一种具有双爪结构的机械手及其控制方法与流程

本发明涉及一种具有双爪结构的机械手及其控制方法。

背景技术：

动力电池是新能源的主力军，动力电池不仅用于汽车行业，还用于电动工具、航空模型、电动自行车和电动摩托车等领域，动力电池的应用范围越来越广，动力电池的需求量也越来越大，生产电池的厂家不断地提高电池的产能，对设备的工作效率也要求越来越高，机械手作为设备的重要执行部件，用于抓取，搬用电池起关键作用，直接影响设备工作的产能。一般单个机械手爪在取放电池时工作的最大产能只能达到6ppm（6ppm即每分钟6块），无法满足生产电池厂家的产能要求。因此，有必要设计一种具有双爪结构的机械手及其控制方法。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种具有双爪结构的机械手及其控制方法，该具有双爪结构的机械手及其控制方法易于实施，能显著提高抓取电池的效率。

发明的技术解决方案如下：

一种具有双爪结构的机械手，包括固定机构、旋转机构和双气爪机构；

固定机构用于将机械手固定在机器上；旋转机构连接固定机构和双气爪机构；

所述的双气爪机构具有2个气动控制的气爪。

双气爪机构包括气爪连接块和与气爪连接块相连的第一气爪和第二气爪；

第一气爪包括第一气爪连接板、第一固定夹板、第一气爪活动块和第一活动夹板；第一固定夹板固定在气爪连接块上；第一气爪连接板与气爪连接块相连，且在压缩气体的驱动下能相对于气爪连接块横向滑动；

第一气爪连接板的下方通过第一气爪活动块与第一活动夹板相连；第一活动夹板和第一固定夹板分设在内侧和外侧；第一活动夹板在第一气爪连接板的带动下向外运动能与第一固定夹板相配合以夹持电池；

第二气爪包括第二气爪连接板、第二固定夹板、第二气爪活动块和第二活动夹板；第二固定夹板固定在气爪连接块上；第二气爪连接板与气爪连接块相连，且在压缩气体的驱动下能相对于气爪连接块横向滑动；

第二气爪连接板的下方通过第二气爪活动块与第二活动夹板相连；第二活动夹板和第二固定夹板分设在内侧和外侧；第二活动夹板在第一气爪连接板的带动下向外运动能与第一固定夹板相配合以夹持电池。

第一气爪连接板和第二气爪连接板的下方均设有极点绝缘板。

气爪连接块上具有横向的导向条，在第一气爪活动块和第二气爪活动块上均均有与所述的导向条向适配的导向槽。

第一气爪或第二气爪上设有光电传感器。用于检测第一气爪或第二气爪是否动作。

第一固定夹板、第二固定夹板、第一活动夹板和第二活动夹板上均设有多个缓冲胶粒。

旋转机构上设有第一旋转感应片。

旋转机构由伺服电机驱动。

第一气爪和第二气爪的气路上设有受控于mcu或手动开关的电磁阀。

一种具有双爪结构的机械手的控制方法，采用前述的具有双爪结构的机械手；

控制方法如下：

（1）通过电磁阀控制1个或2个气爪工作，工作是指抓取或放下电池；

（2）通过伺服电机控制双气爪机构旋转（如旋转90°，可以逆时针或顺时针旋转）；

（3）通过z轴驱动装置控制双气爪机构上升或下降；

（4）通过光电传感器检测气爪是否动作；

（5）通过第一旋转感应片检测双气爪机构的旋转角度。

优选采用mcu实现具体的自动控制。

机械手的工作原理：伺服电机驱动两套气夹爪(部件)一起顺时针旋转90度，保持与来料双电池方向一致，电磁阀控制张开薄型气爪的两个爪子保证双爪中心距离和来料双电池中心距离相等，z轴模组滑块带动机械手下移到合理位置，两个电磁阀分别控制两个整体薄型气爪的爪子闭合来抓取电池，z轴模组滑块带动机械手上移到合理位置,通过x,y轴模组滑块带动机械手到空托盘合理位置，私服电机驱动两套气夹爪(部件)一起逆时针旋转回原点位，电磁阀控制闭合薄型气爪的两个爪子使两个电池中心距离与托盘入电池工位中心距离相等，z轴模组滑块带动机械手下移到合理位置，两个电磁阀分别控制整体薄型气爪的爪子张开放取电池，z轴模组滑块带动机械手上移到合理位置，从而完成机械手抓取和放取电池的一次全过程。

有益效果：

本发明的具有双爪结构的机械手及其控制方法，这种机械手结构紧凑、轻巧，一次性能抓取两个电池，且能承载≥１０kgf重物，最大产能能达到12ppm,两个手爪可以单独工作也可以同时一起工作互相之间不干涉，定位精度高，稳定可靠，产能高，成本低，从而满足了生产电池厂家的要求适应范围更为广泛方便。

采用本发明结构的机械手双气夹爪部件使电池在搬用过程中缩短时间，从而增加了电池的产能，稳定可靠，灵活性好，利用两个电磁阀分别单独控制两套气夹爪部件可以用来把合格电池与不合格电池搬运到不同的合理位置处。

两套气夹爪部件独特结构，既能提高了电池产能又不会夹伤电池表面，因气夹爪是由夹持块(非金属)和缓冲胶粒(三元乙丙橡胶)组成，即与电池接触面是柔性接触，接触面摩擦力大，柔性好，耐磨耐腐蚀，不易夹伤电池表面又稳定可靠，夹持块有导向电池的斜面，定位更精确，实现了从现有同等规格尺寸电池的产能从之前的6ppm变成现在的12ppm，产能提高到原先的2倍。该机械手具有结构简便，工作效率高，稳定可靠，定位精度高，成本低等优点，适合推广实施。

附图说明

图1为具有双爪结构的机械手及其控制方法的总体结构示意图（展开图）；

图2为双气爪机构的结构示意图。

标号说明：1-气夹爪、2-气爪连接板、3-第二气爪连接板、4-镜像第二气爪连接板、5-双爪固定板、6-双爪定位板、7-旋转轴承座、8-旋转台连接板、9-第一旋转轴承座隔套、10-第二旋转轴承座隔套、11-气爪旋转轴、12-气爪旋转轴挡圈、13-双气爪组件固定板、14-双气爪组件加强板、15-双气爪组件连接板、16-双气爪缓冲导柱、17-优力胶垫圈、18-压簧衬片、19-第一防呆开关调节杆、20-防呆调节座、21-第二防呆开关调节杆、22-第一检测开关调节钣金、23-第二检测开关调节钣金、24-缓冲导柱固定块、25-缓冲导柱挡圈、26-第一旋转感应片、27-接近传感器固定支架、28-旋转手爪限位杆、29-张开气爪固定板、30-平键、31-第二旋转感应片、32-薄型气爪、33-直线滑轨副、34-直线轴承、35-油压缓冲器、36-压簧、37-距离传感器、38-圆锥滚子轴承、39-内六角圆柱头螺钉、40-六角螺母、41-接近传感器、42-减速机、43-伺服电机。

51-第一气爪连接板，52-第二气爪连接板；53-第一固定夹板，54-第一气爪活动块，55-第二气爪活动块，56-极点绝缘板，57-气爪气缸连接板，58-第一活动夹板，59-第二活动夹板，60-缓冲胶粒，61-限流器，62-气爪连接块，63-光电开关，64-第二固定夹板。

具体实施方式

以下将结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明：

实施例1：如图1~2，一种具有双爪结构的机械手，包括固定机构、旋转机构和双气爪机构；

固定机构用于将机械手固定在机器上；旋转机构连接固定机构和双气爪机构；

所述的双气爪机构具有2个气动控制的气爪。

双气爪机构包括气爪连接块62和与气爪连接块相连的第一气爪和第二气爪；

第一气爪包括第一气爪连接板51、第一固定夹板53、第一气爪活动块54和第一活动夹板58；第一固定夹板固定在气爪连接块上；第一气爪连接板与气爪连接块相连，且在压缩气体的驱动下能相对于气爪连接块横向滑动；

第一气爪连接板的下方通过第一气爪活动块与第一活动夹板相连；第一活动夹板和第一固定夹板分设在内侧和外侧；第一活动夹板在第一气爪连接板的带动下向外运动能与第一固定夹板相配合以夹持电池；

第二气爪包括第二气爪连接板52、第二固定夹板64、第二气爪活动块55和第二活动夹板59；第二固定夹板固定在气爪连接块上；第二气爪连接板与气爪连接块相连，且在压缩气体的驱动下能相对于气爪连接块横向滑动；

第二气爪连接板的下方通过第二气爪活动块与第二活动夹板相连；第二活动夹板和第二固定夹板分设在内侧和外侧；第二活动夹板在第一气爪连接板的带动下向外运动能与第一固定夹板相配合以夹持电池。

第一气爪连接板和第二气爪连接板的下方均设有极点绝缘板。

气爪连接块上具有横向的导向条，在第一气爪活动块和第二气爪活动块上均均有与所述的导向条向适配的导向槽。

第一气爪或第二气爪上设有光电传感器63。用于检测第一气爪或第二气爪是否动作。

第一固定夹板、第二固定夹板、第一活动夹板和第二活动夹板上均设有多个缓冲胶粒60。

旋转机构上设有第一旋转感应片26。

旋转机构由伺服电机43驱动。

第一气爪和第二气爪的气路上设有受控于mcu或手动开关的电磁阀。

一种具有双爪结构的机械手的控制方法，采用前述的具有双爪结构的机械手；

控制方法如下：

（1）通过电磁阀控制1个或2个气爪工作，工作是指抓取或放下电池；

（2）通过伺服电机控制双气爪机构旋转（如旋转90°，可以逆时针或顺时针旋转）；

（3）通过z轴驱动装置控制双气爪机构上升或下降；

（4）通过光电传感器检测气爪是否动作；

（5）通过第一旋转感应片检测双气爪机构的旋转角度。

一种机械手所包括的部件有：气夹爪(部件)、气爪连接板、第二气爪连接板、镜像第二气爪连接板、双爪固定板、双爪定位板、气爪旋转轴承座、旋转台连接板、第一旋转轴承座隔套、第二旋转轴承座隔套、气爪旋转轴、气爪旋转轴挡圈、双气爪组件固定板、双气爪组件加强板、双气爪组件连接板、双气爪缓冲导柱、优力胶垫圈、压簧衬片、第一防呆开关调节杆、防呆调节座、第二防呆开关调节杆、第一检测开关调节钣金、第二检测开关调节钣金、缓冲导柱固定块、缓冲导柱挡圈、第一旋转感应片、接近传感器固定支架、旋转手爪限位杆、张开气爪固定板、平键、第二旋转感应片、薄型气爪、直线滑轨副、直线轴承、油压缓冲器、压簧、距离传感器、圆锥滚子轴承、内六角圆柱头螺钉、六角螺母、接近传感器、减速机、伺服电机：此机械手是由两套相同的气夹爪(部件)组成，每套气夹爪(部件)与气爪连接板用螺栓紧固在一起，再经过直线滑轨副固定在气爪固定板上，使两套相同的气夹爪(部件)只能延滑轨方向自由移动，一套气夹爪(部件)通过第二气爪连接板与薄型气爪的1个爪相连接，另一套气夹爪(部件)通过镜像第二气爪连接板与薄型气爪2的另外1个爪相连接，薄型气爪又通过张开气爪固定板用螺栓紧固在双爪固定板上，两件双爪定位板分别固定在双爪固定板两侧，同时每件双爪定位板上安装两个内六角螺钉和一个油压缓冲器，实现两套气夹爪宽度之间距离的调节；双爪固定板通过缓冲导柱固定块、双气爪缓冲导柱、压缩弹簧、直线轴承、优力胶垫圈、缓冲导柱挡圈与双爪组件连接板相连接，双爪组件连接板装有第二旋转感应片，实现双夹爪抓取电池的缓冲和检测功能防止碰伤电池正负极柱。

气爪旋转轴通过两个圆锥滚子轴承与气爪旋转轴承座相连，气爪旋转轴尾部经过第二旋转轴承座隔套直接与双爪组件连接板通过气爪旋转轴挡圈用内六角螺钉紧固在一起，实现两套气夹爪(部件)整体旋转。

气爪旋转轴承座与旋转台连接板用内六角螺钉紧固相连，气爪旋转轴头部用平键与减速电机相连接，减速机法兰用内六角螺钉紧固在旋转台连接板上，实现了伺服减速电机控制两套气夹爪(部件)一起顺时针或逆时针旋转９０度，旋转过程中两极端设置了接近传感器软限位和机械限位，安全可靠；旋转台连接板与双气爪组件固定板用内六角螺钉紧固，双气爪组件固定板与模组相连实现机械手的整体升降。

气夹爪(部件)中，两个薄型气爪背靠背通过气爪气缸连接板用平头螺钉紧固在一起，组成一个整体薄型气爪；第一气爪活动块54和第二气爪活动块55分别用内六角螺钉固定在整体薄型气爪的左侧爪子上，第一气爪连接板51用内六角螺钉固定在与整体薄型气爪的左侧爪子相连的第一气爪活动块54和第二气爪活动块55上，第一气爪连接板51和第二气爪连接板52用内六角螺钉紧固一起，第二活动夹板59（又称电池导向夹持块a）用内六角螺钉紧固在第二气爪连接板上，组成了气夹爪部件的整体左边夹爪；

同样第二气爪连接板52（又称镜像气爪1）用内六角螺钉同时固定在与整体薄型气爪的右侧爪子相连的第一气爪活动块54和第二气爪活动块55（分别又称为气爪连接块a和气爪连接块b）上，第一固定夹板53与第二气爪连接板52用内六角螺钉紧固一起，第一活动夹板58（又称电池导向夹持块b）用内六角螺钉紧固在第一固定夹板53上，组成了气夹爪部件的整体右边夹爪，实现用一个双控位电磁阀来控制整体薄型气爪的左边夹爪与右边夹爪闭合来加紧或松开电池。第一气爪连接板51和第二气爪连接板52与电池级柱接触的表面用气爪极点绝缘板防止两级柱短路，第一气爪活动块54和第二气爪活动块55上都镶嵌柔性缓冲胶粒，这样让被夹电池一方面防止表面划伤另一方面增大电池接触面的摩擦力来防止松动掉落。在第一气爪活动块54处安装了接近传感器来检测是否漏夹电池。

机械手结构是由两套相同的气夹爪(部件)组成，每套气夹爪(部件)的闭合用一个单独的双控位电磁阀来控制，这样两套夹爪(部件)的闭合分别由两个单独的双控位电磁阀来控制，这样机械手的两套气夹爪(部件)可以一起工作抓取电池，也可以分别单独工作抓取电池，实现了一次可以抓取两个电池也可以一次抓取一个电池。