CN114620481A - 一种多车型柔性无级自适应切换搬运装置及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多车型柔性无级自适应切换搬运装置及其控制方法，该搬运装置包括机器人和搬运抓具，搬运抓具包括搬运框架，搬运框架上可拆卸的安装有多组柔性无级自适应吸附单元；每组柔性无级自适应吸附单元包括安装板、带锁气缸、吸盘组件，吸盘组件包括吸盘杆以及吸盘，带锁气缸的活塞杆与吸盘杆相连接，带锁气缸的缸体上设有进气口、出气口以及锁止气口，进气口处设有进气阀，锁止气口处设有锁止气阀，出气口与外界相连通，通过向进气口进气带动吸盘组件向下伸出；通过向锁止气口进气从而对吸盘组件的位置进行锁定。本发明相对于现有技术的的优点：实现了对各组吸盘的无级自适应位置调整，从而满足多车型柔性共线/混线生产。
Description
技术领域
本发明涉及机器人抓具及控制技术领域，尤其涉及的是一种多车型柔性无级自适应切换搬运装置及其控制方法。
背景技术
汽车焊装领域车门自动安装过程中，通过机器人携带搬运抓具实现对车门板件的取件和搬运。现有技术中，采用的搬运抓具设有多组吸盘单元，每组吸盘单元采用气缸驱动吸盘伸缩，实现对车门板件的吸附取件，此种结构的抓具及其实现方法存在以下缺陷：
1)抓具兼容性差：对于板件型面存在差异无法共用的情况，吸盘单元需做多组切换；且由普通气缸驱动吸盘伸缩，气缸的活塞杆仅有伸出和缩回两个位置，吸盘也仅能在这两位置进行切换，无法保证所有吸盘均完全吸附上板件，吸附效果差，兼容性十分有限。
2)抓具成本高：一套抓具若存在共用，需要增加相应的的切换机构，成本投入高，并且常规的共用抓具结构复杂且重量大，对于机器人负载要求较高，增加了机器人的采购成本。
3)生产节拍高：一套抓具若存在共用，所增加的切换机构控制时序耗用时间长，尤其若出现共线车型较多，常规一套抓具无法满足所有车型，需要增加多套抓具相互切换使用时，每次切换时间一般至少8～10s，大大增加了生产节拍以及生产成本。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种多车型柔性无级自适应切换搬运装置及其控制方法，以实现对各组吸盘的无级自适应位置调整，从而满足多车型柔性共线/混线生产。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种多车型柔性无级自适应切换搬运装置，包括机器人以及与机器人执行部件相连接的搬运抓具，所述搬运抓具包括搬运框架，在所述搬运框架上可拆卸的安装有多组柔性无级自适应吸附单元；
每组柔性无级自适应吸附单元包括安装板、带锁气缸和吸盘组件，安装板可拆卸的安装在搬运框架上，带锁气缸的缸体安装在安装板上，吸盘组件包括上下连接的吸盘杆以及吸盘，吸盘杆一侧设有真空气管接口，真空气管接口外通过真空管道连接至真空发生器；带锁气缸的活塞杆向下延伸并与吸盘组件的吸盘杆相连接，带锁气缸的缸体上设有进气口、出气口以及锁止气口，进气口处设有进气阀，锁止气口处设有锁止气阀，出气口与外界相连通，通过阀岛给带锁气缸的进气口和锁止气口供气，通过向进气口进气带动带锁气缸的活塞杆向下伸出，从而带动吸盘组件向下伸出；通过向锁止气口进气从而对带锁气缸的活塞杆位置进行锁定，进而对吸盘组件的位置进行锁定。
作为上述搬运装置的优选方案，所述带锁气缸的活塞杆与吸盘组件的吸盘杆之间通过转接组件相连接，所述转接组件包括转接块和止转部；所述转接块上下两端分别与活塞杆和吸盘杆相连接，所述止转部固定在所述转接块上，用于防止活塞杆与吸盘杆发生转动。
作为上述搬运装置的优选方案，所述止转部包括第一止转件、第二止转件，第一止转件下端固定在转接块上，第一止转件上端设有第一止转板，第一止转板端部开有第一止转槽，第一止转槽卡在带锁气缸的活塞杆上，第一止转槽的两个侧壁与带锁气缸的活塞杆之间为平面配合；第二止转件上端固定在转接块上，第二止转件下端设有第二止转板，第二止转板端部开有第二止转槽，第二止转槽卡在吸盘杆上，第二止转槽的两个侧壁与吸盘杆两侧之间为平面配合。
作为上述搬运装置的优选方案，所述转接块上下两端分别开有螺纹孔，带锁气缸的活塞杆和吸盘组件的吸盘杆分别与转接块上下两端的螺纹孔螺纹连接。
作为上述搬运装置的优选方案，所述搬运抓具的搬运框架通过换枪盘与机器人实现快换连接。
作为上述搬运装置的优选方案，所述搬运抓具还包括视觉框架，所述视觉框架与搬运框架固定连接，所述视觉框架上设有至少一组视觉相机单元。
作为上述搬运装置的优选方案，所述搬运框架上设有测距传感器。
本发明还公开了一种多车型柔性无级自适应切换搬运装置的控制方法，所述控制方法基于上述的多车型柔性无级自适应切换搬运装置而进行，所述控制方法按如下步骤进行：
步骤一、由机器人带动所述搬运抓具运动至需要抓取的工件旁，使得多组无级自适应吸附单元的吸盘组件面向工件；
步骤二、控制多组无级自适应吸附单元的带锁气缸的锁止气阀处于关闭状态，同时控制多组级自适应吸附单元的带锁气缸的进气阀打开，通过各个带锁气缸的进气口进气，从而带动各个带锁气缸的活塞杆向靠近工件的方向伸出，活塞杆再推动相应的吸盘向靠近工件的方向运动，带锁气缸的活塞杆伸出到位后，关闭对应的进气阀，进气口停止进气，此时带锁气缸的活塞杆处于自由状态；
步骤三、控制各组无级自适应吸附单元的吸盘组件持续吸气，同时机器人带动整个搬运抓具向靠近工件的方向继续移动，在此过程中，各组无级自适应吸附单元的吸盘处于自由状态，直至真空发生器检测到各组无级自适应吸附单元的吸盘均产生真空，此时各组无级自适应吸附单元的吸盘均吸附在工件表面，此时控制机器人停止进给，并控制多组级自适应吸附单元的带锁气缸的锁止气阀打开，通过各个带锁气缸的锁止气口进气从而对带锁气缸的活塞杆位置进行锁定，进而将各个吸盘锁止在当前状态位置，完成搬运抓具对工件的吸附取件。
作为上述控制方法的优选方案，所述控制方法基于的搬运装置中，所述搬运抓具还包括视觉框架，所述视觉框架与搬运框架固定连接，所述视觉框架上设有至少一组视觉相机单元，所述搬运框架上设有测距传感器；
所述步骤一中，在搬运抓具运动过程中，通过测距传感器检测其与工件之间的距离，从而判断该搬运抓具是否达到拍照位，当测距传感器检测到搬运抓具到达拍照位时，通过视觉框架上的视觉相机单元对工件进行拍照；
所述步骤二中，在带锁气缸的活塞杆推动吸盘向靠近工件的方向运动过程中，由视觉相机单元拍照用于反应吸盘是否到达取件位，当到达取件位时，表示带锁气缸的活塞杆伸出到位。
本发明相比现有技术具有以下优点：
1、本发明提供的一种多车型柔性无级自适应切换搬运装置，其在搬运框架上设置多组柔性无级自适应吸附单元，每组柔性无级自适应吸附单元采用带锁气缸驱动吸盘组件伸缩，带锁气缸具有进气口、出气口以及锁止气口，通过控制进气口处的进气阀、以及锁止气口处的锁止气阀的开关，即可实现多组柔性无级自适应吸附单元的多个吸盘的无级自适应位置调整，从而使得所有吸盘均能有效吸附在工件表面，保证了该搬运抓具对工件吸附的稳定性和可靠性，吸附效果好，针对板件型面存在差异的工件，均能很好的适用，满足了多车型柔性共线/混线生产，兼容性非常强；且省去了冗余的切换机构以及切换动作，省去了切换机构的生产成本，同时省去了切换动作的工序，有效节省了生产成本，提高了生产节拍。
2、本发明提供的一种多车型柔性无级自适应切换搬运装置的控制方法，其将机器人与该搬运抓具配合使用，由机器人控制整个搬运抓具的整体进给运动，配合着搬运抓具上各组无级自适应吸附单元各自的带锁气缸动作，先控制各个带锁气缸的进气阀打开后关闭，此时各个吸盘处于自由状态；然后各个吸盘吸气，同时机器人带动整个搬运抓具继续移动，在此过程中，吸盘的位置能根据工件表面的位置进行自适应调整，吸盘全部吸附到位后，再控制各个带锁气缸的锁止气阀打开，将各个吸盘位置锁紧，即实现全部吸盘与工件的稳定吸附；整个板件吸附的控制方法简单，耗时短暂，有效提高了生产节拍。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图。
图2是本发明的视觉框架的结构示意图。
图3是本发明的搬运框架的结构示意图。
图4是本发明的单组柔性无级自适应吸附单元的结构示意图。
图5是本发明的搬运框架另一视角的结构示意图。
图中标号：1视觉框架,2搬运框架,3第一连接法兰,4第二连接法兰,5视觉相机单元,6柔性无级自适应吸附单元,7安装板,8带锁气缸,9活塞杆，10吸盘杆,11吸盘，12真空气管接口,13真空发生器,14出气口,15进气阀,16锁止气阀，17转接块,18第一止转件,19第二止转件,20第一止转板,21第二止转板，22测距传感器，23阀岛。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
参见图1至图5，本实施例提供了一种多车型柔性无级自适应切换搬运装置，包括机器人以及与机器人执行部件相连接的搬运抓具，搬运抓具包括搬运框架2和视觉框架1，视觉框架1与搬运框架2固定连接。搬运抓具与机器人执行部件之间可采用换枪盘实现快换连接，也可采用如下固定连接的方式，具体为：搬运框架2、视觉框架1可一起安装在机器人的六轴法兰上，也可分别安装在机器人的六轴法兰上；本实施例中，搬运框架2、视觉框架1一起安装在机器人的六轴法兰上，具体为：搬运框架2上安装有第一连接法兰3，视觉框架1上安装有第二连接法兰4，第一连接法兰3、第二连接法兰4均与机器人的六轴法兰安装在一起，从而实现搬运框架2、视觉框架1与机器人的安装。视觉框架1上设有至少一组视觉相机单元5，视觉相机单元5为现有部件，此处不对其具体结构进行阐述。各组视觉相机单元5位于搬运框架2的外围。
搬运框架2上可拆卸的安装有多组柔性无级自适应吸附单元6。
每组柔性无级自适应吸附单元6包括安装板7、带锁气缸8、吸盘组件，安装板7可拆卸的安装在搬运框架2上，带锁气缸8的缸体安装在安装板7上，吸盘组件包括上下连接的吸盘杆10以及吸盘11，吸盘杆10一侧设有真空气管接口12，真空气管接口12外通过真空管道连接至真空发生器13；带锁气缸8的活塞杆9向下延伸并与吸盘组件的吸盘杆10相连接，带锁气缸8的缸体上设有进气口、出气口14以及锁止气口，进气口处设有进气阀15，锁止气口处设有锁止气阀16，出气口14与外界相连通，通过阀岛23给带锁气缸8的进气口和锁止气口供气，通过向进气口进气带动带锁气缸8的活塞杆9向下伸出，从而带动吸盘组件向下伸出；通过向锁止气口进气从而对带锁气缸8的活塞杆9位置进行锁定，进而对吸盘组件的位置进行锁定。真空发生器13和阀岛23均安装在搬运框架2上。
其中，带锁气缸8的活塞杆9与吸盘组件的吸盘杆10之间通过转接组件相连接，转接组件包括转接块17和止转部；所述转接块(17)上下两端分别与活塞杆(9)和吸盘杆(10)相连接，所述止转部固定在所述转接块(17)上，用于防止活塞杆(9)与吸盘杆(10)发生转动。止转部包括第一止转件18、第二止转件19，转接块17上下两端分别开有螺纹孔，带锁气缸8的活塞杆9和吸盘组件的吸盘杆10分别与转接块17上下两端的螺纹孔螺纹连接，第一止转件18下端通过螺钉固定在转接块17上，第一止转件18上端设有第一止转板20，第一止转板20端部开有第一止转槽，第一止转槽卡在带锁气缸8的活塞杆9上，第一止转槽的两个侧壁与带锁气缸8的活塞杆9之间为平面配合，以防止两者发生转动；第二止转件19上端通过螺钉固定在转接块17上，第二止转件19下端设有第二止转板21，第二止转板21端部开有第二止转槽，第二止转槽卡在吸盘杆10上，第二止转槽的两个侧壁与吸盘杆10两侧之间为平面配合，以防止两者发生转动。
搬运框架2上设有测距传感器22，通过测距传感器22检测其与待吸附工件之间的距离，优选的，测距传感器22采用激光测距传感器。
本实施例还公开了一种多车型柔性无级自适应切换搬运装置的控制方法，该控制方法基于上述的多车型柔性无级自适应切换搬运装置而进行，该控制方法按如下步骤进行：
步骤一、本实施例中待吸附的工件为车门板件；由机器人带动搬运抓具运动至需要抓取的车门板件旁，使得多组无级自适应吸附单元的吸盘组件面向车门板件，通过测距传感器22检测其与车门板件之间的距离，从而判断该搬运抓具是否达到拍照位，当测距传感器22检测搬运抓具到达拍照位时，通过视觉框架1上的至少一组视觉相机单元5对车门板件进行拍照；
步骤二、通过阀岛23控制多组无级自适应吸附单元的带锁气缸8的锁止气阀16处于关闭状态，同时控制多组级自适应吸附单元的带锁气缸8的进气阀15打开，阀岛23的气源分别通过各个带锁气缸8的进气口进气，从而带动各个带锁气缸8的活塞杆9向靠近车门板件的方向伸出，活塞杆9再推动相应的吸盘11向靠近车门板件的方向运动，在此过程中，由视觉相机单元5拍照用于反应吸盘11是否到达取件位，以便引导后续取件；当到达取件位时，带锁气缸8的活塞杆9伸出到位，通过阀岛23关闭对应的进气阀15，进气口停止进气，此时活塞两侧均没有压力，各个带锁气缸8的活塞处于自由状态，因此各个带锁气缸8的活塞杆9以及与其相连的吸盘11也处于自由状态，只有在存在外力的作用下，吸盘11才会随着外力移动；
步骤三、真空发生器13启动，控制各组无级自适应吸附单元的吸盘组件持续吸气，同时机器人带动整个搬运抓具向靠近车门板件的方向继续移动，在此过程中，各组无级自适应吸附单元的吸盘11处于自由状态，当出现各个吸盘11吸持的车门板件表面有高低落差时，例如其中一个吸盘11最先贴合车门板件并吸持，此时机器人持续进给，最先贴合车门板件的吸盘11由于受到车门板件的抵挡作用，该吸盘11对应的带锁气缸8的活塞杆9便会被压缩，为其他未吸附的吸盘11前进留出空间，直至所有吸盘11均吸附上车门板件时，各组无级自适应吸附单元的吸盘11均产生真空，真空发生器13检测其真空度达到了设定的真空度，表示各组无级自适应吸附单元的吸盘11均吸附在车门板件表面，此时控制机器人停止进给，并控制多组级自适应吸附单元的带锁气缸8的锁止气阀16打开，通过各个带锁气缸8的锁止气口进气从而对带锁气缸8的活塞杆9位置进行锁定，进而将各个吸盘11锁止在当前状态位置，完成搬运抓具对车门板件的吸附取件。之后由机器人带动整个搬运抓具及其吸附的车门板件离开，放件至指定位置后，吸盘11断气并吹气解除真空，完成一个循环。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种多车型柔性无级自适应切换搬运装置，其特征在于：包括机器人以及与机器人执行部件相连接的搬运抓具，所述搬运抓具包括搬运框架(2)，在所述搬运框架(2)上可拆卸的安装有多组柔性无级自适应吸附单元(6)；
每组柔性无级自适应吸附单元(6)包括安装板(7)、带锁气缸(8)和吸盘组件，安装板(7)可拆卸的安装在搬运框架(2)上，带锁气缸(8)的缸体安装在安装板(7)上，吸盘组件包括上下连接的吸盘杆(10)以及吸盘(11)，吸盘杆(10)一侧设有真空气管接口(12)，真空气管接口(12)外通过真空管道连接至真空发生器(13)；带锁气缸(8)的活塞杆(9)向下延伸并与吸盘组件的吸盘杆(10)相连接，带锁气缸(8)的缸体上设有进气口、出气口(14)以及锁止气口，进气口处设有进气阀(15)，锁止气口处设有锁止气阀(16)，出气口(14)与外界相连通，通过阀岛(23)给带锁气缸(8)的进气口和锁止气口供气，通过向进气口进气带动带锁气缸(8)的活塞杆(9)向下伸出，从而带动吸盘组件向下伸出；通过向锁止气口进气从而对带锁气缸(8)的活塞杆(9)位置进行锁定，进而对吸盘组件的位置进行锁定。
2.如权利要求1所述的一种多车型柔性无级自适应切换搬运装置，其特征在于：所述带锁气缸(8)的活塞杆(9)与吸盘组件的吸盘杆(10)之间通过转接组件相连接，所述转接组件包括转接块(17)和止转部；所述转接块(17)上下两端分别与活塞杆(9)和吸盘杆(10)相连接，所述止转部固定在所述转接块(17)上，用于防止活塞杆(9)与吸盘杆(10)发生转动。
3.如权利要求2所述的一种多车型柔性无级自适应切换搬运装置，其特征在于：所述止转部包括第一止转件(18)、第二止转件(19)，第一止转件(18)下端固定在转接块(17)上，第一止转件(18)上端设有第一止转板(20)，第一止转板(20)端部开有第一止转槽，第一止转槽卡在带锁气缸(8)的活塞杆(9)上，第一止转槽的两个侧壁与带锁气缸(8)的活塞杆(9)之间为平面配合；第二止转件(19)上端固定在转接块(17)上，第二止转件(19)下端设有第二止转板(21)，第二止转板(21)端部开有第二止转槽，第二止转槽卡在吸盘杆(10)上，第二止转槽的两个侧壁与吸盘杆(10)两侧之间为平面配合。
4.如权利要求2所述的一种多车型柔性无级自适应切换搬运装置，其特征在于：所述转接块(17)上下两端分别开有螺纹孔，带锁气缸(8)的活塞杆(9)和吸盘组件的吸盘杆(10)分别与转接块(17)上下两端的螺纹孔螺纹连接。
5.如权利要求1所述的一种多车型柔性无级自适应切换搬运装置，其特征在于：所述搬运抓具的搬运框架(2)通过换枪盘与机器人实现快换连接。
6.如权利要求1所述的一种多车型柔性无级自适应切换搬运装置，其特征在于：所述搬运抓具还包括视觉框架(1)，所述视觉框架(1)与搬运框架(2)固定连接，所述视觉框架(1)上设有至少一组视觉相机单元(5)。
7.如权利要求6所述的一种多车型柔性无级自适应切换搬运装置，其特征在于：所述搬运框架(2)上设有测距传感器(22)。
8.一种多车型柔性无级自适应切换搬运装置的控制方法，其特征在于：所述控制方法基于权利要求1至5任一项所述的多车型柔性无级自适应切换搬运装置而进行，所述控制方法按如下步骤进行：
步骤一、由机器人带动所述搬运抓具运动至需要抓取的工件旁，使得多组无级自适应吸附单元的吸盘组件面向工件；
步骤二、控制多组无级自适应吸附单元的带锁气缸(8)的锁止气阀(16)处于关闭状态，同时控制多组级自适应吸附单元的带锁气缸(8)的进气阀(15)打开，通过各个带锁气缸(8)的进气口进气，从而带动各个带锁气缸(8)的活塞杆(9)向靠近工件的方向伸出，活塞杆(9)再推动相应的吸盘(11)向靠近工件的方向运动，带锁气缸(8)的活塞杆(9)伸出到位后，关闭对应的进气阀(15)，进气口停止进气，此时带锁气缸(8)的活塞杆(9)处于自由状态；
步骤三、控制各组无级自适应吸附单元的吸盘组件持续吸气，同时机器人带动整个搬运抓具向靠近工件的方向继续移动，在此过程中，各组无级自适应吸附单元的吸盘(11)处于自由状态，直至真空发生器(13)检测到各组无级自适应吸附单元的吸盘(11)均产生真空，此时各组无级自适应吸附单元的吸盘(11)均吸附在工件表面，此时控制机器人停止进给，并控制多组级自适应吸附单元的带锁气缸(8)的锁止气阀(16)打开，通过各个带锁气缸(8)的锁止气口进气从而对带锁气缸(8)的活塞杆(9)位置进行锁定，进而将各个吸盘(11)锁止在当前状态位置，完成搬运抓具对工件的吸附取件。
9.如权利要求8所述的一种多车型柔性无级自适应切换搬运装置的控制方法，其特征在于：所述控制方法基于的搬运装置中，所述搬运抓具还包括视觉框架(1)，所述视觉框架(1)与搬运框架(2)固定连接，所述视觉框架(1)上设有至少一组视觉相机单元(5)，所述搬运框架(2)上设有测距传感器(22)；
所述步骤一中，在搬运抓具运动过程中，通过测距传感器(22)检测其与工件之间的距离，从而判断该搬运抓具是否达到拍照位，当测距传感器(22)检测到搬运抓具到达拍照位时，通过视觉框架(1)上的视觉相机单元(5)对工件进行拍照；
所述步骤二中，在带锁气缸(8)的活塞杆(9)推动吸盘(11)向靠近工件的方向运动过程中，由视觉相机单元(5)拍照用于反应吸盘(11)是否到达取件位，当到达取件位时，表示带锁气缸(8)的活塞杆(9)伸出到位。
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