CN108724168B - 轮胎搬运机器人末端执行器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及轮胎搬运机器人末端执行器，包括设置在关节机器人的安装法兰机构，导向支撑机构、视觉定位系统、驱动系统以及信号检测系统，其中所述导向支撑机构设置于安装法兰机构上，所述视觉定位系统以及所述驱动系统均设置在所述导向支撑机构上，且所述驱动系统上设有抓取轮胎的张紧机构，由所述驱动系统控制所述张紧机构的开启或者闭合，所述信号检测系统分别设置在所述导向支撑机构以及所述张紧机构上。本发明通过对待搬运轮胎进行初步定位后再由信号检测系统进行精确的定位，从而导引关节机器人精确的对轮胎进行夹持，实现轮胎搬运的自动化与机器人化。

Description

轮胎搬运机器人末端执行器

技术领域

本发明属于轮胎生产自动化的技术领域，尤其是指轮胎搬运机器人末端执行器。

背景技术

随着现代工业自动化技术的迅速发展，许多人工生产加工的工作领域被工业机器人代替，汽车生产线中的轮胎搬运作为一项体力繁重而又重复繁琐的作业已逐步被工业机器人取代。

目前在轮胎生产领域，特别是轮胎从轮胎成型机下来后还需要搬运到轮胎传送线上，由于轮胎的规格繁多，大小尺寸差异很大，另外，成型机每次送过来的轮胎放置位置不固定，从而导致很难实现自动化搬运轮胎，如何通过搬运机器人快速准确的找到待搬运轮胎的位置，并确认轮胎的规格就成了急需解决的任务。

现有为了实现通过搬运机器人来自动控制轮胎的搬运，如中国发明专利（CN104354157A）公开了一种轮胎搬运机器人，包括搬运机器人本体、安装在搬运机器人本体上的轮胎抓取装置、红外测距传感器、机器人控制器，所述红外测距传感器与机器人控制器连接，用于实时检测目标位置，并把位置信息传送给机器人控制器；所述机器人控制器与搬运机器人本体连接。上述文献通过搬运机器人以及气缸驱动的轮胎抓取装置实现对轮胎的搬运，所述红外测距传感器设置在位于所述轮胎抓取装置末端的轮胎抓取执行机构前端，虽然可以用于监测所述轮胎抓取装置到轮胎的位置，实现对轮胎的抓取，但是由于不能保证所述轮胎抓取执行机构的中心正对所述轮胎的中心，导致不能精确的对轮胎进行夹持。

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中不能精确的对轮胎进行夹持的问题从而提供一种可精确控制对轮胎进行夹持的轮胎搬运机器人末端执行器。

为解决上述技术问题，本发明的一种轮胎搬运机器人末端执行器，设置在关节机器人的安装法兰机构上，包括设置在所述安装法兰机构上的导向支撑机构、视觉定位系统、驱动系统以及信号检测系统，其中所述视觉定位系统以及所述驱动系统均设置在所述导向支撑机构上，且所述驱动系统上设有抓取轮胎的张紧机构，由所述驱动系统控制所述张紧机构的开启或者闭合，所述信号检测系统分别设置在所述导向支撑机构以及所述张紧机构上。

在本发明的一个实施例中，所述导向支撑机构包括安装于所述安装法兰机构末端的安装座、固定在所述安装座上的多根直线导杆、固定在所述直线导杆上且与所述安装座相对的末端支撑座以及固定在所述直线导杆上且位于所述安装座与所述末端支撑座之间的中间支撑座。

在本发明的一个实施例中，所述视觉定位系统包括工业相机以及固定在所述工业相机上的镜头，且所述工业相机固定在所述末端支撑座上。

在本发明的一个实施例中，所述驱动系统包括与动力装置相连的滚珠丝杠，所述滚珠丝杠固定在所述安装座和所述末端支撑座之间，并穿过所述中间支撑座，且所述滚珠丝杠上设有驱动螺母。

在本发明的一个实施例中，所述张紧机构包括固定在所述驱动螺母上的驱动滑块、与所述安装座连接的第一连杆、与所述驱动滑块相连的第二连杆以及与所述第二连杆相连且平行于所述直线导杆的第三连杆，且所述第一连杆通过第二销轴连接至所述第二连杆的中间位置。

在本发明的一个实施例中，所述动力装置包括安装在所述安装法兰机构内的伺服电机以及与所述伺服电机相连的减速器，且所述减速器通过弹性联轴器与所述滚珠丝杠相连。

在本发明的一个实施例中，所述信号检测系统包括设置在所述安装座上的原点位置传感器以及与所述原点位置传感器相对的原点限位块、设置在所述中间支撑座上的末端位置传感器以及与所述末端位置传感器相对的末端限位块，其中所述原点限位块固定于所述驱动滑块上，所述末端限位块固定在所述驱动螺母上。

在本发明的一个实施例中，所述信号检测系统还包括径向距离传感器以及轴向距离传感器，其中所述径向距离传感器固定在所述末端支撑座的第一个侧面，且所述径向距离传感器的检测面正对所述末端执行器的径向方向，所述轴向距离传感器固定在所述末端支撑座的第二个侧面，且所述轴向距离传感器的检测面正对所述末端执行器的轴向方向。

在本发明的一个实施例中，所述信号检测系统还包括张紧传感器，且所述张紧传感器固定在所述第三连杆的腔内，且所述第三连杆的外侧面设有压片。

在本发明的一个实施例中，所述安装法兰机构包括与所述关节机器人相连的U型连接法兰、与所述U型连接法兰固定连接的背板，以及固定在所述U型连接法兰两侧的第一侧板和第二侧板，且所述第一侧板通过所述背板与所述第二侧板固定连接形成一个容纳腔体。

本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

本发明所述轮胎搬运机器人末端执行器, 通过所述视觉定位系统实现对所述待搬运轮胎的初步定位，通过所述信号检测系统实现精确的对轮胎进行夹持，完成对所述待搬运轮胎的精准定位，通过所述张紧机构确保对所述轮胎的夹持力，从而实现轮胎搬运的自动化与机器人化。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中

图1是本发明所述轮胎搬运机器人末端执行器的立体图；

图2是本发明所述轮胎搬运机器人末端执行器的侧视图；

图3是本发明所述轮胎搬运机器人末端执行器夹持轮胎的立体图。

附图标记说明：10-关节机器人，21-连接法兰，22-背板，23-第一侧板，24-第二侧板，31-安装座，32-直线导杆，33-末端支撑座，34-中间支撑座，35-直线轴承，41-滚珠丝杠，42-驱动螺母，43-伺服电机，44-减速器，45-弹性联轴器，46-支撑轴承，51-驱动滑块，52-第一连杆，53-第二连杆，54-第三连杆，55-第一销轴，56-第二销轴，61-工业相机，62-镜头，71-原点位置传感器，72-原点限位块，73-末端位置传感器，74-末端限位块，75-径向距离传感器，76-轴向距离传感器，77-张紧传感器，78-压片。

具体实施方式

请参考图1和图2以及图3所示，本实施例提供一种轮胎搬运机器人末端执行器，设置在关节机器人10的安装法兰机构上，包括设置在所述安装法兰机构上的导向支撑机构、视觉定位系统、驱动系统以及信号检测系统，其中所述视觉定位系统以及所述驱动系统均设置在所述导向支撑机构上，且所述驱动系统上设有抓取轮胎的张紧机构，由所述驱动系统控制所述张紧机构的开启或者闭合，所述信号检测系统分别设置在所述导向支撑机构以及所述张紧机构上。

上述是本发明所述的核心技术方案，本发明所述轮胎搬运机器人末端执行器，设置在关节机器人10的安装法兰机构上，包括设置在所述安装法兰机构上的导向支撑机构、视觉定位系统、驱动系统以及信号检测系统，其中所述视觉定位系统用于确定待搬运轮胎的位置，并将计算出的待搬运轮胎中心孔的坐标值发送给所述关节机器人10，从而有利于通过所述关节机器人10控制末端执行器移动到待搬运轮胎的上方，实现对所述待搬运轮胎的初步定位，所述视觉定位系统以及所述驱动系统均设置在所述导向支撑机构上，且所述驱动系统上设有抓取轮胎的张紧机构，由所述驱动系统控制所述张紧机构的开启或者闭合，所述信号检测系统分别设置在所述导向支撑机构以及所述张紧机构上，通过设置在所述导向支撑机构上的信号检测系统确认待搬运轮胎中心孔的规格尺寸以及轮胎端面到末端执行器的距离，从而有利于保证使所述张紧机构的中心正对所述轮胎的中心，实现精确的对轮胎进行夹持，完成对所述待搬运轮胎的精准定位，通过设置在所述张紧机构上的信号检测系统有利于控制所述张紧机构对轮胎的夹持，确保所述张紧机构对所述轮胎的夹持力，从而实现轮胎搬运的自动化与机器人化。

所述安装法兰机构包括与所述关节机器人10相连的U型连接法兰21、与所述U型连接法兰21固定连接的背板22，以及固定在所述U型连接法兰21两侧的第一侧板23和第二侧板24，且所述第一侧板23通过所述背板22与所述第二侧板24固定连接形成一个容纳腔体。

所述导向支撑机构包括安装于所述容纳腔体内的安装座31、固定在所述安装座31上的多根直线导杆32、固定在所述直线导杆32上且与所述安装座31相对的末端支撑座33以及固定在所述直线导杆32上且位于所述安装座31与所述末端支撑座33之间的中间支撑座34。为了保证后续夹持所述轮胎时受力的均匀，所述多根直线导杆32优先选择三根，且成品字形均匀固定在所述安装座31上。

所述驱动系统包括与动力装置相连的滚珠丝杠41，所述滚珠丝杠41固定在所述安装座31和所述末端支撑座33之间，并穿过所述中间支撑座34，且所述滚珠丝杠41上设有驱动螺母42。所述动力装置包括安装在所述安装法兰机构内的伺服电机43以及与所述伺服电机43相连的减速器44，具体地，所述伺服电机43和所述减速器44均位于所述容纳腔体内，所述伺服电机43输出端和所述减速器44的输入端固定连接，所述减速器44的输出端固定在所述安装座31的一端，且所述减速器44通过弹性联轴器45与所述滚珠丝杠41相连。所述滚珠丝杠41的两端均安装支撑轴承46，且所述支撑轴承46分别固定在所述安装座31和所述末端支撑座33上，所述滚珠丝杠41上设有两个驱动螺母42，且所述驱动螺母42分别布置在中间支撑座34的前后两侧，所述滚珠丝杠41的输入端还固定有精密锁紧螺母，且所述精密锁紧螺母紧靠所述支撑轴承46。

所述张紧机构包括固定在所述驱动螺母42上的驱动滑块51、与所述安装座31连接的第一连杆52、与所述驱动滑块51相连的第二连杆53以及与所述第二连杆53相连且平行于所述直线导杆32的第三连杆54，且所述第一连杆52通过第二销轴56连接至所述第二连杆53的中间位置。具体地，所述驱动螺母42上设有两个驱动滑块51，且所述驱动滑块51分别固定在所述滚珠丝杠41上对应的驱动螺母42上，所述驱动滑块51穿过所述直线导杆32并固定在直线轴承35上，其中，所述直线轴承35固定在所述直线导杆32上，所述第一连杆52的一端通过第一销轴55连接在所述安装座31上，所述第一连杆52的另一端通过第二销轴56连接到所述第二连杆53的中间位置，所述第二连杆53的一端通过第三销轴连接到所述驱动滑块51上，所述第二连杆53的另一端通过第四销轴连接到所述第三连杆54，其中所述直线导杆32、第一连杆52、第一销轴55、第二连杆53，第二销轴56、第三销轴、第三连杆54以及第四销轴组成了一个平行四连杆机构。当所述驱动滑块51运动时，带动所述第二连杆53的运动，从而带动所述第三连杆54的运动，实现对轮胎的夹持。具体地，当所述驱动滑块51向所述安装座31的方向移动时，所述第三连杆54向远离所述滚珠丝杠41的方向运动，使多个所述第三连杆54向外张开,此时可以对待搬运轮胎的内孔进行夹持；当所述驱动滑块51向远离所述安装座31的方向移动时，所述第三连杆54向所述滚珠丝杠41的方向运动，使多个所述第三连杆54向内收缩,此时释放对轮胎的内孔的夹持。

所述视觉定位系统包括工业相机61以及固定在所述工业相机61上的镜头62，且所述工业相机61固定在所述末端支撑座33上，通过所述镜头62可以确定待搬运轮胎的位置，并将计算出的待搬运轮胎中心孔的坐标值发送给所述关节机器人10，从而有利于通过所述关节机器人10控制末端执行器移动到待搬运轮胎的上方，实现对所述待搬运轮胎的初步定位。

所述信号检测系统包括设置在所述安装座31上的原点位置传感器71以及与所述原点位置传感器71相对的原点限位块72，且所述原点限位块72固定于所述驱动滑块51上，当所述驱动滑块51向所述安装座31的方向移动时，在所述驱动滑块51的带动下，所述原点限位块72向所述原点位置传感器71的方向移动，当所述原点限位块72移动到与所述原点位置传感器71相接触时，多个所述第三连杆54向外张开至最大状态；所述信号检测系统还包括设置在所述中间支撑座34上的末端位置传感器73以及与所述末端位置传感器73相对的末端限位块74，且所述末端限位块74固定在所述驱动螺母42上，当所述驱动螺母42带动所述驱动滑块51向远离所述安装座31的方向移动时，在所述驱动滑块51的带动下，所述末端限位块74向所述末端位置传感器73的方向移动，当所述末端限位块74移动到与所述末端位置传感器73相接触时，多个所述第三连杆54向内收缩至最小状态，此时定义为末端执行器的初始状态。本实施例中，所述原点限位块72以及所述末端限位块74均呈T型，所述末端位置传感器73位于末端传感器座上，所述末端传感器座设置在所述中间支撑座34上，所述末端限位块74固定在的末端限位块座上，且所述末端限位块座紧固在所述驱动螺母42上。

所述信号检测系统还包括径向距离传感器75以及轴向距离传感器76，其中所述径向距离传感器75固定在所述末端支撑座33的第一个侧面，且所述径向距离传感器75的检测面正对所述末端执行器的径向方向，用于感测所述末端执行器至待搬运轮胎的径向距离，即感测所述末端执行器到轮胎端面的距离；所述轴向距离传感器76固定在所述末端支撑座33的第二个侧面，且所述轴向距离传感器76的检测面正对所述末端执行器的轴向方向，用于感测所述末端执行器至待搬运轮胎的轴向距离，即感测待搬运轮胎中心孔的规格尺寸，从而有利于保证使所述张紧机构的中心正对所述轮胎的中心，实现精确的对轮胎进行夹持，完成对所述待搬运轮胎的精准定位。另外，所述径向距离传感器75位于径向距离传感器座上，所述轴向距离传感器76位于轴向距离传感器座上，且所述径向距离传感器座和所述轴向距离传感器座均固定在所述末端支撑座33上。

所述信号检测系统还包括张紧传感器77，且所述张紧传感器77固定在所述第三连杆54的腔内，且所述第三连杆54的外侧面设有压片78，通过所述压片78以及张紧传感器77可以控制所述第三连杆54夹持所述轮胎时的夹持力，避免夹持力不足不能有效夹持轮胎或者夹持力过大导致对轮胎损害的问题，从而保证有效的夹持轮胎。

本发明所述轮胎搬运机器人末端执行器的工作原理如下：

首先，通过所述工业相机61找出待搬运轮胎的放置位置，并计算出待搬运轮胎中心孔的坐标值，然后把轮胎中心孔的坐标值发给所述关节机器人10，所述关节机器人10把所述末端执行器移动到待搬运轮胎的上方，此时所述伺服电机43驱动末端执行器处于初始状态，为下一步抓取轮胎做准备；其次，所述径向距离传感器75以及所述轴向距离传感器76开始工作，确认待搬运轮胎中心孔的规格尺寸以及轮胎端面到所述末端执行器的距离；然后所述关节机器人10驱动所述末端执行器到确定位置，所述伺服电机43再次工作，驱动所述滚珠丝杠41旋转，从而通过所述驱动螺母42带动所述驱动滑块51向所述安装座31的方向移动，使所述第三连杆54向远离所述滚珠丝杠41的方向运动，此时多个所述第三连杆54向外张开,实现对待搬运轮胎的内孔进行夹持；当所述压片78接触所述轮胎的内壁时，所述张紧传感器77开始工作，通过所述张紧传感器77控制对所述轮胎的夹持力，待夹持稳定后，所述伺服电机43停止驱动，所述关节机器人10将所述末端执行器上夹持的轮胎搬运到指定位置。所述伺服电机43反向驱动所述滚珠丝杠41，从而通过所述驱动螺母42带动所述驱动滑块51向远离所述安装座31的方向移动，使所述第三连杆54向所述滚珠丝杠41的方向运动，此时多个所述第三连杆54向内收缩,释放轮胎。之后，所述关节机器人10带动所述末端执行器回到初始状态，完成一次搬运并进入下一个搬运循环。

综上，本发明所述技术方案具有以下优点：

1.本发明所述轮胎搬运机器人末端执行器，设置在关节机器人的安装法兰机构上，包括设置在所述安装法兰机构上的导向支撑机构、视觉定位系统、驱动系统以及信号检测系统，其中所述视觉定位系统用于确定待搬运轮胎的位置，并将计算出的待搬运轮胎中心孔的坐标值发送给所述关节机器人，从而有利于通过所述关节机器人控制末端执行器移动到待搬运轮胎的上方，实现对所述待搬运轮胎的初步定位，所述视觉定位系统以及所述驱动系统均设置在所述导向支撑机构上，且所述驱动系统上设有抓取轮胎的张紧机构，由所述驱动系统控制所述张紧机构的开启或者闭合，所述信号检测系统分别设置在所述导向支撑机构以及所述张紧机构上，通过设置在所述导向支撑机构上的信号检测系统确认待搬运轮胎中心孔的规格尺寸以及轮胎端面到末端执行器的距离，从而有利于保证使所述张紧机构的中心正对所述轮胎的中心，实现精确的对轮胎进行夹持，完成对所述待搬运轮胎的精准定位，通过设置在所述张紧机构上的信号检测系统有利于控制所述张紧机构对轮胎的夹持，确保所述张紧机构对所述轮胎的夹持力，从而实现轮胎搬运的自动化与机器人化。

2.本发明所述轮胎搬运机器人末端执行器，所述信号检测系统还包括径向距离传感器以及轴向距离传感器，其中所述径向距离传感器固定在所述末端支撑座的第一个侧面，且所述径向距离传感器的检测面正对所述末端执行器的径向方向，用于感测所述末端执行器至待搬运轮胎的径向距离；所述轴向距离传感器固定在所述末端支撑座的第二个侧面，且所述轴向距离传感器的检测面正对所述末端执行器的轴向方向，用于感测所述末端执行器至待搬运轮胎的轴向距离，从而有利于保证使所述张紧机构的中心正对所述轮胎的中心，实现精确的对轮胎进行夹持，完成对所述待搬运轮胎的精准定位。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (8)

1.一种轮胎搬运机器人末端执行器，设置在关节机器人的安装法兰机构上，其特征在于：包括设置在所述安装法兰机构上的导向支撑机构、视觉定位系统、驱动系统以及信号检测系统，其中所述视觉定位系统以及所述驱动系统均设置在所述导向支撑机构上，且所述驱动系统上设有抓取轮胎的张紧机构，由所述驱动系统控制所述张紧机构的开启或者闭合，所述信号检测系统分别设置在所述导向支撑机构以及所述张紧机构上；

所述视觉定位系统用于确定待搬运轮胎的位置，并将计算出的待搬运轮胎中心孔的坐标值发送给所述关节机器人，从而有利于通过所述关节机器人控制末端执行器移动到待搬运轮胎的上方，实现对所述待搬运轮胎的初步定位；

所述导向支撑机构包括安装于所述安装法兰机构末端的安装座、固定在所述安装座上的多根直线导杆、固定在所述直线导杆上且与所述安装座相对的末端支撑座以及固定在所述直线导杆上且位于所述安装座与所述末端支撑座之间的中间支撑座；

所述信号检测系统包括径向距离传感器以及轴向距离传感器，其中所述径向距离传感器固定在所述末端支撑座的第一个侧面，且所述径向距离传感器的检测面正对所述末端执行器的径向方向，用于感测所述末端执行器至待搬运轮胎的径向距离，即感测所述末端执行器到轮胎端面的距离；所述轴向距离传感器固定在所述末端支撑座的第二个侧面，且所述轴向距离传感器的检测面正对所述末端执行器的轴向方向，用于感测所述末端执行器至待搬运轮胎的轴向距离，即感测待搬运轮胎中心孔的规格尺寸，从而有利于保证使所述张紧机构的中心正对所述轮胎的中心，实现精确的对轮胎进行夹持，完成对所述待搬运轮胎的精准定位。

2.根据权利要求1所述的轮胎搬运机器人末端执行器，其特征在于：所述视觉定位系统包括工业相机以及固定在所述工业相机上的镜头，且所述工业相机固定在所述末端支撑座上。

3.根据权利要求1所述的轮胎搬运机器人末端执行器，其特征在于：所述驱动系统包括与动力装置相连的滚珠丝杠，所述滚珠丝杠固定在所述安装座和所述末端支撑座之间，并穿过所述中间支撑座，且所述滚珠丝杠上设有驱动螺母。

4.根据权利要求3所述的轮胎搬运机器人末端执行器，其特征在于：所述张紧机构包括固定在所述驱动螺母上的驱动滑块、与所述安装座连接的第一连杆、与所述驱动滑块相连的第二连杆以及与所述第二连杆相连且平行于所述直线导杆的第三连杆，且所述第一连杆通过第二销轴连接至所述第二连杆的中间位置。

5.根据权利要求3所述的轮胎搬运机器人末端执行器，其特征在于：所述动力装置包括安装在所述安装法兰机构内的伺服电机以及与所述伺服电机相连的减速器，且所述减速器通过弹性联轴器与所述滚珠丝杠相连。

6.根据权利要求4所述的轮胎搬运机器人末端执行器，其特征在于：所述信号检测系统包括设置在所述安装座上的原点位置传感器以及与所述原点位置传感器相对的原点限位块、设置在所述中间支撑座上的末端位置传感器以及与所述末端位置传感器相对的末端限位块，其中所述原点限位块固定于所述驱动滑块上，所述末端限位块固定在所述驱动螺母上。

7.根据权利要求6所述的轮胎搬运机器人末端执行器，其特征在于：所述信号检测系统还包括张紧传感器，且所述张紧传感器固定在所述第三连杆的腔内，且所述第三连杆的外侧面设有压片。

8.根据权利要求1所述的轮胎搬运机器人末端执行器，其特征在于：所述安装法兰机构包括与所述关节机器人相连的U型连接法兰、与所述U型连接法兰固定连接的背板，以及固定在所述U型连接法兰两侧的第一侧板和第二侧板，且所述第一侧板通过所述背板与所述第二侧板固定连接形成一个容纳腔体。