一种多自由度夹取装置和拾取物品的机器人的制作方法

1.本实用新型涉及物料搬运器械领域，具体涉及一种多自由度夹取装置和拾取物品的机器人。


背景技术：

2.在现在的流水线生产中，利用多自由度夹取装置实现工件、零件或者产品的获取，使生产节拍大大缩短，实现快速生产，广受各大生产制造商青睐。随着多自由度夹取装置的普及，很多工厂也开始使用这类机构来实现快速生产，但是，已知市面上常见的多自由度夹取装置大多基于多轴机械臂进行设计，结构复杂，重量体积较大，控制难度高且成本造价高，并非所有加工厂商都可以承担这一资本投入，打击了加工厂商对于改良生产流水线的积极性，影响生产效率和经济收益。因而，需要设计一款经济实用、动作准确稳定且耗时短、结构简单可靠、质量轻、体积小、制造成本低的多自由度夹取装置。


技术实现要素：

3.针对现有技术中存在的技术问题，本实用新型的目的是：提供一种动作准确稳定、结构简单可靠、可以依次自动夹取多个确定位置的物品的多自由度夹取装置和拾取物品的机器人。
4.为了达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
5.一种多自由度夹取装置，包括上层框架、下层框架、左右滑移机构、前后伸缩机构、前后翻转机构、左右开合机构、夹持机构；左右滑移机构包括双层滑车、带动上层框架相对于下层框架在左右方向滑移的左右滑移部件；上层框架通过双层滑车架设在下层框架上，双层滑车的数量为两个，分别位于上层框架的前后两端；上层框架与左右滑移部件连接，下层框架与左右滑移部件连接；前后伸缩机构安装在上层框架，前后翻转机构安装在前后伸缩机构，左右开合机构安装在前后翻转机构，夹持物品的夹持机构安装在左右开合机构。采用这种结构后，上层框架在左右方向上的滑移、前后伸缩机构带动前后翻转机构在前后方向上的伸缩、前后翻转机构带动左右开合机构在前后方向的翻转和左右开合机构带动夹持机构在左右方向上的开合，多自由度夹取装置通过四个自由度结合，从而动作准确稳定、结构简单可靠、可以依次自动夹取多个确定位置的物品。
6.作为一种优选，上层框架的前后两端和下层框架的前后两端均设有与双层滑车配合的导向杆，导向杆沿着左右方向延伸，导向杆为方形；双层滑车包括滑车架、轮组；滑车架设有上层滑槽和下层滑槽，上层框架的导向杆与上层滑槽配合，且上层框架的导向杆的四周与上层滑槽之间均设有轮组，下层框架的导向杆与下层滑槽配合，且下层框架的导向杆的四周与下层滑槽之间均设有轮组。采用这种结构后，通过导向杆与双层滑车的配合，双层滑车不仅支撑上层框架架设在下层框架上，还便于上层框架相对于下层框架在左右方向滑移，起到支撑导向、辅助滑移的作用。
7.作为一种优选，左右滑移部件包括齿轮、齿条、电机；齿条的数量为两根，两根齿条
分别安装在上层框架和下层框架，两根齿条均沿着左右方向延伸，两根齿条位于同一竖直平面；电机安装在位于上层框架后端的双层滑车，齿轮套在电机的输出轴，齿轮与两根齿条啮合传动。采用这种结构后，通过齿轮齿条啮合传动，便于上层框架相对于下层框架在左右方向上滑移，也便于控制上层框架停止滑移；当齿轮转动时上下齿条可实现反向运动，从而实现上层框架的运动速度及运动距离的双倍提升。
8.作为一种优选，前后伸缩机构包括两个导向滑车、两个第一伸缩气缸、两个第一导杆，两个导向滑车分别安装在上层框架的左右两端，两个第一导杆分别与两个导向滑车滑移连接，第一导杆沿着前后方向延伸，第一伸缩气缸包括固定部分和伸缩部分，两个第一伸缩气缸的固定部分均与上层框架固定连接，两个第一伸缩气缸的伸缩部分分别与两个第一导杆固定连接。采用这种结构后，导向滑车辅助第一导杆在前后方向上的滑移，使第一导杆按照固定方向向上层框架前端延伸。
9.作为一种优选，位于上层框架前方的前后翻转机构包括安装座和旋转气缸，安装座和旋转气缸的数量为两个，两个安装座分别与两个第一导杆相对固定；旋转气缸包括固定部分和转动部分，两个旋转气缸的固定部分分别安装在两个安装座，两个旋转气缸的转动部分分别与左右开合机构的两端连接。采用这种结构后，结构简单，便于装配，方便装在前后翻转机构的左右开合机构前后翻转。
10.作为一种优选，左右开合机构包括导轨、滑块、第二伸缩气缸；导轨包括两根平行设置的第二导杆和两根连接第二导杆端部的连接杆；两根第二导杆和两根连接杆围成矩形导轨，两根连接杆分别与两个旋转气缸的转动部分固接；滑块的数量为两个，每个滑块均与两根第二导杆滑移连接，两个滑块间隔设置，第二伸缩气缸的两端分别与两个滑块连接驱动两个滑块靠近或远离，两根第二导杆上均设有限制两个滑块之间最小距离的限位块，限位块的数量为四个，四个限位块两两沿第二导杆中心左右对称分布。采用这种结构后，设置两个滑块之间最小距离的限位块，便于夹爪在导轨上开合夹取物品，两个夹爪复位之后居中对称，不需要通过设置复杂的检测机构去检测夹爪位置再通过控制系统控制气缸动作，提高了夹取物品的效率。
11.作为一种优选，夹持机构包括两个夹爪，两个夹爪分别与两个滑块连接。采用这种结构后，便于夹取物品。
12.作为一种优选，夹爪包括夹爪主体、夹爪末端；夹爪主体的一端与滑块连接，夹爪主体的另一端与夹爪末端可拆卸式连接；夹爪主体采用板材制成，夹爪末端采用塑料制成。采用这种结构后，夹持机构的夹爪主体和夹爪末端可拆卸式连接，可以通过更换不同的夹爪末端对应不同的夹取物件，实现柔性抓取。
13.作为一种优选，还包括位置检测机构，位置检测机构包括多个光电开关和触发光电开关的挡片；多个光电开关均设置在下层框架，光电开关的安装位置均与上层框架的停留位置对应，挡片随上层框架运动。采用这种结构后，光电开关和挡片配合控制上层框架和下层框架停止动作，控制简单可靠，经济实用。
14.一种拾取物品的机器人，包括接取机构和一种多自由度夹取装置，一种多自由度夹取装置位于接取机构的上方。采用这种结构后，便于将夹取到的物品翻转到接取机构的上方，并把物品放置到接取机构上。
15.总的说来，本实用新型具有如下优点：
16.1.一种多自由度夹取装置具备左右方向滑移、前后方向滑移、前后方向翻转以及左右方向开合四个自由度，从而实现多自由度夹取装置的夹持机构可以夹取左右方向和前后方向的物品，夹取物品之后可以将物品向后方翻转、夹持机构通过左右方向的开合夹紧或放开物品；本实用新型可以依次自动夹取多个确定位置的物件，经济实用、动作准确稳定且耗时短、控制简单可靠、质量轻、体积小、制造成本低。
17.2.一种多自由度夹取装置通过导向杆与双层滑车的配合，双层滑车不仅支撑上层框架架设在下层框架上，还便于上层框架相对于下层框架在左右方向滑移，起到支撑导向、辅助滑移的作用。
18.3.一种多自由度夹取装置的左右滑移部件采用电机配合齿轮齿条啮合传动，可以准确方便的控制上层框架停止滑移；当齿轮转动时上下齿条可实现反向运动，从而实现运动速度及运动距离的双倍提升。
19.4.导向滑车辅助第一导杆在前后方向上的滑移，使第一导杆按照固定方向向上层框架前端延伸，从而可以准确的夹取物品。
20.5.左右开合机构的第二导杆上设置两个滑块之间最小距离的限位块，便于夹爪在导轨上开合夹取物品，两个夹爪复位之后居中对称，不需要通过设置复杂的检测机构去检测夹爪的位置再通过控制系统控制气缸动作，提高了夹取物品的效率。
21.6.夹持机构的夹爪主体和夹爪末端可拆卸式连接，可以通过更换不同的夹爪末端对应不同的夹取物件，实现柔性抓取，适用性强。
22.7.采用光电开关和挡片配合控制上层框架和下层框架停止动作，控制简单可靠，经济实用。
附图说明
23.图1为一种多自由度夹取装置的立体图。
24.图2为一种多自由度夹取装置的剖视图。
25.图3为上层框架、下层框架和左右滑移部件的连接立体图。
26.图4为前后伸缩机构的示意图。
27.图5为前后翻转机构、左右开合机构和夹持机构的连接示意图。
28.其中，1为下层框架，2为上层框架，3为左右滑移机构，4为前后伸缩机构，5为前后翻转机构，6为左右开合机构，7为夹持机构，8为滑车架，9为电机，10为轮组，11为上层滑槽，12为下层滑槽，13为齿条，14为齿轮，15为双层滑车，16为导向杆，17为第一导杆，18为导向滑车，19为第一伸缩气缸，20为旋转气缸，21为安装座，22为连接杆，23为第二导杆，24为第二伸缩气缸，25为限位块，26为滑块，27为夹爪主体，28为夹爪末端。
具体实施方式
29.下面将结合具体实施方式来对本实用新型做进一步详细的说明。
30.实施例一
31.本实施例的一种多自由度夹取装置，包括上层框架、下层框架、左右滑移机构、前后伸缩机构、前后翻转机构、左右开合机构、夹持机构；左右滑移机构包括双层滑车、带动上层框架相对于下层框架在左右方向滑移的左右滑移部件；上层框架通过双层滑车架设在下
层框架上，双层滑车的数量为两个，分别位于上层框架的前后两端；上层框架与左右滑移部件连接，下层框架与左右滑移部件连接；前后伸缩机构安装在上层框架，前后翻转机构安装在前后伸缩机构，左右开合机构安装在前后翻转机构，夹持物品的夹持机构安装在左右开合机构。
32.在实际操作中，上层框架通过左右滑移机构相对于下层框架在左右方向上滑移，从而安装在上层框架上的前后伸缩机构随着上层框架在左右方向上滑移。前后伸缩机构相对于上层框架在前后方向上伸缩，安装在前后伸缩机构上的前后翻转机构可以向上层框架的前方延伸，因此前后翻转机构具备在左右方向上滑移和在前后方向上伸缩两个自由度。左右开合机构安装在前后翻转机构，随着前后翻转机构从前方往后方翻转，从而左右开合机构具备在左右方向上滑移、在前后方向上伸缩和从前方往后方翻转三个自由度。夹持机构安装在左右开合机构，夹持机构随着左右开合机构调节夹持机构在左右方向上的位置，夹取物品。夹持机构通过左右滑移机构、前后伸缩机构、前后翻转机构和左右开合机构之间的配合，从而夹持机构具备在左右方向上滑移、在前后方向上伸缩、从前后方向上翻转、在左右方向上调节精确的位置四个自由度，多个自由度结合实现自动夹取多个确定位置的物品，控制简单，结构可靠。
33.其中，本实施例的上层框架和下层框架均为通过多根方形管连接围成。上层框架的前后两端和下层框架的前后两端均设有与双层滑车配合的导向杆，导向杆沿着左右方向延伸，导向杆为方形；双层滑车包括滑车架、轮组；滑车架设有上层滑槽和下层滑槽，上层滑槽和下层滑槽均为左右方向贯穿滑车架的方向滑车，上层框架的导向杆与上层滑槽配合，且上层框架的导向杆的四周与上层滑槽之间均设有轮组，下层框架的导向杆与下层滑槽配合，且下层框架的导向杆的四周与下层滑槽之间均设有轮组。轮组的设置便于上层框架相对于下层框架在左右方向上滑移，轮组起到支撑上层框架的作用。左右滑移部件包括齿轮、齿条、电机；齿条的数量为两根，两根齿条分别安装在上层框架和下层框架，两根齿条均沿着左右方向延伸，两根齿条位于双层滑车的前方，该双层滑车是位于上层框架后端的双层滑车，两根齿条位于同一竖直平面；电机安装在位于上层框架后端的双层滑车，电机的输出轴穿过滑车架向前延伸，齿轮套在电机的输出轴，齿轮与两根齿条啮合传动。当齿轮转动时上下齿条可实现反向运动，从而实现上层框架的运动速度及运动距离的双倍提升。
34.其中，本实施例的前后伸缩机构包括两个导向滑车、两个第一伸缩气缸、两个第一导杆，两个导向滑车分别安装在上层框架的左右两端，两个第一导杆分别与两个导向滑车滑移连接，第一导杆沿着前后方向延伸，第一伸缩气缸包括固定部分和伸缩部分，两个第一伸缩气缸的固定部分均与上层框架固定连接，两个第一伸缩气缸的伸缩部分分别与两个第一导杆固定连接，第一导杆与第一伸缩气缸的伸缩部分相互平行，第一导杆随着第一伸缩气缸的伸缩部分向前延伸或复位。
35.本实施例中，位于上层框架前方的前后翻转机构包括安装座和旋转气缸，安装座和旋转气缸的数量为两个，两个安装座分别与两个第一导杆相对固定；安装座安装在第一导杆的前端，旋转气缸包括固定部分和转动部分，两个旋转气缸的固定部分分别安装在两个安装座，两个旋转气缸的转动部分分别与左右开合机构的两端连接。旋转气缸可实现180
°
运动，安装座为将旋转机构固定于第一导杆旋转气缸支座。
36.其中，本实施例的左右开合机构包括导轨、滑块、第二伸缩气缸；导轨包括两根平
行设置的第二导杆和两根连接第二导杆端部的连接杆；两根第二导杆和两根连接杆围成矩形导轨，两根连接杆分别与两个旋转气缸的转动部分固接；滑块的数量为两个，每个滑块均与两根第二导杆滑移连接，两个滑块间隔设置，第二伸缩气缸的两端分别与两个滑块连接驱动两个滑块靠近或远离，两根第二导杆上均设有限制两个滑块之间最小距离的限位块，限位块的数量为四个，四个限位块两两沿第二导杆中心左右对称分布。滑块为滑车，第二导杆从滑车的滑槽穿过，第二导杆为方形杆，滑车内设有轮组贴合第二导杆的四周，便于滑车相对于导轨滑动。
37.其中，本实施例的夹持机构包括两个夹爪，两个夹爪分别与两个滑块连接。夹爪包括夹爪主体、夹爪末端；夹爪主体的一端与滑块连接，夹爪主体的另一端与夹爪末端可拆卸式连接；夹爪主体采用板材制成，夹爪末端采用塑料制成。两个夹爪相互平行，两个夹爪均与导轨垂直。夹爪末端与夹爪主体通过螺栓连接，根据夹取的物品类型，松开与螺栓配合的螺母，将夹爪末端从夹爪主体拆卸，更换适用于所夹取的物品的夹爪末端，再通过螺栓和螺母配合锁紧，从而可以夹取各种类型的物品。
38.其中，本实施例的一种多自由度夹取装置还包括位置检测机构，位置检测机构包括多个光电开关和触发光电开关的挡片；多个光电开关均设置在下层框架，光电开关的安装位置均与上层框架的停留位置对应，挡片随上层框架运动。本实施例的光电开关的数量为三个，分别设在下层框架的左右两端和中间三个位置，挡片设置在上层框架的中间。
39.工作流程：
40.上电后，左右滑移机构带动上层框架依次移动至各个光电开光的位置进行定位，并归中停在中间位置。通过左右滑移机构带动上层框架滑移至指定位置后，若所需夹取物体距离较近，则可以通过旋转气缸将夹持机构向前翻出，通过左右开合机构驱动夹持机构夹住物品，再通过旋转气缸将夹持机构连同夹取物品一并翻转，通过左右滑移机构带动上层框架滑移至中间位置，通过左右开合机构驱动夹持机构放开物件使其落入下层框架的中间接取位置；若所需夹取物品距离较远，则在旋转气缸将夹持机构向前翻出之前，通过前后伸缩机构将夹持机构完全伸出，在左右滑移机构带动上层框架滑移至中间位置的同时，通过前后伸缩机构将夹取机构完全缩回，再通过左右开合机构驱动夹持机构放开物品使其落入下层框架的中间接取位置。
41.实施例二
42.本实施例的一种拾取物品的机器人，包括接取机构和一种多自由度夹取装置，一种多自由度夹取装置位于接取机构的上方。
43.本实施例的拾取物品的机器人的工作流程：根据所需夹取物品所在的位置，录入控制程序，初始状态时上层框架通过左右滑移机构滑移到中间位置，挡片触发光电开关控制电机停止驱动。工作状态时，通过位置检测机构配合左右滑移机构，控制上层框架在左右方向上的三个位置滑移，从而夹持机构夹持这三个位置上的物品；若距离上层框架较近的物品，左右滑移机构带动上层框架左右平移，夹持机构夹取物品，上层框架通过左右滑移机构滑移到中间位置，通过前后翻转机构将位于上层框架前方的物品夹取并翻转一定角度，通过左右开合机构控制夹持机构对物品的夹取或松开所夹取到的物品，将夹取到的物品放置到接取机构上。若有距离上层框架较远的物品，则通过前后伸缩机构控制夹持机构夹取距离上层框架较远的物品，上层框架通过左右滑移机构滑移到中间位置，通过前后翻转机
构将位于上层框架前方的物品夹取并翻转一定角度，通过左右开合机构控制夹持机构对物品的夹取或松开所夹取到的物品，将夹取到的物品放置到接取机构上，重复上述动作，直至将物品均夹取并放置到接取机构上，上层框架复位，结束夹取物品工作。
44.本实施例中未提及部分同实施例一。
45.上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。