CN220145972U - 多功能机械手爪 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种多功能机械手爪，在自动化物料处理系统中，需要对物料进行拣选、分类、分流，目前自动化领域中手爪大多功能较为单一，仅能处理固定或较少规格的物料，无法适应产品尺寸规格、形状变化较大的情况。本产品配置了多根吸管，每根吸管可独立控制其上下运动，吸管端头配置吸盘，形成一个多根独立的吸管组成的吸管组，这个吸管组可以根据物料的大小、形状控制吸管伸出的数量、长度，来适应物料表面，从而解决了前述问题。吸管的独立控制可采用两种方案，一是采用电磁离合器制动器组实现对单根吸管的独立控制；二是采用螺杆电机实现对单根吸管的独立控制。

Description

多功能机械手爪

技术领域

用于对物料进行抓取的机械手爪，该手爪可以适应物料的大小、不同形状。

背景技术

在自动化物料处理系统中，需要对物料进行拣选、分类、分流，然而我们经常面对的是各种各样的物料，包括大小不同，形状不同，材质不同，一套机械手爪很难适应不同的物料，也就是说，通常一套机械手爪只能处理特定范围内的物料，这种功能上的限制使物料处理系统的自动化程度受到较大影响，同时，如果要实现处理多种物料，需要多套机械手，这样会使得物料处理系统变得复杂；本人经过思考，提出了一种全新方案，通过配置多根吸管，每根吸管可独立控制其上下运动，吸管端头配置吸盘，这样，形成一个多根独立的吸管组成的吸管组，这个吸管组可以根据物料的大小配置数量，可以根据物料表面形状调整吸管伸出长度，形成和物料表面的契合面，从而解决对物料大小不同，形状不同的抓取问题。

发明内容

附图说明：

图1是采用电磁离合器制动器方案的吸管设计图，其中，1-吸管，2-齿条，3-气管，4-吸盘，5-气管接头，6-球体，7-压板；

图2是采用电磁离合器制动器方案的手爪总体设计图，其中，1-吸管，2-下基座，3-电磁离合器制动器组，4-电机安装板，5-电机，6-基座连接柱，7-上基座，8-真空发生器，9-气管，10-手爪连接座，11-驱动轴，12-驱动链轮；

图3是采用电磁离合器制动器方案的驱动电机布置设计图，其中，1-吸管，4-电机安装板，5-电机；

图4是采用电磁离合器制动器方案的电磁离合器制动器设计图，其中，1-摩擦片，2-碟簧片，3-机架，4-电磁线圈，5-齿轮，6-摩擦片，7-碟簧片，8-驱动轴，9-电磁线圈，10-机架；

图5是采用电磁离合器制动器方案的机械手爪高低位示意图；

图6是采用螺杆驱动方案的吸管设计图，其中，1-螺杆，2-电机，3-气管接头，4-吸管，5-气管，6-球连接副，7-吸盘，8-端盖，9-调心轴承，10-端轴；

图7是采用螺杆驱动方案的手爪总体设计图，其中，1-吸管，2-下基座，3-真空发生器，4-气管，5-螺杆，6-螺杆导套，7-电机安装板，8-电机，9-上基座，10-手爪连接座；

具体实施方式

吸管的上下运动可以通过两种方式实现，一种是通过电磁离合器制动器控制实现，另外一种是通过螺杆运动来实现，下面分别说明。

吸管(电磁离合器制动器控制)：见图1，吸管为一根圆形通管，中空，同时上面设计有齿条2，用于和齿轮配合驱动吸管运动，中间空孔用于穿插气管3，吸管端头设计有吸盘4，用于抓取物料，吸盘和吸管端头连接为球自由副，吸盘可进行一定角度的自由偏转；球自由副主要有气管接头5，球体6，压板7组成，吸盘和气管分别接到球体两端，如果物料表面不平整，比如斜面，吸盘能够受物料作用力的影响，自行调整其状态，贴合物料表面。

机械手爪(电磁离合器制动器控制)：见图2，机械手爪主要由吸管1，上、下基座7、2，电磁离合器制动器组3(含齿轮)，电机安装板4，电机5，基座连接柱6，真空发生器8，气管9，手爪连接座10，驱动轴11，驱动链轮组12等组成；

手爪共有24根吸管，在上下基座的导向孔内上下运动，下基座顶面安装着电磁离合器制动器组，共24组，每组负责驱动/制动一根吸管，24根吸管共4列，每列6根，由一根驱动轴11驱动，每列的电磁离合器制动器组之间通过轴套固定；驱动轴链轮12安装在驱动轴中部，由安装在电机安装板4上的电机5(见图3)驱动；上基座顶面安装有真空发生器，每根吸管对应一个真空发生器8，并通过气管9连接到吸管内部，一直通向吸盘；上下基座通过基座连接柱6相连并定位固定；整个手爪通过手爪连接座10安装到机器人上。

电磁离合器制动器组：见图4，电磁离合器制动器组主要由两部分组成，一部分是电磁离合器，一部分是电磁制动器，电磁离合器主要用于驱动齿轮5转动，而电磁制动器主要用于制动齿轮5，防止在离合器断电情况下齿轮的转动；电磁离合器主要由机架3，电磁线圈4，摩擦片1，碟簧片2组成，机架键连接在驱动轴8上，随着轴的转动而转动，齿轮5和驱动轴为轴承连接，断电状态，碟簧片和摩擦片分开，齿轮不会随着轴的转动而转动，通电时，碟簧片向摩擦片靠拢，摩擦带动齿轮转动；电磁制动器由电磁线圈9，机架10，摩擦片6，碟簧片7组成，机架10安装在下基座上，和驱动轴没有连接，驱动轴转动时，不发生转动，线圈安装在机架上；断电状态，碟簧片和摩擦片分开，齿轮可以转动，通电时，碟簧片向摩擦片靠拢，锁住齿轮；

电磁离合器制动器组工作原理为：离合器和制动器配合作业，离合器通电时，驱动轴带动齿轮转动，此时制动器断电；离合器断电时，这时候齿轮会在外力作用下转动(比如吸管的重力)，不利于锁住吸管，因此需要额外的制动器来制动，锁住齿轮，因此，这个时候，需要制动器通电，将齿轮锁住。

机械手爪作业流程(电磁离合器制动器控制)：手爪通过连接座安装于机器人上(四轴或6轴机器人)，并结合视觉系统进行物料抓取作业；初始，手爪吸管处于高位状态(见图5)，吸管由制动器锁住；作业开始，视觉系统拍照获取物料位置、形状大小、距离等信息，控制系统根据物料信息分配吸管(数量，哪几根)，并确定每根吸管运行距离(默认为最大)；手爪在控制系统控制下移动到物料上方，同步，对应的吸管制动器断电，离合器通电，电机带动驱动轴驱动齿轮转动，将吸管伸出到位(此时吸管处于低位状态)，随后离合器断电，制动器通电，锁住吸管；到达物料上方，真空系统建立真空，手爪靠近物料，抓取物料；随后手爪上升，移动到物料释放上方，略作下降，真空丧失，物料掉落到对应位置，完成一个物料抓取动作；

随后手爪返回，准备下一个物料的抓取；同步，视觉系统拍照，传递物料信息给控制系统，控制系统根据要抓取的物料，分配吸管，这时，需要伸出的吸管伸出(控制同前)，当前一物料抓取所用的吸管如过有需要退回的，那么对应的离合器通电，制动器断电，电机驱动驱动轴反转，将伸出的吸管提升到高位，到位后离合器断电，制动器通电锁住吸管；由于一根驱动轴驱动多跟吸管，如果一根驱动轴对应的吸管有上升和下降，那么根据需要先上升，再下降或是相反；接下来手爪到位后物料的抓取同前。

吸管(采用螺杆驱动)：采用螺杆驱动的吸管同采用电磁离合器驱动的有所不同，见图6，分为两部分，一部分是螺杆，一部分是吸管，吸管上端通过调心轴承连接在螺杆端部；吸管仍为一根圆形管，中空，用于走气管5，并通过气管接头3和外部气管连接，下端通过球连接副(同前)6连接吸盘7；

吸管和螺杆的连接采用调心轴承连接，主要由端轴10，调心轴承9，端盖8组成；端轴10通过螺纹固定到螺杆末端，调心轴承安装在端轴上，吸管和调心轴承外圈通过端盖连接。

机械手爪(采用螺杆驱动)：见图7，机械手爪主要由吸管1，上、下基座9、2，真空发生器3，气管4，螺杆5，螺杆导套6，电机安装板7，电机8，手爪连接座10等组成；

手爪共有36根吸管，在下基座2导孔内上下运动，螺杆5在螺杆导套6和上基座9导孔之间运动，下基座顶面安装有真空发生器，共36个，每根吸管对应一个真空发生器3，并通过气管4连接到吸管内部，一直通向吸盘；螺杆驱动电机8共有36个，每个电机驱动一根螺杆，即每根吸管由一个电机驱动；电机安装在电机安装板7上，位于上基座和螺杆导套之间；整个手爪通过手爪连接座10安装到机器人上；

随着螺杆电机的驱动，螺杆上下运动，带动吸管上下运动；电机停止抱闸，吸管停止运动并被锁死。

机械手爪作业流程(采用螺杆驱动)：手爪通过连接座安装于机器人上(四轴或6轴机器人)，并结合视觉系统进行物料抓取作业；初始，手爪吸管处于高位状态，吸管由电机锁住；作业开始，视觉系统拍照获取物料位置、形状大小、距离等信息，控制系统根据物料信息分配吸管(数量，哪几根)，并确定每根吸管运行距离(默认为最大)；手爪在控制系统控制下移动到物料上方，同步，对应的吸管伸出到位(此时吸管处于低位状态)，随着手爪到达物料上方，真空系统建立真空，手爪靠近物料，抓取物料；随后手爪上升，移动到物料释放上方，略作下降，真空丧失，物料掉落到对应位置，完成一个物料抓取动作；

随后手爪返回，准备下一个物料的抓取；同步，视觉系统拍照，传递物料信息给控制系统，控制系统根据要抓取的物料，分配吸管，这时，需要伸出的吸管伸出(控制同前)，如抓取前一物料所用的吸管有需要退回的，那么螺杆电机翻转，驱动螺杆上升，将伸出的吸管提升到高位并制动锁住吸管；接下来手爪到位后物料的抓取同前。

Claims (5)

1.一种多功能机械手爪，其特征是：

该多功能机械手爪配置了多根可独立控制的吸管，吸管可上下运动，吸管端头配置吸盘，形成一个由多根独立的吸管组成的吸管组，这个吸管组可以根据物料的大小、形状控制吸管的伸出数量、长度来适应物料表面，从而实现对大小不同、形状各异的物料的抓取，吸管的上下运动可采用两种方案，一是采用电磁离合器制动器组实现对单根吸管的独立控制，二是采用螺杆、电机实现对单根吸管的独立控制。

2.根据权利要求1所述的多功能机械手爪，其特征是采用由多根可独立伸缩的吸管组成，多功能机械手爪可根据物料的大小，形状，控制吸管的伸出数量及伸出长度来进行物料抓取。

3.根据权利要求1所述的多功能机械手爪，其特征是吸管端头配置吸盘，其端头和吸管的连接采用球自由副，可旋转，以便更好的贴合物料表面，便利物料的抓取。

4.根据权利要求1所述的多功能机械手爪，其特征是吸管上下运动方式一：采用电磁离合器+齿轮+电磁制动器组合的方式控制齿轮的运动、停止，配合吸管上的齿条，驱动吸管上下运动、停止。

5.根据权利要求1所述的多功能机械手爪，其特征是吸管上下运动方式二：采用电机、螺杆方式，吸管连接在螺杆上，通过电机驱动螺杆上下运动，停止，从而驱动吸管上下运动、停止。