CN114055507B - 一种用于工业机器人的柔性抓取装置的操作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于工业机器人的柔性抓取装置和操作方法，包括：电磁吸盘，包括至少一个吸盘和电磁继电器；缓冲组件，包括活动端与固定端，所述活动端的前端与电磁吸盘连接，其后端与固定端通过缓冲装置活动连接；固定臂，前端与所述固定端连接，其后端与所述工业机器人的末端连接；力反馈单元，设置于所述电磁吸盘与工件接触处，以根据接触压力的情况抓取工件；所述工业机器人通过与所述柔性抓取装置连接控制对工件的抓取或放下。通过采用缓冲组件避免抓取装置与工件的硬性碰撞，采用力反馈单元监视下压过程中的受力情况，实现了在目标物体的位置信息(尤其是高度信息)不够准确时，能够柔性的自适应的缓冲抓取工件。

Description

一种用于工业机器人的柔性抓取装置的操作方法

技术领域

本发明涉及工件抓取设备领域，特别涉及一种用于工业机器人的柔性抓取装置的操作方法。

背景技术

工业机器人常用于码垛、分拣等工序，过程中，机器人末端的工艺装备需要将目标物体从起始位置抓取或抬起，搬运到指定位置放下。基于该类需求，常见的工艺装备形式为机械抓手、真空吸盘、电磁吸盘，或通过几种方式混合，来实现抓取和放下的功能。而在复杂工况下，目标物体的起始位置可能不准确，或是需要机器人配合工业相机的机器视觉系统进行作业，期间可能出现部分不可避免的系统误差，此时的工艺装备需要有一定的柔性，才能以较为简单的步骤完成工序，否则，由于定位误差，末端可能产生干涉或碰撞，导致不良后果。

尤其对于凸轮轴等金属零件的码垛或分拣作业中，由于零件质量大，若使用人工作业，人力成本较高且效率低下。现有的自动化装备中往往缺少必要的柔性生产能力，对上一道工序的要求高，或是需要很复杂的装置来实现功能，成本过高。若使用工业机器人结合机器视觉等领域的技术，引入对工况的判断，对目标物体进行定位，可以以较低的成本实现柔性生产，但是目前机器人末端的工艺装备则缺少合适的功能。

发明内容

为解决上述现有技术存在的问题，本发明提供了一种用于工业机器人的柔性抓取装置的技术方案，抓取工件时能够实现自适应的缓冲，防止出现碰撞，满足机器视觉或其他定位方式的精度要求，以及对上一道工序中产品的统一性要求。

本发明提供了一种用于工业机器人的柔性抓取装置，包括：

电磁吸盘，包括至少一个吸盘和电磁继电器，所述电磁继电器控制吸盘对工件的抓取或放下；

缓冲组件，包括活动端与固定端，所述活动端的前端与电磁吸盘连接，其后端与固定端通过缓冲装置活动连接；

固定臂，前端与所述固定端连接，其后端与所述工业机器人的末端连接；

力反馈单元，设置于所述电磁吸盘与工件接触处，以根据接触压力的情况抓取工件；

所述工业机器人通过与所述柔性抓取装置连接控制对工件的抓取或放下。

通过采用缓冲组件避免抓取装置与工件的硬性碰撞，通过采用力反馈单元监视下压过程中的受力情况，避免受力超过缓冲组件的极限下压量，实现了在目标物体的位置信息(尤其是高度信息)不够准确时，能够柔性的自适应的缓冲抓取工件。

优选的，所述缓冲装置包括

一对轴承座，包括固定设置在所述活动端的前端内表面的上轴承座，以及固定设置在所述活动端的后端外表面的下轴承座；

一光轴，其前端和后端分别与所述上轴承座和下轴承座固定连接；

一连接部，外周与所述固定端前端固定连接，内设通孔，所述光轴穿过所述通孔上下移动；

一弹簧，套设在所述光轴上，其一端与所述上轴承座固定连接，另一端与所述连接部固定连接。活动端可以在弹簧力的牵引下沿着光轴上下移动，以实现缓冲抓取。

优选的，所述电磁吸盘上设有V形卡槽。V形卡槽适应于圆柱形轴类工件的抓取。

优选的，所述力反馈单元包括设置在电磁吸盘底部的薄膜压力传感器。薄膜压力传感器便于设置在与工件接触的位置，测量精确。

优选的，所述薄膜压力传感器成对设置在所述V形卡槽的两个接触侧面上。薄膜传感器多点设置并与工件直接接触，使测量更为准确。

优选的，所述薄膜压力传感器是两对，分别设置在所述V形卡槽的两端。通过V形卡槽两端设置的两对薄膜传感器测量的受力情况，可以比较工件两端的受力情况，并相应做位置调整，使抓取工件时受力均衡。

优选的，所述固定臂与所述固定端之间还设有水平调节装置，所述水平调节装置的轴线垂直于工件的轴线。水平调节装置使抓取工件时，工件与V形卡槽的两边均匀接触，受力均衡并稳定抓取。

优选的，所述水平调节装置包括下连接座、上连接座和螺杆推进结构，所述螺杆推进结构设置于上、下连接座之间，所述下连接座与所述固定端固定连接，所述上连接座与所述固定臂活动连接，所述螺杆推进结构控制上连接座在水平方向上移动。

本发明还提供了一种采用如前所述的柔性抓取装置的操作方法，包括：

S1:机器人运行到视觉分析结果的坐标上方并向下运动接触工件；

S2：当接收到至少两个传感器的示数时，继续下行并向接收到示数的两

个传感器的相反方向调整所述柔性抓取装置的水平位置；

S3：当4个传感器的示数相同时，机器人垂直下行；

S4：当传感器的示数达到阈值，电磁继电器通电，所述电磁吸盘抓取工件。

本发明具有如下技术效果：以电磁吸盘吸取金属零件，有效防止工业机器人出现干涉和碰撞，对工件实现了零损伤，提高了工业机器人的柔性生产能力和安全性能，减轻了前置作业和定位方式的负担。

附图说明

包括附图1-5，以提供对实施例的进一步理解并且附图被并入本说明书中并且构成本说明书的一部分。附图图示了实施例并且与描述一起用于解释本发明的工作原理。将容易认识到其它实施例和实施例的很多预期优点，因为通过引用以下详细描述，它们变得被更好地理解。附图的元件不一定是相互按照比例的。同样的附图标记指代对应的类似部件。

图1是本发明的一个实施例的一种用于工业机器人的柔性抓取装置的结构示意图；

图2是本发明中的缓冲装置的示意图；

图3是本发明中的水平调节装置的示意图；

图4是本发明中的力反馈单元的示意图；

图5是本发明一种柔性抓取装置的操作方法示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合附图1-4对本发明作详细的介绍。

本发明提供一种用于工业机器人的柔性抓取装置，如图1所示，包括：

电磁吸盘2，包括至少一个吸盘21和电磁继电器22，所述电磁继电器22控制吸盘对工件1的抓取或放下；

缓冲组件3，包括活动端31与固定端32，所述活动端21的前端与电磁吸盘21连接，其后端与固定端32通过缓冲装置33活动连接；

固定臂4，前端与所述固定端32连接，其后端与所述工业机器人的末端连接；

力反馈单元5，设置于所述电磁吸盘与工件1接触处，以根据接触压力的情况抓取工件；

所述工业机器人通过与所述柔性抓取装置连接控制对工件1的抓取或放下。

使用该装置，通过电磁吸盘以磁吸方式实现金属零件的抓取、搬运和放置，同时，通过光轴、轴承和弹簧的配合，保证了一定的缓冲性能，在目标物体的位置信息(尤其是高度信息)不够准确时，也能够实现自适应的缓冲，防止出现碰撞，降低对机器视觉或其他定位方式的精度要求，以及对上一道工序中产品的统一性要求。通过在电磁吸盘上设置力反馈单元，可以精确测量电磁吸盘与工件的接触压力，根据压力情况决定是否实施抓取操作，使抓取过程稳定且精准。

本发明的一种用于工业机器人的柔性抓取装置，整体结构以简单的机加工零件配合常用件，如光轴、轴承、固定座等，以螺纹连接实现具有一定载荷性能的机械结构，方便拆装、调试。末端为可选的装配方式，可以安装一个或两个电磁吸盘。配合对应的安装孔进行额外的机加工后也可以安装其他具有抓取功能的配件实现抓取。

在具体的实施例中，如图2所示，所述缓冲装置33包括：

一对轴承座330，包括固定设置在所述活动端的前端内表面的上轴承座3301，以及固定设置在所述活动端的后端外表面的下轴承座3302；

一光轴331，其前端和后端分别与所述上轴承座3301和下轴承座3302固定连接；

一连接部332，外周与所述固定端32前端固定连接，内设通孔，所述光轴331穿过所述通孔上下移动；

一弹簧333，套设在所述光轴331上，其一端与所述上轴承座3301固定连接，另一端与所述连接部332固定连接。

轴承弹簧结构的缓冲装置，结构简便，方便拆装和调试，便于制造维修。

在具体的实施例中，所述电磁吸盘上设有V形卡槽6。V形卡槽6便于抓取圆形或者轴类工件。

在具体的实施例中，如图3所示，所述力反馈单元5包括设置在电磁吸盘底部的薄膜压力传感器8。薄膜压力传感器便于设置在与工件接触的位置，测量精确。

在具体的实施例中，所述薄膜压力传感器成对设置在所述V形卡槽6的两个接触侧面上。薄膜传感器多点设置并与工件直接接触，使测量更为准确。

在具体的实施例中，所述薄膜压力传感器是两对，分别设置在所述V形卡槽6的两端。通过V形卡槽两端设置的两对薄膜传感器测量的受力情况，可以比较工件两端的受力情况，并相应做位置调整，使抓取工件时受力均衡。

在具体的实施例中，如图4所示，所述固定臂4与所述固定端32之间还设有水平调节装置7，所述水平调节装置7的轴线垂直于工件1的轴线。当抓取工件定位不准时，通过水平调节装置调整V形卡槽6与工件的接触，使工件与V形卡槽6的两边均匀接触，受力均衡并稳定抓取。

在具体的实施例中，所述水平调节装置包括下连接座71、上连接座72和螺杆推进结构73，所述螺杆推进结构73设置于上、下连接座之间，所述下连接座71与所述固定端32固定连接，所述上连接座72与所述固定臂4活动连接，所述螺杆推进结构73控制上连接座72在水平方向上移动。螺杆推进结构适用于抓取装置的微调，使电磁吸盘的V形卡槽在水平方向上与工件1的接触压力保持一致，抓取时工件1受力均匀稳定。

如图5所示，本发明还提供了一种采用如前所述的柔性抓取装置的操作方法，包括：

S1:机器人运行到视觉分析结果的坐标上方并向下运动接触工件；

S2：当接收到至少两个传感器的示数时，继续下行并向接收到示数的两

个传感器的相反方向调整所述柔性抓取装置的水平位置；

S3：当4个传感器的示数相同时，机器人垂直下行；

S4：当传感器的示数达到阈值，电磁继电器通电，所述电磁吸盘抓取工件。

四个传感器可以独立工作，判断当前工装的位姿是否合适，并反馈给上位机指导机器人动作。四个薄膜传感器可以监视下压过程中的受力情况。由于工装中使用了弹簧作为缓冲部件，弹簧的弹力会随下压量增大而增大，并且可以被压力传感器间接测量到。当到压力传感器示数达指定的一定数值后，认为到达下压量极限，则上位机会停止机器人的动作，或是控制其抬起。

通过采用缓冲组件避免抓取装置与工件的硬性碰撞，采用力反馈单元监视下压过程中的受力情况，避免受力超过缓冲组件的极限下压量，实现了在目标物体的位置信息(尤其是高度信息)不够准确时，能够柔性的自适应的缓冲抓取工件。提高了工业机器人的柔性生产能力和安全性能，减轻了前置作业和定位方式的负担。

虽然上面结合优选实施例对本发明的原理进行了详细的描述，本领域技术人员应该理解，上述实施例仅仅是对本发明的示意性实现方式的解释，并非对本发明包含范围的限定。实施例中的细节并不构成对本发明范围的限制，在不背离本发明的精神和范围的情况下，任何基于本发明技术方案的等效变换、简单替换等显而易见的改变，均落在本发明保护范围之内。

Claims (3)

1.一种用于工业机器人的柔性抓取装置的操作方法，其特征在于，所述柔性抓取装置包括：

电磁吸盘，包括至少一个吸盘和电磁继电器，所述电磁继电器控制吸盘对工件的抓取或放下，所述电磁吸盘上设有V形卡槽；

缓冲组件，包括活动端与固定端，所述活动端的前端与电磁吸盘连接，其后端与固定端通过缓冲装置活动连接；

固定臂，前端与所述固定端连接，其后端与所述工业机器人的末端连接；所述固定臂与所述固定端之间还设有水平调节装置，所述水平调节装置的轴线垂直于工件的轴线；

力反馈单元，设置于所述电磁吸盘与工件接触处，以根据接触压力的情况抓取工件；所述力反馈单元包括设置在电磁吸盘底部的薄膜压力传感器，所述薄膜压力传感器成对设置在所述V形卡槽的两个接触侧面上，所述薄膜压力传感器是两对，分别设置在所述V形卡槽的两端；

所述工业机器人通过与所述柔性抓取装置连接控制对工件的抓取或放下；

所述柔性抓取装置的操作方法是：

S1:机器人运行到视觉分析结果的坐标上方并向下运动接触工件；

S2：当接收到所述V形卡槽与所述工件接触时至少包含两个同侧槽边的所述薄膜压力传感器的示数时，继续下行并向接收到示数的所述两个同侧槽边的薄膜压力传感器所在位置的水平方向的相反方向调整所述柔性抓取装置的水平位置；

S3：当4个所述薄膜压力传感器的示数相同时，机器人垂直下行；

S4：当4个所述薄膜压力传感器的示数达到阈值，电磁继电器通电，所述电磁吸盘抓取工件。

2.根据权利要求1所述的一种用于工业机器人的柔性抓取装置的操作方法，其特征在于，所述缓冲装置包括

一对轴承座，包括固定设置在所述活动端的前端内表面的上轴承座，以及固定设置在所述活动端的后端外表面的下轴承座；

一光轴，其前端和后端分别与所述上轴承座和下轴承座固定连接；

一连接部，外周与所述固定端前端固定连接，内设通孔，所述光轴穿过所述通孔上下移动；

一弹簧，套设在所述光轴上，其一端与所述上轴承座固定连接，另一端与所述连接部固定连接。

3.根据权利要求2所述的一种用于工业机器人的柔性抓取装置的操作方法，其特征在于，所述水平调节装置包括下连接座、上连接座和螺杆推进结构，所述螺杆推进结构设置于上、下连接座之间，所述下连接座与所述固定端固定连接，所述上连接座与所述固定臂活动连接，所述螺杆推进结构控制上连接座在水平方向上移动。

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