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专利号: 2020111144454
申请人: 长春理工大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 输送;包装;贮存;搬运薄的或细丝状材料
更新日期:2024-02-26
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种工业雷管防爆抓手,其特征在于:包括主架体、次架体、夹紧装置和防爆壳装置,其中主架体与次架体通过主架体的双轴连接板与夹紧气缸固定板螺钉连接,主架体的升降导轨滑块与次架体的升降导轨滑动连接;通过次架体中夹紧气缸缸体与夹紧装置中的夹紧气缸伸出轴连接,夹紧装置的夹紧导轨滑块与次架体的夹紧导轨滑动连接,主架体中的气缸固定法兰与防爆壳的无杆气缸缸体连接;

所述主架体包括连接法兰、绝缘垫、机器人连接法兰盘、升降气缸缸体、升降气缸伸出轴、双轴连接板、托板、左右固定架、单目摄像机、左右气缸连接板、无杆气缸固定法兰、横联板、升降导轨滑块、静电消除棒,其中连接法兰经绝缘垫与机器人连接法兰盘螺栓连接,升降气缸缸体通过螺钉连接固定在机器人连接法兰盘上,升降气缸伸出轴上方与双轴连接板连接,托板固定在升降气缸缸体上,左右固定架通过螺钉连接固定在托板上,单目摄像机通过支架固定在左右固定架上,左右气缸连接板通过螺钉分别连接固定在左右固定架上,无杆气缸固定法兰跟左右气缸连接板通过螺栓连接,横联板通过螺钉连接固定在左右固定架上,升降导轨滑块通过螺钉连接固定在横联板上,静电消除棒通过螺栓连接固定在左右气缸连接板上;

所述次架体包括夹紧气缸固定板、夹紧气缸缸体、导轨固定板、夹紧导轨、升降导轨,其中夹紧气缸缸体通过螺钉连接固定在夹紧气缸固定板上,导轨固定板通过螺钉连接固定在夹紧气缸缸体上,夹紧导轨跟导轨固定板通过螺钉连接,升降导轨通过螺钉连接固定在夹紧气缸固定板上;

所述夹紧装置包括夹紧气缸伸出轴、连杆连接块、弹簧轴销、弹簧卡环、连杆、夹板固定板、夹板、夹紧导轨滑块和薄膜力值传感器,其中夹紧气缸伸出轴与连杆连接块间隙配合,连杆跟连杆连接块通过弹簧轴销连接,夹板固定板跟连杆通过弹簧轴销连接,夹板通过螺钉固定在夹板固定板上,夹紧导轨滑块通过螺钉跟夹板固定板连接,薄膜力值传感器安装在夹板上。

2.根据权利要求1所述的一种工业雷管防爆抓手,其特征在于:夹板上的夹持部分采用凹凸设计。

3.根据权利要求1所述的一种工业雷管防爆抓手,其特征在于:所述防爆壳包括无杆气缸、无杆气缸滑块、L型连接板和防爆壳体,其中无杆气缸滑块与无杆气缸滑动连接,无杆气缸滑块通过螺钉固定连接在L型连接板上,防爆壳体通过螺栓连接固定在L型连接板上。

4.采用如权利要求1~3任一项所述工业雷管防爆抓手的本质安全工作运动轨迹规划方法,其特征在于,包括下列步骤:

(1)准备阶段:工业雷管防爆抓手通过连接法兰与相应的六轴工业机械人用螺栓连接,单目摄像机的标定:选用圆形特征的平面模板为标定参照物,选取一个工件坐标系来描述工件的位姿信息,计算摄像机的外参数dx和dy,获取工件坐标系相对于六轴工业机器人基坐标系的原点偏移量及六轴工业机器人各关节的旋转角度,确定工件坐标系与六轴机器人基坐标系的空间关系,完成标定,然后拍照定位,控制六轴工业机器人复位至复位点,当雷管盒被传动系统送到拍照区时候,启动六轴工业机器人,让六轴工业机器人带动安装在专用防爆抓手上的单目摄像机(109)移动至拍照区平台上进行拍照采集工业雷管盒图像;

(2)靠近阶段:当进行拍照定位后,防爆抓手在六轴防爆工业机器人控制下,按照预设的轨迹运动,采用五次B样条规划的轨迹运动,使专用防爆抓手快速移动到距离雷管盒正上方一段位置,并让专用防爆抓手上的夹板与雷管盒平行,然后慢慢靠近雷管盒,到抓取的指定位置后停止;

(3)抓取阶段:雷管抓取机构到指定的抓取位置后,抓取机构上的气缸驱动抓取机构实现雷管盒的抓取,雷管抓取机构到指定的抓取位置后,然后控制无杆气缸,让无杆气缸滑块向下移动一段距离,同时防爆壳体也向下移动一定位置,让防爆壳体盖住所要抓取的目标雷管盒;控制升降气缸缸体,使次架体和夹紧装置下降,让整个夹持部分移动到雷管盒的两边,然后,控制夹紧气缸运动,使夹紧气缸伸出轴向上运动,带动连杆连接块向上运动,通过连杆、夹板固定板,使夹紧导轨滑块在夹紧导轨上移动,向中间运动,带动夹板向中间移动,从而,夹紧雷管盒;同时,薄膜力值传感器感应防爆抓手抓取力度的大小,从而使六轴防爆工业机器人控制防爆抓手以合适的力度抓取工业雷管;

(4)运输阶段:抓取机构抓完雷管盒后,在六轴工业机器人控制下,按照预设的轨迹运动,慢慢加速到一定速度后带动抓取机构,匀速到达箱子上方,然后慢慢减速下移;

(5)放箱阶段:抓取着雷管盒的抓取机构到达箱子内指定位置后,慢慢放开抓取的雷管盒,实现雷管盒在装箱中的紧密排列,控制夹紧气缸运动,使夹紧气缸伸出轴向下运动,带动连杆连接块向下运动,通过连杆、夹板固定板,使夹紧导轨滑块在夹紧导轨上移动,向两边运动,带动夹板向两边移动,从而松开雷管盒,然后,控制升降气缸缸体,使夹紧装置和次架体上升,让整个夹持部分移动到雷管盒上面;松开完毕,然后控制无杆气缸,让无杆气缸滑块向上移动一段距离,同时防爆壳体也向上移动一定位置;

(6)复位:放箱结束后,抓有工业雷管的专用防爆抓手在六轴工业机器人控制下,按照预设的轨迹运动,工业机器人带动抓取机构移动到特点位置,完成一次雷管盒的放箱工作。

5.根据权利要求4所述的一种工业雷管防爆抓手的本质安全工作运动轨迹规划方法,其特征在于:所述单目摄像机的标定:基于单目平面视觉的标定,不用考虑摄像机的内参数,只需计算得到摄像机的外参数即可完成整体标定,首先,选用圆形特征的平面模板为标定参照物,选取一个工件坐标系来描述工业雷管的位姿信息,对摄像机采集的工业雷管图像的每一个像素对应在工件坐标系下XOY面上的物理尺寸dx和dy(即摄像机的外参数)进行计算;然后,在确定了dx和dy后,再知道工件坐标系原点与机器人基坐标系原点的偏移量和各个坐标轴的旋转角度,才能将工业雷管在工件坐标系中的位姿转化到在机器人基坐标系下的位姿;工件坐标系原点与机器人基坐标系原点的偏移量和各个坐标轴的旋转角度是通过直接选择工件坐标系X轴和Y轴上的点作为特定点,再通过操作机器人对其进行机器人基坐标系下的定位获得的。

6.根据权利要求4所述的一种工业雷管防爆抓手的本质安全工作运动轨迹规划方法,其特征在于:抓有工业雷管的专用防爆抓手在六轴工业机器人控制下,按照预设的轨迹运动,采用五次B样条曲线规划的轨迹,抓取雷管盒,并将工业雷管放置在合适的位置,完成相应的动作。

7.根据权利要求6所述的一种工业雷管防爆抓手的本质安全工作运动轨迹规划方法,其特征在于:关节空间轨迹规划是先将笛卡尔空间作业路径点,通过逆运动学的方法转换为在关节空间的各关节角度值,完成位姿到角度的转换后,对各关节的作业路径点进行插值,得到光滑的拟合函数,由各关节电机驱动机器人运动,实现符合要求的运动轨迹;

在本次实施中,B样条曲线的标准数学结构,其通用表达式为:式中Pi(i=0,1,...,n),为B样条曲线的控制点,任意相邻的两个控制点连成线段,B样条曲线的控制多边形就是由所有线段头尾相连形成的,Bi,k(t)(i=0,1...,n)表示为k次规范B样条曲线的基函数,其中:

式可以看出,若要求得第i段的k次德布尔‑考克斯的B样条基函数Bi,k(t),总共需要ui,ui+1,...,ui+k+1这k+2个节点,[ui,ui+k+1]表示任意两相邻节点区间,被称为该段基函数的支承区间;

在本次实施中,五次B样条曲线的数学表达式为:其中,Pi,5(t)为第i段五次B样条曲线,Bk,5(t)为五次B样条的基函数,可表示为:五次B样条曲线的参数表达式用矩阵的形式可表示为如下:式中,t∈[0,1],P为均匀五次B样条的控制点,t为参数,i表示第i段五次多项式样条曲线段;

采用五次B样条曲线规划的轨迹过选定中的路径点,在补充初始位置和终止位置速度4

和加速度为0四个条件的基础上,五次B样条曲线规划的轨迹能保证C连续,即各关节速度、加速度和加加速度都是平滑的,能满足雷管抓取过程中不出现冲击振动。