具有吸附功能的末端执行器、机器人以及分拣系统的制作方法

本实用新型涉及末端执行器技术领域，特别涉及具有吸附功能的末端执行器，搬运机器人以及货物分拣系统。

背景技术：

随着贸易全球化的推进，物流业也随之蓬勃发展，是当前国内发展势头很强烈的行业之一，也与国民的日常生活也息息相关。尤其是随着国民的消费方式日益趋向于网购，包裹运输量也日益提高，电商每年举办双十一活动时的庞大单日快递量就是一个显著的例证。

在货物运输时，货物分拣是其中的一个必需环节，通过货物分拣来将货物按照不同属性进行归类，以送到收件人手中。目前实现对货物的抓取及移动并分拣，通常用工业机器人来进行分拣。工业机器人的机械臂末端设置有末端执行器，现有的采用吸附方式获持货物的末端执行器，其在获持物品之后的搬运物品过程中，物品的稳定性较差，容易导致货物掉落，降低了货物搬运的效率；并且末端执行器转交货物的过程较为繁琐，同样降低了货物搬运的效率。

另外，现有的采用吸附方式抓取货物的末端执行器，其将吸附方式作为抓取货物的主要驱动力，因此通常因为吸附力度过大而损坏柔软的包裹包装，尤其是塑料包装袋。

因此需要一种获持稳定性较好，并且能够以较小的吸附力对软包、可变形柔性物品进行快速转移和分拣的末端执行器。

技术实现要素：

(一)实用新型目的

为克服上述现有技术存在的至少一种缺陷，提高获持物品后物品的稳定性，便于对物品尤其是可变形柔性物品进行快速的转移与分拣，并且减小吸附力度，避免对物品的损坏，本实用新型公开了以下技术方案。

(二)技术方案

作为本实用新型的第一方面，本实用新型公开了一种具有吸附功能的末端执行器，包括：

托盘，其与机械臂转动连接；

安装于所述托盘的至少一个吸盘，各所述吸盘的吸附面面向所述托盘上方，用于吸取所述托盘承载的物品；其中，

所述物品包括柔性物品，所述托盘的转动方向至少包括俯仰方向。

在一种可能的实施方式中，所述托盘在长度方向的至少一侧铰接有围板。

在一种可能的实施方式中，所述末端执行器还包括：

升降机构，用于调节至少一个所述吸盘与所述托盘之间的相对高度。

在一种可能的实施方式中，所述升降机构包括：

固定于所述托盘的至少一个气缸和/或液压缸，所述气缸和/或所述液压缸的活塞部与至少一个所述吸盘连接。

在一种可能的实施方式中，所述升降机构还包括：

与所述升降机构的升降端转动连接的至少一个球铰单元，每个所述球铰单元与其中一个所述吸盘固定连接，用于调节所述吸盘的朝向。

在一种可能的实施方式中，所述末端执行器还包括：

与至少一个所述吸盘连接的真空发生器，用于驱动相应所述吸盘吸气或吹气。

在一种可能的实施方式中，所述末端执行器还包括：

安装于所述托盘上的托盘传感器，用于检测所述托盘上物品的位置。

在一种可能的实施方式中，所述末端执行器还包括：

位置传感器，其安装于所述托盘远离所述机械臂的一端，用于检测所述末端执行器与输送机之间的相对位置。

在一种可能的实施方式中，所述末端执行器还包括：

压力传感器，其安装于所述托盘上，用于检测物品的重量。

在一种可能的实施方式中，所述托盘载货表面至少部分区域设置有非金属减摩层。

作为本实用新型的第二方面，本实用新型还公开了一种搬运机器人，包括：

上述任一技术方案所述的末端执行器；

安装于机械臂的转动机构，用于驱动所述末端执行器的托盘在俯仰方向滚动。

作为本实用新型的第三方面，本实用新型还公开了一种货物分拣系统，包括：

上述技术方案所述的机器人，用于搬运物品；

输送带，用于将物品输送至所述托盘；其中，

所述物品包括柔性物品。

在一种可能的实施方式中，该分拣系统还包括：

输送带传感器，其安装于所述输送带，用于检测物品在所述输送带上的位置。

(三)有益效果

本实用新型公开的具有吸附功能的末端执行器，搬运机器人以及货物分拣系统，具有如下有益效果：

1、通过托盘与机械臂的转动连接，托盘上安装至少一个吸盘，用于吸取托盘承载的物品，能够在保证物品分拣效率的前提下，对可变形柔性物品进行快速的转移与分拣，减小吸盘吸力，避免物品损坏。

2、托盘上设置吸盘和围板，防止物品从托盘上掉落，为了增加了搬运过程中的物品的安全性和稳定性。

3、吸盘末端与真空发生器连接，通过真空发生器反吹，加快末端执行器释放物品到对应分拣目的地的速度。

4、托盘载货表面至少部分区域设置有光滑材料涂层，减小物品与托盘载货表面的摩擦力，加速物品的下滑速度。

5、末端执行器上设置的位置传感器和托盘传感器作为对物品和位置的检测，以及利用传感器检测到物品和位置时反馈的信号触发真空发生器的打开和闭合。

6、托盘上设置压力传感器作为对物品重量的检测，以及利用压力传感器检测到物品的重量大小时反馈的信号，控制真空发生器吹出气流的大小。

7、球铰单元与吸盘固定连接，用于调节吸盘的朝面，使吸盘吸附面与物品完全贴合。

附图说明

以下参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释和说明本实用新型，而不能理解为对本实用新型的保护范围的限制。

图1是本实用新型公开的具有吸附功能的末端执行器第一实施例的三维结构示意图。

图2是图1的另一视角的三维结构示意图。

图3是本实用新型公开的具有吸附功能的端执行器第二实施例的三维结构示意图。

图4是图3的另一视角的三维结构示意图。

图5是本实用新型公开的货物分拣系统第一实施例的三维结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行更加详细的描述。

需要说明的是：在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制。

下面参考图1和图2详细描述本实用新型公开的具有吸附功能的末端执行器的第一实施例。本实施例主要应用于提高获持物品后物品的稳定性，便于对物品尤其是可变形柔性物品进行快速的转移与分拣，并且减小吸附力度，避免对物品的损坏。

如图1和图2所示，本实施例公开的具有吸附功能的末端执行器主要包括有托盘100和至少一个吸盘300。

托盘100通常呈平板状，主要用于接收输送机构或其他设备输送来的物品。托盘100与机械臂800转动连接，其转动方向至少包括俯仰方向，如图1所示，托盘100绕着y轴转动，当末端执行器接收物品时，托盘100会受机器人大致保持水平状态；当末端执行器接收到物品并承载物品移动时，托盘100会受机器人控制向上倾斜，使得物品在托盘100上更加稳定；当末端执行器需要将物品转交给输送机构时，托盘100会受机器人控制向下倾斜，以使物品能够落入到接收其的机构，例如落入到某某输送机构或分拣筐中。

各吸盘300均安装在托盘100上，特别的，各吸盘300均固定安装于托盘100的承载物品的一侧上，且吸附面面向托盘100上方，用于吸取托盘100承载的物品。吸盘300的吸附面与托盘100载货表面平齐，当物品从输送带落到托盘100载货表面时，物品的外表面与吸盘300接触，机器人控制相应的驱动机构动作，使吸盘300吸气，进而吸住物品，增加了物品在托盘100上的安全性和稳定性。

该吸盘可以采用真空吸盘，本实施例中，托盘100上均匀设置了6个吸盘300，但可以理解的是，本实施例中设置的6个吸盘不作为对吸盘300数量进行的具体限定，吸盘300的数量可以根据需要进行增减。前文所述的物品可以是具有规则形状的并且具有一定硬度的货物，例如包装盒等，但物品也包括柔性物品200，柔性物品200主要是指柔软的包裹包装，例如：塑料袋包装等。托盘100的大小依照待搬运物品的体积大小设置，通常设置为大于待搬运物品的平均体积，以保证物品能够被托盘100完全容纳。通常托盘100设计为长方形板状，为了搬运方便，该长方形板状的长度不会超过物品平均长度的2倍。

在末端执行器工作过程中，柔性物品在被吸盘吸取的同时托盘也对物品起到一定的承载物品重量的作用，而不是单纯依靠吸盘的吸力保持物品不从末端执行器上掉落，使得吸盘能够以更小的吸力实现相同的获持效果，避免吸力过大对柔性物品造成损坏。

在一种实施方式中，托盘100在长度方向至少一侧铰接有围板400，该围板400为板状，长度约等于托盘100长度，避免柔性物品掉落。具体解释为：一种情况，托盘100两侧均设置有围板400时，末端执行器接收物品时，围板400的上表面与托盘100载货表面平齐，物品落到托盘100载货表面时，电机带动围板400转动，使围板400与托盘100载货表面形成一定的角度，用于承载物品。

另一种情况，托盘100只有一侧设置有围板400时，末端执行器接收物品时，围板400的上表面与托盘100载货表面平齐，物品落到托盘100载货表面时，电机带动围板400转动，使围板400与托盘100载货表面形成一定的角度，并且机械臂800带动末端执行器绕x轴偏向围板400处转动，托盘与围板之间形成的夹角，用于承载物品。

如图2所示，在一种实施方式中，末端执行器还包括真空发生器320。真空发生器320与至少一个吸盘300连接，用于驱动相应吸盘300吸气或吹气。具体的说，吸盘300底部与真空发生器320连接，当物品落入托盘100上时，真空发生器开启吸气，吸盘吸取物品，使物品在托盘100上更加稳固，当托盘100倾斜向下时，真空发生器向外吹气，为物品脱离末端执行器提供一定的助力，使物品加速掉落至目标位置。

在一种实施方式中，末端执行器还包括安装于托盘100上的托盘传感器600，用于检测托盘100上物品的位置，并在发现托盘100上有物品时，向分拣系统发送信号，以使分拣系统得知物品已完成揽收过程，可以进行下一步动作，例如控制机器人移动到卸货位置。该托盘传感器600埋设于托盘100载货表面，避免与物品发生剐蹭。托盘传感器600可以采用图像识别的方式进行物品存在的确认。托盘100载货表面设置多个托盘传感器600，用于配合检测不同大小的物品，本实施中只给出一个托盘传感器600。

在一种实施方式中，末端执行器还包括位置传感器610，该位置传感器610安装于托盘100远离机械臂800的一端，用于检测所述末端执行器与输送机之间的相对位置。当位置传感器610检测到末端执行器到达指定位置时，向分拣系统发送信号，以使分拣系统控制真空发生器320启动反吹，吹落托盘100上的物品，使物品加速掉落至目标位置。

该位置传感器610可以采用光电开关和接近开关等，也可以采用摄像头并利用分拣系统进行图像识别的方式监测指定位置。以摄像头为例，摄像头设置于托盘100远离机械臂的一端，当末端执行器移至指定位置处，摄像头检测到目的地时，表明末端执行器已经到达指定位置，此时摄像头向分拣系统发送信号，分拣系统得知已经到达指定位置，则启动真空发生器吹气，将物品从托盘100上吹落到相应的目的地。

在一种实施方式中，末端执行器还包括压力传感器630，压力传感器630安装于托盘100上，用于检测物品的重量。当压力传感器630检测到托盘100上物品的重量时，向分拣系统发送信号，以使分拣系统控制真空发生器320吹出的气流。

不同的物品需要不同的吹力，例如对于比较重的物品来说，需要较大的吹力，若此时给物品的吹力较小，吹力对于物品来说并起不到作用；但是对于比较轻的物品来说，需要较小的吹力，若此时给物品的吹力较大，则将物品吹出托盘100，不能保证物品准确的落入目标位置。

在一种实施方式中，托盘100载货表面至少部分区域设置有非金属减摩层，减小物品与托盘100载货表面之间的摩擦，便于物品从托盘100上完全掉落至目的位置。减摩层可以是聚四氟乙烯材料(不沾涂层)。

末端执行器的工作原理如下：物品通过输送带传送，输送带上的输送带传感器检测到物品时，分拣系统控制机械手移动到取货位置，使末端执行器移动到靠近输送带末端的位置，此时托盘100载货表面低于输送带。

末端执行器接收到从输送带上掉落的物品，托盘传感器600检测到托盘100上有物品时，分拣控制系统同时控制围板400转动和控制真空发生器320启动，吸盘300吸取物品。

在末端执行器成功接收到物品后，电机控制托盘100转动成向上倾斜，机械手带动末端执行器移动到放货地点，位置传感器610检测到放货地点后，分拣控制系统控制电机转动，使托盘100转动成向下倾斜，这时控制真空发生器320从吸盘300向外吹气，以使柔性货物落到目标位置，完成整个货物搬运过程。

下面参考图3和图4详细描述本实用新型公开的具有吸附功能的末端执行器的第二实施例。本实施例与末端执行器的第一实施例区别在于：末端执行器还包括升降机构，用于调节至少一个吸盘300与托盘100之间的相对高度。也就是说，本实施例中的吸盘300是可动的。若托盘100上无物品时，吸盘300处于托盘100载货表面下方；若托盘100上存在物品需要转移时，吸盘300受升降机构控制突出托盘100水平面吸取物品，并在完成物品搬运过程后，受升降机构控制重新下降到托盘100载货表面下方的位置。

具体解释为：常态下，吸盘300吸取面处于托盘100载货表面下方，当托盘传感器600检测到托盘100上有物品时，向分拣系统发送信号，以使分拣系统控制升降机构，使升降机构带动吸盘突出托盘100载货表面，并控制真空发生器动作以使吸盘吸取物品。

在一种实施方式中，升降机构包括至少一个气缸310和/或液压缸，气缸310和/或液压缸固定于托盘100上，作为升降机构的驱动部，用于调节吸盘与托盘之间的相对高度，气缸310和/或液压缸的活塞部与至少一个吸盘300连接。具体解释为：一个气缸310和/或液压缸的活塞部分与一个吸盘连接，也可以是一个气缸310和/或液压缸的活塞部分与多个吸盘连接，本实施例中给出了两个气压缸与6个吸盘连接。

气缸用气体推动活塞，让气缸上下运动，而液压缸用液体推动活塞，让油缸上运动，在重量上同样的体积，液压缸比气缸要重，在输出形式上气缸输出的负载都比较轻，液压缸的负载都是重负载，在承受压力上，气缸的压力都比液压缸的承受压力要小。

在一种实施方式中，升降机构还包括与升降机构的升降端转动连接的至少一个球铰单元，每个球铰单元与其中一个吸盘300固定连接，吸盘300通过球铰单元连接在气缸310伸缩杆上，用于调节所述吸盘300的朝向。当托盘接收到不规则的物品时，托盘传感器600检测到物品的形状和位置时，向分拣系统发送信号，以使分拣系统控制各个气缸310带动吸盘300上升，通过球铰单元来调节吸盘300吸附面的朝向，使得每个吸盘300的吸附面都可以更好与物品外表面贴合。

可以理解的是，对于柔性物品，通过托盘传感器600检测到末端执行器当前承载物品与托盘载货表面接触的区域范围，根据该区域范围来控制相应位置及数量的吸盘300升降，并控制升起吸盘300的相应球铰单元向该区域范围的中心处转动，以使吸盘300的吸附面朝向物品中心，更好地吸附住柔性物品200的不规则外表面。

吸盘300的升降高度与数量是由末端执行器当前承载物品来决定的，对于规则、具有一定硬度的物品来说，通过托盘传感器600检测到末端执行器当前承载物品与托盘载货表面接触的区域范围，根据该区域范围来控制相应位置及数量的吸盘300升降，此时吸盘300升降高度和吸盘300的吸附面朝向一致；对于柔性物品来说，通过托盘传感器600检测到末端执行器当前承载物品与托盘载货表面接触的区域范围，根据该区域范围来控制相应位置及数量的吸盘300升降，此时吸盘300升降高度和吸盘300的吸附面朝向随柔性物品的形状来确定，最终使该区域范围内的吸盘300吸附面尽可能的完成贴合于柔性物品的外表面。

在一种实施方式中，托盘100在长度方向的至少一侧铰接有围板400。

在一种实施方式中，末端执行器还包括：

与至少一个吸盘300连接的真空发生器320，用于驱动相应吸盘300吸气或吹气。

在一种实施方式中，末端执行器还包括：

安装于托盘100上的托盘传感器600，用于检测托盘100上物品的位置。

在一种实施方式中，末端执行器还包括：

位置传感器610，其安装于托盘100远离机械臂800的一端，用于检测所述末端执行器与输送机之间的相对位置。

在一种实施方式中，末端执行器还包括：

压力传感器630，其安装于托盘100上，用于检测物品的重量。

在一种实施方式中，托盘100载货表面至少部分区域设置有非金属减摩层。

下面参考图1-4详细描述本实用新型公开的一种搬运机器人第一实施例。本实施例主要应用于提高获持物品后物品的稳定性，便于对物品尤其是可变形柔性物品进行快速的转移与分拣，并且减小吸附力度，避免对物品的损坏。

如图1-4所示，本实施例公开的一种搬运机器人，主要包括前述具有吸附功能的末端执行器第一实施例或第二实施例中记载的末端执行器，以及安装于机械臂的转动机构，转动机构用于驱动末端执行器的托盘在俯仰方向滚动，末端执行器包括托盘100和至少一个吸盘300。

托盘100通常呈平板状，主要用于接收输送机构或其他设备输送来的物品。托盘100与机械臂800转动连接，其转动方向至少包括俯仰方向，如图1所示，托盘100绕着y轴转动，当末端执行器接收物品时，托盘100会受机器人大致保持水平状态；当末端执行器接收到物品并承载物品移动时，托盘100会受机器人控制向上倾斜，使得物品在托盘100上更加稳定；当末端执行器需要将物品转交给输送机构时，托盘100会受机器人控制向下倾斜，以使物品能够落入到接收其的机构，例如落入到某某输送机构或分拣筐中。

各吸盘300均安装在托盘100上，特别的，各吸盘300均固定安装于托盘100的承载物品的一侧上，且吸附面面向托盘100上方，用于吸取托盘100承载的物品。吸盘300的吸附面与托盘100载货表面平齐，当物品尤其是柔性物品200从输送带落到托盘100载货表面时，物品的外表面与吸盘300接触，机器人控制相应的驱动机构动作，使吸盘300吸气，进而吸住物品，增加了物品在托盘100上的安全性和稳定性。

在一种实施方式中，托盘100在长度方向的至少一侧铰接有围板400。

在一种实施方式中，末端执行器还包括：

升降机构，用于调节至少一个吸盘300与托盘100之间的相对高度。

在一种实施方式中，升降机构包括：

固定于托盘100的至少一个气缸310和/或液压缸，气缸310和/或液压缸的活塞部与至少一个吸盘300连接。

在一种实施方式中，升降机构还包括：

与升降机构的升降端转动连接的至少一个球铰单元，每个球铰单元与其中一个吸盘300固定连接，用于调节吸盘300的朝向。

在一种实施方式中，末端执行器还包括：

与至少一个吸盘300连接的真空发生器320，用于驱动相应吸盘300吸气或吹气。

在一种实施方式中，末端执行器还包括：

安装于托盘100上的托盘传感器600，用于检测托盘100上物品的位置。

在一种实施方式中，末端执行器还包括：

位置传感器610，其安装于托盘100远离机械臂800的一端，用于检测所述末端执行器与输送机之间的相对位置。

在一种实施方式中，末端执行器还包括：

压力传感器630，其安装于托盘100上，用于检测物品的重量。

在一种实施方式中，托盘100载货表面至少部分区域设置有非金属减摩层。

本实施例中托盘100和吸盘300等具体结构均可参照前述具有吸附功能的末端执行器第一实施例或第二实施例所描述的结构设置，不再一一赘述。

下面参考图1-5详细描述本实用新型公开的一种货物分拣系统第一实施例。本实施例主要应用于提高获持物品后物品的稳定性，便于对物品尤其是可变形柔性物品进行快速的转移与分拣，并且减小吸附力度，避免对物品的损坏。

如图1-5所示，本实施例公开的一种货物分拣系统，主要包括前述搬运机器人第一实施例中记载的搬运机器人，以及输送带700。该搬运机器人包括前述末端执行器第一实施例或第二实施例中记载的末端执行器，以及安装于机械臂的转动机构，转动机构用于驱动末端执行器的托盘在俯仰方向滚动，该末端执行器包括托盘100和至少一个吸盘300，

输送带700用于将物品输送至托盘100。输送带700为有动力式输送带，例如带式输送机或链式输送机等。输送带将物品从一个位置运送到另一个位置，由输送带传感器620检测到输送带上的物品后，向分拣系统发送信号，以使分拣系统控制机器人移动至相应的位置，物品掉落至托盘100。

托盘100通常呈平板状，主要用于接收输送机构或其他设备输送来的物品。托盘100与机械臂800转动连接，其转动方向至少包括俯仰方向，如图1所示，托盘100绕着y轴转动，当末端执行器接收物品时，托盘100会受机器人大致保持水平状态；当末端执行器接收到物品并承载物品移动时，托盘100会受机器人控制向上倾斜，使得物品在托盘100上更加稳定；当末端执行器需要将物品转交给输送机构时，托盘100会受机器人控制向下倾斜，以使物品能够落入到接收其的机构，例如落入到某某输送机构或分拣筐中。

各吸盘300均安装在托盘100上，特别的，各吸盘300均固定安装于托盘100的承载物品的一侧上，且吸附面面向托盘100上方，用于吸取托盘100承载的物品。吸盘300的吸附面与托盘100载货表面平齐，当物品尤其是柔性物品200从输送带落到托盘100载货表面时，物品的外表面与吸盘300接触，机器人控制相应的驱动机构动作，使吸盘300吸气，进而吸住物品，增加了物品在托盘100上的安全性和稳定性。

在一种实施方式中，该分拣系统还包括：

输送带传感器620，其安装于输送带700，用于检测物品在输送带700上的位置。

在一种实施方式中，托盘100在长度方向的至少一侧铰接有围板400。

在一种实施方式中，末端执行器还包括：

升降机构，用于调节至少一个吸盘300与托盘100之间的相对高度。

在一种实施方式中，升降机构包括：

固定于托盘100的至少一个气缸310和/或液压缸，气缸310和/或液压缸的活塞部与至少一个吸盘300连接。

在一种实施方式中，升降机构还包括：

与升降机构的升降端转动连接的至少一个球铰单元，每个球铰单元与其中一个吸盘300固定连接，用于调节吸盘300的朝向。

在一种实施方式中，末端执行器还包括：

与至少一个吸盘300连接的真空发生器320，用于驱动相应吸盘300吸气或吹气。

在一种实施方式中，末端执行器还包括：

安装于托盘100上的托盘传感器600，用于检测托盘100上物品的位置。

在一种实施方式中，末端执行器还包括：

位置传感器610，其安装于托盘100远离机械臂800的一端，用于检测所述末端执行器与输送机之间的相对位置。

在一种实施方式中，末端执行器还包括：

压力传感器630，其安装于托盘100上，用于检测物品的重量。

在一种实施方式中，托盘100载货表面至少部分区域设置有非金属减摩层。

本实施例中托盘100和吸盘300等具体结构均可参照前述机器人的第一实施例所描述的结构设置，不再一一赘述。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。