CN112077869A - 一种适用于履带板抓取的机器人末端执行器 - Google Patents

Abstract

一种适用于履带板抓取的机器人末端执行器，涉及加工抓取技术领域，解决了履带板搬运不方便的问题，包括机架、驱动机构、光电位移传感器和移动抓取单元，所述的驱动机构设置在机架的上部，所述的移动抓取单元设置在机架的下部，移动抓取单元与驱动机构相连接，所述的光电移动传感器设置在机架的两侧，起到履带板视觉定位的作用；实现了履带板自动识别、自动定位、抓取单元间距自动调整及履带板自动检测的功能，解决了目前履带板生产过程中抓取的柔性化程度低，投放位置重复精度低的问题。

Description

一种适用于履带板抓取的机器人末端执行器

技术领域

本发明涉及一种抓取结构，尤其涉及一种适用于履带板抓取的机器人末端执行器。

背景技术

履带板是工程机械的底盘件之一，是工程机械的一种易损件。常用在挖掘机、推土机、履带起重机、摊铺机等工程机械中使用。该工件的生产原材料为履带钢如图3所示，该钢材一般由钢铁厂轧制，长度L一般为8米到10米不等，履带板生产企业通过冲压、倒角、热处理、抛丸等工序将履带钢加工成如图4所示的产品，然后再将履带板装配成履带总成，其中履带板的长度A一般为500mm到1000mm不等。

在履带板生产生过程中，履带板在不同工序间转运一般是通过人工搬运，但是随着人力成本不断增加，且履带板搬用工作劳动强度极大，履带板生产企业对履带板搬运实现自动化的需求越来越迫切，目前工业机器人在搬运领域应用已经日趋成熟，实现履带板的机器人自动化搬运是实现履带板生产企业持续发展及保持行业竞争力的必经之路，目前一些履带板生产企业已经实现履带板在部分工序的自动化搬运，但是在履带板投放位置的精确度、及履带板柔性抓取等方面的问题没有很好的解决，这样履带板自动化搬运的应用面就生产效率就会受到极大制约。

发明内容

本发明是配合工业机器人使用的一种机器人末端执行机构，如图1所示，本发明的目的是为了解决履带板柔性生产过程中各工序（冲压、热处理、抛丸、装配）履带板自动转运的问题。为了解决上述问题，本发明提供了一种适用于履带板抓取的机器人末端执行器，提供一种具有履带板自动识别、自动定位、抓取单元间距自动调整及履带板自动检测功能的抓取机构。为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种适用于履带板抓取的机器人末端执行器，包括机架、驱动机构、光电位移传感器和移动抓取单元，所述的驱动机构设置在机架的上部，所述的移动抓取单元设置在机架的下部，移动抓取单元与驱动机构相连接，所述的光电位移传感器设置在机架的两侧，起到履带板视觉定位的作用。

进一步地，机架包括机构安装板、侧板、法兰板、线性导轨和限位块，所述的侧板设置在机构安装板的两侧，所述的法兰板通过侧板与机构安装板相连接，法兰板上设有安装孔，所述的安装孔可与机器人末端法兰的螺纹孔配合实现螺栓固定，所述的线性导轨设置在机构安装板底部的两侧，所述的限位块设置在线性导轨的起始端。

进一步地，光电位移传感器的型号设置为松下HL—G112-S-J，光电位移传感器根据被测对象阻挡光通量的多少来测量对象的位移或几何尺寸。特点是属于非接触式测量，并可进行连续测量。光电式位移传感器常用于连续测量线材直径或在带材边缘位置控制系统中用作边缘位置传感器。

进一步地，驱动机构包括伺服电机、减速机和齿轮，所述的齿轮通过减速机与伺服电机相连接，伺服电机可与机器人控制主板通信，光电位移传感器检测到的履带板型号尺寸传到机器人CPU后通过信号转化、数据计算，再将信号传到伺服电机控制伺服电机精确转动，伺服电机的转动通过减速机传递到齿轮，齿轮啮合移动抓取单元上的齿条，可带动齿条运动，最终实现两个移动抓取单元相对距离的精确调整。

进一步地，移动抓取单元设置为2组，移动抓取单元包括安装板、止动螺栓、失电型磁铁、弹簧、齿条和滑块，所述的失电型磁铁通过止动螺栓设置在安装板的下部，所述的弹簧设置在止动螺栓下部的外侧，弹簧的作用是在履带板厚度不确定，抓取及放置位置高度不确定及履带。板翘曲等情况下实现履带板的有效可靠抓取，所述的齿条设置在安装板的中部，配合齿轮调整移动抓取单元的位置，所述的滑块设置在安装板的两侧，安装板通过滑块与线性导轨滑动连接。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：1、集履带板自动识别、自动定位、抓取功能单元中心距自动调整及履带板质量自动检测四个功能于一体，很好解决了目前履带板生产过程中抓取的柔性化程度低，投放位置重复精度低的问题，尤其在履带板混线生产领域该末端执行器抓取效率优势极明显。

2、抓取触点采用失电型磁铁作为抓取执行部件，在整个搬运流程中只在履带板抓取及履带板投放两个动作节点给磁铁通电，这样该末端执行器的能耗比较低，同时也避免了在长时间工作过程中磁铁及线路发热的问题。

3、抓取执行机构采用多触点接触抓取方式，该方式提高了本发明的适应性，可有效应对多品种履带板的漏泥孔及安装孔位置不确定造成抓取失效的问题。

4、将触点分成两个单元，通过齿轮齿条啮合调整两个移动抓取单元的中心距，以有效应对不同系列履带板的抓取问题，如此可大幅增加末端执行器的抓取柔性。

5、抓取触点采用浮动式安装模式（可上下自由浮动），可有效应对履带板取、放位置高度一致性较差，及履带板自身变形导致的抓取失败问题。

附图说明

以下结合附图对本发明做进一步详细描述。

附图1是本发明具体应用场景的结构示意图；

附图2是本发明的结构示意图；

附图3是履带钢主视图及左视图的结构示意图；

附图4是履带板主视图及左视图的结构示意图；

附图5是机架的结构示意图；

附图6是机架俯的结构示意视图；

附图7是驱动机构的结构示意图；

附图8是移动抓取单元的结构示意图；

附图9是齿轮齿条布局的结构示意图；

附图10是移动抓取单元中心距的结构示意图；

附图11是本发明工作流程的结构示意图；

附图12是本发明电器控制图一；

附图13是本发明电器控制图二；

附图14是本发明电器控制图三；

附图中：1、机架，11、机构安装板，12、侧板，13、法兰板，14、线性导轨，15、限位块，2、驱动机构，21、伺服电机，22、减速机，23、齿轮，3、光电位移传感器，4、移动抓取单元，41、安装板，42、止动螺栓，43、失电型磁铁，44、弹簧，45、齿条，46、滑块，5、履带板。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图1-附图14及具体实施例对本发明作进一步的说明。

如附图1-附图14所示，一种适用于履带板抓取的机器人末端执行器，包括机架1、驱动机构2、光电位移传感器3和移动抓取单元4，所述的驱动机构2设置在机架1的上部，所述的移动抓取单元4设置在机架1的下部，移动抓取单元4与驱动机构2相连接，所述的光电位移传感器3设置在机架1的两侧，起到履带板5视觉定位的作用。

进一步地，机架1包括机构安装板11、侧板12、法兰板13、线性导轨14和限位块15，所述的侧板12设置在机构安装板11的两侧，所述的法兰板13通过侧板12与机构安装板11相连接，法兰板13上设有安装孔，所述的安装孔可与机器人末端法兰的螺纹孔配合实现螺栓固定，所述的线性导轨14设置在机构安装板11底部的两侧，所述的限位块15设置在线性导轨14的起始端。

进一步地，光电位移传感器3设置为2个，光电位移传感器3可以实现履带板视觉定位的功能，根据定位坐标，机器人可自动调整抓取位置坐标，从而实现抓取位置及投放位置的精准化。末端执行器在抓取履带板前除了要定位履带板的位置，还要对履带板的平面度进行判断，光电位移传感器3将履带板的平面度数据传到机器人控制主板进行对比，如果履带板在加工过程中出现弯曲变形或是材料不合格等导致履带板平面度达不到质量要求标准的，机器人可通过该末端执行器将不合格产品剔除。

进一步地，驱动机构2包括伺服电机21、减速机22和齿轮23，所述的齿轮23通过减速机22与伺服电机21相连接，伺服电机21可与机器人控制主板通信，光电位移传感器3检测到的履带板型号尺寸传到机器人CPU后通过信号转化、数据计算，再将信号传到伺服电机21控制伺服电机21精确转动，伺服电机21的转动通过减速机22传递到齿轮23，齿轮23啮合移动抓取单元4上的齿条，可带动齿条运动，最终实现两个移动抓取单元4相对距离的精确调整。

进一步地，移动抓取单元4设置为2组，移动抓取单元4包括安装板41、止动螺栓42、失电型磁铁43、弹簧44、齿条45和滑块46，所述的失电型磁铁43通过止动螺栓42设置在安装板41的下部，所述的弹簧44设置在止动螺栓42下部的外侧，弹簧44的作用是在履带板厚度不确定，抓取及放置位置高度不确定及履带板翘曲等情况下实现履带板的有效可靠抓取，所述的齿条45设置在安装板41的中部，齿条45通过啮合的方式与齿轮23相连接，配合齿轮23调整移动抓取单元4的位置，所述的滑块46设置在安装板41的两侧，安装板41通过滑块46与线性导轨14滑动连接。失电型磁铁43为抓取触点，该磁铁为永磁性强磁铁，在失电的情况下该磁铁具有磁性，在得电的情况下该磁铁的磁性消失，该类型磁铁的优点是在履带板搬运过程中，只有在履带板抓取及履带板放置的几个动作节点给磁铁通电，此举可有效降低能耗，避免磁铁及电路发热等问题；齿条45为移动抓取单元4在线性导轨14上移动的功能部件，两组移动抓取单元4的齿条与齿轮23啮合具体布局如图9所示，图9中齿轮23在伺服电机21的拖动下旋转，齿轮23带动齿条45向相反的方向运动，从而实现移动抓取单元中心距L的精确调整（如图10所示），在线性导轨14的作用下移动抓取单元4的相对位置始终保持平行。

如图11所示，本发明的工作过程如下：

1、履带板到达指定位置，该处光电位移传感器给工业机器人发出信号；

2、工业机器人接收信号后执行履带板抓取程序；

3、末端执行器在机器人的拖动下运动到履带板上方的一个安全位置点；

4、光电位移传感器进入工作模式，机器人拖动末端执行器在履带板上方延履带板宽度方向平移，在平移过程中光电位移传感器扫描履带板规格尺寸信息、表面平整度信息及位置坐标信息；

5、根据履带板的规格尺寸，主控柜给伺服电机发送信号，伺服电机转动，调整移动抓取单元的中心距，以适应相应履带板的抓取；

6、同时机器人主控柜根据履带板的平面度信息判断履带板是否合格（若合格将履带板投放到下一道工序，若不合格将履带板剔除）；

7、失电型磁铁得电（此处失电型磁铁的电的目的是去掉磁铁的吸力，防止在磁铁吸力的作用下履带板发生移动，导致步骤4中扫描的履带板位置坐标失效），在工业机器人的拖动下末端执行器运行到履带板上方，失电型磁铁与履带板接触后，失电型磁铁失电，实现对履带板的抓取；

8、根据步骤6的判断结果机器人将履带板投放到相应位置，然后失电型磁铁得电，磁铁吸力消失，机器人运动到安全位置，磁铁失电。

利用本发明所述的技术方案，或本领域的技术人员在本发明技术方案的启发下，设计出类似的技术方案，而达到上述技术效果的，均是落入本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种适用于履带板抓取的机器人末端执行器，包括机架（1）、驱动机构（2）、光电位移传感器（3）和移动抓取单元（4），其特征是所述的驱动机构（2）设置在机架（1）的上部，所述的移动抓取单元（4）设置在机架（1）的下部，移动抓取单元（4）与驱动机构（2）相连接，所述的光电位移传感器（3）设置在机架（1）的两侧。

2.根据权利要求1所述的适用于履带板抓取的机器人末端执行器，其特征是机架（1）包括机构安装板（11）、侧板（12）、法兰板（13）、线性导轨（14）和限位块（15），所述的侧板（12）设置在机构安装板（11）的两侧，所述的法兰板（13）通过侧板（12）与机构安装板（11）相连接，法兰板（13）上设有安装孔，所述的线性导轨（14）设置在机构安装板（11）底部的两侧，所述的限位块（15）设置在线性导轨（14）的起始端。

3.根据权利要求2所述的适用于履带板抓取的机器人末端执行器，其特征是驱动机构（2）包括伺服电机（21）、减速机（22）和齿轮（23），所述的齿轮（23）通过减速机（22）与伺服电机（21）相连接。

4.根据权利要求3所述的适用于履带板抓取的机器人末端执行器，其特征是移动抓取单元（4）设置为2组，移动抓取单元（4）包括安装板（41）、止动螺栓（42）、失电型磁铁（43）、弹簧（44）、齿条（45）和滑块（46），所述的失电型磁铁（43）通过止动螺栓（42）设置在安装板（41）的下部，所述的弹簧（44）设置在止动螺栓（42）下部的外侧，所述的齿条（45）设置在安装板（41）的中部，齿条（45）通过啮合的方式与齿轮（23）相连接，所述的滑块（46）设置在安装板（41）的两侧，安装板（41）通过滑块（46）与线性导轨（14）滑动连接。

5.根据权利要求1所述的适用于履带板抓取的机器人末端执行器，其特征是光电位移传感器（3）的型号设置为HL—G112-S-J，光电位移传感器（3）设置为2个。

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