CN109877857B - 一种气动的鸡蛋防碎抓取手爪及其抓取方法 - Google Patents
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Abstract
一种气动的鸡蛋防碎抓取手爪及其抓取方法，采用圆柱形中空的抓取手爪，空腔的入口边缘处设有缓冲垫圈，抓取手爪的尾端外接真空负压源，抓取手爪通过真空连接管路连接蛋液收集盒，蛋液收集盒能够在负压作用下将破碎的鸡蛋吸入并使蛋液与空气分离，蛋液滞留在蛋液收集盒当中，空气进入真空负压源；所述的抓取手爪安装在支架板上，支架板与蛋液收集盒的一侧固定，蛋液收集盒的另一侧连接机械臂；所述的支架板上安装光电传感器，通过光电传感器检测鸡蛋位置。本发明针对鸡蛋自动化雕刻时存在的装夹过程中易碎、无定位面、刚性定位比较困难等问题，实现了鸡蛋的自动化抓取、搬运和装夹，运行可靠稳定。
Description
技术领域
本发明涉及一种鸡蛋抓取手爪，具体涉及一种气动的鸡蛋防碎抓取手爪及其抓取方法。
背景技术
鸡蛋的抓取在工业自动化中应用较多，各种类型的鸡蛋抓取方案各有优势。鸡蛋由于其易碎、形状为近似椭圆形、鸡蛋个体之间存在大小不一、蛋壳薄厚不同的特点，因而在抓取和搬运上不太好夹持和定位，用力过大会导致夹碎，用力过小会掉落。
大型禽类养殖厂现有的成熟抓取方案是使用托盘装鸡蛋，然后采用抓取托盘这种间接抓取的方式。还有一种使用通用真空吸盘的方式抓取鸡蛋，而且可以扩展为一组的形式，一次可以抓取多个鸡蛋，如专利《一种用于鸡蛋生产线上的鸡蛋上下料装置》(CN102616565A)。还有一种可以防碎的鸡蛋抓取装置，参见《一种防碎捡蛋抓手装置》(CN104044154A)，设计上也可以防碎，但是无法准确定位，鸡蛋在搬运过程中处于限定范围的自由姿态。
在以上现有技术中，专利《一种用于鸡蛋生产线上的鸡蛋上下料装置》中使用风琴式吸盘抓取，为了更好的与鸡蛋贴合，风琴式吸盘的材质是软橡胶，在加减速移动中鸡蛋会晃动，有掉落的风险；鸡蛋万一掉落没有对应处理措施，只能人工清理；当不是处于竖直下方时，手爪橡胶会随重力倾斜，不能准确夹持定位。并且鸡蛋吸碎后，对真空发生***没有保护措施，一旦鸡蛋吸碎，很可能由于蛋液堵塞，***不能正常工作，需要停机维护。没有检测装置，在一组吸盘工作时如果有个别的空位置，真空吸盘整体可能会失压而不能正常工作。
而另一专利《一种防碎捡蛋抓手装置》采用的抓取方式比较特殊，是通过弧形爪从鸡蛋的底部进行托举，本质上是举升外加围挡的方法，手爪不对鸡蛋进行挤压，因而完全避免了鸡蛋被夹碎的问题。但是这种方式对鸡蛋没有准确的定位，由于采用举升加围挡的方式，为了满足不同大小的鸡蛋，手爪的内部空间较大，鸡蛋可以在手爪的内部滚动，在移动过程中加减速时鸡蛋的位置会有变化。由于没有准确定位，鸡蛋放置时的姿态也是随机的，没法进行准确的上下料装夹，且每次鸡蛋的放置姿态不统一，无法实现自动化作业。此外，这种鸡蛋料仓的设计较难，手爪需要从鸡蛋底部抓取，鸡蛋料仓料位在设计上需要避让鸡蛋底部，减小与鸡蛋的接触面。最后，手爪不具备检测功能，不能判断夹具上是否有料。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术中的问题，提供一种气动的鸡蛋防碎抓取手爪及其抓取方法，能够实现鸡蛋的自动化精确抓取、搬运和装夹，鸡蛋破碎后能够进行收集清理。
为了实现上述目的，本发明气动的鸡蛋防碎抓取手爪，包括圆柱形中空的抓取手爪，其空腔的入口边缘处设有缓冲垫圈，抓取手爪的尾端外接真空负压源，调节负压的大小能够调整抓取手爪对鸡蛋的吸附力；抓取手爪通过真空连接管路连接蛋液收集盒，蛋液收集盒能够在负压作用下将破碎的鸡蛋吸入并使蛋液与空气分离，蛋液滞留在蛋液收集盒当中，空气进入真空负压源；所述的抓取手爪安装在支架板上，支架板与蛋液收集盒的一侧固定，蛋液收集盒的另一侧连接机械臂；所述的支架板上安装光电传感器，光电传感器检测鸡蛋的位置。
所述的机械臂通过法兰盘与手爪连接杆的一端相连，手爪连接杆的另一端设置手爪安装底板以及管线支架，所述蛋液收集盒的一侧外壁固定在手爪安装底板上。
所述的蛋液收集盒在壳体上开设有液位视窗并密封安装有液位镜。
所述的抓取手爪在与支架板连接的部分沿轴向设置有缓冲弹簧。
所述的蛋液收集盒设置在真空负压源与抓取手爪之间，蛋液收集盒内部设有迷宫型结构。
抓取手爪的入口处设置有蛋液吸入口与真空接入口，且蛋液吸入口和真空接入口之间设置一块挡板，形成U型回路，进一步防止蛋液被吸入真空发生器。
所述的蛋液收集盒分别在顶部和底部开口并在开口上连接一条自循环管路，顶部开口能接入压缩空气。缓冲垫圈采用橡胶制成的O型圈，抓取手爪吸附鸡蛋之后形成密封。
本发明鸡蛋防碎抓取手爪的抓取方法，包括以下步骤：
1)将手爪连接杆与机械臂的末端连接，将蛋液收集盒上的直通快插接头接入真空发生器的输出口，将光电传感器连接到机械臂的信号采集端口；
2)将抓取手爪移动到鸡蛋托盘的上方，调试好位置，鸡蛋抓取手爪从鸡蛋上方向下运动靠近鸡蛋准备抓取，在缓冲弹簧的预压力作用下，使抓取手爪上的缓冲垫圈与鸡蛋紧密贴合，在抓取手爪的内部形成密封空腔；缓冲弹簧补偿鸡蛋由于个体大小差异引起的位置偏差；
3)待鸡蛋与抓取手爪在缓冲弹簧的预压力下充分接触后，真空发生器开始工作，抓取手爪的内部空腔形成负压，抓取手爪吸附住鸡蛋；
4)抓取手爪抓取鸡蛋移动到治具的位置，使光电传感器对准治具工位发出红外线信号，根据返回的光信号数据，检测治具上是否已经有鸡蛋；如果治具为空，抓取手爪吸住鸡蛋顶部将鸡蛋竖直放入治具中；由于治具与抓取手爪之间的距离为确定值，大小不同的鸡蛋产生的位置误差由缓冲弹簧在活动范围内来进行补偿；当鸡蛋放置到位后，真空发生器释放负压，使抓取手爪松开鸡蛋，然后由治具产生真空，吸紧鸡蛋，抓取手爪离开。
优选的，当鸡蛋意外被抓取手爪吸碎时，蛋液被抓取手爪吸入，依次经过手爪盖帽、真空连接管路进入到蛋液收集盒，蛋液在重力作用下直接流到蛋液收集盒的底部，空气从蛋液收集盒的顶部吸出到达真空发生器；通过蛋液收集盒上的液位镜观察判断蛋液收集盒是否已满；当蛋液收集盒已满时，停机清理蛋液收集盒，拔出自循环管路的顶部接头引到废液箱，当蛋液收集盒内的蛋液排完，在其顶部开口处接入压缩空气，对蛋液收集盒的内部进行冲洗，清理干净残余的蛋液；最后将自循环管路重新接回。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：采用圆柱形中空的抓取手爪，抓取手爪尾端设计有螺纹孔，外接真空负压源。真空源采用普通压缩气体驱动的真空发生器来提供，一般在自动化应用场合，真空发生器直接接入0.6MPa压缩空气即可产生真空负压，负压的大小决定着手爪对鸡蛋的吸附力，需要调节到合适的数据。在抓取手爪空腔的入口边缘处设置缓冲垫圈，开口大小经过实际测量统计分析后匹配鸡蛋高度1/3处的最大轮廓线，保证缓冲垫圈与鸡蛋紧密充分接触，圆弧面可以避免抓取手爪与鸡蛋的硬接触。抓取手爪通过真空连接管路连接蛋液收集盒，在个别鸡蛋异常碎裂时，蛋液收集盒能够在负压作用下将破碎的鸡蛋吸入并使蛋液与空气分离，***可以继续工作，不影响整体运行，当机械臂空闲时再对蛋液收集盒内的蛋液进行统一处理，这种容错机制能够保证连续性，提高效率。本发明设置了光电传感器，一方面能够检测治具装夹位是否有鸡蛋，防止重复上料，造成鸡蛋挤碎，另一方面也能够检测料仓料位上是否有鸡蛋，避免空抓取动作引起真空压力异常的报警。
进一步的，本发明抓取手爪沿轴向设置有缓冲弹簧，由于鸡蛋个体之间大小存在差异，同一位置可能有些鸡蛋刚好到达治具的装夹位，有些鸡蛋还没有接触到装夹位，另有些鸡蛋会超过装夹位发生挤碎状况，轴向设置的弹簧缓冲能够补偿鸡蛋由于个体大小差异引起的位置偏差，防止鸡蛋被挤碎。同时缓冲弹簧在鸡蛋的抓取和放置时，在抓取手爪吸紧和松开的状态切换中对鸡蛋有一个预压力，能够使鸡蛋和手爪上的密封圈、鸡蛋和治具上的密封圈有更充分的接触，防止间隙过大导致吸空、吸不紧。缓冲弹簧选用刚性小、压缩量大的弹簧；保证在缓冲区间内，弹簧力的大小基本保持不变，对不同大小的鸡蛋，弹簧预压力一致。
附图说明
图1本发明整体装置的第一视角结构示意图；
图2本发明整体装置的第二视角结构示意图；
图3本发明整体装置的剖视图；
图4本发明抓取手爪的剖视图；
附图中：1-手爪安装底板；2-手爪连接杆；3-管线支架；4-自循环管路；5-直角快接插头；6-真空连接管路；7-直通快接插头；8-液位镜；9-蛋液收集盒；10-蛋液收集盒盖；11-手爪盖帽；12-抓取手爪；13-支架板；14-光电传感器；15-缓冲弹簧；16-缓冲垫圈。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。
参见图1-4，本发明的抓取手爪主要由鸡蛋抓取、蛋液收集、料位检测三组功能块组成。
其中，手爪安装底板1、手爪连接杆2和管线支架3装配组成鸡蛋抓取手爪的连接机构，用来连接六轴机器人和本发明的抓取手爪；蛋液收集盒9、蛋液收集盒盖10以及液位镜8装配组成蛋液收集盒组件，其中蛋液收集盒9和蛋液收集盒盖10安装面需要涂密封胶，保证盒体的腔体密封性；抓取手爪12、支架板13、光电传感器14、缓冲弹簧15、缓冲垫圈16和手爪盖帽11组成带检测功能的鸡蛋抓取手爪；自循环管路4通过直角快插接头5安装到蛋液收集盒9上。真空连接管路6通过直角快插接头5将抓取手爪12和蛋液收集盒9连接起来，真空发生器过来的真空输入管路通过直通快插接头7连接到蛋液收集盒。
本发明的鸡蛋抓取手爪有以下几方面的功能：
1、鸡蛋抓取功能；
抓取的主要工作原理及步骤如下所述：
1)首先将手爪连接杆2连接到机械臂末端；直通快插接头7处接入真空发生器的输出口，光电传感器接到机械手信号采集端口，就可以开始正常工作了。
2)将抓取手爪12移动到鸡蛋托盘上方，调试好位置，抓取手爪12从鸡蛋的上方向下运动靠近鸡蛋准备抓取，抓取手爪12的内部是空心的，用以产生真空负压来吸附鸡蛋。
抓取手爪12的内部空心入口处边缘有弧面，弧面上开有密封圈槽，装有缓冲垫圈16，在缓冲弹簧15的预压力作用下，使抓取手爪12上的缓冲垫圈16与鸡蛋紧密贴合，在抓取手爪12的内部形成密封空腔。抓取手爪12向下动作接触到鸡蛋后继续动作3mm左右，压紧鸡蛋，此时缓冲弹簧15开始压缩，防止鸡蛋被挤碎。缓冲弹簧15有10mm左右的缓冲距离，用来补偿由于鸡蛋大小不同引起的抓取手爪12伸出位置的不同。
3)待鸡蛋与抓取手爪12在弹簧预压力作用下充分接触后，真空发生器开始工作，抓取手爪12内部空腔形成一定真空度的负压。抓取手爪12即可吸附住鸡蛋。
4)抓取鸡蛋移动到治具的位置，使光电传感器14对准治具工位，检测治具上是否有鸡蛋。如果治具为空，抓取手爪12吸住鸡蛋顶部将鸡蛋竖直放入治具中，治具与抓取手爪12之间的距离为确定值，大小不同的鸡蛋的位置误差由缓冲弹簧15来补偿。放置到位后，真空发生器释放负压，抓取手爪12松开鸡蛋，然后治具产生真空，吸紧鸡蛋，抓取手爪12离开。
2、手爪上的鸡蛋异常破碎时的蛋液收集功能；
主要原理及工作过程如下所述：
原理是利用负压将蛋液吸入抓取手爪12内部，再进行气液分离和临时存储，以免影响正常的自动化节拍，具体功能实现如下：由于鸡蛋蛋壳过于薄，或者其他原因导致鸡蛋意外被抓取手爪12吸碎时，这时由于抓取手爪12的内部是负压，蛋液以及部分细小地蛋壳碎屑会被抓取手爪12吸入，经过手爪盖帽11、真空连接管路6进入到蛋液收集盒9，蛋液收集盒9与真空发生器的连接接头位于蛋液收集盒9的顶部，蛋液在重力的作用下直接流到蛋液收集盒9的底部，但是空气可以正常从蛋液收集盒9的顶部出去到达真空发生器。这样就实现了蛋液和空气的分离，防止鸡蛋液吸入真空发生器，造成元件损坏或者失效。蛋液收集盒9的左侧还有一个液位镜8，可以通过观察来判断收集盒是否已满，是否需要清理。
3、蛋液收集盒满后的清理：
如果蛋液收集盒9内的液位已满，则需要进行停机清理蛋液收集盒9，首先关闭抓取手爪12额真空接入口，切断蛋液收集盒9和真空发生器之间的连接，关闭调速阀接头，直接将调节螺母关闭即可；接着拆下自循环管路4与上端接头之间的连接，采用的是快插接头，直接手动拔掉即可，将自循环管路4拆下来的管口引到废液箱，注意废液箱高度应低于蛋液收集盒9，待蛋液收集盒9内的蛋液流完；然后在上端接头处接入压缩空气，对蛋液收集盒内部进行冲洗，清理残余的蛋液；最后将自循环管路4管口接回到上端接头，即可完成蛋液收集盒9的清理工作。打开真空接入口的调速阀，手爪恢复待工作状态。
4、治具料位检测功能：
主要原理利用光电传感器14来检测治具装夹位有没有鸡蛋，调节光电传感器14的检测距离，抓取手爪12到达检测位置，光电传感器14开始发出红外线信号，根据返回的光信号数据，光电传感器14就可以判断出装夹位有无鸡蛋，并给机械手控制器发送检测结果数据，机械手得到检测数据实现判断，防止重复上料，挤碎鸡蛋或者抓取手爪12与治具碰撞。
本发明针对鸡蛋自动化雕刻时存在的装夹过程中易碎、无定位面、刚性定位比较困难等问题，实现了鸡蛋的自动化抓取、搬运和装夹，运行可靠稳定，促进了产业升级。
Claims (9)
1.一种气动的鸡蛋防碎抓取手爪，其特征在于：包括圆柱形中空的抓取手爪(12)，其空腔的入口边缘处设有缓冲垫圈(16)，抓取手爪(12)的尾端外接真空负压源，调节负压的大小能够调整抓取手爪(12)对鸡蛋的吸附力；抓取手爪(12)通过真空连接管路(6)连接蛋液收集盒(9)，蛋液收集盒(9)能够在负压作用下将破碎的鸡蛋吸入并使蛋液与空气分离，蛋液滞留在蛋液收集盒(9)当中，空气进入真空负压源；所述的抓取手爪(12)安装在支架板(13)上，支架板(13)与蛋液收集盒(9)的一侧固定，蛋液收集盒(9)的另一侧连接机械臂；所述的支架板(13)上安装光电传感器(14)，光电传感器(14)检测鸡蛋的位置；所述的抓取手爪(12)在与支架板(13)连接的部分沿轴向设置有缓冲弹簧(15)。
2.根据权利要求1所述气动的鸡蛋防碎抓取手爪，其特征在于：所述的机械臂通过法兰盘与手爪连接杆(2)的一端相连，手爪连接杆(2)的另一端设置手爪安装底板(1)以及管线支架(3)，所述蛋液收集盒(9)的一侧外壁固定在手爪安装底板(1)上。
3.根据权利要求1所述气动的鸡蛋防碎抓取手爪，其特征在于：所述的蛋液收集盒(9)在壳体上开设有液位视窗并密封安装有液位镜(8)。
4.根据权利要求1所述气动的鸡蛋防碎抓取手爪，其特征在于：所述的蛋液收集盒(9)设置在真空负压源与抓取手爪(12)之间，蛋液收集盒(9)内部设有迷宫型结构。
5.根据权利要求1所述气动的鸡蛋防碎抓取手爪，其特征在于：抓取手爪(12)的入口处设置有蛋液吸入口与真空接入口，蛋液吸入口和真空接入口之间设置一块挡板。
6.根据权利要求1所述气动的鸡蛋防碎抓取手爪，其特征在于：所述的蛋液收集盒(9)分别在顶部和底部开口并在开口上连接一条自循环管路(4)，顶部开口能接入压缩空气。
7.根据权利要求1所述气动的鸡蛋防碎抓取手爪，其特征在于：所述的缓冲垫圈(16)采用橡胶制成的O型圈，抓取手爪(12)吸附鸡蛋之后形成密封。
8.一种权利要求1-7中任意一项所述气动的鸡蛋防碎抓取手爪的抓取方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将手爪连接杆(2)与机械臂的末端连接，将蛋液收集盒(9)上的直通快插接头(7)接入真空发生器的输出口，将光电传感器(14)连接到机械臂的信号采集端口；
2)将抓取手爪(12)移动到鸡蛋托盘的上方，调试好位置，鸡蛋抓取手爪从鸡蛋上方向下运动靠近鸡蛋准备抓取，在缓冲弹簧(15)的预压力作用下，使抓取手爪(12)上的缓冲垫圈(16)与鸡蛋紧密贴合，在抓取手爪(12)的内部形成密封空腔；
3)待鸡蛋与抓取手爪(12)在缓冲弹簧(15)的预压力下充分接触后，真空发生器开始工作，抓取手爪(12)的内部空腔形成负压，抓取手爪(12)吸附住鸡蛋；
4)抓取手爪(12)抓取鸡蛋移动到治具的位置，使光电传感器(14)对准治具工位，检测治具上是否已经有鸡蛋；如果治具为空，抓取手爪(12)吸住鸡蛋顶部将鸡蛋竖直放入治具中；治具与抓取手爪(12)之间的距离为确定值，大小不同的鸡蛋产生的位置误差由缓冲弹簧(15)在活动范围内来进行补偿；当鸡蛋放置到位后，真空发生器释放负压，使抓取手爪(12)松开鸡蛋，然后由治具产生真空，吸紧鸡蛋，抓取手爪(12)离开。
9.根据权利要求8所述的抓取方法，其特征在于：当鸡蛋意外被抓取手爪(12)吸碎时，蛋液被抓取手爪(12)吸入，依次经过手爪盖帽(11)、真空连接管路(6)进入到蛋液收集盒(9)，蛋液在重力作用下直接流到蛋液收集盒(9)的底部，空气从蛋液收集盒(9)的顶部吸出到达真空发生器；通过蛋液收集盒(9)上的液位镜(8)观察判断蛋液收集盒(9)是否已满；当蛋液收集盒(9)已满时，停机清理蛋液收集盒(9)，拔出自循环管路(4)的顶部接头引到废液箱，当蛋液收集盒(9)内的蛋液排完，在其顶部开口处接入压缩空气，对蛋液收集盒(9)的内部进行冲洗，清理干净残余的蛋液；最后将自循环管路(4)重新接回。
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