CN110576442B - 一种降低机器人示教难度的托盘抓取装置及其操作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种降低机器人示教难度的托盘抓取装置及其操作方法，由安装在机械手末端的零件以及安装在托盘端的零件组成。机械手末端安装有机械手端定位轴、楔形支撑块等零件，托盘端安装有托盘端定位块、楔形调节块等零件，二者通过机械手端定位轴与托盘端定位块的锥面配合以及楔形支撑块与楔形调节块的斜面配合实现夹紧定位，这种装置配合相应的操作方法，可在很小空间内实现对托盘的取放。这种装置结构简单、示教方便、节省空间、稳定可靠。

Description

一种降低机器人示教难度的托盘抓取装置及其操作方法

技术领域

本发明属于智能机器人技术领域，具体涉及一种降低机器人示教难度的托盘抓取装置及其操作方法。

背景技术

传统的CNC加工自动化的模式是机械手直接抓取工件至机床内进行加工，这种模式针对不同类型的工件则需要更换不同的机械手末端执行元件，如磁力吸盘、气爪等，且每次更换零件都需要重新示教机械手的运行点位，因此这种模式的柔性较低。为了解决这种问题，现多采用机械手抓取标准托盘的方式，每次更换加工工件时，只需要更换标准托盘上的工件治具即可，因此示教点位以及机械手末端的抓取装置均无需更换。同时，标准托盘与机床工作台之间可通过标准的接口进行快速交换，而机械手与托盘之间也可通过另一套标准接口进行快换交换，这些标准接口将大大提高托盘的周转效率，缩短非加工时间。因此设计一种结构简单、示教便捷、安全可靠的托盘抓取装置具有重要意义。

现有的托盘抓取方式有快换握爪、料叉等。快换握爪由安装在机械手末端的握爪主盘以及安装在托盘侧的握爪工具盘两部分组成，抓取时，主盘***到工具盘中，然后通过气压或弹簧弹力等作用将二者锁紧；脱开时，通过气压等方式让两者松开，然后机械手带动主盘退出。料叉是通过自身结构实现对托盘的限位，然后利用机械手将托盘进行抓取。

快换握爪具有如下缺点：

1、握爪的设计容差一般较小，示教点位要求高，示教难度大；

2、握爪的夹紧与松开一般需要气压等动力源，且为了可靠夹紧与松开，对气压的大小及稳定性要求也较高，因此提高了对现场相关条件的要求；

3、握爪结构复杂，加工麻烦且维护不便。

料叉具有如下缺点；

1、托盘在料叉上一般未被完全限位，机械手运行过程中，托盘位置可能移动；

2、受料叉本身结构特点的影响，料叉在伸入及退出托盘时，需要为其预留足够的运动空间，否则可能造成干涉，因此加大了对整体结构的尺寸要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种降低机器人示教难度的托盘抓取装置及其操作方法，解决传统托盘抓取装置示教麻烦且占据空间较大的问题。

本发明采用以下技术方案：

一种降低机器人示教难度的托盘抓取装置，包括机械手端抓取装置和托盘端抓取装置，机械手端抓取装置包括圆锥面结构的机械手端定位轴，机械手端定位轴下端连接托盘端定位块，托盘端定位块为锥孔结构，用于和机械手端定位轴的圆锥面配合进行定位，在托盘端定位块的下方设置有楔形支撑块；托盘端抓取装置包括托盘，托盘下方设置有楔形调节块，楔形调节块与楔形支撑块通过斜面配合用于定位夹紧。

具体的，机械手端抓取装置包括机械手前臂，机械手前臂的一端与机械手连接，另一端通过固定架与机械手端定位轴连接，机械手端定位轴设置在固定架内。

进一步的，固定架包括与机械手前臂连接的上连接板，上连接板两端分别通过支撑柱连接下连接板，机械手端定位轴通过螺钉分别与上连接板和下连接板连接，楔形支撑块与下连接板连接。

更进一步的，下连接板上安装有用于检测有无抓取托盘的检测传感器。

更进一步的，两个支撑柱的内侧设置有气嘴安装座，气嘴安装座上设置有气嘴。

具体的，机械手端定位轴包括两端的圆锥段以及中间的圆柱段，圆锥段能够与托盘端定位块的锥孔配合，圆柱段用于机械手端定位轴从托盘端定位块的开口处运动至其锥孔内侧，机械手端定位轴与托盘端定位块上设置有锥面角度。

更进一步的，两端的圆锥段对称设置，锥面角度为81°～89°。

具体的，托盘端定位块与托盘连接，托盘下方设置有偏心调节块，偏心调节块设置在楔形调节块的一侧。

具体的，托盘端抓取装置还包括辅助支撑块，辅助支撑块分别与托盘以及托盘端定位块连接。

本发明的另一个技术方案是，一种降低机器人示教难度的托盘抓取装置的操作方法，包括以下步骤：

S1、调节楔形调节块与楔形支撑块配合位置，然后机械手带动末端的机械手端定位轴水平运动，使机械手端定位轴的圆柱段部分从托盘端定位块的开口处进入到圆柱段的轴线与托盘端定位块的锥孔轴线重合的位置；

S2、机械手带动末端的机械手端定位轴竖直向上运动，运动至机械手端定位轴的圆锥面与托盘端定位块的锥孔面刚好完全贴合的位置；机械手端抓取装置上设置的检测传感器对托盘端定位块的位置进行检测，确保抓取配合位置正确；机械手端定位轴与托盘端定位块之间实现定位夹紧，机械手继续竖直方向或水平方向的运动，实现机械手对托盘的搬运；

S3、机械手带动末端的机械手端定位轴竖直向下运动一段距离，使锥面配合与斜面配合全部脱开，并在竖直方向上使机械手端定位轴的圆柱段与托盘端定位块的开口处正对；然后机械手带动末端的机械手端定位轴水平运动，使机械手端定位轴的圆柱段从托盘端定位块的开口处完全退出，完成机械手与托盘脱离。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

本发明一种降低机器人示教难度的托盘抓取装置，通过锥面配合以及斜面配合的形式实现定位夹紧，其结构简单，稳定可靠，示教方便；此外这种抓取装置运动过程过程中所需的空间较小，能够减小运动过程中与其它装置产生干涉的风险。

进一步的，机械手端定位轴通过固定架与机械手前臂连接，二者为分体式结构，便于进行更换，且加工简单。

进一步的，安装在下连接板上的传感器能够检测机械手抓取装置上是否有托盘，防止机械手在未能正常抓取托盘的情况下仍运动等意外情况发生。

进一步的，安装在气嘴安装座上的气嘴可对机械手端定位轴的配合锥面以及检测传感器进行清洁，防止切屑等杂质对配合及检测产生影响。

进一步的，机械手端定位轴的圆锥结构，一方面可以实现定位功能，另一方面可以实现导向功能，降低示教难度，机械手端定位轴与托盘端定位块之间特定的锥面角度以及楔形支撑块与楔形调节块之间特定的斜面角度配合，使得二者之间形成机械自锁结构，确保托盘在运动过程中不会发生脱落。

进一步的，两端的圆锥段完全对称，一端锥面磨损后可更换为另一端继续使用。

进一步的，根据实际的生产需要，可在托盘上更换各种规格类型的工件，而无需重新示教点位，提高了***的柔性；通过旋转偏心调节块，可以对安装在托盘上的楔形调节块的前后位置进行调整，确保楔形调节块与楔形支撑块完全贴合，其可以补偿零件加工以及装配的误差，降低加工难度。

进一步的，辅助支撑块通过螺钉与托盘以及托盘端定位块连接，其可以提高整体结构的刚性。

本发明还公开了一种降低机器人示教难度的托盘抓取装置的操作方法，能够在很小的空间内实现对托盘的取放，能够充分利用现有空间，且不会产生干涉。

综上所述，本发明结构简单、加工方便且便于维护，采用纯机械结构，不需要外接其它动力装置；采用锥面导向配合的方式，大大降低了示教难度；结构尺寸以及动作所需的空间较小。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明托盘结构示意图；

图3为本发明斜面配合示意图；

图4为本发明偏心调节块调节示意图；

图5为本发明锥面配合示意图。

其中：1.机械手端定位轴；2.托盘端定位块；3.检测传感器；4.托盘；5.机械手前臂；6.上连接板；7.支撑柱；8.下连接板；9.楔形调节块；10.楔形支撑块；11.偏心调节块；12.辅助支撑块；13.气嘴安装座；14.气嘴。

具体实施方式

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“一侧”、“一端”、“一边”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明提供了一种降低机器人示教难度的托盘抓取装置，采用锥面配合以及斜面配合的结构形式实现定位夹紧，锥面导向定位结构降低示教难度，机械手端定位轴设计为上下对称形式，当一端锥面磨损严重时，可迅速更换为另一端锥面继续使用，便于后期维护；楔形调节块的前后位置调整采用转动偏心调节块的方式，相对于传统的顶螺钉的方式，这种形式节省空间且操作方便；安装有两个检测传感器，用于检测机械手末端是否有抓取托盘，且可防止单独一个传感器出现故障或检测异常的情况。

请参阅图1和图3，本发明一种降低机器人示教难度的托盘抓取装置，包括机械手端抓取装置和托盘端抓取装置，机械手端抓取装置包括圆锥面结构的机械手端定位轴1，托盘端抓取装置包括托盘端定位块2、楔形调节块9和楔形支撑块10，托盘端定位块2为锥孔结构，用于和机械手端定位轴1的圆锥面配合进行定位，楔形调节块9与楔形支撑块10斜面配合，机械手端定位轴1与托盘端定位块2的锥面角度为81°～89°，楔形调节块9与楔形支撑块10的斜面角度为80°～85°。

机械手端抓取装置包括机械手端定位轴1、检测传感器3、机械手前臂5、上连接板6、支撑柱7、下连接板8以及楔形支撑块10。

机械手端定位轴1通过螺钉与上连接板6以及下连接板8连接，两侧安装有支撑柱7，下连接板8上安装有用于检测有无抓取托盘的检测传感器3，上连接板6通过机械手前臂5与机械手连接。

气嘴安装座13固定在支撑柱7，气嘴14安装在气嘴安装座13。

请参阅图1和图5，楔形支撑块10通过螺钉与下连接板8连接。机械手端定位轴1由两端的圆锥段以及中间的圆柱段共同组成，一端的圆锥段与托盘端定位块2的锥孔配合，两端的圆锥段完全对称，一端锥面磨损后可更换为另一端继续使用，圆柱段用于机械手端定位轴1从托盘端定位块2的开口处运动至其锥孔内侧。

请参阅图2，托盘端抓取装置包括托盘端定位块2、托盘4、楔形调节块9、偏心调节块11以及辅助支撑块12。

托盘端定位块2通过螺钉以及定位销与托盘4连接，楔形调节块9、偏心调节块11以及辅助支撑块12分别通过螺钉与托盘4连接。

请参阅图4，楔形调节块9和偏心调节块11分别通过螺钉与托盘4连接，通过螺钉与托盘4连接，通过转动它可以调节楔形调节块9的前后位置，保证楔形调节块9与楔形支撑块10完全贴合，偏心调节块11的结构为偏心形式，辅助支撑块12通过螺钉与托盘4以及托盘端定位块2连接。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中的描述和所示的本发明实施例的组件可以通过各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

动作过程：

机械手抓取时，首先机械手带动末端的机械手端定位轴1水平运动，使机械手端定位轴1的圆柱段部分从托盘端定位块2的开口处进入到圆柱段的轴线与托盘端定位块2的锥孔轴线重合的位置；

然后机械手带动末端的机械手端定位轴1竖直向上运动，运动至机械手端定位轴1的圆锥面与托盘端定位块2的锥孔面刚好完全贴合的位置(前期已经通过调整偏心调节块11，保证此位置时楔形调节块9与楔形支撑块10也处于刚好完全贴合的位置)；

然后检测传感器3对托盘端定位块2的位置进行检测，确保抓取配合位置正确；

此时机械手端定位轴1与托盘端定位块2之间实现定位夹紧，机械手继续竖直方向或水平方向的运动，即实现了机械手对托盘的搬运。

机械手退出时，首先机械手带动末端的机械手端定位轴1竖直向下运动一段距离，使锥面配合与斜面配合全部脱开，并在竖直方向上使机械手端定位轴1的圆柱段与托盘端定位块2的开口处正对；

然后机械手带动末端的机械手端定位轴1水平运动，使机械手端定位轴1的圆柱段从托盘端定位块2的开口处完全退出，此时即完成了机械手与托盘的脱离动作。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种抓取装置的操作方法，其特征在于，抓取装置包括机械手端抓取装置和托盘端抓取装置，机械手端抓取装置包括圆锥面结构的机械手端定位轴(1)和机械手前臂(5)，机械手端定位轴(1)包括两端的圆锥段以及中间的圆柱段，两端的圆锥段对称设置，锥面角度为81°～89°，圆锥段能够与托盘端定位块(2)的锥孔配合，圆柱段用于机械手端定位轴(1)从托盘端定位块(2)的开口处运动至其锥孔内侧，机械手端定位轴(1)与托盘端定位块(2)上设置有锥面角度，机械手前臂(5)的一端与机械手连接，另一端通过固定架与机械手端定位轴(1)连接，机械手端定位轴(1)设置在固定架内，固定架包括与机械手前臂(5)连接的上连接板(6)，上连接板(6)两端分别通过支撑柱(7)连接下连接板(8)，下连接板(8)上安装有用于检测有无抓取托盘的检测传感器(3)，两个支撑柱(7)的内侧设置有气嘴安装座(13)，气嘴安装座(13)上设置有气嘴(14)，机械手端定位轴(1)通过螺钉分别与上连接板(6)和下连接板(8)连接，楔形支撑块(10)与下连接板(8)连接，机械手端定位轴(1)下端连接托盘端定位块(2)，托盘端定位块(2)为锥孔结构，用于和机械手端定位轴(1)的圆锥面配合进行定位，在托盘端定位块(2)的下方设置有楔形支撑块(10)；托盘端抓取装置包括托盘(4)和辅助支撑块(12)，托盘(4)下方设置有楔形调节块(9)，楔形调节块(9)与机械手端定位轴(1)下方设置的楔形支撑块(10)通过斜面配合用于定位夹紧，辅助支撑块(12)分别与托盘(4)以及托盘端定位块(2)连接；托盘端定位块(2)与托盘(4)连接，托盘(4)下方设置有偏心调节块(11)，偏心调节块(11)设置在楔形调节块(9)的一侧；

包括以下步骤：

S1、调节楔形调节块与楔形支撑块配合位置，然后机械手带动末端的机械手端定位轴水平运动，使机械手端定位轴的圆柱段部分从托盘端定位块的开口处进入到圆柱段的轴线与托盘端定位块的锥孔轴线重合的位置；

S2、机械手带动末端的机械手端定位轴竖直向上运动，运动至机械手端定位轴的圆锥面与托盘端定位块的锥孔面刚好完全贴合的位置；机械手端抓取装置上设置的检测传感器对托盘端定位块的位置进行检测，确保抓取配合位置正确；机械手端定位轴与托盘端定位块之间实现定位夹紧，机械手继续竖直方向或水平方向的运动，实现机械手对托盘的搬运；

S3、机械手带动末端的机械手端定位轴竖直向下运动一段距离，使锥面配合与斜面配合全部脱开，并在竖直方向上使机械手端定位轴的圆柱段与托盘端定位块的开口处正对；然后机械手带动末端的机械手端定位轴水平运动，使机械手端定位轴的圆柱段从托盘端定位块的开口处完全退出，完成机械手与托盘脱离。

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