CN111483802A - 机械臂取放物装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种机械臂取放物装置，包括：与机械臂连接的直线驱动器、与直线驱动器连接的吸取装置以及设置在直线驱动器两侧的用于夹取物流对象两侧的夹爪，直线驱动器用于驱动吸取装置进行伸缩运动，夹爪与直线驱动器联动设置，直线驱动器回缩时，夹爪收拢，直线驱动器伸出时，夹爪张开。本发明的机械臂取放物装置，结合了吸盘和夹爪的优点，对于存放于狭窄空间里中的物流对象，利用直线驱动器驱动吸取装置伸出并吸附物体，同时利用两者的联动关系，在回缩时通过夹爪进一步加紧物流对象的两侧，并将物流对象取出，从而能够灵活可靠地取出狭窄空间中的物流对象，并且在回缩后也不会占用很多工作空间，便于机械臂的移动。

Description

机械臂取放物装置

技术领域

本发明涉及物流自动化设备制造技术，尤其涉及一种机械臂取放物装置，属于物流设备制造技术领域。

背景技术

物流行业发展迅速，特别是电商行业的崛起，带来包裹量的巨升，现在已达到平均每日超过1亿包裹量，按经济发展及人民群众增长的需求推算，不远的将来，每日包裹量将超过10亿。

整个物流行业由传统的人工向自动化、智能化的演进过程中，利用机器人等自动化设备实现自动化的货品入库、商品搬运、拣货、订单分拣、包裹出库，代替人工的重复劳动，是物流领域降本提效的重要方向。机器人需要利用机械臂带动末端夹具抓取或吸附货品，放到目的箱中，完成拣货操作。

由于机械臂的工作空间有限，用于取货的原箱和目的箱会放置在距离机械臂较近的位置；原箱会有一定的深度，其本质上是一个从狭窄空间内抓取或吸附物体的技术问题。这就要求机械臂的夹具或吸具必须有一定的长度，可以伸入箱子内部抓取或吸附货品。而这种长尺寸的夹具大大压缩了机械臂和夹具的可行工作空间，给机械臂和夹具的无碰撞运动规划造成了困难。尤其在夹具或吸具伸入到原箱内部抓取或吸附时，夹具和箱壁、夹具和物品的碰撞是抓取规划必须要考虑的问题。

发明内容

本发明实施例提供一种新的机械臂取放物装置，以便于对具有一定深度的狭窄空间中的对象进行抓取。

本发明实施例提供了一种机械臂取放物装置，包括：与机械臂连接的直线驱动器、与所述直线驱动器连接的吸取装置以及设置在所述直线驱动器两侧的用于夹取所述物流对象两侧的夹爪，

所述直线驱动器用于驱动所述吸取装置进行伸缩运动；

所述夹爪与所述直线驱动器联动设置，所述直线驱动器回缩时，所述夹爪收拢，所述直线驱动器伸出时，所述夹爪张开。

本发明的机械臂取放物装置，结合了吸盘和夹爪的优点，对于存放于狭窄空间里中的物流对象，利用直线驱动器驱动吸取装置伸出并吸附物体，同时利用两者的联动关系，在回缩时通过夹爪进一步加紧物流对象的两侧，并将物流对象取出，从而能够灵活可靠地取出狭窄空间中的物流对象，并且在回缩后也不会占用很多工作空间，便于机械臂的移动。

附图说明

图1为本发明实施例的机械臂取放物装置的结构示意图之一；

图2为图1的侧面结构示意图；

图3为本发明实施例的机械臂取放物装置的结构示意图之二。

具体实施方式

本发明实施例所述的机械臂取放物装置主要应用于物流对象的获取和放置，当然也可以且不限于应用于以下场景，例如：货品入库、商品搬运、拣货、订单分拣、包裹出库、物流对象的整理搬运、物流对象的存储、物件的提取分类、物流对象的清理及集中处置等。

本发明实施例中所说的“物流对象”一般包括：“包裹”、“货物”、“物品”等，在实施例中特指易被吸取装置或夹爪获取的对象。

本发明实施例的机械臂取放物装置，主要用于抓取和摆放物流对象，该机械臂取放物装置包括：与机械臂连接的直线驱动器、与直线驱动器连接的吸取装置以及设置在直线驱动器两侧的夹爪，该夹爪用于夹取物流对象的两侧的。

直线驱动器用于驱动吸取装置进行直线的伸缩运动。为了让夹爪辅助配合吸取装置对物体的吸取，可以让夹爪与直线驱动器联动设置，伴随着吸取装置的直线运动而进行开合。当直线驱动器回缩时，夹爪收拢，直线驱动器伸出时，夹爪张开。

进一步地，在本发明实施例中，采用了剪叉式展收机构来实现夹爪与直线驱动器联动以及吸取装置的直线运动形成的伸缩距离的放大。

剪叉式展收机构是由多个剪刀式铰接的连杆结构组成，当其中一个剪刀形结构打开时，整个剪叉式展收机构快速收缩；当其中一个剪刀形结构关闭时，整个剪叉式展收机构快速伸长。

剪叉式展收机构利用各个连杆结构的展收特性，放大了直线驱动器的伸缩距离，吸取装置的伸缩距离能够被放大到数倍于直线驱动器的伸缩距离。另一方面，剪叉式展收机构的各个连杆也会随着剪叉式展收机构展收而相对于伸缩方向转动，将夹爪与剪叉式展收机构中连杆固定连接后，就可以伴随剪叉式展收机构的展收而进行张开和收拢的动作。需要说明的是，剪叉式展收机构的展收的过程中，会出现两组转动方向相反的连杆，在本发明实施例中，根据抓取动作的需要，需要将夹爪固定在转动方向适合的连杆上。

下面通过一些附图来进一步描述一下本发明实施例的具体实现结构，如图1所示为本发明实施例的机械臂取放物装置的结构示意图之一，图1所示的状态为取放物装置回缩时的状态。图2为图1的侧面结构示意图，图3为本发明实施例的机械臂取放物装置的吸取状态结构图之二，图3所示的状态为取放物装置伸出时的状态。

如图1所示，本发明实施例的机械臂取放物装置包括：直线驱动器1、吸取装置4、可折叠伸缩的剪叉式展收机构2以及设置在直线驱动器1两侧的夹爪3。

直线驱动器1可以具有安装底座10，直线驱动器1通过安装底座10固定在机械臂(未图示)上。夹爪3和吸取装置4连接在剪叉式展收机构2上。

剪叉式展收机构2包括沿着伸缩方向依次排布的菱形连杆结构。直线驱动器的驱动端与邻近的菱形连杆结构的远端连杆交叉点22相铰接，直线驱动器的本体与邻近的菱形连杆结构的近端连杆交叉点21(剪叉式展收机构的固定端)相铰接，夹爪与菱形连杆结构的远端连杆23固定连接。

上述的远端和近端是相对于直线驱动器本体而言。对于任意一个菱形连杆结构，在直线驱动器的伸缩方向上，靠近直线驱动器的本体的连杆交叉点称作近端连杆交叉点，远离直线驱动器的本体的连杆交叉点称作远端连杆交叉点，靠近直线驱动器的本体的连杆称作近端连杆，而远离直线驱动器的本体的连杆称作远端连杆。其中一个菱形连杆结构的远端连杆与相邻的菱形连杆结构的近端连杆是一体的，如图中第一个菱形连杆结构中的远端连杆23与第二个菱形连杆结构中的近端连杆24实际上是一根连杆。

在实际应用中，第一个菱形连杆结构(即与直线驱动器的本体邻近的菱形两个结构)的近端连杆交叉点21作为剪叉式展收机构2的固定端与直线驱动器的本体连接，而第一个菱形连杆结构的远端杆交叉点22作为驱动端与直线驱动器的驱动端连接，从而能够最大限度的放大直线驱动器的伸缩形成。需要说明的是，直线驱动器的驱动端也可以与其中任意一个菱形连杆结构远端交叉点连接，只不过其形成放大效果会有一定的减小。

为了配合吸取装置，夹爪与菱形连杆结构的远端连杆固定连接。在一个菱形连杆结构中，在剪叉式展收机构伸长时，近端连杆的端部会向中心线方向转动，而远端连杆的端部会向背离中心线方向转动。相反，在在剪叉式展收机构回缩时，远端连杆的端部会向中心线方向转动，而近端连杆的端部会向背离中心线方向转动。

基于这样的特性以及夹爪与吸取装置的配合需求，将夹爪与菱形连杆结构的远端连杆固定连接，如图中所示，夹爪固定在第一个菱形连杆结构的远端连杆的延长端上，位于第一个菱形连杆结构的两侧的连杆交叉点的外部。需要说明的是，夹爪可以固定在任意一个菱形连杆结构的远端连杆上，可以根据实际需要以及夹爪长度等因素而灵活设置。

直线驱动器1可以采用气压或者液压机构来实现，以气压机构为例，如图中所，其具体包括：气动杆(作为直线驱动机构的驱动杆)11和气缸12，气动杆11以及可在气缸12内滑动的。气缸12的顶端通过安装底座10固定在机械臂上，气缸12的底端与剪叉式展收机构2的固定端(前述的近端连杆交叉点21)相铰接。气动杆11的前端作为驱动端与剪叉式展收机构2上邻近的菱形连杆结构的远端连杆交叉点22相铰接，以驱动剪叉式展收机构2的展收运动。

进一步地，如图2和图3所示，本实施例的机械臂取放物装置中，吸取装置与剪叉式展收机构2之间设置有伸缩杆5；伸缩杆5具有杆套51，以及可以相对杆套自由伸缩的滑杆52。杆套51和滑杆52分别与剪叉式展收机构上的第一连杆交叉点25和第二连杆交叉点26固定连接，第二连杆交叉点26位于第一连杆交叉点25的远端，当剪叉式展收机构2做展收动作时，由第二连杆交叉点26拉动滑杆52相对于杆套51运动。吸取装置4可以设置在滑杆52的前端，滑杆52的末端还可以设置限位结构53以限制吸取装置伸出的长度。

吸取装置4与剪叉式展收机构2之间设置有伸缩杆5，能够进一步的拓展吸取装置的插入深度。另外，由于剪叉式展收机构难以精准的调节伸缩长度，所以一般可以通过预先调节伸缩杆的长度，以将吸取装置伸出的长度限制在合理的范围内。

一般情况下，吸取装置4可以包括：真空发生器41，以及连接在真空发生器41上的吸取接头42；吸取接头42为波纹式万向吸取接头。波纹式万向吸取接头即为采用柔性波纹管连接的接头，波纹式万向吸取接头可以适应任何顶面形状的物体，更加有利于对异形物体的吸附。

本实施例的机械臂取放物装置，如图1和图3，夹爪3具有处于剪叉式展收机构两侧的对称结构，每侧的夹爪结构由多个指节构成。夹爪与剪叉式展收机构2连杆之间通过位置调整机构来连接。如图中所示，在与夹爪连接的连杆的端部设置有安装盘27，安装盘上设置有多组安装孔。在夹爪的根部(两侧夹取臂的根部)设置有用于调节抓取时开合角度的调节盘310，调节盘310上设置有中心孔以及沿圆弧分布的多个角度调节孔；夹爪3通过调节盘310上的角度调节孔以及中心孔与安装盘27上的安装孔相对接，以使夹爪固定在安装盘27上。通过调节盘310与安装盘27之间的配合关系，能够调节夹爪的最大和最小开合角度，以利于抓取物体的时候更好的适应物体的大小尺寸。

在本实施例的机械臂取放物装置中，左右两侧的夹爪3可以包括第一指节31和第二指节32，第一指节与菱形连杆结构的远端连杆固定连接；第二指节通过角度调整机构与第一指节固定连接。如图中所示，第二指节与第一指节之间的角度调整机构320包括对应设置在第二指节上的中心孔和扇形孔，第一指节在对应的位置上设置有供螺栓穿过的固定孔，第二指节通过调整扇形孔的螺栓固定位置来调整与第一指节之间的夹角。进一步地，夹爪3还可以包括第三指节33，在第二指节32沿长度方向上可以开设有多个长度调节孔321；第三指节33通过长度调节孔321与第二指节相连。第三指节33呈折弯结构，折弯结构的内侧还可以设置有锯齿330，锯齿结构利于增大夹持时候的摩擦力，使物体稳固而不易掉落。图中的第一指节31、第二指节32以及第三指节33也可以分别称作近指节、中指节以及远指节。

以上介绍了本发明实施例的机械臂取放物装置的整体机械结构，其中，夹爪通过与直线驱动器联动来实现对物流对象的夹取，在这种联动设计中，还可以加入夹取力的反馈机制。具体地，可以在直线驱动器包括夹紧力反馈控制单元，用于检测夹爪的夹紧力，并在夹紧力达到预设的夹紧力阈值时，锁定直线驱动器的伸缩状态。进一步地，在通过剪叉式展收机构连接直线驱动器和夹爪的结构中，夹爪的夹取力是由直线驱动器间接提供的。如前面所介绍的，直线驱动器可以采用气压或者液压机构，直线驱动器包括作为直线驱动器的本体的液压缸或者气缸以及驱动杆。

基于这种结构，可以在缸体中设置有压力调节阀，用于调节直线驱动器输出驱动力。具体地，该压力调节阀可以为如图中所示的节流阀13。

此外，需要说明的是，上述的直线驱动器还可以采用电动结构，在电动结构中可以通过调节电流和/电压的大小来调节输出的驱动力。

本发明机械臂取放物装置及其控制方法的优点在于：

1、剪叉式展收机构展开时与折叠时的长度比值较高，吸取装置吸附物体时展开成为细长型；移动时收拢成为尺寸较小的形状，便于机械臂规避碰撞；

2、可靠性和适应性强，吸取装置可吸取不同外形的物体，吸取完成之后即交由夹爪夹持，移动过程中夹抓又可保证抓取的稳定；

3、夹爪和吸取装置可以联动或单独作业，适应性强，可连续抓取不同类型的物品；

4、波纹式万向吸取接头可以适应任何顶面形状的物体；

5、夹爪的开合角度大小、容置物体的大小均可以通过安装板和调节盘进行手动或者自动调节，增强夹爪对物品的适应能力。

6、吸取装置与剪叉式展收机构之间设置有伸缩杆，能够进一步的拓展吸取装置的插入深度，并能够让吸取装置的伸缩运动具有较好的直线度。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助一些变形加必需的通用技术叠加的方式来实现；当然也可以通过简化上位一些重要技术特征来实现。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分为吸取装置和夹爪组合的合理构造，并且包含本发明各个实施例所述的改进结构和方法。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种机械臂取放物装置，其特征在于，包括：与机械臂连接的直线驱动器、与所述直线驱动器连接的吸取装置以及设置在所述直线驱动器两侧的用于夹取物流对象两侧的夹爪，

所述直线驱动器用于驱动所述吸取装置进行伸缩运动；

所述夹爪与所述直线驱动器联动设置，所述直线驱动器回缩时，所述夹爪收拢，所述直线驱动器伸出时，所述夹爪张开。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述直线驱动器通过剪叉式展收机构与吸取装置以及所述夹爪连接，

所述剪叉式展收机构具有多个沿着伸缩方向依次排布的菱形连杆结构，所述直线驱动器的驱动端与邻近的所述菱形连杆结构的远端连杆交叉点相铰接，所述直线驱动器的本体与邻近的所述菱形连杆结构的近端连杆交叉点相铰接，

所述夹爪与所述菱形连杆结构的远端连杆固定连接。

3.根据权利要求2所述的装置，其中，所述吸取装置与所述剪叉式展收机构之间设置有伸缩杆；所述伸缩杆具有杆套，以及可以相对所述杆套自由伸缩的滑杆，所述吸取装置固定在所述滑杆上，

所述杆套和所述滑杆分别与所述剪叉式展收机构上的第一连杆交叉点和第二连杆交叉点固定连接，所述第二连杆交叉点位于所述第一连杆交叉点的远端。

4.根据权利要求2所述的装置，其中，与所述夹爪连接的连杆上设置有安装盘，所述安装盘上设置有多组安装孔，

所述夹爪的根部设置有用于调节抓取时开合角度的调节盘，所述调节盘上设置有中心孔以及沿圆弧分布的多个角度调节孔；所述夹爪通过所述调节盘上的角度调节孔以及中心孔与所述安装孔相对接，以使所述夹爪固定在所述安装盘上。

5.根据权利要求2所述的装置，其中，所述夹爪包括第一指节和第二指节，

所述第一指节与所述菱形连杆结构的远端连杆固定连接；

所述第二指节通过角度调整机构与所述第一指节固定连接。

6.根据权利要求5所述的装置，其中，所述夹爪还包括第三指节，所述第二指节沿长度方向上开设有多个长度调节孔；所述第三指节通过所述长度调节孔与所述第二指节相连。

7.根据权利要求6所述的装置，其中，所述第三指节呈折弯结构，所述折弯结构的内侧设置有锯齿。

8.根据权利要求1所述的装置，其中，所述吸取装置包括：真空发生器，以及连接在所述真空发生器上的吸取接头；所述吸取接头为波纹式万向吸取接头。

9.根据权利要求1所述的装置，其中，所述直线驱动器包括夹紧力反馈控制单元，用于检测所述夹爪的夹紧力，并在所述夹紧力达到预设的夹紧力阈值时，锁定所述直线驱动器的伸缩状态。

10.根据权利要求1所述的装置，其中，所述直线驱动器包括压力调节阀，用于调节直线驱动器输出驱动力。

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