CN105710879A - 电能表纸箱智能拆包辅助***及方法 - Google Patents

电能表纸箱智能拆包辅助***及方法 Download PDF

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宋晓林
孙刚
周航
侯云
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Xuji Power Co Ltd
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Xuji Power Co Ltd
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Abstract

本发明公开了一种电能表纸箱智能拆包辅助***及方法，所述***包括能转动的腰座，所述腰座的上部连接可垂直伸缩的大臂的一端，所述大臂的另一端连接能水平伸缩的小臂的一端，所述小臂的另一端通过腕部连接能够张合的末端执行器。本发明可以实现纸箱包装带的拆除、纸箱脱箱、电能表分拣等工序；可以拆解固定尺寸规格的纸箱，抓取不同规格的电能表；实现电能表的抓取、分拣和重新码垛。提高了生产加工的工作效率，降低了成本，并使生产线发展成为柔性制造***，适应现代自动化大生产。

Description

电能表纸箱智能拆包辅助***及方法
技术领域
本发明涉及一种电能表纸箱智能拆包辅助***及方法。
背景技术
每个新的电能表都配备有纸箱，电能表纸箱体积比较大，在安装电能表时需要拆除纸箱。目前，国内电网的电表拆包仍由人工完成，劳动强度大、生产效率低。尤其是在集中更换电能表时需要大量的劳动力拆表箱，拆电能表纸箱浪费了工作人员大量的不必要时间，耽误了整体的安装更换进程，造成工作效率低下。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电能表纸箱智能拆包辅助***及方法，以解决上述技术问题；本发明有效的降低了成本，并使生产线发展成为柔性制造***，适应现代自动化大生产。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
电能表纸箱智能拆包辅助***，包括能转动的腰座，所述腰座的上部连接可垂直伸缩的大臂的一端，所述大臂的另一端连接能水平伸缩的小臂的一端，所述小臂的另一端通过腕部连接能够张合的末端执行器。
进一步的，所述腰座包括基座，所述基座上固定有腰基座，所述腰基座上固定有电机；腰基座上安装有腰部回转轴，腰部回转轴外周固定连接有腰部大齿轮；腰基座的内部与腰部回转轴之间设有一对圆锥滚子轴承；电机的输出轴上安装有小齿轮，该小齿轮与腰部大齿轮啮合；腰部回转轴与大臂一端固定连接。
进一步的，所述电机采用步进电机。
进一步的，所述大臂包括第一液压缸和三个第一导杆，第一液压缸的第一活塞杆和三个第一导杆都垂直的连接第一连接板，大臂通过垂直连接第一连接板的第二连接板连接小臂。
进一步的，所述小臂包括第二液压缸和两个第二导杆，所述第二液压缸的第二活塞杆和两个第二导杆都垂直的连接所述第二连接板，第二活塞杆和两个第二导杆的排列成三棱柱形。
进一步的，所述第一导杆和第二导杆为空心结构。
进一步的，所述腕部包括用于固定第二液压缸的液压缸支撑板，所述液压缸支撑板通过连接梁与末端执行器连接。
进一步的，所述末端执行器包括壳体，所述壳体内设有活塞，活塞的端部通过配合工作的齿轮连接两个手指，通过活塞的往复运动能够带动两个手指张合。
进一步的，所述大臂的上部设有上限行程开关，下部设有下限行程开关，所述上限行程开关和下限行程开关都与控制器连接，控制器的输出端连接电磁阀。
电能表纸箱智能拆包辅助***的工作方法，包括以下步骤：
步骤一，小臂前伸，伸到设定位置后停止；
步骤二，大臂向下收缩，带动小臂和末端执行器下降，同时末端执行器张开，下降到设定位置后，末端执行器将所要夹持的电能表纸箱夹住；
步骤三，大臂向上伸出，带动小臂和末端执行器上升，到达设定高度后停止向上伸出，腰座逆时针转动90°；
步骤四，大臂向下收缩，带动小臂和末端执行器下降，到达设定高度后，末端执行器将纸箱放到设定位置上进行拆包；
步骤五，大臂向上伸出，带动小臂和末端执行器上升，到达设定高度后停止向上伸出，腰座顺时针转动90°回到原位；
步骤六，拆包完毕后，腰座逆时针转动90°，大臂向下收缩，带动小臂和末端执行器下降，同时末端执行器张开，下降到设定位置后停止下降，末端执行器将所要夹持的电能表夹住；
步骤七，大臂向上伸出，带动小臂和末端执行器上升，到达设定高度后停止向上伸出，腰座顺时针转动90°；
步骤八，大臂向下收缩，带动小臂和末端执行器下降，到达设定高度后，末端执行器将电能表放到设定位置，一个分拣码垛结束；
步骤九，大臂向上伸出，带动小臂和末端执行器上升，到达设定高度后停止向上伸出，小臂往后收缩，末端执行器闭合，恢复到原位。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明可以实现纸箱包装带的拆除、纸箱脱箱、电能表分拣等工序；可以拆解固定尺寸规格的纸箱，抓取不同规格的电能表；实现电能表的抓取、分拣和重新码垛。提高了生产加工的工作效率，降低了成本，并使生产线发展成为柔性制造***，适应现代自动化大生产。
附图说明
图1为腰座结构示意图；
图2为腕部结构示意图；
图3为末端执行器结构示意图；
其中，1.电机，2.腰部回转轴，3.圆锥滚子轴承，4.腰基座，5.腰部大齿轮，6.基座，7.液压缸支撑板，8.连接梁，9.末端执行器，10.活塞，11.手指。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
请参阅图1至图3所示，本发明一种电能表纸箱智能拆包辅助***，包括能转动的腰座，腰座的上部连接可垂直伸缩的大臂的一端，大臂的另一端连接能水平伸缩的小臂的一端，小臂的另一端通过腕部连接能张合的末端执行器9。
如图1所示，腰座包括基座6，基座6上固定有腰基座4，腰基座4上固定有电机1；腰基座4上安装有腰部回转轴2，腰部回转轴2外周固定连接有腰部大齿轮5。腰基座4的内部与腰部回转轴2之间设有一对圆锥滚子轴承3。电机1的输出轴上安装有小齿轮，该小齿轮与腰部大齿轮5啮合。
电机1的输出轴带动水平放置的腰部大齿轮5水平转动，腰部大齿轮5带动腰部回转轴2水平转动，进而可以带动大臂水平转动。
电机1采用步进电机。因为电动方式控制的精度能够很高，而且结构紧凑，不用设计另外的液压***及其辅助元件，因此腰座回转的驱动形式是电机通过减速机构来实现。腰座是整个***的第一个回转关节，对机械手的最终精度影响大，故采用电机驱动来实现腰部的回转运动。一般电机都不能直接驱动，考虑到转速以及扭矩的具体要求，采用大传动比的齿轮传动***进行减速和扭矩的放大。因为齿轮传动存在着齿侧间隙，影响传动精度，故采用一级齿轮传动，采用大的传动比(大于100)，同时为了减小机械手的整体结构，齿轮采用高强度、高硬度的材料，高精度加工制造，尽量减小因齿轮传动造成的误差。
腰部回转轴2与大臂一端通过法兰固定连接。大臂包括第一液压缸和三个第一导杆，第一液压缸的第一活塞杆和三个第一导杆都垂直连接第一连接板，大臂通过垂直连接第一连接板的第二连接板连接小臂。大臂和小臂垂直设置。
小臂包括第二液压缸和两个第二导杆，第二液压缸的第二活塞杆和两个第二导杆都垂直连接第二连接板，第二活塞杆和两个第二导杆的排列成三棱柱形。
机械手的垂直手臂(大臂)升降和水平手臂(小臂)的伸缩运动都为直线运动。直线运动的实现一般是气动传动，液压传动以及电动机驱动滚珠丝杠来实现。考虑到搬运工件的重量较大，考虑加工工件的质量达30KG，属中型重量，同时考虑到机械手的动态性能及运动的稳定性，安全性，对手臂的刚度有较高的要求。综合考虑，两手臂的驱动均选择液压驱动方式，通过液压缸的直接驱动，液压缸既是驱动元件，又是执行运动件，不用再设计另外的执行件了；而且液压缸实现直线运动，控制简单，易于实现计算机的控制。因为液压***能提供很大的驱动力，因此在驱动力和结构的强度都是比较容易实现的，关键是机械手运动的稳定性和刚度的满足。因此手臂液压缸的设计原则是缸的直径取得大一点(在整体结构允许的情况下)，再进行强度的校核。
为减小质量，第一导杆和第二导杆为空心结构。通过增设导杆，能显著提高机械手的运动刚度和稳定性，比较好的解决了结构、稳定性的问题。
如图2所示，腕部包括用于固定第二液压缸的液压缸支撑板7，液压缸支撑板7通过连接梁8与末端执行器9连接。
机器人的手臂运动(包括腰座的回转运动)，给出了机器人末端执行器9在其工作空间中的运动位置，而安装在机器人手臂末端的手腕，则给出了机器人末端执行器在其工作空间中的运动姿态。机器人手腕是机器人操作机的最末端，它与机器人手臂配合运动，实现安装在手腕上的末端执行器的空间运动轨迹与运动姿态，完成所需要的作业动作。
通过对机械手拆包分拣码垛作业的具体分析，考虑机械手的具体形式及对机械手拆包分拣码垛作业时的具体要求，在满足***工艺要求的前提下提高安全和可靠性，为使机械手的结构尽量简单，降低控制的难度，本发明手腕不增加自由度，实践证明这是完全能满足作业要求的，3个自由度来实现机机械手拆包分拣码垛作业完全足够。
如图3所示，末端执行器9包括壳体，壳体内设有活塞10，活塞10的端部通过配合工作的齿轮连接两个手指11，通过活塞10的往复运动带动两个手指11张合。
末端执行器9是安装在机器人手腕上用来进行某种操作或作业的附加装置。机器人末端执行器的种类很多，以适应机器人的不同作业及操作要求。末端执行器可分为搬运用、加工用和测量用等。
机器人夹持器及机器人手爪。一般工业机器人手爪，多为双指手爪。按手指的运动方式，可分为回转型和移动型，按夹持方式来分，有外夹式和内撑式两种。
结合具体的工作情况，本实施例中采用连杆杠杆式的手爪。驱动活塞往复移动，通过活塞杆端部齿条，中间齿条及扇形齿条使手指张开或闭合。手指的最小开度由加工工件的直径来调定。本实施例按照工件的直径为50mm来设计。
大臂的上部设有上限行程开关，下部设有下限行程开关，上限行程开关和下限行程开关都与控制器连接，控制器的输出端连接电磁阀。垂直升降和水平伸缩用液压实现驱动，而液压缸又由相应的电磁阀控制。上限行程开关和下限行程开关用于限定大臂上下升降的幅度。
电能表纸箱智能拆包辅助***的工作方法，包括以下步骤：
步骤一，小臂前伸，伸到设定位置后停止；
步骤二，大臂向下收缩，带动小臂和末端执行器下降，同时末端执行器张开，下降到设定位置后，末端执行器将所要夹持的纸箱夹住；
步骤三，大臂向上伸出，带动小臂和末端执行器上升，到达设定高度后停止向上伸出，腰座逆时针转动90°；
步骤四，大臂向下收缩，带动小臂和末端执行器下降，到达设定高度后，末端执行器将纸箱放到设定位置上进行拆包；
步骤五，大臂向上伸出，带动小臂和末端执行器上升，到达设定高度后停止向上伸出，腰座顺时针转动90°回到原位；
步骤六，拆包完毕后，腰座逆时针转动90°，大臂向下收缩，带动小臂和末端执行器下降，同时末端执行器张开，下降到设定位置后停止下降，末端执行器将所要夹持的电能表夹住；
步骤七，大臂向上伸出，带动小臂和末端执行器上升，到达设定高度后停止向上伸出，腰座顺时针转动90°；
步骤八，大臂向下收缩，带动小臂和末端执行器下降，到达设定高度后，末端执行器将电能表放到设定位置，一个分拣码垛结束；
步骤九，大臂向上伸出，带动小臂和末端执行器上升，到达设定高度后停止向上伸出，小臂往后收缩，末端执行器闭合，恢复到原位。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.电能表纸箱智能拆包辅助***，其特征在于，包括能转动的腰座，所述腰座的上部连接可垂直伸缩的大臂的一端，所述大臂的另一端连接能水平伸缩的小臂的一端，所述小臂的另一端通过腕部连接能够张合的末端执行器。
2.如权利要求1所述电能表纸箱智能拆包辅助***，其特征在于，所述腰座包括基座，所述基座上固定有腰基座，所述腰基座上固定有电机；腰基座上安装有腰部回转轴，腰部回转轴外周固定连接有腰部大齿轮；腰基座的内部与腰部回转轴之间设有一对圆锥滚子轴承；电机的输出轴上安装有小齿轮，该小齿轮与腰部大齿轮啮合；腰部回转轴与大臂一端固定连接。
3.如权利要求2所述电能表纸箱智能拆包辅助***，其特征在于，所述电机采用步进电机。
4.如权利要求1所述电能表纸箱智能拆包辅助***，其特征在于，所述大臂包括第一液压缸和三个第一导杆，第一液压缸的第一活塞杆和三个第一导杆都垂直的连接第一连接板，大臂通过垂直连接第一连接板的第二连接板连接小臂。
5.如权利要求4所述电能表纸箱智能拆包辅助***，其特征在于，所述小臂包括第二液压缸和两个第二导杆，所述第二液压缸的第二活塞杆和两个第二导杆都垂直的连接所述第二连接板，第二活塞杆和两个第二导杆的排列成三棱柱形。
6.如权利要求5所述电能表纸箱智能拆包辅助***，其特征在于，所述第一导杆和第二导杆为空心结构。
7.如权利要求5所述电能表纸箱智能拆包辅助***，其特征在于，所述腕部包括用于固定第二液压缸的液压缸支撑板，所述液压缸支撑板通过连接梁与末端执行器连接。
8.如权利要求1所述电能表纸箱智能拆包辅助***，其特征在于，所述末端执行器包括壳体，所述壳体内设有活塞，活塞的端部通过配合工作的齿轮连接两个手指，通过活塞的往复运动能够带动两个手指张合。
9.如权利要求1所述电能表纸箱智能拆包辅助***，其特征在于，所述大臂的上部设有上限行程开关，下部设有下限行程开关，所述上限行程开关和下限行程开关都与控制器连接，控制器的输出端连接电磁阀。
10.电能表纸箱智能拆包辅助***的工作方法，其特征在于，基于权利要求1至9中任一项所述的电能表纸箱智能拆包辅助***，包括以下步骤：
步骤一，小臂前伸，伸到设定位置后停止；
步骤二，大臂向下收缩，带动小臂和末端执行器下降，同时末端执行器张开，下降到设定位置后，末端执行器将所要夹持的电能表纸箱夹住；
步骤三，大臂向上伸出，带动小臂和末端执行器上升，到达设定高度后停止向上伸出，腰座逆时针转动90°；
步骤四，大臂向下收缩，带动小臂和末端执行器下降，到达设定高度后，末端执行器将纸箱放到设定位置上进行拆包；
步骤五，大臂向上伸出，带动小臂和末端执行器上升，到达设定高度后停止向上伸出，腰座顺时针转动90°回到原位；
步骤六，拆包完毕后，腰座逆时针转动90°，大臂向下收缩，带动小臂和末端执行器下降，同时末端执行器张开，下降到设定位置后停止下降，末端执行器将所要夹持的电能表夹住；
步骤七，大臂向上伸出，带动小臂和末端执行器上升，到达设定高度后停止向上伸出，腰座顺时针转动90°；
步骤八，大臂向下收缩，带动小臂和末端执行器下降，到达设定高度后，末端执行器将电能表放到设定位置，一个分拣码垛结束；
步骤九，大臂向上伸出，带动小臂和末端执行器上升，到达设定高度后停止向上伸出，小臂往后收缩，末端执行器闭合，恢复到原位。
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