一种智能物料搬运的机械手及搬运方法与流程

本发明涉及智能搬运设备领域，具体为一种智能物料搬运的机械手及搬运方法。

背景技术：

在当前的物料搬运设备中，可分为对大型物件和对小型物件。对小型物件而言，又可分为不易损坏和易损坏两个类型。在之间的生产搬运过程中，传统的设备往往不能，满足易损坏物品的要求，因为易损坏物品对搬运设备的力度、精度。轨迹有着严格的控制，所以企业往往采用人工搬运的方式。人工搬运虽然保证易损物件的安全，但是这种搬运方式往往效率低，费用高，阻碍企业实现自动化和提高自身竞争力。

但随着机械手的星期，给易损物品在搬运方式上带来全新改变。机械手灵活多变，精确度高深受企业的喜爱。机械手正改变者传统的搬运方式。机械手是近年发展起来的一种高科技自动化搬运设备，它可通过编程来完成各种与其的作业任务，其中抓取物料机械手就是一种较为典型的机械手。

现有的智能搬运设备的机械手存在以下缺陷：

（1）在物流快递搬运过程中，由于货物尺寸变化较大，而机械手一般尺寸都是固定不变的，因此只能抓取某些固定尺寸范围内的货物，遇到比机械手大的货物的话就需更换更大尺寸的机械手来抓取，机械手能抓取的货物类型较少，需转移和输送各种尺寸的货物或物料的时候，就需要多种机械手来分别抓取，机械手类型多，增加了物料转移成本；

（2）机械手一般采用金属制作，因此刚度较大，机械手夹紧物料较紧时，易出现夹坏物料或使物料变形、打滑等问题，影响物料质量，若夹紧力过松，物料易从机械手滑落从而造成搬运失败的后果，影响搬运效率。

技术实现要素：

为了克服现有技术方案的不足，本发明提供一种智能物料搬运的机械手及搬运方法，第二伸展臂的伸展油缸还能伸长，从而延长了机械手的长度使机械抓取端能迅速接近物料，翻掌机构提高了物料的抓取效率和准确率，四轴驱动机构通过一个第二电机同时驱动四个机械指夹紧物料，物料夹紧效率高，结构简单，成本低，机械指可伸长可缩短，能对不同形状和高度的物料进行夹取，橡胶吸盘不仅能起到辅助夹紧物料的作用，物料不易被夹坏，物料的运输更加稳可靠，能有效的解决背景技术提出的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种智能物料搬运的机械手及搬运方法，本发明提供了一种智能物料搬运的机械手及搬运方法，包括安装在行走搬运小车上的机械搬运手，所述机械搬运手包括第一支撑臂、第二伸展臂、机械掌和四指抓取装置，所述第一支撑臂底端通过铰接轴与第二伸展臂相互连接；

所述第二伸展臂包括臂套和安装在臂套内的伸展油缸，所述伸展油缸底端固定连接有安装板，所述安装板底端通过翻掌机构与机械掌相连接；

所述机械掌底端通过四轴同步驱动机构与四指抓取机构相连接，所述四指抓取机构包括设在机械掌底端的四个柱形套，所述柱形套内安装有伸缩油缸，所述伸缩油缸底端安装有机械指。

进一步地，所述铰接轴活动安装在第一支撑臂底端，且铰接轴与臂套顶端固定连接在一起，述铰接轴右侧设有转臂驱动机构。

进一步地，所述转臂驱动机构包括设在铰接轴右侧的第一电机和安装在铰接轴中部的从动齿轮，所述第一电机的输出轴连接有主动齿轮，所述主动齿轮与从动齿轮相互啮合。

进一步地，所述翻掌机构包括垂直安装在安装板底端中心的中心杆，所述中心杆的侧面设有四个拉伸油缸，所述拉伸油缸顶端通过油缸耳安装在安装板底端，四个拉伸油缸的轴线均关于中心杆对称，拉伸油缸的的外侧套设有缓冲弹簧，拉伸油缸和中心杆的底端均连接有转球，所述机械掌上安装有五个万向球槽座，所述转球的底端插设在万向球槽座内部的球槽内。

进一步地，所述机械掌底面设有四条滑槽，所述四轴同步驱动机构包括通过电机壳安装在机械掌底端中心的第二电机和插设在滑槽内的滑块，所述第二电机顶端的输出轴安装有锥形主齿轮，所述锥形主齿轮顶侧啮合有四个锥形从齿轮，所述锥形从齿轮内侧固定安装有丝杆，所述丝杆通过轴承座活动安装在机械掌底端，所述滑块底端与柱形套顶端固定连接在一起，且滑块内部安装有丝母，所述丝母与丝杆相匹配且丝母套设在丝杆的外侧。

进一步地，所述机械指侧面安装有若干橡胶吸盘，且机械指内部设有中空气孔，所述中空气孔通过吸气槽与橡胶吸盘相连接，且中空气孔顶侧通过软管连接有微型抽气泵，所述微型抽气泵安装在机械掌顶面上。

进一步地，所述机械掌上设有若干允许软管在其内滑动的缝槽，软管插设在缝槽内的部分外侧还套设有金属保护管。

进一步地，所述机械指底端还倾斜连接有电动伸缩杆，且机械指的轴线与电动伸缩杆的轴线夹角为90-150°，所述电动伸缩杆底端连接有方形块，所述方形块连接有铲片。

另外，本发明还提供一种智能物料搬运机械手的搬运方法，机械手搬运物料的步骤如下：

s100、行走搬运小车先在控制器的控制下行走到物料附近，到达机械手的抓取范围后，行走搬运小车暂停行走；

s200、第一支撑臂、第二伸展臂、机械掌和四指抓取装置相互配合，将物料抓起，然后机械手上升到稳定位置暂停，此时物料不会掉出机械手；

s300、行走搬运小车将机械手抓取的物料运输到指定位置，机械手松开物料，然后行走搬运小车返回抓物料地点，继续抓取物料，来回循环往复。

进一步地，将物料抓取的步骤如下：

s201、行走搬运小车到达待搬运物料地点后，第二伸展臂在转臂驱动机构的驱动下旋转到合适角度，使机械掌朝向待抓取物料，然后第二伸展臂伸长接近物料；

s202、翻掌机构调节机械掌的底面方向，使机械掌正对物料，然后伸缩油缸启动，使四个机械指分别位于物料外侧的四个面，且使铲片的底端高度比物料底端高度低；

s203、启动四轴同步驱动机构使四个机械指向机械掌的轴线方向，机械指逐渐夹紧物料，且此时电动伸缩杆伸长，使四个铲片托住将物料的底部，防止物料掉落；

s204、转臂驱动机构启动，使物料上升，从而使运输过程中的物料不会碰到障碍物。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

（1）本发明的第二伸展臂不仅能以铰接轴为轴绕着第一支撑臂旋转，从而使机械手的抓取端对准物料从而使物料抓取位置更加准确，且第二伸展臂的伸展油缸还能伸长，从而延长了机械手的长度，使机械抓取端能迅速接近物料，从而大大增加了机械手抓取物料的效率。

（2）翻掌机构的设计不仅能使机械掌更快地旋转到正对物料，从而提高了物料的抓取效率和准确率，且在物料运输过程中，翻转机械掌能使物料保持最佳的运输姿势运输，保证了物料的稳定性和质量。

（3）本发明的四轴驱动机构通过一个第二电机同时驱动四个机械指夹紧物料，保证了夹紧同步性，提高了夹紧效率，且减少了驱动电机，结构简单，成本低，且伸缩油缸使机械指可伸长可缩短，不仅能对不同形状和高度的物料进行夹取，能对多种形状和体积类型的物料进行夹取，实用性高，且伸缩油缸使机械指伸长时可使夹取范围增大，从而使机械指能同时夹取多个堆叠在一起的物料，从而大大提高了物料搬运效率。

（4）本发明的橡胶吸盘不仅能起到辅助夹紧物料的作用，且能提供弹性缓冲力使物料不易被夹坏，还提供静摩擦力和吸力使物料不易旋转或滑动，从而使物料更加稳定固定，物料不会因夹紧力过大而变形、打滑、掉落，也降低了小车振动时传递给物料的振动力，提高了物料运输质量。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的机械掌俯剖面结构示意图；

图3为本发明的四轴抓取装置剖视结构示意图；

图4为本发明的机械掌仰剖面结构示意图。

图中标号：

1-机械搬运手；2-第一支撑臂；3-第二伸展臂；4-机械掌；5-四指抓取装置；6-翻掌机构；7-四轴同步驱动机构；8-转臂驱动机构；9-橡胶吸盘；

31-臂套；32-伸展油缸；33-铰接轴；34-安装板；

41-滑槽；42-缝槽；

51-柱形套；52-伸缩油缸；53-机械指；54-电动伸缩杆；55-方形块；56-铲片；57-中空气孔；58-吸气槽；

61-中心杆；62-拉伸油缸；63-油缸耳；64-缓冲弹簧；65-转球；66-万向球槽座；

71-第二电机；72-滑块；73-锥形主齿轮；74-锥形从齿轮；75-丝杆；76-丝母；

81-第一电机；82-从动齿轮；83-主动齿轮；

91-软管；92-微型抽气泵；93-金属保护管。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1至图4所示，本发明提供了一种智能物料搬运的机械手及搬运方法，包括安装在行走搬运小车上的机械搬运手1，机械搬运手1包括第一支撑臂2、第二伸展臂3、机械掌4和四指抓取装置5，第一支撑臂2位于最顶端，第一支撑臂2的顶端与行走搬运小车直接连接在一起，小车上的控制装置可控制支撑臂升降或旋转。第一支撑臂2起到将机械臂抓物料的压力转移给更加稳定的搬运小车上，从而使物料搬运更加稳定。

第一支撑臂2底端通过铰接轴33与第二伸展臂3相互连接。铰接轴33活动安装在第一支撑臂2底端，且铰接轴33与臂套顶端固定连接在一起，述铰接轴33右侧设有转臂驱动机构8。转臂驱动机构8包括设在铰接轴33右侧的第一电机81和安装在铰接轴33中部的从动齿轮82，第一电机81的输出轴连接有主动齿轮83，主动齿轮83与从动齿轮82相互啮合。第二伸展臂3包括臂套31和安装在臂套31内的伸展油缸32，伸展油缸32底端固定连接有安装板34。

转臂驱动机构8工作原理为：第一电机81启动的时候，电机带着主动齿轮83旋转，主动齿轮83带着从动齿轮82旋转，从而使铰接轴33带着第二伸展臂3旋转，此时可调节第二伸展臂3的旋转角度，使伸展臂3的延长方向是朝着待抓取物料的方向，从而节省动作，节省机械臂接近物料的调整时间，提高了机械手搬运效率。

优选的是，第二伸展臂3不仅能以铰接轴33为轴绕着第一支撑臂2旋转，从而使机械手的抓取端对准物料从而使物料抓取位置更加准确，且第二伸展臂3的伸展油缸32还能伸长，从而延长了机械手的长度，使机械抓取端能迅速接近物料，从而大大增加了机械手抓取物料的效率。

安装板34底端通过翻掌机构6与机械掌4相连接，翻掌机构6包括垂直安装在安装板34底端中心的中心杆61，中心杆61不动，机械掌4以中心杆61底端的转球65为支点而旋转，保证了机械掌4转动的稳定性。中心杆61的侧面设有四个拉伸油缸62，拉伸油缸62顶端通过油缸耳63安装在安装板34底端，四个拉伸油缸62的轴线均关于中心杆61对称，拉伸油缸62的轴线与中心杆61的轴线平行，相邻两个拉伸油缸62的轴线与中心杆61的轴线组成的面相互垂直，且相对的两个拉伸油缸62的两条轴线与中心杆61的轴线在同一平面内。这样每次相对的两个拉伸油缸62一个油缸活塞杆伸长一个油缸活塞杆缩短的时候，便能使机械掌4在立体空间内朝着某个方向翻转，更加稳定。

拉伸油缸62的的外侧套设有缓冲弹簧64，缓冲弹簧64的顶端和底端分别与安装板34和机械掌4接触，降低了机械掌4的振动力，因为运输小车的振动传输到第二伸展臂3的时候被缓冲弹簧64缓冲力震荡力，所以机械掌4振动幅度更小，从而使运输图中的物料更加稳定，减轻了振动对物料的损害程度，极大地保证了机械手的夹紧力和物料的完好度。

拉伸油缸62和中心杆61的底端均连接有转球65，机械掌4上安装有五个万向球槽座66，转球65的底端插设在万向球槽座66内部的球槽内，转球65能在万向球槽座66内自由旋转，这样拉伸油缸62的活塞杆伸长或缩短时，机械掌4会随着转动，转动阻力更小。

为方便描述，以中心杆61为坐标，将位于中心杆61左侧、右侧、前侧、后侧的四个拉伸油缸62依次命名为左油缸、右油缸、前油缸、后油缸，左油缸、中心杆61和右油缸三者的轴线均在同一平面内，前油缸、后油缸和中心杆61三者的轴线也在同一平面内。

翻掌机构6促使机械掌4翻转的原理如下：

（1）若需要机械掌4的左侧底面向上翻转抬高时，左油缸的活塞杆缩短、右油缸的活塞杆伸长，另外两个油缸不动作，此时机械掌4顺时针旋转，机械掌4的左侧抬起，右侧高度下降，从而使机械掌4能更好地抓取位于机械掌4左下方的物料；

（2）若需要机械掌4的右侧底面向上翻转抬高时，右油缸的活塞杆缩短、左油缸的活塞杆伸长，另外两个油缸不动作，此时机械掌4顺时针旋转，机械掌4的右侧抬起，左侧高度下降，从而使机械掌4能更好地抓取位于机械掌4右下方的物料；

（3）若需要机械掌4的前侧底面向上翻转抬高时，前油缸的活塞杆缩短、后油缸的活塞杆伸长，另外两个油缸不动作，机械掌4的前侧抬起，后侧高度下降；

（4）若需要机械掌4的后侧底面向上翻转抬高时，后油缸的活塞杆缩短、前油缸的活塞杆伸长，另外两个油缸不动作，机械掌4的后侧抬起，前侧高度下降。

优选的是，翻掌机构6的设计不仅能使机械掌4更快地旋转到正对物料，从而提高了物料的抓取效率和准确率，且在物料运输过程中，翻转机械掌4能使物料保持最佳的运输姿势运输，保证了物料的稳定性和质量。

机械掌4底端通过四轴同步驱动机构7与四指抓取机构5相连接，机械掌4底面设有四条滑槽41，四轴同步驱动机构7包括通过电机壳安装在机械掌4底端中心的第二电机71和插设在滑槽41内的滑块72，第二电机71顶端的输出轴安装有锥形主齿轮73，锥形主齿轮73顶侧啮合有四个锥形从齿轮74，锥形主齿轮73的轴线与锥形从齿轮74的轴线相互垂直。

锥形从齿轮74内侧固定安装有丝杆75，丝杆75通过轴承座活动安装在机械掌4底端，轴承座内安装有轴承，轴承套设在丝杆75外，使丝杆75能自由旋转但不能左右或前后位移。滑块72底端与柱形套51顶端固定连接在一起，且滑块72内部安装有丝母76，丝母76与丝杆75相匹配且丝母76套设在丝杆75的外侧。

四指抓取机构5包括设在机械掌4底端的四个柱形套51，柱形套51内安装有伸缩油缸52，柱形套51即伸缩油缸52的安装壳，伸缩油缸52底端安装有机械指53。

四轴驱动机构7带动四个滑块72滑动并带动四个机械指53抓紧物料侧面的过程如下：

先使四个机械指53分别位于物料外侧，伸缩油缸52启动使机械指53伸长，从而使物料进入四个机械指53组成的抓取空间内。然后启动第二电机71，电机带动锥形主齿轮73旋转，锥形主齿轮73带动四个锥形从齿轮74同时旋转，此时四个丝杆75同时同速转动，因为四个滑块72和四个丝母76均只能在滑槽41内滑动，因此丝母76在丝杆75的带动下向左、向右或向前、向后运动，此时四个滑块72均朝机械掌的中心方向位移，此时四个滑块72带动伸缩油缸52和机械指53朝掌心位移，即四个机械指53收缩夹取空间，从而缓慢夹紧物料。

优选的是，四轴驱动机构7通过一个第二电机71同时驱动四个机械指53夹紧物料，保证了夹紧同步性，提高了夹紧效率，且减少了驱动电机，结构简单，成本低，且伸缩油缸52使机械指53可伸长可缩短，不仅能对不同形状和高度的物料进行夹取，能对多种形状和体积类型的物料进行夹取，实用性高，且伸缩油缸52使机械指53伸长时可使夹取范围增大，从而使机械指53能同时夹取多个堆叠在一起的物料，从而大大提高了物料搬运效率。

机械指53侧面安装有若干橡胶吸盘9，且机械指53内部设有中空气孔57，中空气孔57通过吸气槽58与橡胶吸盘9相连接，且中空气孔57顶侧通过软管91连接有微型抽气泵92，微型抽气泵92安装在机械掌4顶面上。软管91顶端部分通过管扣固定在滑块72的左侧和柱形套51的外侧，从而使机械指53运动的时候软管91不会触碰到丝杆75。

机械掌4上设有若干允许软管91在其内滑动的缝槽42，且软管91的底端留有伸缩长度，即不管机械指53上升或下降，软管91总能保持稳定输送气压，从而保证吸盘的吸力。软管91插设在缝槽42内的部分外侧还套设有金属保护管93，金属保护管93能保护软管91免受缝槽42的摩擦力，使软管91不会漏气。

优选的是，在机械指53夹紧物料后，橡胶吸盘9的侧面贴着物料，橡胶吸盘9不仅能提供弹性缓冲力使物料不易被夹坏，且橡胶吸盘9还能提供静摩擦力使物料不易旋转或滑动，再加上微型抽气泵92启动吸收空气，从而使负气压依次从软管91、中空气孔57、吸气槽58到达每个吸盘内，从而使每个吸盘均紧紧吸住物料的侧面，从而使物料更加稳定固定，搬运过程中的物料不会因夹紧力过大而变形、打滑、掉落，也降低了小车振动时传递给物料的振动力，提高了物料运输质量。

机械指53底端还倾斜连接有电动伸缩杆54，且机械指53的轴线与电动伸缩杆54的轴线夹角为90-150°，电动伸缩杆54底端连接有方形块55，方形块55连接有铲片56。机械指53夹紧物料的侧面后，电动伸缩杆54伸长使铲片56托住物料的底面，从而使物料不会从四个机械指53之间滑落，承当了一部分物料的重力，从而减轻了机械指53的夹紧力和压力，从而使物料不易被夹坏。

另外，本发明还提供一种智能物料搬运机械手的搬运方法，机械手搬运物料的步骤如下：

s100、行走搬运小车先在控制器的控制下行走到物料附近，到达机械手的抓取范围后，行走搬运小车暂停行走；

s200、第一支撑臂、第二伸展臂、机械掌和四指抓取装置相互配合，将物料抓起，然后机械手上升到稳定位置暂停，此时物料不会掉出机械手；

s300、行走搬运小车将机械手抓取的物料运输到指定位置，机械手松开物料，然后行走搬运小车返回抓物料地点，继续抓取物料，来回循环往复。

将物料抓取的步骤如下：

s201、行走搬运小车到达待搬运物料地点后，第二伸展臂在转臂驱动机构的驱动下旋转到合适角度，使机械掌朝向待抓取物料，然后第二伸展臂伸长接近物料；

s202、翻掌机构调节机械掌的底面方向，使机械掌正对物料，然后伸缩油缸启动，使四个机械指分别位于物料外侧的四个面，且使铲片的底端高度比物料底端高度低；

s203、启动四轴同步驱动机构使四个机械指向机械掌的轴线方向，机械指逐渐夹紧物料，且此时电动伸缩杆伸长，使四个铲片托住将物料的底部，防止物料掉落；

s204、转臂驱动机构启动，使物料上升，从而使运输过程中的物料不会碰到障碍物。

机械手的搬运方法先启动第一支撑臂，然后依次启动第二伸张臂、机械掌和机械指，机械手动作规则有序，其运动程序设计复杂程度更低，降低了程序成本，且稳定的夹取步骤使机械手动作更加流畅，搬运物料也就更加稳定。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。