CN112894793A - 一种用于货物装卸的模块化组合型混合关节机械手 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于货物装卸的模块化组合型混合关节机械手，用于对输送线上待转运位置的货物进行转运，包括安装在机械臂移动小车上的机械臂、设于机械臂末端的手爪机构；机械臂移动小车由一对舵轮提供运行动力；机械臂自机械臂移动小车顶端起包括依次相联接的第一轴直线运动机构、第二轴旋转运动机构、第三轴旋转运动机构、第四轴旋转运动机构、第五轴直线运动机构，第一轴直线运动机构为电动缸，第五轴直线运动机构的导轨上设有能够竖向往复位移的滑块；手爪机构通过外部框架吊装在滑块上，在外部框架内设有用于吸取货物的真空吸具。本发明适用于集装箱、货车等集装化货物装卸场景，可与各类输送线快速组合，适应多种场景下的快速部署。

Description

一种用于货物装卸的模块化组合型混合关节机械手

技术领域

本发明涉及一种机械手，更具体地说是一种用于货物装卸的模块化组合型混合关节机械手。

背景技术

目前集装化货物装卸主要采用人工装卸，但是人工装卸效率低，成本高，不利于大规模集装化货物装卸，机器人装卸是装载作业技术发展趋势，但是目前适用于集装箱、货车等货物装卸的机器人还较少。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题。为此，本发明提出一种用于货物装卸的模块化组合型混合关节机械手，适用于集装箱、货车等集装化货物装卸场景。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种用于货物装卸的模块化组合型混合关节机械手，货物由拆垛机构拆垛后经具有整形功能的输送线整形后输送至输送线上的待转运位置，所述输送线安装在输送线移动小车上，通过所述输送线移动小车带动能够位移，其结构特点是：

所述模块化组合型混合关节机械手用于对输送线上待转运位置的货物进行转运，包括安装在机械臂移动小车上的机械臂、设于机械臂末端的手爪机构；

所述机械臂移动小车由底部一对独立驱动并采用差速驱动方式的舵轮提供运行动力，并配置有呈四角布置的四个万向轮共同构成六点支撑，在顶端安装机械臂；

所述机械臂自机械臂移动小车顶端起包括依次相联接的第一轴直线运动机构、第二轴旋转运动机构、第三轴旋转运动机构、第四轴旋转运动机构、第五轴直线运动机构，所述第一轴直线运动机构为电动缸，安装在机械臂移动小车的顶端，丝杆朝上，于杆端安装所述第二轴旋转运动机构并形成同步竖向位移构件，所述第二轴旋转运动机构上设有由第二驱动装置驱动能够于水平面作360°回转运动的第二水平摆臂，所述第三轴旋转运动机构安装在第二水平摆臂的臂端，设有由第三驱动装置驱动能够于水平面作回转运动的第三水平摆臂，所述第四轴旋转运动机构安装在第三水平摆臂的臂端，设有由第四驱动装置驱动能够于水平面作回转运动的第四水平摆臂，所述第五轴直线运动机构通过导轨安装架悬吊于第四水平摆臂的臂端，包括第五驱动装置以及由第五驱动装置驱动能够沿导轨安装架上的导轨竖向往复位移的滑块；

所述手爪机构通过外部框架吊装在所述滑块上，与所述机械臂构成同步运动构件，所述外部框架上、与所述滑块相对的较远端呈敞口，敞口端底部设置有向外水平延伸的底托板，用于承托货物，在所述外部框架内设有用于吸取输送线上待转运位置的货物的真空吸具，所述真空吸具内置真空发生器，所述外部框架上还设有第六驱动装置，能够驱动所述真空吸具或朝向外部框架的敞口端直线位移至伸出外部框架外，或背向外部框架的敞口端直线位移至缩回外部框架内，所述真空吸具的直线位移是依靠设置在外部框架上的直线轴承与导向杆形成导向。

本发明的结构特点也在于：

所述机械臂中：

第二驱动装置、第三驱动装置、第四驱动装置、第五驱动装置均为伺服电机；

所述第二轴旋转运动机构通过第二轴安装座固装在电动缸丝杆的顶端，所述第二水平摆臂与第二驱动装置的输出轴同轴联接，呈水平悬伸；

所述第三轴旋转运动机构通过第三轴安装座固装在第二水平摆臂的臂端，所述第三轴安装座纵截面呈U形，以U形的底面呈正对地固连于第二水平摆臂，所述第三水平摆臂与第三驱动装置的输出端同轴联接，呈水平悬伸；

所述第四轴旋转运动机构通过第四轴安装座固装在第三水平摆臂的臂端，所述第四轴安装座与第三轴安装座具有相同的结构形式，所述第四水平摆臂与第四驱动装置的输出轴同轴联接，呈水平悬伸；

所述第五轴直线运动机构的导轨竖置地固装在导轨安装架上，所述第五驱动装置安装在导轨安装架的顶端，在所述导轨安装架上设有滚珠丝杠，与所述滑块构成滚珠丝杠副，由所述第五驱动装置提供驱动力。

所述手爪机构中：

第六驱动装置为气缸，所述真空吸具通过吸具安装板固装在气缸活塞杆的杆端，所述吸具安装板上固连多根顺着气缸伸缩方向布置的导向杆，所述导向杆由安装在外部框架上的直线轴承支承。

所述外部框架以铝合金为材质，呈镂空结构，所述底托板为碳纤维板。

与已有技术相比，本发明有益效果体现在：

本发明设置带有机械臂的机械臂移动小车，并在机械臂的执行端安装手爪机构，整体构成可独立移动的混合关节机械手，独立于输送线及输送线移动小车，可与各类输送线快速组合，适应多种场景下的快速部署。本发明利用机械臂移动小车驱动位移，利用机械臂带动手爪机构运动，利用手爪机构抓取并转运输送线上待转运位置处的货物，实现对货物的装卸，整体采用模块化组合的结构形式，灵活性佳、适用范围广。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是机械臂移动小车的结构示意图；

图3是机械臂的结构示意图；

图4是手爪机构的结构示意图；

图5是机械手准备抓取货物时手爪机构的结构示意图；

图6是机械手转运货物的运动过程中的结构示意图；

图7是机械手释放货物时手爪机构的结构示意图。

图中，1拆垛机构；2输送线；3输送线移动小车；4货物；5机械臂移动小车；6舵轮；7万向轮；8机械臂；9第一轴直线运动机构；10第二驱动装置；11第二轴安装座；12第二水平摆臂；13第三驱动装置；14第三轴安装座；15第三水平摆臂；16第四驱动装置；17第四轴安装座；18第四水平摆臂；19导轨安装架；20导轨；21第五驱动装置；22滑块；23手爪机构；24外部框架；25底托板；26第六驱动装置；27吸具安装板；28真空吸具；29导向杆；30直线轴承。

具体实施方式

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，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。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。

货物4由拆垛机构1拆垛后经具有整形功能的输送线2整形后输送至输送线2上的待转运位置，输送线2安装在输送线移动小车3上，通过输送线移动小车3带动能够位移，请参照图1至图7，本实施例的用于货物4装卸的模块化组合型混合关节机械手结构如下：

模块化组合型混合关节机械手用于对输送线2上待转运位置的货物4进行转运，包括安装在机械臂移动小车5上的机械臂8、设于机械臂8末端的手爪机构23；

机械臂移动小车5由底部一对独立驱动并采用差速驱动方式的舵轮6提供运行动力，并配置有呈四角布置的四个万向轮7共同构成六点支撑，在顶端安装机械臂8；

机械臂8自机械臂移动小车5顶端起包括依次相联接的第一轴直线运动机构9、第二轴旋转运动机构、第三轴旋转运动机构、第四轴旋转运动机构、第五轴直线运动机构，第一轴直线运动机构9为电动缸，安装在机械臂移动小车5的顶端，丝杆朝上，于杆端安装第二轴旋转运动机构并形成同步竖向位移构件，第二轴旋转运动机构上设有由第二驱动装置10驱动能够于水平面作360°回转运动的第二水平摆臂12，第三轴旋转运动机构安装在第二水平摆臂12的臂端，设有由第三驱动装置13驱动能够于水平面作回转运动的第三水平摆臂15，第四轴旋转运动机构安装在第三水平摆臂15的臂端，设有由第四驱动装置16驱动能够于水平面作回转运动的第四水平摆臂18，第五轴直线运动机构通过导轨安装架19悬吊于第四水平摆臂18的臂端，包括第五驱动装置21以及由第五驱动装置21驱动能够沿导轨安装架19上的导轨20竖向往复位移的滑块22；

手爪机构23通过外部框架24吊装在滑块22上，与机械臂8构成同步运动构件，外部框架24上、与滑块22相对的较远端呈敞口，敞口端底部设置有向外水平延伸的底托板25，用于承托货物4，在外部框架24内设有用于吸取输送线2上待转运位置的货物4的真空吸具28，真空吸具28内置真空发生器，外部框架24上还设有第六驱动装置26，能够驱动真空吸具28或朝向外部框架24的敞口端直线位移至伸出外部框架24外，或背向外部框架24的敞口端直线位移至缩回外部框架24内，真空吸具28的直线位移是依靠设置在外部框架24上的直线轴承30与导向杆29形成导向。

具体实施中，相应的结构设置也包括：

机械臂移动小车5内置气动***动力源、配重、电池等，底部前后侧各布置一个舵轮6，兼有方位驱动和回转驱动，左右侧各布置两个万向轮7，起稳定支撑作用，在作业平衡度上相较于三点式支撑更为优越。机械臂移动小车5具有差速驱动模式，当处于狭小空间无法掉头时，可以保证正常进出集装箱并保持连续向前运行，通过对两个舵轮6转向角度的控制，可实现车身的360°回转。此外，由于双舵轮6的独立驱动控制，可以实现车体任意角度的横移功能，双动力输出也使得车体运行动力分配均匀，振动性小。

机械臂8中：

第一轴直线运动机构9采用电动缸驱动，不仅可使第二水平摆臂360°回转，极大增加运动空间，同时机械臂8平时不工作时，电动缸的丝杆可缩回，减少占用空间；

第二驱动装置10、第三驱动装置13、第四驱动装置16、第五驱动装置21均为伺服电机；

第二轴旋转运动机构通过第二轴安装座11固装在电动缸丝杆的顶端，第二水平摆臂12与第二驱动装置10的输出轴同轴联接，呈水平悬伸；

第三轴旋转运动机构通过第三轴安装座14固装在第二水平摆臂12的臂端，第三轴安装座14纵截面呈U形，以U形的底面呈正对地固连于第二水平摆臂12，第三水平摆臂15与第三驱动装置13的输出端同轴联接，呈水平悬伸；

第四轴旋转运动机构通过第四轴安装座17固装在第三水平摆臂15的臂端，第四轴安装座17与第三轴安装座14具有相同的结构形式，第四水平摆臂18与第四驱动装置16的输出轴同轴联接，呈水平悬伸；

第五轴直线运动机构的导轨20竖置地固装在导轨安装架19上，第五驱动装置21安装在导轨安装架19的顶端，在导轨安装架19上设有滚珠丝杠，与滑块22构成滚珠丝杠副，由第五驱动装置21提供驱动力；

第二水平摆臂12、第三水平摆臂15、第四水平摆臂18均采用型材制成。

手爪机构23中：

第六驱动装置26为气缸，真空吸具28通过吸具安装板27固装在气缸活塞杆的杆端，吸具安装板27上固连多根顺着气缸伸缩方向布置的导向杆29，导向杆29由安装在外部框架24上的直线轴承30支承。真空吸具28呈长条形，可与不同的表面保持良好的接触，内置真空发生器，安装及更换更加方便。

外部框架24以铝合金为材质，呈镂空结构，底托板25为碳纤维板，采用铝合金与碳纤维板组合的方式在保证手爪机构23精度和强度的同时，有效减轻了重量。

工作原理：

机械手工作时，货物4通过拆垛机构1拆垛后运送到输送线2上，通过输送线2整形后输送到待转运位置，通过机械臂8带动手爪机构23运动到吸取货物4的指定位置，如图5所示，之后气缸工作，活塞杆带动真空吸具28推出，过程中通过直线轴承30与导向杆29实现导向。为减少工作节拍，在气缸推出真空吸具28的过程中真空发生器开始工作，真空吸具28吸取输送线2上待转运位置处的货物4后气缸的活塞杆缩回，随后手爪机构23按照指定的运动轨迹开始运动，如图6所示，对货物4进行转运。手爪机构23运动到释放货物4的指定位置后，气缸的活塞杆推出，真空发生器的破坏阀工作，货物4被释放到指定位置，如图7所示。

本实施例中，机械臂移动小车5独立于输送线移动小车3，分别为输送线2与机械臂8提供前进驱动力，输送线2可采用箱体输送线2、包装袋输送线2等各类输送线2，采用这种模块化设计思路，定义标准的机械、电气、通讯接口，机械臂移动小车5可与各类输送线2快速组合，适应各种应用场景下的快速部署。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (4)

1.一种用于货物装卸的模块化组合型混合关节机械手，货物由拆垛机构拆垛后经具有整形功能的输送线整形后输送至输送线上的待转运位置，所述输送线安装在输送线移动小车上，通过所述输送线移动小车带动能够位移，其特征是：

所述模块化组合型混合关节机械手用于对输送线上待转运位置的货物进行转运，包括安装在机械臂移动小车上的机械臂、设于机械臂末端的手爪机构；

所述机械臂移动小车由底部一对独立驱动并采用差速驱动方式的舵轮提供运行动力，并配置有呈四角布置的四个万向轮共同构成六点支撑，在顶端安装机械臂；

所述机械臂自机械臂移动小车顶端起包括依次相联接的第一轴直线运动机构、第二轴旋转运动机构、第三轴旋转运动机构、第四轴旋转运动机构、第五轴直线运动机构，所述第一轴直线运动机构为电动缸，安装在机械臂移动小车的顶端，丝杆朝上，于杆端安装所述第二轴旋转运动机构并形成同步竖向位移构件，所述第二轴旋转运动机构上设有由第二驱动装置驱动能够于水平面作360°回转运动的第二水平摆臂，所述第三轴旋转运动机构安装在第二水平摆臂的臂端，设有由第三驱动装置驱动能够于水平面作回转运动的第三水平摆臂，所述第四轴旋转运动机构安装在第三水平摆臂的臂端，设有由第四驱动装置驱动能够于水平面作回转运动的第四水平摆臂，所述第五轴直线运动机构通过导轨安装架悬吊于第四水平摆臂的臂端，包括第五驱动装置以及由第五驱动装置驱动能够沿导轨安装架上的导轨竖向往复位移的滑块；

所述手爪机构通过外部框架吊装在所述滑块上，与所述机械臂构成同步运动构件，所述外部框架上、与所述滑块相对的较远端呈敞口，敞口端底部设置有向外水平延伸的底托板，用于承托货物，在所述外部框架内设有用于吸取输送线上待转运位置的货物的真空吸具，所述真空吸具内置真空发生器，所述外部框架上还设有第六驱动装置，能够驱动所述真空吸具或朝向外部框架的敞口端直线位移至伸出外部框架外，或背向外部框架的敞口端直线位移至缩回外部框架内，所述真空吸具的直线位移是依靠设置在外部框架上的直线轴承与导向杆形成导向。

2.根据权利要求1所述的用于货物装卸的模块化组合型混合关节机械手，其特征是所述机械臂中：

第二驱动装置、第三驱动装置、第四驱动装置、第五驱动装置均为伺服电机；

所述第二轴旋转运动机构通过第二轴安装座固装在电动缸丝杆的顶端，所述第二水平摆臂与第二驱动装置的输出轴同轴联接，呈水平悬伸；

所述第三轴旋转运动机构通过第三轴安装座固装在第二水平摆臂的臂端，所述第三轴安装座纵截面呈U形，以U形的底面呈正对地固连于第二水平摆臂，所述第三水平摆臂与第三驱动装置的输出端同轴联接，呈水平悬伸；

所述第四轴旋转运动机构通过第四轴安装座固装在第三水平摆臂的臂端，所述第四轴安装座与第三轴安装座具有相同的结构形式，所述第四水平摆臂与第四驱动装置的输出轴同轴联接，呈水平悬伸；

所述第五轴直线运动机构的导轨竖置地固装在导轨安装架上，所述第五驱动装置安装在导轨安装架的顶端，在所述导轨安装架上设有滚珠丝杠，与所述滑块构成滚珠丝杠副，由所述第五驱动装置提供驱动力。

3.根据权利要求1所述的用于货物装卸的模块化组合型混合关节机械手，其特征是所述手爪机构中：

第六驱动装置为气缸，所述真空吸具通过吸具安装板固装在气缸活塞杆的杆端，所述吸具安装板上固连多根顺着气缸伸缩方向布置的导向杆，所述导向杆由安装在外部框架上的直线轴承支承。

4.根据权利要求1所述的用于货物装卸的模块化组合型混合关节机械手，其特征是：所述外部框架以铝合金为材质，呈镂空结构，所述底托板为碳纤维板。

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