机器人减振夹持装置及基于其上的箱体智能搬运方法与流程

本发明涉及工业机器人技术领域，尤其涉及一种机器人减振夹持装置及基于其上的箱体智能搬运方法。

背景技术：

当今社会，工业机器人的应用越来越广泛。对于制造业来说，工业机器人(特别是搬运机器人)的应用是实现自动化的重要条件。而如今常见的搬运机器人大部分采用液压传动，其夹紧力大，承载能力强；但缺点是结构复杂，成本较高，且容易产生泄漏。在一些特定情况下，搬运机器人要控制其夹紧力的大小，例如在轴承等精密零件的制造车间中，其包装盒的尺寸约为100mm×100mm×100mm，夹持物重≤6kg，搬运时不能采用很大的夹紧力，因为夹紧力过大会夹坏包装盒表面，甚至伤害到内部工件。同时，这些精密零件在搬运过程中也要特别重视不能有大的振动冲出力。

授权公开公告号为cn103057955b的中国专利公开了一种“搬运夹持器及其在三通阀门搬运过程中的应用”，授权公开公告号为cn104150026b的中国专利公开了一种“空纸盒夹持装置”，授权公开公告号为cn101554891b的中国专利公开了一种“架空线缆攀援机器人夹持机构”，此类夹持机构通常以驱动液压缸/气缸、电机或弹簧作为动力储能器，以单级齿轮齿条、皮带和杆机构机构作为常见的传动机构，能够对不同的工作对象进行夹持操作，但缺点是液压元件容易产生泄露风险，而且夹紧力不容易控制，容易对盒体内表面甚至是内部工件造成损伤；同时夹持末端件以金属构件居多，由于金属夹持末端件和工作对象直接接触，并且整个装置中缺少弹性元件等具有缓冲吸振等结构，工作过程中夹持不平稳现象比较突出。

另外，在如成品组装车间的一些场合，各种装有不同零件的箱体具有不同的重量，有时重量相差较大，如果采用统一规格的机器人进行搬运，当机器人的额定负荷小于箱体重量时，容易对机器人夹持装置的传动机构造成损坏，如机器人全部按最大额定负荷设计，又势必要增加设备投入和运行成本。

因此，设计出一款能够在保证夹紧搬运功能的前提下，保证适当夹紧力和搬运过程的平稳可靠性的机器人减振夹持装置，并在此基础上实际箱体的智能搬运就显得十分重要。

技术实现要素：

本发明提供了一种机器人减振夹持装置及基于其上的箱体智能搬运方法，在夹持装置中加入多种弹性元件以保持其减振性能；同时，利用皮带传动机构实现过载保护性能，并在此基础上实现机器人智能选择搬运不同重量箱体的功能。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

机器人减振夹持装置，由电机、传动装置和夹爪组成，传动装置包括蜗轮蜗杆机构，电机输出轴通过传动装置连接2个对称设置的夹爪，使夹爪绕对称中心转动开合实现夹紧和松开动作；所述传动装置中还包括轮胎联轴器和皮带传动机构；所述电机通过轮胎联轴器连接皮带传动机构的小带轮轴，皮带传动机构的大带轮轴与蜗轮蜗杆机构中的蜗杆为一体结构；蜗杆通过2个对称设置的蜗轮同时带动2个夹爪动作，且夹爪与对应蜗轮为一体结构，2个夹爪的夹持面内侧分别设有防滑减振垫；上述结构使减振夹持装置具有位移补偿、过载保护、反行程自锁及防滑减振特性。

所述电机为三相异步电机。

所述皮带传动机构中的皮带采用y型v带。

所述皮带传动机构和蜗轮蜗杆机构均置于封闭的箱体内。

所述蜗轮为扇形蜗轮。

所述防滑减振垫是以合成橡胶、天然橡胶、助剂和填充料为原料，经过塑炼和混炼压制成型，其表面布置有防滑纹。

基于所述机器人减振夹持装置的箱体智能搬运方法，适用于采用机器人自动搬运装有不同重量货物箱体的场合；包括如下步骤：

1)在货仓内同时投放多个不同型号的机器人，各型号机器人用于搬运不同重量的箱体，并根据额定搬运负荷配置不同型号及规格的电机、传动装置及夹爪；

2)机器人自动走行至一个待搬运箱体前，由控制系统控制夹爪张开大于箱体宽度方向尺寸，然后再向内合拢贴紧箱体两侧，并通过控制系统中预设的预夹紧力夹住箱体；

3)机器人举升机构带动减振夹持装置向上运动，同时减振夹持装置的电机继续运行施加更大的夹紧力；如箱体重量大于控制系统中预设的额定搬运负荷，则皮带传动机构中的皮带打滑，箱体自重大于夹爪的夹持力，此时箱体仍留在原地，不随减振夹持装置上升；如箱体重量小于等于控制系统中预设的额定搬运负荷，则皮带传动机构起减速传动的作用，将夹紧力通过蜗轮蜗杆机构传递到夹爪上，将箱体从地面抬起，然后由称重传感器将箱体重量值反馈给机器人控制系统，再通过电机控制夹持减振装置中夹爪对箱体施加适当的夹持力，防止因夹持力过大损坏箱体及其中的物品；

4)对于没有抬起箱体的情况，机器人控制系统通过皮带打滑的反馈信号判定举升失败，则控制2个夹爪松开，减振夹持装置回归原位，然后移动到下一个待搬运箱体处重复步骤2)-3)；

5)对于箱体举升成功的机器人，按照指令将箱体搬运到指定位置，然后重复步骤2)-3)进行下一箱体的搬运；在箱体搬运过程中，通过轮胎联轴器、皮带传动机构和防滑减振垫实现消振功能和阻尼特征，通过蜗轮蜗杆机构保证自锁性能，从而使搬运过程更加平稳可靠。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)所采用的轮胎联轴器是一种高弹性联轴器，具有由橡胶和橡胶织物制成的轮胎形弹性元件，将轮胎环用螺栓来连接两半联轴器以实现两轴的连接，轮胎环内侧用硫化方法与钢质骨架粘接成一体，依靠摩擦力来传递转矩，有较大的位移补偿能力和良好的消振能力，有良好的阻尼，隔振降幅作用更明显，而且不需润滑、耐久可靠、装拆和维护方便，适于有冲击、振动、正反转多变和起动频繁的工作条件；

2)由小带轮、皮带和大带轮等主要零件组成的带传动机构，具有结构紧凑、传动平稳、造价低廉和缓冲吸振的优点，最重要的是可以实现过载保护，即当工作端负载过大时，可以发生打滑而起到过载保护及选择性搬运箱体的功能；

3)由蜗杆和蜗轮组成的蜗轮蜗杆机构，与齿轮传动相比，具有传动比精确、使用寿命长、工作安全可靠等优点，同时，蜗轮蜗杆传动可以在空间相交错的两轴之间传递运动和动力是其显著的特点，两轴线交错的夹角可以为任意值，通常采用的角度为90°，蜗轮蜗杆传动适用于较大传动比的场合，反行程的自锁性是其最大特点，使夹持机构可实现自锁而保证夹紧的工作可靠性；

4)由夹爪和防滑减振垫组成夹爪开闭式执行机构，其中防滑减振垫以合成橡胶、天然橡胶、助剂和填充料为原料，经过塑炼和混炼压制成型，其表面布置有防滑纹，具有缓冲吸振和防滑的特性，在夹紧过程中保证安全可靠性和平稳性；

5)由轮胎联轴器、皮带传动机构和防滑减振垫三部分弹性结构构成减振夹持装置的减振结构，具有良好的消振能力和阻尼特性，减振效果更明显，工作更平稳可靠；

6)基于减振夹持装置的箱体智能搬运方法，不同规格机器人可自行选择适合搬运的箱体，且根据箱体重量施加适当的夹紧力，在保证安全平稳搬运的前提下，还可减小设备投入，降低运行和维护成本；

7)大带轮轴及蜗杆采用一体化设计，蜗轮与夹爪采用一体化设计，优点是结构紧凑、强度好、故障点少。

附图说明

图1是本发明所述机器人减振夹持装置的立体结构示意图。

图2是本发明所述机器人减振夹持装置的剖视图一(主视)。

图3是本发明所述机器人减振夹持装置的剖视图二(俯视)。

图4是本发明所述小带轮轴的结构示意图。

图5是本发明所述大带轮轴与蜗杆一体化结构的示意图。

图6是本发明所述蜗轮与夹爪一体化结构的示意图。

图中：1.电机2.蜗轮轴端闷盖3.轮胎联轴器4.小带轮轴端透盖5.皮带6.小带轮轴7.小带轮8.小带轮轴端闷盖9.大带轮10.大带轮轴蜗杆一体件11.夹爪上盖12.蜗轮夹爪一体件13.减振防滑垫14.中间箱体15.上箱体16.下箱体17.蜗杆轴端盖18、角接触球轴承19.套筒20.平键21.蜗轮轴22.密封垫圈23.深沟球轴承

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：

如图1-图3所示，本发明所述机器人减振夹持装置，由电机1、传动装置和夹爪组成，传动装置包括蜗轮蜗杆机构，电机输出轴通过传动装置连接2个对称设置的夹爪，使夹爪绕对称中心转动开合实现夹紧和松开动作；所述传动装置中还包括轮胎联轴器3和皮带传动机构；所述电机1通过轮胎联轴器3连接皮带传动机构的小带轮轴6(如图4所示)，皮带传动机构的大带轮轴与蜗轮蜗杆机构中的蜗杆为一体结构(图5中所示序号10)；蜗杆通过2个对称设置的蜗轮同时带动2个夹爪动作，且夹爪与对应蜗轮为一体结构(图6中所示序号12)，2个夹爪的夹持面内侧分别设有防滑减振垫13；上述结构使减振夹持装置具有位移补偿、过载保护、反行程自锁及防滑减振特性。

所述电机1为三相异步电机。

所述皮带传动机构中的皮带5采用y型v带。

所述皮带传动机构和蜗轮蜗杆机构均置于封闭的箱体内。

所述蜗轮为扇形蜗轮。

所述防滑减振垫13是以合成橡胶、天然橡胶、助剂和填充料为原料，经过塑炼和混炼压制成型，其表面布置有防滑纹。

基于所述机器人减振夹持装置的箱体智能搬运方法，适用于采用机器人自动搬运装有不同重量货物箱体的场合；包括如下步骤：

1)在货仓内同时投放多个不同型号的机器人，各型号机器人用于搬运不同重量的箱体，并根据额定搬运负荷配置不同型号及规格的电机、传动装置及夹爪；

2)机器人自动走行至一个待搬运箱体前，由控制系统控制夹爪张开大于箱体宽度方向尺寸，然后再向内合拢贴紧箱体两侧，并通过控制系统中预设的预夹紧力夹住箱体；

3)机器人举升机构带动减振夹持装置向上运动，同时减振夹持装置的电机1继续运行施加更大的夹紧力；如箱体重量大于控制系统中预设的额定搬运负荷，则皮带传动机构中的皮带5打滑，箱体自重大于夹爪的夹持力，此时箱体仍留在原地，不随减振夹持装置上升；如箱体重量小于等于控制系统中预设的额定搬运负荷，则皮带传动机构起减速传动的作用，将夹紧力通过蜗轮蜗杆机构传递到夹爪上，将箱体从地面抬起，然后由称重传感器将箱体重量值反馈给机器人控制系统，再通过电机1控制夹持减振装置中夹爪对箱体施加适当的夹持力，防止因夹持力过大损坏箱体及其中的物品；

4)对于没有抬起箱体的情况，机器人控制系统通过皮带打滑的反馈信号判定举升失败，则控制2个夹爪松开，减振夹持装置回归原位，然后移动到下一个待搬运箱体处重复步骤2)-3)；

5)对于箱体举升成功的机器人，按照指令将箱体搬运到指定位置，然后重复步骤2)-3)进行下一箱体的搬运；在箱体搬运过程中，通过轮胎联轴器3、皮带传动机构和防滑减振垫13实现消振功能和阻尼特征，通过蜗轮蜗杆机构保证自锁性能，从而使搬运过程更加平稳可靠。

以下实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。下述实施例中所用方法如无特别说明均为常规方法。

【实施例】

如图1-图3所示，本实施例中，机器人减振夹持装置包括电机1(三相异步电机)、蜗轮轴端闷盖2、轮胎联轴器3、小带轮轴端透盖4、皮带5(y型v带)、小带轮轴6、小带轮7、小带轮轴端闷盖8、大带轮9、大带轮轴蜗杆一体件10、夹爪上盖11、蜗轮夹爪一体件12、减振防滑垫13、中间箱体14、上箱体15、下箱体16、蜗杆轴端盖17、角接触球轴承18、套筒19、平键20、蜗轮轴21、密封垫圈22、深沟球轴承23。

由皮带传动机构和蜗轮蜗杆机构组成的传动装置设置在封闭的箱体内，箱体为铸件，由上箱体15、中间箱体14和下箱体16三部分组成，上箱体15的外形为半圆柱体，中间箱体14和下箱体16的外形均为长方体，相互配合的各箱体之间通过螺栓进行固定连接，电机1通过螺栓固定于中间箱体14的一侧，传动装置的所有运动部件通过润滑脂和润滑油进行润滑。

蜗轮夹爪一体件12中夹爪施加在箱体两侧的夹紧力是设计搬运机器人夹持装置的主要依据，必须对力的大小、方向、以及力的作用点进行分析与计算，夹紧力必须能够克服箱体重力所产生的静载荷(惯性力或惯性力矩)，以确保箱体处于牢固可靠的夹紧状态，同时又不至于对箱体及内部物品造成损害。本实施例中，设所搬运箱体的重量≤6kg，需要的最大夹紧力为86n，减振夹持装置的电机1选用ys系列三相异步电机，功率为25w，转速1400r/min。

电机1输出运动和动力，通过轮胎联轴器3、小带轮轴6、小带轮7、皮带5和大带轮9传递到大带轮轴蜗杆一体件10，皮带传动机构的传动比为2.8，带速为1.5m/s，大、小带轮中心距为116mm。大带轮轴和蜗杆为一体件，小带轮7和小带轮轴6之间、大带轮与大带轮轴蜗杆一体件10之间以及蜗轮轴21与蜗轮夹爪一体件12之间分别通过平键20连接传动，蜗轮蜗杆机构的传动比为62，中心距为40mm，蜗杆的头数为1，扇形蜗轮的齿数为20。

小带轮轴6、大带轮轴蜗杆一体件10和蜗轮轴21分别通过套筒19进行轴向辅助定位，小带轮轴6两端通过深沟球轴承23安装在上箱体15与中间箱体14之间，大带轮轴蜗杆一体件10两端通过角接触球轴承18安装在中间箱体14与下箱体16之间，蜗轮轴21两端通过角接触球轴承18安装在上箱体15与中间箱体14之间，其中深沟球轴承23的轴承代号为619-6，角接触球轴承18的轴承代号为7000ac。

绕蜗轮轴21旋转的蜗轮夹爪一体件12，其蜗轮和夹爪一体铸造成型，大带轮轴蜗杆一体件10与蜗轮轴21交错角为90度，夹爪上盖11将减振防滑垫13与夹爪组合在一起，并通过螺栓固定。

机器人减振夹持装置的工作原理是：电机1输出转速和转矩，通过轮胎联轴器3，带动小带轮轴6旋转，其上的小带轮7通过皮带5带动大带轮9及大带轮轴蜗杆一体件10减速旋转，蜗杆和扇形蜗轮相互啮合使蜗轮绕蜗轮轴21旋转，带动夹爪及减振防滑垫13一起转动，实现开合即夹紧、松开动作。

轮胎联轴器3、皮带传动机构和减振防滑垫13均属于弹性部件，具有位移补偿能力和缓冲吸振的功能，其中皮带传动机构还具有超负荷时打滑的特性从而起到过载保护的作用，同时，在搬运过程中如果突遇断电等情况时，蜗轮蜗杆机构具有反行程自锁特征，能够保证箱体始终处于夹紧状态而不松开，起到防止箱体掉落的作用，保证箱体搬运过程的平稳性和安全可靠性。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。