本發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：

1、隨著我國制造業向無人化、智能化的推進，機械臂因具有有效提升生產效率、降低成本、提高產品質量和安全性高等優點，已成為現代制造業轉型升級的重要推動力。在高強度、高穩定性或承受大載荷的工業場景當中，大尺寸重型工件的搬運通常借助桁架設備，存在桁架設備運行所需的空間大、耗費大量的人力資源、工作效率低、危險系數高、靈活性低等問題，因此運用機械臂實現對大尺寸重型工件的搬運已成為發展趨勢。但常用的機械臂末端抓具選用機械結構與液壓系統相結合，存在結構復雜、占用空間大、抓取準確率低、成本高的問題。而常用的氣壓驅動機械臂末端抓具選用柔性結構雖然能有效提高抓取的準確率，但難以應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，難以實現搬運過程中的穩定性，易產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取；

5、第三，搬運大尺寸重型工件的過程中，要求采用氣壓驅動，常用的氣壓驅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定性差、準確性差以及承載能力低的問題，本發明設計了一種重型工件的機械臂末端多點柔性抓具裝置，用于實現機械臂穩定、準確、快速搬運大尺寸重型工件。

技術實現思路

1、本發明要解決的技術問題是：

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

3、本發明為解決上述技術問題所采用的技術方案：

4、本發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、桁架結構組件和柔性移動平臺組件，

5、所述桁架結構組件包括快換組件的工件端、桁架結構、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置在桁架結構的頂端中間位置，所述桁架結構為長方體結構；所述氣管固定到所述桁架結構上；所述桁架結構沿長度方向的兩側對稱的設有三對均布的連接座，每個連接座上均設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，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構，所述柔性平臺支撐座設置在桁架結構的連接座上，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構且外部設有限位圓臺，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均設有推力球軸承，上下兩側的推力球軸承均能同步在半徑方向的空間臨界范圍內自由移動；

8、所述夾緊器固定端的下方圓臺與夾緊器連接，所述夾緊器設有倒角，所述夾緊器的底部中心處設有空腔，空腔內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對多點柔性抓具的位移和姿態調整，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有抗磨損墊片，上下兩側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，所述夾緊器設有2mm的倒角，所述牽引螺栓設有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，所述夾緊器固定端的底部圓臺上套接有夾板移動側，所述夾板固定側和夾板移動側觸接且可相對滑動；所述夾板固定側的上方和夾板移動側的下方相對位置均設有環形磁鐵，用于保證非工作狀態下，通過一對環形磁鐵使柔性平臺移動軸始終位于位移區域的中心處。

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，通過機械臂調整末端抓具的位置和姿態使六個夾持點的柔性移動平臺組件位于各夾持點上方，驅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生中斷，依靠氣動保壓閥保證多點柔性抓具裝置在2h內自鎖。

20、相較于現有技術，本發明的有益效果是：

21、(1)本發明為實現機械臂采用氣壓驅動穩定、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，實現搬運過程中的穩定性。

23、(3)本發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定性差的問題。

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

25、(5)本發明采用防松螺栓，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)本發明的桁架結構采用q235鋼板焊接而成，安全系數1.5，搬運質量為800kg的大尺寸重型工件過程中，桁架結構最大等效應力58.3mpa，最大變形339μm，明顯小于許用應力157mpa，滿足強度要求。