一种可改变姿态的气门装配机器人手爪及其工作过程

摘要

本发明提供一种可改变姿态的气门装配机器人手爪及其工作过程，所述手爪包括：固定装置，所述固定装置的顶部上设置有机器人法兰，用以将所述手爪与机器人连接；若干导杆气缸，固定设置在所述固定装置上；若干单手爪，均匀且固定设置在所述固定装置的四周，且与所述导杆气缸一一对应连接，所述单手爪之间相互铰接；其中，所述固定装置的底部中心设置有视觉相机，用以定位装配孔和/或料盘中气门杆。本发明提供的可改变姿态的气门装配机器人手爪，通过视觉相机和压力传感器的配合使用，提高了装配精度，解决了自动装配难以实现的问题，进一步提高了装配效率，降低了成本。

权利要求

1.一种可改变姿态的气门装配机器人手爪，其特征在于，所述手爪包括：固定装置，所述固定装置的顶部上设置有机器人法兰，用以将所述手爪与机器人连接；

若干导杆气缸，固定设置在所述固定装置上；

若干单手爪，均匀且固定设置在所述固定装置的四周，且与所述导杆气缸一一对应连接，所述单手爪之间相互铰接；

其中，所述固定装置的底部中心设置有视觉相机，用以定位装配孔和/或料盘中气门杆；

所述固定装置包括：

固定轴，与所述机器人法兰固定连接；

若干固定杆，一端固定设置在所述固定轴的四周；

固定块，所述固定杆的另一端均固定设置在所述固定块上端面；

其中，所述单手爪通过所述固定块相互铰接，所述视觉相机固定设置在所述固定块的下端面的中心处。

2.根据权利要求1所述的可改变姿态的气门装配机器人手爪，其特征在于，所述单手爪包括：三爪气缸，所述三爪气缸之间通过所述固定块相互铰接，且每个所述三爪气缸均与所述导杆气缸连接；

三爪，连接在所述三爪气缸的输出轴上。

3.根据权利要求2所述的可改变姿态的气门装配机器人手爪，其特征在于，每个所述三爪上均设置有压力传感器。

4.根据权利要求1所述的可改变姿态的气门装配机器人手爪，其特征在于，所述机器人通过所述机器人法兰带动所述手爪旋转和/或移动。

5.一种改变姿态的气门装配机器人手爪的工作过程，其特征在于，所述工作过程包括步骤：S1：所有的导杆气缸收缩，所有的单手爪中的三爪气缸张开；

S2：利用视觉相机对气门杆进行定位，以获取气门杆定位信息；

S3：机器人根据所述气门杆定位信息调整所述手爪的位置；

S4：所有的所述导杆气缸伸出，带动所有的所述三爪气缸聚拢，使得所有的单手爪中的三爪的抓取方向一致；

S5：每个所述单手爪从料盘中抓取一根所述气门杆；

S6：所述机器人将所述手爪移动至装配孔附近；

S7：所述机器人带动手爪旋转，使得每根所述气门杆插入不同的所述装配孔中。

6.根据权利要求5所述的改变姿态的气门装配机器人手爪的工作过程，其特征在于，步骤S7中具体包括步骤：S71：所有的导杆气缸收缩，所述单手爪打开；

S72：利用视觉相机获取装配孔位置信息；

S73：所述机器人根据所述装配孔位置信息调整所述手爪姿态，以将所述手爪中的一根所述气门杆插入所述装配孔中；

S74：所述机器人带动所有的所述单手爪旋转，直至所有的所述气门杆都插入装配孔中。

7.根据权利要求6所述的改变姿态的气门装配机器人手爪的工作过程，其特征在于，步骤S73包括步骤：S731：所述机器人根据所述装配孔信息调整所述手爪的姿态，所述机器人移动所述手爪上的一根所述气门杆至所述装配孔处；

S732：该气门杆所在的所述三爪上的压力传感器获取该气门杆的压力信息；

S733：对所述压力信息进行处理以判定该气门杆是否已经插入所述装配孔中，若是，则执行步骤S74；否则，返回执行步骤S734；

S734：所述机器人带动所述气门杆运动，返回执行步骤S733。

8.根据权利要求7所述的改变姿态的气门装配机器人手爪的工作过程，其特征在于，步骤S74包括步骤：S741：打开插入所述装配孔的所述气门杆对应的所述三爪；

S742：判断所述手爪上是否还抓取有气门杆，若有，执行步骤S72；否则，返回执行步骤S1。

9.根据权利要求5所述的改变姿态的气门装配机器人手爪的工作过程，其特征在于，步骤S2包括步骤：S21：利用所述机器人将所述视觉相机的位置进行调整，获取气门杆位置图片；

S22：对所述气门杆位置图片进行处理，获取气门杆定位信息。

说明书

一种可改变姿态的气门装配机器人手爪及其工作过程

技术领域

[0001] 本发明涉及智能机器人领域，尤其涉及一种可改变姿态的气门装配机器人手爪及其工作过程。

背景技术

[0002] 在汽车行业内，发动机的性能直接影响着汽车的性能，而气门是发动机的进排气的闸阀，直接影响发动机的动力性、经济型、可靠性和持久性。由于气门的装配精度要求高，工序复杂，现如今气门的装配多采用人工装配，效率低，成本高。而在实际生产中，装配作业的自动化程度却远低于其它作业的自动化水平，成为提高生产率的主要制约因素。因此，提供一种自动化的气门装配机器人以气门的生产效率，成为目前亟待解决的问题。

发明内容

[0003] 鉴于上述问题，本申请记载了一种可改变姿态的气门装配机器人手爪，所述手爪包括：

[0004] 固定装置，所述固定装置的顶部上设置有机器人法兰，用以将所述手爪与机器人连接；

[0005] 若干导杆气缸，固定设置在所述固定装置上；

[0006] 若干单手爪，均匀且固定设置在所述固定装置的四周，且与所述导杆气缸一一对应连接，所述单手爪之间相互铰接；

[0007] 其中，所述固定装置的底部中心设置有视觉相机，用以定位装配孔和/或料盘中气门杆。

[0008] 较佳的，所述固定装置包括：

[0009] 固定轴，与所述机器人法兰固定连接；

[0010] 若干固定杆，一端固定设置在所述固定轴的四周；

[0011] 固定块，所述固定杆的另一端均固定设置在所述固定块上端面；

[0012] 其中，所述单手爪通过所述固定块相互铰接，所述视觉相机固定设置在所述固定块的下端面的中心处。

[0013] 较佳的，所述单手爪包括：

[0014] 三爪气缸，所述三爪气缸之间通过所述固定块相互铰接，且每个所述三爪气缸均与以所述导杆气缸连接；

[0015] 三爪，连接在所述三爪气缸的输出轴上。

[0016] 较佳的，每个所述三爪上均设置有压力传感器。

[0017] 较佳的，所述机器人通过所述机器人法兰带动所述手爪旋转和/或移动。

[0018] 本发明还提供了一种改变姿态的气门装配机器人手爪的工作过程，所述工作过程包括步骤：

[0019] S1：所有的导杆气缸收缩，所有的单手爪中的三爪气缸张开；

[0020] S2：利用视觉相机对气门杆进行定位，以获取气门杆定位信息；

[0021] S3：机器人根据所述气门杆定位信息调整所述手爪的位置；

[0022] S4：所有的所述导杆气缸伸出，带动所有的所述三爪气缸聚拢，使得所有的单手爪中的三爪的抓取方向一致；

[0023] S5：每个所述单手爪从料盘中抓取一根所述气门杆；

[0024] S6：所述机器人将所述手爪移动至装配孔附近；

[0025] S7：所述机器人带动手爪旋转，使得每根所述气门杆插入不同的所述装配孔中。

[0026] 较佳的，步骤S7中具体包括步骤：

[0027] S71：所有的导杆气缸伸出，所述单手爪打开；

[0028] S72：利用视觉相机获取装配孔位置信息；

[0029] S73：所述机器人根据所述装配孔位置信息调整所述手爪姿态，以将所述手爪中的一根所述气门杆插入所述装配孔中；

[0030] S74：所述机器人带动所有的所述单手爪旋转，直至所有的所述气门杆都插入装配孔中。

[0031] 较佳的，步骤S73包括步骤：

[0032] S731：所述机器人根据所述装配孔信息调整所述手爪的姿态，所述机器人移动所述手爪上的一根所述气门杆至所述装配孔处；

[0033] S732：该气门杆所在的所述三爪上的压力传感器获取该气门杆的压力信息；

[0034] S733：对所述压力信息进行处理以判定该气门杆是否已经插入所述装配孔中，若是，则执行步骤S74；否则，返回执行步骤S734；

[0035] S734：所述机器人带动所述气门杆运动，返回执行步骤S733。

[0036] 较佳的，步骤S74包括步骤：

[0037] S741：打开插入所述装配孔的所述气门杆对应的所述三爪，；

[0038] S742：判断所述手爪上是否还抓取有气门杆，若有，执行步骤S72；否则，返回执行步骤S1。

[0039] 较佳的，步骤S2包括步骤：

[0040] S21：利用所述机器人将所述视觉相机的位置进行调整，获取气门杆位置图片；

[0041] S22：对所述气门杆位置图片进行处理，获取气门杆定位信息。

[0042] 上述技术方案具有如下优点或有益效果：本发明提供的可改变姿态的气门装配机器人手爪，通过设置多个铰接的三爪气缸以及多个导杆气缸，实现了手爪一次性抓取多个气门杆的效果。此外，视觉相机和压力传感器的配合使用，提高了装配精度，解决了自动装配难以实现的问题，进一步提高了装配效率，降低了成本。

附图说明

[0043] 参考所附附图，以更加充分的描述本发明的实施例。然而，所附附图仅用于说明和阐述，并不构成对本发明范围的限制。

[0044] 图1为本发明一种可改变姿态的气门装配机器人手爪的结构示意图；

[0045] 图2A为本发明一种可改变姿态的气门装配机器人手爪中单手爪张开时的结构示意图一；

[0046] 图2B为本发明一种可改变姿态的气门装配机器人手爪中单手爪张开时的结构示意图二；

[0047] 图3A为本发明一种可改变姿态的气门装配机器人手爪的仰视图一；

[0048] 图3B为本发明一种可改变姿态的气门装配机器人手爪的仰视图二；

[0049] 图4A为本发明一种可改变姿态的气门装配机器人手爪抓取气门杆后的结构示意图一；

[0050] 图4B为本发明一种可改变姿态的气门装配机器人手爪抓取气门杆后的结构示意图二；

[0051] 图5为本发明一种可改变姿态的气门装配机器人手爪抓取气门杆且张开后的结构示意图；

[0052] 图6为本发明一种可改变姿态的气门装配机器人手爪的使用状态示意图；

[0053] 图7A为本发明一种可改变姿态的气门装配机器人手爪的工作过程的流程示意图一；

[0054] 图7B为本发明一种可改变姿态的气门装配机器人手爪的工作过程的流程示意图二；

[0055] 图7C为本发明一种可改变姿态的气门装配机器人手爪的工作过程的流程示意图三。

具体实施方式

[0056] 下面结合附图和具体实施例对本发明一种可改变姿态的气门装配机器人手爪及其工作过程进行详细说明。

[0057] 实施例一

[0058] 如图1所示，一种可改变姿态的气门装配机器人手爪，包括：

[0059] 固定装置，所述固定装置上设置有机器人法兰11，用以将所述手爪与机器人连接；

[0060] 若干导杆气缸2，固定设置在所述固定装置上；

[0061] 若干单手爪，固定设置在所述固定装置上，且与所述导杆气缸2一一对应连接，用以抓取气门杆01。

[0062] 其中，所述单手爪可以为三爪气缸31，与所述导杆气缸2一一对应相连，且不同的三爪气缸31之间相互铰接；此外，所述三爪气缸31均与所述固定装置固定连接。

[0063] 三爪气缸31上设置有三爪32，所述三爪气缸31上固定设置所述三爪32，用以抓取气门杆01，所述三爪32通过所述三爪气缸31的伸缩完成张开和闭合。

[0064] 具体来说，本实施例提供的机器人手爪，主要通过固定装置上的机器人法兰11与机器人固定连接，此外机器人还能通过该固定装置带动整个手爪的旋转。对于手爪，设置有若干个导杆气缸2，每个导杆气缸2都与一三爪气缸31固定连接。由于所有的三爪气缸31之间相互铰接，所以当所有的导杆气缸2伸缩，带动三爪气缸31的运动，完成所有的三爪气缸31张开和闭合。如图2和图3所示，其为三爪气缸31张开时的两种结构示意图。

[0065] 更进一步来讲，所述固定装置包括：

[0066] 机器人法兰11，用以将所述手爪与机器人固定连接；

[0067] 固定轴12，与所述机器人法兰11固定连接，机器人通过所述固定轴12带动所述手爪旋转；

[0068] 若干根固定杆13，一端固定设置在所述固定轴12的四周。

[0069] 具体来说，在该手爪中，利用机器人法兰11将手爪与机器人固定连接，另外，该机器人法兰11设置在固定轴12上，而机器人通过该固定轴12能够带动整个手爪的旋转运动。

[0070] 此外，机器人法兰11设置在固定轴12的一个端面上，固定轴12的另一端面的四周均匀分别且固定设置有若干根固定杆13，每根固定杆13上都固定设置有一三爪气缸31，即三爪气缸31通过固定杆13与所述固定轴12固定连接。当机器人带动固定轴12旋转时，三爪气缸31也会随之旋转。

[0071] 进一步来讲，所述固定杆13的一端固定在所述固定轴12上，另一端固定在一固定块14上，此外，所有的所述三爪气缸31均匀设置于所述固定块14的四周，且均通过所述固定块14进行铰接。

[0072] 进一步来说，所述固定块14的下端面中间部位设置一视觉相机4，用以定位装配孔的位置。如图3和3B所示，其分别为手爪的在三爪气缸31闭合和打开时的仰视图。

[0073] 具体来说，本实施例提供的手爪在工作时，先要通过视觉相机4来定位气门杆01的位置，所以首先要利用导杆气缸2收缩，使手爪的所有单手爪张开。此时，就能够给出视觉相机4的拍照空间，再通过机器人姿态的变化，完成对气门杆01的定位，最后根据定位信息利用机器人对手爪的位置进行调节。之后，所有的导杆气缸2伸开，进而带动所有的三爪气缸31聚拢在一起，使得三爪气缸31的三爪32的抓取方向一致。此时，利用三爪气缸31打开所有的三爪32，抓取料盘中的气门杆01。如图4A和图4B所示，其为手爪32抓取了气门杆01时的两种结构状态示意图。值得指出的是，因为此时所有的三爪32均打开，且三爪32的抓取方向一致，那么当所有的三爪32收缩闭合时，每个三爪32均能抓取一根气门杆01。进一步来讲，机器人将所述三爪32进行调整，使其的轴向在垂直方向，则此时利用导杆气缸2使得三爪气缸
31聚拢后，三爪32的抓取方向垂直向下。对应的，此时的料盘中的气门杆01的设置方向也在垂直方向，那么只需要设置好料盘中气门杆01的位置，则本实施例中提供的手爪就能够一次性抓取与三爪32数量相对应的气门杆01。

[0074] 当手爪抓取了若干个气门杆01后，如图5所示，利用导杆气缸2使得所有的三爪气缸31打开，从而避免了手爪之间的相互干涉，再通过改变机器人的姿态，将气门移动至缸体上的装配孔附近。具体来说，所有的三爪气缸31打开后，给出了视觉相机4的拍照空间，通过机器人姿态调整，利用视觉相机4对装配孔拍照定位，并根据定位信息改变机器人的姿态，将气门杆01移动至装配孔的附近位置。

[0075] 值得指出的是，因为当利用导杆气缸2使得所有的三爪气缸31打开后，三爪32抓取的气门杆01也均随着运动，气门杆01的方向也随之改变。为了将气门杆01准确的插入装配孔中，气门杆01需要从一定的角度上插入装配孔，所以需要利用视觉相机4和机器人相配合，来改变手爪的姿态。此外，由于手爪一次性抓取了若干根气门杆01，在完成了一根气门杆01的装配后，机器人会带动固定装置旋转，将第二气门杆01带动至下一个气缸装配孔所在位置，完成第二次装配，直至所有的气门杆01全部完成装配。之后，机器人带动手爪再次去抓取气门杆01。

[0076] 进一步来讲，本实施例提供的手爪中有四个导杆气缸2，此外还有四个三爪气缸31与导杆气缸2一一对应连接，则该手爪能够一次性抓取四根气门杆01。

[0077] 进一步来讲，每个三爪32处均设置有压力传感器。

[0078] 在实际应用中，如图6所示，当利用视觉相机4对装配孔进行定位后，机器人根据定位信息对手爪的姿态和位置进行调整，然后机器人带动手爪将一根气门杆01移动至装配孔附近。但是在该过程中，由于缸体上的装配孔较小，在拍照定位后仍然会存在无法精确插入的问题。所以，此时便可以通过压力传感器来实现精确插入动作。具体来说，在插入过程中，机器人手爪在先前视觉定位的位置进行软浮动试插入，通过力传感器感知气门杆01前端的压力，以判定气门杆01此时是顶在缸体上还是已经插入在装配孔处。若判定结果为气门杆01顶在缸体上，那么再次通过机器人改变手爪姿态，直至将气门杆01插入装配孔中，然后张开该气门杆01对应的三爪气缸31，完成对气门的装配。在完成了一个气门的装配后，通过机器人姿态的调整，完成其它几个手爪上的气门杆01的装配。

[0079] 本发明提供的可改变姿态的气门装配机器人手爪，通过设置多个铰接的三爪气缸31以及多个导杆气缸2，实现了手爪一次性抓取多个气门杆01的效果。此外，视觉相机4和压力传感器的配合使用，提高了装配精度，解决了自动装配难以实现的问题，进一步提高了装配效率，降低了成本。

[0080] 实施例二

[0081] 根据上述实施例提供的一种可改变姿态的气门装配机器人手爪，本实施例提供了可改变姿态的气门装配机器人手爪的工作过程。

[0082] 如图7A所示，一种可改变姿态的气门装配机器人手爪的工作过程，包括步骤：

[0083] S1：所有的导杆气缸2收缩，所有的单手爪张开；

[0084] S2：利用视觉相机4对气门杆01进行定位，以获取气门杆01定位信息；

[0085] S3：机器人根据所述气门杆01定位信息调整所述手爪的位置；

[0086] S4：所有的所述导杆气缸2伸出，带动所有的单手爪聚拢，使得所有的单手爪的抓取方向一致；

[0087] S5：每个所述单手爪从料盘中抓取一根气门杆01；

[0088] S6：通过机器人将所述手爪移动至装配孔附近；

[0089] S7：通过机器人带动手爪的旋转，使得每个单手爪的气门杆01依次插入至不同的所述装配孔中。

[0090] 具体来说，在本实施例中，首先利用所有的导杆气缸2的收缩，来带动单手爪的张开，此时就能够给出视觉相机4的拍照空间，然后利用视觉相机4对气门杆01进行定位，以获取气门杆01的定位信息。机器人根据该气门杆01定位信息调整手爪的位置，然后导杆气缸2伸出，带动所有的单手爪聚拢，使得此时所有的单手爪的抓取方向一致。之后，每个单手爪均从料盘中抓取气门杆01。值得指出的是，单手爪聚拢后，每个单手爪的抓取方向均可为垂直向下，那么此时料盘中的气门杆01均垂直放置，此时只需要设置好料盘中气门杆01的位置，则手爪就能够一次性抓取与单手爪数量相对应的气门杆01。此外，本实施例中的单手爪可以包括三爪气缸31和三爪32，利用三爪气缸31带动三爪32的张开了闭合，以完成对导杆气缸2的抓取。每个单手爪抓取了气门杆01后，利用机器人将手爪移动至装配孔处，最后通过机器人带动手爪的旋转，使得每个单手爪的气门杆01依次插入至不同的所述装配孔中。

[0091] 进一步来讲，如图7B所示，S2中具体包括步骤：

[0092] S21：通过机器人姿态变化，将视觉相机4的位置进行调整，获取气门杆01位置图片；

[0093] S22：对所述气门杆01位置图片进行处理，获取气门杆01定位信息。

[0094] 具体来说，在利用视觉相机4对气门杆01进行定位时，首先要通过机器人姿态调整，将视觉相机4置于气门杆01的上方，返回利用视觉相机4拍摄气门杆01位置照片，再对该照片进行处理，获取气门杆01定位信息。

[0095] 进一步来讲，S7中具体包括步骤：

[0096] S71：所有的导杆气缸2收缩，所有的单手爪打开；

[0097] S72：利用视觉相机4获取装配孔位置图片，对所述装配孔位置图片进行处理以获取装配孔位置信息；

[0098] S73：机器人根据所述装配孔位置信息调整姿态，以将手爪中的一个气门杆01插入所述装配孔中；

[0099] S74：机器人带动所述手爪旋转，直至所有的气门杆01都插入装配孔中。

[0100] 具体来说，在将单手爪中的气门杆01插入装配孔时，首先要利用导杆气缸2将原本聚拢在一起的单手爪打开，这个过程中气门杆01也均随着运动，气门杆01的方向也随之改变。为了将气门杆01准确的插入装配孔中，气门杆01需要从一定的角度上插入装配孔，所以需要利用视觉相机4和机器人相配合，来改变手爪的姿态。此外，由于手爪一次性抓取了若干根气门杆01，在完成了一根气门杆01的装配后，机器人会带动固定装置旋转，将第二气门杆01带动至下一个气缸装配孔所在位置，完成第二次装配，直至所有的气门杆01全部完成装配。之后，机器人带动手爪再次去抓取气门杆01。

[0101] 进一步来讲，S73包括步骤：

[0102] S731：机器人根据所述装配孔位置信息调整姿态，机器人带动手爪将一根气门杆01移动至装配孔处；

[0103] S732：该气门杆01所对应的压力传感器获取压力信息；

[0104] S733：对所述压力信息进行处理以判定所述气门杆01是否已经插入至装配孔中，若是，执行S74；否则，执行S734；

[0105] S734：机器人带动所述气门杆01运动，返回执行步骤S733。

[0106] 具体来说，当利用视觉相机4对装配孔进行定位后，机器人根据定位信息对手爪的姿态和位置进行调整，然后机器人带动手爪将一根气门杆01移动至装配孔附近。但是在该过程中，由于缸体上的装配孔较小，在拍照定位后仍然会存在无法精确插入的问题。所以，根据气门杆01插入装配孔或抵接在发动机外壳上的压力不同，便可以通过压力传感器来实现精确插入动作。具体来说，在插入过程中，机器人手爪在先前视觉定位的位置进行软浮动试插入，通过力传感器感知气门杆01前端的压力，以判定气门杆01此时是顶在缸体上还是已经插入在装配孔处。若判定结果为气门杆01顶在缸体上，那么再次通过机器人改变手爪姿态，直至将气门杆01插入装配孔中，然后张开该气门杆01对应的三爪气缸31，完成对气门的装配。在完成了一个气门的装配后，通过机器人姿态的调整，完成其它几个手爪上的气门杆01的装配。

[0107] 进一步来讲，如图7C所示，S74中具体包括步骤：

[0108] S741：打开该气门杆01所对应的三爪32；

[0109] S742：判断手爪上是否还抓取有气门杆01，若有，执行步骤S72；否则，执行步骤S1。

[0110] 具体来说，在通过压力传感器将气门杆01插入装配孔中后，打开抓取该气门杆01的三爪32，则一个气门杆01的装配完成。之后，若手爪上还有装配孔，则需要利用机器人带动手爪旋转，使下一个气门杆01移动至另一个装配孔处，然后返回执行步骤S72，直至手爪上所有的气门杆01都装配完成，则该手爪则进行下一次抓取，即返回执行步骤S1。

[0111] 本发明提供的可改变姿态的气门装配机器人手爪的工作过程，实现了手爪一次性抓取多个气门杆01的效果。此外，视觉相机4和压力传感器的配合使用，提高了装配精度，解决了自动装配难以实现的问题，进一步提高了装配效率，降低了成本。

[0112] 对于本领域的技术人员而言，阅读上述说明后，各种变化和修正无疑将显而易见。因此，所附的权利要求书应看作是涵盖本发明的真实意图和范围的全部变化和修正。在权利要求书范围内任何和所有等价的范围与内容，都应认为仍属本发明的意图和范围内。