CN110271857B - 智能机器人搬运系统 - Google Patents

Abstract

本发明申请属于机械加工技术领域，具体公开了一种智能机器人搬运系统，包括运输机构和抓取机构，所述运输机构上设有转动架，转动架上设有驱动其转动的驱动部，所述转动架上设有多个抓取机构，所述运输机构用于将工件运送到所需位置。与现有技术相比，本系统能够在较好的保护工件的情况下，对工件进行搬运，且搬运过程中省时省力无需人工操作。

Description

智能机器人搬运系统

技术领域

本发明属于机械加工技术领域，具体公开了一种智能机器人搬运系统。

背景技术

在机械加工中，根据所需加工的工件，制定一系列的工序，由对应机械和工人配合操作，完成对工件的加工；通常情况下，工序都是连续完成的，为了机械加工自动化程度更高，较多工序采用了机器人完成。机器人能够模仿人手臂的某些动作功能，可按加工工序抓取、搬运工件或操作工具。在工件加工过程中，不可避免的需要进行搬运，以便于使工件进行下一工序的加工，由于机械加工中，工件多为金属材料制成，即工件的体积比较小，工件还是会比较重，人工搬运起来较为费时费力。另外，工件的外部在搬运过程中容易发生碰撞，碰撞不仅容易让工人受伤，还容易出现工件的损坏，工件损坏后，若精确度被破坏只能报废，尤其是一些带有轴孔的工件，其外部结构需要较高的精确度。

对于带有轴孔的工件，比如齿轮、轮毂、轴承，以及一些机器的配件等，在加工时需要进行搬运，不仅仅是简单的运输到某处，有些可能需要翻转和运输，比如在打磨、去毛刺、喷漆等加工过程中，都需要对工件进行翻转和运输操作；对带轴孔的工件进行搬运，就更加费时费力，且存在一定安全隐患。

发明内容

本发明的目的在于提供一种智能机器人搬运系统，以解决工件加工过程中，搬运过程费时费力的问题。

为了达到上述目的，本发明的基础方案为：智能机器人搬运系统，包括运输机构和抓取机构，所述运输机构上设有转动架，转动架上设有驱动其转动的驱动部，所述转动架上设有多个抓取机构，所述运输机构用于将工件运送到所需位置；

所述抓取机构包括支架、抓取杆和两个液压缸，两个液压缸固定在支架上，两个液压缸的活塞杆相互平行；所述活塞杆包括滑动段和转动段，滑动段在液压缸缸体内滑动可驱动转动段转动半圈或者半圈的倍数圈；所述滑动段靠近转动段的一侧设有挡块，所述挡块的下端呈弧形，转动段远离滑动段的一端铰接有转杆，转杆与转动段之间设有用于使转杆和转动段保持垂直的第一弹性件，挡块位于活塞杆外侧以及转动段与转杆之间；

所述抓取杆一端设有与工件轴孔配合抵紧的气囊套,所述抓取杆上设有给气囊套充气的充气单元；所述抓取杆两端设有卡合部，转杆上设有与抓取杆两端分别卡合的卡槽，以及分别控制转杆与抓取杆端部卡合的控制单元。

本基础方案的工作原理在于：本系统可在工件加工工序之间使用，通过本系统可将工件从上一工序搬运至下一工序处。本系统使用时，通过运输机构使本系统移动到所需拿取工件处，通过驱动部驱动转动架，让抓取机构与工件对准，在抓取机构均抓取零件后，通过运输机构将工件运输，放置在下一加工工序处。

抓取机构使用时，通过控制单元将抓取杆设有气囊套的一端与转杆分离，并控制液压缸，让与抓取杆连接的活塞杆向下移动，活塞杆向下移动时，活塞杆的滑动段带动转动段向下移动，滑动段将会驱动转动段转动半圈或者半圈的倍数圈，转动段转动则会使转杆与挡块接触，挡块的下端呈弧形且挡块位于转动段与转杆之间，在挡块下端的作用下，转杆与转动段的角度将会发生变化，转杆与转动段的垂直关系会改变，变成转杆与转动段位于同一线上。

此时活塞杆、转杆和抓取杆位于同一竖直线上，抓取杆设有气囊套的一端朝下，继续向下移动活塞杆，使抓取杆的下端伸入工件的轴孔中；当抓取杆下端位于工件的轴孔中时，通过充气单元给气囊套充气，使气囊套与工件轴孔卡合，然后可向上滑动活塞杆使活塞杆回到原始位置。活塞杆回到原始位置后，滑动段的滑动会再次驱动转杆转动半圈或半圈的倍数圈，使转杆转动至原始位置，转杆与活塞杆在第一弹性件的作用下恢复相互垂直的状态。通过控制单元可控制抓取杆的另一端与另一转杆卡合，工件则被抓取机构抓取。

待每个抓取机构均通过上述方式抓取好工件之后，通过运输机构将工件运输至指定位置后，通过驱动部驱动转动架，使抓取机构处于所需位置；然后通过控制单元将抓取杆的一端与转杆分离，让与抓取杆连接的活塞杆向下移动，通过上述原理，滑动段驱动转动段转动，从而使活塞杆、转杆和抓取杆位于同一竖直线上；此时通过充气单元给气囊套放气，使气囊套与工件轴孔不卡合，即可使抓取杆将工件放下。在放下工件的过程中，若需要工件翻转到另一面，可通过控制单元控制对应侧的抓取杆端部与转杆之间分离，来实现工件放置的方向。

本基础方案的有益效果在于：

1、本系统实现了对带有轴孔工件的搬运，搬运过程无需人工参与，非常省时省力；

2、本系统在对工件进行搬运过程中，是对工件的轴孔处施加搬运作用力，不会影响到工件表面，由于是气囊套对工件用力，也不会对工件的轴孔损坏，可避免在对工件表面加工时，搬运对工件表面造成影响；

3、本系统在搬运过程中，可对工件进行翻转，根据工件的工序步骤，可使工件的不同面朝上，以便于下一工序的加工。

4、本系统在对工件进行搬运时，工件是套置在抓取杆上的，在本系统移动过程中，工件不会脱落，则避免了工件搬运时掉落，大大减少了工件搬运存在的安全隐患。

与现有技术相比，本系统能够在较好的保护工件的情况下，对工件进行搬运，且搬运过程中省时省力无需人工操作。

进一步，所述滑动段包括第一滑动段和第二滑动段，所述第一滑动段及第二滑动段的部分位于液压缸内，第二滑动段中心处设有螺旋孔，第一滑动段上转动连接有与螺旋孔密封滑动连接的螺旋杆，所述转动段与螺旋杆固定连接；所述液压缸内设有用于限制第一滑动段位置的限位块，所述第一滑动段上设有供液压油流过的通孔。

抓取机构在使用过程中，需要活塞杆伸出对工件进行抓取或放下时，可启动液压缸，向液压缸内注入液压油，液压油注入后会经第一滑动段上的通孔推动第二滑动段，进而使第二滑动段先下移；第二滑动段下移过程中，螺旋杆将会在螺旋孔内滑动，螺旋杆转动将会带动转动段转动，转动段转动过程中将会把转杆转到挡块的一侧，在挡块下端的作用下，转杆沿转动段转动，使两者的位置发生变化，进而使连接在转杆上的抓取杆随转杆位置变化而变化，便于工件的抓取和放下。在完成对工件进行抓取或放下后，抽出液压缸内的液压油，活塞杆收回，限位块可限制第一滑动段收回的位置，当第一滑动段的位置得以限制时，第一滑动段和第二滑动段之间的液压油会经通孔流出，使第二滑动段向第一滑动段靠拢，进而使螺旋杆转动，转动段和转杆随之转动，在第一弹性件的作用下，转动段和转杆恢复原始的垂直位置。

进一步，第一滑动段和第二滑动段之间设有第二弹性件，第二弹性件套置在螺旋杆上。

第二弹性件的设置，可便于控制第一滑动段和第二滑动的相对滑动，在活塞杆伸出时，第二弹性件的弹力作用可保证液压油先经过通孔进入第二滑动段和第一滑动段之间，保证在活塞杆推出的瞬间，即保证螺旋杆会旋转，进而保证在活塞杆伸出后，螺旋杆旋转带动转动段和转杆旋转，在挡块的作用下，转动段和转杆的位置关系从垂直变成位于同一直线上；在活塞杆收回后，第二弹性件的弹力作用可保证第二滑动段和第一滑动段之间的液压油最后被抽出，即可保证活塞杆收回的最后瞬间，螺旋杆旋转，使转动段和转杆的位置关系从位于同一直线上变成垂直。

进一步，所述螺旋杆的旋转角度为180°，所述第一弹性件为扭簧，第二弹性件为支撑弹簧。

在第二滑动段滑动过程中螺旋杆旋转180°即可实现转动需要，从减少摩擦力和简化生产的设计理念出发，螺旋杆的旋转角度设置为180°最合适。扭簧更适合于调整和控制转动段和转杆之间的转动位置，支撑弹簧适合于控制在活塞杆伸出或收回过程中，第一滑动段和第二滑动段之间的位置关系。

进一步，所述挡块下端呈圆弧形，所述挡块的横截面呈半圆形，挡块包裹在活塞杆的滑动段与转动段连接处。

挡块如此设计，既可便于控制转杆与转动段的位置，又可使本系统此处设计更为美观。

进一步，所述抓取机构为四个，间隔均匀设置；所述驱动部为步进电机。

抓取机构设置四个便于一次性抓取四个工件进行搬运，抓取机构间隔均匀的设置可便于本系统自动化控制的设置，步进电机即可驱动运输机构的转动。

进一步，每个抓取机构的控制单元均包括两个电磁铁、两个磁铁块和两个开关，电磁铁安装于卡槽内，磁铁块镶嵌于转杆的端部，开关用于控制电磁铁通断电。

通过开关控制电磁铁通断电，实现抓取杆与转杆之间卡合和分离，使抓取杆与转杆的连接更为快速和牢固，也使本系统自动化程度更高。

进一步，所述抓取杆内设有空腔，气囊套与空腔密封连通，所述抓取杆上设有与空腔密封滑动连接的多个滑块，所述滑块向气囊套一侧倾斜。

当抓取杆伸入工件的轴孔过程中，通孔会推动滑块向空腔内移动，空腔内的空气将会向气囊套中转移，气囊套内充满空气将会对工件的通孔进行挤压，从而使工件通过轴孔固定在抓取杆上，此时抓取杆将工件抓取可进行转移；由于滑块向气囊套一侧倾斜，滑块的结构设置可避免工件向下掉落。

进一步，所述滑块为四个，沿抓取杆周向间隔均匀分布，所述滑块的纵截面呈直角梯形，上底所在的一侧朝向气囊套。

滑块如此设置，进一步便于抓取杆对工件轴孔处进行抓取。

进一步，所述运输机构包括机架、电机和多个轮子，所述轮子转动连接在机架上，所述电机用于驱动轮子转动。

电机通电，即可驱动轮子转动，使本系统移动，对工件进行运输，运输机构如此设计可使整体结构保持简单，且便于控制。

附图说明

图1为本发明智能机器人搬运系统实施例的示意图；

图2是抓取机构的结构示意图；

图3是抓取机构的抓取杆使用过程的结构示意图；

图4是抓取杆2的结构剖视图；

图5是抓取杆抓取工件的结构示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

说明书附图中的附图标记包括：运输机构10、机架11、轮子12、电机13、转动架20、驱动部21、抓取机构30、液压缸31、限位块311、活塞杆32、第一滑动段321、通孔3211、第二滑动段322、螺旋孔3221、转动段323、螺旋杆324、第二弹性件325、挡块33、转杆34、卡槽341、抓取杆35、空腔351、气囊套352、滑块353、电磁铁354、磁铁块355、支架36、工件40、轴孔41。

实施例1

实施例如图1所示，智能机器人搬运系统，包括运输机构10和抓取机构30，运输机构10上设置了转动架20，转动架20上设置了驱动其转动的驱动部21，本实施例中驱动部21采用步进电机，步进电机可驱动转动架20转动到所需角度。转动架20上设置了多个抓取机构30，本实施例中抓取机构30优选设置四个，四个抓取机构30在转动架20的四周间隔均匀分部，运输机构10用于将工件40运送到所需位置。

运输机构10包括机架11、电机13和多个轮子12，本实施例中轮子12为四个，轮子12转动连接在机架11上，电机13用于驱动轮子12转动；本系统中的运输机构10可采用现有设备、机器人等的行走机构，例如送餐机器人、农耕机、儿童乘坐的玩具车等设备上的行走机构，运输机构10可根据具体需要选用现有的行走机构，在此不对具体结构进行赘述。

如图2所示，抓取机构30包括支架36、抓取杆35和两个液压缸31，两个液压缸31固定在支架36上，两个液压缸31的活塞杆32相互平行。活塞杆32包括滑动段和转动段323，滑动段包括第一滑动段321和第二滑动段322，第一滑动段321、以及第二滑动段322的部分位于液压缸31内并与液压缸31密封滑动连接；第二滑动段322中心处设置了螺旋孔3221，第一滑动段321上转动连接有与螺旋孔3221密封滑动连接的螺旋杆324，转动段323与螺旋杆324固定连接；螺旋杆324的旋转角度是180°或者180°的倍数，本实施例中为了螺旋杆324结构更简单，使用更顺畅，螺旋杆324的旋转角度优先选用180°。液压缸31内设置了用于限制第一滑动段321位置的限位块311，第一滑动段321上设置了供液压油流过的通孔3211；第一滑动段321和第二滑动段322之间设置了第二弹性件325，第二弹性件325套置在螺旋杆324上，本实施例中第二弹性件325优选采用支撑弹簧。转动段323远离滑动段的一端铰接有转杆34，转杆34与转动段323之间设置了用于使转杆34和转动段323保持垂直的第一弹性件(图中未示出)，本实施例中第一弹性件采用扭簧。

抓取杆35一端设置了与工件40轴孔41配合抵紧的气囊套352,抓取杆35上设置了给气囊套352充气的充气单元；抓取杆35两端设置了卡合部，转杆34上设置了与抓取杆35两端分别卡合的卡槽341，以及分别控制转杆34与抓取杆35端部卡合的控制单元；本实施例中控制单元均包括两个电磁铁354、两个磁铁块355和两个开关，电磁铁354安装于卡槽341内，磁铁块355镶嵌于转杆34的端部，开关用于控制电磁铁354通断电。滑动段靠近转动段323的侧边固定设置了挡块33，挡块33下端呈圆弧形，挡块33的横截面呈半圆形，挡块33包裹在活塞杆32的转动段323与转杆34连接处，挡块33位于活塞杆32远离抓取杆35的一侧。

本系统中运输机构10、液压缸31、充气单元、控制单元的控制，可根据整个系统的运行轨迹，采用单片机进行自动控制，实现本系统自动运行，此部分设定可采用现有技术实现，在此不再赘述。本系统自动运行，进而便于本系统应用于环境恶劣、加工要求高、外加部位特殊的工件40搬运工序中。

具体实施过程如下：通过运输机构10使本系统移动到所需拿取工件40处，通过驱动部21驱动转动架20，让抓取机构30与工件40对准，在抓取机构30均抓取零件后，通过运输机构10将工件40运输，放置在下一加工工序处。

抓取机构30使用时，如图3所示，通过控制单元将抓取杆35右端与转杆34分离，具体的通过开关控制电磁铁354断电，实现抓取杆35与转杆34之间卡合的地方分离开来。然后启动左侧液压缸31，向液压缸31内注入液压油，液压油注入后会经第一滑动段321上的通孔3211推动第二滑动段322(在第二弹性件325的作用下，第一滑动段321和第二滑动段322在注入液压油后会相对移动，保持一定距离)，进而使第二滑动段322先下移；第二滑动段322下移过程中，螺旋杆324将会在螺旋孔3221内滑动，螺旋杆324滑动因其具有一定旋转角度将会转动，螺旋杆324转动将会带动转动段323转动，转动段323转动过程中将会把转杆34转到右侧，在挡块33下端的作用下，转杆34随转动段323转动，使两者的位置由相互垂直变成在一条直线上，此时活塞杆32继续向下移动，由于挡块33设置在第二滑动段322上，第一滑动段321和第二滑动段322保持相对静止的过程中，因此转杆34和转动段323的位置不会发生变化。

活塞杆32、转杆34和抓取杆35位于同一竖直线上，抓取杆35设置了气囊套352的一端朝下，继续向下移动活塞杆32，使抓取杆35的下端伸入工件40的轴孔41中；当抓取杆35下端位于工件40的轴孔41中时，通过充气单元给气囊套352充气，使气囊套352与工件40轴孔41胀紧(工件40放置在带有孔或槽的工作台上，以便于抓取杆35能够贯穿轴孔41)，工件40的轴孔41套置在抓取杆上，然后可向上滑动活塞杆32使活塞杆32回到原始位置。活塞杆32回到原始位置后，由于液压油从液压缸31内抽出，第一滑动段321和第二滑动段322之间的液压油被抽出，第二弹性件325压缩，使转杆34和转动段323转动至原始位置，从而使转杆34与活塞杆32在第一弹性件的作用下恢复相互垂直的状态。通过给右侧的电磁铁354通电，抓取杆35右端的磁铁块355与电磁铁354吸合，进而使抓取杆35与转杆34卡合固定，工件40此时则被抓取机构抓取。

重复上述操作，待每个抓取机构均通过上述方式抓取好工件40之后，通过运输机构10将工件40运输至指定位置后，通过驱动部21驱动转动架20，使抓取机构30处于所需位置；然后通过控制单元将抓取杆35的一端与转杆34分离，让与抓取杆35连接的活塞杆32向下移动，通过上述原理，滑动段驱动转动段323转动，从而使活塞杆32、转杆34和抓取杆35位于同一竖直线上；此时通过充气单元给气囊套352放气，使气囊套352与工件40轴孔41不卡合，即可使抓取杆35将工件40放下。在放下工件40的过程中，若需要工件40翻转到另一面，可通过控制单元控制对应侧的抓取杆35端部与转杆34之间分离，来实现工件40放置的方向。

实施例2

如图4、图5所示，本实施例与实施例1的不同之处在于，抓取杆35内设置了空腔351，气囊套352与空腔351密封连通，抓取杆35上设置了与空腔351密封滑动连接的多个滑块353，本实施例中滑块353为四个，四个滑块353沿抓取杆35的周向间隔均匀设置，为了保护工件40的轴孔41，滑块353远离抓取杆35的一侧设置了弹性橡胶(图中未示出)；滑块353的纵截面呈直角梯形，上底所在的一侧朝向气囊套352。

当抓取杆35伸入工件40的过程，轴孔41会推动滑块353向空腔351内移动，空腔351内的空气将会向气囊套352中转移，气囊套352内充满空气将会对工件40的轴孔41进行挤压，从而使工件40通过轴孔41固定在抓取杆35上，此时抓取杆35将工件40抓取可进行转移；由于滑块353向气囊套352一侧倾斜，滑块353的结构设置可避免工件40向下掉落。抓取杆35将工件40放下时，在工件40的重力作用下，会使工件滑落到抓取杆35的另一端，气囊套352不在对轴孔41胀紧，轴孔41压缩滑块353，即可使工件40被放下。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。

Claims (7)

1.智能机器人搬运系统，其特征在于：包括运输机构和抓取机构，所述运输机构上设有转动架，转动架上设有驱动其转动的驱动部，所述转动架上设有多个抓取机构，所述运输机构用于将工件运送到所需位置；

所述抓取机构包括支架、抓取杆和两个液压缸，两个液压缸固定在支架上，两个液压缸的活塞杆相互平行；所述活塞杆包括滑动段和转动段，滑动段在液压缸缸体内滑动可驱动转动段转动半圈或者半圈的倍数圈；所述滑动段靠近转动段的一侧设有挡块，所述挡块的下端呈弧形，转动段远离滑动段的一端铰接有转杆，转杆与转动段之间设有用于使转杆和转动段保持垂直的第一弹性件，挡块位于活塞杆外侧以及转动段与转杆之间；

所述抓取杆一端设有与工件轴孔配合抵紧的气囊套,所述抓取杆上设有给气囊套充气的充气单元；所述抓取杆两端设有卡合部，转杆上设有与抓取杆两端分别卡合的卡槽，以及分别控制转杆与抓取杆端部卡合的控制单元；

所述滑动段包括第一滑动段和第二滑动段，所述第一滑动段及第二滑动段的部分位于液压缸内，第二滑动段中心处设有螺旋孔，第一滑动段上转动连接有与螺旋孔密封滑动连接的螺旋杆，所述转动段与螺旋杆固定连接；所述液压缸内设有用于限制第一滑动段位置的限位块，所述第一滑动段上设有供液压油流过的通孔；第一滑动段和第二滑动段之间设有第二弹性件，第二弹性件套置在螺旋杆上；

每个抓取机构的控制单元均包括两个电磁铁、两个磁铁块和两个开关，电磁铁安装于卡槽内，磁铁块镶嵌于转杆的端部，开关用于控制电磁铁通断电。

2.根据权利要求1所述的智能机器人搬运系统，其特征在于，所述螺旋杆的旋转角度为180°，所述第一弹性件为扭簧，第二弹性件为支撑弹簧。

3.根据权利要求1所述的智能机器人搬运系统，其特征在于，所述挡块下端呈圆弧形，所述挡块的横截面呈半圆形，挡块包裹在活塞杆的滑动段与转动段连接处。

4.根据权利要求1-3任一项所述的智能机器人搬运系统，其特征在于，所述抓取机构为四个，间隔均匀设置；所述驱动部为步进电机。

5.根据权利要求1所述的智能机器人搬运系统，其特征在于，所述抓取杆内设有空腔，气囊套与空腔密封连通，所述抓取杆上设有与空腔密封滑动连接的多个滑块，所述滑块向气囊套一侧倾斜。

6.根据权利要求5所述的智能机器人搬运系统，其特征在于，所述滑块为四个，沿抓取杆周向间隔均匀分布，所述滑块的纵截面呈直角梯形，上底所在的一侧朝向气囊套。

7.根据权利要求1所述的智能机器人搬运系统，其特征在于，所述运输机构包括机架、电机和多个轮子，所述轮子转动连接在机架上，所述电机用于驱动轮子转动。

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