专利名称：一种机器人柔性清扫手爪的制作方法
技术领域：
本发明涉及物流自动化系统中对箱体内部进行清扫的机器人手爪结构技 术领域。
背景技术：
在工业生产中用来储存散状物料的大型箱体，为了保证使用中箱体内部 的清洁度，在使用后或使用前都需要进行清扫处理。目前，对这种箱体内部 的清扫主要采用人工清洁的方式，且清扫的工具主要采用毛刷或扫把，也有 的采用吸尘器来进行清扫，但都是基于手动清扫的方式，劳动强度大且存在 人为的不安全因素，不能实现整个物流系统的自动化作业，较难满足大批量、 机械化连续生产的需要。针对这种不足，目前一些行业釆用了工业机器人来 完成箱体内部的自动清扫，主要是在机器人的手爪上加装毛刷或毛刷辊来进 行清扫，但使用毛刷过程中，毛刷不可避免的会掉毛，造成箱体内部的二次 污染，在一些具有食品级清洁度要求的行业中无法使用。此外，现有的清扫 手爪都不具备手爪防碰撞检测、清扫压力自适应等功能，常造成箱体或手爪 自身的损坏。
发明内容
本发明的目的正是为了解决上述现有技术存在的不足而提供一种具有防 碰撞检测、清扫压力自适应能力，可安装在机器人上，实现箱体内部自动清 扫、且清扫效果好的机器人柔性清扫手爪。
本发明的目的是通过如下技术方案实现的。
一种机器人柔性清扫手爪，包括防碰撞检测装置、清扫装置和气压吹喷 装置；所述的防碰撞检测装置包括位于两端的安装法兰和连接法兰，通过铰 接机构横向或斜向铰接于安装法兰和连接法兰之间的伸縮运动副，安装于伸 縮运动副上的位置检测传感器；所述的清扫装置包括安装于防碰撞检测装置的连接法兰上的刮板支架、安装于刮板支架外端的柔性清扫刮板；所述的气 压吹喷装置安装于刮板支架上，包括与气路系统连通的吹喷气管、连接于气 管上的气压喷嘴。
本发明在刮板支架上还安装有吸尘装置，包括与负压气路系统连通的吸 尘气管，与吸尘气管连接并固定在刮板支架上的吸尘头。铰接于安装法兰和 连接法兰之间的伸縮运动副为并联的2 6个。所述的伸縮运动副为气缸或液 压缸或电动缸或气压弹簧或液压弹簧。铰接安装法兰和伸縮运动副的铰接机 构为单自由度铰接机构或双自由度十字铰接机构。铰接连接法兰和伸縮运动 副的铰接机构为双自由度十字铰接机构。在气压喷嘴上设置有调压阀和压力 空气开关阀。在吸尘装置的吸尘头进口处安装有柔性刮板。
本发明与现有技术相比较，具有明显的特点和优点。通过所采用的伸縮 运动副以及与两端安装法兰和连接法兰的铰接结构以及安装于伸縮运动副上 的位置检测传感器，巧妙地实现了控制清扫装置的空间多自由度的防碰撞检
测。采用2 6个伸縮运动副的空间多自由度并联结构，可实现清扫装置在任
何方向的防碰撞检测。通过自动控制伸縮运动副可以保证清扫装置适应箱体 的变形可靠地贴在箱体内壁，贴附力的大小还可以通过控制气缸或液压缸或 电动缸的压力实现，提高清扫装置的可靠性。所设置的气压吹喷装置可以对 箱体内的一些特定位置如清扫装置触及不到的死角地带进行吹喷清扫。所设 置的吸尘装置可清扫无法被清扫装置清扫出去的灰尘等粉状杂物，使箱体清 扫得更干净。本发明通过柔性清扫刮板、气压喷嘴、吸尘装置的组合应用， 可对箱体进行较为彻底的清扫。采用柔性刮板，而不用毛刷，可以避免毛刷 掉毛等二次污染。安装于吸尘头进口处的柔性刮板可将吸附在箱体上的灰尘 扫下并即时被吸尘装置吸除。气压喷嘴上设置的调压阀用来调节吹喷空气的 压力，压力开关阀用来控制吹喷动作的开断。
本发明结构及原理简单、布局紧凑，设备投资成本低，可靠性好，实用性强，其检测信息与清扫机器人相结合后，可以大大提高箱体清扫系统的自 动化程度和系统的可靠性。下面结合说明书附图进一步阐述本发明的内容。
图1为本发明横向并联三个伸縮运动副的结构示意图；图2为图1的俯视图；图3为本发明斜向并联六个伸縮运动副的结构示意图。
具体实施方式
如图所示，本发明包括防碰撞检测装置1、清扫装置2和气压吹喷装置3。 防碰撞检测装置包括位于两端的安装法兰la和连接法兰lb，通过铰接机构 le、 lf如图1所示横向或如图2所示斜向铰接于安装法兰la和连接法兰lb 之间的伸縮运动副lc，安装于伸縮运动副lc上的位置检测传感器ld。伸縮 运动副lc可采用气缸或液压缸或电动缸或气压弹簧或液压弹簧，本实施例采 用气缸，其缸筒连接到铰接机构le上，活塞杆末端连接到铰接机构lf上。 位置检测传感器ld设置于气缸缸体上，用来检测气缸活塞的位置。清扫装置 包括安装于防碰撞检测装置的连接法兰lb上的刮板支架2a、安装于刮板支架 2a外端的柔性清扫刮板2b。气压吹喷装置3安装于刮板支架2a上，包括与 气路系统连通的吹喷气管3a、连接于气管上的气压喷嘴3b。在气压喷嘴3b 上设置有调压阀3c和压力空气开关阀3d。在刮板支架2a上安装有吸尘装置 4，包括与负压气路系统连通的吸尘气管4a，与吸尘气管连接并固定在刮板支 架2a上的吸尘头4b。在吸尘头进口处安装有柔性刮板4c。柔性清扫刮板2b 和柔性刮板4c可采用聚氨脂等柔性材料制做。图l、图2所示的防碰撞检测装置，结构上采用空间三自由度并联机构， 在安装法兰la和连接法兰lb之间横向并联铰接安装有3个伸縮运动副lc， 这3个伸縮运动副lc相互呈120°均匀布置，铰接安装法兰la和伸縮运动副lc的铰接机构le为单自由度铰接机构，铰接连接法兰lb和伸縮运动副lc 的铰接机构If为双自由度十字铰接机构，可实现空间两个旋转和一个直线方 向的运动，完成这三个自由度方向的防碰撞检测。清扫装置的防碰撞检测范 围由三个伸縮运动副lc的行程、安装位置、铰接机构的活动范围确定。需要检测的碰撞力大小，以及清扫箱体时清扫装置与箱壁间的阻尼力的大小，通 过调节伸縮运动副的压力来实现。本发明的防碰撞检测装置，同时也是安装 底座，其一端是连接机器人的安装法兰，另一端的连接法兰用来安装清扫装 置等清扫工具。本发明的防碰撞检测装置，在一些要求更为苛刻的场合，可以采用如图3 所示的空间六自由度并联机构，实现六个自由度方向的防碰撞检测。结构上 在安装法兰la和连接法兰lb之间斜向交叉并联铰接安装6个伸縮运动副lc， 铰接安装法兰la和伸縮运动副lc的铰接机构le以及铰接连接法兰lb和伸 縮运动副lc的铰接机构lf均采用双自由度十字铰接机构。清扫装置的防碰 撞检测范围由六个伸縮运动副的行程和各伸縮运动副相互之间的安装位置、 铰接机构的活动范围来确定。所述的防碰撞检测装置，当使用在一些不需要调节防碰撞力，以及不需 要调节清扫装置与箱壁间阻尼力大小时，伸縮运动副可以采用无需供气的气 压撑杆或无需供液的液压撑杆。工作时，对所有气缸供气，气缸的活塞杆伸出，带动连接法兰lb及清扫 装置也向外伸出。机器人将清扫装置移动到需要进行清扫的位置，并使柔性 清扫刮板2b紧贴到箱壁上，而贴紧力的大小通过调节气缸的供气压力来调整， 利用气缸的弹簧阻尼作用保证柔性清扫刮板能自动适应箱壁的变形，达到彻 底清扫的效果。当发生某个方向的碰撞时，对应位置的某个或某几个气缸会 被进一步压縮，当压縮量达到一定程度时，位置传感器ld检测到活塞的位置， 发出碰撞报警信号。且三自由度碰撞检测装置可以检测两个旋转方向和连接法兰lb受压縮时的碰撞信号，六自由度检测装置则可以检测来自任何方向的 碰撞信号。若不需要使用柔性清扫刮板2b清扫，而需对箱体内部的角缝等特 殊位置或特殊物料进行清扫时，机器人将气压吹喷装置3移动到相应的位置，进行吹喷清扫。而需要使用吸尘装置进行灰尘等清扫时，机器人将吸尘头4b 移动到相应的位置，接通负压，进行吸尘清扫。在图1、图3所示的实施例中， 为了便于使用，清扫装置2、气压吹喷装置3以及吸尘装置4均对称布置了两 套。此外依据不同的清洁要求，若须更换别的清扫工具时，不需对防碰撞检 测装置进行更换，只需在其连接法兰lb上安装不同的清扫工具，即可完成不 同的清扫工作。如对一些没有食品级清洁度要求的场合，可以对清扫工具进 行简单的改型，将毛刷或毛刷辊等清扫工具安装在连接法兰上，获得较好的 拓展应用。如上所述，仅为本发明的具体实施例，不能以此限定本发明的范围，即依 本发明专利申请保护范围所作的等同变化与修饰，皆应仍属本发明专利涵盖 的范围。
权利要求
1. 一种机器人柔性清扫手爪，其特征在于，①包括防碰撞检测装置(1)、清扫装置(2)和气压吹喷装置(3)；②所述的防碰撞检测装置包括位于两端的安装法兰(1a)和连接法兰(1b)，通过铰接机构(1e、1f)横向或斜向铰接于安装法兰(1a)和连接法兰(1b)之间的伸缩运动副(1c)，安装于伸缩运动副(1c)上的位置检测传感器(1d)；③所述的清扫装置包括安装于防碰撞检测装置的连接法兰(1b)上的刮板支架(2a)、安装于刮板支架(2a)外端的柔性清扫刮板(2b)；④所述的气压吹喷装置(3)安装于刮板支架(2a)上，包括与气路系统连通的吹喷气管(3a)、连接于气管上的气压喷嘴(3b)。
2、 根据权利要求1所述的一种机器人柔性清扫手爪，其特征在于，在刮板 支架(2a)上还安装有吸尘装置(4)，包括与负压气路系统连通的吸尘气管(4a)， 与吸尘气管连接并固定在刮板支架(2a)上的吸尘头(4b)。
3、 根据权利要求1所述的一种机器A^性清扫手爪，其特征在于，铰接于 安装法兰(la)和连接法兰(lb)之间的伸縮运动副(lc)为并联的2 6个。
4、 根据权禾腰求1或3所述的一种机器人柔性清扫手爪，其特征在于，所 述的伸縮运动副(lc)为气缸或液压缸或电动缸或气压弹簧或液压弹簧。
5、 根据权利要求1或3所述的一种机器人柔性清扫手爪，其特征在于，铰 接安装法兰(la)和伸縮运动副(lc)的铰接机构(le)为单自由度铰接机构 或双自由度十字铰接机构。
6、 根据权利要求1或3所述的一种机器人柔性清扫手爪，其特征在于，铰 接连接法兰(lb)和伸縮运动副(lc)的铰接机构(lf)为双自由度十字铰接 机构。
7、 根据权利要求1所述的一种机器人柔性清扫手爪，其特征在于，在气压 喷嘴(3b)上设置有调压阀(3c)和压力空气开关阀(3d)。
8、 根据权禾腰求2所述的一种机器人柔性清扫手爪，其特征在于，在吸尘装置的吸尘头进口处安装有柔性刮板(4c)。
全文摘要
一种机器人柔性清扫手爪，包括防碰撞检测装置(1)、清扫装置(2)和气压吹喷装置(3)；防碰撞检测装置包括位于两端的安装法兰(1a)和连接法兰(1b)，通过铰接机构(1e、1f)横向或斜向铰接于安装法兰和连接法兰之间的伸缩运动副(1c)，安装于伸缩运动副上的位置检测传感器(1d)；清扫装置包括安装于连接法兰上的刮板支架(2a)、安装于刮板支架外端的柔性清扫刮板(2b)；气压吹喷装置安装于刮板支架上，包括与气路系统连通的吹喷气管(3a)、连接于气管上的气压喷嘴(3b)。本发明具有防碰撞检测、清扫压力自适应能力，可安装在机器人上，实现箱体内部自动清扫、且清扫效果好。
文档编号B08B9/087GK101284277SQ200810058488
公开日2008年10月15日 申请日期2008年6月3日 优先权日2008年6月3日
发明者彦 卯, 勇 张, 李大庆, 杨灏泉, 玲 游, 蒋明民, 磊 蔡, 马忠明 申请人:云南昆船设计研究院