本发明涉及一种预紧式存储实体件夹持机械手及方法。
背景技术
信息存储实体件(如档案、书籍、影像资料等，下面以档案为代表，但不仅限于档案)是人类历史的真实记录，反映着人们对客观事物与现象的认识，它是知识与技术的结晶，是人类优秀的文化遗产。合理地开发与利用档案，不仅能加速社会的文明进程，而且能获得并创造出新的知识财富，是推动社会历史与文明进步的重要动力。
然而随着社会的发展，档案的数量与日俱增，档案的传输是档案工作人员每天必须面对的繁重的工作，存取档案劳动强度大，档案存取效率较低，尤其对于一些涉密的档案，更不希望人有更多的机会去接触，由于这些问题的存在，加快档案自动化系统建设，实现档案各个工作环节的自动化管理有着重大意义。
目前在服务机器人行业，已经有了很多档案机器人应用的案例，如一体式档案管理机器人，衍架或者导轨式档案管理机器人等，都实现了利用机器人将档案从档案柜中取出，然后运送到管理员对接窗口的自动化运输。
不管机器人采用什么样的形式，如何利用机器人将档案从档案架上取出或者归还是此类机器人研究的重点。目前机器人取出档案的方式基本上是模拟人手，采用夹取的方式，利用某种机构将档案夹紧，然后取出。虽然此种方式夹取档案后会很牢靠，但是夹取机构对档案的定位非常困难，且需要各种辅助机构将档案分开以方便夹取，所以导致档案在取出和归还时的效率极低，严重影响了机器人的整体运行效率及可推广性。
此外，目前用于存放档案的档案柜或者书柜，都是保持档案或者书籍竖立放置的传统姿态，在利用机器人管理时，大多采用增加横向间隔的方法，将柜中的档案或者书籍分隔开来，以方便存取，然而采用此方法有几个弊端：
首先，间隔的大小一致的情况下，则很难保证存入其中的档案或者书籍不发生倾斜，且倾斜的角度不定，如若档案或者书籍倾斜，即位姿不固定的话，将加大机器人存取定位的难度；
其次，机器人在存取档案时，不仅要有类似人手的夹持动作，为了保证档案或者书籍的姿态正确，还需要在手爪的上下设计某种机构，用于调整档案或者书籍的姿态，则机器人的结构会更加复杂，增加了负载，降低了机器人续航的时间，且机器人每次抓取都需要更多的调整动作和时间，降低了机器人的运行效率；
另外，档案或者书籍在存放时，如若机器人夹持书脊来完成存放，则书页难免会散开，易造成档案或者书籍的意外损坏，对于珍贵的档案而言，此问题必须要极力避免。
技术实现要素：
本发明为了解决上述问题，提出了一种预紧式存储实体件夹持机械手及方法，本发明可提高信息存储实体件管理机器人运行效率。
当然，为了更加清楚的表述本发明的技术方案，进行名词解释如下，所述信息存储实体件，包括但不限于档案(或档案盒)、书籍、影像盘、影像盒以及光盘等利用具有一定占地空间的实体信息存储结构，且本发明特别适用于适合水平放置的实体件。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明的第一目的是提供一种预紧式存储实体件夹持机械手，应用于存储柜，包括固定底座、滑动丝杠、移动底座、预紧弹性件、夹持丝杠和夹持手爪，其中：
所述存储柜采用货架式结构，且具有多个存储空间，每个存储空间具有修正姿态的冗余空间，且保证信息存储实体件能够水平放置；
所述固定底座具有能够承载水平放置的存储实体件的承载面，且固定底座的两侧设置有滑槽，所述移动底座底部通过滑块安装在固定底座左右两侧的滑槽内，滑动丝杠分为左右两条，分别安装在固定底座滑槽内，驱动移动底座在固定底座上前后移动；
所述夹持手爪套合在夹持丝杠上，可在移动底座的滑槽内开合移动，所述夹持丝杠安装在移动底座内，驱使夹持手爪的开合移动，所述预紧弹性件的两端分别固定在左右两个夹持手爪上，随夹持手爪的开合而伸缩，以实现夹紧。
本发明将存储实体件水平放置，并与之对应的设计成水平的间隔，这样能够保证存储实体件的重心降低，不会发生纵向方向上的姿态偏移或倾斜，机器人在存取存储实体件时只需采用托举的方式，即可完成存储实体件与存储空间的分离，从而完成存取的管理，极大的提高了自动化管理效率，并且降低了机器人的结构复杂性，不需要每次抓取都付出非常复杂的调整动作和比较多的调整时间，同时提高了机器人的续航能力。
进一步的，所述夹持手爪在夹持丝杠的运动下打开到一定宽度至可将夹持手爪插入到存储实体件左右两侧与存储柜之间间隙内。
进一步的，所述固定底座具有承载面，能够托举信息存储实体件。
进一步的,所述移动底座具有与信息存储实体件外沿相适配的配合面。
进一步的，所述固定底座为矩形结构。
进一步的，所述两个滑动丝杠的旋转方向相同。
进一步的，所述两个夹持丝杠的旋转方向不同，驱使夹持手爪进行开合移动。
进一步的，所述夹持手爪内侧设置夹持阻尼件，增大夹持手爪与信息存储实体件之间的摩擦系数，增加档案夹持机械手的负载。
优选的，所述夹持阻尼件为带有凹槽或花纹的弹性垫、或橡胶垫和橡胶套。
优选的，所述夹持手爪主体采用有机材质，可以有效的避免金属材质对档案表面的划伤。
进一步的，所述夹持手爪与移动底座和固定底座的主体延展方向相垂直。
优选的，预紧弹性件为弹簧。
本发明的第二目的是提供基于上述机械手的抓取方法，在机器人需要取出存储实体件时，机械手对准存储实体件，将固定底座插入到上下两个存储实体件之间的间隙，左右夹持手爪在夹持丝杠的运动下打开到一定宽度至可将夹持手爪插入到存储实体件左右两侧与存储柜之间间隙内；预紧弹性件在左右两个夹持手爪的带动下逐渐拉伸，移动底座在滑动丝杠的带动下，向前运动，带动夹持手爪覆盖到存储实体件两侧；夹持手爪在夹持丝杠的带动下，向内移动，直至夹紧，预紧弹性件的作用下，保持一定的夹持压力，滑动丝杠转动带动移动底座向外移动，直至移动底座完全归位，完成抓取动作。
本发明的第三目的是提供基于上述机械手的姿态调整方法，夹持手爪向内夹持存储实体件的过程中将存储实体件的姿态按夹持手爪的垂直方向归正，完成存储实体件的姿态矫正。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1、本发明提供了一套配合管理机器人使用的，可提高管理机器人运行效率的夹持机械手系统；
2、本发明结构简单，实用性强，易于实现；
3、本发明通过简单调节，可应用于多种尺寸档案的应用管理上；
4、本发明可用于修正信息存储实体件的姿态，修正后可有利于其他针对信息存储实体件的自动化操作、管理上；
5、本发明除了可以应用在档案管理外，还可以适用于其他珍贵文献的管理上，如图书、电子音像资料等的自动化管理；
6、本发明将存储实体件水平放置，并设计与之对应的水平的间隔，这样能够保证存储实体件的重心降低，不会发生纵向方向上的姿态偏移或倾斜，机器人在存取存储实体件时只需采用托举的方式，即可完成存储实体件与存储空间的分离，从而完成存取的管理，极大的提高了自动化管理效率，并且降低了机器人的结构复杂性，不需要每次抓取都付出非常复杂的调整动作和比较多的调整时间，同时提高了机器人的续航能力。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1为本发明整体结构示意图；
图2为档案机械手结构示意图；
图3(a)-图3(c)为本发明档案抓取示意图；
图4(a)、图4(b)为本发明档案姿态矫正示意图；
图5为本发明档案柜结构示意图。
其中，1、档案夹持机械手，2、档案，3、档案柜，4、机械手固定底座，5、移动底座，6、滑动丝杠，7、直线电机，8、预紧弹簧，9、夹持手爪，10、夹持橡胶，11、档案柜支架，12、档案柜柜体。
具体实施方式：
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
在本发明中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”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，只是为了便于叙述本发明各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本发明中任一部件或元件，不能理解为对本发明的限制。
本发明中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本发明中的具体含义，不能理解为对本发明的限制。
一种典型的实施例，以档案为具体的实体件进行详细说明，但仅限于该实施例，在其他实施例中，可以将其替换为书籍等其他实体件，并不仅限于上述内容。
一种预紧式档案夹持机械手，如图1所示，机械手利用直线电机来完成夹持档案动作，机械手下部有托板，在夹持手爪和托板的共同作用下，可保持档案运输过程中的稳定；
直线电机是一种将电能直接转换成直线运动机械能，而不需要任何中间转换机构的传动装置，其通过控制器，控制电机轴上各磁极的方向以及强度，从而达到控制移动端子在电机轴上做直线、加速、减速、匀速、旋转等各运动；
与以往档案竖直放立不同，此发明下档案采用水平放置,保证存储实体件的重心降低，不会发生纵向方向上的姿态偏移或倾斜，机器人在存取存储实体件时只需采用托举的方式，即可完成存储实体件与存储空间的分离；
通过以上配置来提取和存放档案，机械手的抓取\存放效率大大高于普通夹取方式，档案管理机器人的执行效率将大大提高；
另外，通过夹持手爪的夹持作用，还可以用于档案姿态回正；
具体的说，如图2所示，档案夹持机械手1由机械手固定底座4，移动底座5，滑动丝杠6，直线电机7，预紧弹簧8，夹持手,9以及夹持橡胶10组成；
如图5所示，与常用的档案竖立放置的方式不同，为方便取放档案，档案采用货架式的水平放置方式；档案柜3由档案柜体12及档案柜支架11组成，档案柜支架11两端用于支撑档案2，中间悬空；
机械手固定底座4作为档案夹持机械手的主要结构用于托举档案2，以及承载移动底座5、滑动丝杠6等零件；
在本实施中，机械手固定底座4为矩形形状，且固定底座4的外边缘处设置有突出结构，以方便机器人进行抓取。
移动底座5底部通过滑块安装在固定底座4左右两侧的滑槽内，可在机械手固定底座4上前后滑动；
如图2所示，在本实施例中，移动底座5为π型结构，下面设置有两个支撑部分，支撑部分的内侧设置有卡栓或滚轮结构，卡栓或滚轮结构可以活动卡合在固定底座4左右两侧的滑槽内，沿其滑动。移动底座5具有与信息存储实体件外沿相适配的配合面。
滑动丝杠6分为左右两条，其旋转方向相同，分别安装在固定底座4左右两侧滑槽内，用于驱动移动底座5在固定底座4上前后移动；
直线电机7安装在移动底座5内，在控制器的控制下，可驱使夹持手爪9在直线电机7的轴向上做开合等各种运动；
夹持手爪9套合在直线电机7上，可在移动底座5的滑槽内开合移动；
预紧弹簧8两头分别固定在左右两个夹持手爪9上，随夹持手爪9的开合而伸缩；
夹持橡胶10通过粘合的方式固定在夹持手爪9的内侧，用于增大夹持手爪9与档案2之间的摩擦系数，增加档案夹持机械手的负载；
如图3(a)所示，在机器人需要取出档案时，首先将机械手1对准档案2，在视觉伺服或者衍架式机器人编码器的定位下，将机械手固定底座4插入到上下两个档案之间的间隙，左右夹持手爪9在直线电机7的控制下打开到一定宽度至可将夹持手爪9插入到档案2左右两侧与档案柜3之间间隙内，此时预紧弹簧8在左右两个夹持手爪9的带动下，逐渐拉伸；
如图3(b)所示，移动底座5在滑动丝杠6的带动下，向前运动，带动夹持手爪9覆盖到档案2两侧；
如图3(c)所示，直线电机7断电，则夹持手爪9在预紧弹簧8的收缩力的带动下，向内迅速移动，直至将档案2夹紧，并在预紧弹簧8的作用下，保持一定的夹持压力，然后滑动丝杠6转动带动移动底座5向外移动，直至移动底座5完全归位，档案2平稳放置在机械手固定底座4上，则完成档案2的抓取动作；
如图4(a)所示，如果档案2在档案架10上的姿态因各种原因发生了偏转，则在夹持手爪9向内夹持档案的过程中可将档案2的姿态按夹持手爪9的垂直方向归正，如图4(b)所示，完成档案2姿态矫正的功能；
本发明提供了一套配合档案管理机器人使用的，可提高档案管理机器人运行效率的档案手爪抓取系统，其结构简单、可靠。
本发明除了可抓取存放档案以外，还可以用于修正档案管理机器人抓取档案时因位姿精度及各种意外造成的档案姿态不正的问题，为后端档案的自动化管理提供了支撑。
本发明设计的档案手爪主体采用有机材质(abs，聚氨酯等)，可以有效的避免金属材质对档案表面的划伤；
本发明摒弃了传统的档案机器人手抓夹取档案的方式，采用了档案平躺，丝杠传动的方式，其效率高，增加了档案机器人的利用率；
本发明设计直线电机与预紧弹簧配合的机构来抓取档案，其效率高，且确保在不需要任何反馈的状态下，手爪仍可以牢牢抓紧档案，
本发明的机械手爪的末端粘贴有可增加摩擦系数的橡胶层，可有效增加夹持手爪的夹持力和整个机械手的负载能力；
本发明除可以应用在档案自动化管理外，还可以应用在其他类似书籍、影像资料等的管理，使用范围广。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。