本發(fā)明涉及一種機(jī)械抓手，尤其涉及一種帶緩沖器的可自鎖物料抓夾裝置。

背景技術(shù)：

隨著機(jī)電一體化技術(shù)的飛速發(fā)展，傳統(tǒng)工業(yè)逐漸向現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化模式轉(zhuǎn)型，倉(cāng)儲(chǔ)物流機(jī)器人在當(dāng)今自動(dòng)化工廠中扮演著重要的角色，成為了操作人員得利的工具，它們不但節(jié)省了人工勞動(dòng)力和成本，而且也極大程度的提高了工廠的作業(yè)效率。物流機(jī)器人在自動(dòng)化工廠實(shí)際作業(yè)時(shí)，末端執(zhí)行器的作用不容小覷，靈活的多自由度操作機(jī)械臂與精巧的末端執(zhí)行器相結(jié)合是實(shí)現(xiàn)物料高效搬運(yùn)的可靠保證。

目前，機(jī)器人末端執(zhí)行器主要以電動(dòng)執(zhí)行器和氣動(dòng)執(zhí)行器兩種類(lèi)型用處最多。電動(dòng)執(zhí)行器通常采用直流電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)以及伺服電機(jī)等作為驅(qū)動(dòng)單元，氣動(dòng)執(zhí)行器則采用氣壓推動(dòng)的方式。電動(dòng)執(zhí)行器由于采用了電機(jī)驅(qū)動(dòng)，常通過(guò)齒輪傳動(dòng)、帶傳動(dòng)等中間傳動(dòng)機(jī)構(gòu)將合適的動(dòng)力和速度輸出給末端機(jī)械抓手，因此結(jié)構(gòu)上稍微復(fù)雜，有一定的功率損失，但是機(jī)構(gòu)性能穩(wěn)定可靠，工作壽命長(zhǎng)，環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)。氣動(dòng)執(zhí)行器結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，能耗低，響應(yīng)速度快，但是定位精度和可靠性不如電動(dòng)執(zhí)行器。而且長(zhǎng)期工作的氣動(dòng)執(zhí)行器，氣動(dòng)元件容易老化，時(shí)常出現(xiàn)氣體泄漏情況的發(fā)生，這時(shí)氣動(dòng)執(zhí)行器在抓夾物料極易出現(xiàn)因夾緊力不足而導(dǎo)致物料脫落。此外，在高溫嚴(yán)寒等極端情況下，氣動(dòng)執(zhí)行器的環(huán)境適應(yīng)性更差。

據(jù)以往機(jī)器人末端執(zhí)行器的設(shè)計(jì)來(lái)看，無(wú)論是電動(dòng)執(zhí)行器還是氣動(dòng)執(zhí)行器，在設(shè)計(jì)過(guò)程中通常只考慮到物料夾取動(dòng)作的實(shí)現(xiàn)，而對(duì)末端執(zhí)行器在實(shí)際抓取物料與物料接觸時(shí)的沖擊以及準(zhǔn)確定位問(wèn)題考慮甚少，因而執(zhí)行器在工作過(guò)程中的可靠性、穩(wěn)定性和安全性方面較難保證。時(shí)常會(huì)出現(xiàn)物料因末端執(zhí)行器的沖擊而受損，因夾取不牢靠而導(dǎo)致物料脫落以及出現(xiàn)抓空、漏夾等不良情況的發(fā)生。如公開(kāi)日為2011年09月21日，公開(kāi)號(hào)為CN102189542A的發(fā)明申請(qǐng)公開(kāi)了一種半導(dǎo)體晶圓輸送機(jī)械手，它能夠處理對(duì)于不同直徑晶圓的中心對(duì)位問(wèn)題，但是其結(jié)構(gòu)和定位方式均較為復(fù)雜，在執(zhí)行器的控制實(shí)現(xiàn)方面具有一定的難度。此外，對(duì)于機(jī)械手與物料接觸瞬間所產(chǎn)生剛性接觸力也未曾考慮，因而機(jī)械手在夾取物料時(shí)存在著一定的安全隱患。

有鑒于上述的缺陷，本設(shè)計(jì)人，積極加以研究創(chuàng)新，以期創(chuàng)設(shè)一種新型結(jié)構(gòu)的帶緩沖器的可自鎖物料抓夾裝置，使其更具有產(chǎn)業(yè)上的利用價(jià)值。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決執(zhí)行器在抓取物料時(shí)因沖擊而損失物料，因抓夾不牢靠使物料脫落以及出現(xiàn)抓空、漏夾等問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、而且控制方便、定位精度高、具有可自鎖性和較強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)性、可保證機(jī)械臂在抓取物料時(shí)的安全性和可靠性的帶緩沖器的可自鎖物料抓夾裝置。

本發(fā)明的帶緩沖器的可自鎖物料抓夾裝置，包括電動(dòng)夾爪以及設(shè)置在其上的彈簧緩沖機(jī)構(gòu)和測(cè)量元件，其中

-所述電動(dòng)夾爪包括安裝板，所述安裝板上設(shè)有兩相向的抓手以及驅(qū)動(dòng)兩所述抓手相向/背向移動(dòng)的驅(qū)動(dòng)組件；

-所述彈簧緩沖機(jī)構(gòu)包括用于與機(jī)械臂末端執(zhí)行器安裝法蘭連接的連接塊、以及與連接塊滑動(dòng)連接且與所述安裝板連接的第一滑塊，所述連接塊上連接有兩平行的導(dǎo)向軸，所述第一滑塊中部具有垂直的凸起部，所述凸起部套設(shè)在兩所述導(dǎo)向軸中部上，所述導(dǎo)向軸上套設(shè)有與所述連接塊側(cè)壁及凸起部側(cè)壁相抵的彈簧；

-所述測(cè)量元件包括安裝在安裝板上用于檢測(cè)物料是否被所述電動(dòng)夾爪夾持的光電傳感器、對(duì)所述抓手在閉合和張開(kāi)時(shí)進(jìn)行限位的光電開(kāi)關(guān)，以及用于識(shí)別固定在物料臺(tái)上的定位件以獲取物料相對(duì)抓手的相對(duì)位置信息的視覺(jué)傳感器，且光電傳感器位于兩抓手中間。

進(jìn)一步的，所述彈簧緩沖機(jī)構(gòu)還包括穿過(guò)所述第一滑塊的凸起部上的通孔、端面與所述導(dǎo)向軸接觸以對(duì)導(dǎo)向軸施加可變側(cè)向力的緊定螺釘。

進(jìn)一步的，所述抓手包括相連接的轉(zhuǎn)接件和夾持塊，兩夾持塊相向的表面上設(shè)有多個(gè)凸起的、用于插入到料盤(pán)側(cè)面上的凹槽內(nèi)的V形塊。

進(jìn)一步的，所述驅(qū)動(dòng)組件包括通過(guò)軸承座安裝在所述安裝板上的梯形螺桿，梯形螺桿上螺接有正旋梯形螺母和反旋梯形螺母，正旋梯形螺母和反旋梯形螺母均連接有第二滑塊，兩第二滑塊分別與兩轉(zhuǎn)接件連接，兩第二滑塊上均設(shè)有能夠擋住所述光電開(kāi)關(guān)對(duì)射光束的擋片，梯形螺桿通過(guò)設(shè)置在安裝板上的驅(qū)動(dòng)元件驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)。

進(jìn)一步的，所述安裝板上還設(shè)有與兩所述第二滑塊滑動(dòng)連接的直線導(dǎo)軌。

進(jìn)一步的，所述軸承通過(guò)C型卡環(huán)軸向定位在所述梯形螺桿上。

進(jìn)一步的，所述驅(qū)動(dòng)元件包括通過(guò)同步帶及帶輪與所述梯形螺桿傳動(dòng)連接的減速器、與減速器連接的伺服電機(jī)、與伺服電機(jī)連接的編碼器，以及與編碼器、光電傳感器、光電開(kāi)關(guān)電連接的驅(qū)動(dòng)器。

進(jìn)一步的，所述帶輪通過(guò)E型卡環(huán)軸向定位在所述梯形螺桿上。

進(jìn)一步的，所述安裝板上還連接有提高其支撐強(qiáng)度的加強(qiáng)板。

進(jìn)一步的，還包括與所述安裝板共同構(gòu)成封閉殼體的若干封板。

借由上述方案，本發(fā)明至少具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1、彈簧緩沖機(jī)構(gòu)可有效減弱末端執(zhí)行器與物料接觸時(shí)的剛性沖擊，保護(hù)物料免受損傷；

2、滑動(dòng)螺桿螺母機(jī)構(gòu)可使末端執(zhí)行器在斷電時(shí)實(shí)現(xiàn)自鎖，保證物料不至于脫落；

3、同步帶機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了傳動(dòng)機(jī)構(gòu)動(dòng)力傳遞的換向，可使裝置的整體結(jié)構(gòu)變得更加緊湊，同時(shí)，同步帶傳動(dòng)有助于減小系統(tǒng)的振動(dòng)，保證裝置工作時(shí)的平穩(wěn)性；

4、用于軟限位的光電開(kāi)關(guān)可防止抓手在開(kāi)合時(shí)因超程而造成裝置內(nèi)部零件的碰撞，影響裝置的使用壽命和可靠性；

5、用于檢測(cè)物料有無(wú)被夾持的光電傳感器可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)夾爪下方物料的狀態(tài)，避免出現(xiàn)漏夾情況的發(fā)生；

6、裝置整體結(jié)構(gòu)緊湊、體積小，大大減小了裝置的整體重量。

上述說(shuō)明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，并可依照說(shuō)明書(shū)的內(nèi)容予以實(shí)施，以下以本發(fā)明的較佳實(shí)施例并配合附圖詳細(xì)說(shuō)明如后。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的整體外觀示意圖；

圖2是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)爆炸示意圖；

圖3是本發(fā)明中彈簧緩沖機(jī)構(gòu)的示意圖；

圖4是本發(fā)明中彈簧緩沖機(jī)構(gòu)的剖視圖；

圖5是本發(fā)明中電動(dòng)夾爪的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6是本發(fā)明中安裝板的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7是本發(fā)明中螺桿螺母機(jī)構(gòu)與直線導(dǎo)軌機(jī)構(gòu)的裝配示意圖；

圖8是本發(fā)明中螺桿螺母機(jī)構(gòu)的剖視圖；

圖9是本發(fā)明中抓手的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖10為本發(fā)明與6自由度機(jī)械臂的裝配示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實(shí)施例用于說(shuō)明本發(fā)明，但不用來(lái)限制本發(fā)明的范圍。

如圖1所示，本發(fā)明的一種帶緩沖器的可自鎖物料抓夾裝置，包括彈簧緩沖機(jī)構(gòu)1、電動(dòng)夾爪2和測(cè)量元件3。

結(jié)合圖1、圖2、圖3、圖4和圖10，彈簧緩沖機(jī)構(gòu)1是由1個(gè)連接塊1-1、1個(gè)第一滑塊1-2、2根導(dǎo)向軸1-3、2個(gè)緊定螺釘1-4、4根彈簧1-5和4組連接螺釘1-6組成。帶緩沖器的可自鎖物料抓夾裝置100通過(guò)連接塊1-1固定在6自由度機(jī)械臂10末端安裝法蘭20上，第一滑塊1-2與電動(dòng)夾爪的安裝板2-1固定連接，第一滑塊1-2中部具有垂直的凸起部，凸起部套設(shè)在兩導(dǎo)向軸1-3中部上，第一滑塊1-2可相對(duì)于連接塊1-1在導(dǎo)向軸1-3上做軸向滑動(dòng)。導(dǎo)向軸1-3通過(guò)連接螺釘1-6固定在連接塊1-1上，彈簧1-5安裝在導(dǎo)向軸1-3上，并與連接塊1-1側(cè)壁及凸起部側(cè)壁相抵，有一定的預(yù)壓縮量。抓夾裝置不受外力作用時(shí)，第一滑塊1-2位于連接塊1-1的中間位置，當(dāng)受到外力的影響，第一滑塊1-2會(huì)相對(duì)于連接塊1-1發(fā)生軸向滑移，于是外力與彈簧力相抵消，從而起到緩沖保護(hù)的效果。緊定螺釘1-4安裝在滑塊1-2側(cè)面通孔中，端面與導(dǎo)向軸接觸，通過(guò)調(diào)節(jié)緊定螺釘1-4的擰入深度可施加給導(dǎo)向軸1-3可變的側(cè)向力，通過(guò)改變第一滑塊1-2所受滑動(dòng)摩擦力的方式來(lái)調(diào)整第一滑塊1-2在導(dǎo)向軸1-3上的最大滑動(dòng)距離。

結(jié)合圖1、圖2和圖5，所述電動(dòng)夾爪2是由安裝板2-1、左封板2-2、右封板2-3、上封板2-4、2個(gè)抓手2-5、2個(gè)滑塊連接件2-6、一副直線導(dǎo)軌2-7、螺桿螺母機(jī)構(gòu)2-8、同步帶機(jī)構(gòu)2-9和驅(qū)動(dòng)元件2-10組成。

結(jié)合2和圖6，安裝板2-1呈U形，電動(dòng)夾爪的組成零部件均固定在安裝板2-1上，通過(guò)將兩塊加強(qiáng)板2-1-1焊接在安裝板2-1末端左右兩側(cè)可以明顯提高其承載剛度。此外，安裝板2-1和左封板2-2、右封板2-3、上封板2-4共同構(gòu)成封閉殼體，起到防塵防污的作用。

結(jié)合圖2、圖7和圖9，抓手2-5是由夾持塊2-5-1和轉(zhuǎn)接件2-5-2通過(guò)沉頭螺釘固定連接而成；夾持塊2-5-1表面有3個(gè)凸起的V形塊，抓夾物料時(shí)可插入到料盤(pán)的兩側(cè)凹槽內(nèi)，防止物料在搬運(yùn)過(guò)程中脫落；轉(zhuǎn)接件2-5-2與直線導(dǎo)軌2-7上的第二滑塊2-7-1固定連接，第二滑塊2-7-1與滑塊連接件2-6連接，于是第二滑塊2-7-1的直線滑動(dòng)可轉(zhuǎn)化成抓手2-5的移動(dòng)。

結(jié)合圖2、圖5和圖7，滑塊連接件2-6同時(shí)連接對(duì)應(yīng)位置處螺桿螺母機(jī)構(gòu)2-8上的梯形螺母和直線導(dǎo)軌2-7上的第二滑塊2-7-1，于是螺桿螺母機(jī)構(gòu)2-8的運(yùn)動(dòng)可傳遞給直線導(dǎo)軌2-7。直線導(dǎo)軌2-7包括2個(gè)第二滑塊2-7-1和1個(gè)直線滑道2-7-2；2個(gè)第二滑塊2-7-1分別與夾爪的兩側(cè)抓手2-5固連。與以往夾爪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)所不同的是，本發(fā)明創(chuàng)新性地將直線導(dǎo)軌機(jī)構(gòu)內(nèi)置在抓夾裝置中，因而可以防止外圍環(huán)境中的灰塵顆粒附著到導(dǎo)軌上，避免了磨粒磨損現(xiàn)象的發(fā)生，延長(zhǎng)了裝置的使用壽命。

結(jié)合圖5、圖7和圖8，螺桿螺母機(jī)構(gòu)2-8可保證電動(dòng)夾爪2在突然斷電時(shí)自鎖，保護(hù)物料不至于脫落，是由正旋梯形螺母2-8-1、反旋梯形螺母2-8-2和梯形螺桿2-8-3組成；左軸承座2-8-4、右軸承座2-8-5以及軸承2-8-6起輔助支撐的作用，C型卡環(huán)2-8-7將軸承2-8-6軸向定位在梯形螺桿2-8-7上，可防止軸承2-8-6在螺桿機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)發(fā)生軸向竄動(dòng)；梯形螺桿2-8-3中間有一段光軸，光軸兩側(cè)的螺紋旋向相反螺距相等，并與旋向一致的梯形螺母配合；梯形螺桿2-8-3轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，2個(gè)梯形螺母沿螺桿軸線作反方向等位移相對(duì)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)抓手2-5的開(kāi)合動(dòng)作。

結(jié)合圖2、圖5、圖7和圖8，同步帶機(jī)構(gòu)2-9包括2個(gè)齒數(shù)相等的帶輪2-9-1和同步帶2-9-2。與梯形螺桿2-8-3連接的帶輪用E型卡環(huán)2-9-3軸向定位，另一帶輪通過(guò)緊定螺釘固定在減速器2-10-2的輸出軸上，同步帶機(jī)構(gòu)2-9不起減速作用，只起傳動(dòng)機(jī)構(gòu)動(dòng)力傳遞的換向作用，因此可使裝置的整體結(jié)構(gòu)變得更加緊湊，而且?guī)鲃?dòng)有助于減小系統(tǒng)的振動(dòng)，保證裝置工作時(shí)的平穩(wěn)性。

如圖5所示，所述驅(qū)動(dòng)元件2-10包括伺服電機(jī)2-10-1、減速器2-10-2、編碼器2-10-3和驅(qū)動(dòng)器2-10-4。伺服電機(jī)2-10-1采用直流無(wú)刷電機(jī)，具有可靠性高、免維護(hù)、高速度范圍、無(wú)噪聲等諸多優(yōu)點(diǎn)，而以往的設(shè)計(jì)大多采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，易出現(xiàn)失步現(xiàn)象，或采用氣動(dòng)的方式，可靠性不高；編碼器2-10-3采用光柵碼盤(pán)型增量編碼器，可實(shí)時(shí)獲取伺服電機(jī)2-10-1輸出軸的轉(zhuǎn)速和位置信息，通過(guò)對(duì)伺服電機(jī)的精確控制大大提高了裝置執(zhí)行開(kāi)合動(dòng)作時(shí)的定位精度。

結(jié)合圖1、圖2、圖5和圖7，所述測(cè)量元件3包括光電傳感器3-1和視覺(jué)傳感器3-2以及用于夾爪閉合時(shí)軟限位的光電開(kāi)關(guān)3-1-1、用于張開(kāi)時(shí)軟限位的光電開(kāi)關(guān)3-1-2，其中，光電傳感器3-1用于檢測(cè)物料有無(wú)被夾持。軟限位用的光電開(kāi)關(guān)3-1-1和3-1-2工作方式均屬于對(duì)射型，當(dāng)有外物遮擋住對(duì)射光束時(shí)將使其觸發(fā)。在誤操作下電機(jī)會(huì)持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，若夾爪正處在逐漸閉合的狀態(tài)，當(dāng)超過(guò)預(yù)先設(shè)定的閉合行程時(shí)，擋片3-1-4將擋住光電開(kāi)關(guān)3-1-1的對(duì)射光束，于是光電開(kāi)關(guān)立即發(fā)出觸發(fā)信號(hào)給驅(qū)動(dòng)器，使電機(jī)立刻停轉(zhuǎn)，避免了機(jī)構(gòu)內(nèi)部零部件碰撞現(xiàn)象的發(fā)生，提高了裝置的可靠性；反之，當(dāng)夾爪逐漸張開(kāi)時(shí)，若超過(guò)設(shè)定的張開(kāi)行程，擋片3-1-5將擋住光電開(kāi)關(guān)3-1-2的對(duì)射光束，也會(huì)使電機(jī)停轉(zhuǎn)。

光電傳感器3-1用于檢測(cè)物料有無(wú)被夾持；當(dāng)抓手2-5正確抓取到物料時(shí)，光電傳感器3-1會(huì)持續(xù)觸發(fā)，通過(guò)檢測(cè)該觸發(fā)信號(hào)去判斷物料有無(wú)被抓夾，從而防止出現(xiàn)抓空、漏夾等情況的發(fā)生。此外，本發(fā)明裝置所采用的光電傳感器3-1測(cè)量范圍可調(diào)，因而對(duì)多個(gè)不同物料的檢測(cè)同樣具備適用性。

視覺(jué)傳感器3-2通過(guò)利用圖像處理技術(shù)對(duì)固定在物料臺(tái)上的定位件(通常是二維碼)進(jìn)行圖像識(shí)別，經(jīng)計(jì)算處理后，可獲取物料相對(duì)于抓手的相對(duì)位置信息，確保夾爪能夠準(zhǔn)確無(wú)誤地到達(dá)物料放置點(diǎn)，實(shí)施夾取動(dòng)作。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，并不用于限制本發(fā)明，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和變型，這些改進(jìn)和變型也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。