CN114211520A - 一种高精度直线机械手及应用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及高精度直线机械手，包括底座和控制主机，底座上设置有滑动架和滑动臂，滑动臂的端部设置有夹爪和升降单元；夹爪包括多个夹臂和多个第二横移单元；夹臂包括纵向边和横向边，横向边的端部设置滑动杆和滑动孔，滑动杆的端部设置有吸盘，滑动孔内设置有弹性复位件和位置感应组件；横向边的外侧表面通过螺纹连接有抵紧套筒，抵紧套筒与吸盘的边缘正对；夹臂上设置有旋转组件和抽真空单元；应用本申请的方式方法，不仅能够多个夹臂夹持力的均衡性，同时前期不需要对待夹持产品高精度的定位处理，降低控制难度，此外大幅提升夹持的可靠性，同时也不易损伤工件。

Description

一种高精度直线机械手及应用方法

技术领域

本发明涉及机械手技术领域，更具体地说，涉及一种高精度直线机械手及应用方法。

背景技术

机械手是一种能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置；特点是可以通过编程来完成各种预期的作业，构造和性能上兼有人和机械手机器各自的优点；

在通过吸盘进行吸附抓取物料的一类机械手上，由于吸盘本身具有一定的可形变特性，夹持容易出现松动情况，且对于吸盘与物体之间的精度控制也难以保障，难以适用于对夹持精度较高的应用场景。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种高精度直线机械手及应用方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

构造一种高精度直线机械手，其中，包括底座和控制主机，所述底座上设置有横向的滑动架和横向滑动设置在所述滑动架上的滑动臂，所述滑动架上设置有带动所述滑动臂滑动的第一横移单元；所述滑动臂的端部设置有夹爪和带动所述夹爪升降的升降单元；所述夹爪包括多个夹臂和多个一一对应驱动所述夹臂进行夹持时横移的第二横移单元；所述夹臂包括纵向边和横向边，所述横向边的端部设置滑动杆和与其配合的滑动孔，所述滑动杆的端部设置有吸盘，所述滑动孔内设置有为所述滑动杆提供弹性的弹性复位件和检测所述滑动杆滑动位置的位置感应组件；所述横向边的外侧表面通过螺纹连接有抵紧套筒，所述抵紧套筒与所述吸盘的边缘正对；所述夹臂上设置有带动所述抵紧套筒绕所述横向边转动的旋转组件和对所述吸盘抽气的抽真空单元；所述第一横移单元、所述升降单元、所述第二横移单元、所述旋转组件、所述抽真空单元均与所述控制主机电连接并受其控制，，所述控制主机依据所述位置感应组件的信号控制所述旋转组件运行。

本发明所述的高精度直线机械手，其中，所述吸盘的边缘的内侧设置有环形的密封圈以及安装密封圈的环形凹槽；所述吸盘的边缘的外侧设置有与所述环形凹槽对应的环形凸包；所述抵紧套筒的端部设置有与所述环形凸包对应的环形定位槽。

本发明所述的高精度直线机械手，其中，所述横向边的尾端设置有与所述滑动孔连通的气孔，所述气孔内穿设有硬质气管，所述硬质气管一端通过软管连接所述抽真空单元，另一端连接所述吸盘，所述滑动杆上设置有供所述硬质气管通过的通孔。

本发明所述的高精度直线机械手，其中，所述气孔的内径小于所述滑动孔的内径以及所述滑动杆的外径；所述弹性复位件为套设在所述硬质气管上的弹簧，所述弹簧一端与所述滑动杆的端部连接，所述弹簧的另一端与所述滑动孔的底部连接。

本发明所述的高精度直线机械手，其中，所述抽真空单元设置在所述纵向边上，所述纵向边上还设置有对气管进行卡夹的卡夹件。

本发明所述的高精度直线机械手，其中，所述旋转组件包括设置在所述纵向边上的横向的伺服电机，所述伺服电机的活动端设置有驱动齿轮；所述抵紧套筒的外侧表面同轴设置有与所述驱动齿轮啮合的外齿圈，且在所述抵紧套筒的横向移动行程内所述驱动齿轮和所述外齿圈始终相啮合；所述驱动齿轮和所述外齿圈均为直齿轮。

本发明所述的高精度直线机械手，其中，所述夹爪包括三个或四个呈环形均匀分布的所述夹臂。

一种高精度直线机械手应用方法，应用于如上述的高精度直线机械手，其实现方法如下：

控制主机控制第一横移单元运行，带动滑动臂沿滑动架运行到待夹持物体上方区域后，控制升降单元运行，带动夹爪下行至多个夹臂与待夹持物体的周侧相对；

控制主机控制多个第二横移单元运行，对应的带动多个夹臂朝向待夹持物体横移，吸盘优先接触待夹持物体后，受夹臂继续横移的力使得滑动杆缩回滑动孔内；

位置感应组件监测滑动杆缩入滑动孔的位置，当滑动杆缩入到达设定的位置时，发送信号至控制主机，控制主机控制多个第二横移单元停止运行并控制与信号相应的旋转组件运行，带动抵紧套筒旋出抵紧吸盘的边缘，并将对应的第二横移单元标记为运行到位；

而后控制主机控制剩余未运行到位的第二横移单元继续移动，并重复监测控制动作，至所有第二横移单元均被标记为运行到位；

控制主机控制多个抽真空单元进行抽真空，而后控制升降单元运行带动夹爪上升，而后控制第一横移单元运行带动滑动臂横移。

本发明的有益效果在于：控制主机控制第一横移单元运行，带动滑动臂沿滑动架运行到待夹持物体上方区域后，控制升降单元运行，带动夹爪下行至多个夹臂与待夹持物体的周侧相对；控制主机控制多个第二横移单元运行，对应的带动多个夹臂朝向待夹持物体横移，吸盘优先接触待夹持物体后，受夹臂继续横移的力使得滑动杆缩回滑动孔内；位置感应组件监测滑动杆缩入滑动孔的位置，当滑动杆缩入到达设定的位置时，发送信号至控制主机，控制主机控制多个第二横移单元停止运行并控制与信号相应的旋转组件运行，带动抵紧套筒旋出抵紧吸盘的边缘，并将对应的第二横移单元标记为运行到位；而后控制主机控制剩余未运行到位的第二横移单元继续移动，并重复上述的监测控制动作，至所有第二横移单元均被标记为运行到位；控制主机控制多个抽真空单元进行抽真空，而后控制升降单元运行带动夹爪上升，而后控制第一横移单元运行带动滑动臂横移；应用本申请的方式方法，在夹持时逐一的对每一个夹臂进行位置锁定，进而完成整个高精度夹持动作，不仅能够多个夹臂夹持力的均衡性，同时前期不需要对待夹持产品高精度的定位处理，降低控制难度，此外，吸盘吸附时对其边缘进一步压持，大幅提升夹持的可靠性，同时也不易损伤工件。

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，下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，下面描述中的附图仅仅是本发明的部分实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图：

图1是本发明较佳实施例的高精度直线机械手结构示意图；

图2是本发明较佳实施例的高精度直线机械手夹臂剖视图；

图3是本发明较佳实施例的高精度直线机械手应用方法流程图。

具体实施方式

为了使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

本发明较佳实施例的高精度直线机械手，如图1所示，同时参阅图2，包括底座1和控制主机2，底座1上设置横向的滑动架10和横向滑动设置在滑动架10上的滑动臂11，滑动架10上设置有带动滑动臂11滑动的第一横移单元12；滑动臂11的端部设置有夹爪3和带动夹爪3升降的升降单元13；夹爪3包括多个夹臂30和多个一一对应驱动夹臂30进行夹持时横移的第二横移单元31；夹臂30包括纵向边300和横向边301，横向边301的端部设置滑动杆302和与其配合的滑动孔303，滑动杆302的端部设置有吸盘4，滑动孔303内设置有为滑动杆302提供弹性的弹性复位件304和检测滑动杆302滑动位置的位置感应组件305；横向边301的外侧表面通过螺纹连接有抵紧套筒5，抵紧套筒5与吸盘4的边缘正对；夹臂30上设置有带动抵紧套筒5绕横向边转动的旋转组件6和对吸盘4抽气的抽真空单元7；第一横移单元12、升降单元13、第二横移单元31、旋转组件6、抽真空单元7均与控制主机2电连接并受其控制，控制主机2依据位置感应组件305的信号控制旋转组件6运行；

控制主机2控制第一横移单元12运行，带动滑动臂11沿滑动架10运行到待夹持物体上方区域后，控制升降单元13运行，带动夹爪3下行至多个夹臂30与待夹持物体的周侧相对；控制主机2控制多个第二横移单元31运行，对应的带动多个夹臂30朝向待夹持物体横移，吸盘4优先接触待夹持物体后，受夹臂30继续横移的力使得滑动杆302缩回滑动孔303内（弹性复位件304被压缩）；位置感应组件305监测滑动杆302缩入滑动孔303的位置，当滑动杆302缩入到达设定的位置时，发送信号至控制主机2，控制主机2控制多个第二横移单元31停止运行并控制与信号相应的旋转组件6运行，带动抵紧套筒5旋出抵紧吸盘4的边缘，并将对应的第二横移单元31标记为运行到位；而后控制主机2控制剩余未运行到位的第二横移单元31继续移动，并重复上述的监测控制动作，至所有第二横移单元31均被标记为运行到位；控制主机2控制多个抽真空单元7进行抽真空，而后控制升降单元13运行带动夹爪3上升，而后控制第一横移单元12运行带动滑动臂11横移；

应用本申请的方式方法，在夹持时逐一的对每一个夹臂进行位置锁定，进而完成整个高精度夹持动作，不仅能够多个夹臂夹持力的均衡性，同时前期不需要对待夹持产品高精度的定位处理，降低控制难度，此外，吸盘吸附时对其边缘进一步压持，大幅提升夹持的可靠性，同时也不易损伤工件；

位置感应组件可以采用霍尔传感器和磁铁的搭配等。

优选的，吸盘4的边缘的内侧设置有环形的密封圈40以及安装密封圈40的环形凹槽；吸盘4的边缘的外侧设置有与环形凹槽对应的环形凸包42；抵紧套筒5的端部设置有与环形凸包42对应的环形定位槽50；

抵紧套筒5接触吸盘4时，环形凸包42对应的进入环形定位槽50内进行定位，防止出现移位情况，抵紧套筒5继续前行，将吸盘4的边缘以及边缘上的密封圈40抵紧在待夹持物体的侧表面上，通过该种方式，能够给待夹持物体一个侧向的压持力（带缓冲的硬性压力）的同时，保障吸盘边缘的气密性，使得吸盘的吸附可靠性答复提升，且能够降低对待夹持物体的侧表面的清洁度以及平整度的要求（常规的吸盘需要待夹持物体的侧表面有较高的洁净度以及平整度的要求，否则很容易会出现吸附不稳情况）。

优选的，横向边301的尾端设置有与滑动孔303连通的气孔306，气孔306内穿设有硬质气管307，硬质气管307一端通过软管308连接抽真空单元7，另一端连接吸盘4，滑动杆302上设置有供硬质气管通过的通孔；在滑动杆302缩回时，硬质气管307也会跟着缩回，与气孔306配合进行一定的导向作用，结构合理且紧凑，稳定性好，易于装配；

优选的，气孔306的内径小于滑动孔303的内径以及滑动杆302的外径；弹性复位件为套设在硬质气管307上的弹簧，弹簧一端与滑动杆302的端部连接，弹簧的另一端与滑动孔303的底部连接；结构合理且紧凑，弹簧不易出现移位情况。

优选的，抽真空单元7设置在纵向边300上，纵向边300上还设置有对气管进行卡夹的卡夹件（根据需要设置，不需要时可以不设置）。

优选的，旋转组件6包括设置在纵向边300上的横向的伺服电机60，伺服电机60的活动端设置有驱动齿轮61；抵紧套筒5的外侧表面同轴设置有与驱动齿轮61啮合的外齿圈62，且在抵紧套筒5的横向移动行程内驱动齿轮61和外齿圈62始终相啮合；设置时，驱动齿轮和外齿圈均设置成直齿轮，且将外齿圈的宽度设置的较宽即可保障在抵紧套筒5移动时，驱动齿轮61不脱离外齿圈62。

优选的，夹爪3包括三个或四个呈环形均匀分布的夹臂；通常情况下，三个或四个夹臂为较佳的方式，足以应对绝大部分物体的夹持操作；当然，可以理解的是，在物体较重的情况下，可以增多夹臂。

一种高精度直线机械手应用方法，应用于如上述的高精度直线机械手，如图3所示，其实现方法如下：

S01：控制主机控制第一横移单元运行，带动滑动臂沿滑动架运行到待夹持物体上方区域后，控制升降单元运行，带动夹爪下行至多个夹臂与待夹持物体的周侧相对；

S02：控制主机控制多个第二横移单元运行，对应的带动多个夹臂朝向待夹持物体横移，吸盘优先接触待夹持物体后，受夹臂继续横移的力使得滑动杆缩回滑动孔内；

S03：位置感应组件监测滑动杆缩入滑动孔的位置，当滑动杆缩入到达设定的位置时，发送信号至控制主机，控制主机控制多个第二横移单元停止运行并控制与信号相应的旋转组件运行，带动抵紧套筒旋出抵紧吸盘的边缘，并将对应的第二横移单元标记为运行到位；

S04：而后控制主机控制剩余未运行到位的第二横移单元继续移动，并重复监测控制动作，至所有第二横移单元均被标记为运行到位；

S05：控制主机控制多个抽真空单元进行抽真空，而后控制升降单元运行带动夹爪上升，而后控制第一横移单元运行带动滑动臂横移；

应用本申请的方式方法，在夹持时逐一的对每一个夹臂进行位置锁定，进而完成整个高精度夹持动作，不仅能够多个夹臂夹持力的均衡性，同时前期不需要对待夹持产品高精度的定位处理，降低控制难度，此外，吸盘吸附时对其边缘进一步压持，大幅提升夹持的可靠性，同时也不易损伤工件。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种高精度直线机械手，其特征在于，包括底座和控制主机，所述底座上设置有横向的滑动架和横向滑动设置在所述滑动架上的滑动臂，所述滑动架上设置有带动所述滑动臂滑动的第一横移单元；所述滑动臂的端部设置有夹爪和带动所述夹爪升降的升降单元；所述夹爪包括多个夹臂和多个一一对应驱动所述夹臂进行夹持时横移的第二横移单元；所述夹臂包括纵向边和横向边，所述横向边的端部设置滑动杆和与其配合的滑动孔，所述滑动杆的端部设置有吸盘，所述滑动孔内设置有为所述滑动杆提供弹性的弹性复位件和检测所述滑动杆滑动位置的位置感应组件；所述横向边的外侧表面通过螺纹连接有抵紧套筒，所述抵紧套筒与所述吸盘的边缘正对；所述夹臂上设置有带动所述抵紧套筒绕所述横向边转动的旋转组件和对所述吸盘抽气的抽真空单元；所述第一横移单元、所述升降单元、所述第二横移单元、所述旋转组件、所述抽真空单元均与所述控制主机电连接并受其控制，所述控制主机依据所述位置感应组件的信号控制所述旋转组件运行。

2.根据权利要求1所述的高精度直线机械手，其特征在于，所述吸盘的边缘的内侧设置有环形的密封圈以及安装所述密封圈的环形凹槽；所述吸盘的边缘的外侧设置有与所述环形凹槽对应的环形凸包；所述抵紧套筒的端部设置有与所述环形凸包对应的环形定位槽。

3.根据权利要求2所述的高精度直线机械手，其特征在于，所述横向边的尾端设置有与所述滑动孔连通的气孔，所述气孔内穿设有硬质气管，所述硬质气管一端通过软管连接所述抽真空单元，另一端连接所述吸盘，所述滑动杆上设置有供所述硬质气管通过的通孔。

4.根据权利要求3所述的高精度直线机械手，其特征在于，所述气孔的内径小于所述滑动孔的内径以及所述滑动杆的外径；所述弹性复位件为套设在所述硬质气管上的弹簧，所述弹簧一端与所述滑动杆的端部连接，所述弹簧的另一端与所述滑动孔的底部连接。

5.根据权利要求3所述的高精度直线机械手，其特征在于，所述抽真空单元设置在所述纵向边上，所述纵向边上还设置有对气管进行卡夹的卡夹件。

6.根据权利要求1-5任一所述的高精度直线机械手，其特征在于，所述旋转组件包括设置在所述纵向边上的横向的伺服电机，所述伺服电机的活动端设置有驱动齿轮；所述抵紧套筒的外侧表面同轴设置有与所述驱动齿轮啮合的外齿圈，且在所述抵紧套筒的横向移动行程内所述驱动齿轮和所述外齿圈始终相啮合；所述驱动齿轮和所述外齿圈均为直齿轮。

7.根据权利要求1-5任一所述的高精度直线机械手，其特征在于，所述夹爪包括三个或四个呈环形均匀分布的所述夹臂。

8.一种高精度直线机械手应用方法，应用于如权利要求1-7任一所述的高精度直线机械手，其特征在于，实现方法如下：

控制主机控制第一横移单元运行，带动滑动臂沿滑动架运行到待夹持物体上方区域后，控制升降单元运行，带动夹爪下行至多个夹臂与待夹持物体的周侧相对；

控制主机控制多个第二横移单元运行，对应的带动多个夹臂朝向待夹持物体横移，吸盘优先接触待夹持物体后，受夹臂继续横移的力使得滑动杆缩回滑动孔内；

位置感应组件监测滑动杆缩入滑动孔的位置，当滑动杆缩入到达设定的位置时，发送信号至控制主机，控制主机控制多个第二横移单元停止运行并控制与信号相应的旋转组件运行，带动抵紧套筒旋出抵紧吸盘的边缘，并将对应的第二横移单元标记为运行到位；

而后控制主机控制剩余未运行到位的第二横移单元继续移动，并重复监测控制动作，至所有第二横移单元均被标记为运行到位；

控制主机控制多个抽真空单元进行抽真空，而后控制升降单元运行带动夹爪上升，而后控制第一横移单元运行带动滑动臂横移。

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