CN104175213B - 智能机械手 - Google Patents

Abstract

一种智能机械手，横梁上设有沿水平导轨动作的机械臂，机械臂上设有升降导轨，气缸安装在机械臂上，气缸驱动电磁或负压吸盘沿升降导轨升降，电磁或负压吸盘与气缸之间滑动连接，电磁或负压吸盘与气缸之间设有用于缓冲的弹簧。本发明提供的一种智能机械手，设置气缸驱动升降并配合用于缓冲的弹簧的方式，简化了机械臂的结构，尤其是简化了控制方式，仅需通过气缸的上下极限点来控制动作精度，大幅简化了控制难度。通过采用弹簧缓冲的方式，从而无需精确控制机械的高度位置。可选的方案中，机械臂的水平驱动采用同步带，尤其是采用了同步带固定，而驱动轮运动的方式，降低了设备的成本。

Description

智能机械手

技术领域

本发明涉及机械手领域，特别是一种简化现有机械手控制复杂程度的智能机械手。

背景技术

在圆台形批量工件加工过程中，企业员工需求量大，通常工作环境差﹑劳动强度高，工人不能多机操作。在工作过程中，由于材料厚度不一，成品要求严格，对员工素质要求也高。在经济和科技高速发展的今天，传统磨床越来越不适应大规模现代化生产。

中国专利文献CN 102328251 A，公开了一种智能化卧轴圆台平面磨床，包括磨床床身、工作台，工作台的一侧设有翻面装置、自动测厚装置、工件及工作台清洗装置和工件存储位；工作台、翻面装置和工件存储位的上方设有机械手。本发明提供的一种智能化卧轴圆台平面磨床，通过设置的翻面装置、自动测厚装置和机械手，实现了无需人工干涉地自动化加工锯片基体的两面，极大的提高了生产效率。且由于各步骤均由程序控制，也减少了人为误差，提高了工件的质量。但是该磨床结构较为复杂，尤其是机械手的结构，采用丝杠驱动的方式需要较多的采用伺服电机，控制机械手的高度也需要较多的传感器，更多的传感器也使控制***更为复杂，容易出现因传感器失误而导致的误操作。而且，采用丝杠驱动的方式速度较慢。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种智能机械手，可以大幅简化机械手的结构，进一步的，简化控制***，降低误操作的机率。提高运行速度，降低整体成本。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种智能机械手，横梁上设有沿水平导轨动作的机械臂，机械臂上设有升降导轨，气缸安装在机械臂上，电磁或负压吸盘与气缸之间连接，气缸驱动电磁或负压吸盘沿升降导轨升降，电磁或负压吸盘与气缸之间设有用于缓冲的弹簧。

可选的方案中，在横梁上设有沿水平导轨布置的同步带，同步带的两端固定安装在横梁的两端；

机械臂滑动安装在水平导轨上，机械臂上设有与同步带啮合的同步带轮，同步带轮与固定安装在机械臂上的机械手伺服电机连接。

优选的方案中，在同步带轮的两侧设有张力轮，张力轮位于同步带与同步带轮相对的另一侧，以使同步带轮与同步带之间的包角增大。

可选的方案中，在横梁上设有齿条，机械臂滑动安装在水平导轨上，机械臂上设有与齿条啮合的齿轮，齿轮与固定安装在机械臂上的机械手伺服电机连接。

可选的方案中，在横梁上设有滚珠丝杠机构，机械臂滑动安装在水平导轨上，机械臂与滚珠丝杠机构的螺母件连接，固定安装的伺服电机与滚珠丝杠机构的丝杠件固定连接。

优选的方案中，在机械臂的下方设有工件导杆，气缸驱动电磁或负压吸盘位于上极限点时，电磁或负压吸盘的下端面与工件导杆上端面的距离，大于一个工件的厚度，小于两个工件的厚度。

优选的方案中，所述的弹簧的缓冲行程大于或等于工件导杆实际堆叠工件的整体厚度。

优选的方案中，电磁或负压吸盘上设有感应工件的传感器。

优选的方案中，所述的传感器为机械式接触开关、巨磁阻非接触开关或光电开关。

优选的方案中，所述的传感器与控制装置连接，由控制装置根据传感器的信号控制电磁或负压吸盘的抓取和放下动作，并控制气缸的升降动作。

本发明提供的一种智能机械手，设置气缸驱动升降并配合用于缓冲的弹簧的方式，简化了机械臂的结构，尤其是简化了控制方式，仅需通过气缸的上下极限点来控制动作精度，大幅简化了控制难度。通过采用弹簧缓冲的方式，从而无需精确控制机械的高度位置。可选的方案中，机械臂的水平驱动采用同步带，尤其是采用了同步带固定，而驱动轮运动的方式，降低了设备的成本。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明中同步带与同步带轮连接关系俯视示意图。

图3是本发明的整体结构示意图。

图中：横梁1，水平导轨2，同步带3，张力轮4，同步带轮5，机械手伺服电机6，升降导轨7，厚度检测装置8，升降滚珠丝杠9，压板10，气缸11，电磁吸盘12，砂轮13，电控柜14，工作台15，工作台进给伺服电机16，翻转臂17，旋转气缸18，进给滚珠丝杠19，清洗机械手20，成品座21，砂轮升降伺服电机22，中心控制台23，工件平台24，工件导杆25，工作状态指示灯26，弹簧27。

具体实施方式

实施例1：

如图1～2中，一种智能机械手，横梁1上设有沿水平导轨2动作的机械臂，机械臂上设有升降导轨7，气缸11安装在机械臂上，电磁或负压吸盘12与气缸11之间滑动连接，气缸11驱动电磁或负压吸盘12沿升降导轨7升降，电磁或负压吸盘12与气缸11之间设有用于缓冲的弹簧27。当气缸11的活塞杆伸出时，带动电磁或负压吸盘12下行，如果此时电磁或负压吸盘12碰到障碍，例如工件，则弹簧27收缩，实现缓冲。避免硬接触损伤电磁或负压吸盘12。设置弹簧27的好处在于，无需额外设置高精度的升降位置传感器，仅需设置接触开关即可实现控制气缸11的活塞杆，从而控制电磁或负压吸盘12的升降。优选的方案中，所述的弹簧27的缓冲行程大于或等于工件导杆25实际堆叠工件26的整体厚度。由此结构，即便接触开关损坏，由于弹簧的存在也不会造成电磁或负压吸盘12的损伤。

可选的方案中，在横梁1上设有沿水平导轨2布置的同步带3，同步带3的两端固定安装在横梁1的两端；

机械臂滑动安装在水平导轨2上，机械臂上设有与同步带3啮合的同步带轮5，同步带轮5与固定安装在机械臂上的机械手伺服电机6连接。由此结构，简化了传动结构，便于安装，其中同步带3通常采用聚氨酯同步带，加工非常方便。而且同步带轮5和张力轮4也可以采用聚氨酯或尼龙材质的便于大批量加工，降低成本。

优选的方案如图2中，在同步带轮5的两侧设有张力轮4，张力轮4位于同步带3与同步带轮5相对的另一侧，以使同步带轮5与同步带3之间的包角增大。由此结构，可以提高控制精度，优选的，张力轮4沿图2中的上下方向调节，以便于安装和拆卸。

可选的方案中，在横梁1上设有齿条，机械臂滑动安装在水平导轨2上，机械臂上设有与齿条啮合的齿轮，齿轮与固定安装在机械臂上的机械手伺服电机6连接。由此结构，实现快速精确的控制。图中未示出。

可选的方案中，在横梁1上设有滚珠丝杠机构，机械臂滑动安装在水平导轨2上，机械臂与滚珠丝杠机构的螺母件连接，固定安装的伺服电机与滚珠丝杠机构的丝杠件固定连接。由此结构，实现精确的控制。图中未示出。

优选的方案如图1中，在机械臂的下方设有工件导杆25，气缸11驱动电磁或负压吸盘12位于上极限点时，电磁或负压吸盘12的下端面与工件导杆25上端面的距离，大于一个工件的厚度，小于两个工件的厚度。由此结构，用于巧妙限定被抓取的工件数量。本例中工件导杆25也可以被其他可阻挡工件的结构，例如板件，所替代。

优选的方案中，电磁或负压吸盘12上设有感应工件的传感器。由此结构，以在机械臂下降过程中提供停止控制信号，并提供电磁或负压吸盘12开始动作的信号。

优选的方案中，所述的传感器为机械式接触开关、巨磁阻非接触开关或光电开关。可以根据不同的场合选用不同类型的传感器。

优选的方案中，所述的传感器与控制装置连接，由控制装置根据传感器的信号控制电磁或负压吸盘12的抓取和放下动作，并控制气缸11的升降动作。

实施例2：

为进一步说明本发明的优点，特举出一个将本发明的机械手应用于磨床的实例，以便于理解本发明。

如图3中，一种分体式智能磨床,包括横梁1，横梁1上设有沿水平导轨2动作的机械臂，横梁1下方依次设有工件平台24、厚度检测装置8、翻转臂17和工作台15，工作台15设有驱动其旋转的电机，工作台总成与进给滚珠丝杠19的螺母件连接，工作台进给伺服电机16与滚珠丝杠19的丝杠件连接，实现工作台15的进给。在工作台15一侧还设有清洗机械手20，用于清洗工件和工作台15，在工作台15的上方设有吹气起片装置，用于破坏工件表面的水膜，使工件与工作台15表面分离。在工件平台24上设有工件导杆25，优选的，在工件平台24一侧还设有成品座21，用于暂存成品，或者省略成品座21，由机械手20直接卸料至料斗。

优选的，采用分体结构，横梁1、机械臂、工件平台24、成品座21、厚度检测装置8、翻转臂17和工作台15整体为一部分，磨床为另一部分。磨床的砂轮13位于工作台15的斜上方，砂轮13与主轴和驱动电机连接，整个砂轮总成与升降滚珠丝杠9中的螺母件连接，升降滚珠丝杠9中的丝杠件安装在磨床的机架上，砂轮升降伺服电机22驱动丝杠件旋转，以实现砂轮总成的升降。采用分体式的结构，可以充分利用现有的磨床，降低用户的使用成本。更进一步的，横梁和机械臂总成也可以和工作台15的总成采用分体结构，以利用现有的工作台15总成。

本发明在工件的磨削加工前后，利用厚度检测装置8中的检测头806对工件厚度进行测量，得到锯片工件厚度值，并以此为基础计算磨削参数及控制磨削流程；利用独立PLC控制的机械手，实现锯片工件的自动上下料；配合设置的电控柜14和中心控制台23实现了工件的全自动磨削加工。工件磨削加工与机械手上下料并行运行，实现了全自动上下料、工件翻面、工作台清洗。工件材料厚度﹑成品厚度自动测量﹑分类。自动控制磨床和工作台15的进给量。

本发明具有5个工位。由1个中心控制***进行中心控制。1个位移检测头测量***进行厚度测量。由1个水处理机构完成冷却清洗。

本发明不仅节省了大量加工时间，而且工件磨削过程全自动；实现了高效率、高精度、易操作、环保的目标。

如图2中，机械臂上设有升降导轨7，气缸11安装在机械臂上，驱动电磁或负压吸盘12沿升降导轨7升降，电磁或负压吸盘12与气缸11滑动连接，电磁或负压吸盘12与气缸11之间设有用于缓冲的弹簧27，当气缸11的活塞杆完全伸出时，带动电磁或负压吸盘12下行，如果此时电磁或负压吸盘12碰到障碍，例如工件，则弹簧27收缩，实现缓冲。

优选的如图1中，气缸11驱动电磁或负压吸盘12位于上极限点时，电磁或负压吸盘吸盘12的下端面与工件导杆25上端面的距离，大于一个工件26的厚度，小于两个工件的厚度。由此结构，确保每次只会吸起一个工件，多余的工件会被工件导杆25的上端阻挡而落下。所述的电磁或负压吸盘12位于上极限点时，电磁或负压吸盘12的下端面位置，与厚度检测装置8、翻转臂17和工作台15的工作位置在水平方向上平齐。以使机械臂上的电磁或负压吸盘12位于上极限点时，即可将工件平移输送到厚度检测装置8进行厚度检测；到翻转臂17上进行工件翻面和到工作台15上进行工件磨削加工。

所述的弹簧27的缓冲行程大于或等于工件导杆25实际堆叠工件26的整体厚度。由此结构，以使机械臂无需控制电磁或负压吸盘12每次下行的高度，只要使气缸11处于下极限点的位置，电磁或负压吸盘12在延时触碰开关的控制下，即可吸起工件导杆25上任意高度的工件。由此简化了控制难度，也避免电磁或负压吸盘12上的触碰开关损坏后，造成电磁或负压吸盘12损坏。配合气缸11位于上极限点的位置和工件导杆25的高度，确保每次只会吸起一个工件。

在横梁1上设有沿水平导轨2布置的同步带3，同步带3的两端固定安装在横梁1的两端；

机械臂滑动安装在水平导轨2上，机械臂上设有与同步带3啮合的同步带轮5，同步带轮5与固定安装在机械臂上的机械手伺服电机6连接。由此结构，简化了结构，降低了成本。尤其是与齿轮、齿条驱动方式相比，由于同步带3的长度便于剪裁，且批量生产成本也较低，因此可以降低使用成本。与丝杠螺母机构相比，处理降低成本外，还可以提高运行速度。

在同步带轮5的两侧设有张力轮4，张力轮4位于同步带3与同步带轮5相对的另一侧，以使同步带轮5与同步带3之间的包角增大。优选的如图3中，张力轮4的位置为可上、下调节的，以便于调整和拆卸。

Claims (6)

1.一种智能机械手，其特征是：横梁（1）上设有沿水平导轨（2）动作的机械臂，机械臂上设有升降导轨（7），气缸（11）安装在机械臂上，电磁或负压吸盘（12）与气缸（11）之间连接，气缸（11）驱动电磁或负压吸盘（12）沿升降导轨（7）升降，电磁或负压吸盘（12）与气缸（11）之间设有用于缓冲的弹簧（27）；

所述的弹簧（27）的缓冲行程大于或等于工件导杆（25）实际堆叠工件（26）的整体厚度；

在横梁（1）上设有沿水平导轨（2）布置的同步带（3），同步带（3）的两端固定安装在横梁（1）的两端；

机械臂滑动安装在水平导轨（2）上，机械臂上设有与同步带（3）啮合的同步带轮（5），同步带轮（5）与固定安装在机械臂上的机械手伺服电机（6）连接。

2.根据权利要求1所述的一种智能机械手，其特征是：在同步带轮（5）的两侧设有张力轮（4），张力轮（4）位于同步带（3）与同步带轮（5）相对的另一侧，以使同步带轮（5）与同步带（3）之间的包角增大。

3.根据权利要求1所述的一种智能机械手，其特征是：在机械臂的下方设有工件导杆（25），气缸（11）驱动电磁或负压吸盘（12）位于上极限点时，电磁或负压吸盘（12）的下端面与工件导杆（25）上端面的距离，大于一个工件（26）的厚度，小于两个工件的厚度。

4.根据权利要求1所述的一种智能机械手，其特征是：电磁或负压吸盘（12）上设有感应工件的传感器。

5.根据权利要求4所述的一种智能机械手，其特征是：所述的传感器为机械式接触开关、巨磁阻非接触开关或光电开关。

6.根据权利要求4所述的一种智能机械手，其特征是：所述的传感器与控制装置连接，由控制装置根据传感器的信号控制电磁或负压吸盘（12）的抓取和放下动作，并控制气缸（11）的升降动作。