CN113007204B - 一种可变形吸盘 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种可变形吸盘，其通过两组可伸缩升降的连杆机构，实现整体的变形，其既可以采用单个吸盘进行吸取，也可以采用多组相互配合的方式进行吸取，既可以吸取不同大小、不同环状的物体，还可以吸取内凹形状、凸台等多种物体，扩大了吸盘的应用范围，提高了吸盘的通用性。

Description

一种可变形吸盘

技术领域

本发明涉及一种物流作业中吸盘结构，具体涉及一种具有可变形吸盘。

背景技术

在现有技术中，吸盘常常采用固定形式进行，其吸取的大小及其范围常常为固定的，在需要吸取不同的物体时，常常需要对吸盘进行更换，难以满足快节奏的生产作业，或是仅通过在长度方向上的变形，来适应不同大小物体的吸取，其变化主要涉及在同一平面上的变化，而对于物体中空，如垫片类、圆环类的、水杯形的物体，就无法进行有效的吸取，难以满足生产的需求。

发明内容

基于上述技术问题，本发明提供一种可变形吸盘，其包括连接法兰、中间轨道机构、中心吸盘机构、外吸盘机构、3D视觉系统和控制系统；其中，中间轨道机构固定在连接法兰的下方，中心吸盘机构可上下伸缩地安装在中间轨道机构的中部，外吸盘机构包括多个外吸盘组，多个外吸盘组可上下滑动且可变形地周向均布在中间轨道机构上，3D视觉系统设置在连接法兰外周上，控制系统用于处理3D视觉系统获取的信息，并控制中心吸盘机构伸缩来吸取物体和控制外吸盘机构的全部外吸盘组或部分外吸盘组的伸缩运动来吸取物体。

优选地，连接法兰可连接到机械臂的末端或是其他机器的拾取端，进行吸取。

优选地，中间轨道机构包括上圆板、中圆板、下圆板以及若干个边导轨装置，每个边导轨装置的结构均相同，边导轨装置包括上轨道、下轨道，上无杆气缸和下无杆气缸；其中，上圆板固定在连接法兰的下方，上圆板、中圆板和下圆板由上而下对应设置，上圆板和中圆板之间固定设置有若干条上轨道，中圆板和下圆板之间固定设置有若干条下轨道，若干条上轨道上周向均布在上圆板与中圆板的外围上，若干条下轨道周向均布在中圆板和下圆板的外围上，上轨道和下轨道数量相等，上轨道和下轨道两两对应设置，且对应的上轨道和下轨道的中轴线在同一竖直线上，上无杆气缸滑动连接在上轨道上，下无杆气缸滑动连接在下轨道上；需要进一步说明的是，每个上无杆气缸和下无杆气缸均可通过控制系统进行单独、编组或统一进行控制。

优选地，外吸盘组与边导轨装置的数量相同，且每个外吸盘组均与一个边导轨装置相配合，每个外吸盘组的结构均相同，每个外吸盘组包括上连杆、中连杆、下连杆和边吸盘，其中，上连杆的上端铰接在上无杆气缸上，上连杆的下端铰接在中连杆上，下连杆的下端铰接在下无杆气缸上，下连杆的上端铰接在中连杆上，中连杆的两端对应分别铰接在上连杆的下端和下连杆的上端，由此，上连杆、中连杆和下连杆组成可变形的结构，边吸盘固定在中连杆的中部，边吸盘的吸盘口朝下，进一步地，上连杆的长度大于下连杆的长度，下连杆的长度大于中连杆的长度，由此通过上无杆气缸在上轨道上滑动行程和下无杆气缸在下轨道上滑动行程，进而控制上连杆、中连杆和下连杆所行程的形状，这里需要说明的是，其目的主要用于控制边吸盘的朝向及其位置，由于每个上无杆气缸和下无杆气缸均可通过控制系统进行单独的控制，由此可以控制每个边吸盘的朝向及其位置，可对多个边吸盘进行单独、部分、成组或统一的控制。

优选地，中心吸盘机构包括中轨道，中轨道上设置有中无杆气缸，中无杆气缸通过中固定杆固定连接有中吸盘，中无杆气缸带动中吸盘可上下滑动设置在中轨道上，上圆板、中圆板和下圆板的中心均设有容纳中无杆气缸和中固定杆通过的开孔，中固定杆与中吸盘的固定端设置有限位块，限位块用于避免中吸盘与下圆板的碰撞，起到限位阻挡作用。

优选地，其可单独采用中心吸盘机构来实现单个物体的吸附，也可以单独采用外吸盘机构的全部边吸盘组或是部分边吸盘组进行吸取，或是通过中心吸盘机构和边吸盘机构全部边吸盘组或部分边吸盘组组合来进行吸取，由此，可以通过可变形吸盘来实现对不同形状物体的吸附，极大扩展了吸取的种类，可以吸取凸台形、方形、垫片形状、U形、杯形等。

优选地，具体为：

吸取单个简单的物体时，通过3D视觉系统识别简单物体的位置及其三维数据信息，通过控制系统控制中心吸盘机构的中吸盘来进行吸取。

吸取凸台形状时，通过3D视觉系统识别凸台形物体的位置及其三维数据信息，通过控制系统控制中心吸盘机构的中吸盘吸取凸台的凸面顶部，通过控制系统控制控制外吸盘机构的边吸盘吸附凸台的肩面上，此时中吸盘的吸附面的高度高于边吸盘吸附面的高度。

吸取物体的体积小，重量大的物体时，可通过3D视觉系统识别物体的位置及其三维数据信息，通过控制系统控制中心吸盘机构的中吸盘吸取物体中心位置，通过控制系统控制外吸盘机构的边吸盘吸附物体的周边，此时，通过控制系统控制中无杆气缸、上无杆气缸、下无杆气缸的行程，使得边吸盘和中吸盘所围成的区域小，整个吸取位置相对集中，进行集中吸附物体的上面，使其能够吸取体积小，重量大的物体。

吸取物体的体积大，重量大的物体时，可通过3D视觉系统识别物体的位置及其三维数据信息，通过控制系统控制中心吸盘机构的中吸盘吸取物体中心位置，通过控制系统控制控制外吸盘机构的边吸盘吸附物体的周边，此时，通过控制系统控制中无杆气缸、上无杆气缸、下无杆气缸的行程，使得边吸盘和中吸盘所围成的区域大，整个吸取位置相对分散均衡，进行分散均衡吸附物体的上面，使其能够吸取体积大，重量大的物体。

吸取垫片形的物体时，可通过3D视觉系统识别物体的位置及其三维数据信息，通过控制系统控制中心吸盘机构的中吸盘进行回缩到极限位置，通过控制系统控制控制外吸盘机构的边吸盘吸附垫片形物体的周边外圆上，此时，通过控制系统控制中无杆气缸、上无杆气缸、下无杆气缸的行程，使得边吸盘起到吸附的作用，中吸盘处于关闭的状态；进而进行有效的吸附垫片形的物体，其还可以通过控制上无杆气缸和下无杆气缸的行程，调节边吸盘围成面积的大小，适应不同大小的垫片形的物体。

吸取U形的物体时，可通过3D视觉系统识别物体的位置及其三维数据信息，通过控制系统控制中心吸盘机构的中吸盘进行回缩到极限位置，通过控制系统控制控制外吸盘机构的部分边吸盘吸附U形物体两竖边和底边上，此时，通过控制系统控制中无杆气缸、上无杆气缸、下无杆气缸的行程，使得部分边吸盘起到吸附的作用，中吸盘和剩余的边吸盘处于关闭的状态；进而进行有效的吸附U形的物体，其还可以通过控制上无杆气缸和下无杆气缸的行程，调节部分起到吸附作用的边吸盘围成面积的大小，适应不同大小的U形的物体。

吸取杯形的物体，及存在内凹面的物体时，可通过3D视觉系统识别物体的位置及其三维数据信息，通过控制系统控制中心吸盘机构的中吸盘伸出，使得中吸盘吸取杯形物体的内底壁面上，通过控制系统控制控制外吸盘机构的部分边吸盘吸附内凹面物体的周向内侧壁面上，此时，其还可以通过控制中无杆气缸、上无杆气缸和下无杆气缸的行程，调节到吸附作用的边吸盘围成外圆面的大小，中吸盘的伸出量适应不同深度的U形物体。

对于上无杆气缸、中无杆气缸和下无杆气缸的调节，其存在优先的控制驱动，对中无杆气缸，其优先级别最高，在驱动上无杆气缸、下无杆气缸的伸缩量时，优先调整上无杆气缸的伸缩量，达到快速调节的目的，下无杆气缸配合调整边吸盘角度。

优选地，3D视觉系统能够识别物体的位置，三维数据信息，并将相应的数据信息提供给控制系统，控制系统根据物体的形状控制中无杆气缸、上无杆气缸、下无杆气缸的伸缩量，进而控制边吸盘和中吸盘的相互协调的作用，其均设置相应的计算，而采用控制系统进行相应的计算可获取，其可以通过现有技术实现，本发明的发明点和有益的技术效果：

1、通过设置可变性吸盘，改变传统的固定吸盘，整体结构或是吸盘结构只能在同一平面上或多连杆机构采用统一变形，其难以适应采用一种吸盘可以吸附不同形状的物体时，其常需要进行更换的技术问题。

2、通过将伸缩移动的驱动采用无杆气缸进行控制，控制精度搞，便于精确控制。

3、其可以吸附凸台形、方形、垫片形状、U形、杯形等多种形状的物体。

附图说明

图1-可变形吸盘三维视图；

图2-单个小物件吸取示意图；

图3-图2A-A截面图；

图4-体积小、重量大物件吸取示意图；

图5-体积大、重量大物件吸取示意图；

图6-凸台形物件吸取示意图；

图7-内凹形物件吸取示意图；

图8边吸盘连接处放大图；

图9可变形形状例一示意图；

图10可变形形状例二示意图；

图11可变形形状例三示意图；

图12可变形形状例四示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

一种可变形吸盘，其包括连接法兰1、中间轨道机构、中心吸盘机构、外吸盘机构、3D视觉系统和控制系统；其中，中间轨道机构固定在连接法兰1的下方，中心吸盘机构可上下伸缩地安装在中间轨道机构的中部，外吸盘机构包括多个外吸盘组，多个外吸盘组可上下滑动且可变形地周向均布在中间轨道机构上，3D视觉系统设置在连接法兰1外周上，控制系统用于处理3D视觉系统获取的信息，并控制中心吸盘机构伸缩来吸取物体和控制外吸盘机构的全部外吸盘组或部分外吸盘组的伸缩运动来吸取物体。

连接法兰1可连接到机械臂的末端或是其他机器的拾取端，进行吸取。

其中，中间轨道机构包括上圆板2、中圆板3、下圆板4以及若干个边导轨装置，每个边导轨装置的结构均相同，边导轨装置包括上轨道5、下轨道6，上无杆气缸7和下无杆气缸8；其中，上圆板2固定在连接法兰1的下方，上圆板2、中圆板3和下圆板4由上而下对应设置，上圆板2和中圆板3之间固定设置有若干条上轨道5，中圆板3和下圆板4之间固定设置有若干条下轨道6，若干条上轨道5上周向均布在上圆板2与中圆板3的外围上，若干条下轨道6周向均布在中圆板3和下圆板4的外围上，上轨道5和下轨道6数量相等，上轨道5和下轨道6两两对应设置，且对应的上轨道5和下轨道6的中轴线在同一竖直线上，上无杆气缸7滑动连接在上轨道5上，下无杆气缸8滑动连接在下轨道6上；需要进一步说明的是，每个上无杆气缸7和下无杆气缸8均可通过控制系统进行单独、编组或统一进行控制。

多个外吸盘组与边导轨装置的数量相同，且每个外吸盘组均与一个边导轨装置相配合，每个外吸盘组的结构均相同，每个外吸盘组包括上连杆9、中连杆10、下连杆11和边吸盘12，其中，上连杆9的上端铰接在上无杆气缸7上，上连杆的下端铰接在中连杆10上，下连杆11的下端铰接在下无杆气缸8上，下连杆11的上端铰接在中连杆10上，中连杆10的两端对应分别铰接在上连杆9的下端和下连杆11的上端，由此，上连杆9、中连杆10和下连杆11组成可变形的结构，边吸盘12固定在中连杆10的中部，边吸盘12的吸盘口朝下，进一步地，上连杆9的长度大于下连杆11的长度，下连杆11的长度大于中连杆10的长度，由此通过上无杆气缸7在上轨道5上滑动行程和下无杆气缸8在下轨道6上滑动行程，进而控制上连杆9、中连杆10和下连杆11所行程的形状，这里需要说明的是，其目的主要用于控制边吸盘12的朝向及其位置，由于每个上无杆气缸7和下无杆气缸8均可通过控制系统进行单独的控制，由此可以控制每个边吸盘12的朝向及其位置，可对多个边吸盘进行单独、部分、成组或统一的控制。

中心吸盘机构包括中轨道，中轨道上设置有中无杆气缸，中无杆气缸通过中固定杆固定连接有中吸盘13，中无杆气缸带动中吸盘可上下滑动设置在中轨道上，上圆板2、中圆板3和下圆板4的中心均设有容纳中无杆气缸和中固定杆通过的开孔，中固定杆与中吸盘13的固定端设置有限位块，限位块用于避免中吸盘13与下圆板的碰撞，起到限位阻挡作用。

由此，其可单独采用中心吸盘机构来实现单个物体的吸附，也可以单独采用外吸盘机构的全部边吸盘组或是部分边吸盘组进行吸取，或是通过中心吸盘机构和边吸盘机构全部边吸盘组或部分边吸盘组组合来进行吸取，由此，可以通过可变形吸盘来实现对不同形状物体的吸附，极大扩展了吸取的种类，可以吸取凸台形、方形、垫片形状、U形、杯形等。

具体为：

吸取单个简单的物体时，通过3D视觉系统识别简单物体的位置及其三维数据信息，通过控制系统控制中心吸盘机构的中吸盘13来进行吸取，这里需要说明的是，对于采用单个吸取时，优先选取中心盘13，也可以选择某个边吸盘12进行单个吸取。

吸取凸台形状时，通过3D视觉系统识别凸台形物体的位置及其三维数据信息，通过控制系统控制中心吸盘机构的中吸盘13吸取凸台的凸面顶部，通过控制系统控制控制外吸盘机构的边吸盘12吸附凸台的肩面上，此时中吸盘13的吸附面的高度高于边吸盘12吸附面的高度。

吸取物体的体积小，重量大的物体时，可通过3D视觉系统识别物体的位置及其三维数据信息，通过控制系统控制中心吸盘机构的中吸盘13吸取物体中心位置，通过控制系统控制控制外吸盘机构的边吸盘12吸附物体的周边，此时，通过控制系统控制中无杆气缸、上无杆气缸、下无杆气缸的行程，使得边吸盘12和中吸盘13所围成的区域小，整个吸取位置相对集中，进行集中吸附物体的上面，使其能够吸取体积小，重量大的物体。

吸取物体的体积大，重量大的物体时，可通过3D视觉系统识别物体的位置及其三维数据信息，通过控制系统控制中心吸盘机构的中吸盘13吸取物体中心位置，通过控制系统控制控制外吸盘机构的边吸盘12吸附物体的周边，此时，通过控制系统控制中无杆气缸、上无杆气缸、下无杆气缸的行程，使得边吸盘12和中吸盘13所围成的区域大，整个吸取位置相对分散均衡，进行分散均衡吸附物体的上面，使其能够吸取体积大，重量大的物体。

吸取垫片形的物体时，可通过3D视觉系统识别物体的位置及其三维数据信息，通过控制系统控制中心吸盘机构的中吸盘13进行回缩到极限位置，通过控制系统控制控制外吸盘机构的边吸盘12吸附垫片形物体的周边外圆上，此时，通过控制系统控制中无杆气缸、上无杆气缸、下无杆气缸的行程，使得边吸盘12起到吸附的作用，中吸盘13处于关闭的状态；进而进行有效的吸附垫片形的物体，其还可以通过控制上无杆气缸和下无杆气缸的行程，调节边吸盘12围成面积的大小，适应不同大小的垫片形的物体。

吸取U形的物体时，可通过3D视觉系统识别物体的位置及其三维数据信息，通过控制系统控制中心吸盘机构的中吸盘13进行回缩到极限位置，通过控制系统控制控制外吸盘机构的部分边吸盘12吸附U形物体两竖边和底边上，此时，通过控制系统控制中无杆气缸、上无杆气缸、下无杆气缸的行程，使得部分边吸盘12起到吸附的作用，中吸盘13和剩余的边吸盘12处于关闭的状态；进而进行有效的吸附U形的物体，其还可以通过控制上无杆气缸和下无杆气缸的行程，调节部分起到吸附作用的边吸盘12围成面积的大小，适应不同大小的U形的物体。

吸取杯形的物体，及存在内凹面的物体时，可通过3D视觉系统识别物体的位置及其三维数据信息，通过控制系统控制中心吸盘机构的中吸盘13伸出，使得中吸盘13吸取杯形物体的内底壁面上，通过控制系统控制控制外吸盘机构的部分边吸盘12吸附内凹面物体的周向内侧壁面上，此时，其还可以通过控制中无杆气缸、上无杆气缸和下无杆气缸的行程，调节到吸附作用的边吸盘12围成外圆面的大小，中吸盘13的伸出量适应不同深度的U形物体。

进一步地对于上无杆气缸、中无杆气缸和下无杆气缸的调节，其存在优先的控制驱动，对中无杆气缸，其优先级别最高，在驱动上无杆气缸、下无杆气缸的伸缩量时，优先调整上无杆气缸的伸缩量，达到快速调节的目的，下无杆气缸配合调整边吸盘12角度。

需要说明的，3D视觉系统能够识别物体的位置，三维数据信息，并将相应的数据信息提供给控制系统，控制系统根据物体的形状控制中无杆气缸、上无杆气缸、下无杆气缸的伸缩量，进而控制边吸盘和中吸盘的相互协调的作用，其均设置相应的计算，而采用控制系统进行相应的计算可获取，其可以通过现有技术实现，在此申请人不做讨论。

其工作原理和工作方法如下：包括如下步骤：

1)构建三维坐标系统，3D视觉系统识别所需吸取物体形状，获取物体的位置信息、三维数据信息，并将信息数据传递给控制系统，控制系统进行识别控制，控制系统根据构建的三维坐标系统及所收到的物体的信息数据，计算中心吸盘机构和外吸盘机构的伸缩量数据并进行控制，控制中心吸盘机构伸缩运动的优先级大于控制外吸盘机构伸缩运动的优先级，计算上无杆气缸、下无杆气缸和中无杆气缸的伸缩量数据，伸缩调节的优先级为中无杆气缸>上无杆气缸>下无杆气缸；

2)具体的识别控制选择如下子步骤任一项：

2.1中心吸盘机构单独吸取；

2.2外吸盘机构单独吸取；

2.3中心吸盘机构和外吸盘机构配合吸取，外吸盘机构在配合吸取时，采用部分边吸盘组或全部边吸盘组进行控制；

3)控制系统通过控制中心吸盘机构和外吸盘机构可改变中吸盘和全部外吸盘或部分外吸盘所组成吸附面的大小及其位置。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。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，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种可变形吸盘，其包括连接法兰（1）、中间轨道机构、中心吸盘机构、外吸盘机构、3D视觉系统和控制系统；中间轨道机构固定在连接法兰（1）的下方，其特征在于：中心吸盘机构可上下伸缩地安装在中间轨道机构的中部，外吸盘机构包括多个外吸盘组，多个外吸盘组可上下滑动且可变形地周向均布在中间轨道机构上，3D视觉系统设置在连接法兰（1）外周上，控制系统用于处理3D视觉系统获取的信息，并控制中心吸盘机构伸缩来吸取物体和控制外吸盘机构的全部外吸盘组或部分外吸盘组的伸缩运动来吸取物体，3D视觉系统识别物体形状，获取物体的位置信息、三维数据信息，并将信息数据传递给控制系统，控制系统进行识别控制，控制系统根据构建的三维坐标系统及所收到的物体的信息数据，计算中心吸盘机构和外吸盘机构的伸缩量数据并进行控制，控制系统控制中心吸盘机构伸缩运动的优先级大于控制外吸盘机构伸缩运动的优先级；

中间轨道机构包括上圆板、中圆板、下圆板以及若干个边导轨装置，每个边导轨装置的结构均相同，边导轨装置包括上轨道、下轨道，上无杆气缸和下无杆气缸；其中，上圆板固定在连接法兰的下方，上圆板、中圆板和下圆板由上而下对应设置，上圆板和中圆板之间固定设置有若干条上轨道，中圆板和下圆板之间固定设置有若干条下轨道，若干条上轨道上周向均布在上圆板与中圆板的外围上，若干条下轨道周向均布在中圆板和下圆板的外围上，上轨道和下轨道数量相等，上轨道和下轨道两两对应设置，且对应的上轨道和下轨道的中轴线在同一竖直线上，上无杆气缸滑动连接在上轨道上，下无杆气缸滑动连接在下轨道上。

2.根据权利要求1所述的一种可变形吸盘，其特征在于：外吸盘组与边导轨装置的数量相同，且每个外吸盘组均与一个边导轨装置相配合，外吸盘组的结构均相同，每个外吸盘组包括上连杆、中连杆、下连杆和边吸盘，其中，上连杆的上端铰接在上无杆气缸上，上连杆的下端铰接在中连杆上，下连杆的下端铰接在下无杆气缸上，下连杆的上端铰接在中连杆上，中连杆的两端对应分别铰接在上连杆的下端和下连杆的上端，上连杆、中连杆和下连杆组成可变形的结构，边吸盘固定在中连杆的中部。

3.根据权利要求2所述的一种可变形吸盘，其特征在于：上连杆的长度大于下连杆的长度，下连杆的长度大于中连杆的长度。

4.根据权利要求3所述的一种可变形吸盘，控制系统可分别单独控制上无杆气缸、中无杆气缸和下无杆气缸。

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