本发明涉及桁架机器人抓手技术领域，特别涉及一种砂芯搬运的自适应机器人抓手及在线搬运砂芯的方法。
背景技术：
在桁架机器人进行搬运作业中，一般均为流水线作业，产品多为批量产品，品种单一，重量一致，因此桁架机器人的夹具单一，只需要满足一类产品即可，抓手部位配用的夹具相对固定，不需要频繁更换，只能更换生产线上产品规格或型号时才需要更换适配的夹具，同一种产品的搬运只需要做简单的重复性动作，但是在单件小批量的生产线上，产品大小不一、重量不一、排布密集，用于搬运的桁架机器人的抓手部位很难与频繁更换的产品相适配，如要适时更换夹具将大大影响桁架机器人的使用效率。例如，3D打印的砂芯一般在3D打印过程中，同一工作箱会设置几种不同规格尺寸的砂芯进行打印，使用机器人抓手搬运，夹具的一致性问题影响搬运效率。
技术实现要素：
本发明针对现有技术桁架机器人抓手同一夹具结构的适应性单一，不适用于单件小批量的高效在线转运问题，提供一种砂芯搬运的自适应机器人抓手，通过在一套夹具上集成设置不同规格的吊把结构实现在线抓运不同吊抓规格的砂芯。
本发明的目的是这样实现的，一种砂芯搬运的自适应机器人抓手，包括设置在桁架机器人上的抓取机构，所述桁架机器人在砂芯生产线上方可沿X轴、Y轴和Z轴运动，所述Z轴下端转动连接所述抓取机构，所述抓取机构包括可相对开合移动两只抓手，其特征在于，每只抓手相对的内侧分别转动连接有夹具板，所述夹具板上集成设有若干不同规格的吊把，所述吊把用于与待抓取的砂芯的吊抓部位配合夹持。
本发明的桁架机器人的抓取机构，可开合运动的两个抓手上，转动连接有夹具板，夹具板上集成设置的不同规格的吊把，用于配合抓取不同尺寸和形状的砂芯的吊抓部位，可以实现同一成套配置的夹具板吊取搬运不同规格尺寸吊抓部位的砂芯；夹具板与抓手转动连接的形式便于根据不同砂芯的抓吊部位的尺寸分布位置，调整适用的吊把角度，以方便同一夹具板上不同规格的吊把使用时互不干涉。
为便于不同规格的各吊把的配合使用，两只抓手的夹具板上同规格的吊把配对设置，各所述夹具板上同规格的吊把相对夹具板的回转中心的距离相同，不同规格的吊把相对其夹具板的回转中心的距离和/或相位角互不相同。将不同规格的吊把相对夹具板的回转中心，按不同的中心距和相位角设置，可以方便同一夹具板上不同规格的吊把的适用，避免个别吊把使用干涉或其它非使用吊把的干涉。
为进一步保证不同尺寸和重量的砂芯的牢固抓持，所述吊把按大小规格分为大件吊把、中件吊把和小件吊把，所述大件吊把的回转中心距为d1，中件吊把的回转中心距为d2，小件吊把的回转中心距为d3，并且d3﹥d2﹥d1。在抓取机构的夹具板的回转驱动系统的输出扭矩一定的情况下，抓取工件的重量与回转距离成反比，产品的重量越小，适应的偏心距越大；反之，产品越大，则需要偏心距越小，以免产生由于扭矩过大导致的驱动系统的扭矩过载进而导致结构受损，因此，本发明中，在同一夹具板上设置多个吊把时，适用于大件的吊把的回转中心距越小，越利于保护驱动系统和保持夹具板的受力稳定性。
作为本发明的进一步优选，所述大件吊把沿夹具板的回转中心距为零，所述中件吊把和小件吊把分别位于夹具板旋转中心不同的相位角上。
作为本发明的更进一步优选，所述中件吊把和小件吊把沿夹具板旋转中心的相位夹角为180°。
为便于实现夹具板与抓手的转动连接，所述夹具板的回转中心设有与抓手转动连接的法兰连接件，所述法兰连接件的周向与夹具板通过螺栓连接，所述抓手的对应部位设有转动驱动机构，所述转运驱动机构的输出端与法兰驱动连接。
为进一步提高桁架机器抓取机构的适用范围，所述夹具板设有与抓手配合拆装的多组，每组夹具板上集成的吊把的规格各不相同以适应不同规格的砂芯抓取。
为实现本发明的目的，本发明还提供一种采用上述自适应机器人抓手的桁架机器人在线搬运砂芯的方法，包括如下过程：
第一步，将桁架机器人运行到待搬运砂芯的上方，并使机器人的抓取原点与砂芯停放工位所在的坐标原点重合；
第二步，桁架机器人获取待搬运的各砂芯的尺寸参数、吊抓部位参数和砂芯位置参数，
第三步，根据第二步解析的参数确定砂芯的搬运顺序；
第四步，按第三步的搬运顺序，从第一件砂芯开始，选用与砂芯的吊抓部位配合的备用吊把，调节桁架机器人抓手上夹具板的角度使备用吊把处于便于配合抓持的角度；
第五步，桁架机器人根据待搬运砂芯的位置，沿X轴、Y轴运行至待搬运砂芯的中心的正上方，沿Z轴旋转抓取机构的角度，使两抓手开合运动的方向与待搬运砂芯两侧的吊抓部位的分布方向相同，然后根据第二步中获取的砂芯参数，调节两只抓手的开合度W，使W=X+2L，其中W具体两抓手上备用吊把最近点的距离，X只砂芯沿吊抓部位分布方向的最大外形宽度，L为单边预留量；且取值为20—100mm；
第六步，桁架机器人沿Z轴下降至备用吊把与砂芯的吊抓部位相适应的高度并对准，抓取机构收紧开合的距离至配合抓紧吊抓部位，再沿Z轴提起砂芯，再旋转调节夹具板的角度至最佳抓吊砂芯的角度，沿X轴，Y轴移动搬运砂芯至下一工位，放下砂芯，完成一只砂芯的搬运；
第七步，桁架机器人返回至上一工位；重复第四步至第六步的过程依次搬运该工位的其它各砂芯，直至将该工位的待搬运砂芯全部转运至下一工位，搬运中尺寸砂芯，中吊把302与夹具板旋转中心的相位角相对小吊把301的相位角为180°，搬运大尺寸砂芯9时，将大吊把303的相位角调至与小吊成90°的角度，此时，旋转中心与大吊把303的中心重合，实现稳固抓取大尺寸砂芯9。
本发明的桁架机器人在线搬运砂芯的方法中，借助于抓取机构上集成设置的多规格吊把，在线搬运不同规格的砂芯，可以根据砂芯吊抓部位的位置和尺寸，调节夹具板的角度，以调用适用的吊把，配合抓取砂芯，不需要频繁更换抓手的夹具，实现同一套夹具可在线搬运多种规格的砂芯，适用于单件小批量产品的在线搬运要求。
作为本发明方法的一种适用情况，第一步中待搬运的各砂芯为位于3D打印的工作箱中，所述砂芯停放工位所在的坐标原点为工作箱的作标原点，第二步中各砂芯的参数从3D打印程序中解析获得。
为防止抓手连同夹具板下降抓取砂芯过程中发生吊把与砂芯个别部位干涉碰撞，第五步中的单边预留量L的取值为20—100mm。
附图说明
图1为发明的桁架机器人的抓取机构的结构示意图。
图2为图1的A向投影的图。
图3为图2中的抓取机构的夹具板沿回转中心旋转180°的示意图。
图4为图2的的抓取机构的夹具板沿回转中心旋转90°的示意图。
图5为夹具板的立体示意图。
图6为夹具板与抓手一种转动接连接的实施方式示意图。
图7为待搬运的不同规格的砂芯在工作箱中分布的立体示意图。
图8为图7中的砂箱的俯视图。
图9为图7砂箱的不同规格砂芯的各吊把的示意图。
其中，1抓手；2夹具板； 3吊把；301小件吊把；302中件吊把；303大件吊把；4法兰连接件；5螺栓；6减速机；7驱动电机；8工作箱；9大尺寸砂芯；9A大吊耳；10中尺寸砂芯；10A中吊耳； 11小尺寸砂芯；11A小吊耳。
具体实施方式
实施例1
如图1—图6所示为本发明的砂芯搬运的自适应机器人抓手，包括设置在桁架机器人上的抓取机构，桁架机器人在砂芯生产线上方可沿X轴、Y轴和Z轴运动，Z轴下端转动连接抓取机构，抓取机构包括可相对开合移动两只抓手1，每只抓手1相对的内侧分别转动连接有夹具板2，夹具板2上集成设有若干不同规格的吊把3，吊把3用于与待抓取的砂芯的吊抓部位配合夹持，两只抓手1的夹具板2上同规格的吊把配对设置，以便于配合抓持同规格的砂芯吊抓部位。一般砂芯的吊抓部位为砂芯某一方向的外侧对称设置的吊耳，吊耳可以为实心或有中空孔的空心结构，吊耳的外形为圆形、方形、或其它形状，吊把为与吊耳配合的圆形套、圆形柱、方形套等适合套接或卡接的配合形状。
为便于不同规格的各吊把的配合使用，每只抓手的夹具板2上对应的同规格的吊把3相对夹具板2的回转中心的距离相同，不同规格的吊把3相对其夹具板的回转中心的距离和/或相位角互不相同，以便于调节夹具板的角度配合抓取不同规格的芯砂。本实施例中，如图2—图4所示，将三种不同规格的吊把3相对夹具板2的回转中心，按不同的中心距和相位角设置，可以方便同一夹具板2上不同规格的吊把3的适用，避免个别吊把使用干涉或其它非使用吊把的干涉。
为进一步保证不同尺寸和重量的砂芯的牢固抓持，吊把3按大小规格分为大件吊把303、中件吊把302和小件吊把301，大件吊把的回转中心距为d1，中件吊把的回转中心距为d2，小件吊把的回转中心距为d3，并且d3﹥d2﹥d1。在抓取机构的夹具板的回转驱动系统的输出扭矩一定的情况下，抓取工件的重量与回转距离成反比，产品的重量越小，适应的偏心距越大；反之，产品越大，则需要偏心距越小，以免产生由于扭矩过大导致的驱动系统的扭矩过载进而导致结构受损，因此，本发明中，在同一夹具板上设置多个吊把时，适用于大件的吊把的回转中心距越小，越利于保护驱动系统和保持夹具板的受力稳定性。
本实施例中，大件吊把303沿夹具板的回转中心距为零，中件吊把302和小件吊把301分别位于夹具板旋转中心不同的相位角上，具体为中件吊把和小件吊把沿夹具板旋转中心的相位夹角为180°。但本发明中各吊把的回转中心距和相位角并不仅局限于此种设置方式，同一夹具板上各不同规格的吊把也可以根据吊抓需要按其它适合的相位角度设置，例中，中件吊把302和小件吊把301相对回转中心的相位角也可以分布为90°或其它角度。
为便于实现夹具板2与抓手1的转动连接，夹具板2的回转中心设有与抓手1转动连接的法兰连接件4，法兰连接件4的周向与夹具板2通过螺栓5连接，抓手1的对应部位设有转动驱动机构，转运驱动机构的输出端与法兰驱动连接，本实施例中转动驱动机构包括减速机6和驱动电机7。
为进一步提高桁架机器抓取机构的适用范围，夹具板2设有与抓手1配合拆装的多组，每组夹具板2上集成的吊把的规格各不相同以适应不同规格的砂芯抓取。
本发明的桁架机器人的抓取机构，可开合运动的两个抓手1上，转动连接有夹具板2，夹具板2上集成设置的不同规格的吊把3，用于配合抓取不同尺寸和形状的砂芯的吊抓部位，可以实现同一成套配置的夹具板2吊取搬运不同规格尺寸吊抓部位的砂芯；夹具板2与抓手1转动连接的形式便于根据不同砂芯的抓吊部位的尺寸分布位置，调整适用的吊把角度，以方便同一夹具板2上不同规格的吊把使用时互不干涉。
实施例2
本实施例中，采用实施例1中的自适应机器人抓手的桁架机器人在线搬运砂芯的方法，具体为搬运3D打印过程中，清砂站内工作箱中的砂芯，如图7和图8所示，3D打印过程中，一般为充分利用工作箱8的空间，同一工作箱8中会同时打印出多种规格尺寸的砂芯，各砂芯可能上下叠置，也可能会平置，实现工作箱8内空间利用的最大化，具体到本实施例中，该工作箱8中，设置有一个大尺寸砂芯9，3个中尺寸砂芯10和一个小尺寸砂芯11，各砂芯的设置位置和方向不同，实现工作箱8空间利用的最大化，搬运此工作箱8中的各砂芯的具体包括如下过程：
第一步，将桁架机器人运行到清砂站待搬运砂芯所在的工作箱的上方，并使机器人的抓取原点与砂芯停放工位所在的坐标原点重合；此处的坐标原点即为工作箱的作标原点，此时工作箱内已经通过吹砂或振动等方式初步清理了各砂芯外部的散砂，并露出了各砂芯的吊抓部位，也就是3D中与砂芯一体形成吊耳，本实施例中，各砂芯吊耳的结构如图9所示，其中小尺寸砂芯11的小吊耳11A为长腰形凸出台，并且凸台内设有两个便于吊装的吊装孔，与该小吊耳11A配套的小吊把301为与两只吊装孔配合的两根插杆；中吊耳10A为砂芯两侧分别凸出设置的一块方形凸台，与该方形凸台结构的吊耳配合的中吊把302为配合套接方形凸台外周的方形套装结构；大尺寸砂芯的大吊耳9A为砂芯两侧的每侧分别凸出设置的两块方形凸台，大吊把303与为两块方形凸台配合套接的两个方形套结构；
第二步，桁架机器人获取工作箱8内待搬运的各砂芯的尺寸参数、吊抓部位参数和砂芯位置参数，具体包括砂芯的外形尺寸、各砂芯的中心点相对工作箱作标原点的位置，各吊砂的吊耳的分布位置和吊耳尺寸，上述参数可以从砂芯的3D打印程序中解析获得，也可以通过桁架机器人的数据输入端输入；
第三步，根据第二步获得的参数确定砂芯的搬运顺序；一般确定搬运顺序，按砂芯先小后大，砂芯位置先上后下的顺序确定；先搬位于工作箱上层的小砂芯，便于抓手夹具伸入工作箱内插接抓取，为下一步抓取稍大尺寸的砂芯提供空间；
第四步，按第三步的搬运顺序，从第一件砂芯开始，也就是从位于工作箱上层的小尺寸砂芯开始吊抓搬运，选用与该小尺寸砂芯11的小吊耳11A配合的小吊把301作为备作吊把，通过旋转驱动机构调节桁架机器人抓手上夹具板2的角度使夹具板上的小吊把301处于最下端以便于伸出工作箱内小尺寸砂芯11的吊耳的两侧；
第五步，桁架机器人根据待搬运砂芯的位置，沿X轴、Y轴运行至待搬运的小尺寸砂芯11中心的正上方，沿Z轴旋转抓取机构的角度，使两抓手开合运动的方向与待搬运的小尺寸砂芯11两侧的小吊耳11A的分布方向相同，然后根据第二步中获取的小砂芯参数，调节两只抓手的开合度W，使W=X+2L，其中W具体两抓手上备用吊把最近点的距离，X只待搬运砂芯沿吊抓耳分布方向的最大外形宽度，也就是两吊耳最外缘之间距离，L为防止吊把下行抓取时碰擦砂芯而设置的单边预留量；一般在不造成其它干涉的情况下取值为20—100mm；
第六步，桁架机器人沿Z轴下降至备用吊把与砂芯的吊抓部位相适应的高度并对准，抓取机构收紧开合的距离至配合抓紧吊抓部位，再沿Z轴提起砂芯，再旋转调节夹具板的角度至最佳抓吊砂芯的角度，一般砂芯产品吊抓提起后会夹具板的旋转中心旋转90°进行搬运同时还可以倒出砂芯内部的散砂，便于后序的清砂和吹砂等处理，如果用于浸涂后的砂芯搬运，还有利于控出砂芯内腔的浸涂液，抓取机构上提砂芯后沿X轴，Y轴移动搬运至下一工位，放下砂芯，完成一只砂芯的搬运；
第七步，桁架机器人返回至上一工位；重复第四步至第六步的过程依次搬运该工位的其它各砂芯，直至将该工位的待搬运砂芯全部转运至下一工位。
本发明的桁架机器人在线搬运砂芯的方法中，借助于抓取机构上集成设置的多规格吊把，在线搬运不同规格的砂芯，可以根据砂芯吊抓部位的位置和尺寸，调节夹具板的角度，以调用适用的吊把，配合抓取砂芯，不需要频繁更换抓手的夹具，实现同一套夹具可在线搬运多种规格的砂芯，适用于单件小批量产品的在线搬运要求。
本发明的采用上述自适应机器人抓手的桁架机器人进行砂芯在线搬运时，不仅仅适用于搬动3D打印过程中清砂站内工作箱中的砂芯，也适用于搬运其它工位上小批量或单件的各规格的砂芯。