CN115366133B - 一种机器人末端柔性手爪及操作方法 - Google Patents

Abstract

一种机器人末端柔性手爪，包括夹持机构（1）、相机固定模块（2）、印章模块（3）。机器人手爪通过基座（4）与机器人连接。所述夹持机构（1）由导杆固定板（12）和导向杆组成，三根导向杆固定在基座（4）上，所述导杆固定板（12）通过铜套（15）套在导向杆上，所述夹持机构（1）分别用小弹簧（13）和大弹簧（14）实现浮动调节，所述弹簧的一端连有弹簧垫片，且每块导杆固定板上都带有注油嘴（16）。本发明所述一种机器人末端柔性手爪，通过导向固定板和导向杆配合夹持液压拉伸器本体，使之与伺服拧紧枪匹配，轴向机构可以浮动，相机固定模块可以实现视觉辅助定位，通过气缸驱动还可实现印章功能。

Description

一种机器人末端柔性手爪及操作方法

技术领域

本发明涉及机器人相关领域，具体是一种机器人末端柔性手爪及操作方法。

背景技术

目前，随着机器人的应用场景越来越多，相应配套的手爪需求也越来越大，比如为了实现螺栓的快速拧紧，在一些工况恶劣如光源昏暗且作业无法连续的环境下，安装窗口期少，人工作业难度大，设备利用率极低。

为了解决类似的问题，这里引入一种机器人末端柔性手爪及操作方法。

发明内容

因此，为了解决上述不足，本发明在此提供一种机器人末端柔性手爪及操作方法。

本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：

一种机器人末端柔性手爪，机器人末端柔性手爪整体通过基座4与机器人连接；机器人末端柔性手爪包括夹持机构1、浮动调节机构、相机固定模块2、印章模块3；其中：

夹持机构1包括有一呈圆环形的基座4、顶座、三根导向杆和一导杆固定板12，其中，基座4的外周设置有三个向外突出的带有螺纹孔的固定块401，三根导向杆的底部通过螺纹连接固定在基座4的固定块401中，三根导向杆的顶部安装于顶座中；导杆固定板12呈圆环形，导杆固定板12通过铜套15套在导向杆上；导杆固定板12的顶部设置有导杆固定环1201，导杆固定环1201通过铜套15套在导向杆上；

浮动调节机构包括有大弹簧14和小弹簧13；夹持机构1分别通过大弹簧14和小弹簧13实现浮动调节；其中：

导杆固定板12和导杆固定环1201设置有一根竖向的小弹簧轴1302，小弹簧轴1302的底端固定于导杆固定板12上，小弹簧轴1302的顶端贯穿并伸出导杆固定环1201，伸出的小弹簧轴1302上套有小弹簧13，小弹簧轴1302的顶部安装有小弹簧固定螺母1301，用于将小弹簧13固定于小弹簧固定螺母1301和导杆固定环1201之间的小弹簧轴1302上；

导杆固定板12和基座4之间的导向杆上套有大弹簧14，导杆固定板12下部的导向杆上还套有大弹簧调节螺栓1401，用于将大弹簧14固定于大弹簧调节螺栓1401和基座4之间的导向杆上；

相机固定模块2包括相机固定支架17、补光灯支架18、补光灯环181、激光传感器固定板、激光传感器191；其中，

相机固定支架17通过螺栓固定连接在支架基座1702上，支架基座1702的另一端通过螺栓固定连接在基座4上，视觉相机171固定在相机固定支架17上；

补光灯支架18为折弯板并通过螺栓固定连接在相机固定支架17底部一侧，补光灯支架18上安装有补光灯环181；补光灯环181可给视觉相机171补充光源；

激光传感器固定板为折弯板并通过螺栓固定连接在相机固定支架17底部另一侧，激光传感器固定板上安装有激光传感器191；

印章模块3包括印章笔31、气缸32、导向杆I33、导向板34，其中，两条导向杆I33分别安装于基座4和顶座之间，两条导向杆I33上套有导向板34，导向板34可沿着两条导向杆I33自由滑动；气缸32的底部固定于基座4，伸缩轴顶部固定于导向板34内侧，导向板34外侧安装有印章笔31；印章笔气缸32驱动导向板34沿着导向杆I33滑动完成伸缩。

本发明有益效果：

本发明的机器人末端柔性手爪，通过导向固定板和导向杆配合夹持液压拉伸器本体，使之与伺服拧紧枪匹配，轴向机构可以浮动，相机固定模块可以实现视觉辅助定位，通过气缸驱动还可实现印章功能。

附图说明

图1是本发明结构示意图；

图2是本发明夹持机构示意图；

图3为本发明隐藏拧紧枪及液压拉伸器的结构示意图；

图4为本发明的另一视角示意图；

图5为本发明导向固定板结构图；

图6为本发明基座结构示意图；

图7为本发明相机固定模块结构示意图。

附图标记说明：夹持机构1、相机固定模块2、印章模块3、印章笔31、气缸32、导向杆I33、导向板34、基座4、液压拉伸器6、第一拧紧枪7、第二拧紧枪8、导杆固定板12、导杆固定环1201、小弹簧13、小弹簧固定螺母1301、小弹簧轴1302、大弹簧14、大弹簧调节螺栓1401、铜套15、注油嘴16、相机固定支架17、视觉相机171、补光灯支架18、补光灯环181、激光传感器191。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明进行详细说明，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，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他实施例，都属于本发明保护的范围。

一种机器人末端柔性手爪，机器人末端柔性手爪整体通过基座4与机器人连接；机器人末端柔性手爪包括夹持机构1、浮动调节机构、相机固定模块2、印章模块3。

夹持机构1固定有两个伺服拧紧枪并和液压拉伸器本体的齿轮箱匹配。齿轮箱为液压拉伸器上传递扭矩的装置。

夹持机构1包括有一呈圆环形的基座4、顶座、三根导向杆和一导杆固定板12，其中，基座4的外周设置有三个向外突出的带有螺纹孔的固定块401，三根导向杆的底部通过螺纹连接固定在基座4的固定块401中，三根导向杆的顶部安装于顶座中；导杆固定板12呈圆环形，导杆固定板12通过铜套15套在导向杆上；导杆固定板12的顶部设置有导杆固定环1201，导杆固定环1201通过铜套15套在导向杆上。

浮动调节机构包括有大弹簧14和小弹簧13。

导杆固定板12和导杆固定环1201设置有一根竖向的小弹簧轴1302，小弹簧轴1302的底端固定于导杆固定板12上，小弹簧轴1302的顶端贯穿并伸出导杆固定环1201，伸出的小弹簧轴1302上套有小弹簧13，小弹簧轴1302的顶部安装有小弹簧固定螺母1301，用于将小弹簧13固定于小弹簧固定螺母1301和导杆固定环1201之间的小弹簧轴1302上。

导杆固定板12和基座4之间的导向杆上套有大弹簧14，导杆固定板12下部的导向杆上还套有大弹簧调节螺栓1401，用于将大弹簧14固定于大弹簧调节螺栓1401和基座4之间的导向杆上。

夹持机构1分别通过大弹簧14和小弹簧13实现浮动调节，“浮动调节”含义为导杆固定板12在轴向运动的位移量可由大弹簧14和小弹簧13的压缩量进行限制。大弹簧14浮动设计目的为减少工件在轴向方向的冲击，大弹簧14在受到压缩时，起到对整个机器人手爪的缓冲作用。小弹簧13浮动设计目的为保护液压拉伸器工作时，防止螺杆因拉伸超出限位。

大弹簧14靠近基座4的一端设有弹簧垫片，小弹簧13靠近导杆固定环1201的一端设有弹簧垫片。

导杆固定板12和导杆固定环1201上均设置有注油嘴16；注油嘴16用于对铜套15进行注油，起润滑作用，减小摩擦。

相机固定模块2包括相机固定支架17、补光灯支架18、激光传感器固定板、补光灯环181、激光传感器191。

相机固定支架17通过螺栓固定连接在支架基座1702上，支架基座1702的另一端通过螺栓固定连接在基座4上，视觉相机171固定在相机固定支架17上。

补光灯支架18为折弯板并通过螺栓固定连接在相机固定支架17底部一侧，补光灯支架18上安装有补光灯环181；补光灯环181可给视觉相机171补充光源。

激光传感器固定板为折弯板并通过螺栓固定连接在相机固定支架17底部另一侧，激光传感器固定板上安装有激光传感器191。

印章模块3包括印章笔31、气缸32、导向杆I33、导向板34，其中，两条导向杆I33分别安装于基座4和顶座之间，两条导向杆I33上套有导向板34，导向板34可沿着两条导向杆I33自由滑动；气缸32的底部固定于基座4，伸缩轴顶部固定于导向板34内侧，导向板34外侧安装有印章笔31；印章笔气缸32驱动导向板34沿着导向杆I33滑动完成伸缩；

夹持机构1固定有伺服拧紧组件和一个液压拉伸器6。伺服拧紧组件包括有第一拧紧枪7和第二拧紧枪8，第一拧紧枪7和第二拧紧枪8均为市面上可以采购的产品，并不作为本发明的技术特征。伺服拧紧组件通过螺栓固定在导杆固定板上。液压拉伸器6为市面上可以采购的产品。后续将不对其做展开说明。

本发明的创造性在于将液压拉伸器和伺服拧紧枪集成在一起以完成对螺栓的张紧，为将机器人引入螺栓张紧工作的场景提供了结构基础。

本发明为实现对螺栓的张紧，采用了液压拉伸器，而动力源这里采用了拧紧枪来和液压拉伸器传递扭矩，拧紧枪前端带有转接头。

一种机器人末端柔性手爪的操作方法，包括以下步骤：

步骤1，如实现对螺栓螺杆和螺母的快速拧紧，先由机器人手爪上的激光传感器191进行螺栓到位检测，补光灯环181提供光源辅助，再由视觉相机171实现辅助对位；

步骤2，该机器人手爪进行对位后，螺杆会对机器人手爪轴向做冲击，此时大弹簧14得到压缩对整体机器人手爪进行缓冲。

此时液压拉伸器6进行工作，由第一拧紧枪7对螺杆进行套拧，然后液压拉伸器加压对螺杆进行拉伸；

达到额定压力后，螺杆伸长，导杆固定板12向后移动，小弹簧13得到压缩，防止螺杆因伸长超出限位。

第二拧紧枪8对螺母进行拧紧，达到目标扭矩值后，液压拉伸器释放压力，机器人手爪退出螺杆工件位置。气缸32驱动印章笔31伸出，对螺杆端头进行拧紧完成标记。

步骤3，重复以上步骤。

拉伸张紧工艺为人工预紧再液压拉伸拧紧拉伸器张紧齿轮箱有目标拧紧扭矩，并将所有能拧到的螺栓按液压目标拉伸力的50%、80%、100%分三次拧紧，这里不做过多阐述。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，上面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行了清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以上对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，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”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“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，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

Claims (3)

1.一种机器人末端柔性手爪，其特征在于：机器人末端柔性手爪整体通过基座（4）与机器人连接；机器人末端柔性手爪包括夹持机构（1）、浮动调节机构、相机固定模块（2）、印章模块（3）；其中：

夹持机构（1）包括有一呈圆环形的基座（4）、顶座、三根导向杆和一导杆固定板（12），其中，基座（4）的外周设置有三个向外突出的带有螺纹孔的固定块（401），三根导向杆的底部通过螺纹连接固定在基座（4）的固定块（401）中，三根导向杆的顶部安装于顶座中；所述导杆固定板（12）呈圆环形，所述导杆固定板（12）通过铜套（15）套在导向杆上；导杆固定板（12）的顶部设置有导杆固定环（1201），导杆固定环（1201）通过铜套（15）套在导向杆上；

浮动调节机构包括有大弹簧（14）和小弹簧（13）；所述夹持机构（1）分别通过大弹簧（14）和小弹簧（13）实现浮动调节；其中：

所述导杆固定板（12）和所述导杆固定环（1201）设置有一根竖向的小弹簧轴（1302），小弹簧轴（1302）的底端固定于所述导杆固定板（12）上，小弹簧轴（1302）的顶端贯穿并伸出所述导杆固定环（1201），伸出的小弹簧轴（1302）上套有小弹簧（13），小弹簧轴（1302）的顶部安装有小弹簧固定螺母（1301），用于将小弹簧（13）固定于小弹簧固定螺母（1301）和导杆固定环（1201）之间的小弹簧轴（1302）上；

所述导杆固定板（12）和基座（4）之间的导向杆上套有大弹簧（14），所述导杆固定板（12）下部的导向杆上还套有大弹簧调节螺栓（1401），用于将大弹簧（14）固定于大弹簧调节螺栓（1401）和基座（4）之间的导向杆上；

相机固定模块（2）包括相机固定支架（17）、补光灯支架（18）、补光灯环（181）、激光传感器固定板、激光传感器（191）；其中，

所述相机固定支架（17）通过螺栓固定连接在支架基座（1702）上，支架基座（1702）的另一端通过螺栓固定连接在基座（4）上，视觉相机（171）固定在相机固定支架（17）上；

所述补光灯支架（18）为折弯板并通过螺栓固定连接在相机固定支架（17）底部一侧，所述补光灯支架（18）上安装有补光灯环（181）；补光灯环（181）可给视觉相机（171）补充光源；

所述激光传感器固定板为折弯板并通过螺栓固定连接在相机固定支架（17）底部另一侧，所述激光传感器固定板上安装有所述激光传感器（191）；

印章模块（3）包括印章笔（31）、气缸（32）、导向杆I（33）、导向板（34），其中，两条导向杆I（33）分别安装于基座（4）和顶座之间，两条导向杆I（33）上套有导向板（34），导向板（34）可沿着两条导向杆I（33）自由滑动；所述气缸（32）的底部固定于基座（4），伸缩轴顶部固定于导向板（34）内侧，导向板（34）外侧安装有印章笔（31）；所述气缸（32）驱动导向板（34）沿着导向杆I（33）滑动完成伸缩；

所述夹持机构（1）固定有伺服拧紧组件和一个液压拉伸器（6）；所述伺服拧紧组件通过螺栓固定在导杆固定板上，所述伺服拧紧组件包括有第一拧紧枪（7）和第二拧紧枪（8）；

机器人末端柔性手爪的操作方法，包括以下步骤：

步骤1，如实现对螺栓的快速拧紧，先由机器人手爪上的激光传感器（191）进行螺栓到位检测，补光灯环（181）提供光源辅助，再由视觉相机（171）实现辅助对位；

步骤2，该机器人手爪进行对位后，螺杆会对机器人手爪轴向做冲击，大弹簧（14）得到压缩对整体机器人手爪进行缓冲；

此时液压拉伸器（6）进行工作，由第一拧紧枪（7）对螺杆进行套拧，然后液压拉伸器加压对螺杆进行拉伸；

达到额定压力后，螺杆伸长，导杆固定板（12）向后移动，小弹簧（13）得到压缩，防止螺杆因伸长超出限位；

第二拧紧枪（8）对螺母进行拧紧，达到目标扭矩值后，液压拉伸器释放压力，机器人手爪退出螺杆工件位置；气缸（32）驱动印章笔（31）伸出，对螺杆端头进行拧紧完成标记；

步骤3，重复以上步骤。

2.根据权利要求1所述一种机器人末端柔性手爪，其特征在于，所述导杆固定板（12）和所述导杆固定环（1201）上均设置有注油嘴（16）。

3.根据权利要求1所述一种机器人末端柔性手爪，其特征在于，所述大弹簧（14）靠近基座（4）的一端设有弹簧垫片，所述小弹簧（13）靠近导杆固定环（1201）的一端设有弹簧垫片。