CN111252534B - 搬运机械手及搬运机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种搬运机械手及搬运机器人。搬运机械手包括：固定座；驱动机构，设置于固定座上；活动件，连接于驱动机构的输出端，驱动机构能驱动活动件升降；夹持机构包括两个夹臂和两个连接臂，连接臂的一端与固定座铰接，每个夹臂包括相连且成一定夹角的第一臂和第二臂，两个夹臂的第一臂交叉设置，第一臂的一端与连接臂的另一端铰接，另一端与活动件铰接，两个夹臂的第二臂相对设置且能随活动件的升降而相互靠近或远离，以夹紧或松开待夹持件。本发明的搬运机械手的驱动机构驱动活动件下降时，两个夹臂的第二臂将相互靠近，将待夹持件夹紧；当搬运机械手整体提升时，待夹持件的重力会使两个第二臂进一步靠近，增加了夹持的可靠性及夹持力。

Description

搬运机械手及搬运机器人

技术领域

本发明涉及建筑机械技术领域，尤其涉及一种搬运机械手及搬运机器人。

背景技术

目前砌砖搬运领域暂无自动化砌砖搬运机器人，都需要人工使用拖车和叉车进行搬运，人工搬运时，劳动强度大，危险系数高，工作效率低。且目前人工搬运和自动砌砖机器人衔接不太好，因此需要一款砌砖搬运机器人，能自动装载砌砖和自动布料砌砖，在此过程中需要通过夹爪夹持砌砖进行装载，而夹爪的夹持可靠性非常重要，若夹持不紧的话容易导致装载过程中砌砖掉落，影响工作效率。

发明内容

本发明的一个目的在于提出一种搬运机械手，该搬运机械手具有较强的夹持可靠性。

本发明的另一个目的在于提出包括上述搬运机械手的搬运机器人。

为达此目的，一方面，本发明采用以下技术方案：

一种搬运机械手，包括：

固定座；

驱动机构，设置于所述固定座上；

活动件，所述活动件连接于所述驱动机构的输出端，所述驱动机构能驱动所述活动件升降；以及

夹持机构，包括：

两个连接臂，所述连接臂的一端与所述固定座铰接；及

两个夹臂，每个所述夹臂包括相连且成一定夹角的第一臂和第二臂，两个所述夹臂的所述第一臂交叉设置，所述第一臂的一端与所述连接臂的另一端铰接，另一端与所述活动件铰接；

两个所述夹臂的所述第二臂相对设置且能随所述活动件的升降而相互靠近或远离，以夹紧或松开待夹持件。

在一些实施例中，两个所述夹臂的第二臂分别连接有夹板，两个所述夹板相对设置以夹持所述待夹持件。

在一些实施例中，每个所述夹板的底部设有用于承托所述待夹持件的托板。

在一些实施例中，所述夹板的下端与所述第二臂铰接，所述夹板的上端通过预紧弹簧与所述第二臂连接，所述预紧弹簧能够对所述夹板施加使两个所述夹板的上端相互靠近的预紧力。

在一些实施例中，所述夹板的顶部设置有转轴和轴座，所述转轴可转动地穿设于所述轴座，所述预紧弹簧的一端连接所述转轴，另一端连接所述第二臂。

在一些实施例中，所述夹板的内侧面设置有防滑结构。

在一些实施例中，所述驱动机构包括：

电机，设置于所述固定座上；以及

丝杠，连接于所述电机的输出端，所述电机能带动所述丝杠转动，所述活动件与所述丝杠螺纹连接，且能随所述丝杠的转动沿所述丝杠的长度方向移动。

另一方面，本发明采用以下技术方案：

一种搬运机器人，包括：

底盘；

机架，设置在所述底盘上；

上述的搬运机械手，所述搬运机械手设置于所述机架上；以及

移动驱动机构，设置于所述机架上，所述搬运机械手的固定座连接于所述移动驱动机构的输出端，所述移动驱动机构能驱动所述搬运机械手相对于所述机架移动，以将所述待夹持件装入所述底盘上或由所述底盘上卸出。

在一些实施例中，所述移动驱动机构为三轴移动机构，包括：

X轴移动组件，固定于所述机架的顶部；

Y轴移动组件，安装于所述X轴移动组件上，并能够在所述X轴移动组件的驱动下沿X轴移动；以及

Z轴移动组件，安装于所述Y轴移动组件上，所述Z轴移动组件的输出端与所述搬运机械手连接，所述Z轴移动组件能够在所述Y轴移动组件的驱动下带动所述搬运机械手沿Y轴移动，且能够驱动所述搬运机械手沿Z轴移动。

在一些实施例中，所述搬运机器人还包括转动驱动机构，所述转动驱动机构连接于所述移动驱动机构上，用于驱动所述搬运机械手转动；

所述转动驱动机构包括：

转动电机；

主动齿轮，连接于所述转动电机的输出端，所述转动电机能驱动所述主动齿轮转动；以及

从动齿轮，所述从动齿轮与所述搬运机械手的固定座连接，且与所述主动齿轮啮合。

本发明至少具有以下有益效果：

本发明搬运机械手，由于两个连接臂的一端与固定座铰接，两个夹臂的第一臂交叉设置，第一臂的一端与连接臂的另一端铰接，另一端与活动件铰接，因此当驱动机构驱动活动件下降时，两个夹臂的第二臂将相互靠近(合拢)，将待夹持件夹紧；当两个第二臂夹持住待夹持件且整个搬运机械手向上提升时，待夹持件的重力会拉动两个第一臂以与活动件的铰接处为支点进行转动，以使两个第二臂进一步靠近而增力夹紧待夹持件，增加了夹持的可靠性及夹持力。

本发明搬运机器人通过移动驱动机构驱动搬运机械手相对于机架移动，以将待夹持件装入底盘上或由底盘上卸出，实现对待夹持件的自动装载和自动卸载布料。

附图说明

图1为本发明实施方式提供的搬运机械手的结构示意图；

图2为图1所示搬运机械手中A处的局部放大图；

图3为图1所示搬运机械手的主视图；

图4为图3所示搬运机械手沿B-B向的剖视图；

图5为图1所示搬运机械手夹持物体时的结构示意图；

图6为图5所示搬运机械手的主视图；

图7为图6所示搬运机械手沿C-C向的剖视图；

图8为本发明实施方式提供的搬运机器人装载砖块时的结构示意图；

图9为图8所示搬运机器人的主视图；

图10为本发明实施方式提供的搬运机器人卸载砖块时的结构示意图；

图11为图10所示搬运机器人的另一角度的结构示意图；

图12为图11所示搬运机器人的局部结构示意图；

图13为图10所示搬运机器人的又一角度的结构示意图；

图14为图13所示搬运机器人的局部结构示意图；

附图标号说明：

待夹持件1，固定座10，活动件20，电机31，丝杠32，连接臂40，夹臂50，第一臂51，第二臂52，夹板60，托板61，连杆62，预紧弹簧71，转轴72，轴座73，底盘81，机架82，搬运机械手90，X轴移动组件100，X轴支座101，X轴电机102，X轴齿条104，X轴导轨105，Y轴移动组件110，Y轴支座111，Y轴电机112，Y轴齿轮113，Y轴齿条114，Y轴导轨115，Z轴移动组件120，Z轴电机121，Z轴丝杠122，蜗轮蜗杆减速机123，Z轴支座124，Z轴导向杆125，转动驱动机构130，转动电机131，主动齿轮132，从动齿轮133，连接件134，防尘风琴罩140，激光雷达150，栈板160。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

本实施方式公开一种搬运机械手，如图1至图7所示，搬运机械手90包括固定座10、驱动机构、活动件20和夹持机构，其中，驱动机构设置于固定座10上；活动件20连接于驱动机构的输出端，驱动机构能驱动活动件20升降；夹持机构包括两个连接臂40和两个夹臂50，每个连接臂40的一端与固定座10铰接；每个夹臂50包括相连且成一定夹角的第一臂51和第二臂52，两个夹臂50的第一臂51交叉设置，第一臂51的一端与连接臂40的另一端铰接，第一臂51的另一端与活动件20铰接，两个夹臂50的第二臂52相对设置且能随活动件20的升降而相互靠近或远离，以夹紧或松开待夹持件1。

上述结构的搬运机械手90在抓取待夹持件1时，由于两个连接臂40的一端与固定座10铰接，两个夹臂50的第一臂51交叉设置，第一臂51的一端与连接臂40的另一端铰接，另一端与活动件20铰接，因此当驱动机构驱动活动件20下降时，两个夹臂50的第二臂52将相互靠近(合拢)，将待夹持件1夹紧；当两个第二臂52夹持住待夹持件1且整个搬运机械手90向上提升时，待夹持件1的重力会拉动两个第一臂51以与活动件20的铰接处为支点进行转动，以使两个第二臂52进一步靠近而增力夹紧待夹持件1，增加了夹持的可靠性及夹持力。

具体地，如图1和图3所示，两个夹臂50的第一臂51交叉设置，每个夹臂50的第一臂51靠近其第二臂52的一端分别铰接活动件20，每个夹臂50的第一臂51的另一端分别铰接两个连接臂40的一端，两个连接臂40的另一端分别铰接于固定座10；两个夹臂50的第二臂52相对设置且能随活动件20的升降而相互靠近或远离，以夹紧或松开待夹持件1。当活动件20下降(向下移动)时，两个夹臂50的第二臂52相互靠近，夹紧待夹持件1；当活动件20上升(向上移动)时，两个夹臂50的第二臂52相互远离，松开待夹持件1。

可以理解的，当夹持有待夹持件1的搬运机械手90向上提升时，待夹持件1一方面通过驱动机构驱动活动件20带动两个夹臂50的第二臂52相互靠近而被夹紧，另一方面通过自身重力被进一步夹紧，由此大大增加了夹持的可靠性及夹持力。

进一步地，在一些实施例中，两个夹臂50的第二臂52分别连接有夹板60，两个夹板60相对设置以夹持待夹持件1。通过夹板60能增大夹持面积，从而使夹持更稳固。

在一些实施例中，夹板60的下端与第二臂52铰接，夹板60的上端通过预紧弹簧71与第二臂52连接，预紧弹簧71能够对夹板60施加使两个夹板60的上端相互靠近的预紧力。通过设计预紧弹簧71能保证在夹持待夹持件1时将待夹持件1的上端夹紧，防止滑动，例如在夹持多层砖块时能将上层砖块夹紧，防止上层砖块发生滑动。

具体地，如图2所示，夹板60的顶部设置有转轴72和轴座73，转轴72可转动地穿设于轴座73，预紧弹簧71的一端连接转轴72，另一端连接第二臂52。

进一步地，每个夹板60的底部设有用于承托待夹持件1的托板61(如图1所示)，通过托板61托住待夹持件1，使待夹持件1不易滑落，夹持更稳固。

在一些实施例中，夹板60的内侧面设置有防滑结构，防滑结构能增加夹板60与待夹持件1之间的摩擦力，防止在夹持待夹持件1时待夹持件1发生滑动。

在一些实施例中，可以设置两组夹持机构，两组夹持机构对称设置在活动件20的两相对侧，对称的两个第二臂52连接同一个夹板60，夹持更稳固。具体地，如图1至图4所示，对称的两个第二臂52之间通过连杆62相连，夹板60位于对称的两个第二臂52之间，且夹板60顶部的预紧弹簧71的一端连接转轴72，另一端连接连杆62，夹板60的下端分别铰接对称的两个第二臂52。

在一些实施例中，驱动机构为丝杠机构，包括电机31和丝杠32，电机31设置于固定座10上；丝杠32连接于电机31的输出端，电机31能带动丝杠32转动，活动件20与丝杠32螺纹连接，且能随丝杠32的转动沿丝杠32的长度方向移动。丝杠机构可以将旋转运动转换为线性运动，且摩擦阻力小、精度高，从而能更精确地驱动活动件20沿丝杠32的长度方向移动(做升降运动)。

当然，在其它实施例中，驱动机构也可以是其它结构，例如电推杆，只要能驱动活动件20往复移动(做升降运动)即可。

可选地，两个夹臂50的第一臂51之间形成的夹角范围为150°至170°，优选为166°；连接臂40的长度范围为420㎜至450㎜，优选为420㎜。

本实施方式还公开一种搬运机器人，如图8至图14所示，该搬运机器人包括底盘81、机架82、移动驱动机构和上述的搬运机械手90，机架82设置在底盘81上，搬运机械手90设置于机架82上；移动驱动机构设置于机架82上，搬运机械手90的固定座10连接于移动驱动机构的输出端，移动驱动机构能驱动搬运机械手90相对于机架82移动，以将待夹持件1装入底盘81上或由底盘81上卸出。

本发明搬运机器人通过移动驱动机构驱动搬运机械手90相对于机架82移动，以将待夹持件1装入底盘81上或由底盘81上卸出，实现对待夹持件1的自动装载和自动卸载布料。

可选地，底盘81可以为AGV(Automated Guided Vehicle，自动导引运输车)，通过AGV带动机架82、移动驱动机构和搬运机械手90一同移动，可实现大范围作业。

在一些实施例中，移动驱动机构为三轴移动机构，包括X轴移动组件100、Y轴移动组件110和Z轴移动组件120，X轴移动组件100固定于机架82的顶部；Y轴移动组件110安装于X轴移动组件100上，并能够在X轴移动组件100的驱动下沿X轴移动；Z轴移动组件120安装于Y轴移动组件110上，Z轴移动组件120的输出端与搬运机械手90连接，Z轴移动组件120能够在Y轴移动组件110的驱动下带动搬运机械手90沿Y轴移动，且能够驱动搬运机械手90沿Z轴移动。

具体地，如图8、图9和图12所示，X轴移动组件100包括X轴支座101、X轴电机102、X轴齿轮和X轴齿条104，X轴齿条104固定连接于机架82的顶部且沿X轴延伸，X轴电机102和Y轴移动组件110均设置于X轴支座101上，X轴齿轮连接于X轴电机102的输出端且与X轴齿条104啮合，X轴电机102能驱动X轴齿轮转动。当X轴齿轮转动时，将带动X轴支座101和Y轴移动组件110沿X轴齿条104的长度方向移动。

进一步地，为了提高Y轴移动组件110沿X轴移动时的稳定性，X轴移动组件100还包括X轴导轨105和X轴滑块，X轴导轨105的长度方向与X轴齿条104的方向相同，X轴滑块与X轴导轨105滑动连接，且X轴滑块与Y轴移动组件110固定连接。

可选地，为了提高结构稳定性和使Y轴移动组件110沿X轴移动时更平稳，X轴导轨105和X轴滑块分别为两个，两个导轨间隔设置，两个X轴滑块与两个X轴导轨105一一对应滑动连接，且分别与Y轴移动组件110连接。

如图8、图9和图12所示，Y轴移动组件110包括Y轴支座111、Y轴电机112、Y轴齿轮113和Y轴齿条114，Y轴齿条114固定连接于X轴移动组件100且沿Y轴延伸，Y轴电机112和Z轴移动组件120均设置于Y轴支座111上，Y轴齿轮113连接于Y轴电机112的输出端且与Y轴齿条114啮合，Y轴电机112能驱动Y轴齿轮113转动。当Y轴齿轮113转动时，将带动Y轴支座111和Z轴移动组件120沿Y轴齿条114的长度方向移动。

进一步地，为了提高Z轴移动组件120沿Y轴移动时的稳定性，Y轴移动组件110还包括Y轴导轨115和Y轴滑块，Y轴导轨115的长度方向与Y轴齿条114的方向相同，Y轴滑块与Y轴导轨115滑动连接，且Y轴滑块与Z轴移动组件120固定连接。

如图8、图9、图12和图14所示，Z轴移动组件120包括Z轴电机121和Z轴丝杠122，Z轴电机121设置于Y轴支座111上，Z轴丝杠122连接于Z轴电机121的输出端且沿Z轴方向延伸，Z轴电机121能驱动Z轴丝杠122转动，搬运机械手90连接于Z轴丝杠122且能随Z轴丝杠122的转动沿Z轴丝杠122的长度方向移动。

可选地，Z轴电机121可以通过蜗轮蜗杆减速机123连接Z轴丝杠122。在Z轴移动组件120的上方设置有防尘风琴罩140，防尘风琴罩140起到防尘抗污的作用，能够防止粉尘等异物附着在Z轴丝杠122上以免影响搬运机械手90的正常升降运动。

进一步地，Z轴移动组件120还包括Z轴支座124、Z轴导向杆125和Z轴直线轴承，Z轴支座124分别连接Z轴丝杠122和搬运机械手90，Z轴导向杆125的长度方向与Z轴丝杠122的长度方向相同，Z轴导向杆125的一端连接Z轴支座124，另一端穿过Y轴支座111，在Z轴导向杆125与Y轴支座111的连接处设有Z轴直线轴承。其中，Z轴导向杆125可以提高搬运机械手90沿Z轴移动时的稳定性。

在一些实施例中，搬运机器人还包括转动驱动机构130，转动驱动机构130连接于移动驱动机构上，用于驱动搬运机械手90转动，以对搬运机械手90的夹持姿态进行调整，以便搬运机械手90能更准确地夹持待夹持件1。

如图14所示，转动驱动机构130包括转动电机131、主动齿轮132和从动齿轮133，从动齿轮133与搬运机械手90的固定座10连接且与主动齿轮132啮合，主动齿轮132连接于转动电机131的输出端，转动电机131能驱动主动齿轮132转动。当主动齿轮132转动时将驱动从动齿轮133转动，从而带动搬运机械手90转动，以对搬运机械手90的夹持姿态进行调整，以便搬运机械手90能更准确地夹持待夹持件1。

具体地，转动电机131设置于Z轴支座124上，固定座10的顶部设有连接件134，从动齿轮133固定在该连接件134上，连接件134可转动地连接Z轴支座124且两者的连接处设有轴承，轴承可以使搬运机械手90的转动更顺畅。

以搬运砖块为例，图8至图14所示搬运机器人的工作过程如下：

搬运机器人能通过激光雷达150导航，底盘81实现运动，能在砖块来料处和砖块放料区来回自行运动；如图8和图9所示，在砖块来料处，砖块(待夹持件1)按规则三块一小垛放置在栈板160之上，搬运机器人根据激光雷达150定位初步运动到砖块的位置(粗定位)，视觉机构检测砖块位置(精定位)，调整移动驱动机构(X轴移动组件100、Y轴移动组件110、Z轴移动组件120)和转动驱动机构130使搬运机械手90能抓取一小垛砖块，将砖块放置到底盘81上设定好的储砖位置，重复上述步骤，完成砖块的自动装载；如图10、图11和图13所示，搬运机器人自动运动到砖块放料区，将砖块从底盘81上的储砖位置一小垛一小垛抓取来，放置到地面(即反向重复上面的自动装载动作)，砖块放置的位置可以不同，实现搬运机器人与砌砖机器人的自动对接。

需要说明的是，当一个部被称为“固定于”另一个部，它可以直接在另一个部上也可以存在居中的部。当一个部被认为是“连接”到另一个部，它可以是直接连接到另一个部或者可能同时存在居中部。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述，只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在限制本发明。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种搬运机械手，用以搬运待夹持件(1)，所述待夹持件(1)为自上而下堆垛多个砖块的砖块跺，其特征在于，包括：

固定座(10)；

驱动机构，设置于所述固定座(10)上；

活动件(20)，所述活动件(20)连接于所述驱动机构的输出端，所述驱动机构能驱动所述活动件(20)升降；以及

夹持机构，包括：

两个连接臂(40)，所述连接臂(40)的一端与所述固定座(10)铰接；及

两个夹臂(50)，每个所述夹臂(50)包括相连且成一定夹角的第一臂(51)和第二臂(52)，两个所述夹臂(50)的所述第一臂(51)交叉设置，所述第一臂(51)的一端与所述连接臂(40)的另一端铰接，另一端与所述活动件(20)铰接；

两个所述夹臂(50)的所述第二臂(52)相对设置且能随所述活动件(20)的升降而相互靠近或远离，以夹紧或松开所述待夹持件(1)；

两个所述夹臂(50)的所述第二臂(52)分别连接有夹板(60)，两个所述夹板(60)相对设置以夹持所述待夹持件(1)；

所述夹板(60)的上端通过预紧弹簧(71)与所述第二臂(52)连接，且所述夹板上端形成有上抵接部，所述上抵接部用于夹紧所述砖块跺的顶层砖块，所述夹板(60)的下端与所述第二臂(52)铰接形成支点，且所述夹板(60)的下端形成有下抵接部，所述下抵接部用以抵接所述砖块跺的底层砖块，所述预紧弹簧(71)能够对所述夹板(60)施加使两个所述夹板(60)的上端相互靠近的预紧力，所述上抵接部和所述下抵接部能够沿着所述支点做杠杆运动。

2.根据权利要求1所述的搬运机械手，其特征在于，每个所述夹板(60)的底部设有用于承托所述待夹持件(1)的托板(61)。

3.根据权利要求1所述的搬运机械手，其特征在于，所述夹板(60)的顶部设置有转轴(72)和轴座(73)，所述转轴(72)可转动地穿设于所述轴座(73)，所述预紧弹簧(71)的一端连接所述转轴(72)，另一端连接所述第二臂(52)。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的搬运机械手，其特征在于，所述夹板(60)的内侧面设置有防滑结构。

5.根据权利要求1所述的搬运机械手，其特征在于，所述驱动机构包括：

电机(31)，设置于所述固定座(10)上；以及

丝杠(32)，连接于所述电机(31)的输出端，所述电机(31)能带动所述丝杠(32)转动，所述活动件(20)与所述丝杠(32)螺纹连接，且能随所述丝杠(32)的转动沿所述丝杠(32)的长度方向移动。

6.一种搬运机器人，其特征在于，包括：

底盘(81)；

机架(82)，设置在所述底盘(81)上；

如权利要求1至5中任一项所述的搬运机械手，所述搬运机械手设置于所述机架(82)上；以及

移动驱动机构，设置于所述机架(82)上，所述搬运机械手的固定座(10)连接于所述移动驱动机构的输出端，所述移动驱动机构能驱动所述搬运机械手相对于所述机架(82)移动，以将所述待夹持件(1)装入所述底盘(81)上或由所述底盘(81)上卸出。

7.根据权利要求6所述的搬运机器人，其特征在于，所述移动驱动机构为三轴移动机构，包括：

X轴移动组件(100)，固定于所述机架(82)的顶部；

Y轴移动组件(110)，安装于所述X轴移动组件(100)上，并能够在所述X轴移动组件(100)的驱动下沿X轴移动；以及

Z轴移动组件(120)，安装于所述Y轴移动组件(110)上，所述Z轴移动组件(120)的输出端与所述搬运机械手连接，所述Z轴移动组件(120)能够在所述Y轴移动组件(110)的驱动下带动所述搬运机械手沿Y轴移动，且能够驱动所述搬运机械手沿Z轴移动。

8.根据权利要求6或7所述的搬运机器人，其特征在于，所述搬运机器人还包括转动驱动机构(130)，所述转动驱动机构(130)连接于所述移动驱动机构上，用于驱动所述搬运机械手转动；

所述转动驱动机构(130)包括：

转动电机(131)；

主动齿轮(132)，连接于所述转动电机(131)的输出端，所述转动电机(131)能驱动所述主动齿轮(132)转动；以及

从动齿轮(133)，所述从动齿轮(133)与所述搬运机械手的固定座(10)连接，且与所述主动齿轮(132)啮合。

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