CN113493113A - 一种用于圆状薄壁物品搬运机器人系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于圆状薄壁物品搬运机器人系统，包括：基座以及与基座配合连接的移动组件，移动组件上配合连接有夹紧组件，移动组件上设置有旋转机构，旋转机构用于带动移动组件旋转，旋转机构上设置有角度传感器，移动组件包括支撑臂，支撑臂顶部设置有第一电机，第一电机配合连接有第一联轴器，第一联轴器配合连接有连杆，连杆配合连接有连接块，连接块设置有两固定杆，固定杆对称设置，连接块上配合连接有丝杆，丝杆配合连接有第二电机，第二电机与所述丝杆通过第二联轴器配合连接，通过整个系统配合下，避免了物品被夹爆或夹变形的情况，实现了搬运的自动化，使作业者摆脱了繁重以及重复的体力劳动，提高了生产效率。

Description

一种用于圆状薄壁物品搬运机器人系统

应用领域

本发明涉及搬运机器人领域，特别是一种用于圆状薄壁物品搬运机器人系统。

背景技术

随着计算机科技与人工智能的不断发展，工业自动化逐渐进入了大众的视野中。工业机器人在智能化生产过程中起到了至关重要的一环，而搬运机器人作为作业机器人的一种，将先进制造技术、自动化控制技术、信息处理技术等融为一体，工业机器人与传统人工相比具有诸多优势，具有较高的自动化程度，专业性强，实用性强，位置控制精度高，还能够极大程度的释放劳动力，使作业者摆脱繁重及重复的体力劳动。

薄壁易碎物品在日常生活中随处可见，应用极为广泛，如玻璃、陶瓷灯，目前在机械手针对薄壁易碎物品的高速抓取与作业生成线在非金属材料加工、食品包装生成、轻工产品的加工以及众多行业物流过程均具有很大的应用需要。智能机械手的出现不仅解放了劳动力，加快了产品的生产速度，而且机械手按照既定的程序进行操作，产品的精度也得到了质的提升。然而，在机械手抓取薄壁易碎物品的作业过程中，薄壁易碎物品的强度与受力条件限制了机械手与环状薄壁物之间的接触应力，适用于环状薄壁物搬运作业的末端执行器存在较大技术瓶颈，例如，在高速抓取过程中，抓取手与薄壁易碎物之间的碰触冲击可能导致易碎件的破损或变形，另外在装配过程中，机械手与易碎件的相互作用力也会导致破损问题，因此，研究和解决薄壁易碎物品在高速作业机械手气筒面临的技术难题，具有重要的理论和应用价值。

发明内容

本发明克服了现有技术的不足，提供了一种用于圆状薄壁物品搬运机器人系统。

为达到上述目的本发明采用的技术方案为：一种用于圆状薄壁物品搬运机器人系统，包括：基座以及与基座配合连接的移动组件；

所述移动组件上配合连接有夹紧组件，所述移动组件上设置有旋转机构，所述旋转机构用于带动所述移动组件旋转，所述旋转机构上设置有角度传感器；

所述移动组件包括支撑臂，所述支撑臂顶部设置有第一电机，所述第一电机配合连接有第一联轴器，所述第一联轴器配合连接有连杆，所述连杆配合连接有连接块，所述连接块设置有两固定杆，所述固定杆对称设置，所述连接块上配合连接有丝杆，所述丝杆配合连接有第二电机，所述第二电机与所述丝杆通过第二联轴器配合连接，所述第二电机用于带动所述丝杆旋转；

所述夹紧组件包括连接架，所述连接架上设置有第三电机，所述第三电机配合连接有第三联轴器，所述第三联轴器配合连接有伸缩杆；

所述伸缩杆配合连接有圆形连接盘，所述圆形连接盘上设置有超声检测器，所述圆形连接盘设置有若干个铰接块，所述铰接块上铰接有拉杆，所述拉杆与所述铰接块数量相等。

进一步的，本发明的一个较佳实施例中，所述拉杆配合连接夹紧块，所述夹紧块与所述拉杆数量相等，所述夹紧块上设置有薄膜压力传感器，所述薄膜压力传感器用于实时检测被夹持物的压力信息。

进一步的，本发明的一个较佳实施例中，所述连接架上配合连接有固定盘，所述固定盘上设置有通孔，所述固定盘上还设置有若干个导向槽。

进一步的，本发明的一个较佳实施例中，所述导向槽配合连接有第一导向块，所述第一导向块与夹紧块配合连接，所述导向槽设置有限位机构，所述导向槽数量与所述夹紧块数量相等。

进一步的，本发明的一个较佳实施例中，所述丝杆上配合连接有滑块，所述滑块上设置有螺纹孔，所述螺纹孔上设置有第一传感器，所述第一传感器用于实时监测所述滑块位置信息，所述滑块上还设置有导向孔，所述导向孔配合连接有导杆。

进一步的，本发明的一个较佳实施例中，所述导杆一端配合连接有第四电机，所述第四电机与所述导杆通过第四联轴器配合连接，所述第四电机用于带动所述导杆旋转，所述导杆上设置有自锁机构。

进一步的，本发明的一个较佳实施例中，所述滑块还设置有U形槽，所述U形槽上配合连接有第二导向块，所述第二导向块上设置有凹槽。

进一步的，本发明的一个较佳实施例中，所述第二导向块配合连接有导轨，所述导轨上设置有凸块，所述第二导向块上设置有第二传感器，所述第二传感器用于检测第二导向块位置信息。

进一步的，本发明的一个较佳实施例中，所述导杆上配合连接有夹紧组件。

进一步的，本发明的一个较佳实施例中，还包括摄像机构，所述摄像机构设置于所述夹紧组件上，所述摄像机构用于检测物品位置信息与障碍物位置信息。

本发明公开的一种用于圆状薄壁物品搬运机器人系统，通过超声探测仪与薄膜压力传感器相互配合，传感器能够实时检测在夹持过程中的物品应力分布，并通过控制系统技术调整夹持力，避免了物品被夹爆或夹变形的情况；通过各导轨间的相互配合工作，机器人系统能够完成多个自由度的移动，使得机器人具有工作距离大的特点，并实现了高精度的位置控制；在整个机器人系统的配合工作下，实现了对薄壁易碎易变形物搬运的自动化以及无人化，使作业者摆脱了繁重以及重复的体力劳动，还能减少加工的准备和辅助时间，大大提高了生产效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他实施例的附图。

图1为机器人系统整体结构示意图；

图2为横向移动机构示意图

图3为滑块结构示意图；

图4为竖向移动机构示意图

图5为夹紧组件结构示意图；

图6为固定盘结构示意图；

图7为导向机构放大示意图；

附图标记说明如下：1、基座；2、移动组件；3、夹紧组件；101、旋转机构；102、角度传感器；103、支撑臂；106、连杆；201、连接块；202、固定杆；203、丝杆；204、滑块；205、螺纹孔；209、导向孔；401、U形槽；402、导杆；403、第二导向块；404、凹槽；405、凸块；406、导轨；501、连接架；502、伸缩杆；504、圆形连接盘；505、超声检测器；506、铰接块；507、拉杆；508、夹紧块；509、薄膜压力传感器；601、固定盘；602、通孔；603、导向槽；701、第一导向块；

具体实施方式

为了能够更加清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述，这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成，需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含指明所指示的技术特征的数量。因此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

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实施方式。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方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。

本发明提供了一种用于圆状薄壁物品搬运机器人系统，如图1所示，包括：基座1以及与基座1配合连接的移动组件2，其特征在于：

如图1、2所示，所述移动组件2上配合连接有夹紧组件3，所述移动组件3上设置有旋转机构101，所述旋转机构101用于带动所述移动组件2旋转，所述旋转机构101上设置有角度传感器102；所述移动组件3包括支撑臂103，所述支撑臂103顶部设置有第一电机，所述第一电机配合连接有第一联轴器，所述第一联轴器配合连接有连杆106，所述连杆106配合连接有连接块201，所述连接块201设置有两固定杆202，所述固定杆202对称设置，所述连接块201上配合连接有丝杆203，所述丝杆203配合连接有第二电机，所述第二电机与所述丝杆203通过第二联轴器配合连接，所述第二电机用于带动所述丝杆203旋转。首先，移动组件3上设置有旋转机构101，旋转机构101通过铰链与基座1铰接，旋转机构101能够带动机器人沿X、Y方向的设定角度旋转，并且在旋转机构101上设置有角度传感器102，角度传感器102能够实时的测量出机器人旋转的角度并把信息反馈至控制系统上，以精准的控制机器人，实现搬运的智能化。其次，支撑臂103顶部设置有第一电机，第一电机驱动后，通过减速器减速，再通过第一联轴器带动连杆106旋转，以带动机械手沿Y、Z方向设定角度旋转，适用于多种搬运情况。

如图5所示，所述夹紧组件3包括连接架501，所述连接架501上设置有第三电机，所述第三电机配合连接有第三联轴器，所述第三联轴器配合连接有伸缩杆502；所述伸缩杆502配合连接有圆形连接盘504，所述圆形连接盘504上设置有超声检测器505，所述圆形连接盘504设置有若干个铰接块506，所述铰接块506上铰接有拉杆507，所述拉杆507与所述铰接块506数量相等；所述拉杆507配合连接夹紧块508，所述夹紧块508与所述拉杆507数量相等，所述夹紧块508上设置有薄膜压力传感器509，所述薄膜压力传感器509用于实时检测被夹持物的压力信息。

需要说明的是，根据薄壁环状物的材料特性，材料的抗拉能力远低于抗压能力，因此，本发明夹紧组件设置为圆形结构，在夹紧组件抓取环形物品过程中，夹紧组件是决定瞬间冲击是否会超过易碎件的拉应强度而导致其破碎的关键部位，因此采用外部包络抓取的方式，使得在抓取时的安全度更高。

需要说明的是，第三电机正转时，在第三联轴器带动下伸缩杆顺时针旋转并沿Z轴方向上移，带动圆形连接盘上移，同理，与圆形连接盘铰接端的拉杆也随着圆形连接盘上移，拉杆另一端拉动夹紧块平移，从而完成对物品的夹紧过程。此外，夹紧块上方设置有导向槽，导向槽既有导向作用，又具有支撑功能。

如图5、6、7所示，所述连接架501上配合连接有固定盘601，所述固定盘601上设置有通孔602，所述固定盘601上还设置有若干个导向槽603；所述导向槽603配合连接有第一导向块701，所述第一导向块701与夹紧块508配合连接，所述导向槽603设置有限位机构，所述导向槽603数量与所述夹紧块508数量相等。

需要说明的是，薄壁物品在冶炼、轧制、热处理等各种制造过程中不可避免地产生某种微裂纹，因此，在机械手夹持搬运过程中，由于应力集中、疲劳、腐蚀等原因，抓取手与薄壁易碎物之间的碰触冲击就会发生低应力脆断的现象，最终导致薄壁物破损或变形。

在外力作用下，任意一个结构单元上主应力免得拉应力足够大时，特别是在那些高度应力集中的特征点附近的单元上，例如内部和表面的缺陷和裂纹，所受到的局部拉应力为平均拉应力数倍时，过分集中的拉应力如果超过材料的临界拉应力值时，将会产生裂纹或缺陷的扩展，从而导致物品被夹持时变形或爆裂，环形薄壁物品的变形或者断裂往往出现在材料应力集中度很高的地方，并且会选择在应力集中处的裂纹或者伤痕处裂开。因此，根据环状薄壁材料的断裂特点，在圆形连接盘上方设置有超声检测器，当薄壁物品中存在气孔、裂纹、分层等缺陷时，超声波传播到物品的缺陷界面处时，就会全部或部分反射，反射回来的超声波就会被超声探头接收，通过仪器内部的电路处理后，从而确定出缺陷所在的位置、深度与形状。确认缺陷的位置后，把信息发送至机器人控制端，处理器计算出最佳的夹紧位置，避开夹紧块夹到物品的缺陷处，避免在夹紧时因应力集中而夹爆或夹变形物品。

此外，夹紧块内侧还设置有薄膜压力传感器，薄膜压力传感器具有轻、薄、柔顺的特点，能够很好的包裹在夹紧块上，薄膜压力传感器对动态应力非常敏感，能够探测非常细小的物理压力信号，并且具有寿命长的优点，能够经受数百万次的弯曲和震动，因此使用薄膜压力传感器来检测被夹持物品的实时压力变化，并及时的把压力信息反馈至控制端上，当物品某一部位达到预设压力阈值时，控制器控制便自动控制夹紧机构的夹紧力，避免过分集中的压力超过材料的临界压力值，从而导致物品被夹持时变形或爆裂的情况。

每个夹紧块上规则设置有若干个微型吸盘，吸盘内设置有压力传感器，压力传感器用于检测吸盘内压力信息，通过电磁阀控制真空吸盘的工作，其中电磁阀控制分为单向电磁阀控制与双向电磁阀控制，当真空吸盘由单向电磁阀控制时，真空吸盘通电后执行吸附动作，断电时真空吸盘松开；当真空吸盘由双向电磁阀控制时，真空吸盘的吸附、松开将通过两个不同的线圈分开控制，因此，为了保证系统安全，本发明采用双向电磁阀控制真空吸盘的吸附与松开动作。传感器识别到夹紧块夹紧物品后，把信号反馈至控制系统上，从而控制吸盘工作，吸盘能够紧紧的吸附住物体，为搬运过程中提供一部分的夹紧力，使得物品在搬运过程中的稳定性更高，搬运过程中更安全。同时，采用吸盘吸附的方式，还能够减少夹紧块与物品发生刚性碰撞的情况。

如图2、3所示，所述丝杆203上配合连接有滑块204，所述滑块204上设置有螺纹孔205，所述螺纹孔205上设置有第一传感器208，所述第一传感器208用于实时监测所述滑块204位置信息，所述滑块204上还设置有导向孔209，所述导向孔209配合连接有导杆。

需要说明的是，在第二电机的带动下，丝杆发生旋转，以带动滑块沿X方向移动，机械手可以设置为多个，只需要在丝杆上设置相对应的滑块便可。导杆两侧设置有限位机构，限位机构可以是行程开关，当滑块滑动至行程开关上时，行程开关反馈信号至控制端，控制滑块停止滑动，避免发生碰撞，保证了设备的安全。此外，在滑块两侧还设置有第一传感器，第一传感器可以是光电传感器，第一传感器能够实时的检测机械手的位置信息，以精准的完成对物品搬运的夹持与移动。

需要说明的是，机器人在进行搬运过程中因各电机的累计误差以及各种因素会出现偏差，在机器人的多个位置上设置有传感器，各传感器之间实现信号连接，并且传感器能够实时的检测机器人位置信息，当机器人坐标变化偏差率大于预定阈值时，则表明机器人位姿误差处于不正常范围内，则控制系统能够依据传感器反馈信息对机器人进行误差补偿，以确保控制精度。

如图4所示，所述导杆402一端配合连接有第四电机，所述第四电机与所述导杆402通过第四联轴器配合连接，所述第四电机用于带动所述导杆402旋转，所述导杆402上设置有自锁机构；所述滑块204还设置有U形槽401，所述U形槽401上配合连接有第二导向块403，所述第二导向块403上设置有凹槽404；所述第二导向块403配合连接有导轨406，所述导轨406上设置有凸块405，所述第二导向块403上设置有第二传感器，所述第二传感器用于检测第二导向块403位置信息；所述导杆402上配合连接有夹紧组件；所述摄像机构设置于所述夹紧组件上，所述摄像机构用于检测物品位置信息与障碍物位置信息。

需要说明的是，在第四电机的带动下，导杆能够沿导向孔滑动，从而带动夹紧组件滑动以使机械手完成Z方向的移动。导杆上设置有自锁结构，导杆移动速度异常或者导杆处于非工作状态时，控制器控制自锁结构工作，避免导杆因重力作用而发生下滑，保证了设备的安全。

需要说明的是，对于搬运机器人的自动搬运过程，在系统开启后，机器人系统能够按照设计的自动状态运行，机器人能够按照规定路线完成搬运动作，机械手从原点出发，控制系统接收到物品到位信号后，旋转机构驱动机器人旋转，并且滑块驱动机械手沿X轴移动，当夹取组件到达待搬运物品上方时，第四电机驱动导杆下移至工件上方，夹取组件上的超声探头与传感器识别检测工件，获取最佳的夹取角度与夹取力度，完成对物品的夹取工作，然后将工件搬运至指定位置上。

需要说明的是，为了满足抓取工作需求，通过输出高频脉冲来驱动第一电机、第二电机、第三电机、第四电机，通过位置脉冲数量来控制第一电机、第二电机、第三电机、第四电机位置，通过脉冲频率来控制输出转速，通过方向脉冲来控制第一电机、第二电机、第三电机、第四电机转向。当达到上下限位时，传感器信号反馈至控制端，改变脉冲信号方向，从而实现电机正反转的控制。

以上依据本发明的理想实施例为启示，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 (10)

1.一种用于圆状薄壁物品搬运机器人系统，包括：基座以及与基座配合连接的移动组件，其特征在于：

所述移动组件上配合连接有夹紧组件，所述移动组件上设置有旋转机构，所述旋转机构用于带动所述移动组件旋转，所述旋转机构上设置有角度传感器；

所述移动组件包括支撑臂，所述支撑臂顶部设置有第一电机，所述第一电机配合连接有第一联轴器，所述第一联轴器配合连接有连杆，所述连杆配合连接有连接块，所述连接块设置有两固定杆，所述固定杆对称设置，所述连接块上配合连接有丝杆，所述丝杆配合连接有第二电机，所述第二电机与所述丝杆通过第二联轴器配合连接，所述第二电机用于带动所述丝杆旋转；

所述夹紧组件包括连接架，所述连接架上设置有第三电机，所述第三电机配合连接有第三联轴器，所述第三联轴器配合连接有伸缩杆；

所述伸缩杆配合连接有圆形连接盘，所述圆形连接盘上设置有超声检测器，所述圆形连接盘设置有若干个铰接块，所述铰接块上铰接有拉杆，所述拉杆与所述铰接块数量相等。

2.根据权利要求1所述的一种用于圆状薄壁物品搬运机器人系统，其特征在于：所述拉杆配合连接夹紧块，所述夹紧块与所述拉杆数量相等，所述夹紧块上设置有薄膜压力传感器，所述薄膜压力传感器用于实时检测被夹持物的压力信息。

3.根据权利要求1所述的一种用于圆状薄壁物品搬运机器人系统，其特征在于：所述连接架上配合连接有固定盘，所述固定盘上设置有通孔，所述固定盘上还设置有若干个导向槽。

4.根据权利要求3所述的一种用于圆状薄壁物品搬运机器人系统，其特征在于：所述导向槽配合连接有第一导向块，所述第一导向块与夹紧块配合连接，所述导向槽设置有限位机构，所述导向槽数量与所述夹紧块数量相等。

5.根据权利要求1所述的一种用于圆状薄壁物品搬运机器人系统，其特征在于：所述丝杆上配合连接有滑块，所述滑块上设置有螺纹孔，所述螺纹孔上设置有第一传感器，所述第一传感器用于实时监测所述滑块位置信息，所述滑块上还设置有导向孔，所述导向孔配合连接有导杆。

6.根据权利要求5所述的一种用于圆状薄壁物品搬运机器人系统，其特征在于：所述导杆一端配合连接有第四电机，所述第四电机与所述导杆通过第四联轴器配合连接，所述第四电机用于带动所述导杆旋转，所述导杆上设置有自锁机构。

7.根据权利要求5所述的一种用于圆状薄壁物品搬运机器人系统，其特征在于：所述滑块还设置有U形槽，所述U形槽上配合连接有第二导向块，所述第二导向块上设置有凹槽。

8.根据权利要求7所述的一种用于圆状薄壁物品搬运机器人系统，其特征在于：所述第二导向块配合连接有导轨，所述导轨上设置有凸块，所述第二导向块上设置有第二传感器，所述第二传感器用于检测第二导向块位置信息。

9.根据权利要求5所述的一种用于圆状薄壁物品搬运机器人系统，其特征在于：所述导杆上配合连接有夹紧组件。

10.根据权利要求1所述的一种用于圆状薄壁物品搬运机器人系统，其特征在于：还包括摄像机构，所述摄像机构设置于所述夹紧组件上，所述摄像机构用于检测物品位置信息与障碍物位置信息。

Images