一种多功能机械抓手及工件转运方法与流程

1.本发明涉及机械抓手技术领域，尤其涉及一种多功能机械抓手及工件转运方法。


背景技术：

2.工业机器人高度的柔性化能够满足现代化绿色铸造生产中的各种特殊要求，在中大型工件的生产中，工件的尺寸、重量都较大，执行搬运作业难度大，要求高。采用机器人不仅可节约劳动力，而且还能提高工件生产效率、制造精度和质量。随着工件向多品种小批量的发展，迫切需要能够满足工件混线生产作业需求的高柔性搬运机器人，而机器人完成搬运作业通常依靠末端执行器即各种机械抓手来实现。机械抓手在抓取开设有通孔的工件(如缸体，在缸体上开设有缸孔)时，由于不同种类的工件上开始的通孔的孔径及孔径均不同，抓取过程中若更换了工件类型，则需要随通孔的孔径和孔距更换不同的夹臂，以保障夹取和转运的稳定性，更换夹臂需要关闭整条生产线，增加了工作量的同时严重降低了工件的夹取效率。


技术实现要素：

3.(一)要解决的技术问题
4.鉴于现有技术的上述缺点和不足，本发明提供一种多功能机械抓手及工件转运方法，其解决了机械抓手需要根据孔径和孔距更换不同的夹臂导致夹取效率低的技术问题。
5.(二)技术方案
6.为了达到上述目的，本发明的多功能机械抓手包括：
7.安装架、第一夹臂、第二夹臂、驱动装置以及限位装置；
8.所述第一夹臂的第一端与所述安装架滑动连接，所述第二夹臂第一端与所述安装架可拆卸连接，所述第一夹臂和所述第二夹臂均包括依次连接多节支臂，多节所述支臂的中轴线共线；
9.所述第一夹臂和所述第二夹臂从第一端至第二端，多节所述支臂的横截面积均依次缩小；
10.所述驱动装置和所述限位装置均设置于所述安装架上，所述驱动装置与所述第一夹臂连接以驱动所述第一夹臂滑动，所述限位装置能够与所述第一夹臂相抵接。
11.可选地，所述限位装置包括限位安装座、限位驱动机构以及移动限位块；
12.所述限位安装座与所述安装架可拆卸连接；
13.所述限位驱动机构设置于所述限位安装座上，所述限位驱动机构与所述移动限位块连接以驱动所述移动限位块运动，所述移动限位块的运动方向与所述第一夹臂的滑动方向平行；
14.所述移动限位块位于所述第一夹臂和所述第二夹臂之间，所述移动限位块能够与所述第一夹臂抵接。
15.可选地，所述限位驱动机构包括减速电机、丝杠组件以及多个导向组件；
16.所述丝杠组件的丝杆转动设置于所述限位安装座上，所述减速电机和所述导向组件均设置于所述限位安装上，所述减速电机的转轴与所述丝杆组件的丝杆连接，所述丝杠组件的丝母和多个所述导向组件均与所述移动限位块连接。
17.可选地，所述导向组件包括导向杆和直线轴承，所述直线轴承设置于所述限位安装座上，所述导向杆套设于所述直线轴承中，所述导向杆的中轴线与所述第一夹臂的滑动方向平行，所述导向杆与所述移动限位块连接。
18.可选地，所述导向组件还包括抱轴油缸、锥角压块、弹性抱箍以及连接块；
19.所述抱轴油缸设置于所述限位安装座上，所述锥角压块与所述抱轴油缸的活塞杆连接；
20.所述弹性抱箍的横截面为开口的圆环结构，所述弹性抱箍包括固定端和活动端，所述固定端与所述限位安装座连接，所述连接块与所述活动端连接；
21.所述导向杆套设于所述弹性抱箍中，所述导向杆的外壁与所述弹性抱箍内壁之间设置有间隙；
22.所述连接块上开设与所述锥角压块的锥面平行的斜面，所述锥角压块的锥面与所述连接块的斜面滑动连接，所述锥角压块能够通过所述连接块驱动所述弹性抱箍闭合。
23.可选地，所述安装架上设置有成对的滑轨，所述第一夹臂和所述第二夹臂的中轴线均所述滑轨的延伸方向垂直；
24.所述第一夹臂的第一端与所述滑轨通过滑座滑动连接，所述驱动装置与所述滑座连接。
25.可选地，所述驱动装置包括驱动油缸和驱动板；
26.所述驱动油缸的缸体设置于所述安装架上，所述驱动油缸的活塞杆的中轴线与所述滑轨的延伸方向平行；
27.所述驱动油缸的活塞杆与所述驱动板连接，所述驱动板与所述滑座连接。
28.可选地，所述安装架上设置有连接座，所述连接座能够与机械臂连接。
29.可选地，所述第一夹臂和所述第二夹臂均包括第一支臂和第二支臂；
30.所述第一夹臂的所述第一支臂的第一端与所述安装架滑动连接，所述第二夹臂的所述第一支臂的第一端与所述安装架可拆卸连接；
31.所述第二支臂的第一端与所述第一支臂的第二端连接。
32.可选地，所述第一支臂的横截面积大于所述第二支臂的横截面积；
33.所述第一支臂和所述第二支臂上均设置有防滑齿。
34.进一步地，本发明还提供了一种工件转运方法，所述工件转运方法应用于如上所述的多功能机械抓手上，所述工件转运方法包括：
35.s1、通过所述视觉检测装置对所述第一夹臂和所述第二夹臂的齿面磨损、齿根部沾砂以及间距进行检测，确定所述第一夹臂和所述第二夹臂的当前状态满足预设要求；
36.s2、通过机械臂驱动所述多功能机械抓手移动至上件点，所述视觉检测装置对工件进行第一次定位检测，获取工件的第一位置，根据所述第一位置调整所述多功能机械抓手的位置；
37.s3、通过所述第一夹臂和所述第二夹臂夹持工件，夹持牢靠后通过所述视觉检测装置对工件进行第二次定位检测，获取工件的第二位置；
38.s4、通过机械臂将工件运送至工装所在位置，并根据所述第二位置和工装所在的位置对工件当前位置进行调整后将工件放置在工装上；
39.s5、通过视觉检测装置对工件进行第三次定位检测，获取工件的第三位置，判断所述第三位置是否在工装的要求范围内，如是，则完成一次转运过程，否则，通过所述多功能机械抓手取件后进行二次放件。
40.(三)有益效果
41.根据通孔的孔径的大小选择插入横截面积略小于孔径的支臂，驱动装置驱动第一支臂朝向远离限位装置的方向运动，第一支臂推动工件位移一小段距离后第一支臂和第二支臂均与通孔的内壁抵接，从而使工件与机械抓手连接。不同横截面积的支臂能够匹配不同孔径的工件，避免夹持过程中工件过渡位移，同时，有效地提高了夹持的稳定性，避免工件转运过程中松动甚至掉落。通过限位装置对第一夹臂的位置进行限制，控制第一夹臂和第二夹臂之间的距离。
附图说明
42.图1为本发明的多功能机械抓手的正视图；
43.图2为本发明的多功能机械抓手的正视图的部分剖视图；
44.图3为本发明的多功能机械抓手的右视图；
45.图4为本发明的多功能机械抓手的仰视图；
46.图5为本发明的多功能机械抓手的限位装置的结构示意图；
47.图6为本发明的多功能机械抓手的限位装置的侧面的结构示意图；
48.图7为图6中在a-a处的剖面示意图；
49.图8为本发明的工件转运方法的流程图。
50.【附图标记说明】
51.100：安装架；101：视觉检测装置；
52.1：第一夹臂；11：第一支臂；12：第二支臂；
53.2：第二夹臂；
54.3：驱动装置；31：驱动油缸；32：驱动板；
55.4：限位装置；41：限位安装座；42：移动限位块；43：减速电机；44：丝杠组件；45：导向杆；46：抱轴油缸；47：锥角压块；48：弹性抱箍；481：固定端；482：活动端；49：连接块；
56.5：滑轨；
57.6：滑座；
58.7：连接座。
具体实施方式
59.为了更好地解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。其中，本文所提及的“上”、“下”......等方位名词以图1的定向为参照。
60.虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更清楚、透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。
61.如图1所示，本发明提供了一种多功能机械抓手，用于抓取开设有通孔的工件，其包括安装架100、视觉检测装置101、第一夹臂1、第二夹臂2、驱动装置3以及限位装置4。视觉检测装置101为常规设备，视觉检测装置101通过机器视觉产品(即图像摄取装置)将被摄取目标转换成图像信号，传送给专用的图像处理系统，根据像素分布和亮度、颜色等信息，转变成数字化信号；图像系统对这些信号进行各种运算来抽取目标的特征，进而根据判别的结果来控制现场的设备动作。视觉检测装置101设置于安装架100上，视觉检测装置101用于检测所述第一夹臂1和第二夹臂2之间的间距和待抓取产品的特征位置并反馈至机械臂的控制器。其中，第一夹臂1的第一端与安装架100滑动连接，第一夹臂1能够在安装架100上滑动。第二夹臂2第一端与安装架100可拆卸连接，便于更换夹臂，第一夹臂1与第二夹臂2相互平行，第一夹臂1的滑动方向呈直线且垂直于第二夹臂2，第一夹臂1滑动时靠近或远离第二夹臂2。第一夹臂1和第二夹臂2均包括依次连接多节支臂，多节支臂的中轴线共线。第一夹臂1和第二夹臂2从第一端至第二端，多节支臂的横截面积依次缩小，即越靠近第一端的支臂的横截面接越大，支臂本身的横截面积不变，第一夹臂1与第二夹臂2在同一位置上的支臂的形状以及横截面积相同。驱动装置3设置于安装架100上，驱动装置3与第一夹臂1连接以驱动第一夹臂1滑动，从而调节第一夹臂1和第二夹臂2之间的距离，用以适应不同孔距的工件。限位装置4设置于安装架100上，驱动装置3驱动第一夹臂1运动至限位装置4的位置时，限位装置4与第一夹臂1相抵接，使第一夹臂1无法继续运动，从而控制两个夹臂间距。
62.在夹持具有通孔的工件时，根据两个通孔之间的孔距调节好限位装置4的位置，驱动装置3驱动第一夹臂1运动至抵接限位装置4，通过视觉检测装置101检测确定两个夹臂的中轴线之间的距离等于或略小于两个通孔的孔距。再通过视觉检测装置101检测工件上通孔的位置，从而使夹臂在不触碰通孔内壁的前提下第一夹臂1插入第一个通孔中且第二夹臂2插入第二个通孔中。根据通孔的孔径的大小选择插入横截面积略小于孔径的支臂，驱动装置3驱动第一支臂11朝向远离限位装置4的方向运动，第一支臂11推动工件位移一小段距离后第一支臂11和第二支臂12均与通孔的内壁抵接，从而使工件与机械抓手连接。不同横截面积的支臂能够匹配不同孔径的工件，避免夹持过程中工件过渡位移，同时，有效地提高了夹持的稳定性，避免工件转运过程中松动甚至掉落。通过限位装置4对第一夹臂1的位置进行限制，控制第一夹臂1和第二夹臂2之间的距离。
63.如图2和图3所示，安装架100上设置有成对的滑轨5，第一夹臂1和第二夹臂2的中轴线均滑轨5的延伸方向垂直。第一夹臂1的第一端与滑轨5之间通过滑座6滑动连接，驱动装置3与滑座6连接，从而驱动滑座6沿滑轨5运动。其中，驱动装置3包括驱动油缸31和驱动板32。驱动油缸31的缸体设置于安装架100上，驱动油缸31的活塞杆的中轴线与滑轨5的延伸方向平行。驱动油缸31的活塞杆与驱动板32连接，驱动板32与滑座6连接。通过驱动油缸31来驱动滑座6运动，并在夹持工件的过程中，驱动油缸31始终为第一夹臂1提供作用力，保证夹持的稳定性。
64.如图4和图5所示，限位装置4包括限位安装座41、限位驱动机构以及移动限位块42，限位安装座41与安装架100可拆卸连接，便于限位装置4整体拆装，提高便利性。限位驱动机构设置于限位安装座41上，限位驱动机构与移动限位块42连接以驱动移动限位块42运动从而调节移动限位块42的位置，并且移动限位块42的运动方向与第一夹臂1的滑动方向平行。移动限位块42位于第一夹臂1和第二夹臂2之间，根据工件的孔距，限位驱动机构驱动
移动限位块42运动至设定位置，驱动油缸31驱动第一夹臂1运动至移动限位块42的位置后，移动限位块42的阻挡面与第一夹臂1相抵接，驱动油缸31的活塞杆无法继续运动而停止，在后续夹取相同的工件时，驱动油缸31每一次回位至移动限位块42阻挡面的位置，进而在每次夹取工件前驱动油缸31均控制两个夹臂之间的间距为设定间距。
65.如图5所示，限位驱动机构包括减速电机43、丝杠组件44以及多个导向组件。丝杆组件包括丝杆和丝母，丝杠组件44的丝杆通过轴承转动设置于限位安装座41上，减速电机43和导向组件均设置于限位安装上，减速电机43的转轴与丝杆组件的丝杆连接以驱动丝杆旋转，丝杠组件44的丝母与移动限位块42连接。导向组件包括导向杆45和直线轴承，直线轴承设置于限位安装座41上，直线轴承的轴向与第一夹臂1的运动方向平行。导向杆45套设于直线轴承中，导向杆45能够沿直线轴承的轴向滑动。导向杆45的中轴线与第一夹臂1的滑动方向平行，导向杆45与移动限位块42连接，通过多个导向组件来对移动限位块42进行限位，避免丝杆旋转时移动限位块42随丝母旋转，当减速电机43驱动丝杆旋转时，移动限位块42随丝母运动，从而调节移动限位块42在第一夹臂1运动方向上的位置。
66.如图6和图7所示，导向组件还包括抱轴油缸46、锥角压块47、弹性抱箍48以及连接块49，抱轴油缸46设置于限位安装座41上，锥角压块47与抱轴油缸46的活塞杆连接，通过抱轴油缸46来驱动锥角压块47运动，锥角压块47呈锥体，锥体包括圆锥、棱锥等在内的空间立体图形，由圆的或其它封闭平面基底以及由此基底边界上各点连向一公共顶点的线段所形成的面所限定，锥角压块47的侧壁为斜面。弹性抱箍48的横截面为开口的圆环结构，从而弹性抱箍48包括固定端481和活动端482，固定端481固定安装在限位安装座41上，连接块49安装在弹性抱箍48的活动端482，弹性抱箍48本身具有弹性，通过推动活动端482能够使开口的弹性抱箍48闭合，推力撤除后开口的弹性抱箍48又能恢复开口状态。导向杆45套设于弹性抱箍48中，导向杆45的外壁与弹性抱箍48内壁之间设置有间隙。连接块49上设置有斜面，锥角压块47的斜面与连接块49上的斜面滑动连接，当锥角压块47沿x轴方向运动时，通过两个斜面的相对滑动，将锥角压块47沿x轴方向的运动转化为连接块49在y轴方向的运动，y轴方向与x轴方向垂直，从而使开口的弹性抱箍48闭合，进而抱紧导向杆45，实现抱轴的功能，避免导向杆45滑动。具体地，弹性抱箍48内孔与导向杆45之间留有一定的配合间隙，弹性抱箍48上设置有开设了斜面的连接块49，通过锥角压块47挤压斜面，用以消除弹性抱箍48与导向杆45之间的配合间隙，从而达到抱轴目的。抱轴油缸46的无杆腔进油时，活塞杆推动锥角压块47的锥面挤压弹性抱箍48斜面，使弹性抱箍48与导向杆45之间的配合公差由间隙至过盈从而产生一较大抱轴力，在滑座6接触移动限位块42时，有效地保护了丝杠组件44和减速电机43，避免其受冲击损坏；当移动限位块42需要调节位置时，抱轴油缸46有杆腔进油，驱动锥角压块47回退，锥面与连接块49的斜面脱离，弹性抱箍48在自身弹性作用下抱箍回位，弹性抱箍48内孔与轴又形成一定的配合间隙，其抱轴力消失，减速电机43通过驱动丝杠组件44便能驱动移动限位块42运动。锥角压块47的锥面小角度设置形成力倍增机构，故小油缸可实现很大的抱轴力。限位装置4上除了移动限位块42外基本不受力，既对减速电机43是一种保护，也可以使电机功率变小、夹具结构更加紧凑。
67.如图3所示，安装架100上设置有连接座7，机械抓手通过连接座7连接机械臂，实现对工件的转运。
68.如图1-图3所示，第一夹臂1和第二夹臂2均包括第一支臂11和第二支臂12。第一夹
臂1的第一支臂11的第一端与安装架100滑动连接，第二夹臂2的第一支臂11的第一端与安装架100可拆卸连接。第二支臂12的第一端与第一支臂11的第二端连接。第一支臂11的横截面积大于第二支臂12的横截面积，用以匹配两种不同孔径的铸件。第一夹臂1和第二夹臂2的侧壁上靠近端部的位置均设置有防滑齿，其中，防滑齿可以是直接开设在第一夹臂1和第二夹臂2的侧壁的多个间隔分布的条形槽，也可以在第一夹臂1和第二夹臂2的侧壁上安装多块带有防滑齿的齿板，齿板的齿面与夹臂的表面共面，通过防滑齿来提高夹臂与工件之间的摩擦力，进而提高夹持的稳定性。
69.进一步地，本发明还提供了一种工件转运方法，包括：
70.步骤一、多功能机械抓手自检：视觉检测装置101对第一夹臂1和第二夹臂2的齿面磨损、齿根部沾砂以及间距进行检测，确定第一夹臂1和第二夹臂2的当前状态满足预设要求，预设要求为：齿面磨损程度低于设定要求(设定要求可以根据用户的要求进行设定)，齿根部沾砂的体积小于设定值(设定值可以根据用户的要求进行设定)，以及第一夹臂1和第二夹臂2之间的间距达到预设值(预设值工件上两个通孔之间的孔距)；
71.步骤二、通过机械臂驱动多功能机械抓手移动至上件点，视觉检测装置101对工件进行第一次定位检测，获取工件的第一位置并将位置信息发送至控制机械臂的控制器，控制器根据第一位置调整多功能机械抓手的位置，使多功能机械抓手的位置与工件的第一位置相匹配；
72.步骤三、第一夹臂1和第二夹臂2均插入通孔中，并通过第一夹臂1和第二夹臂2夹持工件，夹持过程工件会有一定为位移，因此，在夹持牢靠后通过视觉检测装置101对工件进行第二次定位检测，获取工件的第二位置；
73.步骤四、通过机械臂将工件运送至工装所在位置，并根据第二位置和工装所在的位置对工件当前位置进行调整，消除夹持过程中工件产生的位移，再将工件放置在工装上；
74.步骤五、工件放置后通过视觉检测装置101对工件进行第三次定位检测，获取工件的第三位置，判断第三位置是否在工装的要求范围内，如是，则完成一次转运过程，否则，通过多功能机械抓手取件后进行二次放件，二次放件包括上述的步骤二、步骤三、步骤四以及步骤五。
75.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
76.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连；可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
77.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”，可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”，可以是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”，可以是
第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度低于第二特征。
78.在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述，是指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
79.尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行改动、修改、替换和变型。