柔性機械式手爪及具有該柔性機械式手爪的搬運機器人的製作方法

2023-06-19 14:12:51 5

本發明屬於工業自動化領域，具體地，涉及一種用於抓取堆積式袋裝物資的柔性機械式手爪，還涉及一種具有所述柔性機械式手爪的搬運機器人。

背景技術：

目前，我國袋裝物資的倉庫搬運和裝卸方式主要是靠肩扛和小車拉，裝卸工人不僅勞動強度大、工作效率低，而且是在粉塵的環境下工作，易危害身心健康。

國內外廣泛用於袋裝物資裝卸的設備有兩種：真空吸吊式手爪和機械式手爪。對於真空吸盤式手爪，雖操作簡單快捷，但不能滿足抓取過重的袋裝物資。並且真空吸盤式手爪營造真空環境技術難度大，需要很大成本；對於機械式手爪，由於其手爪普遍彎折的結構，導致無法對密集堆垛的袋裝物資進行無損、快捷抓取和搬運。

綜上所述，現有技術中的裝卸設備都不太適用於密集堆放的袋裝物資的裝卸，無法對袋裝物資進行無損快捷抓取。

因此迫切需要一種能滿足袋裝物資快速而無損裝卸和堆垛的機械式手爪。

技術實現要素：

本發明針對現有機械式手爪彎折的結構需要操作空間大、手爪直接抓取的方式容易使包裝袋破損等問題，提供了一種用於抓取堆積式袋裝物資的柔性機械式手爪，採用氣缸的伸縮往復運動控制機械手爪的抓取，再結合視覺識別技術對袋裝物資抓取和搬運，很好地解決了抓取過程中包裝袋易破損的難題。

本發明的另一目的在於提供一種具有該柔性機械式手爪的搬運機器人。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

一種柔性機械式手爪，包括：連接架1、平板3、雙作用氣缸、驅動機構、傳動機構和夾持機構；

平板3固接在連接架1底部；

雙作用氣缸包括缸筒4和氣缸活塞杆5；雙作用氣缸的缸筒4豎直布置在連接架1框架結構的容納空間內，氣缸活塞杆5位於缸筒4下方；

傳動機構包括水平傳動塊9、傳動板10、豎直傳動塊11、連接塊12、長銷軸13和短銷軸14；

其中，傳動板10包括左耳板、右耳板以及位於兩者之間的結合部；兩個傳動板10通過各自結合部頂端分別固接在平板3的前、後邊緣處，左耳板、右耳板的下端對稱地設有傳動板通孔15；

水平傳動塊9的中心處開有通孔，氣缸活塞杆5沿豎直方向穿過水平傳動塊9的通孔，活塞杆螺母8套在氣缸活塞杆5的下端；

兩個豎直傳動塊11的上端分別與水平傳動塊9的左右兩端通過短銷軸14轉動連接；

夾持機構包括夾持距離調節機構和夾持板22，所述夾持距離調節機構包括連接塊12和滑塊23；

連接塊12為「l」形，包括水平臂和斜臂，水平臂與斜臂之間的角度為110°～130°，兩個連接塊12的水平臂的一端分別與兩個豎直傳動塊11的下端通過短銷軸14轉動連接，兩個連接塊12的斜臂之間構成一容納空間，水平臂和斜臂結合處開有軸孔29，長銷軸13穿過傳動板通孔15和軸孔29將連接塊12與傳動板10轉動連接；

夾持板22為「l」形，包括上部夾持板和下部夾持板，上部夾持板和下部夾持板之間的角度為110°～130°，上部夾持板固接有滑塊23，滑塊23上端高於上部夾持板；

在連接塊12的斜臂內側開有「u」形軌道槽，用於容納夾持板22上固接的滑塊23，斜臂開有多個斜臂連接孔24；

滑塊23開有滑塊螺紋孔25，通過沉頭螺栓26插入斜臂連接孔24和滑塊螺紋孔25，將夾持板22固定在斜臂上；夾持板22左右對稱，兩個夾持板22之間構成一容納空間；

驅動機構包括機械臂控制系統、氣泵、24v電源模塊、五位三通電磁閥和氣動開關，其中，氣泵與雙作用氣缸連接，氣泵為雙作用氣缸提供氣源，五位三通電磁閥與雙作用氣缸連接，五位三通電磁閥控制氣缸上下的往復運動，24v電源模塊和氣動開關構成氣動控制電路，啟動開關與雙作用氣缸連接，氣動開關控制雙作用氣缸的運動方向和通斷停止。

連接架1為矩形框架結構，連接架1頂部與搬運機器人的機械臂可拆卸連接。

在長銷軸13上、連接塊12與傳動板10之間設置有銅軸承16定位，在長銷軸13上、傳動板10的外側設置有大卡環17進行定位。

短銷軸14端部均設置銅軸承16和小卡環21。

活塞杆螺母8內圈直徑大於水平傳動塊9的通孔的內圈直徑。

水平臂與斜臂之間的角度為110°。

上部夾持板和下部夾持板之間的角度為110°。

連接機構上還安裝有視覺識別傳感器，與機械臂控制系統連接。

平板3為矩形平板。

一種搬運機器人，其機械臂與權利要求1～9中之一的柔性機械式手爪裝配在一起。

本發明的有益效果在於：

本發明的用於抓取堆積式袋裝物資的柔性機械式手爪，採用薄夾持板和可調節間距的夾持機構，使得柔性機械式手爪可以適應不同規格尺寸物資的搬運與抓取，具有抓取可靠、移動靈活等特點；同時，採用氣缸傳動，經濟實用，氣缸的往復運動便能實現對袋裝物資的裝、卸兩個步驟。在農資裝卸場合代替人工搬運，減輕了裝卸工人的勞動強度、提高裝卸效率、減少環境汙染、使操作更加簡便，實現農資裝卸的機械化和自動化。

附圖說明

圖1是本發明的柔性機械式手爪的結構示意圖；

圖2是本發明的柔性機械式手爪的夾持機構的結構示意圖。

附圖標記

1連接架2連接螺栓

3平板4缸筒

5氣缸活塞杆7平板連接螺栓組

8活塞杆螺母9水平傳動塊

10傳動板11豎直傳動塊

12連接塊13長銷軸

14短銷軸15傳動板通孔

16銅軸承17大卡環

21小卡環22夾持板

23滑塊24斜臂連接孔

25滑塊螺紋孔26沉頭螺栓

29軸孔

具體實施方式

下面結合附圖和實施例，對本發明的具體實施方式作進一步詳細描述。

如圖1所示，本發明的柔性機械式手爪，用於抓取堆積式袋裝物資，其包括：連接架1、平板3、雙作用氣缸、驅動機構、傳動機構和夾持機構。

連接架1為矩形框架結構，連接架1頂部與搬運機器人的機械臂可拆卸連接。

平板3通過平板連接螺栓組7固接在連接架1底部，平板3為矩形平板。

雙作用氣缸包括缸筒4和氣缸活塞杆5。雙作用氣缸的缸筒4豎直布置在連接架1框架結構的容納空間內，氣缸活塞杆5位於缸筒4下方。

傳動機構包括水平傳動塊9、傳動板10、豎直傳動塊11、連接塊12、長銷軸13和短銷軸14。

其中，傳動板10包括左耳板、右耳板以及位於兩者之間的結合部。兩個傳動板10通過各自結合部頂端分別固接在平板3的前、後邊緣處，左耳板、右耳板的下端對稱地設有傳動板通孔15。

水平傳動塊9的中心處開有通孔，氣缸活塞杆5沿豎直方向穿過水平傳動塊9的通孔，活塞杆螺母8套在氣缸活塞杆5的下端，起固定與限位的作用。活塞杆螺母8內圈直徑大於水平傳動塊9的通孔的內圈直徑。工作時，依靠氣缸活塞杆5的上下移動帶動水平傳動塊9。使用活塞杆螺母8對水平傳動塊9進行限位的設計使得拆卸方便。

兩個豎直傳動塊11的上端分別與水平傳動塊9的左右兩端通過短銷軸14轉動連接。

如圖2所示，夾持機構包括夾持距離調節機構和夾持板22，所述夾持距離調節機構包括連接塊12和滑塊23。

連接塊12為「l」形，包括水平臂和斜臂，水平臂與斜臂之間的角度為110°～130°，本實施例中，優選為110°。兩個連接塊12的水平臂的一端分別與兩個豎直傳動塊11的下端通過短銷軸14轉動連接。兩個連接塊12的斜臂之間構成一容納空間。水平臂和斜臂結合處開有軸孔29，長銷軸13穿過傳動板通孔15和軸孔29將連接塊12與傳動板10轉動連接。

在長銷軸13上、連接塊12與傳動板10之間設置有銅軸承16定位，採用銅軸承定位是因為銅材料耐磨，可以適應重複夾持的工況的需求。在長銷軸13上、傳動板10的外側設置有大卡環17進行定位，選用大卡環17定位是因為該夾持機構軸向運動微小，運用大卡環17足以限制軸向運動。

類似地，短銷軸14端部均設置銅軸承16和小卡環21進行定位。

夾持板22為「l」形，包括上部夾持板和下部夾持板，上部夾持板和下部夾持板之間的角度為110°～130°，本實施例中，優選為110°。上部夾持板固接有滑塊23，滑塊23上端高於上部夾持板。

在連接塊12的斜臂內側開有「u」形軌道槽，用於容納夾持板22上固接的滑塊23，斜臂開有多個斜臂連接孔24，分別為夾持板22之間距離調節的多個檔位，用於安裝滑塊23。本實施例中，優選為4個斜臂連接孔24。

滑塊23設有滑塊螺紋孔25，當夾持板22位置確定時，可通過沉頭螺栓26插入斜臂連接孔24和滑塊螺紋孔25，將夾持板22固定在斜臂上。夾持板22左右對稱，兩個夾持板22之間構成一容納空間。

工作時，左、右夾持板22之間的間距應略大於袋裝物資的寬度，便於快速簡便的夾持所需物資。傳動機構與夾持機構構成容納袋裝物資的空間。

驅動機構包括機械臂控制系統、氣泵、24v電源模塊、五位三通電磁閥和氣動開關。其中，氣泵與雙作用氣缸連接，氣泵為雙作用氣缸提供氣源，五位三通電磁閥與雙作用氣缸連接，五位三通電磁閥控制氣缸上下的往復運動，24v電源模塊和氣動開關構成氣動控制電路，啟動開關與雙作用氣缸連接，氣動開關控制雙作用氣缸的運動方向和通斷停止。

連接機構上還安裝有視覺識別傳感器(圖中未示出)，與機械臂控制系統連接，本實施例中，該視覺識別傳感器安裝於傳動板10側面，根據視覺識別傳感器識別出的位置信息，視覺識別傳感器發出信號，觸發機械臂控制系統，機械臂控制系統控制柔性機械式手爪的夾持動作開始，實現自動抓取。

本發明的用於抓取堆積式袋裝物資的柔性機械式手爪的工作過程如下：

通過連接架1將本發明的柔性機械式手爪連接至搬運機器人的機械臂上。

初始位置的氣缸活塞杆5處於伸長狀態。工作時，首先，氣泵氣壓加至額定氣壓，為雙作用驅動氣缸充氣，充氣完成後，驅動機構準備完畢。

根據所要夾持物資的寬度尺寸，調節夾持板22之間的距離，使兩夾持板22的距離比夾持物資寬度略大即可，用沉頭螺栓26將滑塊23與連接塊12的斜臂固定。

根據視覺識別傳感器的定位，通過機械臂將柔性機械式手爪定位到需要夾持的物資的適當位置，打開氣動開關，使氣缸活塞杆5自下而上地運動，帶動水平傳動塊9向上運動，使豎直傳動塊11也跟著旋轉，連接塊12和夾持板22將收緊，從而夾住所要夾持的物資。

通過機械臂的運動，將夾持物資搬運到指定位置。此時，將氣動開關切換到使氣缸活塞杆5自上而下運動，經過水平傳動塊9、豎直傳動塊11、連接塊12的傳動，使夾持板22張開，從而釋放物資，完成往復的一個完整動作，從而實現了對袋裝物資的抓取和搬運。

本發明還涉及一種，搬運機器人，其機械臂與該柔性機械式手爪裝配在一起。