[发明专利]用于箱体码垛－拆垛的机器人手爪

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于箱体类包装物品码垛－拆垛的机器人手爪，适用于食品、医药、烟草、石油化工领域的物流和仓储行业，专门用来实现对由表面正交六面箱体包装的物品进行码垛和拆垛操作。

背景技术

在如食品、医药、烟草、石油化工领域的物流和仓储等行业中，产品的制造、货物的仓储及运输流通环节均涉及到码垛或拆垛过程。目前，码垛过程采用码垛机器人及其手爪代替人工操作比较多，但拆垛过程多数还是依靠人工搬取来实现，如，货物从仓储位置装车的拆垛过程通常由装车工完成。随着降低产品的人工费用成本和提高生产自动化程度的市场竞争要求，以及由于利用码垛机器人及手爪进行码垛或拆垛具有比人工操作效率高很多的优点，采用码垛机器人及其手爪代替人工来完成码垛和拆垛的需求越来越大，而机器人手爪是实现码垛和拆垛操作的关键部件之一。

机器人码垛操作流程包括：码垛机器人带动其手爪对生产线（如，输送带）上的物品进行定位、抓取，进而定位搬运到码放位置，然后进行物品放置操作，放置完成后手爪抬起，进入下一个物品的码垛搬运循环环节；机器人拆垛操作流程包括：码垛机器人带动其手爪对垛形中某一物品进行定位、抓取，进而定位搬运到放置位置，然后进行物品放置操作、放置完成后手爪抬起，进入到下一物品的拆垛搬运循环环节。从上述抓取与搬运流程来看，码垛和拆垛在手爪操作动作上没有本质区别，两者的不同之处在于抓取或放置时被抓物品的所处环境情况（如，待抓取箱体周围是否存在相邻箱体或其它物理障碍）。码垛时，物品一般是离散单独放置的，手爪对其抓取时周围可不存在障碍，但放置到垛形中时，先放置的物品会对后继放置操作带来妨碍或干涉，这种干涉或妨碍即为码垛操作要解决的关键问题之一。拆垛时，被抓取物品放置于垛形之中，需由顶层至底层依次进行拆垛操作，同一层物品的拆垛顺序亦有先后，在进行抓取操作时相邻物品对待抓取物品同样存在物理干涉。还有，在码垛或拆垛时，手爪需对待抓物品进行定位，为进一步实现手爪的抓取创造合适的手爪位姿条件，特别是箱体类这种具有规则形状的物品，确定合适的手爪相对箱体的位姿，是实现手爪对其顺利抓取的关键条件。

袋装物料产品采用梳齿式机械手爪进行码垛操作比较常见，箱体类产品采用吸盘式手爪进行码垛也有使用，在文献中采用夹板式或吸盘与夹板结合式的一类手爪亦有出现。从上述这些种类的手爪结构及工作能力进行分析来看，第一，现有梳齿式手爪对待抓取物品的放置面有特殊要求，只能抓取放置在梳齿台上的物品，并且受其机械结构限制无法进行拆垛操作；第二，吸盘式手爪虽对待抓取物品的放置面无特殊要求，从其结构上也能实现码垛和拆垛两种操作，但对待抓取物品（如，箱体类包装产品）的表面光洁度有特别要求，一旦吸盘吸取位置的表面有不完整或凹坑等瑕疵，物品将不能可靠地被吸取，并且在吸起后与放置前两操作间由于码垛机器人的快速搬运运动，在惯性力的作用下，易造成脱包/脱箱现象，搬运过程不够可靠；第三，对于现有夹板式或吸盘结合夹板式一类手爪，从其结构上分析，虽具有搬运过程不会产生脱包/脱箱现象的可能，但其结构易与物品被抓取或放置位置的周围环境（如，垛形中待抓取箱体的邻接箱体或其它障碍等）产生干涉，故不具备拆垛能力。还有，物品的放置过程多为夹板释放开，进而使物品坠落到放置目标位置，这种放置过程对易碎等需避免冲击的物品难以符合要求，并且物品放置的准确位置及姿态不能很好得到保证，易造成垛形松散、歪斜甚至塌垛。另外，在对箱体类包装产品进行码垛或拆垛操作时，现有手爪不具有对于过度歪斜而不适合继续进行抓取的箱体（即异常位姿箱体）进行鉴别的功能，对于异常位姿箱体的鉴别可确保避免手爪在该情况下对待抓箱体的误抓，造成待抓取物品的破坏。这种鉴别，对手爪亦是保护，同时，该鉴别功能能够提供报警条件，以便于及时停机进行人工干预调整。

综上分析，利用码垛机器人实现箱体类包装产品的码垛或拆垛，需要一种能避让待抓取箱体周围障碍，并能正确确定手爪相对箱体的抓取位姿的机器人手爪，该手爪应该具有码垛和拆垛两种功能，从而当需要在码垛与拆垛两种操作任务之间频繁变更时，避免更换不同手爪的繁琐操作。并且，这种手爪的放置过程应该是接触式放置，以避免对被抓取箱体在放置过程中的冲击，同时在抓取与放置之间的高效率、快速搬运过程中能够避免脱包/脱箱现象的产生，达到搬运可靠的要求。除此之外，对于异常位姿箱体还应该能够进行鉴别，以提高码垛或拆垛操作的安全性。

根据本发明的一个方面，提供了一种用于对象的码垛－拆垛的机器人手爪，其特征在于包括：

吸盘，用于吸住对象的上表面；

顶板，其作为所述机器人手爪的其他部分的安装基础；