本發(fā)明涉及重型工件抓取，具體而言，涉及一種重型工件的機械臂末端多點柔性抓具及抓取方法。

背景技術(shù)：

1、隨著我國制造業(yè)向無人化、智能化的推進，機械臂因具有有效提升生產(chǎn)效率、降低成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量和安全性高等優(yōu)點，已成為現(xiàn)代制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級的重要推動力。在高強度、高穩(wěn)定性或承受大載荷的工業(yè)場景當中，大尺寸重型工件的搬運通常借助桁架設(shè)備，存在桁架設(shè)備運行所需的空間大、耗費大量的人力資源、工作效率低、危險系數(shù)高、靈活性低等問題，因此運用機械臂實現(xiàn)對大尺寸重型工件的搬運已成為發(fā)展趨勢。但常用的機械臂末端抓具選用機械結(jié)構(gòu)與液壓系統(tǒng)相結(jié)合，存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、占用空間大、抓取準確率低、成本高的問題。而常用的氣壓驅(qū)動機械臂末端抓具選用柔性結(jié)構(gòu)雖然能有效提高抓取的準確率，但難以應(yīng)對重型工件的重量和尺寸。

2、在選用機械臂搬運大尺寸重型工件的過程中，機械臂面臨著搬運過程的穩(wěn)定性、夾持的準確性以及高承載能力的問題：

3、首先，常用的機械臂末端執(zhí)行器的工作面積相對于工件的夾持面面積較小，搬運過程中抗干擾能力差，難以實現(xiàn)搬運過程中的穩(wěn)定性，易產(chǎn)生額外的傾覆力矩使機械臂疲勞，甚至超過機械臂的承載能力直接造成損壞，造成安全事故，因此需要一種機械臂末端抓具裝置，在工件的夾持面上選擇多個夾持點進行抓取，以提高搬運過程中大尺寸重型工件的穩(wěn)定性；

4、第二，常用的機械臂在工作的過程中由于存在絕對定位精度，使得抓取準確率低，在抓取大尺寸重型工件時，需要保證每個夾持點均快速準確連接后再進行搬運工作，為了保證工作效率與安全性，機械臂的整個工作過程需在無額外的人員幫助下完成，因此需要一種柔性的機械臂末端抓具裝置，以彌補機械臂的絕對定位誤差，滿足每個夾持點的快速準確抓?。?/p>

5、第三，搬運大尺寸重型工件的過程中，要求采用氣壓驅(qū)動，常用的氣壓驅(qū)動的重型鉤爪的最大搬運重量不超過300kg，無法滿足重型工件重量最大可達800kg的要求。由于誤差具有累積的效果，機械臂的末端執(zhí)行器無法采用過多的夾持點，但較少的夾持點會使每個夾持點均需要承受較大的載荷，且要求能夠斷氣自鎖2h，以免抓取的重型工件掉落發(fā)生安全事故，因此需要一種高承載能力的機械臂末端抓具裝置。

6、針對機械臂搬運重型工件過程中，末端抓具存在的夾持的穩(wěn)定性差、準確性差以及承載能力低的問題，本發(fā)明設(shè)計了一種重型工件的機械臂末端多點柔性抓具裝置，用于實現(xiàn)機械臂穩(wěn)定、準確、快速搬運大尺寸重型工件。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：

2、為了解決現(xiàn)有機械臂搬運重型工件過程中，末端抓具存在的夾持的穩(wěn)定性差、準確性差以及承載能力低的問題。

3、本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案：

4、本發(fā)明提供了一種重型工件的機械臂末端多點柔性抓具，包括機械臂組件、桁架結(jié)構(gòu)組件和柔性移動平臺組件，

5、所述桁架結(jié)構(gòu)組件包括快換組件的工件端、桁架結(jié)構(gòu)、氣動保壓閥和氣管；所述快換組件的機械臂端與機械臂組件連接，所述快換組件的工件端設(shè)置在桁架結(jié)構(gòu)的頂端中間位置，所述桁架結(jié)構(gòu)為長方體結(jié)構(gòu)；所述氣管固定到所述桁架結(jié)構(gòu)上；所述桁架結(jié)構(gòu)沿長度方向的兩側(cè)對稱的設(shè)有三對均布的連接座，每個連接座上均設(shè)有氣動保壓閥和柔性移動平臺組件，氣源先接入氣動保壓閥后再進入柔性移動平臺組件內(nèi)，用于保證氣源中斷時的自鎖；

6、每個柔性移動平臺組件均包括端蓋、柔性平臺支撐座、推力球軸承、柔性平臺移動軸、夾緊器固定端和夾緊器；

7、所述柔性平臺支撐座為上端開口的圓柱狀結(jié)構(gòu)，所述柔性平臺支撐座設(shè)置在桁架結(jié)構(gòu)的連接座上，所述柔性平臺支撐座上端與端蓋通過法蘭連接；所述柔性平臺移動軸為圓柱狀結(jié)構(gòu)且外部設(shè)有限位圓臺，所述柔性平臺移動軸依次貫穿柔性平臺支撐座和連接座的中心位置后與夾緊器固定端連接，所述柔性平臺移動軸的限位圓臺上下兩側(cè)均設(shè)有推力球軸承，上下兩側(cè)的推力球軸承均能同步在半徑方向的空間臨界范圍內(nèi)自由移動；

8、所述夾緊器固定端的下方圓臺與夾緊器連接，所述夾緊器設(shè)有倒角，所述夾緊器的底部中心處設(shè)有空腔，空腔內(nèi)用于與重型工件組件上的牽引螺栓利用氣壓鎖緊，所述牽引螺栓設(shè)有倒角；用于在機械臂組件向下移動的過程中，所述夾緊器和牽引螺栓在倒角的引導下，使柔性平臺移動軸連接的夾緊器在柔性平臺支撐座的底部中心孔半徑方向的空間臨界范圍內(nèi)移動。

9、進一步地，所述機械臂組件包括機械臂、六維力傳感器和快換組件的機械臂端；所述機械臂用于實現(xiàn)對多點柔性抓具的位移和姿態(tài)調(diào)整，所述機械臂的末端與六維力傳感器連接，所述六維力傳感器與快換組件的機械臂端連接，所述快換組件的機械臂端與快換組件的工件端連接。

10、進一步地，所述氣管用于為柔性移動平臺組件提供不低于0.5mpa的氣源。

11、進一步地，在氣源中斷時，通過氣動保壓閥保證柔性移動平臺組件在2h內(nèi)自鎖。

12、進一步地，還包括抗磨損墊片，上方的推力球軸承的滾軸與端蓋間設(shè)有抗磨損墊片，下方的推力球軸承的滾軸與柔性平臺支撐座底部間設(shè)有抗磨損墊片，上下兩側(cè)的推力球軸承均相對抗磨損墊片在半徑方向的空間臨界范圍以內(nèi)自由移動，所述空間臨界為2mm。

13、進一步地，還包括防松螺栓，所述柔性平臺移動軸的空腔與夾緊器固定端的連接柱通過m12的螺紋連接，通過防松螺栓從上方將柔性平臺移動軸與夾緊器固定端連接固定，防松螺栓的螺紋和夾緊器固定端的螺紋旋向相同。

14、進一步地，所述夾緊器設(shè)有2mm的倒角，所述牽引螺栓設(shè)有1mm的倒角，用于彌補機械臂1.5mm的絕對定位誤差。

15、進一步地，所述連接座的底部套接有夾板固定側(cè)，所述夾緊器固定端的底部圓臺上套接有夾板移動側(cè)，所述夾板固定側(cè)和夾板移動側(cè)觸接且可相對滑動；所述夾板固定側(cè)的上方和夾板移動側(cè)的下方相對位置均設(shè)有環(huán)形磁鐵，用于保證非工作狀態(tài)下，通過一對環(huán)形磁鐵使柔性平臺移動軸始終位于位移區(qū)域的中心處。

16、一種重型工件的機械臂末端多點柔性抓具的抓取方法，包括以下步驟：

17、在進行抓取時，通過機械臂調(diào)整末端抓具的位置和姿態(tài)使六個夾持點的柔性移動平臺組件位于各夾持點上方，驅(qū)動柔性移動平臺組件豎直向下移動，在夾緊器的2mm倒角和牽引螺栓的1mm倒角的引導下，通過推力球軸承的滾珠移動，完成夾緊器與大尺寸的重型工件組件上牽引螺栓的連接，并靠氣壓完成夾緊器與牽引螺栓的鎖緊；

18、通過機械臂末端抓具向上位移單位距離，若六維力傳感器未出現(xiàn)階躍的扭矩，則證明各夾持點的夾緊器均與牽引螺栓完成鎖緊連接，完成抓取過程。

19、進一步地，若工作過程中氣源發(fā)生中斷，依靠氣動保壓閥保證多點柔性抓具裝置在2h內(nèi)自鎖。

20、相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益效果是：

21、(1)本發(fā)明為實現(xiàn)機械臂采用氣壓驅(qū)動穩(wěn)定、快速搬運大尺寸重型工件，并在氣源中斷時自鎖提供了一種多點柔性抓具裝置。

22、(2)本發(fā)明在重型工件的大尺寸夾持面采用六點夾持釋放裝置，能夠保證機械臂在搬運過程中大尺寸重型工件的抗干擾能力，實現(xiàn)搬運過程中的穩(wěn)定性。

23、(3)本發(fā)明采用獨特的柔性移動平臺，在機械臂向下抓取的過程中，有效補償機械臂1.5mm的絕對定位誤差，使得抓取過程更加的準確、高效，避免了過多夾持點存在的累積誤差問題，以及少夾持點存在的單夾持點承受荷載大導致的穩(wěn)定性差的問題。

24、(4)本發(fā)明的柔性平臺移動軸能在半徑2mm的圓形區(qū)域內(nèi)實現(xiàn)柔性連接，且具有134kg以上的承載能力。

25、(5)本發(fā)明采用防松螺栓，且防松螺栓的螺紋和夾緊器固定端的螺紋旋向相同，有效保證了柔性平臺移動軸和夾緊器固定端的連接可靠性，增強柔性移動平臺的抗干擾能力。

26、(6)本發(fā)明的桁架結(jié)構(gòu)采用q235鋼板焊接而成，安全系數(shù)1.5，搬運質(zhì)量為800kg的大尺寸重型工件過程中，桁架結(jié)構(gòu)最大等效應(yīng)力58.3mpa，最大變形339μm，明顯小于許用應(yīng)力157mpa，滿足強度要求。