CN212553880U - 一种自动夹取装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种自动夹取装置，包括设于机械臂末端的壳体，所述壳体上设有吸取装置和夹紧装置，所述吸取装置能够相对于壳体进行往复运动，并通过装置末端的吸盘吸取目标物的侧壁；所述夹紧装置位于吸取装置两侧，能够关于吸取装置往复运动。本实用新型内部夹紧装置和吸取装置的传动结构稳定、精细，能够保证拾取和放置过程精准、高效、快速，通过设置编码器读取伺服电机转角，能够实现对夹紧装置打开幅度的精准控制，使本实用新型适用多种类型的目标物，且不需要对货架或书架进行改造，适用范围广。

Description

一种自动夹取装置

技术领域

本实用新型涉及一种自动夹取装置。

背景技术

档案是记录信息的重要载体。随着信息的不断增多，存放在档案室内的档案的数量成千上万，在进行档案存取时往往需要消耗大量的人力物力，制约了档案管理员专业技术能力的发挥，为了提高档案馆的利用价值，迫切需要提高档案管理的自动化水平。

在现有条件下，为了提高档案管理的自动化水平，需要克服的难点有：(1)档案在档案架上密集放置时，在取出一个档案后，档案密集排列，当取出一份档案时，该档案占有的空间受周围档案的挤压而变小，导致下次机器人自动存入档案档案时很很困难；(2)在进行取档案时，由于档案两侧的档案与夹取的档案有摩擦，往往导致取出档案后，导到两侧档案也同时被顺带出，很容易掉到地上；(3)在取档案时，如果抓取档案的力较大，会导致档案外表破损，如果抓取的力太小，无法保证档案被有效抓取出来。

为此，目前的解决方法主要是：给每一份档案设置一个分隔栏，这样机器人在存取档案时很方便；但是这种方法过于简单，缺点很明显，一是每份档案都需要有栅格化装置，造价十分高昂，难以推广；二是需要对原有的档案要重新摆放，工作量十分巨大；三是采用栅格化分隔后，每份档案占用的空间很大，很可能导致原有的档案馆面积和架体都不够使用，也影响推广应用，目前仅在一些小型馆库起到示范作用。

实用新型内容

实用新型目的：本实用新型旨在提供一种能够自动化控制、拾取精度高的夹取装置。

技术方案：本实用新型的自动夹取装置，包括设于机械臂末端的壳体，所述壳体上设有吸取装置和夹紧装置，所述吸取装置能够相对于壳体进行往复运动，并通过装置末端的吸盘吸取目标物的侧壁；所述夹紧装置位于吸取装置两侧，能够关于吸取装置往复运动。

本实用新型的档案自动夹取方法，包括以下步骤：

(1)扫描目标信息，确认待夹取目标后，依靠绝对值编码器测量伺服电机的转数，计算张开量，并通过主控制器控制夹紧装置张开，将夹紧装置伸入目标与非目标之间；

(2)夹紧装置抵靠两侧非目标物，伸出吸取装置，开启负压泵，并通过负压传感器实时检测；

(3)当负压传感器的读数值接近设定的负压值时，表示吸盘已经吸牢目标物，收回吸取装置；

若负压传感器的读数值长时间没有接近设定的负压值，则表明系统有故障导致抓取失败，跳到第(5)步；

(4)吸取装置完全缩回，自动夹取装置移出；

(5)夹紧装置向内合拢，夹紧目标物，自动夹取装置移出。

有益效果：与现有技术相比，本实用新型具有如下显著优点：

(1)本实用新型内部夹紧装置和吸取装置的传动结构稳定、精细，能够保证拾取和放置过程精准、高效、快速，通过设置编码器读取伺服电机转角，能够实现对夹紧装置打开幅度的精准控制，使本实用新型适用多种类型的目标物，且不需要对货架或书架进行改造，适用范围广。

(2)本实用新型的传感器以及控制系统能够保证装置的高效运行，能够实现高度自动化的拾取和放置档案，能够防止由于故障导致的存取过程失灵等。

(3)本实用新型的左、右导向板的设置能够防止在拾取和放置档案的过程中其他非目标物的干扰，也能实现对目标物的固定夹紧，使得存取过程更加高效。

附图说明

图1为本实用新型的正面外观图；

图2为本实用新型的背面外观图；

图3为本实用新型的夹紧装置内部结构图；

图4为本实用新型的吸取装置的结构图；

图5为本实用新型的吸取装置的剖面结构图；

图6为本实用新型内部结构示意图；

图7为本实用新型的气缸控制原理图；

图8为本实用新型的吸盘控制原理图；

图9为本实用新型的拾取步骤示意图，图9(1)～(5)分别为步骤(1)～(5)的示意图；

图10为本实用新型的放置步骤示意图，图10(1)～(4)分别为步骤(1)～(4)的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的技术方案作进一步说明。

本实施例以目标物为档案举例，但本实用新型不限于对档案进行自动拾取和放置。

图1为本实用新型的正面外观图。壳体由顶盖12、左侧板13、右侧板16、前盖板14、15下托板组成。壳体上设有用于拾取档案的吸取装置3和用于夹紧档案的夹紧装置2。所述壳体顶部设有扫描装置，用于扫描档案信息。

图2为本实用新型的背面外观图。在本实用新型装置后盖板17上设有安装法兰18，用于本实用新型的安装，使其能够安装在外部的机械臂上。

夹紧装置2包括对称设置的左手臂和右手臂、双向丝杆25以及驱动手臂在丝杆上运动的传动装置，对应壳体上沿左、右手臂行程分别设有左开口142和右开口143。手臂包括手爪和导向板，右手抓21上固定连接右导向板211、左手抓22固定连接有左导向板221，左、右导向板末端呈向内弯曲的弧形，能够夹紧拾取的档案。左手抓22、右手抓21分别从左开口142和右开口143中伸出。

图1是吸取装置3处于缩回的位置，此时，由右手抓21、右导向板211、左手抓22、左导向板221以及吸盘312围成的空间尺寸可以容纳抓取目标物的体积。而且，左导向板221和右导向板211的弧形部分按图示方向模拟人手形成“捧抱”的形状，为使弧形部分具有良好的弹性和较低的刚性，弧形部分用较软的材料制成，如用0.1～1mm毫米厚度的钢板弯成。

图3为本实用新型的夹紧装置内部结构图。传动装置包括伺服电机26、绝对值编码器264以及传动齿轮组等。伺服电机26固定连接安装在齿轮架260上，伺服电机26的旋转轴上固定安装有齿轮263，这样当伺服电机26旋转时，齿轮263同步旋转。齿轮263与双联齿轮262的大齿轮啮合，并由双联齿轮262的小齿轮将运动传递至齿轮261。齿轮261固定连接在双向丝杆25的中部，齿轮261与双向丝杆25同步旋转，并且通过两对齿轮的传动实现减速增力的目的。双向丝杆25左右两侧的螺纹旋向相反，可实现左手爪21、右手爪22朝相反方向运动，且可以实现手抓的快速张开和夹紧。

左手抓21、右手抓22分别与左旋螺母241、右旋螺母242固定连接，左旋螺母241、右旋螺母242又分别与丝杆25的左、右旋螺纹相旋合，受左导槽143、右导槽142约束，当伺服电机26通过上述传动关系带动双向丝杆25旋转时，右手抓21、左手抓22只能在左导槽141、右导槽142内移动。左轴承231、右轴承232设于丝杆的左右两端，左轴承231、右轴承232的结构相同，用于支撑丝杆25，起到限制丝杆25沿轴向方向移动的作用，并允许双向丝杆25自由旋转，从而实现手抓的开合运动。安装轴承231和232分别与左侧板13、右侧板16固定连接，齿轮架260与前盖板14固定连接。

齿轮架260上还固定安装有绝对值编码器264，绝对值编码器264的旋转轴通过连轴器265与伺服电机的轴固定连接，用于读取伺服电机26轴的转角，从而使总控制器41控制左右手抓间的距离，以适应不同厚度的档案。

图4为吸取装置的结构图。吸取装置3是一个可伸缩的部件，包含两种运动，一是由高压气缸320驱动吸盘312前后运动，二是由空心的导向杆310通入负气压实现的吸盘的吸合运动，导向杆还兼有保持整个吸盘手直线运动的功能。

吸取装置3包括吸盘312、吸盘座311、导向杆310、活塞杆323、真空泵313、高压气泵324、气缸320等。吸盘312及吸盘座311位于前盖板14的外侧，活塞杆323连接吸盘座311，吸盘312及吸盘座311通过气缸驱动的活塞杆310带动相对于前盖板14前后运动。导向杆310一端也连接吸盘座311，另一端置于导向套141内。因此，导向杆310与活塞杆323的直线运动是同步的，并且是由气缸驱动的。

在前盖板14上固定安装有真空泵313、高压气泵324、导向套141、气缸320。导向杆310内部有中空的317，导向杆310一端连接真空泵313，导向杆310另一端与吸盘座311固定连接。吸盘座311内部的剖视结构如图5所示，吸盘座后盖316与吸盘座311固定连接，并围成气路通道318，通孔317与气路通道318连通。吸盘座311上制造有螺纹孔，用于与螺套315固定连接，螺套315与吸盘312固定密封连接，在吸盘312内部形成负压腔319。负压腔319与气路通道318连通。当真空泵313打开时，通过这一闭合通道，吸盘的负压腔319就能与目标物体表面形成真空，使吸盘312牢牢吸住目标物体。吸盘312设有若干个，以2～10个为宜。

如图6所示，在前盖板14、左侧板13、右侧板16的上方位置固定安装隔板40。在隔板40上固定安装总控制器41、高压传感器421、负压传感器422、电机驱动器43、气动换向控制电磁阀441和442(统一用44代替)。高压传感器421和负压传感器422分别同时检测高压泵324、真空泵320的输出压力。总控制器41通过压力传感器信号控制电磁阀的开闭。

结合图7说明本实用新型的气缸320控制原理。当需要气缸320的活塞杆323推出时，电磁阀441下电，高压气泵324的高压气体从节流阀321接入气缸320，此时节流阀322接大气，使气右侧腔的气体排出，这样就将活塞杆323推出，当活塞杆停止运动时，高压泵324的压力达到最大值，高压传感器421的读数值也达到设定值。当需要气缸320的活塞杆323缩回时，电磁阀441上电，使高压气泵324的高压气体从节流阀322接入气缸320右侧，此时节流阀321接大气，使左侧腔的气体排出，这样就将活塞杆323缩回，当活塞杆完全缩回时而停止运动时，高压泵324的压力达到最大值，高压传感器421的读数值也达到设定值。

结合图8说明本实用新型的吸盘312的控制原理。当需要吸盘312吸牢目标物体时，真泵313启动，电磁阀442下电，此时吸盘312与真空泵的吸气口连通，当吸盘312与目标物体没有与目标物可靠接触时，所有吸盘312的真空腔319都形不成真空，此时，负压传感器422的读数值与常压时相近；当吸盘312与目标物体可靠接触并并吸牢时，真空319的负压才能建立，此时负压传感器422给出相应的电信号。当需要吸盘312释放目标物体时，电磁阀442上电，此时电磁阀换向，吸盘312的与大气连通，吸盘312与目标物体之间的真空腔319也与大气连通，这就很自然地释放掉目标物体，传感器42也能根据气路中的真空压力检测出吸盘吸牢和释放两种动作状态。

档案是是密集有序存放的，相邻档案间有摩擦力，当取出其中之一时，有可能会顺势带出目标档案周围相邻的档案，本实用新型提供了一种很好的解决方法。如图9所示为基于本实用新型装置的物品抓取方法，包括以下步骤：

第一步，如图9(1)所示：本实用新型的装置安装于在其它装置上，如工业机器人、机器臂，在其它装置的带动下靠近目标物体。到达工作位置，通过扫描装置扫描目标上的信息，并确认待夹取的目标档案。使右手抓21、左手抓22张开，并伸入到目标档案与非目标档案之间，使右导向板211、221左导向板分别抵靠于两侧的非目标物上。依靠绝对值编码器264测量伺服电机26的转数，用以换算和控制右手抓21、左手抓22的张开量。

第二步，如图9(2)所示：打开负压泵313，同时检测负压传感器42的读数值。由于负压传感器42的读数值反映了吸盘与目标特体之间的接触状态。此时，吸盘312未与目标物体接触，负压不能建立，负压传感器42的读数值近似于常压下的读数值。高压泵324开机，吸取装置3被气缸320推出，当吸盘312与目标物体可靠接触后，负压逐渐建立，负压传感器42的读数值开始趋近于设定的负压值。

第三步，如图9(3)所示：当负压传感器42的读数值近似于设定的负压值时，表示吸盘312已经吸牢目标物，电磁阀441上电换向，气缸320反向缩回，活塞杆323带动吸盘312将目标物体拉出。由于左导向板221和右导向板211限制目标物两侧的非目标物，吸盘手的运动不会影响非标物的存储状态。如果负压传感器42的读数值长时间没有近似于设定的负压值，则表明系统有故障导致抓取失败，跳到第五步。

第四步，如图9(4)所示：气缸320完全缩回，活塞杆323带动吸盘312将目标物体拉出至夹紧位置。由于左导向板221和右导向板211连通左、右手爪收回，然后整个夹取装置在其它装置(如工业机器人)的带动下离开工作位置。

第五步，如图9(5)所示：左手抓22、右手抓21在伺服电机26、伺服电机控制器43的控制下合拢至将目标物夹紧位置。然后整个机械手在其它装置(如工业机器人)的带动下离开工作位置。至此，机械手完成一个抓到流程。

密集架上的档案是有序存放的物品，有严格的存放位置，当取出其中之一时，相邻物品之间由于挤压会使空出的位置被周围相邻物品占用一部分。在不改变档案存放设施的条件下，实现这种情形下档案的自动存放是目前存在的难题。本实用新型提供了一种很好的解方法。如图10所示为基于本实用新型装置的档案按序排位方法，包括以下步骤：

第一步，如图10(1)所示：夹取装置连同需要上架排位的档案一起在其它装置(如工业机器人)的带动下靠近目标物体，到达工作位置。其中21右手抓、22左手抓按一定力夹紧目标档案，同时左导向板221、右导向板211相对的弧形部分进入目标位置，插入深度约为5～40mm，形成一个目标物的通道，从而便于导引目标物进入目标位置。

第二步，如图10(2)所示：其中21右手抓、22左手抓在伺服电机26、伺服电机控制器43的控制下略微张开，以能将目标物放松为准。高压泵324开机，吸取装置3被气缸320推出，由于左导向板221、右导向板211是具有一定柔性的材料，这一过程中，当目标位置的宽度小于目标物的宽度时，可以依靠左导向板221、右导向板211的导向作用自动撑开相邻的物体。

当活塞杆323带动吸盘312推动目标物趋近目标位置过程中，气缸内部的高气压并不能完全建立，因此，可以用压力检测系统42测量高压泵324的输出压力，来判断目标物是否完全被插入目标位置。完成这一动作后，左导向板221、右导向板211的柔性部分仍然留在目标档案及两侧相邻的档案之间，但由于导向板较薄，不会产生很大的挤压力。

第三步，如图10(3)所示：当压力检测系统42测量到高压泵324的输出压力已经接近设定值，表示活塞杆323已经停止运动，目标物是已经被送到目标位置。此时，整个机械手在其它控制装置(如工业机器人)的带动下逐渐离开目标位置，此过程中，活塞杆323由于压力的作用还会继续保持伸出，以防止被左导向板221、右导向板211的形变力“夹出”目标位置。最终的结果是，整个机械手在其它控制装置(如工业机器人)的带动下完全离开目标物。到此，目标物被插入目标位置。

第四步，如图10(4)所示：电磁阀441上电换向，气缸320反向缩回，活塞杆323完全缩回，至此，机械手完成一个档案上架排位流程。

Claims (9)

1.一种自动夹取装置，其特征在于，包括设于机械臂末端的壳体，所述壳体上设有吸取装置(3)和夹紧装置(2)，所述吸取装置(3)能够相对于壳体进行往复运动，并通过装置末端的吸盘(312)吸取目标物的侧壁；所述夹紧装置(2)位于吸取装置(3)两侧，能够关于吸取装置往复运动。

2.根据权利要求1所述的自动夹取装置，其特征在于，所述夹紧装置(2)包括双向丝杆(25)、设于丝杆两侧的左手臂和右手臂以及驱动手臂在丝杆上运动的传动装置，对应壳体上沿左、右手臂行程设有开口；所述双向丝杆(25)两侧螺纹方向相反。

3.根据权利要求2所述的自动夹取装置，其特征在于，所述传动装置包括伺服电机(26)以及绝对值编码器(264)；所述绝对值编码器(264)通过联轴器(265)与伺服电机(26)旋转轴连接，用于读取伺服电机轴的转角。

4.根据权利要求2所述的自动夹取装置，其特征在于，所述左手臂、右手臂的末端各设有左导向板(211)、右导向板(221)，左、右导向板末端呈向内弯曲的弧形。

5.根据权利要求1所述的自动夹取装置，其特征在于，所述吸取装置(3)包括导向杆(323)以及用于制造负压真空泵(313)，所述吸盘(312)、真空泵(313)分别连接导向杆(323)两端，导向杆(323)内为中空结构，连通吸盘内的负压腔(319)。

6.根据权利要求5所述的自动夹取装置，其特征在于，所述吸取装置(3)包括活塞杆(310)和气缸(320)，活塞杆(310)一端连接吸盘(312)，一端连接气缸(320)，在气缸的驱动下活塞杆(310)带动吸盘运动。

7.根据权利要求1所述的自动夹取装置，其特征在于，所述壳体内还设有总控制器(41)、高压传感器(421)以及负压传感器(422)。

8.根据权利要求1所述的自动夹取装置，其特征在于，所述壳体上设有扫描装置，用于扫描档案信息。

9.根据权利要求1所述的自动夹取装置，其特征在于，所述吸盘(312)至少设有两个。

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