專利名稱：一種袋類包裝搬運碼垛機器人手部的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種袋類包裝搬運碼垛機器人手部，具體的說一種能夠實現對袋類包裝產品進行搬運以及碼垛等工作的機器人手部，屬于機器人領域。
背景技術：
自20世紀70年代末，日本將機器人技術用于碼垛工藝以來，機器人碼垛機(也稱為碼垛機器人)的研究獲得了迅速的發展，柔性、處理速度以及抓取重量不斷提高，同時，機器人碼垛機占地面積小，能夠同時處理多種物料和碼垛多個料垛，越來越受到廣大用戶的青睞并迅速占領市場。工業生產中的很多產品，如飼料、化肥等大多采用袋類包裝，碼垛機器人采用專用的抓取袋類包裝的末端執行器，也就是專用的碼垛機器人手部來完成上述袋類包裝完畢后的下流水線、出庫等工作。
瑞典的ABB Robotics、德國的KUKA Roboter、日本的Fuji Yusoki Kogyo、Okura Yusoki等公司均有相應袋類包裝碼垛機器人手部出售，它們在結構形式上大同小異，大都包括手指開合機構和壓緊機構。但是，大多數機器人手部的手指開合機構在工作過程中無法自鎖，當豎直方向的壓緊力過大時，手指可能會被壓開，產生掉包現象，為了解決這個問題，現在通常采用的方法是使用能夠產生較大壓緊力的氣缸等來驅動手指開合機構，但是這不僅增大了耗氣量，而且增大了機器人手部的重量，從而降低了機器人碼垛機的有效工作負載；另一種解決方案是采用特殊的結構設計，降低對于手指開合機構驅動元器件的性能要求，例如申請號為JP2000295822的專利中提出了一種用于箱類包裝的機器人手部，其設計思想也可用于袋類包裝，其原理是利用氣缸和傳動機構控制手指部分沿水平導槽運動而完成開合動作，但是這種機構使用了水平方向的導槽，占用空間較大。
同時，為了滿足不同大小規格包裝袋的搬運碼垛任務，擴大應用范圍，實際過程中需要能夠盡快盡好的完成搬運碼垛機器人手部的調節工作。現有的碼垛機器人手部大多采用改變夾緊裝置的安裝位置來完成不同大小規格包裝袋的搬運碼垛任務，改變夾緊裝置的安裝位置比較繁瑣，并且需要人工完成，自動化程度不高。
因而，現實中迫切需要尋求一種結構簡單緊湊、自身重量輕、能夠實現手指開合機構自鎖、能夠滿足不同大小規格包裝袋搬運碼垛工作的搬運碼垛機器人手部。
發明內容
本發明的目的是為了提供一種結構簡單緊湊、自身重量輕、能夠實現手指開合機構自鎖、并且能夠自動調節水平方向夾板距離從而能夠滿足不同大小規格包裝袋搬運碼垛工作的搬運碼垛機器人手部。
本發明的技術方案如下一種袋類包裝搬運碼垛機器人手部，由天板，左、右夾板，手指部分和壓袋機構組成；在所述天板下方的前后部位沿左右方向各設置有一導向桿，左、右夾板可沿所述導向桿移動；在所述左、右夾板側下方的手指旋轉軸部件上固定安裝多個手指，用以抓取和卸載貨物；所述壓袋機構由固定在所述天板上的壓袋機構驅動部件和與所述驅動部件相連的壓袋板組成；其特征在于在所述左、右夾板上分別固定有手指驅動元件，所述手指驅動元件與移動凸輪滑塊機構相連接，所述移動凸輪滑塊機構的從動件通過連接桿件與所述手指旋轉軸部件相連接組成一個四桿機構，所述手指驅動元件、所述移動凸輪滑塊機構和所述四桿機構一起組成手指開合機構，控制所述手指的開合，手指閉合時所述移動凸輪滑塊機構處于自鎖狀態；所述袋類包裝搬運碼垛機器人手部還包括一個左右夾板間距離調節裝置，由旋向相反的左、右兩個絲杠通過絲杠連接件固連在一起后，再通過軸承組件與所述天板相連接，所述左、右絲杠分別與固定在所述左、右夾板上的螺母組成絲杠螺母副，固定在所述天板上的驅動電機通過傳動機構帶動所述左、右絲杠在所述軸承組件中轉動，從而帶動所述左、右夾板朝相反方向移動，實現所述左、右夾板的開合。
作為本發明的一種實施方式，所述傳動機構采用同步帶傳動。
作為本發明的另一種實施方式，所述傳動機構采用鏈輪傳動。
在本發明中，所述壓袋機構驅動部件為氣缸。
在本發明中，所述手指驅動元件為氣缸。
本發明結構簡單緊湊，手指開合機構中移動凸輪滑塊機構在工作過程中可以實現自鎖，有效地防止了在機器人搬運過程中產生掉包現象，同時極大地降低了手指開合機構對于驅動元件的要求，因而可以選擇較小的氣缸等執行元件，有效降低了機器人手部的重量；另外，在本發明中，左右夾板之間的距離可以由電機通過傳動裝置帶動絲杠螺母副自動調節，滿足了不同大小規格包裝袋的搬運碼垛工作需求，自動化程度高。
圖1為本發明的三維結構示意圖。
圖2為本發明手指開合機構的三維結構示意圖。
圖3為本發明的側面示意圖。
圖4為本發明的正面示意圖。
圖5為本發明的左右夾板間距離調節裝置的示意圖。
圖6為本發明與碼垛機器人本體相連接的示意圖。
其中1天板。2機器人手部連接板。3L左夾板。3R右夾板。4導向桿連接件。5絲杠軸承固定件。6手指。7F前端導向桿。7B后端導向桿。8導向桿軸套。9墊圈。10端蓋。11壓袋板。12左右夾板間距離調節裝置。12L左端絲杠。12R右端絲杠。13L左端螺母。13R右端螺母。14L左端絲杠軸承。14R右端絲杠軸承。15L左端連軸節。15R右端連軸節。16同步帶輪組件。17同步帶。18驅動電機組件。19壓袋氣缸。21L左端手指驅動氣缸。21R右端手指驅動氣缸。22移動凸輪滑塊。23滑塊導軌。24滑塊連接件。25移動凸輪滾子。26復位彈簧。27軸套。28移動凸輪從動件。29第一連接銷釘。30第一連接桿。31第二連接銷釘。32第二連接桿。33手指旋轉軸部件。34F前端支撐軸承部件。34B后端支撐軸承部件。35移動凸輪滑塊限位部件。36加強板。40機器人本體。41包裝袋。
具體實施例方式
下面結合附圖和最佳實施例對本發明作進一步詳細說明。
如圖1所示，一種袋類包裝搬運碼垛機器人手部，由天板1，左夾板3L、右夾板3R，手指部分和壓袋機構組成；在所述天板1下方的前后部位沿左右方向分別設置前端導向桿7F和后端導向桿7B，它們分別通過導向桿連接件4固定安裝在天板1上，四組導向桿軸套8和墊圈9分別通過螺釘固定在左夾板3L和右夾板3R上，導向桿軸套8與所述前端導向桿7F和后端導向桿7B組成移動副，因此，所述左夾板3L和右夾板3R便可向左右方向運動，在所述前端導向桿7F和后端導向桿7B兩端分別安裝有端蓋10，對所述左夾板3L和右夾板3R的運動起限位作用；在所述左、右夾板側下方的手指旋轉軸部件33上固定安裝多個手指6，用以抓取和卸載貨物。
所述袋類包裝搬運碼垛機器人手部包括一個左右夾板間距離調節裝置12，它通過絲杠軸承固定件5安裝在所述天板1上。圖5中展示的是左右夾板間距離調節裝置12的示意圖。左端絲杠12L和右端絲杠12R是旋向相反的兩個絲杠，它們分別通過左端連軸節15L和右端連軸節15R與同步帶輪組件16連接在一起，上述組件組成的連接件通過安裝在所述絲杠軸承固定件5上的左端絲杠軸承14L和右端絲杠軸承14R支撐；左端螺母13L和右端螺母13R分別通過螺釘分別安裝在所述左夾板3L和右夾板3R之上，并分別與所述左端絲杠12L和右端絲杠12R組成旋轉移動副；安裝在所述天板1上的驅動電機組件18與所述同步帶輪組件16通過同步帶17連接。根據上述連接關系，當所述驅動電機組件18帶動絲杠轉動時，由于所述左端絲杠12L和右端絲杠12R旋向相反，因而，所述左夾板3L和右夾板3R運動方向相反。從而實現了左右夾板的夾緊與松開兩個動作。當然，所述同步帶傳動也可采用齒輪、皮帶、鏈等傳動方式來帶動所述左端絲杠12L和右端絲杠12R的旋轉。由此可見，由于可以通過電機驅動絲杠螺母副自動調節左右夾板之間的距離，因而可以滿足不同大小規格包裝袋的搬運碼垛工作需求，自動化程度高。
所述袋類包裝搬運碼垛機器人手部還包括固定在所述左、右夾板上的兩個手指開合機構，所述左右兩個手指開合機構除安裝位置不同之外，其余組成機構均相同。下面將結合圖2和圖3介紹右端手指開合機構的結構，右端手指驅動氣缸21R(作為右端手指驅動元件)安裝在所述右夾板3R上，移動凸輪滑塊22與滑塊連接件24相連接，并與安裝在所述右夾板3R上的滑塊導軌23組成移動副，安裝在所述右夾板3R上的移動凸輪滑塊限位部件35可以對所述移動凸輪滑塊22水平方向的運動進行限位；移動凸輪從動件28與安裝在所述右夾板3R上的軸套27組成移動副，其末端安裝有移動凸輪滾子25，復位彈簧26可以保證所述移動凸輪滾子25與所述移動凸輪滑塊22在工作過程中時刻接觸而組成移動凸輪副。手指旋轉軸部件33與安裝在所述右夾板3R上的前端支撐軸承部件34F和后端支撐軸承部件34B相連接組成轉動副，第二連接桿32與所述手指旋轉軸部件33相固連，手指6也固連在所屬固定軸部件33上。所述移動凸輪從動件28依次通過第一連接銷釘29、第一連接桿30和第二連接銷釘31與所述第二連接桿32連接而組成四桿機構。所述右端手指驅動氣缸21R、所述移動凸輪滑塊機構和所述四桿機構一起組成手指開合機構，控制所述手指6的開合，手指閉合時所述移動凸輪滑塊機構處于自鎖狀態；同理，安裝在左夾板3L上的左端手指驅動氣缸21L可以通過左端手指開合機構控制左夾板上的手指開合。由于采用了上述結構，機器人手部的手指開合機構在工作過程中自鎖，對于驅動元件的要求很低，降低了機器人手部的重量，同時，當豎直方向的壓緊力很大時，手指也不會被壓開。在實際的實施過程中，也可以采用其他的直線移動部件代替氣缸作為手指驅動元件。
實施過程中，為了降低機器人手部的重量，左、右夾板均采用較薄的材料制成，為提高其強度，在所述左右夾板上垂直設置多個加強板36，這樣，在維持左、右夾板較高強度的基礎上降低了機器人手部的質量。
圖4中是本發明的正面示意圖。如圖4所示，所述壓袋機構由固定在所述天板1上的壓袋氣缸19(作為壓袋機構驅動部件)和與所述壓袋氣缸19相連的壓袋板11組成，在機器人的搬運碼垛過程中，所述壓袋機構可以對包裝袋進行整型，方便碼垛。
圖6是本發明與碼垛機器人本體相連接的示意圖。機器人手部通過機器人手部連接板2與機器人本體40相連接，機器人手部抓有包裝袋41。
在實施過程中，為降低制造成本，所述左、右夾板除左端螺母13L和右端螺母13R不同外，其余部分均相同，這樣，所述機器人手部的重心在中心位置附近，在碼垛機器人工作過程中，當手部旋轉時，其重心位置基本不動。
權利要求
1.一種袋類包裝搬運碼垛機器人手部，由天板，左、右夾板，手指部分和壓袋機構組成；在所述天板下方的前后部位沿左右方向各設置有一導向桿，左、右夾板可沿所述導向桿移動；在所述左、右夾板側下方的手指旋轉軸部件上固定安裝多個手指，用以抓取和卸載貨物；所述壓袋機構由固定在所述天板上的壓袋機構驅動部件和與所述驅動部件相連的壓袋板組成；其特征在于在所述左、右夾板上分別固定有手指驅動元件，所述手指驅動元件與移動凸輪滑塊機構相連接，所述移動凸輪滑塊機構的從動件通過連接桿件與所述手指旋轉軸部件相連接組成一個四桿機構，所述手指驅動元件、所述移動凸輪滑塊機構和所述四桿機構一起組成手指開合機構，控制所述手指的開合，手指閉合時所述移動凸輪滑塊機構處于自鎖狀態；所述袋類包裝搬運碼垛機器人手部還包括一個左右夾板間距離調節裝置，由旋向相反的左、右兩個絲杠通過絲杠連接件固連在一起后，再通過軸承組件與所述天板相連接，所述左、右絲杠分別與固定在所述左、右夾板上的螺母組成絲杠螺母副，固定在所述天板上的驅動電機通過傳動機構帶動所述左、右絲杠在所述軸承組件中轉動，從而帶動所述左、右夾板朝相反方向移動，實現所述左、右夾板的開合。
2.根據權利要求1所述的袋類包裝搬運碼垛機器人手部，其特征在于所述傳動機構采用同步帶傳動。
3.根據權利要求1所述的袋類包裝搬運碼垛機器人手部，其特征在于所述傳動機構采用鏈輪傳動。
4.根據權利要求1、2或3所述的袋類包裝搬運碼垛機器人手部，其特征在于所述壓袋機構驅動部件為氣缸。
5.根據權利要求1、2或3所述的袋類包裝搬運碼垛機器人手部，其特征在于所述手指驅動元件為氣缸。
全文摘要
一種袋類包裝搬運碼垛機器人手部，屬于機器人領域。為降低機器人手部重量及手指開合機構驅動元件的要求，并能自動調節左右夾板之間的距離，本發明公開了一種機器人手部，由天板，左、右夾板，手指部分和壓袋機構組成，安裝在所述左、右夾板上的驅動元件與移動凸輪滑塊機構和四桿機構一起組成手指開合機構，控制機器人手指的開合，手指閉合時所述移動凸輪滑塊機構處于自鎖狀態；旋向相反的左、右兩個絲杠通過絲杠連接件固連，并分別與固定在所述左、右夾板上的螺母組成絲杠螺母副，驅動電機通過傳動機構帶動所述左、右絲杠轉動，從而帶動所述左、右夾板朝相反方向移動，自動調節它們之間的距離，完成不同大小規格包裝袋的搬運碼垛任務。
文檔編號F16H7/06GK1923472SQ20061011303
公開日2007年3月7日 申請日期2006年9月8日 優先權日2006年9月8日
發明者陳懇, 楊向東, 李金泉, 賈振中 申請人:清華大學