一种机器人自动穿鞋带机及其穿鞋带方法与流程

本发明涉及机器人技术领域，具体涉及一种机器人自动穿鞋带机及其穿鞋带方法。

背景技术：

随着社会的发展，生产力的提高，越来越多行业用机器人取代人工，机器人不仅能不眠不休的重复干同一件工作，而且能在不同的复杂环境下，如高温，腐蚀性的环境下长时间的工作，因此机器人会不断地深入工业，农业，探险，医疗等行业。人类通过双臂特别适合进行生产制造，双臂协作机器人模拟人类的双臂就是希望借鉴这种优势，做到更加协调的机械臂之间的合作，就像人类一样，可以协调的控制双臂进行工作。

现有的双臂控制器运用于各行各业，从材料搬运到机器维修，从焊接到切割，从喷涂到装配，机器人形状各异，功能不尽相同。目前，轻工业行业特别是制鞋业涉及大量的复杂工序，像运动鞋制成后的系鞋带、打结等一套工序，必须依靠人工完成。随着国家迅猛发展，人们对生活品质要求提高，越来越少的人愿意从事这种工作内容单调、重复、劳动密度大的工种。一方面企业难以招到合适的工人并且需要支付高昂的薪资，另一方面工业智能化的时代愈发要求提高生产效率，简化生产步骤，降低生产综合成本，人工效率的提高已经显得捉襟见肘，现在迫切需要一种能够替代人工操作，提高生产效率的机器设备，来满足企业工厂生产需要。

现行市场上有各类的系鞋带机，但操作限制条件多，占用空间大，而且大多动作精度不高，柔性差，无法实现真正的智能化。如公布的专利申请号为cn201510258644.5的一种工业机器人自动穿鞋带机，结构复杂，占地空间大，极大限制了其运用的场景，而且智能化程度低，操作刚性强导致安全度不高。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种机器人自动穿鞋带机及其穿鞋带方法，该机器人自动穿鞋带机能够自动且高效地完成鞋帮穿鞋带作业，结构简单、空间占用少、智能化程度高、工作效率高且能有效节省人工成本的优点。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：

一种机器人自动穿鞋带机，包括工作台、安装基座、双臂控制器、第一工作臂和第二工作臂，其中工作台上设有第一夹具、第二夹具、第三夹具、第四夹具、第五夹具以及胶头安置孔，双臂控制器固定设置在安装基座上，双臂控制器与第一工作臂和第二工作臂连接，且第一工作臂和第二工作臂对称设置于双臂控制器两侧且大小结构完全相同；第一夹具、第二夹具、第三夹具、第四夹具、第五夹具与双臂控制器连接；第一工作臂设有第一爪手，第二工作臂设有第二爪手，第一爪手设置于第一工作臂的末端，第二爪手设置于第二工作臂的末端。

在上述技术方案的基础上，工作台台面上设置有至少2个互相平行的导向槽，且第一夹具、第二夹具、第三夹具、第四夹具和第五夹具均通过紧固螺钉固定设置于工作台的导向槽上。

在上述技术方案的基础上，胶头安置孔设有两个圆形安置孔，圆形安置孔的直径为6mm，且胶头安置孔通过紧固螺钉固定在工作台上。

在上述技术方案的基础上，第一夹具、第二夹具、第三夹具、第四夹具以及第五夹具的大小结构完全相同，并且均为气动手指。

在上述技术方案的基础上，第一爪手和第二爪手均设有一个检测件和一个夹持件。

在上述技术方案的基础上，检测件设有至少一个内嵌相机。

在上述技术方案的基础上，夹持件设有左夹头、右夹头、至少2个定位孔和至少2个紧固件。

在上述技术方案的基础上，左夹头和右夹头均在夹持接触面设有接触层，且接触层为橡胶材料。

在上述技术方案的基础上，一种机器人自动穿鞋带机的穿鞋带方法，包括以下步骤：

步骤一、在安装基座上安装双臂控制器，将第一工作臂和第二工作臂对称设置于双臂控制器两侧；在工作台上设置好第一夹具、第二夹具、第三夹具、第四夹具、第五夹具以及胶头安置孔；将第一夹具、第二夹具、第三夹具、第四夹具以及第五夹具与双臂控制器连接；

步骤二、在一个胶头安置孔内分别放置一根鞋带的两个胶头，在工作台上安置鞋子并固定；

步骤三、确认预先编入的操作程序，接通电源，启动双臂控制器(100开始执行操作；

步骤四、第一只鞋子工作完成，结束操作，暂停双臂控制器，取出完成穿鞋带工序的鞋子；

步骤五、依次重复步骤二、步骤三和步骤四，直到完成全部鞋子的穿鞋带操作。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

(1)本发明中一种机器人自动穿鞋带机结构简单，空间占用小，具有广泛的适应性，能够适用于各类生产车间进行精细作业。

(2)本发明中一种机器人自动穿鞋带机智能化程度高，可以不需要看护即可完成复杂的穿系鞋带操作，操作精度高，重复性好，适合大规模运用，而且柔性极佳，遇到阻碍可以立即停止操作，十分安全可靠。

(3)本发明中一种机器人自动穿鞋带机维护费用小，工作效率高，可以替代大量人工操作工序，有效节省人工成本。

附图说明

图1为本发明实施例中一种机器人自动穿鞋带机示意图；

图2为本发明实施例中第一工作臂的结构示意图；

图3为本发明实施例中夹持件结构示意图；

图4为图3的a-a向剖面图。

图中：1-安装基座，100-双臂控制器，2-第一工作臂，3-第二工作臂，41-第一爪手，42-第二爪手，51-第一夹具，52第二夹具，53-第三夹具，54-第四夹具，55-第五夹具，6-鞋品，7-工作台，8-胶头安置孔，9-检测件，10-夹持件，11-自由端，101-左夹头，102-右夹头，103-紧固件，104-接触层，105-定位孔。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。

参见图1所示，一种机器人自动穿鞋带机包括工作台7以及双臂控制器100，工作台7上设有安装基座1，双臂控制器100设置在安装基座1上，安装基座1和双臂控制器100中心线重合，双臂控制器100包括第一工作臂2和第二工作臂3，第一工作臂2和第二工作臂3对称设置于双臂控制器100两侧，第一工作臂2设有第一爪手41，第二工作臂3设有第二爪手42，第一爪手41设置于第一工作臂2的末端，第二爪手42设置于第二工作臂3的末端。第一工作臂2和第二工作臂3沿双臂控制器100轴线对称，并且大小尺寸一致，同时，第一工作臂2和第二工作臂3对称于基安装座1的轴线，第一爪手41和第二爪手42大小结构相同且均包括一个检测件9和一个夹持件10；此外，在工作台7上设有大小结构相同的第一夹具51、第二夹具52、第三夹具53、第四夹具54、第五夹具55，其中，第一夹具51、第二夹具52、第三夹具53、第四夹具54和第五夹具55均与双臂控制器100连接且分布在双臂控制器100的手臂工作区域，主要设置在鞋品两侧及鞋品靠近安装基座1一侧。在工作台7上还设有胶头安置孔8。

其中在工作台7台面均匀设置至少2个平行的导向槽，导向槽尺寸形状适配于第一夹具51，具体的，本实施例中导向槽均匀布满工作台7台面，导向槽可以辅助夹具定位和限定夹具的移动方向，此外，工作时导向槽可以作为第一夹具51、第二夹具52、第三夹具53、第四夹具54和第五夹具55的位置参照，便于操作执行的标准化，提高安装精度和操作精准度。第一夹具51、第二夹具52、第三夹具53、第四夹具54和第五夹具55均通过紧固螺钉固定于工作台7的导向槽上，其中第一夹具51和第二夹具52设置于双臂控制器100轴线左侧，第二夹具52位于第一夹具51靠近安装基座1一侧；第三夹具53、第四夹具54和第五夹具55均设置于双臂控制器100轴线右侧，第四夹具54与第五夹具55并排平行放置，第四夹具54位于第五夹具55靠近安装基座1一侧，第三夹具53位于第四夹具54靠近安装基座1一侧并且与第二夹具52并排放置。

胶头安置孔8设有两个圆形安置孔，圆形安置孔直径为6mm。胶头安置孔8通过紧固螺钉固定于工作台7上，圆形安置孔用来安放一根鞋带的两个鞋带胶头，在穿鞋带操作开始时需预先将两个鞋带胶头分别对应安放在胶头安置孔8的两个圆形安置孔内。第一夹具51、第二夹具52、第三夹具53、第四夹具54和第五夹具55优选为气动手指，气动手指具有自动对中、重复精度高等优点，十分适合于制鞋业这类细致加工操作。第一夹具51、第二夹具52、第三夹具53、第四夹具54和第五夹具55的主要功能体现在可以模拟人的抓取工作，暂时安置并固定鞋带胶头，可有效地提高生产效率及工作的安全性。当双臂控制器100在执行穿鞋带操作时，需要将鞋带胶头暂时固定，而气动手指可以为其提供这些必要辅助同时还可以为双臂控制器100下一步操作提供准确定位服务，减小穿鞋带时的误差，保证了加工过程的一致性和标准化。

本发明中一种机器人自动穿鞋带机拥有完整高效的系统联动效率，第一工作臂2和第二工作臂3之间相互依赖，彼此分享传感数据，能够在双臂控制器100内实现通讯，能够实现复杂动作。

参见图2所示第一工作臂2的结构示意图，第一工作臂2和第二工作臂3对称设置于双臂控制器100两侧且大小结构完全相同。第一工作臂2和第二工作臂3均有一个自由端11，自由端11设有一个工作安装面，用于安装第一爪手41及第二爪手42，自由端11为第一爪手41及第二爪手42的工作基座。第一爪手41和第二爪手42分别设置于第一工作臂2和第二工作臂3的自由端11。第一爪手41与第一工作臂2的自由端11相连接，第二爪手42与第二工作臂3的自由端11相连接。第一爪手41和第二爪手42大小结构相同且均包括一个检测件9和一个夹持件10，检测件9内设有至少一个内嵌相机。内嵌相机可以检测工件状态，实现视觉定位和视觉引导。夹持件10可以夹住鞋带并进行穿引工作，在双臂控制器100程序化操作中完成穿鞋带作业。

参见图3及图4所示夹持件10结构示意图及其a-a向剖面图，所示夹持件10设有左夹头101、右夹头102、至少2个定位孔105和至少2个紧固件103，左夹头101和右夹头102均在夹持接触面设有接触层104，且接触层104为橡胶材料。定位孔105和紧固件103用于安装并固定夹持件10，接触层104优选为橡胶材料可以增大与鞋带胶头之间的摩擦力，并提高穿鞋带操作的接触柔性。夹持件10可以夹住鞋带并进行穿引工作，在双臂控制器100程序化操作中完成穿鞋带作业。

一种机器人自动穿鞋带机的穿鞋带方法包括以下步骤：

步骤一、在安装基座1上安装双臂控制器100，将第一工作臂2和第二工作臂3对称设置于双臂控制器100两侧；在工作台7上设置好第一夹具51、第二夹具52、第三夹具53、第四夹具54、第五夹具55以及胶头安置孔8；将第一夹具51、第二夹具52、第三夹具53、第四夹具54以及第五夹具55与双臂控制器100连接；

步骤二、在一个胶头安置孔8内分别放置一根鞋带的两个胶头，在工作台7上安置鞋子并固定；

步骤三、确认预先编入的操作程序，接通电源，启动双臂控制器100开始执行操作；

步骤四、第一只鞋子工作完成，结束操作，暂停双臂控制器100，取出完成穿鞋带工序的鞋子；

步骤五、依次重复步骤二、步骤三和步骤四，直到完成全部鞋子的穿鞋带操作。

具体工作流程为，先将鞋品6安置在双臂控制器100的手臂工作区域内，一根鞋带的两个胶头分别插入胶头安置孔8；检查第一夹具51、第二夹具52、第三夹具53、第四夹具54和第五夹具55的工作状态，保证第一夹具51、第二夹具52、第三夹具53、第四夹具54和第五夹具55与双臂控制器100的连接有效、控制灵敏、开合顺畅；确认预先编入的操作程序，接通电源使双臂控制器100处于待工作状态。根据数据模型和计算的运动轨迹，启动双臂控制器100执行穿鞋带操作。

首先第二工作臂3控制第二爪手42从胶头安置孔8抓取一根鞋带，在胶头安置孔8位置夹取其中一个胶头，接着继续控制夹持件10将胶头穿入鞋帮前端第一排对应侧的一个鞋带孔，其后停止运动；随后，第一工作臂2启动，控制第一爪手41从该鞋带孔对侧抓取第二爪手42夹持的鞋带胶头，此时第二爪手42控制的夹持件10的左夹头101和右夹头102张开，第一爪手41随即将鞋带胶头拉扯牵引至对侧对应鞋带孔后随即停止运动，第二爪手42再次启动从对侧鞋带孔抓取第一爪手41夹持的鞋带胶头，夹取后随即停止运动；此时第一爪手41控制的夹持件10的左夹头101和右夹头102张开，并随第一爪手41移开一段距离后，第二爪手42启动，控制夹持件10将鞋带胶头穿过鞋带孔，第一爪手41立即启动，抓取该鞋带胶头，第二爪手42的夹持件10的左夹头101和右夹头102张开并移开一段距离，第一爪手41继续拉扯鞋带穿过鞋带孔至设定长度后，安放在第一夹具51上；此后，第一夹具51夹持住鞋带胶头。此后，鞋带的两个胶头交叉轮换地重复上述操作，利用第一夹具51、第二夹具52、第三夹具53、第四夹具54和第五夹具55的定位和辅助夹持，直至完成代加工的鞋子完成全部穿鞋带工作。

按照以上操作步骤循环操作，直到所有待加工鞋子完成穿鞋带操作。

本发明中一种机器人自动穿鞋带机结构简单，空间占用小，具有广泛的适应性，能够适用于各类生产车间进行精细作业。智能化程度高，可以不需要看护即可完成复杂的穿系鞋带操作，操作精度高，重复性好，适合大规模运用，而且柔性极佳，遇到阻碍可以立即停止操作，十分安全可靠。本发明维护费用小，工作效率高，可以替代大量人工操作工序，有效节省人工成本。

本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。