CN114833855A - 一种可变角度的管件夹持装置及管件夹持方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉公开了一种可变角度的管件夹持装置及管件夹持方法，通过拍照视觉系统采集管件图像，通过控制系统分析管件的最佳夹持位置后，通过电机调整两个夹爪的间距以及调整夹爪的夹持角度，如此提高工作效率，及生产线的自动化程度；通过优化夹持片结构，使夹持片上的夹持面的横向截面呈圆弧状，夹持面的纵向截面呈圆弧状，减小夹持片和管件的抵接面积，提高夹持装置的应对多种复杂造型管件的适应性。

Description

一种可变角度的管件夹持装置及管件夹持方法

技术领域

本发明涉及管件加工拾取设备领域，尤其涉及一种可变角度的管件夹持装置及管件夹持方法。

背景技术

现阶段运用于管件自动化生产线夹持的机械手，由于其调整结构全部采用机械固定式设计，为适应各规格管件的夹持，对于机械手的调整采用停线，人工介入手动调整的方式，其夹持的单一性极大制约着生产效率的提升。

在遇到夹持管件长度较长，一般采用双夹爪共同夹持方式来保证夹持的可靠性；此方式的弊端在于，当出现加工管件批次在长度跨度较大时，需要停线，由操作人员进入线内根据管件长度的变化手动来调整两个夹爪的间距，调整位置的控制仍然依靠人的经验为主，极大影响着生产线的生产效率，提升操作者工作负荷，同时也存在着的安全隐患。

公开号为CN114303958A的专利文献公开了基于混联机构的间距可调双夹爪式挤奶机器人，包括移动底座、滑移装置、回转装置、并联支撑机构、串联执行臂和可调夹持器，在所述的移动底座的下方两侧设有固定地脚座，在所述的移动底座的两端设有防脱减振块；所述的滑移装置固定安装在移动底座上，所述的回转装置位于移动底座的上方，且通过螺钉固定安装在滑移装置上；所述的并联支撑机构的下端通过螺钉固定安装在回转装置上，所述的串联执行臂的后端通过螺钉固定安装在并联支撑机构的顶部，所述的可调夹持器的下端通过螺钉固定安装在串联执行臂的前端；所述的T型支架通过螺钉固定安装在串联执行臂中小臂的末端；所述的调距电机固定安装在T型支架的上方，所述的调距电机采用双输出轴伺服减速电机，且调距电机的减速器安装在双螺纹滑台的中间位置；所述的双螺纹滑台包括U型支架、圆导轨、左滑块和右滑块，所述的U型支架通过螺钉固定安装在T型支架的顶部前端，两根圆导轨平行布置在U型支架上，且圆导轨的两端与U型支架固连，左滑块位于调距电机的左侧且套装在圆导轨上，右滑块位于调距电机的右侧且套装在圆导轨上，所述的左滑块与调距电机的减速器的左输出轴通过左螺纹相连接，所述的右滑块与调距电机的减速器的右输出轴通过右螺纹相连接；所述的横向调节电机的下端固定安装在左滑块或右滑块上，横向调节电机的上端与纵向调节电机的下端固连；所述的夹持气缸采用八字形手指气缸或Y型手指气缸，所述的夹持气缸的下端固定安装在纵向调节电机的顶部，两个夹爪的后端通过螺钉对称固定安装在夹持气缸的两个气爪上。

现有技术针对在机械手用于管件弯管加工设备的自动上下料场景存在如下问题：1.固定的机械式夹持机构夹持，与弯管后的管件可能发生干涉，出现无法夹持的情况，适用性很低；在能够夹持的情况下，由于角度等问题可能夹持不在最佳夹持位置，夹持的可靠性与稳定性也不能得到保障；2.由于根据设计要求，有些管件造型复杂，夹持的位置空间较小器且角度刁钻，需要人工调整夹爪的转角以便设备能够夹取管件。

发明内容

为了解决现有技术中由于管件造型复杂，存在多处且连续的弯角，导致管件重心的变化，并且由于管件上缺少能够被抓取的直线段，夹爪在抓取过程中会与管件的弯角发生干涉的问题，本发明的目的在于提供可变角度的管件夹持装置及管件夹持方法，通过两个夹爪抓取管件，使管件抓取转运的过程更加稳定；通过拍照视觉系统采集管件图像，并根据管件的图像信息灵活的调整两个夹爪的位置、间距和夹持角度，能够更加灵活的选择管件上夹持部段的位置，避免夹持过程中夹爪和管件之间发生干涉，提高管件自动化生产的效率和自动化程度。

为了实现上述的目的，本发明采用了以下的技术方案：一种管件夹持方法，具体步骤如下：

1)过拍照视觉系统采集待夹取的管件图像，根据图像在管件上确定两个用于夹持的夹持位置，根据图像确定两个夹持位置的外径信息、两个夹持位置的间距信息和两个夹持位置处截面的夹角信息；其中，所述夹持位置处的截面与夹持位置的轴线垂直；

2)根据两个夹持位置的外径信息，对两个夹爪的开度进行调整；根据两个夹持位置的间距信息，对两个夹爪的间距进行调整；根据两个夹持位置处截面的夹角信息，对夹爪的夹持角度进行调整；其中，两个夹爪均已能够转动并且移动的方式安装在安装座上；夹爪包括两个用于夹持管件的夹持片，两个夹持片的间距为所述夹爪的开度；两个夹爪转动轴线的距离为所述两个夹爪的间距；夹爪的夹持片从初始状态转动至与所述夹持位置处的截面平行的状态时所需的角度为夹爪的夹持角度；

3)两个夹爪夹住管件。

如此设置，通过两个夹爪抓取管件，使管件抓取转运的过程更加稳定，也使得管件夹持位置的选择更加灵活；通过拍照视觉系统采集管件图像，并根据管件的图像信息灵活的调整两个夹爪的位置、间距和夹持角度，能够更加灵活的选择管件上夹持部段的位置，避免夹持过程中夹爪和管件之间发生干涉，提高管件自动化生产的效率和自动化程度。

作为优选，夹持位置位于管件平缓的部段。如此设置，可以进一步避免由于管件部分弯角角度，导致的管件和夹爪的干涉。

作为优选，夹爪夹持管件时，通过气缸驱动夹爪上两个夹持片相互靠近进而将管件夹紧并扣住。这样，通过气缸更加精准的控制夹爪的开度。

作为优选，夹持片上用于抵接管件的面为夹持面，夹持面的横向截面和纵向截面均为弧形。这样，由于夹持面的纵向截面呈弧形，使得夹持片与管件的外圆面更加贴合；由于夹持面的横向截面为弧形，如此可以减小管件的外圆面和夹持面的接触面积，进而进一步避免管件和夹爪的干涉。

作为优选，两个夹爪能够独立转动，两个夹爪均滑动安装在安装座上。这样，两个夹爪安装在同一安装座上，使得整体的结构更加紧凑，并且两个夹爪能够独立转动，使得整个装置更加灵活。

作为优选，两个夹爪分别转动安装在连接座上，两个连接座均滑动安装在安装座上；调节两个夹爪间距时，通过第一电机驱动两个连接座相互靠近或相互远离；调节两个夹爪的夹持角度时，通过两个第二电机分别驱动两个夹爪转动。这样，通过第一电机和第二电机，能够更加精确的控制两格夹爪之间的间距，以及每个夹爪的夹持角度。

作为优选，两个连接座分别与同一双向丝杆上的两个旋向相反的螺纹段螺纹连接，第一电机通过驱动双向丝杆转动进而调节两个夹爪的间距。这样，由于两个连接座为同一丝杆驱动，使装置的结构进一步紧凑，也使得两格夹爪间距控制更加精准。

作为优选，一电机通过齿轮传动的方式与双向丝杆相连，第二电机通过齿轮传动的方式与夹爪相连。

作为优选，一电机安装在安装座的侧面，第二电机安装在连接座的顶部，夹爪安装在连接座的底部。

采用上述一种管件夹持方法的夹持装置，包括拍照视觉系统和两个夹爪。

本发明的技术方案的有益效果为：1).通过拍照视觉系统采集管件图像，通过控制系统分析管件的最佳夹持位置后，两个夹爪以能够左右移动调整两者间距并能够各自独自转动调整夹持角度上，如此提高工作效率，及生产线的自动化程度；2)通过优化夹持片结构，减小夹持片和管件的抵接面积，提高夹持装置的适应性；3).通过电机来控制夹爪的角度和两个夹爪的间距控制，使夹持装置的中夹爪的定位更加精准有效，有效的提高夹持成功率；4)降低工人的劳动强度，优化工厂环境。

附图说明

图1为夹持装置夹取管件的结构示意图一；

图2为夹持装置夹取管件的结构示意图二；

图3为夹持装置夹取管件的结构示意图三；

图4为图3的俯视图；

图5为图4中A-A处剖视图；

图6为安装座的结构示意图一；

图7为安装座的结构示意图二；

图8为转动组件和夹爪的连接结构示意图一；

图9为转动组件和夹爪的连接结构示意图二；

图10为夹持片的结构示意图。

附图标记：1、管件；2、安装座；21、基体；22、端盖；23、第一驱动腔；24、避让孔；25、限位孔；26、装配孔；3、夹爪；31、气缸；311、伸缩端；32、夹持片；321、连接部；322、夹持部；323、夹持面；4、驱动组件；41、第一电机；42、双向丝杆；43、第一锥齿轮；44、第二锥齿轮；45、装配板；5、转动组件；51、第二电机；52、顶盖；53、连接座；54、第一齿轮；55、第二齿轮；56、安装板；57、限位部；6、视觉相机。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“顺时针”、“逆时针”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发明和简化描述，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发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，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；可以是直接相连，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，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

以下实施例中以图1所示方位为准，图1中第一电机41所在位置为‘前’，图1中两个夹爪3‘左右’两个方向布置。

实施例：

一种可变角度的管件夹持方法：具体步骤如下：

1)通过拍照视觉系统采集待夹取的管件图像，根据图像在管件上确定两个用于夹持的夹持位置，根据图像确定两个夹持位置的外径信息、两个夹持位置的间距信息和两个夹持位置处截面的夹角信息；其中，所述夹持位置处的截面与夹持位置的轴线垂直；

2)根据两个夹持位置的外径信息，对两个夹爪的开度进行调整；根据两个夹持位置的间距信息，对两个夹爪的间距进行调整；根据两个夹持位置处截面的夹角信息，对夹爪的夹持角度进行调整；其中，两个夹爪均已能够转动并且移动的方式安装在安装座上；夹爪包括两个用于夹持管件的夹持片32，两个夹持片32的间距为所述夹爪的开度；两个夹爪转动轴线的距离为所述两个夹爪的间距；夹爪的夹持片32从初始状态转动至与所述夹持位置处的截面平行的状态时所需的角度为夹爪的夹持角度；

3)两个夹爪3夹住管件。

这样，本实施例中的方法通过改变两个夹爪3的夹持角度和夹持间距的方式应对多复杂管件、更多规格管件，具有更加突出的适用性和实用性的效果，并提升了其夹持的可靠性；通过数字化控制实现优化了自动化生产线中的自动化调整夹持功能，降低人力资源成本与调试技术要求，避免了因人工调试带来生产停滞，优化了生产节拍，提高了生产效率，极大提高管件产品的输出质量，提高了生产线的自动化程度。进一步的，确定管件的夹持位置时，应选择管件上角度较为平缓的部段。

采用上述可变角度的管件夹持方法的夹持装置，如图1-7所示，包括拍照视觉系统、控制系统和两个夹爪3。其中夹爪3包括气缸31和两个所述夹持片32，气缸31包括两个伸缩端311，两个伸缩端左右方向布置，两个伸缩端相向运动，气缸31的两个伸缩端上均固定安装有连接板，两个夹持片32分别固定安装在两个连接板上。如此设置通过气缸31控制两个夹持片32的间距，进而实现管件的夹持。

本实施例中，夹持片32用于抵接管件的一端呈弧形。这样，一方面能够更好的与管件的外圆面向匹配，另一方面能够防止管件与夹爪3脱落。

进一步的，夹持片32上用于抵接管件的面为夹持面323，夹持面323的横向截面呈圆弧状，夹持面323的纵向截面呈圆弧状。这样，由于夹持面323的横向截面呈圆弧状，使得夹持片32与管件的抵接处呈线状，进而降低管件造型对其与夹持片32接触面大小的限制，提高夹持装置的适用性和实用性。

进一步的，夹持片32包括连接部321和夹持部322，夹持部322位于连接部321的下侧，夹持部322与连接部321交叉设置，连接部321通过螺栓固定在连接板上，夹持面323位于夹持部322的一端。这样，一方面能便于夹持片32的连接、拆卸及更换，另一方面缩减夹持片32的体积和重量。

本实施例中，夹持装置还包括能够与机械手相连的安装座2，两个夹爪3均以能够左右移动和转动的方式安装在安装座2上。这样，便于夹持装置的安装，提高夹持装置的稳定性；还可以通过机械手改变安装座和两个夹爪的位置以及倾角，使整个装置用于更多的抓取位置，也更加灵活。

进一步的，夹持装置还包括用于驱动夹爪3移动的驱动组件4和两个用于驱动夹爪3转动的转动组件5；本实施例中，安装座2上设有第一驱动腔23，转动组件5包括能够安装夹爪3的连接座53，连接座53滑动安装在第一驱动腔23内，夹爪3转动安装在连接座53上，驱动组件4包括双向丝杆42和第一电机41，双向丝杆42转动安装在第一驱动腔23内，双向丝杆42上的两个螺纹端分别与两个连接座53螺纹连接，安装座2的前端开设有与第一驱动腔23连通的装配孔26，第一电机41通过装配板45安装在安装座2上，第一电机41的输出端穿过装配孔26进入第一驱动腔23内，第一电机41的输出端上固定安装有第一锥齿轮43，双向丝杆42上固定安装有第二锥齿轮44，第一锥齿轮43和第二锥齿轮44啮合。这样，通过电机驱动锥齿轮旋转，从而带动丝杆的转动，实现两个夹爪3同步的高精度的移动定位。在其他实施例中，第一电机41通过联轴器与双向丝杆42的一端直连。

进一步的，安装座2底部开设有与第一驱动腔23连通的限位孔25，连接座53底部凸起有限位部57，连接座53与第一驱动腔23滑动配合，限位部57与限位孔25滑动配合，夹爪3位于限位部57的下方。这样，提高夹爪3移动过程的稳定性。

进一步的，安装座2包括基体21和两个端盖22，第一驱动腔23、限位孔25和两个避让孔24均设置在基体21上，第一驱动腔23和限位孔25均左右方向贯穿基体21，两个端盖22分别固定安装在基体21的两端，两个端盖22分别将基体21的左右两端封堵。这样使得连接座53能够从基体21的左右两端安装在第一驱动腔23内，如此设置便于夹持装置的安装和拆解。

进一步的，转动组件5还包括顶板、第二电机51、第一传动轴和第二传动轴，连接座53顶部开设有安装槽，连接座53上开设有与安装槽相通的第二驱动腔，顶板能够固定在安装槽内并将第二驱动腔封堵，第二电机51安装在顶板上，安装座2顶部开设有与第一驱动腔23连通的避让孔24，第二电机51能够在避让孔24中滑动，第二电机51的输出端穿过顶板伸入第二驱动腔内，第一传动轴固定安装在第二电机51的输出端上，第二传动轴转动安装在顶板上，顶板安装在连接座53上后，第一传动轴和第二传动轴均位于第二驱动腔内，第一传动轴上固定安装有第一齿轮54，第二传动轴上固定安装有第二齿轮55，第一齿轮54和第二齿轮55啮合，第二传动轴的一端穿过连接座53后通过安装板56固定在夹爪3的气缸31上。如此设置，通过齿轮和电机，能够更加精确的控制夹爪3的转动角度，提高夹爪3装置的可靠性。在其他实施例中，第二电机51也可以和夹爪3直连。

本实施例中，第一电机41和第二电机51均为伺服电机。这样，提高夹持装置的控制精度。

本实施例中，拍照视觉系统包括用于摄录管件图像的视觉相机6；视觉相机6安装在安装座2上。

本实施例中，控制系统包括PLC、触控屏幕、电气柜以及控制器等，控制系统对需要夹持管件的弯管参数进行模拟仿真分析，识别该管件的最佳夹持位，伺服电机进行角度的粗调整，由于管件存在反弹系数、夹持公差等不稳定因素，需拍照视觉系统进行实时拍照实现数据交互，依靠视觉系统导入的数据控制伺服电机进行二次精准调整，达到闭环控制的效果，实现角度控制可根据参数自动精准调整与可靠性夹持的效果。

本实施例中，当需要调整两个夹爪3间距时，第一电机41驱动第一锥齿轮43转动，第一锥齿轮43驱动第二锥齿轮44转动，第二锥齿轮44驱动双向丝杆42转动，双向丝杆42通过螺纹驱动两个连接座53相互靠近或相互远离，两个连接座53分别带动安装在其上的第二电机51、第一传动轴、第二传动轴和夹爪3移动，进而完成两个夹爪3间距的调整；当需要调整夹爪3的角度时，第二电机51驱动第一传动轴转动，第一传动轴驱动第一齿轮54转动，第一齿轮54驱动第二齿轮55转动，第二齿轮55驱动第二传动轴转动，第二传动轴通过安装板56带动夹爪3转动，进而完成夹爪3的角度调节。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种可变角度的管件夹持方法，其特征在于：具体步骤如下：

1)通过拍照视觉系统采集待夹取的管件图像，根据图像在管件上确定两个用于夹持的夹持位置，根据图像确定两个夹持位置的外径信息、两个夹持位置的间距信息和两个夹持位置处截面的夹角信息；其中，所述夹持位置处的截面与夹持位置的轴线垂直；

2)根据两个夹持位置的外径信息，对两个夹爪的开度进行调整；根据两个夹持位置的间距信息，对两个夹爪的间距进行调整；根据两个夹持位置处截面的夹角信息，对夹爪的夹持角度进行调整；其中，两个夹爪(3)均已能够转动并且移动的方式安装在安装座上；夹爪(3)包括两个用于夹持管件的夹持片(32)，两个夹持片(32)的间距为所述夹爪的开度；两个夹爪转动轴线的距离为所述两个夹爪的间距；夹爪(3)的夹持片(32)从初始状态转动至与所述夹持位置处的截面平行的状态时所需的角度为所述夹爪的夹持角度；

3)两个夹爪(3)夹住管件。

2.根据权利要求1所述的一种可变角度的管件夹持方法，其特征在于：夹持位置位于管件平缓的部段。

3.根据权利要求1所述的一种可变角度的管件夹持方法，其特征在于：夹爪(3)夹持管件时，通过气缸驱动夹爪(3)上两个夹持片(32)相互靠近，使两个夹持片将管件夹紧并扣住。

4.根据权利要求3所述的一种可变角度的管件夹持方法，其特征在于：夹持片(32)上用于抵接管件的面为夹持面(323)，夹持面(323)的横向截面和纵向截面均为弧形。

5.根据权利要求1所述的一种可变角度的管件夹持方法，其特征在于：两个夹爪(3)能够独立转动，两个夹爪(3)在安装座(2)上滑动时，两个夹爪(3)同时运动并且运动方向相反。

6.根据权利要求5所述的一种可变角度的管件夹持方法，其特征在于：两个夹爪(3)分别转动安装在两个连接座(53)上，两个连接座(53)均滑动安装在安装座(2)上，安装座能够与机械手，进而通过机械手调节安装座(2)和两个夹爪的位置和倾角；调节两个夹爪(3)间距时，通过第一电机(41)驱动两个连接座(53)相互靠近或相互远离；调节两个夹爪(3)的夹持角度时，通过两个第二电机(51)分别驱动两个夹爪(3)转动。

7.根据权利要求6所述的一种可变角度的管件夹持方法，其特征在于：两个连接座(53)分别与同一双向丝杆(42)上的两个旋向相反的螺纹段螺纹连接，第一电机(41)通过驱动双向丝杆(42)转动进而调节两个夹爪(3)的间距。

8.根据权利要求7所述的一种可变角度的管件夹持方法，其特征在于：第一电机(41)通过齿轮传动的方式与双向丝杆(42)相连，第二电机(51)通过齿轮传动的方式与夹爪(3)相连。

9.根据权利要求7所述的一种可变角度的管件夹持方法，其特征在于：第一电机(41)安装在安装座(2)的侧面，第二电机(51)安装在连接座(53)的顶部，夹爪(3)安装在连接座(53)的底部。

10.采用如上述权利要求1-9中任一项所述的一种可变角度的管件夹持方法的夹持装置，其特征在于：拍照视觉系统和两个夹爪(3)。

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