CN113319873A - 一种智能机械手 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种智能机械手，包括机械臂和抓取机构；抓取机构包括基板、气缸、撑盘、压料机构和钢丝机构，基板安装在机械臂上，所述钢丝机构的数量为四个并且围绕基板的中心均匀安装在基板上，所述钢丝机构包括倾斜布置的钢丝，四根钢丝呈口小底大的喇叭状，钢丝的末端设置有向内的卡勾；所述气缸安装在基板的中心，撑盘安装在气缸的伸缩杆上，撑盘的边缘与四根钢丝接触，压料机构安装在撑盘的底部；本发明的智能机械手在抓取机构上设置了四根带有卡勾的钢丝，利用钢丝配合压料机构实现了塑料半球的抓取，使得塑料半球能够在不同的设备之间机械化转移，有助于各种塑料球的自动化生产。

Description

一种智能机械手
技术领域
本发明涉及机械手领域，尤其涉及一种用于抓取半球结构并且能够对半球结构进行翻面的智能机械手。
背景技术
乒乓球、海洋球等塑料球产品是由两个塑料半球组合而成，具体的生产步骤是：首先利用模具将圆形的塑料薄片压成塑料半球，其次对塑料半球裁边修剪，然后在塑料半球的边沿涂胶，最后将两个塑料半球合并形成完整的塑料球。在现有技术中，乒乓球等塑料球的生产多数采用的是半自动化作业，压模、裁剪、涂胶等工序由机器完成，但是塑料半球在各个机器之间的转移工作则是人工完成，也就是说压膜机、裁剪机的上下料工作实际上是由人工实现的，具体原因在于塑料半球形状不规则且容易变形，现有技术中缺乏专用于夹取塑料半球的机械手。
发明内容
本发明要解决的技术问题是现有技术中缺乏能够稳定夹取塑料半球的机械手。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种智能机械手，包括机械臂和抓取机构；
所述抓取机构包括基板、气缸、撑盘、压料机构和钢丝机构，所述基板安装在机械臂上，本发明所采用的机械臂可以从市面直接购买，只要能够实现抓取机构在指定的两点间移动即可；
所述钢丝机构的数量为四个并且围绕基板的中心均匀安装在基板上，所述钢丝机构包括倾斜布置的钢丝，四根钢丝呈口小底大的喇叭状，钢丝的末端设置有向内的卡勾；
所述气缸安装在基板的中心，撑盘安装在气缸的伸缩杆上，撑盘的边缘与四根钢丝接触，压料机构安装在撑盘的底部；
本发明主要利用带有四根钢丝的抓取机构来抓取塑料半球，具体做法是：机械臂控制抓取机构运动至塑料半球的正上方(塑料球必须保持敞口朝下的倒扣状态)，然后机械臂控制抓取机构向下运动，四根钢丝所形成的底口等于或者略小于塑料半球的直径，四根钢丝在下行的过程中被塑料半球撑开，最终四根钢丝的卡勾越过塑料半球的下边沿并扣住塑料半球的下边沿，此时压料机构也正好压在塑料半球的顶部；至此，塑料半球被抓取机构抓住；
抓取机构释放塑料半球的流程是：气缸控制撑盘上行，撑盘撑开四根钢丝使得卡勾与塑料半球的下边沿分离，塑料半球自然下落。
进一步的，所述压料机构包括顶板、外筒、上压板、弹簧和下压板，顶板固定在撑盘的底部，外筒安装在顶板上，上压板、弹簧和下压板均安装在外筒内，弹簧位于上压板和下压板之间，下压板的底面凸出外筒；下压板用于接触塑料半球并对塑料半球施加压力，下压板的底面呈内凹状使得下压板与塑料半球更加贴合；弹簧的作用在于：即使整个压料机构随着撑盘上升一点距离，下压板依然能对塑料半球保持压力，避免塑料半球受到卡勾的牵拉作用而向上弹起。
进一步的，所述压料机构还包括压力传感器，压力传感器位于上压板与顶板之间，当压力传感器的测量值低于设定值时，智能机械手的控制系统判定抓取机构处于空料状态；当抓取机构成功抓取塑料半球时，下压板会导致弹簧压缩，弹簧对上压板施加压力，进而使得压力传感器受压；如果压力传感器的测量值低于设定值或者为零，那么意味着抓取机构处于空料状态，压力传感器主要用于智能机械手的控制系统判断抓取机构是否抓取成功，如果抓取未成功，则控制系统控制机械臂和抓取机构再次进行抓取。
进一步的，所述钢丝机构还包基座和安装螺钉，所述钢丝固定在基座内，基座通过安装螺钉固定在基板上。
进一步的，所述机械臂包括水平直线驱动器、滑动座、竖直直线驱动器和连接座，滑动座安装在水平直线驱动器上，竖直直线驱动器安装在滑动座上，连接座安装在竖直直线驱动器上，基板安装在连接座上；水平直线驱动器和竖直直线驱动器均可采用现有技术中的齿轮齿条直线驱动器，水平直线驱动器和竖直直线驱动器的作用在于实现连接座和抓取机构在二维平面内移动。
本发明中的抓取机构只能抓取呈敞口朝下的倒扣状态的塑料半球，但是在实际生产中，从前序步骤传递至输送线上的塑料半球有可能处于敞口朝上的状态，为此，本发明的机械手还配置了对应的输送组件，所述输送组件包括第一输送带、第二输送带和翻面机构，所述第一输送带的末端为抓取位，所述抓取机构位于抓取位的正上方，所述第二输送带与第一输送带对齐，翻面机构衔接第一输送带和第二输送带。
所述翻面机构包括框架、支撑台、喷气管、喷嘴、转轴、转板、电机和传动机构，所述框架的前后敞口，支撑台安装在框架内，支撑台的两端分别与第一输送带和第二输送带衔接，转轴位于支撑台的侧面，转轴上均匀安装四块转板，电机通过传动机构驱动转轴旋转；喷气管的一端与喷嘴连接，另一端连接气泵，喷嘴位于支撑台之上并指向支撑台；
翻面机构用于对塑料半球进行翻面操作，具体动作是：电机驱动转轴及四块转板旋转，使得一个塑料半球被转板转移至支撑台上，支撑台上的塑料半球处于两块转板和框架内表面形成的三角空间中；然后喷嘴对塑料半球喷气，如果塑料半球处于敞口朝下的倒扣状态，这种塑料半球十分稳定，气流对其不产生影响；如果塑料半球处于敞口朝上的状态，那么塑料半球将在气流的作用下发生跳动和翻转，最终转化为敞口朝下的倒扣状态。
进一步的，所述喷嘴倾斜，倾斜的喷嘴所产生的气流更有利于塑料半球翻转。
进一步的，所述喷气管上还安装有电磁阀，电磁阀控制喷嘴间歇性喷气，间歇性喷气比持续喷气更有利于塑料半球翻转。
有益效果：(1)本发明的智能机械手在抓取机构上设置了四根带有卡勾的钢丝，利用钢丝配合压料机构实现了塑料半球的抓取，使得塑料半球能够在不同的设备之间机械化转移，有助于各种塑料球的自动化生产。(2)本发明的智能机械手在压料机构中设置上压板、弹簧和下压板，即使整个压料机构随着撑盘上升一点距离，下压板依然能对塑料半球保持压力，避免卸料时塑料半球受到卡勾的牵拉作用而向上弹起。(3)本发明的智能机械手在压料机构中设置压力传感器，使得智能机械手能够识别对塑料半球是否抓取成功，避免出现抓取错误。(4)本发明的智能机械手配置了带有翻面机构的输送组件，使得所有到达抓取机构下方的塑料半球处于敞口朝下的倒扣状态，确保抓取机构能够准确抓取所有塑料半球。
附图说明
图1是实施例1智能机械手的主视图。
图2是实施例1智能机械手的俯视图。
图3是实施例1中抓取机构的立体图。
图4是实施例1中抓取机构的剖面图。
图5是实施例1中抓取机构的工作流程图(其一)。
图6是实施例1中抓取机构的工作流程图(其二)。
图7是实施例1中抓取机构的工作流程图(其三)。
图8是图2的A-A剖面图。
图9是实施例中翻面机构的工作原理图。
其中：100、机械臂；110、水平直线驱动器；120、滑动座；130、竖直直线驱动器；140、连接座；200、抓取机构；210、基板；220、气缸；230、撑盘；240、压料机构；241、顶板；242、外筒；243、上压板；244、弹簧；245、下压板；246、压力传感器；250、钢丝机构；251、基座；252、安装螺钉；253、钢丝；253-1、卡勾；300、输送组件；310、第一输送带；320、第二输送带；330、翻面机构；331、框架；332、支撑台；333、喷气管；334、喷嘴；335、转轴；336、转板；337、电机；338、传动机构；339、电磁阀；400、塑料半球。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
实施例1
如图1和图2所示，本实施例的智能机械手包括机械臂100、抓取机构200和输送组件300；
机械臂100包括水平直线驱动器110、滑动座120、竖直直线驱动器130和连接座140，滑动座120安装在水平直线驱动器110上，竖直直线驱动器130安装在滑动座120上，连接座140安装在竖直直线驱动器130上；水平直线驱动器110和竖直直线驱动器130均均采用现有技术中的齿轮齿条直线驱动器，水平直线驱动器110和竖直直线驱动器130的作用在于实现连接座140在二维平面内移动；
如图3和图4所示，抓取机构200包括基板210、气缸220、撑盘230、压料机构240和钢丝机构250，基板210固定在连接座140上；
钢丝机构250的数量为四个并且围绕基板210的中心均匀安装在基板210上，所述钢丝机构250包括基座251、安装螺钉252和钢丝253，钢丝253固定在基座251内，基座251通过安装螺钉252固定在基板210上，所有钢丝253倾斜，四根钢丝253呈口小底大的喇叭状，钢丝253的末端设置有向内的卡勾253-1；
气缸220安装在基板210的中心，撑盘230安装在气缸220的伸缩杆上，撑盘230的边缘与四根钢丝253接触；
压料机构240包括顶板241、外筒242、上压板243、弹簧244、下压板245和压力传感器246，顶板241固定在撑盘230的底部，外筒242安装在顶板241上，上压板243、弹簧244和下压板245均安装在外筒242内，弹簧244位于上压板243和下压板245之间，下压板245的底面凸出外筒242；下压板245用于接触塑料半球400并对塑料半球400施加压力，下压板245的底面呈内凹状使得下压板245与塑料半球400更加贴合，压力传感器246位于上压板243与顶板241之间；
如图2和图8所示，输送组件300包括第一输送带310、第二输送带320和翻面机构330，第一输送带310的末端为抓取位，抓取机构200位于抓取位的正上方，第二输送带320与第一输送带310对齐，翻面机构330衔接第一输送带310和第二输送带320；
翻面机构330包括框架331、支撑台332、喷气管333、喷嘴334、转轴335、转板336、电机337和传动机构338，框架331的前后敞口，支撑台332安装在框架331内，支撑台332的两端分别与第一输送带310和第二输送带320衔接，支撑台332与第一输送带310和第二输送带320等高，转轴335位于支撑台332的侧面，转轴335上均匀安装四块转板336，四块转板336呈如图9所示的十字形排布，电机337通过传动机构338驱动转轴335旋转；喷气管333的一端与喷嘴334连接，另一端连接气泵，喷嘴334位于支撑台332之上并指向支撑台332；喷嘴334倾斜并且喷气管333上安装有电磁阀339。
本实施例智能机械手的作用是对塑料半球400(例如半个乒乓球)进行翻面和抓取，具体工作原理是：
(1)如图2所示，第二输送带320接受来自前序生产设备的塑料半球400，落在第二输送带320上的塑料半球400具有两种状态：一种是如图5所示敞口朝下的倒扣状态，另一种是如图8所示的敞口朝上的状态；
(2)如图9所示，电机337驱动转轴335及四块转板336旋转，使得一个塑料半球400被转板336转移至支撑台332上，支撑台332上的塑料半球400处于两块转板336和框架331内表面形成的三角空间中；
(3)如图8所示，喷嘴334对塑料半球400喷气；如果塑料半球400处于敞口朝上的状态，那么塑料半球400将在气流的作用下发生跳动和翻转，最终转化为敞口朝下的倒扣状态；如果塑料半球400处于敞口朝下的倒扣状态，则塑料半球400不受气流影响；
(4)随着如图9所示的转轴335和转板336的旋转，经过翻面的塑料半球400被推送至第一输送带310并最终到达如图1所示抓取机构200的正下方，抓取机构200和塑料半球400的位置关系如图5所示；
(5)如图6图7所示，机械臂100控制抓取机构200向下运动，四根钢丝253在下行的过程中被塑料半球400撑开，最终四根钢丝253的卡勾253-1越过塑料半球400的下边沿并扣住塑料半球400的下边沿；此时，压料机构240中的下压板245压住塑料半球400的顶部，弹簧244被压缩，弹簧244对上压板243施加压力，进而使得压力传感器246受压；
(6)压力传感器246的测量值高于设定值则可以认定抓取机构200对塑料半球400抓取成功，然后机械臂100控制抓取机构200和塑料半球400运动至下一个工位；
(7)当抓取机构200到达下一个工位后，如图7所示的气缸220控制撑盘230上行，撑盘230撑开四根钢丝253使得卡勾253-1与塑料半球400的下边沿分离，塑料半球400落入下一个工位。
虽然说明书中对本发明的实施方式进行了说明，但这些实施方式只是作为提示，不应限定本发明的保护范围。在不脱离本发明宗旨的范围内进行各种省略、置换和变更均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种智能机械手，其特征在于：包括机械臂(100)和抓取机构(200)；所述抓取机构(200)包括基板(210)、气缸(220)、撑盘(230)、压料机构(240)和钢丝机构(250)，所述基板(210)安装在机械臂(100)上；
所述钢丝机构(250)的数量为四个并且围绕基板(210)的中心均匀安装在基板(210)上，所述钢丝机构(250)包括倾斜布置的钢丝(253)，四根钢丝(253)呈口小底大的喇叭状，钢丝(253)的末端设置有向内的卡勾(253-1)；
所述气缸(220)安装在基板(210)的中心，撑盘(230)安装在气缸(220)的伸缩杆上，撑盘(230)的边缘与四根钢丝(253)接触，压料机构(240)安装在撑盘(230)的底部。
2.根据权利要求1所述的智能机械手，其特征在于：所述压料机构(240)包括顶板(241)、外筒(242)、上压板(243)、弹簧(244)和下压板(245)，顶板(241)固定在撑盘(230)的底部，外筒(242)安装在顶板(241)上，上压板(243)、弹簧(244)和下压板(245)均安装在外筒(242)内，弹簧(244)位于上压板(243)和下压板(245)之间，下压板(245)的底面凸出外筒(242)，下压板(245)的底面呈内凹状。
3.根据权利要求2所述的智能机械手，其特征在于：所述压料机构(240)还包括压力传感器(246)，压力传感器(246)位于上压板(243)与顶板(241)之间，当压力传感器(246)的测量值低于设定值时，智能机械手的控制系统判定抓取机构(200)处于空料状态。
4.根据权利要求1所述的智能机械手，其特征在于：所述钢丝机构(250)还包基座(251)和安装螺钉(252)，所述钢丝(253)固定在基座(251)内，基座(251)通过安装螺钉(252)固定在基板(210)上。
5.根据权利要求1所述的智能机械手，其特征在于：所述机械臂(100)包括水平直线驱动器(110)、滑动座(120)、竖直直线驱动器130和连接座(140)，滑动座(120)安装在水平直线驱动器(110)上，竖直直线驱动器130安装在滑动座(120)上，连接座(140)安装在竖直直线驱动器130上，基板(210)安装在连接座(140)上。
6.根据权利要求1所述的智能机械手，其特征在于：还包括输送组件(300)，所述输送组件(300)包括第一输送带(310)，所述第一输送带(310)的末端为抓取位，所述抓取机构(200)位于抓取位的正上方。
7.根据权利要求6所述的智能机械手，其特征在于：所述输送组件(300)还包括第二输送带(320)和翻面机构(330)，所述第二输送带(320)与第一输送带(310)对齐，翻面机构(330)衔接第一输送带(310)和第二输送带(320)。
8.根据权利要求7所述的智能机械手，其特征在于：所述翻面机构(330)包括框架(331)、支撑台(332)、喷气管(333)、喷嘴(334)、转轴(335)、转板(336)、电机(337)和传动机构(338)，所述框架(331)的前后敞口，支撑台(332)安装在框架(331)内，支撑台(332)的两端分别与第一输送带(310)和第二输送带(320)衔接，转轴(335)位于支撑台(332)的侧面，转轴(335)上均匀安装四块转板(336)，电机(337)通过传动机构(338)驱动转轴(335)旋转；喷气管(333)的一端与喷嘴(334)连接，另一端连接气泵，喷嘴(334)位于支撑台(332)之上并指向支撑台(332)。
9.根据权利要求8所述的智能机械手，其特征在于：所述喷嘴(334)倾斜。
10.根据权利要求9所述的智能机械手，其特征在于：所述喷气管(333)上还安装有电磁阀(339)，电磁阀(339)控制喷嘴(334)间歇性喷气。
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Application publication date: 20210831

Assignee: Hunan Hongyuyun Technology Co.,Ltd.

Assignor: Hunan City University

Contract record no.: X2022980020755

Denomination of invention: An intelligent manipulator

Granted publication date: 20220301

License type: Exclusive License

Record date: 20221109

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