称重传感器组件、端拾器、机械手和机器人

技术领域

本申请涉及一种称重传感器组件、端拾器、机械手和机器人。

背景技术

端拾器是机械手的重要组成部分，其利用抓取部抓取物品，以将物品从一个位置搬运到指定位置。针对不同的场景，端拾器抓取的物品种类和重量并不相同，在一些场合需要对物品的重量进行检测，现有技术中主要通过在端拾器上安装称重传感器来对抓取物品的重量进行检测。例如在端拾器的拣选过程中可通过单件物品的标准重量和检测到的抓取物品的总重量来获取到端拾器抓取物品的数量。

现有的端拾器的抓取部的类型主要包括机械夹爪和吸盘两种。对于吸盘式的端拾器，需要布置真空气路和称重传感器，如何实现真空气路和称重传感器的合理布置是需要解决的问题。

在此需要说明的是，该背景技术部分的陈述仅提供与本申请有关的背景技术，并不必然构成现有技术。

发明内容

本申请提供一种称重传感器组件、端拾器、机械手和机器人，以提高称重传感器在端拾器上位置布置的灵活性。

本申请第一方面提供一种称重传感器组件，包括第一中空管和均匀间隔布置在第一中空管的周向外侧的至少两个称重传感器，至少两个称重传感器与第一中空管连接。

在一些实施例中，称重传感器组件还包括设置在第一中空管的轴向两端中至少一端的连接座，连接座连接至少两个称重传感器和第一中空管。

在一些实施例中，称重传感器组件包括分别设置在第一中空管的轴向两端的第一连接座和第二连接座，第一连接座具有第一通孔，第二连接座具有第二通孔，第一中空管与第一通孔和第二通孔密封连接。

在一些实施例中，第一中空管与第一连接座一体成型。

在一些实施例中，第二连接座包括连接座本体和设置在连接座本体上的中间连接管，中间连接管的内腔形成第二通孔。

在一些实施例中，在轴向方向上，中间连接管的远离第一中空管的一端超出连接座本体的表面。

在一些实施例中，第一中空管与中间连接管通过密封圈连接。

本申请第二方面提供一种端拾器，包括吸盘、第二中空管和上述称重传感器组件，吸盘包括用于吸取物品的吸盘本体和设置在吸盘本体上端的吸气管，第二中空管被配置为与真空发生器连接来为吸盘提供负压；称重传感器组件设置在吸气管和第二中空管之间，且称重传感器的下端与吸气管连接，每个称重传感器的上端与第二中空管连接，吸气管、第一中空管和第二中空管依次空气连通。

在一些实施例中，第一中空管与第二中空管同轴设置，且第一中空管的内径小于第二中空管的内径。

在一些实施例中，称重传感器组件靠近吸盘设置。

本申请第三方面提供一种机械手，包括上述端拾器。

本申请第四方面提供一种机器人，包括上述机械手。

基于本申请提供的各方面，称重传感器组件包括第一中空管和均匀间隔布置在第一中空管的周向外侧的至少两个称重传感器，至少两个称重传感器与第一中空管连接。本申请的称重传感器组件通过在中部设置第一中空管，使其中间通气，那么称重传感器组件可以布置在任意位置，而不影响真空气路的布置，进而提高了布置灵活性。

通过以下参照附图对本申请的示例性实施例的详细描述，本申请的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为相关技术的端拾器的结构示意图。

图2为图1所示的端拾器的气路示意图。

图3为图1所示的端拾器在受到侧向力时的结构示意图。

图4为称重传感器下置的端拾器的结构和气路示意图。

图5为本申请实施例的端拾器的结构示意图。

图6为图5中称重传感器组件的立体结构示意图。

图7为图6所示称重传感器组件的内部结构示意图。

图8为本申请实施例的端拾器组件的气路示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本申请及其应用或使用的任何限制。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本申请的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

端拾器是一种抓取装置，其通常连接于机械手的末端，用于抓取物品。在物流领域，经常利用机械手通过端拾器拾取商品来实现对商品的拣选。

对于利用真空吸附进行拾取物品的端拾器，如图1所示，该端拾器包括吸盘10a、中空管30a和气管40a。气管40a与真空发生器连接。在拾取物品时，吸盘10a与物品直接接触，用于拾取物品。为了实现对拾取物品重量的检测和获取，如图1所示，端拾器还包括称重传感器20a，称重传感器20a设置在机械手的末端。如图2所示，在拾取物品时，真空发生器进行抽吸以使空气沿图2箭头方向流动，进而使得吸盘10a内产生负气压，从而将物品吸牢，进而可开始搬运物品。

发明人在研究过程中发现在实际拣选过程中，拣选物品的姿态不同会导致端拾器受到各种不同方向的作用力，例如图3示出的状态，此时端拾器受到侧向力F的作用，那么位于顶端的称重传感器20a会在该侧向力F的作用下内部产生一定的扭转力，而称重传感器20a的最佳受力方向为竖直向下的方向，因此在扭转力的作用下称重传感器20a很容易损坏。

而且为了保证在抓取物品较轻时的重量测量精度，一般会选择量程较小的传感器，那么在保证精度的同时会使得该传感器成为薄弱点，在受到如上描述的扭转力时更容易造成损坏。

发明人针对以上问题进一步研究发现，端拾器的吸盘10a用于吸取物品，那么吸盘10a是与物品直接接触的部分，也是受到侧向力F的作用点。那么在图3所示的端拾器中，称重传感器20a布置在远离吸盘10a的一端，这样会使得称重传感器20a所受到的扭转力矩更大。那么若想减小称重传感器20a所受的扭转力矩以减少对称重传感器的损坏，可以通过将称重传感器下移，布置在靠近吸盘的位置，减小力臂。

基于以上考虑，如图4所示，在该端拾器中，将称重传感器20b布置在靠近吸盘10b的位置。此时吸盘10b的气口可通过转接气管60b与称重传感器20b上端的中空管30b连通，中空管30b和气管40b连通，这样气路的流动方向吸盘10b、转接气管60b、中空管30b和气管40b，再到真空发生器以产生真空。如图4所示，转接气管60b的两端分别与称重传感器20b的上下两端连接，那么转接气管60b自身的弹性及状态会影响称重传感器20b的精度。在图4所示的实施例中，称重传感器20b的一侧设置有一根转接气管60b，转接气管60b会对称重传感器20b一侧产生较小的作用力。若将转接气管60b设置得较短，那么对称重传感器20b一侧产生得作用力会更大。但是若将转接气管60b设置得更长，则会占用太多空间，增大了干涉空间。

针对以上问题，本申请发明人进一步深入研究，提出可以采用至少两个称重传感器组合布置的方式，且在至少两个称重传感器之间设置用于使空气流通的中空管，这样在将称重传感器下置的同时，也不会影响气路的连通。下面根据图5至图8对本申请一些实施例的称重传感器组件及具有该称重传感器组件的端拾器的结构进行详细说明。

参考图5，本申请实施例的端拾器包括吸盘10、第二中空管30和称重传感器组件20。其中，吸盘10包括用于吸取物品的吸盘本体11和设置在吸盘本体11上端的吸气管12。第二中空管30被配置为与真空发生器连接来为吸盘10提供负压。称重传感器组件20设置在吸气管12和第二中空管30之间。

参考图6和图7，称重传感器组件20包括第一中空管22和均匀间隔布置在第一中空管22的周向外侧的至少两个称重传感器21。至少两个称重传感器21与第一中空管22连接。称重传感器21的下端与吸气管12连接，称重传感器21的上端与第二中空管30连接，吸气管12、第一中空管22和第二中空管30依次空气连通。

本申请实施例的称重传感器组件20将至少两个称重传感器21均匀分布在外侧，这样使得称重传感器组件20的中间部分能够形成与上下两端的吸气管12和第二中空管30空气连通的空间，通过第一中空管22与吸气管12和第二中空管30空气连通以实现吸盘本体11处的负压。且称重传感器21的下端与吸气管12连接，称重传感器21的上端与第二中空管30连接，这样吸盘10吸取物品的重量也能通过吸气管11传递至称重传感器21处，实现称重传感器21的称重功能。由上可知，本申请实施例的端拾器通过设置中间通气的称重传感器组件20，那么称重传感器组件20可以布置在任意位置，而不影响真空气路的布置，进而提高了布置灵活性。

为了减小称重传感器所受的扭转力矩以减少对称重传感器的损坏，在一些实施例中，称重传感器组件20靠近吸盘10设置。吸盘10作为与物品直接接触的部分，也是受力的直接作用点，那么将称重传感器组件20靠近吸盘10设置，可减小力臂的长度，进而减小称重传感器受到的扭转力矩的大小，进而可减小对称重传感器的损坏。

进一步地，与图4所示实施例的端拾器相比，本申请实施例的至少两个称重传感器21的量程合与图4中的称重传感器20b的量程是相同的，只是每个称重传感器21的量程相对较小，这样可保证重量测量的精度。

在图5至图7示出的实施例中，称重传感器组件20包括相对设置的两个称重传感器21。两个称重传感器21分别放置在第一中空管22的两侧，对称设置。在其他附图未示出的实施例中，称重传感器组件20也可以包括相对于第一中空管22的中心轴均匀分布的三个以上的称重传感器21。只要将两个以上的称重传感器21均匀分布在第一中空管22的周向上以使得第一中空管22能够形成空气从吸盘10到第二中空管30的流通管路即可。

由以上分析可知，一方面，至少两个称重传感器21中每个称重传感器21的两端分别与吸气管12和第二中空管30连接，进而使得吸盘10所受的力能够通过吸气管12传递至称重传感器21处以实现其称重功能。另一方面，第一中空管22与吸气管12和第二中空管30空气连通以实现空气的流动，产生真空。

如图8所示，在空气的通路上，第一中空管22、吸气管12以及第二中空管30之间密封连接以保证空气流通的密封性。

具体地，在一些实施例中，吸气管12、第一中空管22和第二中空管30均同轴设置。

在一些实施例中，称重传感器组件20还包括设置在第一中空管22的轴向两端中至少一端的连接座。连接座连接至少两个称重传感器21和第一中空管22。参考图6和图7，例如，称重传感器组件20可以包括设置在第一中空管22的轴向下端的第一连接座23。至少两个称重传感器21的下端和第一中空管22的下端均与第一连接座23连接，这样在安装在端拾器时，第一连接座23与吸盘10的吸气管12连接，称重传感器21的上端与第二中空管30连接，且第一中空管22与第二中空管30密封连接。再例如，称重传感器组件20也可以包括设置在第一中空管22的轴向上端的第二连接座24。至少两个称重传感器21的上端和第一中空管22的上端均与第二连接座24连接。

参考图6和图7，在一些实施例中，称重传感器组件20包括用于连接称重传感器21与吸气管12的第一连接座23以及用于连接称重传感器21与第二中空管30的第二连接座24。第一连接座23具有与吸气管12流体连通的第一通孔。第二连接座24具有与第二中空管30流体连通的第二通孔。第一中空管22与第一通孔和第二通孔密封连接。

第一连接座23和第二连接座24独立分体设置，这样使得吸盘10吸取物品的重力可通过第一连接座23传递至称重传感器21处。

第一连接座23和第二连接座24之间形成称重传感器21和第一中空管22布置的空间。具体地，每个称重传感器21的下端与第一连接座23连接，吸气管12与第一连接座23连接，这样使得吸盘10所吸取物品的重力可通过第一连接座23传递至称重传感器21上。每个称重传感器21的上端与第二连接座24连接，第二连接座24与第二中空管30连接。

如图8所示，在称重传感器组件20与吸气管12以及第二中空管30连接时，第一连接座23和第二连接座24是实现与吸气管12和第二中空管30直接连接的结构。具体地，吸气管12的管壁与第一连接座23连接，这样吸气管12的管腔可与第一连接座23上的第一通孔连通，同样地，第二中空管30的管壁与第二连接座24连接，这样第二中空管30的管腔可与第二连接座24上的第二通孔连通。位于第一连接座23和第二连接座24之间的第一中空管22与第一通孔和第二通孔密封连接进而实现了从吸气管12到第二中空管30之间空气的密封流通。

在一些实施例中，如图7所示，第一中空管22与第一连接座23一体成型。这样当第一连接座23与吸气管12连接时，吸气管12可直接实现与第一中空管22的气体连通，一体成型可更好地保证气体连通的密封性。

如图7所示，在一些实施例中，第二连接座24包括连接座本体241和设置在连接座本体241上的中间连接管242。中间连接管242的内腔形成第二通孔。

具体地，在轴向方向上，中间连接管242的远离第一中空管的一端超出连接座本体241的表面，且中间连接管242与第一中空管22密封连接。这样空气从吸盘10处向上流动，依次通过第一中空管22和中间连接管242到达第二中空管30内。

在一些实施例中，第一中空管22与中间连接管242通过密封圈26连接。具体地，中间连接管242的下端面包括阶梯面，密封圈卡设在阶梯面内。

在一些实施例中，第一中空管22与第二中空管30同轴设置，且第一中空管22的内径小于第二中空管30的内径。这样使得本实施例的称重传感器组件20在实现通气的同时，而体积不会过于增大。

本申请实施例还提供一种机械手，包括上述各实施例的端拾器。

本申请实施例还提供一种机器人，包括上述机械手。具体地，机器人可以是拣选机器人。

下面再根据图5至图8对本申请具体实施例的端拾器的结构进行进一步的说明。

如图5所示，本实施例的端拾器包括吸盘10、称重传感器组件20、第二中空管30、气管40和安装板50。

吸盘10包括吸盘本体11和吸气管12。吸盘本体11为锥形扩口结构，吸气管12与吸盘本体11连接且吸气管12和吸盘本体11气体连通。

称重传感器组件20设置在吸盘10和第二中空管30之间，用于连接吸盘10和第二中空管30。具体地，如图6和图7所示，称重传感器组件20包括两个称重传感器21、第一中空管22、第一连接座23、第二连接座24和密封圈26。其中，称重传感器21的工作原理是：通过应变片弹性体在外力作用下产生弹性变形，使粘贴在它表面的电阻应变片也随同产生变形，电阻应变片变形后，它的阻值将发生变化，再经相应的测量电路把这一电阻变化转换为电信号，从而完成了将外力变换为电信号用以计算受力的重量。

其中第一连接座23与第一中空管22一体成型。第二连接座24包括连接座本体241和中间连接管242。第二连接座24和第一连接座23分体设置，两个称重传感器21对称布置在第一连接座23和第二连接座24之间的空间内。中间连接管242通过密封圈26与第一中空管22连接。

如图7所示，第一连接座23和第二连接座24与称重传感器21的两端分别连接。具体地，第一连接座23和第二连接座24与称重传感器21连接处设置有孔A。为了使称重传感器21的称重信号与控制器等部件实现信号传递，本实施例的第二连接座24上设置有孔B以使信号传递线穿过。

且如图5至图8所示，为了使本实施例的端拾器的结构更为紧凑，本实施例的第一连接座23和第二连接座24均为圆形结构，且第一连接座23和第二连接座24同轴设置，且均与第二中空管30同轴设置。进一步地，第一连接座23和第二连接座24的外径均稍大于第二中空管30的外径，这样可在实现紧密连接的基础上减小整个称重传感器组件20的体积。

在本实施例的技术方案中，将额定量程的称重传感器替换为两个相对较小但是量程合不变的称重传感器21，分别放在第一中空管22的两侧。两个称重传感器21的上端和下端分别连接在对应的第一连接座和第二连接座上。由于本实施例的方案将两个相对较小的称重传感器分置两侧，所以中心位置就有了走气的空间，通过第一连接座和第二连接座的中空的位置进行空气的流动，产生真空。

在吸盘吸住物品的时候由于第一连接座和第二连接座是分开的，重力是由左右两侧的称重传感器承受，并且密封圈全周受力一致，保证了压力传感器反馈的准确性。

综上可知，本实施例的技术方案将称重传感器下置至抓取物品端后，将称重传感器一拆为二，左右分置后，使中间的空间用于空气流通并密封产生真空的结构形式。该形式可以提高称重精度并且降低称重传感器的损坏概率。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本申请的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本申请进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本申请的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本申请技术方案的精神，其均应涵盖在本申请请求保护的技术方案范围当中。