专利名称：一种具有自动抓取装置的机器人及自动抓取方法
技术领域：
本发明涉及一种机器人，尤其涉及一种机器人的抓取装置及自动抓取方法。
背景技术：
现有技术中，机器人已广泛应用于各行业的生产、加工中，即提高了工作效率，同时又节约了人工成本。电池是电动车辆最为核心的技术之一，然而，现有电动车均面临电池续航能力不足的问题，充电后的行驶距离为300km之内，难以满足消费者的要求，只有再次充电或者更换电池后，电动车辆才能继续得以行驶。因此，电池的换电方式将直接影响电动车辆使用的方便性。现有技术中通常采用人工方式进行电池更换，虽然人工参与加大了电池更换的灵活性，但是增加了人力成本，降低了电池更换的效率，不能满足日益增加的电动车电池更换的需求。
发明内容
为了解决现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种，具有实现电动车电池的自动抓取，提高电池的更换效率的自动抓取装置的机器人及自动抓取方法。为了完成上述目的，本发明的一种具有自动抓取装置的机器人，所述自动抓取装置，包括，外围框架、行走机构、锁操作机构、基板，以及控制单元，其中，
所述行走机构和所述锁操作机构分别安装在所述基板上，接受所述控制单元的控制，输送被抓取物。其中，所述行走机构，进一步包括，伺服电机、减速机、行走底座、辊轴、辊轴支架、传动机构，以及行走滑轨；
所述伺服电机通过所述减速机固定在行走底座上；
所述辊轴通过所述辊轴支架和所述行走滑轨，平行安装在所述基板上；
所述传动机构与减速机之间采用活动连接。其中，所述传动机构采用齿轮、齿条传动方式或齿轮、齿轮轴传动方式。其中，所述锁操作机构进一步包括，旋转气缸、定位凸台、双向夹紧气缸和夹指，其中，
所述双向夹紧气缸安装在行走底座上；所述旋转气缸通过旋转气缸支架安装在行走底座上；所述定位凸台与所述旋转气缸连接；所述夹指与所述双向夹紧气缸连接；
所述定位凸台采用电磁吸盘或真空吸盘。其中，所述自动抓取装置，进一步包括，用于获取所述装置与被抓物体之间的角度及距离的定位单元，所述定位单元固定安装在外围框架的上部。其中，所述定位单元包括，定位支架、摄像头、摄像头光源，以及距离检测传感器，所述摄像头、摄像头光源，以及距离检测传感器置于所述定位支架上，所述定位支架安装在外围框架的上部。为了完成上述目的，本发明的一种机器人的自动抓取方法，所述方法包括以下步骤1)检测并调整自动抓取装置与被抓取物之间的角度和距离；2)检测并调整定位凸台与被抓取物之间的贴合；3)将被抓取物拉入抓取装置并输送到指定位置。其中，所述步骤I)进一步包括以下步骤
距离检测传感器检测自动抓取装置端面与物体端面的角度及距离，并将检测数据传输到机器人的控制单元；
机器人调整自动抓取装置的位置，保证自动抓取装置端面与被抓取物端面平行。其中，所述步骤2)进一步包括以下步骤
机器人通过定位单元的摄像头光源和摄像头采集的被抓取物靠近自动抓取装置的端面，调整定位凸台，使定位凸台与被抓取物解锁盘贴合；
判断所述定位凸台与所述被抓取物解锁盘是否贴合到位；
旋转气缸控制定位凸台进行旋转解锁，双向夹紧气缸控制夹指夹紧被抓取物。本发明的一种具有自动抓取装置的机器人及自动抓取方法，降低了劳动强度，提高了生产效率，强化了自动化程度，实现了电动车电池的自动抓取，提高电池的更换效率，节省了劳动力的成本。本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，并与本发明的实施例，一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中
图I为根据本发明的机器人的自动抓取装置立体结构示意 图2为根据本发明的机器人的自动抓取装置俯视 图3为根据本发明的机器人的自动抓取装置主视 图4为根据本发明的机器人的自动抓取装置后视 图5为根据本发明的机器人的自动抓取装置左视 图6为根据本发明的机器人的自动抓取装置右视 图7为根据本发明的机器人的自动抓取方法流程图。
具体实施例方式以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。图I为根据本发明的机器人自动抓取装置立体结构示意图；图2为根据本发明的机器人的自动抓取装置俯视图，如图I和2所示，本发明机器人的自动抓取装置，包括外围框架101、基板110、伺服电机102、减速机103、双向夹紧气缸104、旋转气缸105、定位凸台106、夹指107、旋转气缸支架108、辊轴支架111、辊轴112、齿条113、行走滑轨114、定位支架120、摄像头121、摄像头光源122，以及距离检测传感器123，其中，
外围框架101安装在机器人的手臂(图中未示出)上，基板110固定安装在框架101的底部；在基板110上,竖向平行布置有两排棍轴112,每一排滚轴通过棍轴支架111固定在基板Iio上；在两排辊轴112之间的基板110上，安装有两根平行的行走滑轨114，行走滑轨114相对于每一排辊轴112平行；齿条113位于辊轴112与行走滑轨114之间；
伺服电机102，其与减速机103采用固定连接；
定位凸台106安装在旋转气缸105上，通过旋转气缸105带动定位凸台106旋转，对被抓取物进行固定；本发明中，采用电磁吸盘或真空吸盘的方式，同样能够达到对被抓取物进行固定的目的。旋转气缸105固定安装在旋转气缸支架108上；
双向夹紧气缸104，其位于旋转气缸105的后部；
两个夹指107分别置于旋转气缸105的两侧，并固定连接在双向夹紧气缸104上，用于夹紧被抓取物；·
定位支架120，固定安装在外围框架101上，优选地，定位支架120安装在外围框架101前部水平横梁201上，摄像头121、摄像头光源122，以及距离检测传感器123分别安装在定位支架120上，定位支架120、摄像头121、摄像头光源122，以及距离检测传感器123构成了用于定位抓取装置的定位单元。图3为根据本发明的机器人的自动抓取装置主视图；图4为根据本发明的机器人的自动抓取装置后视图；图5为根据本发明的机器人的自动抓取装置左视图；图6为根据本发明的机器人的自动抓取装置右视图，如图3-6所示，本发明的机器人的自动抓取装置还包括齿轮115，以及行走底座109，其中，
定位单元包括I个摄像头121、2个位于摄像头附近的摄像头光源122，以及3个距离检测传感器123。行走底座109位于两根平行的行走滑轨114上，其上部分别安装有减速机103、双向夹紧气缸104，以及旋转气缸105，其中，减速机103固定安装在行走底座109的后部，双向夹紧气缸104固定安装在行走底座109的中部，旋转气缸105通过旋转气缸支架108固定安装在行走底座109的前部；
齿轮115安装在减速机103上，并与齿条113啮合。伺服电机102通过减速机103带动齿轮115旋转，并通过齿条113拉动行走底座109上的锁操作机构进行前后运动，达到输送被抓取物的目的。其中，锁操作机构包括双向夹紧气缸104、夹指107、旋转气缸105以及定位凸台106。本发明中，行走底座109、伺服电机102、减速机103、齿轮115、齿条113、行走滑轨114、辊轴112及辊轴支架111构成了机器人的自动抓取装置的行走机构，带动双向夹紧气缸104、夹指107、旋转气缸105以及定位凸台106进行前后运动，其中，不限于采用齿轮115、齿条13作为传动机构与减速机连接，还可以采用齿轮、齿轮轴的形式与减速机连接，使行走底座109在行走滑轨114移动，同样能够达到输送被抓取物的目的。本发明的机器人的自动抓取装置，还包括安装状态监控指示单元，以及控制锁操作机构和行走机构工作的控制单元(图中未示出)。机器人自动抓取装置通过状态监控指示单元与上述控制单元电连接，在整个操作的过程中，状态监控指示单元用于监控本发明中的电池抓取的工作状态，同时进行实时的抓取监控。图7为根据本发明的机器人的自动抓取方法工作流程图，下面将参考图7，对本发明的机器人的自动抓取方法进行详细描述
在本实施例中，为了便于理解，下面将以更换电动车电池的工作流程进行说明。首先，在步骤701，检测抓取装置与被抓取物之间的角度和距离。当电动车就位后，机器人带动抓取装置靠近被抓取物(电动车电池)，此时，抓取装置的三组距离检测传感器分别检测各自所在的点到被抓取物靠近抓取装置的端面的角度和距离(也就是抓取装置靠近被抓取物的端面与被抓取物靠近抓取装置的端面之间的角度及距离)，并将检测数据传输到控制单元。在步骤702，机器人调整抓取装置的位置。 抓取装置的控制单元，根据每组距离检测传感器所在的点到被抓取物靠近抓取装置的端面的角度和距离，利用三点一面的原理计算出三个距离的调整量，并将上述的调整量传输到机器人控制系统，机器人根据上述调整量，调整抓取装置靠近被抓取物(电池)的端面与被抓取物(电池)靠近抓取装置的端面之间的角度及距离。在步骤703，判断抓取装置与抓取物是否平行。抓取装置的控制单元，根据每组距离检测传感器所在的点到被抓取物靠近抓取装置的端面的角度和距离，判断抓取装置靠近被抓取物(电池)的端面与被抓取物(电池)靠近抓取装置的端面是否平行，如果平行则进行下一步骤；如果不平行则返回步骤702。在步骤704，机器人带动抓取装置行进，并调整定位凸台的位置。抓取装置通过定位单元的摄像头光源和摄像头，采集被抓取物靠近抓取装置的端面的圆形解锁盘面和下端面图形，机器人根据上述图形，调整定位凸台106，使定位凸台106与被抓取物解锁盘贴合。在步骤705，判断定位凸台与被抓取物解锁盘是否贴合到位。状态监控指示单元检测定位凸台与被抓取物解锁盘是否贴合到位，如果贴合到位则进行下一步骤；如果没有贴合到位则返回步骤704。在步骤706，旋转解锁并抓紧被抓取物。在该步骤中，锁操作机构的旋转气缸105控制定位凸台106进行180°旋转解锁，双向夹紧气缸105控制夹指107夹紧被抓取物。在步骤707，行走机构的伺服电机102启动，并将被抓取物拉入到抓取装置中。在步骤708，机器人将抓取装置移动到指定位置，行走机构的伺服电机102起动，将被抓取物从抓取装置中推出。如上，重复从701到708的步骤，能够传送被抓取物。在电动车更换电池中，采用本发明的具有自动抓取装置的机器人及自动抓取方法，具有稳定性高、安全性高、便于操作和便于维护等特点。本领域普通技术人员可以理解以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种具有自动抓取装置的机器人，所述自动抓取装置，包括，外围框架、行走机构、锁操作机构、基板，以及控制单元，其特征在于， 所述行走机构和所述锁操作机构分别安装在所述基板上，接受所述控制单元的控制，输送被抓取物。
2.根据权利要求I所述的具有自动抓取装置的机器人，其特征在于，所述行走机构，进一步包括，伺服电机、减速机、行走底座、辊轴、辊轴支架、传动机构，以及行走滑轨； 所述伺服电机通过所述减速机固定在行走底座上； 所述辊轴通过所述辊轴支架和所述行走滑轨，平行安装在所述基板上； 所述传动机构与减速机之间采用活动连接。
3.根据权利要求2所述的具有自动抓取装置的机器人，其特征在于，所述传动机构采用齿轮、齿条传动方式或齿轮、齿轮轴传动方式。
4.根据权利要求I所述的具有自动抓取装置的机器人，其特征在于，所述锁操作机构进一步包括，旋转气缸、定位凸台、双向夹紧气缸和夹指，其中， 所述双向夹紧气缸安装在行走底座上；所述旋转气缸通过旋转气缸支架安装在行走底座上；所述定位凸台与所述旋转气缸连接；所述夹指与所述双向夹紧气缸连接； 所述定位凸台采用电磁吸盘或真空吸盘。
5.根据权利要求I所述的具有自动抓取装置的机器人，其特征在于，所述自动抓取装置，进一步包括，用于获取所述装置与被抓物体之间的角度及距离的定位单元，所述定位单元固定安装在外围框架的上部。
6.根据权利要求5所述的具有自动抓取装置的机器人，其特征在于，所述定位单元包括，定位支架、摄像头、摄像头光源，以及距离检测传感器，所述摄像头、摄像头光源，以及距离检测传感器置于所述定位支架上，所述定位支架安装在外围框架的上部。
7.根据权利要求6所述的具有自动抓取装置的机器人，其特征在于，所述距离检测传感器为三个距离检测传感器。
8.一种机器人的自动抓取方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤1)检测并调整自动抓取装置与被抓取物之间的角度和距离；2)检测并调整定位凸台与被抓取物之间的贴合；3)将被抓取物拉入抓取装置并输送到指定位置。
9.根据权利要求8所述的机器人的自动抓取方法，其特征在于，所述步骤I)进一步包括以下步骤 距离检测传感器检测自动抓取装置端面与物体端面的角度及距离，并将检测数据传输到机器人的控制单元； 机器人调整自动抓取装置的位置，保证自动抓取装置端面与被抓取物端面平行。
10.根据权利要求8所述的机器人的自动抓取方法，其特征在于，所述步骤2)进一步包括以下步骤 机器人通过定位单元的摄像头光源和摄像头采集的被抓取物靠近自动抓取装置的端面，调整定位凸台，使定位凸台与被抓取物解锁盘贴合； 判断所述定位凸台与所述被抓取物解锁盘是否贴合到位； 旋转气缸控制定位凸台进行旋转解锁，双向夹紧气缸控制夹指夹紧被抓取物。
全文摘要
一种具有自动抓取装置的机器人及自动抓取方法，所述自动抓取装置，包括，外围框架、行走机构、锁操作机构、基板，以及控制单元。所述行走机构和所述锁操作机构分别安装在所述基板上，接受所述控制单元的控制，输送被抓取物。所述机器人的自动抓取方法，包括以下步骤检测并调整自动抓取装置与被抓取物之间的角度和距离；检测并调整定位凸台与被抓取物之间的贴合；将被抓取物拉入自动抓取装置并输送到指定位置。本发明的具有自动抓取装置的机器人及自动抓取方法，既降低了劳动强度，提高了生产效率，又强化了自动化程度。
文档编号B25J9/10GK102941568SQ20121039438
公开日2013年2月27日 申请日期2012年10月17日 优先权日2012年10月17日
发明者黄坤, 曹利, 曾孔庚, 张洪涛, 叶坤, 喻行涛 申请人:安川首钢机器人有限公司