CN204076268U - 一种可伸缩机器人手爪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种可伸缩机器人手爪，该可伸缩机器人手爪连接在工业机器人上，包括框架组件、多个吸盘、X方向长度变换装置、Y方向长度变换装置和伺服控制系统。框架组件分别沿一X方向和一Y方向配置；多个吸盘连接在框架组件上；X方向长度变换装置连接在框架组件上，包括齿轮齿条机构；Y方向长度变换装置连接在框架组件上，包括滚珠丝杠机构；伺服控制系统分别与吸盘、齿轮齿条机构和滚珠丝杠机构相连接；其中，齿轮齿条机构运动时改变框架组件沿X方向的长度，滚珠丝杠机构运动时改变框架组件沿Y方向的长度。本实用新型的可伸缩机器人手爪可以自动伸缩，以适应不同规格产品尺寸，自适应性好，兼容性高。

Description

一种可伸缩机器人手爪

技术领域

本实用新型涉及一种机器人手爪，具体地说，是涉及一种可根据待处理工件的尺寸，自动变位伸缩到匹配尺寸以拿取待处理工件的可伸缩机器人手爪。

背景技术

用于配合机器人进行上下料、折弯、搬运、码垛等多用途的专用机械手爪，是一种集成了伺服同步控制技术、精密传动技术、真空技术等联动应用而形成的专用设备单元。传统机械手爪需针对不同规格工件更换不同手爪，这种一对一模式成本高、更换耗时。

目前伺服反馈控制技术、精密传动技术(如精密滚珠丝杠模组、齿轮齿条机构等)、工业通讯等应用日趋成熟，尤其是其加工精度及装配精度已经能够满足市场上绝大多数自动化生产设备的需求。真空气动元器件平均无故障运行时间大幅度提高，可靠性有保证。用伺服电机搭建的驱动机构能够达到稳定、快速完成拾取动作的基本要求。

该实用新型即是在各部分成熟技术的基础上，通过组合、改进和优化，设计了本可伸缩机器人手爪。

实用新型内容

本实用新型的目的是解决现有的机械手爪工件兼容性差的问题，提供一种可伸缩机器人手爪，可以适应不同规格产品自动伸缩，自适应性好，兼容性高。

为了实现上述目的，本实用新型的可伸缩机器人手爪，连接在工业机器人上，包括：

框架组件，分别沿一X方向和一Y方向配置；

多个吸盘，连接在所述框架组件上；

X方向长度变换装置，连接在所述框架组件上，包括齿轮齿条机构；

Y方向长度变换装置，连接在所述框架组件上，包括滚珠丝杠机构；以及

伺服控制系统，分别与所述吸盘、所述齿轮齿条机构和所述滚珠丝杠机构相连接；

其中，所述齿轮齿条机构运动时改变所述框架组件沿所述X方向的长度，所述滚珠丝杠机构运动时改变所述框架组件沿所述Y方向的长度。

上述的可伸缩机器人手爪，其中，所述X方向与所述Y方向相互垂直。

上述的可伸缩机器人手爪，其中，所述框架组件包括导轨、沿所述X方向配置的X方向框架和沿所述Y方向配置的Y方向框架，所述X方向框架和所述Y方向框架分别滑动设置于所述导轨上，多个所述吸盘分别连接在所述X方向框架和所述Y方向框架上。

上述的可伸缩机器人手爪，其中，所述X方向框架包括第一X方向框架、第二X方向框架、第三X方向框架和第四X方向框架，所述Y方向框架包括第一Y方向框架和第二Y方向框架，所述第一X方向框架的两端和第二X方向框架的两端分别通过所述导轨连接在所述第一Y方向框架以及所述第二Y方向框架上，所述第一Y方向框架的两端和所述第二Y方向框架的两端分别通过所述导轨连接在所述第三X方向框架以及所述第四X方向框架上。

上述的可伸缩机器人手爪，其中，所述第三X方向框架包括第三X方向左框架和第三X方向右框架，所述第四X方向框架包括第四X方向左框架和第四X方向右框架，所述第三X方向左框架和所述第三X方向右框架通过所述导轨连接，所述第四X方向左框架和所述第四X方向右框架通过所述导轨连接。

上述的可伸缩机器人手爪，其中，所述齿轮齿条机构包括齿轮、第一直线导轨、第二直线导轨、第一齿条和第二齿条，所述齿轮与所述第一齿条和所述第二齿条相啮合，所述第一直线导轨连接在第一X方向框架上，所述第二直线导轨连接在所述第二X方向框架上，所述第一齿条滑动设置于所述第一直线导轨上且所述第一齿条的一端连接在所述第一Y方向框架上，所述第二齿条滑动设置于所述第二直线导轨上且所述第二齿条的一端连接在所述第二Y方向框架上。

上述的可伸缩机器人手爪，其中，所述伺服控制系统包括固定于所述第一X方向框架和/或第二X方向框架上的齿轮伺服电机，所述齿轮伺服电机与所述齿轮相连接。

上述的可伸缩机器人手爪，其中，所述滚珠丝杠机构包括丝杠和两个螺母，所述第三X方向框架和所述第四X方向框架分别通过一所述螺母连接在所述丝杠上，其中，所述丝杠的一端为正螺纹，另一端为反螺纹。

上述的可伸缩机器人手爪，其中，所述滚珠丝杠机构为两个，其中一个所述滚珠丝杠机构的两个螺母分别连接在所述第三X方向左框架和所述第四X方向左框架上，另一个所述滚珠丝杠机构的两个螺母分别连接在所述第三X方向右框架和所述第四X方向右框架上。

上述的可伸缩机器人手爪，其中，所述伺服控制系统包括固定于所述第一Y方向框架和第二Y方向框架上的两个丝杠伺服电机，两个所述丝杠伺服电机分别与两个所述滚珠丝杠机构中的丝杠一一对应相连接。

上述的可伸缩机器人手爪，其中，所述Y方向长度变换装置还包括驱动所述丝杠运动的同步带传送机构，所述丝杠伺服电机通过所述同步传送机构与所述丝杠相连接。

上述的可伸缩机器人手爪，其中，所述框架组件为铝型材。

上述的可伸缩机器人手爪，其中，所述伺服控制系统包括多个真空发生器，与多个所述吸盘一一对应连接。

本实用新型的有益功效在于，采用本实用新型的可伸缩机器人手爪，可根据待处理工件的尺寸，伺服控制系统控制X方向长度变换装置和Y方向长度变换装置，先使X、Y方向的框架组件自动变位伸缩到匹配尺寸，然后控制吸盘阵列拾取工件，在外部机构(如工业机器人)驱动下将工件放至指定位置，保证整个作业过程的可控性及稳定性。

以下结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细描述，但不作为对本实用新型的限定。

附图说明

图1为本实用新型的可伸缩机器人手爪结构示意图；

图2为本实用新型的框架组件的结构示意图(一)；

图3为本实用新型的X方向长度变换装置的齿轮齿条机构的结构示意图；

图4为本实用新型的Y方向长度变换装置的滚珠丝杠机构的结构示意图；

图5为本实用新型的框架组件的结构示意图(二)。

其中，附图标记

100         框架组件

110         X方向框架

111         第一X方向框架

112         第二X方向框架

113         第三X方向框架

1131        第三X方向左框架

1132        第三X方向右框架

114         第四X方向框架

1141        第四X方向左框架

1142        第四X方向右框架

120         Y方向框架

121         第一Y方向框架

122         第二Y方向框架

130-140     导轨

200         吸盘

300         X方向长度变换装置

310         齿轮齿条机构

311         齿轮

312         第一直线导轨

313         第二直线导轨

314         第一齿条

315         第二齿条

400         Y方向长度变换装置

410         滚珠丝杠机构

411         丝杠

412、413    螺母

500         伺服控制系统

510         齿轮伺服电机

520         丝杠伺服电机

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型技术方案进行详细的描述，以更进一步了解本实用新型的目的、方案及功效，但并非作为本实用新型所附权利要求保护范围的限制。

本实用新型公开了一种可用于配合机器人进行上下料、折弯、搬运、码垛等多用途的可伸缩机器人手爪，采用工业六轴或四轴装配机器人实现整个手爪的驱动，手爪可以直接安装机器人法兰上。通过选配合适持重机器人，配以本套专用机器人手爪，实现了整个拾取过程的快速、稳定。

如图1所示，本实用新型的可伸缩机器人手爪包括框架组件100、吸盘200、X方向长度变换装置300、Y方向长度变换装置400和伺服控制系统500。框架组件100分别沿一X方向和一Y方向配置；吸盘200为多个，连接在框架组件100上；X方向长度变换装置300和Y方向长度变换装置400分别连接在框架组件100上，X方向长度变换装置300包括齿轮齿条机构310，Y方向长度变换装置400包括滚珠丝杠机构410；伺服控制系统500分别与吸盘200、齿轮齿条机构310和滚珠丝杠机构410相连接。当伺服控制系统500驱动齿轮齿条机构310运动时，改变框架组件100沿X方向的长度；当伺服控制系统500驱动滚珠丝杠机构410运动时，改变框架组件100沿Y方向的长度。本实用新型的可伸缩机器人手爪可与工业六轴关节机器人配合，用伺服控制系统500控制X方向长度变换装置300和Y方向长度变换装置400使手爪达到预设长度，伺服控制系统500控制吸盘200快速吸取工件，使拾取过程按整个生产线节拍稳定、快速地进行。

上述的X方向与Y方向相互垂直。参阅图2，框架组件100包括X方向框架110、Y方向框架120和多个导轨130。X方向框架110沿X方向配置，Y方向框架120沿Y方向配置，X方向框架110和Y方向框架120分别滑动设置于导轨130上，吸盘200分别连接在X方向框架110和Y方向框架120上。

所述伺服控制系统500包括多个真空发生器，与各吸盘200采用真空发生器一对一连接控制，通过控制各真空发生器的启闭，吸盘200阵列可分组控制。根据待处理工件不同，通过使能不同吸盘200个体，达到精准、可靠、拾取的目的。

其中，框架组件100的X方向框架110包括第一X方向框架111、第二X方向框架112、第三X方向框架113和第四X方向框架114，Y方向框架120包括第一Y方向框架121和第二Y方向框架122。第一X方向框架111的两端和第二X方向框架112的两端分别通过导轨130连接在第一Y方向框架121以及第二Y方向框架122上，第一Y方向框架121的两端和第二Y方向框架122的两端分别通过导轨130连接在第三X方向框架113以及第四X方向框架114上。

上述的第三X方向框架113包括第三X方向左框架1131和第三X方向右框架1132，第四X方向框架114包括第四X方向左框架1141和第四X方向右框架1142，第三X方向左框架1131和第三X方向右框架1132通过导轨130连接，第四X方向左框架1141和第四X方向右框架1142通过导轨130连接。

第一X方向框架111、第二X方向框架112、第三X方向框架113和第四X方向框架114可分别沿各自的导轨130滑动以改变框架组件100沿X方向的尺寸，第一Y方向框架121和第二Y方向框架122也能够沿各自的导轨130滑动以改变框架组件100沿Y方向的尺寸，改变尺寸后的框架组件100如图5所示，此时框架组件100沿X方向和沿Y方向的尺寸均缩至最小。框架组件100可根据需要改变尺寸，以对应不同尺寸的待处理工件，使吸盘200拿取效果更好。

具体地，如图2所示，导轨130为多个，分别为导轨131至导轨140。第一X方向框架111通过导轨131和导轨132连接在第一Y方向框架121和第二Y方向框架122之间，其中，导轨131的一端固定连接在第一Y方向框架121上，第一X方向框架111的一端滑动设置于导轨131的另一端；导轨132的一端固定连接在第二Y方向框架122上，第一X方向框架111的另一端滑动设置于导轨132的另一端。相似的，第二X方向框架112通过导轨133和导轨134连接在第一Y方向框架121和第二Y方向框架122之间，其中，导轨133的一端固定连接在第一Y方向框架121上，第二X方向框架112的一端滑动设置于导轨133的另一端；导轨134的一端固定连接在第二Y方向框架122上，第二X方向框架112的另一端滑动设置于导轨134的另一端。

第三X方向左框架1131与第三X方向右框架1132之间通过导轨139连接，第三X方向左框架1131与第三X方向右框架1132滑动设置于导轨139上；第四X方向左框架1141与第四X方向右框架1142之间通过导轨140连接。第四X方向左框架1141与第四X方向右框架1142滑动设置于导轨140上。

第一Y方向框架121通过导轨135及导轨136连接在第三X方向框架113以及第四X方向框架114之间，具体为，导轨135的一端固定连接在第三X方向左框架1131上，第一Y方向框架121的一端滑动设置在导轨135的另一端；导轨136的一端固定连接在第四X方向左框架1141上，第一Y方向框架121的另一端滑动设置在导轨136的另一端；导轨137的一端固定连接在第三X方向右框架1132上，第二Y方向框架122的一端滑动设置在导轨137的另一端；导轨138的一端固定连接在第四X方向右框架1142上，第二Y方向框架122的另一端滑动设置在导轨138的另一端。

当X方向长度变换装置300的齿轮齿条机构310带动第一Y方向框架121和第二Y方向框架122沿X方向移动时，第一X方向框架111和第二X方向框架112分别沿导轨131、导轨132以及导轨133、导轨134滑动，第三X方向左框架1131和第三X方向右框架1132沿导轨139滑动，第四X方向左框架1141和第四X方向右框架1142沿导轨140滑动，改变框架组件100沿X方向尺寸。

当Y方向长度变换装置400的滚珠丝杠机构410带动第三X方向框架113和第四X方向框架114沿Y方向移动时，第一Y方向框架121和第二Y方向框架122分别沿导轨135、导轨136以及导轨137、导轨138滑动，改变框架组件100沿Y方向尺寸。

本实用新型经过对工件质量进行分析计算，上述的框架组件100采用铝型材合金材质，自重较轻，在保证可靠抓取同时，减小了整个手爪的重量；搭建方便，便于模块化使用与更换，便于在机器人上进行安装使用。

本实用新型通过伺服电机驱动齿轮齿条机构310运动，实现单一动力驱动两个齿条双向可靠运动，以改变框架组件100沿X方向尺寸。参阅图1至图3，齿轮齿条机构310包括齿轮311、第一直线导轨312、第二直线导轨313、第一齿条314和第二齿条315，第一直线导轨312连接在第一X方向框架111上，第二直线导轨313连接在第二X方向框架112上，第一齿条314滑动设置于第一直线导轨312上且第一齿条314的一端连接在第一Y方向框架121上，第二齿条315滑动设置于第二直线导轨313上且第二齿条315的一端连接在第二Y方向框架122上，齿轮311与第一齿条314和第二齿条315相啮合，齿轮311转动时带动第一齿条314和第二齿条315分别于第一直线导轨312和第二直线导轨313上滑动，且第一齿条314和第二齿条315沿第一直线导轨312和第二直线导轨313滑动时带动第一Y方向框架121和第二Y方向框架122沿X方向移动，改变了框架组件100沿X方向的尺寸。其中，第一直线导轨312和第二直线导轨313确保第一齿条314和第二齿条315高精度行走。

伺服控制系统500包括齿轮伺服电机510，齿轮伺服电机510连接在第一X方向框架111和/或第二X方向框架112上，齿轮伺服电机510与齿轮311连接并驱动齿轮311旋转。

本实用新型通过伺服电机驱动经同步带驱动滚珠丝杠机构410，滚珠丝杠机构410采用双螺旋滚珠丝杠组件实现Y方向长度变换，且行走的稳定性高。具体地，参阅图1、图2和图4，滚珠丝杠机构410包括丝杠411和两个螺母412、413，第三X方向框架113通过螺母412连接在丝杠411上，第四X方向框架114通过螺母413连接在丝杠411上。其中，丝杠411的一端为正螺纹，另一端为反螺纹。

伺服控制系统500包括丝杠伺服电机520，丝杠伺服电机520连接在Y方向框架120上，丝杠伺服电机520通过同步带传送机构420与丝杠411连接并驱动丝杠411旋转。因丝杠411两端螺纹走向相反，丝杠411旋转时，带动两端螺母412、413相向运动或相背运动，从而使第三X方向框架113和第四X方向框架114沿Y方向相向运动或相背运动，改变了框架组件100沿Y方向的尺寸。

本实施例中，滚珠丝杠机构410为两个，其中一个滚珠丝杠机构410的两个螺母分别连接在第三X方向左框架1131和第四X方向左框架1141上，另一个滚珠丝杠机构410的两个螺母分别连接在第三X方向右框架1132和第四X方向右框架1142上，同时伺服控制系统500包括两个丝杠伺服电机520，分别与两个滚珠丝杠机构410的丝杠相连接。

本实用新型的伺服控制系统500将两个同方向运动且进给量一致的丝杠伺服电机520，其中一个设定为主电机，另一个设定为从电机，主电机属于主交流伺服系统，从电机属于从交流伺服系统。主交流伺服系统与从交流伺服系统分别还包括一个伺服驱动器及一个位置检测单元，两套系统最后统一由一套运动控制器控制。运动控制器接收到位置指令后，将位置数据发给两套伺服驱动器，主从系统的位置检测单元一方面将反馈值送回各自的伺服驱动器位置与速度比较环，另一方面将反馈值送到运动控制器。对两套系统的实际位置值进行比较，并与运动控制器实际发出的位置值进行比较。两个位置反馈单元的反馈量差值就是主从电机同步运动的误差值。当差值为零时，表明两电机的位置同步。

本实用新型的伺服控制系统500系统对双交流伺服电机进行同步运动控制，可实现XY方向三套机构协同运动，装置的气动部分信号与伺服控制部分信号可靠闭环握手，避免出现运动丢步、机械干涉、工件脱落等现象，运行可靠性高。

本实施方式中，X方向长度变换装置300中齿轮固定，齿条行走，从而实现X方向伸缩；Y方向长度变换装置400中双螺旋滚珠丝杠的巧妙采用，实现了Y方向伸缩。XY方向动力采用三菱公司J2S-A系列高精度伺服电机，功率分别为0.75Kw、0.5Kw。控制模式有位置控制、转矩控制、速度控制三种模式，可通过最大500kpps的高速脉冲串控制电机的位置及方向，位置分辨率为131072脉冲/转。同步控制系统由带运动控制功能的西门子T-CPU、IM174接口模块与三菱伺服电机组成，采用位置控制实现了整个手爪的高精度同步变位伸缩。

本实用新型精密齿轮齿条模数及压力角、框架结构连接轴直径、真空吸盘、真空发生器、伺服电机功率等的选择都经过严密的计算和设计，包括真空度、最大拾取重量、机构强度等。

控制过程为：

工件到达后，整个装置由工业机器人与本手爪协同完成。首先根据工件尺寸，伺服控制系统500使齿轮齿条机构310、滚珠丝杠机构410协同伸缩框架组件100至所需长度；然后手爪下行，真空发生器使能，真空开关检测信号为真，通过吸盘200拾取工件；最后，整个手爪与工件在外部机构(如工业机器人)驱动下将工件移至指定位置。

当然，本实用新型还可有其它多种实施例，在不背离本实用新型精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本实用新型作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本实用新型所附的权利要求的保护范围。

Claims (13)

1.一种可伸缩机器人手爪，连接在工业机器人上，其特征在于，包括：

框架组件，分别沿一X方向和一Y方向配置；

多个吸盘，连接在所述框架组件上；

X方向长度变换装置，连接在所述框架组件上，包括齿轮齿条机构；

Y方向长度变换装置，连接在所述框架组件上，包括滚珠丝杠机构；以及

伺服控制系统，分别与所述吸盘、所述齿轮齿条机构和所述滚珠丝杠机构相连接；

其中，所述齿轮齿条机构运动时改变所述框架组件沿所述X方向的长度，所述滚珠丝杠机构运动时改变所述框架组件沿所述Y方向的长度。

2.根据权利要求1所述的可伸缩机器人手爪，其特征在于，所述X方向与所述Y方向相互垂直。

3.根据权利要求2所述的可伸缩机器人手爪，其特征在于，所述框架组件包括导轨、沿所述X方向配置的X方向框架和沿所述Y方向配置的Y方向框架，所述X方向框架和所述Y方向框架分别滑动设置于所述导轨上，多个所述吸盘分别连接在所述X方向框架和所述Y方向框架上。

4.根据权利要求3所述的可伸缩机器人手爪，其特征在于，所述X方向框架包括第一X方向框架、第二X方向框架、第三X方向框架和第四X方向框架，所述Y方向框架包括第一Y方向框架和第二Y方向框架，所述第一X方向框架的两端和第二X方向框架的两端分别通过所述导轨连接在所述第一Y方向框架以及所述第二Y方向框架上，所述第一Y方向框架的两端和所述第二Y方向框架的两端分别通过所述导轨连接在所述第三X方向框架以及所述第四X方向框架上。

5.根据权利要求4所述的可伸缩机器人手爪，其特征在于，所述第三X方向框架包括第三X方向左框架和第三X方向右框架，所述第四X方向框架包括第四X方向左框架和第四X方向右框架，所述第三X方向左框架和所述第三X方向右框架通过所述导轨连接，所述第四X方向左框架和所述第四X方向右框架通过所述导轨连接。

6.根据权利要求4所述的可伸缩机器人手爪，其特征在于，所述齿轮齿条机构包括齿轮、第一直线导轨、第二直线导轨、第一齿条和第二齿条，所述齿轮与所述第一齿条和所述第二齿条相啮合，所述第一直线导轨连接在第一X方向框架上，所述第二直线导轨连接在所述第二X方向框架上，所述第一齿条滑动设置于所述第一直线导轨上且所述第一齿条的一端连接在所述第一Y方向框架上，所述第二齿条滑动设置于所述第二直线导轨上且所述第二齿条的一端连接在所述第二Y方向框架上。

7.根据权利要求6所述的可伸缩机器人手爪，其特征在于，所述伺服控制系统包括固定于所述第一X方向框架和/或第二X方向框架上的齿轮伺服电机，所述齿轮伺服电机与所述齿轮相连接。

8.根据权利要求5所述的可伸缩机器人手爪，其特征在于，所述滚珠丝杠机构包括丝杠和两个螺母，所述第三X方向框架和所述第四X方向框架分别通过一所述螺母连接在所述丝杠上，其中，所述丝杠的一端为正螺纹，另一端为反螺纹。

9.根据权利要求8所述的可伸缩机器人手爪，其特征在于，所述滚珠丝杠机构为两个，其中一个所述滚珠丝杠机构的两个螺母分别连接在所述第三X方向左框架和所述第四X方向左框架上，另一个所述滚珠丝杠机构的两个螺母分别连接在所述第三X方向右框架和所述第四X方向右框架上。

10.根据权利要求9所述的可伸缩机器人手爪，其特征在于，所述伺服控制系统包括固定于所述第一Y方向框架和第二Y方向框架上的两个丝杠伺服电机，两个所述丝杠伺服电机分别与两个所述滚珠丝杠机构中的丝杠一一对应相连接。

11.根据权利要求10所述的可伸缩机器人手爪，其特征在于，所述Y方向长度变换装置还包括驱动所述丝杠运动的同步带传送机构，所述丝杠伺服电机通过所述同步传送机构与所述丝杠相连接。

12.根据权利要求1所述的可伸缩机器人手爪，其特征在于，所述框架组件为铝型材。

13.根据权利要求1所述的可伸缩机器人手爪，其特征在于，所述伺服控制系统包括多个真空发生器，与多个所述吸盘一一对应连接。