用于箱體碼垛－拆垛的機器人手爪的制作方法
【專利摘要】一種用于箱體碼垛－拆垛的機器人手爪，適用于食品、醫(yī)藥、煙草等物流倉儲行業(yè)，手爪組成包括：一與碼垛機器人連接的法蘭、一頂板、一對下插裝置、一對側(cè)向壓緊裝置、一對底部側(cè)插裝置、可選吸盤、六組定位傳感器組件，具有碼垛和拆垛兩種功能；其結(jié)構(gòu)對箱體為全包圍方式，消除了在快速搬運過程中脫箱的可能；進行放置或抓取操作時可對箱體放置面避讓，為接觸式放置，避免了摔碰等沖擊；其定位傳感器組件利用了“六點定位”原理對待抓取箱體的位姿進行確定，從而實現(xiàn)手爪抓取位姿的確定；可利用相應(yīng)不同定位傳感器組件中的傳感器觸發(fā)間隔時間對待抓取箱體異常位姿進行判斷，以此作為報警條件，以便在出現(xiàn)該情況時及時停機進行人工干預(yù)調(diào)整。
【專利說明】用于箱體碼垛一拆垛的機器人手爪
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于箱體類包裝物品碼垛ー拆垛的機器人手爪，適用于食品、醫(yī)藥、煙草、石油化工領(lǐng)域的物流和倉儲行業(yè)，專門用來實現(xiàn)對由表面正交六面箱體包裝的物品進行碼垛和拆垛操作。
【背景技術(shù)】
[0002]在如食品、醫(yī)藥、煙草、石油化工領(lǐng)域的物流和倉儲等行業(yè)中，產(chǎn)品的制造、貨物的倉儲及運輸流通環(huán)節(jié)均涉及到碼垛或拆垛過程。目前，碼垛過程采用碼垛機器人及其手爪代替人工操作比較多，但拆垛過程多數(shù)還是依靠人工搬取來實現(xiàn)，如，貨物從倉儲位置裝車的拆垛過程通常由裝車エ完成。隨著降低產(chǎn)品的人工費用成本和提高生產(chǎn)自動化程度的市場競爭要求，以及由于利用碼垛機器人及手爪進行碼垛或拆垛具有比人工操作效率高很多的優(yōu)點，采用碼垛機器人及其手爪代替人工來完成碼垛和拆垛的需求越來越大，而機器人手爪是實現(xiàn)碼垛和拆垛操作的關(guān)鍵部件之一。
[0003]機器人碼垛操作流程包括:碼垛機器人帶動其手爪對生產(chǎn)線(如，輸送帶)上的物品進行定位、抓取，進而定位搬運到碼放位置，然后進行物品放置操作，放置完成后手爪抬起，進入下ー個物品的碼垛搬運循環(huán)環(huán)節(jié)；機器人拆垛操作流程包括:碼垛機器人帶動其手爪對垛形中某一物品進行定位、抓取，進而定位搬運到放置位置，然后進行物品放置操作、放置完成后手爪抬起，進入到下一物品的拆垛搬運循環(huán)環(huán)節(jié)。從上述抓取與搬運流程來看，碼垛和拆垛在手爪操作動作上沒有本質(zhì)區(qū)別，兩者的不同之處在于抓取或放置時被抓物品的所處環(huán)境情況(如，待抓取箱體周圍是否存在相鄰箱體或其它物理障礙)。碼垛時，物品一般是離散単獨放置的，手爪對其抓取時周圍可不存在障礙，但放置到垛形中時，先放置的物品會對后繼放置操作帶來妨礙或干渉，這種干渉或妨礙即為碼垛操作要解決的關(guān)鍵問題之一。拆垛時，被抓取物品放置于垛形之中，需由頂層至底層依次進行拆垛操作，同一層物品的拆垛順序亦有先后，在進行抓取操作時相鄰物品對待抓取物品同樣存在物理干渉。還有，在碼垛或拆垛時，手爪需對待抓物品進行定位，為進ー步實現(xiàn)手爪的抓取創(chuàng)造合適的手爪位姿條件，特別是箱體類這種具有規(guī)則形狀的物品，確定合適的手爪相對箱體的位姿，是實現(xiàn)手爪對其順利抓取的關(guān)鍵條件。
[0004]袋裝物料產(chǎn)品采用梳齒式機械手爪進行碼垛操作比較常見，箱體類產(chǎn)品采用吸盤式手爪進行碼垛也有使用，在文獻中采用夾板式或吸盤與夾板結(jié)合式的一類手爪亦有出現(xiàn)。從上述這些種類的手爪結(jié)構(gòu)及工作能力進行分析來看，第一，現(xiàn)有梳齒式手爪對待抓取物品的放置面有特殊要求，只能抓取放置在梳齒臺上的物品，并且受其機械結(jié)構(gòu)限制無法進行拆垛操作；第二，吸盤式手爪雖對待抓取物品的放置面無特殊要求，從其結(jié)構(gòu)上也能實現(xiàn)碼垛和拆垛兩種操作，但對待抓取物品(如，箱體類包裝產(chǎn)品)的表面光潔度有特別要求，一旦吸盤吸取位置的表面有不完整或凹坑等瑕疵，物品將不能可靠地被吸取，并且在吸起后與放置前兩操作間由于碼垛機器人的快速搬運運動，在慣性カ的作用下，易造成脫包/脫箱現(xiàn)象，搬運過程不夠可靠；第三，對于現(xiàn)有夾板式或吸盤結(jié)合夾板式ー類手爪，從其結(jié)構(gòu)上分析，雖具有搬運過程不會產(chǎn)生脫包/脫箱現(xiàn)象的可能，但其結(jié)構(gòu)易與物品被抓取或放置位置的周圍環(huán)境(如，垛形中待抓取箱體的鄰接箱體或其它障礙等)產(chǎn)生干渉，故不具備拆垛能力。還有，物品的放置過程多為夾板釋放開，進而使物品墜落到放置目標(biāo)位置，這種放置過程對易碎等需避免沖擊的物品難以符合要求，并且物品放置的準(zhǔn)確位置及姿態(tài)不能很好得到保證，易造成垛形松散、歪斜甚至塌垛。另外，在對箱體類包裝產(chǎn)品進行碼垛或拆垛操作時，現(xiàn)有手爪不具有對于過度歪斜而不適合繼續(xù)進行抓取的箱體(即異常位姿箱體)進行鑒別的功能，對于異常位姿箱體的鑒別可確保避免手爪在該情況下對待抓箱體的誤抓，造成待抓取物品的破壞。這種鑒別，對手爪亦是保護，同吋，該鑒別功能能夠提供報警條件，以便于及時停機進行人工干預(yù)調(diào)整。
[0005]綜上分析，利用碼垛機器人實現(xiàn)箱體類包裝產(chǎn)品的碼垛或拆垛，需要ー種能避讓待抓取箱體周圍障礙，井能正確確定手爪相對箱體的抓取位姿的機器人手爪，該手爪應(yīng)該具有碼垛和拆垛兩種功能，從而當(dāng)需要在碼垛與拆垛兩種操作任務(wù)之間頻繁變更時，避免更換不同手爪的繁瑣操作。并且，這種手爪的放置過程應(yīng)該是接觸式放置，以避免對被抓取箱體在放置過程中的沖擊，同時在抓取與放置之間的高效率、快速搬運過程中能夠避免脫包/脫箱現(xiàn)象的產(chǎn)生，達到搬運可靠的要求。除此之外，對于異常位姿箱體還應(yīng)該能夠進行鑒別，以提高碼垛或拆垛操作的安全性。
[0006]根據(jù)本發(fā)明的ー個方面，提供了一種用于對象的碼垛ー拆垛的機器人手爪，其特征在于包括:
[0007]吸盤，用于吸住對象的上表面；
[0008]頂板，其作為所述機器人手爪的其他部分的安裝基礎(chǔ)；
[0009]一對下插裝置，其分別帶有下插板，用于以下插板向下沿切向插入對象的兩個相鄰側(cè)面和/或垛中的對象與鄰接對象之間的兩條縫隙內(nèi)，為完成對象的抓取創(chuàng)造夾緊條件；
[0010]一對側(cè)板裝置，它們分別與頂板安裝連接，并分別與所述ー對下插裝置的安裝位置相面對；
[0011]ー對側(cè)向壓緊裝置，它們分別固定安裝于所述一對側(cè)板裝置上，并各包括ー個可伸出的壓緊板，所述壓緊板的工作面與相應(yīng)的下插裝置的向下插入到位的下插板的工作面相面對，用于共同夾緊對象上彼此背對的兩個側(cè)面；
[0012]ー對底部側(cè)插裝置，它們各具有一個側(cè)插板，并分別被固定安裝于所述一對側(cè)板裝置上的可伸縮下側(cè)板之上，用于避免所述對象的放置面對所述側(cè)插裝置產(chǎn)生干渉，從而避免該干涉使底部側(cè)插裝置的側(cè)插板無法插入對象底部。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]本發(fā)明的ー個目的是，針對表面正交的六面體箱體類包裝產(chǎn)品，提供ー種對其具備碼垛和拆垛兩種功能的機器人機械手爪，其在待抓取箱體放置面(如，垛形中待抓取箱體下層箱體的上表面，或垛形托盤的工作表面，或輸送帶表面等)為平面的情況下能順利將箱體抓起，在抓起、搬運及放置的過程中不產(chǎn)生脫箱現(xiàn)象，并且，放置過程為接觸式放置，從而實現(xiàn)了對產(chǎn)品無沖擊作用，并保證垛形緊湊、整齊。特別是在進行拆垛操作時，本發(fā)明的機械手爪能順利地抓取起垛形中待抓取箱體而對其它箱體不能造成位置及姿態(tài)的改變，即能夠避免或避讓與拆垛環(huán)境產(chǎn)生機械干涉的情況。此外，根據(jù)本發(fā)明的一種機械手爪具有對異常位姿箱體具有鑒別功能，能夠提供報警條件。
[0014]本發(fā)明的組成結(jié)構(gòu)原理為:一法蘭盤，用干與碼垛機器人小臂末端手腕的安裝連接；一四方形手爪頂板，其是法蘭盤與手爪其它裝置的安裝連接基礎(chǔ)；一對下插裝置，分別布置于四方頂板上表面任ー個角的兩條鄰邊的邊緣居中位置；一對側(cè)板裝置，側(cè)板裝置分為上側(cè)板和下側(cè)板兩個部分，上側(cè)板與頂板通過螺栓固定連接，對其安裝位置可沿上側(cè)板板面的法線方向進行伸縮調(diào)整，以適應(yīng)不同被抓取箱體的尺寸，下側(cè)板通過導(dǎo)向桿相對于固定的上側(cè)板可進行上下滑動，在導(dǎo)向桿上安裝有彈簧，用于實現(xiàn)下側(cè)板在去除被碼箱體放置面對其的接觸推力后而產(chǎn)生復(fù)位動作；一對分別安裝于兩個上側(cè)板之上的側(cè)向壓緊裝置，其各自的壓緊板工作面分別與上述兩個下插裝置的下插板工作面相向，從而可以實現(xiàn)將待抓取箱體的四個側(cè)面卡住并抱緊；一對安裝于下側(cè)板之上的底部側(cè)插裝置，在側(cè)插板收回狀態(tài)下，該底部側(cè)插裝置為避免與箱體放置面的機械干涉，在放置面的接觸推力作用下向上滑動，從而對箱體放置面進行避讓，避讓距離可根據(jù)箱體高度，由側(cè)板裝置導(dǎo)向桿上的導(dǎo)向定位套安裝位置進行調(diào)整，當(dāng)箱體被抓取抬起時，下側(cè)板連帶底部側(cè)插裝置產(chǎn)生復(fù)位動作，復(fù)位完成時，其側(cè)插板工作面正好居于被抓取提起的箱體底面稍低位置，此時側(cè)插板可以無障礙插入箱體底部，進而將被抓取箱體托住；吸盤，布置安裝于頂板下表面，根據(jù)需要可以設(shè)置一只或多只或不設(shè)，其與下插裝置和側(cè)向壓緊裝置共同將箱體“抓起”；六組定位傳感器組件，其中的三組布置于頂板之上，兩組布置于任ー上側(cè)板之上，ー組布置于另一上側(cè)板之上，該布置方式利用了確定空間物體位姿的“六點定位”原理，對待抓取箱體的姿態(tài)進行檢測和判斷，據(jù)此調(diào)整手爪姿態(tài)，確保其下插裝置的下插板準(zhǔn)確地切向插入待抓取箱的兩個相鄰側(cè)面或在垛形中其與相鄰箱體間的縫隙。上述六組定位傳感器組件相應(yīng)傳感器間被觸發(fā)的時間間隔長短可作為判別異常位姿箱體的條件。
[0015]本發(fā)明的功能及結(jié)構(gòu)特點在于:
[0016]ー是具有碼垛和拆垛兩種功能。該特點避免了在碼垛和拆垛兩種不同操作間更換手爪的工作。
[0017]ニ是對箱體的全包圍抓取。兩個下插裝置的下插板工作面、兩個側(cè)向壓緊裝置的壓緊板工作面與兩個底部側(cè)插裝置的側(cè)插板工作面，連同可選擇布置的吸盤對被抓取箱體進行全包圍式抓取，該結(jié)構(gòu)消除了快速搬運過程中脫箱的可能性。
[0018]三是在實現(xiàn)上述目的的情況下，手爪所具有的機械結(jié)構(gòu)使其在抓取過程中可以消除或避讓妨礙抓取動作實現(xiàn)的環(huán)境干渉。下插裝置立式安裝于頂板之上，除其下插板向下切向插入箱體兩相鄰側(cè)面時與箱體的重疊部分外，其機械結(jié)構(gòu)都在箱體頂面之上，從而在進行抓取或放置操作時，手爪該部分結(jié)構(gòu)不會與垛形中待抓取或放置箱體的鄰接箱體產(chǎn)生干渉；側(cè)向壓緊裝置及底部側(cè)插裝置的安裝位置與下插裝置相面對，布置在箱體的另外兩個相鄰側(cè)面位置，一般在垛形中這兩個側(cè)面所面對的方向上無鄰接箱體，故不會產(chǎn)生干渉。下側(cè)板相對于上側(cè)板的上下滑動實現(xiàn)了手爪對箱體放置面的避讓。
[0019]四是側(cè)插板無障礙插入及接觸式放置箱體。抓取箱體吋，為實現(xiàn)底部側(cè)插裝置的側(cè)插板伸出，并切向插入箱體底面，而不能誤插到箱體上，采用了下側(cè)板可以滑動伸縮的機構(gòu)。在下側(cè)板連帶安裝于其上的側(cè)插裝置向下復(fù)位完成時，側(cè)插板可正好居于箱體底面稍低位置，為側(cè)插板無障礙插入箱體底部創(chuàng)造了條件。除了實現(xiàn)下側(cè)板及底部側(cè)插裝置對箱體放置面的避讓外，該機構(gòu)同時也為接觸放置被抓取箱體創(chuàng)造了條件。放置箱體時，手爪抓持著箱體進行放置操作，在臨近放置面且下側(cè)板及底部側(cè)插裝置未與放置面產(chǎn)生接觸吋，兩個側(cè)插板同時縮回，手爪繼續(xù)下放，下側(cè)板及底部側(cè)插裝置的最下沿與放置面發(fā)生接觸進而產(chǎn)生推力，在該接觸推力作用下，下側(cè)板連帶底部側(cè)插裝置向上滑動，進行避讓箱體放置面動作，直到箱體底部與放置面重合到位，手爪下放停止，然后，同時使側(cè)向壓緊板縮回，下插板向上縮回，吸盤釋放，手爪向上抬起，至此，完成無沖擊接觸式放置箱體動作。
[0020]五是利用六組定位傳感器組件實現(xiàn)待抓取箱體的姿態(tài)確定，據(jù)此調(diào)整確定抓取前手爪的抓取位姿，進而確保了下插板插入位置的準(zhǔn)確。
[0021]六是具有對不適合抓取的異常位姿箱體進行辨別的功能。當(dāng)垛形中待抓取箱體姿態(tài)過于歪斜時，如，待抓取箱體上表面過度傾斜，布置于頂板之上的三組傳感器組件中的傳感器在手爪向下趨近待抓取箱體時，就不會同時被觸發(fā)，利用最先產(chǎn)生傳感器觸發(fā)的時刻到三個傳感器中最后ー個被觸發(fā)的時刻之間的時間段長短作為判據(jù)，判別箱體上表面的傾斜程度，間隔時間越長，說明箱體頂面越傾斜。當(dāng)箱體過于傾斜而不適合繼續(xù)抓取的情況發(fā)生時，手爪及碼垛機器人停止全部動作，進而進行人工干預(yù)調(diào)整，所以本發(fā)明還具有一定程度的智能判別功能。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1為根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的碼垛ー拆垛機器人手爪的立體示意圖。
[0023]圖2為根據(jù)本發(fā)明的一個實施例中吸盤在碼垛ー拆垛機器人手爪中的布置方式示意圖。
[0024]圖3為根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的下插裝置示意圖。
[0025]圖4為根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的側(cè)板裝置示意圖。
[0026]圖5為根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的側(cè)向壓緊裝置示意圖。
[0027]圖6為根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的底部側(cè)插裝置示意圖。
[0028]圖7為根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的定位傳感器組件示意圖。
【具體實施方式】
[0029]以下結(jié)合附圖，對根據(jù)本發(fā)明的用于箱體碼垛ー拆垛機器人手爪的實施例進行詳細(xì)說明。
[0030]圖1和2，根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的碼垛ー拆垛機器人手爪包括:法蘭盤1、頂板
2、一對下插裝置3和4、一對側(cè)板裝置5和6、ー對側(cè)向壓緊裝置7和8、ー對底部側(cè)插裝置9和10、分別布置于頂板和側(cè)板之上的位置傳感器組件11至16、布置安裝于頂板下面的吸盤安裝架17及吸盤18。
[0031]法蘭盤I為本碼垛ー拆垛機器人手爪與碼垛機器人腕部進行安裝連接的機械接ロ，其上有止ロ 102和螺栓孔101。頂板2通常為四方形，是手爪其它裝置的安裝基礎(chǔ)，其上有用于調(diào)整安裝側(cè)板裝置的長條孔201。
[0032]圖3顯示了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的下插裝置3 ;下插裝置4的結(jié)構(gòu)與下插裝置3完全相同。兩個下插裝置3和4通過安裝支架303分別被豎直安裝于例如四方頂板2上表面任一個角的兩條相鄰邊居中位置(見圖1)。[0033]下插裝置3或4各包括下列元器件:一個氣缸310，其通過氣缸安裝支架302、304安裝于支架303上；一個下插板305，其通過螺母(未顯示)安裝于氣缸310的活塞桿306及導(dǎo)向桿301、314下端；兩個支承導(dǎo)向桿301、314的直線軸承座307、312 ;兩兩ー組的兩組直線軸承308、313 ;安裝于氣缸310上的位置傳感器309、311。
[0034]下插裝置3和4的功能為，其下插板305向下沿切向插入待抓取對象(如箱體)的兩個相鄰側(cè)面或在垛形中目標(biāo)對象(如箱體)與鄰接對象(如箱體)之間的兩條縫隙內(nèi)，為進一歩完成抓取對象創(chuàng)造夾緊條件。在垛形中的對象之間在縫隙處的作用カ很小，并且該縫隙是客觀存在的，插入動作可以順利實現(xiàn)，其動作如下:下插裝置3和4的下插板305由氣缸310驅(qū)動，向下切向插入對象兩側(cè)的縫隙內(nèi)，插入深度為例如對象(如箱體)高度的三分之一左右；根據(jù)本發(fā)明的ー個具體實施例，此插入深度取決于下插板305的長度及安裝于氣缸310之上的兩個位置傳感器309和311的安裝位置。
[0035]圖4所示為根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的側(cè)板裝置5 ;而側(cè)板裝置6除定位傳感器組件的安裝組數(shù)不同外，其余結(jié)構(gòu)與側(cè)板裝置5完全相同。側(cè)板裝置5和6是側(cè)向壓緊裝置7和8、底部側(cè)插裝置9和10及相應(yīng)定位傳感器組件14 一 16的安裝基礎(chǔ)(見圖1)。
[0036]側(cè)板裝置5和6通過螺栓(未顯示)與頂板2安裝連接，分別與下插裝置3和4的安裝位置相面對；側(cè)板裝置5和6的安裝位置可沿各自上側(cè)板501的法線方向調(diào)節(jié)以適應(yīng)不同大小尺寸的箱體(見圖1)。以側(cè)板裝置5為例，下側(cè)板515可沿導(dǎo)向桿505、523的軸向方向相對于固定于頂板2上的上側(cè)板501滑動，滑動的距離可由導(dǎo)向桿定位套502、526在導(dǎo)向桿505、523上的不同安裝位置進行調(diào)整；在導(dǎo)向桿505、523上半部分，以孔軸線相互十字交錯方式預(yù)設(shè)了若干個導(dǎo)向定位套安裝孔528，導(dǎo)向定位套502、526與導(dǎo)向桿505、523通過鉸制孔用螺栓及螺母527配合連接和固定。下側(cè)板515通過導(dǎo)向桿座509、511、516、518及圓柱銷510、512、517、519固定安裝于導(dǎo)向桿505,523上。直線軸承座503、507、521、525固定安裝于上側(cè)板501上，安裝于該四個直線軸承座503、507、521、525上的四個直線軸承504、506、522、524與導(dǎo)向桿505、523相應(yīng)構(gòu)成直線滑動副。
[0037]在導(dǎo)向桿座509和518與直線軸承座507和521之間沿相應(yīng)導(dǎo)向桿軸線方向分別安裝一只彈簧508、520。在下側(cè)板515不受箱體(對象)的放置面的向上的接觸推力的情況下，該彈簧508、520使上、下側(cè)板501和515保持在彼此分離狀態(tài)，即下側(cè)板515向下復(fù)位狀態(tài)。在下側(cè)板515上裝有兩只用橡膠或樹脂等材料制作的保護帽513、514，用于在進行抓取或放置操作時，在下側(cè)板的最下沿將與箱體放置面產(chǎn)生接觸的情況下，避免箱體放置面被手爪劃破或劃傷。
[0038]圖5顯示了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的側(cè)向壓緊裝置7的構(gòu)造；側(cè)向壓緊裝置8的構(gòu)造及結(jié)構(gòu)與側(cè)向壓緊裝置7完全相同。兩個側(cè)向壓緊裝置7和8分別通過如圖5中標(biāo)號701所示的支架固定安裝于側(cè)板裝置3和4的上側(cè)板501上(見圖4)。側(cè)向壓緊裝置7包括:一個通過氣缸安裝支架702和712安裝于支架701上的氣缸709 ;—個通過螺母(未顯示)安裝于活塞桿707和導(dǎo)向桿713、714前端的壓緊板705，其端面上帶有用于增大摩擦的溝紋704 ;兩個直線軸承座703和715 ;兩兩ー組的兩組如標(biāo)號706和711所表示的直線軸承分別安裝在直線軸承座703、715上；兩個用于確定壓緊板705的伸出距離的位置傳感器 708、710。
[0039]側(cè)向壓緊裝置7伸出的壓緊板705的工作面(未顯示)與下插裝置4向下插入到位的下插板工作面(未顯示)相面對，共同夾緊相應(yīng)箱體上彼此背對的兩個側(cè)面。同樣，另ー組側(cè)向壓緊裝置8伸出的壓緊板和下插裝置3的下插板將箱體的另ー組彼此相背對的側(cè)面夾紫，從而，當(dāng)手爪向上抬起時，待抓取箱體(對象)被抓起。
[0040]圖6顯示了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的底部側(cè)插裝置9 ;底部側(cè)插裝置10的結(jié)構(gòu)與底部側(cè)插裝置9完全相同。兩個底部下插裝置9和10分別通過如圖6中標(biāo)號902所示的支架固定安裝于側(cè)板裝置5、6的下側(cè)板上(見圖1)，并可隨下側(cè)板一起上下滑動。這種滑動的目的，是避免待抓箱體(對象)的放置面對下插裝置的機械結(jié)構(gòu)產(chǎn)生干渉，該干涉會使底部側(cè)插裝置的側(cè)插板無法插入箱體底部。
[0041 ] 底部側(cè)插裝置9或10包括:一支架902用于將底部側(cè)插裝置安裝于下側(cè)板515上，ー氣缸909，一對氣缸安裝支架901和905，ー對導(dǎo)向桿903和904，一對直線軸承座907和912,兩兩一組的兩組直線軸承906和911, 一對位置傳感器908和910, —側(cè)插板914通過螺母(未顯示)安裝于活塞桿913及導(dǎo)向桿903和904前端。
[0042]圖7顯示了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的定位傳感器組件11 ;定位傳感器組件12、13、14、15、16的結(jié)構(gòu)及觸發(fā)動作原理與定位傳感器組件11完全相同。定位傳感器組件11包括傳感器1110、傳感器安裝支架1109、滑動觸桿1101、觸塊1102、調(diào)整螺母1103、直線軸承1104、1105、彈簧1108、調(diào)整螺母1106，觸頭1107。定位傳感器組件11、12、13安裝于頂板2之上，使每個觸頭1107的幾何中心在ー個平面內(nèi)，該平面與頂板平面平行；定位傳感器組件14、15安裝于側(cè)板裝置6的上側(cè)板之上，使它們的兩個觸頭1107的幾何中心連線與相應(yīng)上側(cè)板平面平行；定位傳感器組件16安裝于側(cè)板裝置5的上側(cè)板501之上。以定位傳感器組件11為例，當(dāng)待抓取箱體的表面在法向上與觸頭1107運動接觸時，在接觸力的作用下，滑動觸桿1101縮回，從而帶動觸塊1102運動，使傳感器滑輪1111在其表面上滑動，達到一定位置后，傳感器1110被觸發(fā)。
[0043]利用上述六組定位傳感器組件11 一 16的六個觸頭1107的空間位置，即可確定待抓取箱體被抓起前的放置姿態(tài)，此處運用了確定物體在空間位置的“六點定位”原理。確定了待抓取箱體的姿態(tài)后即完成了兩個下插裝置下插板的插入位置定位。
[0044]由六組定位傳感器組件11 一 16確定抓取箱體被抓取前放置姿態(tài)的過程為:
[0045]-第一，在手爪由碼垛機械手帶動完成對待抓取箱體基本定位后，無停頓，繼續(xù)由待抓取箱體上方向下趨近，理想狀態(tài)下，安裝于頂板2之上的傳感器組件11、12、13中的三個傳感器1110同時被觸發(fā)，手爪向下趨近運動停止，完成待抓箱體上表面的定位；如果三個傳感器1110先后觸發(fā)，全部觸發(fā)完成后，手爪向下趨近運動停止，完成待抓取箱體上表面的定位。
[0046]-第二，在待抓取箱體上表面定位過程的同時，手爪亦趨近于與兩個側(cè)板裝置5和6相対的箱體側(cè)面，在此趨近過程中由碼垛機器人的手腕回轉(zhuǎn)帶動手爪繞相應(yīng)豎直軸轉(zhuǎn)動調(diào)整，在相應(yīng)傳感器1110全部觸發(fā)完成時刻，姿態(tài)定位完成。
[0047]以拆垛操作為例，其抓取動作步驟為:手爪通過碼垛機器人小臂的帶動，由待抓箱體上方向下趨近待抓取箱體(或其他對象)的放置位置；通過定位傳感器組件11-16(見圖1)確定待抓取箱體姿態(tài)，手爪頂板2上的三個定位傳感器組件11、12、13中的觸頭1107將與箱體上表面接觸，推動定位傳感器組件中的滑桿1101向上縮回，直到布置于頂板2上的全部傳感器組件中的傳感器1110觸發(fā)后，手爪向下的運動停止；在上述過程中，同時手爪的兩個側(cè)板裝置5和6趨近相應(yīng)的待抓取箱體側(cè)面，相應(yīng)定位傳感器組件中的傳感器1110完全觸發(fā)后，側(cè)向趨近定位完成，至此，下插裝置3和4的下插板305正好位于箱體間縫隙正上方；在手爪向下趨近待抓取箱體時，側(cè)板裝置5和6的下側(cè)板515通過保護帽514的下沿與箱體放置面接觸后，產(chǎn)生接觸推力，使下側(cè)板515帶著側(cè)插裝置5和6向上滑動縮回，達到縮回距離設(shè)定要求(滑動縮回距離根據(jù)箱體高度及復(fù)位后側(cè)插板914的工作面(未標(biāo)出)稍微低于待抓箱體底面坐在平面為調(diào)整依據(jù))時(此時亦為頂板2上全部傳感器組件11-13中的傳感器1110被觸發(fā)完成時刻)，下插板305向下插入到位，側(cè)向壓緊裝置7和8的壓緊板704前伸，壓緊相應(yīng)側(cè)面，壓緊到位后與下插板305共同將箱體夾緊，吸盤18動作，吸住箱體(對象)的上表面，此后手爪帶動被抓取箱體抬起，側(cè)板裝置上的下側(cè)板帶著底部側(cè)插裝置在重力和彈簧恢復(fù)彈カ的共同作用下復(fù)位，復(fù)位完成時，側(cè)插裝置9和10的側(cè)插板914工作面(未示出)正好稍低于箱體的底面，從而使側(cè)插板914順利插入箱體底面，將箱體托住，至此完成了抓取過程。
【權(quán)利要求】
1.一種用于對象的碼垛一拆垛的機器人手爪，其特征在于包括: 吸盤(18)，用于吸住對象的上表面； 頂板(2)，其作為所述機器人手爪的其他部分的安裝基礎(chǔ)； 一對下插裝置(3、4)，其分別帶有下插板，用于以下插板向下沿切向插入對象的兩個相鄰側(cè)面和/或垛中的對象與鄰接對象之間的兩條縫隙內(nèi)，為完成對象的抓取創(chuàng)造夾緊條件； 一對側(cè)板裝置(5、6)，它們分別與頂板(2)安裝連接，并分別與所述一對下插裝置(3、4)的安裝位置相面對； 一對側(cè)向壓緊裝置(7、8)，它們分別固定安裝于所述一對側(cè)板裝置(5、6)上，并各包括一個可伸出的壓緊板(705)，所述壓緊板(705)的工作面與相應(yīng)的下插裝置(3、4)的向下插入到位的下插板的工作面相面對，用于共同夾緊對象上彼此背對的兩個側(cè)面； 一對底部側(cè)插裝置(9、10)，它們各具有一個側(cè)插板(914)，并分別被固定安裝于所述一對側(cè)板裝置(5、6)上的可伸縮下側(cè)板(515)之上，用于避免所述對象的放置面對所述側(cè)插裝置(9、10)產(chǎn)生干涉，從而避免該干涉使底部側(cè)插裝置的側(cè)插板(914)無法插入對象底部。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的機器人手爪，其特征在于進一步包括: 法蘭盤(I )，其為所述機器人手爪與碼垛機器人小臂上的腕部的連接接口 ； 第一至第六定位傳感器組件(11 - 16)，用于確定所述對象在抓起前的放置姿態(tài)。`
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的機器人手爪，其特征在于: 所述一對下插裝置(3、4 )的結(jié)構(gòu)彼此相同，且每一個所述下插裝置(3或4 )包括:一個第一氣缸(310)，其被安裝于一個第一支架(303)上，且其包括一個第一活塞桿(306)； 兩根第一導(dǎo)向桿(301、314)； 共同支承所述兩根第一導(dǎo)向桿(301、314)的兩個第一直線軸承座(307、312)； 安裝在所述兩個第一直線軸承座(307、312)上的兩兩一組的兩組第一直線軸承(308、313),用于導(dǎo)向支撐所述兩根第一導(dǎo)向桿(301、314)； 所述下插板(305)，其被固定安裝于所述第一活塞桿(306)的下端及所述兩根第一導(dǎo)向桿(301、314)的下端； 安裝于第一氣缸(310)上的位置傳感器(309、311)； 其中，所述下插裝置(3、4)的下插板(305)向下沿切向插入待抓取的對象的兩個相鄰側(cè)面和/或在垛形中的目標(biāo)對象與鄰接對象之間的兩條縫隙內(nèi)，為進一步完成抓取對象創(chuàng)造夾緊條件； 所述下插板(305)的動作包括:下插板(305)在第一氣缸(310)驅(qū)動下向下切向插入對象兩側(cè)的縫隙內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的機器人手爪，其特征在于: 下插板(305)向下切向插入對象兩側(cè)的縫隙內(nèi)的插入深度取決于下插板(305)的長度及安裝于第一氣缸(310)之上的所述兩個位置傳感器(309、311)的安裝位置， 所述頂板(2 )為四方形頂板，且 所述一對下插裝置(3、4)通過第一支架(303)分別被豎直安裝于頂板(2)的上表面任一個角的兩條相鄰邊居中位置。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2的機器人手爪，其特征在于: 所述一對側(cè)板裝置(5、6)的結(jié)構(gòu)彼此相同， 所述一對側(cè)板裝置(5、6)與頂板(2)連接，分別與所述一對下插裝置(3、4)的安裝位置相面對； 所述一對側(cè)板裝置(5、6)安裝位置可沿各自的上側(cè)板(501)板面的法線方向調(diào)節(jié)以適應(yīng)不同大小尺寸的對象； 所述一對側(cè)板裝置中的每一個都包括: 一對第二導(dǎo)向桿(505、523)； 固定于頂板(2)上的上側(cè)板501 ； 一對導(dǎo)向桿定位套(502、526),用于分別在所述一對第二導(dǎo)向桿(505、523)上進行定位； 一個下側(cè)板(515)，其可沿所述第二導(dǎo)向桿(505、523)的軸向方向相對于所述上側(cè)板(501)滑動，該滑動的距離可由導(dǎo)向桿定位套(502、526 )在第二導(dǎo)向桿(505、523 )上的不同安裝位置進行調(diào)整； 導(dǎo)向桿座(509、511、516、518)及圓柱銷(510、512、517、519)，用于把所述下側(cè)板(515)固定安裝于第二導(dǎo)向桿(505、523)上； 固定安裝于上側(cè)板(501)上的第二直線軸承座(503、507、521、525)； 分別安裝于該第二直線軸承座(503、507、521、525)上的第二直線軸承(504、506、522、524)，其與所述第二導(dǎo)向桿(505、523)構(gòu)成相應(yīng)的直線滑動副； 在導(dǎo)向桿座(509、518)與相應(yīng)的第二直線軸承座(507、521)之間沿相應(yīng)導(dǎo)向桿軸線方向分別安裝的第一彈簧(508、520)， 其中，在下側(cè)板(515)不受對象的放置面的向上的接觸推力的情況下，該所述第一彈簧(508,520)使上、下側(cè)板(501、515)保持在彼此分離狀態(tài)，即下側(cè)板(515)向下復(fù)位的狀態(tài)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的機器人手爪，其特征在于: 在第二導(dǎo)向桿(505、523)的上半部分以孔軸線相互十字交錯方式預(yù)設(shè)了若干個導(dǎo)向定位套安裝孔(528)，導(dǎo)向定位套(502、526)與第二導(dǎo)向桿(505、523)通過鉸制孔用螺栓及螺母(527)配合連接和固定； 在下側(cè)板(515)上裝有兩只保護帽(513、514)，用于在進行抓取或放置操作時，在下側(cè)板的最下沿將與對象的放置面產(chǎn)生接觸的情況下，避免所述放置面被手爪劃破或劃傷。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2的機器人手爪，其特征在于所述一對側(cè)向壓緊裝置(7、8)的構(gòu)造彼此相同，并分別包括: 一對第二氣缸安裝支架(702和712); 一個第二支架(701)； 一對第三導(dǎo)向桿(713、714)； 通過第二氣缸安裝支架(702和712)安裝于所述第二支架(701)上的第二氣缸(709)，其具有第二活塞桿(707)； 安裝于第二活塞桿(707)和第三導(dǎo) 向桿(713、714)的前端的壓緊板(705)，其端面上帶有用于增大摩擦的溝紋(704)；兩個第三直線軸承座(703和715)； 兩兩一組的兩組第三直線軸承(706、711)，其分別安裝在第三直線軸承座(703、715)上； 用于確定壓緊板(705)的伸出距離的位置傳感器(708、710)； 其中， 側(cè)向壓緊裝置(7、8)伸出的壓緊板(705)的工作面與對應(yīng)的下插裝置(4、5)向下插入到位的下插板工作面相面對，共同夾緊相應(yīng)對象上彼此背對的兩個側(cè)面，從而，當(dāng)所述機器人手爪向上抬起時，待抓取對象被抓起。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2的機器人手爪，其特征在于 所述一對底部側(cè)插裝置(9、10)的結(jié)構(gòu)彼此相同，并包括: 一對第三氣缸安裝支架901和905 ； 一個第三支架902 ； 一對第四導(dǎo)向桿903和904 ； 各通過相應(yīng)的一個第三支架(902)固定安裝于相應(yīng)側(cè)板裝置(5、6)的下側(cè)板上，并可隨下側(cè)板一起上下滑動， 所述滑動用于且能夠避免待抓對象的放置面對下插裝置的機械結(jié)構(gòu)產(chǎn)生干涉。`
9.根據(jù)權(quán)利要求2的機器人手爪，其特征在于所述第一至第六定位傳感器組件(11-16)的結(jié)構(gòu)彼此相同，且各自包括: 傳感器安裝支架(I 109)； 分別安裝在傳感器安裝支架(1109 )上的傳感器(1110); 滑動觸桿1101 ； 觸塊1102 ； 調(diào)整螺母1103 ； 一對第四直線軸承(1104、1105)； 第二彈簧(I 108)； 調(diào)整螺母1106 ； 觸頭(1107)， 傳感器滑輪(1111) 其中 第一至第三定位傳感器組件(11、12、13)被安裝于頂板(2)上，通過調(diào)整螺母1103使其每個的觸頭(1107)的幾何中心在同一個平面內(nèi)，該平面與頂板(2)所在平面平行； 第四和第五定位傳感器組件(14、15)被安裝于側(cè)板裝置之一(6)的上側(cè)板之上，通過調(diào)整螺母1103使它們的觸頭(1107)的幾何中心的連線與相應(yīng)的上側(cè)板平面平行； 第六定位傳感器組件(16)被安裝于側(cè)板裝置之另一個(5)的上側(cè)板(501)上，其觸頭1107伸出距離通過調(diào)整螺母1103進行調(diào)整； 當(dāng)待抓取的對象的表面在法向上與觸頭(1107)運動接觸時，滑動觸桿(1101)在接觸力的作用下縮回，從而帶動觸塊(1102)運動，使傳感器滑輪(1111)沿與其相切接觸的觸塊(1102)的表面上滑動，并在該滑動達到一定距離后觸發(fā)相應(yīng)的傳感器(1110)； 利用上述第一至第六定位傳感器組件(11 - 16)的六個觸頭(1107)的空間位置，運用確定物體在空間位置的“六點定位”原理，確定待抓取對象被抓起前的放置姿態(tài)，通過確定待抓取對象的姿態(tài)，完成兩個下插裝置的下插板的插入位置定位。
10.在對象的碼垛ー拆垛中用根據(jù)權(quán)利要求9所述的機器人手爪確定被抓取的對象被抓取前的放置姿態(tài)的方法，其特征在于包括: A)在所述手爪由碼垛機械手帶動完成對待抓取對象的基本定位后，在無停頓的情況下繼續(xù)由待抓取對象上方向下趨近， B)當(dāng)所述第一至第三傳感器組件(11、12、13)的傳感器(1110)全部被觸發(fā)時，使所述手爪的向下趨近運動停止，從而完成待抓對象上表面的定位； C)在待抓取對象上表面定位的同時，所述手爪的兩個側(cè)板裝置(5和6)趨近于相対的對象側(cè)面，在此趨近過程中通過碼垛機器人的法蘭盤(I)的回轉(zhuǎn)帶動所述手爪繞相應(yīng)豎直軸轉(zhuǎn)動以進行相應(yīng)調(diào)整，在所述第四至第六傳感器組件(14、15、16)的相應(yīng)傳感器1110全部被觸發(fā)時，姿態(tài)定位完成。
11.用根據(jù)權(quán)利要求9所述的機器人手爪進行對象的碼垛的拆垛操作的方法，其特征在于包括: J)通過碼垛機器人小臂的帶動，使所述手爪由待拆垛的對象上方向下趨近待抓取對象的放置位置； K)通過第一至第六定位傳感器組件(11-16)確定待抓取對象的姿態(tài)，其中頂板(2)上的三個定位傳感器組件(11、12、13)中的觸頭1107與對象上表面接觸，推動定位傳感器組件(11、12、13)中的滑桿1101向上縮回，直到布置于頂板(2)上的第一至第三傳感器組件中的傳感器(1110)都被觸發(fā)后，手爪向下的運動停止； L)與步驟K)同時地，使手爪的兩個側(cè)板裝置(5和6)趨近相應(yīng)的待抓取對象的相應(yīng)側(cè)面，在第四至第六定位傳感器組件中的傳感器(1110)都被觸發(fā)時，完成側(cè)向趨近定位，此時，所述ー對下插裝置(3和4)的下插板(305)正好位于對象間縫隙正上方； M)在手爪向下趨近待抓取對象時，所述一對側(cè)板裝置(5和6)的下側(cè)板(515)與對象放置面接觸從而產(chǎn)生接觸推力，使下側(cè)板(515 )帶著所述ー對側(cè)插裝置(5和6 )向上滑動縮回，達到縮回距離的設(shè)定要求亦即第一至第三傳感器組件(11-13)中的全部傳感器(1110)都被觸發(fā)完成時，下插板(305)向下插入到位，所述ー對側(cè)向壓緊裝置(7和8)各自的壓緊板(704)前伸從而壓緊所述對象的相應(yīng)側(cè)面并在壓緊到位后與下插板(305)共同將對象夾紫， N)用吸盤(18)吸住對象的上表面； 0)用手爪帶動被抓取的對象抬起，所述側(cè)板裝置上的下側(cè)板帶著底部側(cè)插裝置在重力和彈簧恢復(fù)彈カ的共同作用下復(fù)位， P)復(fù)位完成時，所述側(cè)插裝置(9和10)的側(cè)插板(914)的工作面正好稍低于對象的底面，從而使側(cè)插板(914)插入對象底面，將對象托住，至此完成抓取過程。
【文檔編號】B25J15/00GK103552849SQ201310522904
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年10月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月29日
【發(fā)明者】贠超, 張進, 王偉, 王剛, 趙興 申請人:北京航空航天大學(xué)