CN214187228U - 一种机器人及其柔性搬运机械手 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及工件搬运技术领域，公开了一种机器人及其柔性搬运机械手，第一轴运动单元连接第二轴运动单元和浮动头；所述第二轴运动单元上连接有开合卡爪，开合卡爪用于抓取工件；所述浮动头设为用以调节接触工件位置和力度的弹性单元。还公开了一种机器人，该机器人连接有如上所述的柔性搬运机械手；所述柔性搬运机械手上设置有机器人接口件。该柔性搬运机械手同时采用多自由度运动设计，可同时或单独控制动作，提高装配的效率和兼容产品种类的多样性；提高自动化程度，搬运的效率较高。另外，采用弹性设计的浮动头，规避搬运过程中的硬碰硬状况，保证装配质量，减小搬运过程中的磕碰、刮伤等外观损坏的可能性。该柔性搬运机械手布局合理，结构紧凑。

Description

一种机器人及其柔性搬运机械手

技术领域

本实用新型涉及工件搬运技术领域，特别是涉及一种机器人及其柔性搬运机械手。

背景技术

鼠标作为IT设备的重要组成部分，需求量日益增加，同时也对质量和外观提出了更高的要求。目前的鼠标装配流程一般采用人工流水线的方式来完成鼠标装配作业，随着工业机器人技术的成熟，和智能水平逐渐提高，工业机器人在鼠标装配领域发挥着越来越重要的作用。采用工业机器人完成鼠标装配，和传统较笨重设备装配相比，鼠标对质量和外观的要求较高，也对机械手的作业提出了新的挑战，必须在不影响产品质量和外观的情况下完成作业，同时兼顾装配效率和产品种类的多样性。

基于此，本实用新型提供一种柔性搬运机械手，解决当前鼠标装配过程中的磕碰、刮伤问题，进一步提高鼠标装配后的产品一致性，尤其是对外观的保护。

实用新型内容

本实用新型旨在提供一种机器人及其柔性搬运机械手，以解决现有技术中鼠标装配过程中易磕碰、刮伤的上述技术问题。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：

一种柔性搬运机械手，包括第一轴运动单元；所述第一轴运动单元的伸缩端连接第二轴运动单元和浮动头；所述第二轴运动单元上连接有由其驱动的开合卡爪，开合卡爪用于抓取工件；所述浮动头设为用以调节接触工件位置和力度的弹性单元。

根据本实用新型的柔性搬运机械手，所述第一轴运动单元分为Z1 轴运动单元、Z2轴运动单元，且Z1轴运动单元、Z2轴运动单元之间设有用于固定连接二者的Z轴连接板。

根据本实用新型的柔性搬运机械手，所述Z轴连接板为H形，且Z1 轴运动单元、Z2轴运动单元对称的布置在Z轴连接板的两侧。

根据本实用新型的柔性搬运机械手，所述Z1轴运动单元、Z2轴运动单元设为带导杆气缸。

根据本实用新型的柔性搬运机械手，所述第二轴运动单元设为两指平行夹紧气缸，且两指平行夹紧气缸包括两个开合的滑块；所述滑块上均连接有随动实现开合的运动手指，且该运动手指形成为所述开合卡爪。

根据上一项所述的柔性搬运机械手，对应的，所述第二轴运动单元分为与Z1轴运动单元连接的X1轴运动单元、与Z2轴运动单元连接的 X2轴运动单元。

根据本实用新型的柔性搬运机械手，所述浮动头包括与第一轴运动单元连接的浮动头连接板；所述浮动头连接板固定连接导向套，导向套内穿设导向轴形成滑动配合；所述导向轴外套接有压缩弹簧，实现导向轴在其长度方向上的弹性力和距离的浮动。

根据本实用新型的柔性搬运机械手，所述导向套、导向轴、压缩弹簧配合的设置为四组弹性浮动机构，且该弹性浮动机构排列为矩形。

根据上一项所述的柔性搬运机械手，对应的，所述浮动头分为与Z1 轴运动单元连接的第一浮动头、与Z2轴运动单元连接的第二浮动头。

本实用新型采用的另一技术方案为：

一种机器人，包括该机器人连接有如上任意一项所述的柔性搬运机械手；所述柔性搬运机械手上设置有与机器人配合的机器人接口件。

本实用新型的有益效果：

该柔性搬运机械手同时采用多自由度运动设计，可同时或单独控制动作，提高装配的效率和兼容产品种类的多样性；提高自动化程度，搬运的效率较高。另外，采用弹性设计的浮动头，规避搬运过程中的硬碰硬状况，保证装配质量，减小搬运过程中的磕碰、刮伤等外观损坏的可能性。该柔性搬运机械手布局合理，结构紧凑。

该柔性搬运机械手配合(工业)机器人使用，提高装配工艺的自动化程度，并保证装配的一致性。机械结构设计紧凑合理，提高机器人执行过程中的灵活性。

另外，该机器人及其柔性搬运机械手还可应用于其它领域，用于其它工件的搬运作业等，适用性好，适应性广。

附图说明

图1是本实用新型柔性搬运机械手之优选实施例的立体结构示意图；

图2是图1的主视示意图；

图3是图1的俯视示意图；

图4是左浮动头的剖视示意图(图2的A-A剖视)；

图5是右浮动头的剖视示意图(图2的B-B剖视)；

图中：

1-机器人接口板；2-Z轴连接板；3-Z1轴运动单元；4-Z2轴运动单元；5-左浮动头连接板；6-左浮动头；7-X1轴运动单元；8-X1轴运动手指；9-右浮动接头连接板；10-右浮动头；11-X2轴运动单元； 12-X2轴运动手指；34-第一轴运动单元；59-浮动头连接板；61- 左导向套；62-左导向轴；63-左压缩弹簧；64-左导向套轴向定位件；65-左导杆轴向定位件；101-右导向套；102-右导向轴；103- 右压缩弹簧；104-右导向套轴向定位件；105-右导杆轴向定位件； 610-浮动头；711-第二轴运动单元；812-开合卡爪。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效。

请参阅附图。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。

实施例一

请参阅图1-图4，本实用新型提供了一种柔性搬运机械手，包括第一轴运动单元34；所述第一轴运动单元34的伸缩端连接第二轴运动单元711和用于接触工件的浮动头610；所述第二轴运动单元711上连接有由其驱动的开合卡爪812，开合卡爪812用于抓取工件；所述浮动头 610设为用以调节接触工件位置和力度的弹性单元。

本柔性搬运机械手进一步有如下改进：

首先，所述第一轴运动单元34分为Z1轴运动单元3、Z2轴运动单元4，且Z1轴运动单元3、Z2轴运动单元4之间设有用于固定连接二者 (即Z1轴运动单元3、Z2轴运动单元4)的Z轴连接板2。另外，Z轴连接板2设为H形，其上可固定设置机器人接口件，机器人接口件用于与机器人配合连接(下述)。此时，Z1轴运动单元3、Z2轴运动单元4 对称的布置在机器人接口件的两侧。

上述的Z1轴运动单元3、Z2轴运动单元4设为带导杆气缸。

再次，所述第二轴运动单元711设为两指平行夹紧气缸，且两指平行夹紧气缸包括两个开合的滑块；所述滑块上均连接有随动实现开合的运动手指，且该运动手指形成为所述开合卡爪812。

对应的，所述第二轴运动单元711分为与Z1轴运动单元3连接的 X1轴运动单元7、与Z2轴运动单元4连接的X2轴运动单元11。

最后，所述浮动头610包括与第一轴运动单元34连接的浮动头连接板59；所述浮动头连接板59固定连接导向套，导向套内穿设导向轴形成滑动配合；所述导向轴外套接有压缩弹簧，实现导向轴在其长度方向上的弹性力和距离的浮动。

而所述导向套、导向轴、压缩弹簧配合的设置为四组弹性浮动机构，且该弹性浮动机构排列为矩形。

对应的，所述浮动头610分为与Z1轴运动单元3连接的第一浮动头、与Z2轴运动单元4连接的第二浮动头。

下面从另一角度阐述上述柔性搬运机械手的技术方案：

一种基于机器人的柔性搬运机械手，它包括机器人接口板1、Z轴连接板2、Z1轴运动单元3、Z2轴运动单元4、左浮动头连接板5、左浮动头6、X1轴运动单元7、X1轴运动手指8、右浮动接头连接板9、右浮动头10、X2轴运动单元11和X2轴运动手指12。其中，机器人接口板1即为上述的机器人接口件；左浮动头连接板5、右浮动接头连接板9合称为上述的浮动头连接板59；左浮动头6即为上述的第一浮动头，右浮动头10即为上述的第二浮动头；X1轴运动手指8、X2轴运动手指 12合称为上述的运动手指。另外，所述机器人接口板1为该柔性搬运机械手与机器人的机械接口；所述Z轴连接板2连接机器人接口板1和Z1 轴运动单元3、Z2轴运动单元4；所述Z1轴运动单元3采用带导杆气缸，实现Z1轴的运动，有正向和反向两个极限位置；所述Z2轴运动单元4 采用带导杆气缸，实现Z2轴的运动，有正向和反向两个极限位置；所述左浮动头连接板5为左浮动头6的支撑座；所述左浮动头6为弹性单元，包括左导向套61、左导向轴62、左压缩弹簧63、左导向套轴向定位件64和左导杆轴向定位件65，四个为一组；所述X1轴运动单元7采用两指平行夹紧气缸；所述X1轴运动手指8采用L型结构，安装在X1 轴运动单元7的滑块上；所述右浮动接头连接板9为右浮动接头的支撑座；所述右浮动接头和左浮动接头结构类似，为弹性单元，包括右导向套101、右导向轴102、右压缩弹簧103、右导向套轴向定位件104和右导杆轴向定位件105，四个为一组；所述X2轴运动单元11和X1轴运动单元7结构相同，采用两指平行夹紧气缸；所述X2轴运动手指12和X1 轴运动手指8结构类似，安装在X2轴运动单元11的滑块上。

具体的，机器人接口板1为该柔性搬运机械手与机器人的机械连接件，机器人可以带动该柔性搬运机械手在空间范围内整体移动。该机器人接口板1布置在Z1轴运动单元3和Z2轴运动单元4之间，节省安装空间。该案例中的接口为与ABB的SCARA机器人连接。

Z轴连接板2采用工字型设计(即H形)，连接机器人接口板1和 Z1轴运动单元3、Z2轴运动单元4，而Z1轴运动单元3和Z2轴运动单元4对称分布在机器人接口板1两侧。不但可减小机器人第六轴的弯矩，提高机器人运动的灵活性，而且还增加了美观度。

且，Z1轴运动单元3为气压驱动，采用带导杆气缸，安装在Z轴连接板2的左侧，执行Z1轴上下移动，导杆导向增加运动的稳定性，有上、下各两个极限位置。Z2轴运动单元4同样为气压驱动，采用带导杆气缸，安装在Z轴连接板2的右侧，执行Z2轴上下移动，导杆导向增加运动的稳定性，上、下各两个极限位置。

而，左浮动头连接板5采用钢结构设计，一端连接在Z1轴运动单元3上，和Z1轴联动，实现Z1向运动。左浮动头6包括左导向套61、左导向轴62、左压缩弹簧63、左导向套轴向定位件64和左导杆轴向定位件65，形成为四套弹性浮动机构。所述左导向轴62一端安装在左导向套61内部；所述左导向套61采用左导向套轴向定位件64安装在左浮动头连接板5上；所述左压缩弹簧63内孔安装在左导向轴62上，实现左导向轴62在Z1向的力和距离的浮动；所述左导向套轴向定位件64 用于安装左导向套61到左浮动头连接板5上，并限制左导向套61的轴向移动；所述左导杆轴向定位件65安装在左导向轴62一端，用于左导向轴62在Z1向的硬限位。

上述的X1轴运动单元7采用两指平行夹紧气缸，气缸内部采用导轨导向，一个气缸上两个滑块，气压控制两个滑块同时开合。另外，X1 轴运动手指8共两个，分别安装在X1轴运动单元7的两个滑块上，跟随X1轴运动单元7的开合实现手指(即上述的开合卡爪812)的松开夹紧。

另外，右浮动头10连接板采用钢结构设计，一端连接在Z2轴运动单元4上，和Z2轴联动，实现Z2向运动。右浮动头10包括右导向套 101、右导向轴102、右压缩弹簧103、右导向套轴向定位件104和右导杆轴向定位件105，形成为四套弹性浮动机构。所述右导向轴102一端安装在右导向套101内部；所述右导向套101采用右导向套轴向定位件104安装在右浮动头10连接板上；所述右压缩弹簧103内孔安装在右导向轴102上，实现右导向轴102在Z2向的力和距离的浮动；所述右导向套轴向定位件104用于安装右导向套101到右浮动头10连接板上，并限制右导向套101的轴向移动；所述右导杆轴向定位件105安装在右导向轴102一端，用于右导向轴102在Z2向的硬限位。

上述的X2轴运动单元11采用两指平行夹紧气缸，气缸内部采用导轨导向，一个气缸上两个滑块，气压控制两个滑块同时开合。另外，X2 轴运动手指12共两个，分别安装在X2轴运动单元11的两个滑块上，跟随X2轴运动单元11的开合实现手指(即上述的开合卡爪812)的松开夹紧。

本基于机器人的柔性搬运机械手的工作情况：

该柔性搬运机械手分左右两部分，左右两部分可以单独控制，一次取放一个零件，也可以同时控制，一次取放两个零件，在初始状态，Z1 轴运动单元3和Z2轴运动单元4处于缩回状态，X1轴运动单元7和X2 轴运动单元11处于闭合状态。

当用该柔性搬运机械手一次取放一个零件时，首先左边(左边或右边的取放取决于控制系统，本案例以左边取放零件为例说明)的X1轴运动单元7动作，X1轴运动手指8打开，处于待抓取状态，Z1轴运动单元3处于缩回状态；接着机器人带动该柔性搬运机械手移动到待取件上方，Z1轴运动单元3伸出，左浮动头6慢慢接触待抓取零件，并且随着Z1轴运动单元3的逐渐伸出，左浮动头6慢慢压紧工件，左导向轴 62在压力的作用下，克服左压缩弹簧63的压力，在左导向套61中向上滑动，这样既能保证四个左浮动头6能压紧工件，方便工件自动定位，又能保证工件所受的力可以控制，避免损坏零件的风险；接着X1轴运动单元7动作，X1轴运动手指8闭合，夹紧待抓取零件；接着Z1轴运动单元3缩回动作，抬起夹紧的零件；最后机器人把该零件搬运到目标区域上方。

放置零件时，首先Z1轴运动单元3伸出，带动X1轴运动单元7， X1轴运动手指8和零件下降，下降到Z1轴运动单元3的下极限位置后，X1轴运动单元7打开，零件在重力和弹性力作用下运动到装配工装上；同时在下降的过程中，左浮动头6慢慢下降，导向轴在左压缩弹簧63 的压力作用下，沿着左导向套61向下滑动，这样四个左浮动头6一直贴紧零件，能保证零件自动定位在装配工装上；然后机器人带动该柔性搬运机械手运动到原点，等待下一次取放动作。

此外，当用该柔性搬运机械手一次取放两个零件时，首先X1轴运动单元7和X2轴运动单元11同时动作，X1轴运动手指8和X2轴运动手指12打开，处于待抓取状态，Z1轴运动单元3和Z2轴运动单元4处于缩回状态；接着机器人带动该柔性搬运机械手移动到待取件上方，Z1 轴运动单元3和Z2轴运动单元4同时伸出，左浮动头6和右浮动头10 慢慢接触各自待抓取零件，并且随着Z1轴运动单元3和Z2轴运动单元 4的逐渐伸出，左浮动头6和右浮动头10慢慢压紧工件，左导向轴62 和右导向轴102在压力的作用下，克服左压缩弹簧63和右压缩弹簧103 的压力，在左导向套61和右导向套101中向上滑动，这样既能保证四个左浮动头6和四个右浮动头10能压紧工件，方便工件自动定位，又能保证工件所受的力可以控制，避免损坏零件的风险；接着X1轴运动单元7和X2轴运动单元11动作，X1轴运动手指8和X2轴运动手指12 闭合，夹紧待抓取零件；接着Z1轴运动单元3和Z2轴运动单元4同时缩回，抬起夹紧的零件；最后机器人把该零件搬运到目标区域上方。

放置零件时，首先Z1轴运动单元3和Z2轴运动单元4同时伸出，分别带动X1轴运动单元7和X2轴运动单元11，X1轴运动手指8和X2 轴运动手指12，各自零件下降，下降到Z1轴运动单元3和Z2轴运动单元4的下极限位置后，X1轴运动单元7和X2轴运动单元11打开，零件在重力和弹性力作用下运动到装配工装上，同时在下降的过程中，左浮动头6和右浮动头10慢慢下降，左导向轴62和右导向轴102在左压缩弹簧63和右压缩弹簧103的压力作用下，沿着左导向套61和右导向套 101向下滑动，这样四个左浮动头6和右浮动头10一直贴紧零件，能保证零件自动定位在装配工装上；然后机器人带动该抓手运动到原点，等待下一次取放动作。

上述基于工业机器人的柔性搬运机械手，可配合工业机器人使用，提高装配工艺的自动化程度，并保证装配的一致性，自动化程度较高。搬运过程中采用弹性单元设计的浮动头610，减少搬运过程中的磕碰、刮伤等问题；可规避搬运过程中的硬碰硬状况，保证装配质量，减小外观损坏可能性。且该柔性搬运机械手采用气动作为动力，洁净又环保，可以使用在清洁车间或实验室。该柔性搬运机械手有左右两套执行机构的设计，搬运的效率较高。且左右两套执行机构可以单独控制，实际的生产使用过程中的可选择性和柔性较大。总的来说，该柔性搬运机械手布局合理，结构紧凑。

实施例二

基于上面实施例一的技术方案，提供柔性搬运机械手的一种具体应用。

一种机器人，该机器人连接有如实施例一所述的柔性搬运机械手。机器人通过Z轴连接板2上的机器人接口件(即机器人接口板1)带动该柔性搬运机械手在空间范围内整体移动。

由于柔性搬运机械手具有上述的技术效果，故连接有本柔性搬运机械手的机器人同样具有相应的技术效果，不再赘述。

上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种柔性搬运机械手，其特征在于：包括第一轴运动单元；所述第一轴运动单元的伸缩端连接第二轴运动单元和浮动头；所述第二轴运动单元上连接有由其驱动的开合卡爪，开合卡爪用于抓取工件；所述浮动头设为用以调节接触工件位置和力度的弹性单元。

2.根据权利要求1所述的一种柔性搬运机械手，其特征在于：所述第一轴运动单元分为Z1轴运动单元、Z2轴运动单元，且Z1轴运动单元、Z2轴运动单元之间设有用于固定连接二者的Z轴连接板。

3.根据权利要求2所述的一种柔性搬运机械手，其特征在于：所述Z轴连接板为H形，且Z1轴运动单元、Z2轴运动单元对称的布置在Z轴连接板的两侧。

4.根据权利要求2或3所述的一种柔性搬运机械手，其特征在于：所述Z1轴运动单元、Z2轴运动单元设为带导杆气缸。

5.根据权利要求2所述的一种柔性搬运机械手，其特征在于：所述第二轴运动单元设为两指平行夹紧气缸，且两指平行夹紧气缸包括两个开合的滑块；所述滑块上均连接有随动实现开合的运动手指，且该运动手指形成为所述开合卡爪。

6.根据权利要求5所述的一种柔性搬运机械手，其特征在于：对应的，所述第二轴运动单元分为与Z1轴运动单元连接的X1轴运动单元、与Z2轴运动单元连接的X2轴运动单元。

7.根据权利要求2所述的一种柔性搬运机械手，其特征在于：所述浮动头包括与第一轴运动单元连接的浮动头连接板；所述浮动头连接板固定连接导向套，导向套内穿设导向轴形成滑动配合；所述导向轴外套接有压缩弹簧，实现导向轴在其长度方向上的弹性力和距离的浮动。

8.根据权利要求7所述的一种柔性搬运机械手，其特征在于：所述导向套、导向轴、压缩弹簧配合的设置为四组弹性浮动机构，且该弹性浮动机构排列为矩形。

9.根据权利要求7或8所述的一种柔性搬运机械手，其特征在于：对应的，所述浮动头分为与Z1轴运动单元连接的第一浮动头、与Z2轴运动单元连接的第二浮动头。

10.一种机器人，其特征在于：该机器人连接有如权利要求1-9中任意一项所述的柔性搬运机械手；所述柔性搬运机械手上设置有与机器人配合的机器人接口件。

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