本發(fā)明涉及重型工件抓取，具體而言，涉及一種重型工件的機(jī)械臂末端多點(diǎn)柔性抓具及抓取方法。

背景技術(shù)：

1、隨著我國(guó)制造業(yè)向無(wú)人化、智能化的推進(jìn)，機(jī)械臂因具有有效提升生產(chǎn)效率、降低成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量和安全性高等優(yōu)點(diǎn)，已成為現(xiàn)代制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的重要推動(dòng)力。在高強(qiáng)度、高穩(wěn)定性或承受大載荷的工業(yè)場(chǎng)景當(dāng)中，大尺寸重型工件的搬運(yùn)通常借助桁架設(shè)備，存在桁架設(shè)備運(yùn)行所需的空間大、耗費(fèi)大量的人力資源、工作效率低、危險(xiǎn)系數(shù)高、靈活性低等問(wèn)題，因此運(yùn)用機(jī)械臂實(shí)現(xiàn)對(duì)大尺寸重型工件的搬運(yùn)已成為發(fā)展趨勢(shì)。但常用的機(jī)械臂末端抓具選用機(jī)械結(jié)構(gòu)與液壓系統(tǒng)相結(jié)合，存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、占用空間大、抓取準(zhǔn)確率低、成本高的問(wèn)題。而常用的氣壓驅(qū)動(dòng)機(jī)械臂末端抓具選用柔性結(jié)構(gòu)雖然能有效提高抓取的準(zhǔn)確率，但難以應(yīng)對(duì)重型工件的重量和尺寸。

2、在選用機(jī)械臂搬運(yùn)大尺寸重型工件的過(guò)程中，機(jī)械臂面臨著搬運(yùn)過(guò)程的穩(wěn)定性、夾持的準(zhǔn)確性以及高承載能力的問(wèn)題：

3、首先，常用的機(jī)械臂末端執(zhí)行器的工作面積相對(duì)于工件的夾持面面積較小，搬運(yùn)過(guò)程中抗干擾能力差，難以實(shí)現(xiàn)搬運(yùn)過(guò)程中的穩(wěn)定性，易產(chǎn)生額外的傾覆力矩使機(jī)械臂疲勞，甚至超過(guò)機(jī)械臂的承載能力直接造成損壞，造成安全事故，因此需要一種機(jī)械臂末端抓具裝置，在工件的夾持面上選擇多個(gè)夾持點(diǎn)進(jìn)行抓取，以提高搬運(yùn)過(guò)程中大尺寸重型工件的穩(wěn)定性；

4、第二，常用的機(jī)械臂在工作的過(guò)程中由于存在絕對(duì)定位精度，使得抓取準(zhǔn)確率低，在抓取大尺寸重型工件時(shí)，需要保證每個(gè)夾持點(diǎn)均快速準(zhǔn)確連接后再進(jìn)行搬運(yùn)工作，為了保證工作效率與安全性，機(jī)械臂的整個(gè)工作過(guò)程需在無(wú)額外的人員幫助下完成，因此需要一種柔性的機(jī)械臂末端抓具裝置，以彌補(bǔ)機(jī)械臂的絕對(duì)定位誤差，滿足每個(gè)夾持點(diǎn)的快速準(zhǔn)確抓?。?/p>

5、第三，搬運(yùn)大尺寸重型工件的過(guò)程中，要求采用氣壓驅(qū)動(dòng)，常用的氣壓驅(qū)動(dòng)的重型鉤爪的最大搬運(yùn)重量不超過(guò)300kg，無(wú)法滿足重型工件重量最大可達(dá)800kg的要求。由于誤差具有累積的效果，機(jī)械臂的末端執(zhí)行器無(wú)法采用過(guò)多的夾持點(diǎn)，但較少的夾持點(diǎn)會(huì)使每個(gè)夾持點(diǎn)均需要承受較大的載荷，且要求能夠斷氣自鎖2h，以免抓取的重型工件掉落發(fā)生安全事故，因此需要一種高承載能力的機(jī)械臂末端抓具裝置。

6、針對(duì)機(jī)械臂搬運(yùn)重型工件過(guò)程中，末端抓具存在的夾持的穩(wěn)定性差、準(zhǔn)確性差以及承載能力低的問(wèn)題，本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種重型工件的機(jī)械臂末端多點(diǎn)柔性抓具裝置，用于實(shí)現(xiàn)機(jī)械臂穩(wěn)定、準(zhǔn)確、快速搬運(yùn)大尺寸重型工件。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是：

2、為了解決現(xiàn)有機(jī)械臂搬運(yùn)重型工件過(guò)程中，末端抓具存在的夾持的穩(wěn)定性差、準(zhǔn)確性差以及承載能力低的問(wèn)題。

3、本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案：

4、本發(fā)明提供了一種重型工件的機(jī)械臂末端多點(diǎn)柔性抓具，包括機(jī)械臂組件、桁架結(jié)構(gòu)組件和柔性移動(dòng)平臺(tái)組件，

5、所述桁架結(jié)構(gòu)組件包括快換組件的工件端、桁架結(jié)構(gòu)、氣動(dòng)保壓閥和氣管；所述快換組件的機(jī)械臂端與機(jī)械臂組件連接，所述快換組件的工件端設(shè)置在桁架結(jié)構(gòu)的頂端中間位置，所述桁架結(jié)構(gòu)為長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)；所述氣管固定到所述桁架結(jié)構(gòu)上；所述桁架結(jié)構(gòu)沿長(zhǎng)度方向的兩側(cè)對(duì)稱(chēng)的設(shè)有三對(duì)均布的連接座，每個(gè)連接座上均設(shè)有氣動(dòng)保壓閥和柔性移動(dòng)平臺(tái)組件，氣源先接入氣動(dòng)保壓閥后再進(jìn)入柔性移動(dòng)平臺(tái)組件內(nèi)，用于保證氣源中斷時(shí)的自鎖；

6、每個(gè)柔性移動(dòng)平臺(tái)組件均包括端蓋、柔性平臺(tái)支撐座、推力球軸承、柔性平臺(tái)移動(dòng)軸、夾緊器固定端和夾緊器；

7、所述柔性平臺(tái)支撐座為上端開(kāi)口的圓柱狀結(jié)構(gòu)，所述柔性平臺(tái)支撐座設(shè)置在桁架結(jié)構(gòu)的連接座上，所述柔性平臺(tái)支撐座上端與端蓋通過(guò)法蘭連接；所述柔性平臺(tái)移動(dòng)軸為圓柱狀結(jié)構(gòu)且外部設(shè)有限位圓臺(tái)，所述柔性平臺(tái)移動(dòng)軸依次貫穿柔性平臺(tái)支撐座和連接座的中心位置后與夾緊器固定端連接，所述柔性平臺(tái)移動(dòng)軸的限位圓臺(tái)上下兩側(cè)均設(shè)有推力球軸承，上下兩側(cè)的推力球軸承均能同步在半徑方向的空間臨界范圍內(nèi)自由移動(dòng)；

8、所述夾緊器固定端的下方圓臺(tái)與夾緊器連接，所述夾緊器設(shè)有倒角，所述夾緊器的底部中心處設(shè)有空腔，空腔內(nèi)用于與重型工件組件上的牽引螺栓利用氣壓鎖緊，所述牽引螺栓設(shè)有倒角；用于在機(jī)械臂組件向下移動(dòng)的過(guò)程中，所述夾緊器和牽引螺栓在倒角的引導(dǎo)下，使柔性平臺(tái)移動(dòng)軸連接的夾緊器在柔性平臺(tái)支撐座的底部中心孔半徑方向的空間臨界范圍內(nèi)移動(dòng)。

9、進(jìn)一步地，所述機(jī)械臂組件包括機(jī)械臂、六維力傳感器和快換組件的機(jī)械臂端；所述機(jī)械臂用于實(shí)現(xiàn)對(duì)多點(diǎn)柔性抓具的位移和姿態(tài)調(diào)整，所述機(jī)械臂的末端與六維力傳感器連接，所述六維力傳感器與快換組件的機(jī)械臂端連接，所述快換組件的機(jī)械臂端與快換組件的工件端連接。

10、進(jìn)一步地，所述氣管用于為柔性移動(dòng)平臺(tái)組件提供不低于0.5mpa的氣源。

11、進(jìn)一步地，在氣源中斷時(shí)，通過(guò)氣動(dòng)保壓閥保證柔性移動(dòng)平臺(tái)組件在2h內(nèi)自鎖。

12、進(jìn)一步地，還包括抗磨損墊片，上方的推力球軸承的滾軸與端蓋間設(shè)有抗磨損墊片，下方的推力球軸承的滾軸與柔性平臺(tái)支撐座底部間設(shè)有抗磨損墊片，上下兩側(cè)的推力球軸承均相對(duì)抗磨損墊片在半徑方向的空間臨界范圍以內(nèi)自由移動(dòng)，所述空間臨界為2mm。

13、進(jìn)一步地，還包括防松螺栓，所述柔性平臺(tái)移動(dòng)軸的空腔與夾緊器固定端的連接柱通過(guò)m12的螺紋連接，通過(guò)防松螺栓從上方將柔性平臺(tái)移動(dòng)軸與夾緊器固定端連接固定，防松螺栓的螺紋和夾緊器固定端的螺紋旋向相同。

14、進(jìn)一步地，所述夾緊器設(shè)有2mm的倒角，所述牽引螺栓設(shè)有1mm的倒角，用于彌補(bǔ)機(jī)械臂1.5mm的絕對(duì)定位誤差。

15、進(jìn)一步地，所述連接座的底部套接有夾板固定側(cè)，所述夾緊器固定端的底部圓臺(tái)上套接有夾板移動(dòng)側(cè)，所述夾板固定側(cè)和夾板移動(dòng)側(cè)觸接且可相對(duì)滑動(dòng)；所述夾板固定側(cè)的上方和夾板移動(dòng)側(cè)的下方相對(duì)位置均設(shè)有環(huán)形磁鐵，用于保證非工作狀態(tài)下，通過(guò)一對(duì)環(huán)形磁鐵使柔性平臺(tái)移動(dòng)軸始終位于位移區(qū)域的中心處。

16、一種重型工件的機(jī)械臂末端多點(diǎn)柔性抓具的抓取方法，包括以下步驟：

17、在進(jìn)行抓取時(shí)，通過(guò)機(jī)械臂調(diào)整末端抓具的位置和姿態(tài)使六個(gè)夾持點(diǎn)的柔性移動(dòng)平臺(tái)組件位于各夾持點(diǎn)上方，驅(qū)動(dòng)柔性移動(dòng)平臺(tái)組件豎直向下移動(dòng)，在夾緊器的2mm倒角和牽引螺栓的1mm倒角的引導(dǎo)下，通過(guò)推力球軸承的滾珠移動(dòng)，完成夾緊器與大尺寸的重型工件組件上牽引螺栓的連接，并靠氣壓完成夾緊器與牽引螺栓的鎖緊；

18、通過(guò)機(jī)械臂末端抓具向上位移單位距離，若六維力傳感器未出現(xiàn)階躍的扭矩，則證明各夾持點(diǎn)的夾緊器均與牽引螺栓完成鎖緊連接，完成抓取過(guò)程。

19、進(jìn)一步地，若工作過(guò)程中氣源發(fā)生中斷，依靠氣動(dòng)保壓閥保證多點(diǎn)柔性抓具裝置在2h內(nèi)自鎖。

20、相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益效果是：

21、(1)本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)機(jī)械臂采用氣壓驅(qū)動(dòng)穩(wěn)定、快速搬運(yùn)大尺寸重型工件，并在氣源中斷時(shí)自鎖提供了一種多點(diǎn)柔性抓具裝置。

22、(2)本發(fā)明在重型工件的大尺寸夾持面采用六點(diǎn)夾持釋放裝置，能夠保證機(jī)械臂在搬運(yùn)過(guò)程中大尺寸重型工件的抗干擾能力，實(shí)現(xiàn)搬運(yùn)過(guò)程中的穩(wěn)定性。

23、(3)本發(fā)明采用獨(dú)特的柔性移動(dòng)平臺(tái)，在機(jī)械臂向下抓取的過(guò)程中，有效補(bǔ)償機(jī)械臂1.5mm的絕對(duì)定位誤差，使得抓取過(guò)程更加的準(zhǔn)確、高效，避免了過(guò)多夾持點(diǎn)存在的累積誤差問(wèn)題，以及少夾持點(diǎn)存在的單夾持點(diǎn)承受荷載大導(dǎo)致的穩(wěn)定性差的問(wèn)題。

24、(4)本發(fā)明的柔性平臺(tái)移動(dòng)軸能在半徑2mm的圓形區(qū)域內(nèi)實(shí)現(xiàn)柔性連接，且具有134kg以上的承載能力。

25、(5)本發(fā)明采用防松螺栓，且防松螺栓的螺紋和夾緊器固定端的螺紋旋向相同，有效保證了柔性平臺(tái)移動(dòng)軸和夾緊器固定端的連接可靠性，增強(qiáng)柔性移動(dòng)平臺(tái)的抗干擾能力。

26、(6)本發(fā)明的桁架結(jié)構(gòu)采用q235鋼板焊接而成，安全系數(shù)1.5，搬運(yùn)質(zhì)量為800kg的大尺寸重型工件過(guò)程中，桁架結(jié)構(gòu)最大等效應(yīng)力58.3mpa，最大變形339μm，明顯小于許用應(yīng)力157mpa，滿足強(qiáng)度要求。