一种抓取圆筒形工件的机器人

技术领域

本申请涉及机器人非标自动化设备领域，尤其是涉及一种抓取圆筒形工件的机器人。

背景技术

目前，对于圆筒形金属工件夹紧和搬运的夹具，通常有以下两种方式：

一是外夹紧式的夹具。这种夹具结构简单、容易实现，但是在机器人对工件码垛时不适用，因为当圆筒形工件竖立码垛时，工件与工件之间紧靠在一起，没有容纳夹具的空间。

二是普通内孔胀紧式夹具。此种夹具尽管可以避免外夹紧式夹具码垛时的空间干涉问题，但是常见的此类夹具一般比较简单，只是采用平行四边形的结构和原理，即：中轴与周围均布的三个或两个胀紧接触爪形成平行四边形，当人工提起胀紧接触爪而中轴相对下移时，夹具直径方向收缩；反之，中轴上提时，夹具直径胀大，撑紧圆筒形工件的内壁，靠摩擦力提起工件，以此实现夹持。这种夹具也不适合机器人搬运和码垛的要求，因为这种夹具收缩进入圆筒形工件内时，要保证胀紧接触爪接触到工件底部，中轴必须向下伸出工件下端面，而胀紧时中轴又要上升高出工件上端面，对于自动化领域，工件是由链板输送线运送的，工件下面一般来说没有孔供中轴下伸，而对于中轴上升，这个升高的距离会抵消机器人码垛的有效高度，而且对不同内径工件，中轴升高的高度不同，码垛高度位置不好控制，所以并不能通用。

再者，仅机械结构的夹具不具备夹紧状态的指示和信号反馈，不能满足控制系统需要。如果没有夹紧，机器人搬运时会出现工件甩脱事故，其可靠性、安全性不能满足需要。现有夹具在控制等方面不能满足机器人自动化夹持工件的要求，由机器人和自动化的方式替代人工搬运和码垛势在必行，故急需研发一款更加可靠、安全、空间可行、且能够实现夹紧状态反馈信息的夹紧机构。

发明内容

为了解决以上技术问题，本申请提供了一种抓取圆筒形工件的机器人，以便解决现有夹持圆筒形工件的夹具存在的空间干涉、可靠性低和安全性差等问题，且能够实现夹紧状态信息实时反馈，进一步提高了夹持码垛效率和精度。

本申请的技术问题是通过以下技术方案实现的：包括机器人总成和机器人总成外接的控制柜，其特征在于：所述机器人总成末端设置驱动机构，所述驱动机构下方连接夹具总成；所述夹具总成包括丝杠，所述丝杠上下依次设置与丝杠螺纹连接的第一螺母和第二螺母，所述第一螺母活动连接上连杆，所述第二螺母活动连接下连杆，所述上连杆和下连杆末端均设置撑紧臂，所述撑紧臂与上连杆和下连杆均为活动连接。

通过采用上述技术方案：确保了所述第一螺母和第二螺母上下移动时的幅度相同，使撑紧臂在缩胀时始终保持上下两端同样的幅度，以保证和工件内壁上下两端均匀接触，保持最大的接触面积。

进一步地，所述夹具总成还包括连接盘和连接板；所述连接盘和连接板分别设置于丝杠的顶部和底部位置；所述连接盘中心处设置联轴器用以连接丝杠和驱动机构；所述第一螺母通过螺母销轴与上连杆旋转连接，所述第二螺母通过螺母销轴与下连杆旋转连接；所述上连杆和下连杆通过臂销轴与撑紧臂旋转连接。

通过采用上述技术方案：销轴连接更加简单易安装，强度也得以保证，且销轴维修和更换更加快捷，替换件易得。

进一步地每一组所述上连杆和下连杆两侧均设置导轨，所述导轨顶部固定于连接盘上，底部固定于连接板上。

通过采用上述技术方案：每组导轨之间保持一定距离形成一定宽度的缝隙，便于上连杆和下连杆在缝隙之间只做垂直方向的上下移动，而不能沿圆周方向转动，以达到防止撑紧臂随丝杠转动的目的。

进一步地，所述导轨顶部通过焊接方式与连接盘连接；所述导轨底部通过螺钉与连接板固定。

进一步地，所述撑紧臂外侧设置铝片衬板，所述铝片衬板形状与撑紧臂端面一致，外面呈圆弧状，便于和工件圆弧形内壁接触，所述铝片衬板以沉头螺钉固定于撑紧臂上。

通过采用上述技术方案：防止工件被过大的夹紧力夹伤，铝材不易对工件内壁造成损坏。

进一步地，所述上连杆、下连杆和撑紧臂共有三组，以丝杠为轴心均匀间隔分布，相互之间夹角呈120度。

通过采用上述技术方案：撑紧臂跨度范围最大，对工件施加的压力也更加均匀。

进一步地，所述连接板侧边为三个向外延伸的安装板，每个安装板角度间隔 120度，每个安装板两侧均开设安装凹槽，所述导轨底端通过内六角圆柱头螺钉固定于所述安装凹槽内。

通过采用上述技术方案：导轨的安装更加稳固和方便，导轨放置于安装凹槽内卡紧，通过底端内六角圆柱头螺钉固定后整体强度更高。

进一步地，所述驱动机构包括伺服电机和齿轮箱，所述齿轮箱顶面通过法兰盘与机器人总成连接，所述齿轮箱顶面还设置伺服电机，所述伺服电机通过内部电机轴与齿轮箱内的传动齿轮连接；所述齿轮箱底面设置底板，所述底板连接下方夹具总成。

通过采用上述技术方案：设置于夹具总成上方的驱动机构有效节省了设备体积，整体结构设计更加合理化。

进一步地，所述机器人总成的底部为机械臂底座，所述机械臂底座顶面活动连接旋转板，所述旋转板上设置底座电机和摇臂，所述摇臂下部一侧安装摇臂电机；所述摇臂顶部末端连接横臂和电机组；所述横臂末端连接终端旋转臂，所述终端旋转臂底部连接驱动机构。

通过采用上述技术方案：所述夹具总成可在机器人总成的驱动下偶合成一个系统，夹具成为机器人的第七轴，统一由机器人控制，动作协调性更高。

综上所述，本申请具有如下有益效果：

本申请由机器人替代人工对圆筒形工件进行抓取、搬运和码垛，夹具总成安装在机器人总成和驱动机构的末端，和机器人总成偶合成一体，由机器人统一控制，形成机器人的第七轴，实现了最大的协调性。夹具总成采用内胀紧式结构，三组撑紧臂可以通过机器人控制伸出或收回，实现夹具总成夹持范围的胀大或缩小。

附图说明

图1为本申请总装配示意图；

图2为本申请机器人总成主视方向结构示意图；

图3为本申请机器人总成后视方向结构示意图；

图4为本申请驱动机构结构示意图；

图5为本申请驱动机构剖视图；

图6为本申请夹具总成结构示意图；

图7为本申请夹具总成仰视图；

图8为本申请夹具总成和驱动机构结构示意图；

图9为图8的夹持部分工作状态图。

附图标记说明：

1、机器人总成；101、机械臂底座；102、旋转板；103、摇臂；104、横臂； 105、终端旋转臂；106、底座电机；107、摇臂电机；108、电机组；

2、驱动机构；201、伺服电机；202、电机轴；203、齿轮箱；204、底板；

3、夹具总成；301、连接盘；302、连接板；303、丝杠；304、联轴器；305 第一螺母；306、第二螺母；307、上连杆；308、下连杆；309、撑紧臂；3010、臂销轴；3011、铝片衬板；3012、导轨；3013、连接环；3014、沉头螺钉；3015、螺母销轴；

4、控制柜；5、工作台；6、工件。

具体实施方式

以下结合附图对本申请进行进一步的详细说明。参考图1-9，本申请公开了一种抓取圆筒形工件的机器人，包括机器人总成1和机器人总成1外接的控制柜 4，所述机器人总成1末端设置驱动机构2，所述驱动机构2下方连接夹具总成3；所述夹具总成3包括丝杠303，所述丝杠303为双向丝杠，丝杠303的中间由连接环3013连接；所述连接环3013上下分别设置有与丝杆303螺纹连接的第一螺母305和第二螺母306，当丝杆303转动时，第一螺母305和第二螺母306相向或者相背移动；所述第一螺母305活动连接上连杆307，所述第二螺母306活动连接下连杆308，所述上连杆307和下连杆308末端均设置撑紧臂309，所述撑紧臂309与上连杆307和下连杆308均为活动连接，所述撑紧臂309外侧设置铝片衬板3011，所述铝片衬板3011形状与撑紧臂309端面一致，所述铝片衬板3011 以沉头螺钉3014固定于撑紧臂309上。

撑紧臂309收缩和胀大时丝杠303不会向下或向上伸出，即：丝杠303和撑紧臂309始终保持平齐，两端始终在一个水平面上，适应了机器码垛的需要。所述撑紧臂309的外侧横截面设计为圆弧形，铝片衬板3011也呈圆弧形，与工件 6的内孔圆弧匹配，以加大与工件内壁的接触面积和受力面积。

所述夹具总成3还包括连接盘301和连接板302；所述连接盘301和连接板 302分别设置于丝杠303的顶部和底部位置，起固定作用；所述连接盘301中心处设置联轴器304用以连接丝杠303和驱动机构2；所述第一螺母305通过螺母销轴3014与上连杆307旋转连接，所述第二螺母306通过螺母销轴3014与下连杆308旋转连接；所述上连杆307和下连杆308通过臂销轴3010与撑紧臂309 旋转连接。所述上连杆307、下连杆308和撑紧臂309共有三组，以丝杠303为轴心均匀间隔分布，相互之间夹角呈120度夹角。所述夹具总成3的夹持部分有多款不同直径范围的规格，必要时可以根据工件内孔大小更换使用。一般来说可适应内径范围在Φ67mm-Φ325mm之间的圆筒形工件。

每一组所述上连杆307和下连杆308两侧均设置导轨11，所述导轨11顶部固定于连接盘301上，底部固定于连接板302上；所述导轨11顶部通过焊接方式与连接盘301连接；所述导轨11底部通过螺钉与连接板302固定。

所述连接板302侧边为三个向外延伸的安装板，每个安装板角度间隔120 度，每个安装板两侧均开设安装凹槽，所述导轨11底端通过内六角圆柱头螺钉固定于所述安装凹槽内。连接盘12和连接板13及导轨11构成的框架结构有效地增强了夹具的整体刚性，减轻了丝杠303的受力程度，防止丝杠303变形。

所述驱动机构2包括伺服电机201和齿轮箱203，所述齿轮箱203顶面通过法兰盘与机器人总成1连接，所述齿轮箱203顶面还设置伺服电机201，所述伺服电机201通过内部电机轴202与齿轮箱203内的传动齿轮连接；所述齿轮箱 203底面设置底板204，所述底板204连接下方夹具总成3。

所述机器人总成1的底部为机械臂底座101，所述机械臂底座101顶面活动连接旋转板102，所述旋转板102上设置底座电机106和摇臂103，所述摇臂103 下部一侧安装摇臂电机107；所述摇臂103顶部末端连接横臂104和电机组108；所述横臂104末端连接终端旋转臂105，所述终端旋转臂105底部连接驱动机构 2；所述机器人总成1可实现6轴协作，在夹具总成3和机器人总成前端还设置激光测距仪，实时感知工件高度是否与码垛层间高度一致，自动防止码垛时碰撞。

夹具总成3可以对多个不同直径规格的工件6进行夹取，通用性强；对于更大或更小的工件内孔，可以通过拆卸联轴器304的螺丝和插拔信号线插头更换相应的部件即可，方便快捷，可靠性高。

撑紧臂309的上下两部分之间装有传感器，以检测夹具是否与将要夹取的工件6规格相符，如果不一致，夹具和机器人系统会停止抓取并报警。夹具总成3 上的传感器可以自动感知夹紧状态并反馈机器人信号，使机器人总成1和夹具总成3具备智能判断能力。本装置可以智能化地根据工件6的重量和大小，给出适合的夹紧力矩，既可以保证工件6可靠地夹紧，又可以防止工件6被过大的夹紧力夹伤，安全、可靠、智能化。该夹具总成3和机器人总成1偶合成的夹持系统，具备了夹紧状态、夹具规格、工件规格、夹紧力矩输出四个方面的自动检测和处理功能，形成了一个智能化的系统。

本申请的工作原理为：夹具总成3和机器人总成1偶合成一体，与机器人总成1原有的六轴传动结构形成了机器人的第七轴，由机器人总成1统一控制，实现机器人动作与夹具动作的协调一致。所述撑紧臂309的适当位置装有传感器，当铝片衬板3011接触到工件6内壁时，信号反馈给机器人总成1。在所述伺服电机201正反转动的驱动下实现所述撑紧臂309的张开和收缩，当所述撑紧臂 309收缩、直径变小后，机器人将夹具伸入工件中心孔内，随后胀紧，当力矩达到设定值时，机器人提起工件6进行搬运和码垛，否则，机器人停止继续动作并报警提示人工处理。

以上为本申请的较佳实施例，本申请的夹具和机器人智能系统，不限于上述实施的结构，可以有多种变形，也不限于上述的应用领域，可以在更多相似的领域应用，总之，在不脱离本申请的设计思路、机械结构形式、智能驱动控制方式的所有改进和变化，均属于本申请的范围内。