機器人減振夾持裝置及基于其上的箱體智能搬運方法與流程

本發明涉及工業機器人技術領域，尤其涉及一種機器人減振夾持裝置及基于其上的箱體智能搬運方法。

背景技術：

當今社會，工業機器人的應用越來越廣泛。對于制造業來說，工業機器人(特別是搬運機器人)的應用是實現自動化的重要條件。而如今常見的搬運機器人大部分采用液壓傳動，其夾緊力大，承載能力強；但缺點是結構復雜，成本較高，且容易產生泄漏。在一些特定情況下，搬運機器人要控制其夾緊力的大小，例如在軸承等精密零件的制造車間中，其包裝盒的尺寸約為100mm×100mm×100mm，夾持物重≤6kg，搬運時不能采用很大的夾緊力，因為夾緊力過大會夾壞包裝盒表面，甚至傷害到內部工件。同時，這些精密零件在搬運過程中也要特別重視不能有大的振動沖出力。

授權公開公告號為cn103057955b的中國專利公開了一種“搬運夾持器及其在三通閥門搬運過程中的應用”，授權公開公告號為cn104150026b的中國專利公開了一種“空紙盒夾持裝置”，授權公開公告號為cn101554891b的中國專利公開了一種“架空線纜攀援機器人夾持機構”，此類夾持機構通常以驅動液壓缸/氣缸、電機或彈簧作為動力儲能器，以單級齒輪齒條、皮帶和桿機構機構作為常見的傳動機構，能夠對不同的工作對象進行夾持操作，但缺點是液壓元件容易產生泄露風險，而且夾緊力不容易控制，容易對盒體內表面甚至是內部工件造成損傷；同時夾持末端件以金屬構件居多，由于金屬夾持末端件和工作對象直接接觸，并且整個裝置中缺少彈性元件等具有緩沖吸振等結構，工作過程中夾持不平穩現象比較突出。

另外，在如成品組裝車間的一些場合，各種裝有不同零件的箱體具有不同的重量，有時重量相差較大，如果采用統一規格的機器人進行搬運，當機器人的額定負荷小于箱體重量時，容易對機器人夾持裝置的傳動機構造成損壞，如機器人全部按最大額定負荷設計，又勢必要增加設備投入和運行成本。

因此，設計出一款能夠在保證夾緊搬運功能的前提下，保證適當夾緊力和搬運過程的平穩可靠性的機器人減振夾持裝置，并在此基礎上實際箱體的智能搬運就顯得十分重要。

技術實現要素：

本發明提供了一種機器人減振夾持裝置及基于其上的箱體智能搬運方法，在夾持裝置中加入多種彈性元件以保持其減振性能；同時，利用皮帶傳動機構實現過載保護性能，并在此基礎上實現機器人智能選擇搬運不同重量箱體的功能。

為了達到上述目的，本發明采用以下技術方案實現：

機器人減振夾持裝置，由電機、傳動裝置和夾爪組成，傳動裝置包括蝸輪蝸桿機構，電機輸出軸通過傳動裝置連接2個對稱設置的夾爪，使夾爪繞對稱中心轉動開合實現夾緊和松開動作；所述傳動裝置中還包括輪胎聯軸器和皮帶傳動機構；所述電機通過輪胎聯軸器連接皮帶傳動機構的小帶輪軸，皮帶傳動機構的大帶輪軸與蝸輪蝸桿機構中的蝸桿為一體結構；蝸桿通過2個對稱設置的蝸輪同時帶動2個夾爪動作，且夾爪與對應蝸輪為一體結構，2個夾爪的夾持面內側分別設有防滑減振墊；上述結構使減振夾持裝置具有位移補償、過載保護、反行程自鎖及防滑減振特性。

所述電機為三相異步電機。

所述皮帶傳動機構中的皮帶采用y型v帶。

所述皮帶傳動機構和蝸輪蝸桿機構均置于封閉的箱體內。

所述蝸輪為扇形蝸輪。

所述防滑減振墊是以合成橡膠、天然橡膠、助劑和填充料為原料，經過塑煉和混煉壓制成型，其表面布置有防滑紋。

基于所述機器人減振夾持裝置的箱體智能搬運方法，適用于采用機器人自動搬運裝有不同重量貨物箱體的場合；包括如下步驟：

1)在貨倉內同時投放多個不同型號的機器人，各型號機器人用于搬運不同重量的箱體，并根據額定搬運負荷配置不同型號及規格的電機、傳動裝置及夾爪；

2)機器人自動走行至一個待搬運箱體前，由控制系統控制夾爪張開大于箱體寬度方向尺寸，然后再向內合攏貼緊箱體兩側，并通過控制系統中預設的預夾緊力夾住箱體；

3)機器人舉升機構帶動減振夾持裝置向上運動，同時減振夾持裝置的電機繼續運行施加更大的夾緊力；如箱體重量大于控制系統中預設的額定搬運負荷，則皮帶傳動機構中的皮帶打滑，箱體自重大于夾爪的夾持力，此時箱體仍留在原地，不隨減振夾持裝置上升；如箱體重量小于等于控制系統中預設的額定搬運負荷，則皮帶傳動機構起減速傳動的作用，將夾緊力通過蝸輪蝸桿機構傳遞到夾爪上，將箱體從地面抬起，然后由稱重傳感器將箱體重量值反饋給機器人控制系統，再通過電機控制夾持減振裝置中夾爪對箱體施加適當的夾持力，防止因夾持力過大損壞箱體及其中的物品；

4)對于沒有抬起箱體的情況，機器人控制系統通過皮帶打滑的反饋信號判定舉升失敗，則控制2個夾爪松開，減振夾持裝置回歸原位，然后移動到下一個待搬運箱體處重復步驟2)-3)；

5)對于箱體舉升成功的機器人，按照指令將箱體搬運到指定位置，然后重復步驟2)-3)進行下一箱體的搬運；在箱體搬運過程中，通過輪胎聯軸器、皮帶傳動機構和防滑減振墊實現消振功能和阻尼特征，通過蝸輪蝸桿機構保證自鎖性能，從而使搬運過程更加平穩可靠。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：

1)所采用的輪胎聯軸器是一種高彈性聯軸器，具有由橡膠和橡膠織物制成的輪胎形彈性元件，將輪胎環用螺栓來連接兩半聯軸器以實現兩軸的連接，輪胎環內側用硫化方法與鋼質骨架粘接成一體，依靠摩擦力來傳遞轉矩，有較大的位移補償能力和良好的消振能力，有良好的阻尼，隔振降幅作用更明顯，而且不需潤滑、耐久可靠、裝拆和維護方便，適于有沖擊、振動、正反轉多變和起動頻繁的工作條件；

2)由小帶輪、皮帶和大帶輪等主要零件組成的帶傳動機構，具有結構緊湊、傳動平穩、造價低廉和緩沖吸振的優點，最重要的是可以實現過載保護，即當工作端負載過大時，可以發生打滑而起到過載保護及選擇性搬運箱體的功能；

3)由蝸桿和蝸輪組成的蝸輪蝸桿機構，與齒輪傳動相比，具有傳動比精確、使用壽命長、工作安全可靠等優點，同時，蝸輪蝸桿傳動可以在空間相交錯的兩軸之間傳遞運動和動力是其顯著的特點，兩軸線交錯的夾角可以為任意值，通常采用的角度為90°，蝸輪蝸桿傳動適用于較大傳動比的場合，反行程的自鎖性是其最大特點，使夾持機構可實現自鎖而保證夾緊的工作可靠性；

4)由夾爪和防滑減振墊組成夾爪開閉式執行機構，其中防滑減振墊以合成橡膠、天然橡膠、助劑和填充料為原料，經過塑煉和混煉壓制成型，其表面布置有防滑紋，具有緩沖吸振和防滑的特性，在夾緊過程中保證安全可靠性和平穩性；

5)由輪胎聯軸器、皮帶傳動機構和防滑減振墊三部分彈性結構構成減振夾持裝置的減振結構，具有良好的消振能力和阻尼特性，減振效果更明顯，工作更平穩可靠；

6)基于減振夾持裝置的箱體智能搬運方法，不同規格機器人可自行選擇適合搬運的箱體，且根據箱體重量施加適當的夾緊力，在保證安全平穩搬運的前提下，還可減小設備投入，降低運行和維護成本；

7)大帶輪軸及蝸桿采用一體化設計，蝸輪與夾爪采用一體化設計，優點是結構緊湊、強度好、故障點少。

附圖說明

圖1是本發明所述機器人減振夾持裝置的立體結構示意圖。

圖2是本發明所述機器人減振夾持裝置的剖視圖一(主視)。

圖3是本發明所述機器人減振夾持裝置的剖視圖二(俯視)。

圖4是本發明所述小帶輪軸的結構示意圖。

圖5是本發明所述大帶輪軸與蝸桿一體化結構的示意圖。

圖6是本發明所述蝸輪與夾爪一體化結構的示意圖。

圖中：1.電機2.蝸輪軸端悶蓋3.輪胎聯軸器4.小帶輪軸端透蓋5.皮帶6.小帶輪軸7.小帶輪8.小帶輪軸端悶蓋9.大帶輪10.大帶輪軸蝸桿一體件11.夾爪上蓋12.蝸輪夾爪一體件13.減振防滑墊14.中間箱體15.上箱體16.下箱體17.蝸桿軸端蓋18、角接觸球軸承19.套筒20.平鍵21.蝸輪軸22.密封墊圈23.深溝球軸承

具體實施方式

下面結合附圖對本發明的具體實施方式作進一步說明：

如圖1-圖3所示，本發明所述機器人減振夾持裝置，由電機1、傳動裝置和夾爪組成，傳動裝置包括蝸輪蝸桿機構，電機輸出軸通過傳動裝置連接2個對稱設置的夾爪，使夾爪繞對稱中心轉動開合實現夾緊和松開動作；所述傳動裝置中還包括輪胎聯軸器3和皮帶傳動機構；所述電機1通過輪胎聯軸器3連接皮帶傳動機構的小帶輪軸6(如圖4所示)，皮帶傳動機構的大帶輪軸與蝸輪蝸桿機構中的蝸桿為一體結構(圖5中所示序號10)；蝸桿通過2個對稱設置的蝸輪同時帶動2個夾爪動作，且夾爪與對應蝸輪為一體結構(圖6中所示序號12)，2個夾爪的夾持面內側分別設有防滑減振墊13；上述結構使減振夾持裝置具有位移補償、過載保護、反行程自鎖及防滑減振特性。

所述電機1為三相異步電機。

所述皮帶傳動機構中的皮帶5采用y型v帶。

所述皮帶傳動機構和蝸輪蝸桿機構均置于封閉的箱體內。

所述蝸輪為扇形蝸輪。

所述防滑減振墊13是以合成橡膠、天然橡膠、助劑和填充料為原料，經過塑煉和混煉壓制成型，其表面布置有防滑紋。

基于所述機器人減振夾持裝置的箱體智能搬運方法，適用于采用機器人自動搬運裝有不同重量貨物箱體的場合；包括如下步驟：

1)在貨倉內同時投放多個不同型號的機器人，各型號機器人用于搬運不同重量的箱體，并根據額定搬運負荷配置不同型號及規格的電機、傳動裝置及夾爪；

2)機器人自動走行至一個待搬運箱體前，由控制系統控制夾爪張開大于箱體寬度方向尺寸，然后再向內合攏貼緊箱體兩側，并通過控制系統中預設的預夾緊力夾住箱體；

3)機器人舉升機構帶動減振夾持裝置向上運動，同時減振夾持裝置的電機1繼續運行施加更大的夾緊力；如箱體重量大于控制系統中預設的額定搬運負荷，則皮帶傳動機構中的皮帶5打滑，箱體自重大于夾爪的夾持力，此時箱體仍留在原地，不隨減振夾持裝置上升；如箱體重量小于等于控制系統中預設的額定搬運負荷，則皮帶傳動機構起減速傳動的作用，將夾緊力通過蝸輪蝸桿機構傳遞到夾爪上，將箱體從地面抬起，然后由稱重傳感器將箱體重量值反饋給機器人控制系統，再通過電機1控制夾持減振裝置中夾爪對箱體施加適當的夾持力，防止因夾持力過大損壞箱體及其中的物品；

4)對于沒有抬起箱體的情況，機器人控制系統通過皮帶打滑的反饋信號判定舉升失敗，則控制2個夾爪松開，減振夾持裝置回歸原位，然后移動到下一個待搬運箱體處重復步驟2)-3)；

5)對于箱體舉升成功的機器人，按照指令將箱體搬運到指定位置，然后重復步驟2)-3)進行下一箱體的搬運；在箱體搬運過程中，通過輪胎聯軸器3、皮帶傳動機構和防滑減振墊13實現消振功能和阻尼特征，通過蝸輪蝸桿機構保證自鎖性能，從而使搬運過程更加平穩可靠。

以下實施例在以本發明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護范圍不限于下述的實施例。下述實施例中所用方法如無特別說明均為常規方法。

【實施例】

如圖1-圖3所示，本實施例中，機器人減振夾持裝置包括電機1(三相異步電機)、蝸輪軸端悶蓋2、輪胎聯軸器3、小帶輪軸端透蓋4、皮帶5(y型v帶)、小帶輪軸6、小帶輪7、小帶輪軸端悶蓋8、大帶輪9、大帶輪軸蝸桿一體件10、夾爪上蓋11、蝸輪夾爪一體件12、減振防滑墊13、中間箱體14、上箱體15、下箱體16、蝸桿軸端蓋17、角接觸球軸承18、套筒19、平鍵20、蝸輪軸21、密封墊圈22、深溝球軸承23。

由皮帶傳動機構和蝸輪蝸桿機構組成的傳動裝置設置在封閉的箱體內，箱體為鑄件，由上箱體15、中間箱體14和下箱體16三部分組成，上箱體15的外形為半圓柱體，中間箱體14和下箱體16的外形均為長方體，相互配合的各箱體之間通過螺栓進行固定連接，電機1通過螺栓固定于中間箱體14的一側，傳動裝置的所有運動部件通過潤滑脂和潤滑油進行潤滑。

蝸輪夾爪一體件12中夾爪施加在箱體兩側的夾緊力是設計搬運機器人夾持裝置的主要依據，必須對力的大小、方向、以及力的作用點進行分析與計算，夾緊力必須能夠克服箱體重力所產生的靜載荷(慣性力或慣性力矩)，以確保箱體處于牢固可靠的夾緊狀態，同時又不至于對箱體及內部物品造成損害。本實施例中，設所搬運箱體的重量≤6kg，需要的最大夾緊力為86n，減振夾持裝置的電機1選用ys系列三相異步電機，功率為25w，轉速1400r/min。

電機1輸出運動和動力，通過輪胎聯軸器3、小帶輪軸6、小帶輪7、皮帶5和大帶輪9傳遞到大帶輪軸蝸桿一體件10，皮帶傳動機構的傳動比為2.8，帶速為1.5m/s，大、小帶輪中心距為116mm。大帶輪軸和蝸桿為一體件，小帶輪7和小帶輪軸6之間、大帶輪與大帶輪軸蝸桿一體件10之間以及蝸輪軸21與蝸輪夾爪一體件12之間分別通過平鍵20連接傳動，蝸輪蝸桿機構的傳動比為62，中心距為40mm，蝸桿的頭數為1，扇形蝸輪的齒數為20。

小帶輪軸6、大帶輪軸蝸桿一體件10和蝸輪軸21分別通過套筒19進行軸向輔助定位，小帶輪軸6兩端通過深溝球軸承23安裝在上箱體15與中間箱體14之間，大帶輪軸蝸桿一體件10兩端通過角接觸球軸承18安裝在中間箱體14與下箱體16之間，蝸輪軸21兩端通過角接觸球軸承18安裝在上箱體15與中間箱體14之間，其中深溝球軸承23的軸承代號為619-6，角接觸球軸承18的軸承代號為7000ac。

繞蝸輪軸21旋轉的蝸輪夾爪一體件12，其蝸輪和夾爪一體鑄造成型，大帶輪軸蝸桿一體件10與蝸輪軸21交錯角為90度，夾爪上蓋11將減振防滑墊13與夾爪組合在一起，并通過螺栓固定。

機器人減振夾持裝置的工作原理是：電機1輸出轉速和轉矩，通過輪胎聯軸器3，帶動小帶輪軸6旋轉，其上的小帶輪7通過皮帶5帶動大帶輪9及大帶輪軸蝸桿一體件10減速旋轉，蝸桿和扇形蝸輪相互嚙合使蝸輪繞蝸輪軸21旋轉，帶動夾爪及減振防滑墊13一起轉動，實現開合即夾緊、松開動作。

輪胎聯軸器3、皮帶傳動機構和減振防滑墊13均屬于彈性部件，具有位移補償能力和緩沖吸振的功能，其中皮帶傳動機構還具有超負荷時打滑的特性從而起到過載保護的作用，同時，在搬運過程中如果突遇斷電等情況時，蝸輪蝸桿機構具有反行程自鎖特征，能夠保證箱體始終處于夾緊狀態而不松開，起到防止箱體掉落的作用，保證箱體搬運過程的平穩性和安全可靠性。

以上所述，僅為本發明較佳的具體實施方式，但本發明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術范圍內，根據本發明的技術方案及其發明構思加以等同替換或改變，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。