CN104924317A - 气囊机械手及其夹料控制系统、夹料方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及机械手技术领域，尤其涉及气囊机械手及其夹料控制系统、夹料方法，气囊机械手包括有顶部开口的软胶气囊，软胶气囊顶部固定有基座，基座与软胶气囊之间围合形成封闭气囊空间，基座上开设有与气囊空间连通的进出气口，软胶气囊包括有相互连接的支撑部、位于支撑部底部的可变形夹料部，夹料部的壁厚小于支撑部的壁厚，本发明利用可变形软胶气囊作为机械手拾取夹持单元实现类似于蜥蜴舌头拾物功能的柔性拾取夹持效果，软胶气囊能够根据物料的形状自动改变形状并在负压作用下自动夹紧物料，灵活度高，拾放物料方便，能够用于夹持各种不同规则或不规则形状、任意摆放位置的物料，适用范围广。
Description
技术领域：
本发明涉及机械手技术领域，尤其涉及气囊机械手及其夹料控制系统、夹料方法。
背景技术：
随着技术的发展，机械手越来越多的被运用到各类领域，尤其是自动化生产线，但目前自动化生产线所使用的机械手都是通过刚性气动手指夹持物料或通过吸盘吸附物料，气动手指只适合于夹持形状规则、按指定要求摆放整齐的物料，而吸盘只适合于吸附具有光滑平面、按指定要求摆放整齐的物料，气动手指和吸盘对于形状不规则、不按指定要求摆放整齐的物料都无法准确夹持，灵活度低，并且结构复杂，控制使用不方便，应用领域受到很大限制。
发明内容：
本发明的目的就是针对现有技术存在的不足而提供一种灵活度高、拾放物料方便的气囊机械手，还提供了这种气囊机械手的夹料控制系统和夹料方法。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
气囊机械手，包括有顶部开口的软胶气囊，软胶气囊顶部固定有基座，基座与软胶气囊之间围合形成封闭气囊空间，基座上开设有与气囊空间连通的进出气口，软胶气囊包括有相互连接的支撑部、位于支撑部底部的可变形夹料部，夹料部的壁厚小于支撑部的壁厚。
所述夹料部的底部向内凹陷形成凹口部。
所述夹料部的壁厚由底部向顶部递增。
所述支撑部的壁厚由下端向中间递增。
所述软胶气囊的材质为硅胶或橡胶，夹料部的外侧表面为倒锥形结构。
所述基座为底部开口顶部封闭的空心筒状结构，进出气口设置在基座的顶部或侧面，基座上开设有泄压口，泄压口处设有可调压力的泄压阀。
所述基座的底部外表面螺纹固定连接有锁紧环，锁紧环靠近底部的内表面凸设有内锥形面，基座的底部外表面凸设有与内锥形面配合的外锥形面，软胶气囊的顶部夹设于锁紧环内表面与基座的底部外表面之间，锁紧环通过内锥形面与基座的外锥形面将软胶气囊的顶部夹紧固定密封。
本发明还提供了使用上述气囊机械手的气囊机械手夹料控制系统，包括有上述的气囊机械手、气压源、第一电磁阀、第二电磁阀、真空发生器、第三电磁阀，气压源出口通过一路管路依次连接第一电磁阀、真空发生器、第三电磁阀的入气口，气压源出口通过另一路管路依次连接第二电磁阀、第三电磁阀的入气口，第三电磁阀的出气口通过管路连接气囊机械手的进出气口。
所述气囊机械手的进出气口与第三电磁阀的出气口之间的管路上连接有压力传感器，第三电磁阀的入气口的管路上连接有空气过滤器。
本发明还提供了使用上述气囊机械手的气囊机械手夹料方法，包括有上述的气囊机械手，气囊机械手夹料方法包括以下步骤：
A、将气囊机械手移送至物料处并向物料挤压，使软胶气囊的夹料部接触物料开始变形；
B、软胶气囊继续挤压物料直至气囊空间内的压力达到设定值，使软胶气囊的夹料部沿着物料挤压变形并部分包覆住物料外表面；
C、向气囊空间抽真空形成负压，使软胶气囊的夹料部在负压作用下收缩夹紧物料；
D、持续保持气囊空间内负压，并将气囊机械手移送至指定位置；
E、向气囊空间送气形成正压，使软胶气囊的夹料部恢复形状而将物料释放。
本发明有益效果在于：本发明的气囊机械手包括有顶部开口的软胶气囊，软胶气囊顶部固定有基座，基座与软胶气囊之间围合形成封闭气囊空间，基座上开设有与气囊空间连通的进出气口，软胶气囊包括有相互连接的支撑部、位于支撑部底部的可变形夹料部，夹料部的壁厚小于支撑部的壁厚，使得夹料部受力后会发生内凹变形，并部分包覆住物料外表面，这时通过进出气口向气囊空间抽真空形成负压，软胶气囊的夹料部在负压作用下会收缩夹紧物料，完成物料的拾取，将气囊机械手移送至指定位置后，向气囊空间送气形成正压，软胶气囊的夹料部则会通过正压空气自动恢复形状而将物料释放，完成物料的释放，本发明利用可变形软胶气囊作为机械手拾取夹持单元实现类似于蜥蜴舌头拾物功能的柔性拾取夹持效果，软胶气囊能够根据物料的形状自动改变形状并在负压作用下自动夹紧物料，灵活度高，拾放物料方便，能够用于夹持各种不同规则或不规则形状、任意摆放位置的物料，适用范围广。
附图说明：
图1是本发明气囊机械手的结构示意图。
图2是本发明气囊机械手的剖示图。
图3是本发明气囊机械手的分解示意图。
图4是本发明气囊机械手的软胶气囊结构示意图。
图5是本发明气囊机械手夹料控制系统的结构原理图。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明作进一步的说明，见图1~4所示，本发明的气囊机械手1，包括有顶部开口的软胶气囊11，软胶气囊11顶部固定有基座12，基座12与软胶气囊11之间围合形成封闭气囊空间13，基座12上开设有与气囊空间13连通的进出气口14，进出气口14处可接快换接头，进出气口14与外部空气压缩系统连通，通过外部空气压缩系统连通向气囊空间13抽真空或送入空气。软胶气囊11包括有相互连接的支撑部111、位于支撑部111底部的可变形夹料部112，夹料部112的壁厚小于支撑部111的壁厚，使得夹料部112受力后会发生内凹变形，并部分包覆住物料外表面，这时通过进出气口14向气囊空间13抽真空形成负压，软胶气囊11的夹料部112在负压作用下会收缩夹紧物料，完成物料的拾取，将气囊机械手1移送至指定位置后，向气囊空间13送气形成正压，软胶气囊11的夹料部112则会通过正压空气自动恢复形状而将物料释放，完成物料的释放，本发明利用可变形软胶气囊11作为机械手拾取夹持单元实现类似于蜥蜴舌头拾物功能的柔性拾取夹持效果，软胶气囊11能够根据物料的形状自动改变形状并在负压作用下自动夹紧物料，灵活度高，拾放物料方便，能够用于夹持各种不同规则或不规则形状、任意摆放位置的物料，适用范围广。
软胶气囊11内部可以只充入空气，即不添加液体；软胶气囊11内部也可以添加适量的液体，以满足不同物料夹持需求。
夹料部112的底部向内凹陷形成凹口部113，易于实现夹料部112受力后发生内凹变形，夹料部112受力变形后，凹口部113周缘会部分包覆住物料外表面形成柔性卡爪的效果，气囊空间13抽真空后凹口部113周缘会在负压作用下会收缩夹紧物料，便于拾取物料。
夹料部112的壁厚由底部向顶部递增，更有利于实现夹料部112受力后发生内凹变形，便于拾取物料。支撑部111的壁厚由下端向中间递增，增加软胶气囊11自身刚性，便于水平搬运物料时软胶气囊11不会向下变形，保证物料的相对位置；并且增加支撑部111壁厚可以保证在真空拾取物料时夹料部112接触物品部位变形，而其他部位不变形，便于拾、放物料。软胶气囊11的材质为硅胶或橡胶，夹料部112的外侧表面为倒锥形结构，有利于实现自身变形，从而便于拾、放物品。
基座12为底部开口顶部封闭的空心筒状结构，进出气口14设置在基座12的顶部或侧面，基座12上开设有泄压口15，泄压口15处设有可调压力的泄压阀16，当气囊空间13压力过大时可以自动泄压，提高安全性。
基座12的底部外表面螺纹固定连接有锁紧环17，锁紧环17靠近底部的内表面凸设有内锥形面171，基座12的底部外表面凸设有与内锥形面171配合的外锥形面121，软胶气囊11的顶部夹设于锁紧环17内表面与基座12的底部外表面之间，锁紧环17通过内锥形面171与基座12的外锥形面121将软胶气囊11的顶部夹紧固定密封，使得软胶气囊11与基座12之间连接稳固，密封性好，不会漏气，并且装拆方便。
见图1~5所示，本发明还提供了使用上述气囊机械手1的气囊机械手夹料控制系统，包括有上述的气囊机械手1、气压源2、第一电磁阀3、第二电磁阀4、真空发生器5、第三电磁阀7，气压源2出口通过一路管路依次连接第一电磁阀3、真空发生器5、第三电磁阀7的入气口，气压源2出口通过另一路管路依次连接第二电磁阀4、第三电磁阀7的入气口，第三电磁阀7的出气口通过管路连接气囊机械手1的进出气口14。气囊机械手1的进出气口14与第三电磁阀7的出气口之间的管路上连接有压力传感器6，第三电磁阀7的入气口的管路上连接有空气过滤器8。压力传感器6能够实时检测气囊空间13内的压力。第三电磁阀7能够实时保持气囊空间13内的压力。气囊机械手1的夹料部112受力后会发生内凹变形，并部分包覆住物料外表面，这时通过进出气口14向气囊空间13抽真空形成负压，软胶气囊11的夹料部112在负压作用下会收缩夹紧物料，第三电磁阀7关闭，保持软胶气囊11的变形维持不变，完成物料的拾取，将气囊机械手1移送至指定位置后，向气囊空间13送气形成正压，软胶气囊11的夹料部112则会通过正压空气自动恢复形状而将物料释放，完成物料的释放。
工作原理为：
1、气囊机械手1收到抓取物料的信号后，移送至物料处并向物料挤压，使软胶气囊11的夹料部112接触物料开始变形；
2、压力传感器6实时检测气囊空间13内的压力，并输出模拟量信号；由于软胶气囊11变形时气囊空间13内部气压会发生变化，通过压力传感器6可检测气囊空间13内的压力并输出信号；
3、软胶气囊11继续挤压物料直至气囊空间13内的压力达到设定值，使软胶气囊11的夹料部112沿着物料挤压变形并部分包覆住物料外表面；
4、第一电磁阀3打开，第三电磁阀7打开，真空发生器5工作向气囊空间13抽真空使气囊空间13形成负压，软胶气囊11的夹料部112在负压作用下收缩夹紧物料；
5、当气囊空间13内的压力达到设定值到，第一电磁阀3关闭，第三电磁阀7关闭，真空发生器5停止抽真空，使气囊空间13持续保持负压，完成物料的抓取；
6、将气囊机械手1移送至指定位置；
7、气囊机械手1收到释放物料的信号后，第二电磁阀4打开，第三电磁阀7打开，气压源2向气囊空间13送气，气囊空间13真空破坏产生正压，使软胶气囊11的夹料部112恢复形状而将物料释放；
8、送气延迟时间达到设定时间后，停止正压供气，第二电磁阀4关闭，第三电磁阀7关闭，完成物料释放。
软胶气囊11内部可以只充入空气，即不添加液体；软胶气囊11内部也可以添加适量的液体，以满足不同物料夹持需求。
本发明利用可变形软胶气囊11作为机械手拾取夹持单元实现类似于蜥蜴舌头拾物功能的柔性拾取夹持效果，软胶气囊11能够根据物料的形状自动改变形状并在负压作用下自动夹紧物料，灵活度高，拾放物料方便，能够用于夹持各种不同规则或不规则形状、任意摆放位置的物料，适用范围广。并且本发明的气囊机械手夹料控制系统通过对软胶气囊11抽真空和送气控制软胶气囊11拾取或释放物料，控制简单方便。
见图1~5所示，本发明还提供了使用上述气囊机械手1的气囊机械手夹料方法，包括有上述的气囊机械手1，气囊机械手夹料方法包括以下步骤：
A、将气囊机械手1移送至物料处并向物料挤压，使软胶气囊11的夹料部112接触物料开始变形，同时通过压力传感器6实时检测气囊空间13内的压力；
B、软胶气囊11继续挤压物料直至气囊空间13内的压力达到设定值，使软胶气囊11的夹料部112沿着物料挤压变形并部分包覆住物料外表面；
C、向气囊空间13抽真空形成负压直至气囊空间13内的压力达到设定值，使软胶气囊11的夹料部112在负压作用下收缩夹紧物料；
D、持续保持气囊空间13内负压，并将气囊机械手1移送至指定位置；
E、向气囊空间13送气形成正压，使软胶气囊11的夹料部112恢复形状而将物料释放。向气囊空间13送气形成正压有助于软胶气囊11快速自动恢复形状。可设定送气时间，通过泄压阀排出超压空气。
气囊机械手1的夹料部112受力后会发生内凹变形，并部分包覆住物料外表面，这时通过进出气口14向气囊空间13抽真空形成负压，软胶气囊11的夹料部112在负压作用下会收缩夹紧物料，完成物料的拾取，将气囊机械手1移送至指定位置后，向气囊空间13送气形成正压，软胶气囊11的夹料部112则会通过正压空气自动恢复形状而将物料释放，完成物料的释放。本发明利用可变形软胶气囊11作为机械手拾取夹持单元实现类似于蜥蜴舌头拾物功能的柔性拾取夹持效果，软胶气囊11能够根据物料的形状自动改变形状并在负压作用下自动夹紧物料，灵活度高，拾放物料方便，能够用于夹持各种不同规则或不规则形状、任意摆放位置的物料，适用范围广。并且本发明的气囊机械手夹料方法通过对软胶气囊11抽真空和送气控制软胶气囊11拾取或释放物料，控制简单方便。
当然，以上所述仅是本发明的较佳实施例，故凡依本发明专利申请范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均包括于本发明专利申请范围内。
Claims (10)
1.气囊机械手，其特征在于：包括有顶部开口的软胶气囊（11），软胶气囊（11）顶部固定有基座（12），基座（12）与软胶气囊（11）之间围合形成封闭气囊空间（13），基座（12）上开设有与气囊空间（13）连通的进出气口（14），软胶气囊（11）包括有相互连接的支撑部（111）、位于支撑部（111）底部的可变形夹料部（112），夹料部（112）的壁厚小于支撑部（111）的壁厚。
2.根据权利要求1所述的气囊机械手，其特征在于：所述夹料部（112）的底部向内凹陷形成凹口部（113）。
3.根据权利要求1所述的气囊机械手，其特征在于：所述夹料部（112）的壁厚由底部向顶部递增。
4.根据权利要求1所述的气囊机械手，其特征在于：所述支撑部（111）的壁厚由下端向中间递增。
5.根据权利要求1所述的气囊机械手，其特征在于：所述软胶气囊（11）的材质为硅胶或橡胶，夹料部（112）的外侧表面为倒锥形结构。
6.根据权利要求1所述的气囊机械手，其特征在于：所述基座（12）为底部开口顶部封闭的空心筒状结构，进出气口（14）设置在基座（12）的顶部或侧面，基座（12）上开设有泄压口（15），泄压口（15）处设有可调压力的泄压阀（16）。
7.根据权利要求1~6任意一项所述的气囊机械手，其特征在于：所述基座（12）的底部外表面螺纹固定连接有锁紧环（17），锁紧环（17）靠近底部的内表面凸设有内锥形面（171），基座（12）的底部外表面凸设有与内锥形面（171）配合的外锥形面（121），软胶气囊（11）的顶部夹设于锁紧环（17）内表面与基座（12）的底部外表面之间，锁紧环（17）通过内锥形面（171）与基座（12）的外锥形面（121）将软胶气囊（11）的顶部夹紧固定密封。
8.气囊机械手夹料控制系统，其特征在于：包括有权利要求1~7任意一项所述的气囊机械手（1）、气压源（2）、第一电磁阀（3）、第二电磁阀（4）、真空发生器（5）、第三电磁阀（7），气压源（2）出口通过一路管路依次连接第一电磁阀（3）、真空发生器（5）、第三电磁阀（7）的入气口，气压源（2）出口通过另一路管路依次连接第二电磁阀（4）、第三电磁阀（7）的入气口，第三电磁阀（7）的出气口通过管路连接气囊机械手（1）的进出气口（14）。
9.根据权利要求8所述的气囊机械手夹料控制系统，其特征在于：所述气囊机械手（1）的进出气口（14）与第三电磁阀（7）的出气口之间的管路上连接有压力传感器（6），第三电磁阀（7）的入气口的管路上连接有空气过滤器（8）。
10.气囊机械手夹料方法，其特征在于，包括有权利要求1~7任意一项所述的气囊机械手（1），气囊机械手夹料方法包括以下步骤：
A、将气囊机械手（1）移送至物料处并向物料挤压，使软胶气囊（11）的夹料部（112）接触物料开始变形；
B、软胶气囊（11）继续挤压物料使软胶气囊（11）的夹料部（112）沿着物料挤压变形并部分包覆住物料外表面；
C、向气囊空间（13）抽真空形成负压，使软胶气囊（11）的夹料部（112）在负压作用下收缩夹紧物料；
D、持续保持气囊空间（13）内负压，并将气囊机械手（1）移送至指定位置；
E、向气囊空间（13）送气形成正压，使软胶气囊（11）的夹料部（112）恢复形状而将物料释放。
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