CN113059390A - 自动上下料***及包含该***的加工中心生产线 - Google Patents

自动上下料***及包含该***的加工中心生产线 Download PDF

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Abstract

一种自动上下料***及包含该***的加工中心生产线，用于加工中心中上料窗口处工件的自动上下料，包括安装底座、滑轨、机器人组件，安装底座设置在加工中心一侧，机器人组件包括第一、第二、第三、第四机器臂以及第一、第二、第三机器人关节，第一机器臂座落在安装底座上，各机器臂、各关节的转动自由度均为以各自中心轴X轴作Y‑Z平面上的转动。本方案针对加工中心中的工件自动上下料所设计，可以让末端执行器在有限的空间内快速完成上料和下料动作，末端执行器的平动自由度和转动自由度得以满足其实际作业需求，具有占地空间小、精度准、效率高、成本低等优点，使得企业得以实现智能车间柔性生产的目的且投入成本的效益回收周期缩短。

Description

自动上下料***及包含该***的加工中心生产线
技术领域
本发明涉及自动机器人技术领域，特别涉及一种用于工件上下料的自动上下料***及包含该***的加工中心生产线。
背景技术
针对原有大多数企业生产中各个工序之间的工件装运、装卸采用人工操作存在的劳动强度大、生产效率低、易出错、产品质量不稳定等问题，现有的企业会引进机器人（六轴关节机器人）来辅助加工中心（CNC）自动化生产，加工中心是由机械设备与数控***组成的适用于加工复杂零件的高效率自动化机床，数控加工中心是目前世界上产量最高、应用最广泛的数控机床之一。因此企业配合加工中心所使用的机器人需要根据原有的空间、场地进行布局。
发明人在实现本发明的过程中，发现现在企业所引进的机器人至少存在以下技术问题：
1、占用空间大，原先两台加工中心之间的空虚间距可以是100mm，为了能够满足传统机器人的使用要求，需要在两台加工中心之间空出1000mm-3000mm的空间来放置机器人和相关配套设备，使得企业为了满足放置机器人而去缩减加工中心的数量或扩大厂房，缩减加工中心的数量意味着产量跟不上，扩大厂房意味着投入大大增加，且零件加工均摊单位成本变高；
2、效率低、精度差，原先的机器人为满足能为多台加工中心提供上下料的功能，会在加工中心一侧做一个滑轨，机器人在滑轨上来回上下料，机器人取料、放料的往返距离长、时间长，增加了工件上下料的时间，使加工中心效率降低，而且在长距离移动上料时不精准，造成装夹不良或装夹不到位导致无法加工或加工精度变差；
3、成本高，效益回收期长，由于加工中心的工件加工工时有长有短，也需要根据工件的加工工时来配置一台机器人对应多少台加工中心，机器人的成本比较高，加工中心所生产工件的加工工时发生变化时，原先所配套的机器人要么是不能满足使用需求，需要花费很大改造成本和很长改造周期进行重新配置，要么是性能过剩，高价值高性能的机器人不能及时转化为企业效益。
有鉴于此，如何解决现在企业为加工中心配套机器人存在的占用空间大、效率低、精度差、成本高、效益回收期长等问题，便成为本发明所要研究解决的课题。
发明内容
本发明提供一种自动上下料***及包含该***的加工中心生产线，其目的是要现在企业为加工中心配套机器人存在的占用空间大、效率低、精度差、成本高、效益回收期长等问题，以提供一种占地空间小、效率高、精度高、经济、便宜、效益回收快的***和生产线。
为达到上述目的，本发明提出了一种自动上下料***，该自动上下料***针对加工中心设置，用于加工中心中上料窗口处工件的自动上下料，包括安装底座、滑轨、机器人组件、末端执行器，其创新点在于：
所述安装底座沿滑轨的长度延伸方向设置在加工中心上料窗口的一侧，定义滑轨的水平长度延伸方向为X方向，定义与滑轨的水平表面呈竖直状态的竖直延伸方向为Z方向，与X、Z方向相垂直的方向则为Y方向；
在所述安装底座上设置有用于带动机器人组件或安装底座沿X方向往复运动的直线驱动机构，所述直线驱动机构的一端与滑轨相对固定连接，另一端与安装底座或机器人组件连接；
所述机器人组件包括第一机器臂、第一机器人关节、第二机器臂、第二机器人关节、第三机器臂、第三旋转关节、第四机器臂；其中，
所述第一机器臂座落在安装底座上方，并由直线驱动机构驱动于X方向上作往复运动；所述第一机器人关节一端连接第一机器臂，另一端连接第二机器臂，第一机器人关节中具有沿X方向设置的第一X轴中心，第一X轴中心为第一机器臂和第二机器臂在Y-Z平面上转动的几何中心；
所述第二机器人关节一端连接第二机器臂、另一端连接第三机器臂，第二机器人关节中具有沿X方向设置的第二X轴中心，第二X轴中心为第二机器臂和第三机器臂在Y-Z平面上转动的几何中心；
所述第三机器人关节一端连接第三机器臂、另一端连接第四机器臂，第三机器人关节中具有沿X方向设置的第三X轴中心，第三X轴中心为第三机器臂和第四机器臂在Y-Z平面上转动的几何中心；
所述末端执行器安装在第四机器臂的一侧并与第四机器臂定位连接，所述末端执行器在直线驱动机构和机器人组件的驱动下作X方向的直线往复运动和Y-Z平面的转动、平动。
本发明还公开了一种加工中心生产线，包括上述的自动上下料***。
进一步的，所述加工中心生产线包括至少两台加工中心，至少两台加工中心的上料窗口呈中间位置设置或呈直线设置；至少两台加工中心的上料窗口呈中间位置设置时，自动上下料机器人位于至少两台加工中心的中间位置；至少两台加工中心的上料窗口呈直线设置时，自动上下料机器人沿滑轨长度方向设置在加工中心上料窗口的一侧。
本发明的有关内容解释如下：
1.本发明的上述技术方案中，针对加工中心中的工件自动上下料所设计出与之配套使用的安装底座、滑轨、机器人组件、末端执行器，其中机器人组件由直线驱动机构在加工中心的上料窗口的一侧或前面直线往复运动，由于上料桌就设立在一侧，机器人组件线性移动的范围不用很大，行程比较短，因此整体的自动上下料***可以做的比较小；同时，由第一机器臂、第一机器人关节、第二机器臂、第二机器人关节、第三机器臂、第三旋转关节、第四机器臂所构成的机器人组件，其中各机器臂、各关节的转动自由度均为以各自中心轴X轴作Y-Z平面上的转动，这种机器人组件结构可以让末端执行器在有限的空间内快速完成上料和下料动作，末端执行器的平动自由度和转动自由度得以满足其实际作业需求，从而同样能简化、缩小整个自动上下料***的体积，以此来减少占地空间和节约成本，同时由机器人关节及直线驱动机构控制完成工件的快速上下料，其精度准、效率高。
2. 在上述技术方案中，所述自动上下料***还包括上料桌，所述上料桌5位于安装底座朝向Y方向的一旁，也可以采用多个上料桌并排设立在自动上下料***的一旁或两旁，上料桌的摆放可以根据使用场景的不同进行灵活变换，或者没有上料桌，而是在流水线上取料，同样能达到在包含了自动上下料***的加工中心生产线的灵活应用，在上料桌上设置有放料架、放料盘和料盘升降机构，使放料桌的占用位置随安装底座的位置去安装，使其占用空间也得到减小。
3. 在上述技术方案中，所述滑轨为直线滑轨，所述滑轨位于加工中心一侧的地面上，安装底座安装在滑轨上，直线驱动机构与滑轨保持相对固定，所述直线驱动机构的输出端与安装底座连接，由直线驱动机构驱动安装底座沿滑轨的长度方向作往复直线运动，将滑轨、直线驱动机构与机器人组件部分分开设置，滑轨、直线驱动机构可以设置在靠近地面的部分，使X方向直线往复运动以及以各自的X轴中心作Y-Z平面上转动的驱动做一个空间上的分隔设计（滑轨若是沿Y方向设置，也能Y方向直线运动，其它方位方向则进行相应的调整），以此来避免机器人组件部分的臃肿，既能减小体积又能节约成本。
4. 在上述技术方案中，所述上料桌上设置有待加工工件放置区域和加工完工件放置区域，在待加工工件放置区域和加工完工件放置区域均设置所述料盘升降机构，放料盘由料盘升降机构带动进行升降，放料盘分别位于待加工工件放置区域和加工完工件放置区域中，末端执行器在取下加工完成的工件后再抓取待加工工件，这段的行程非常短，末端执行器可以在非常短的时间内完成，以此来缩短工件的上下料时间，提高加工中心加工效率。
5. 在上述技术方案中，所述料盘升降机构包括升降气缸、升降轴、导向轴、支撑板、托板，支撑板固定在放料架上，在支撑板上穿设导向轴和升降轴，升降轴与升降气缸的伸缩端连接，在导向轴和升降轴的顶端安装托板，托板用于支撑放料盘，升降气缸带动升降轴沿导向轴的方向进行升降动作，使托盘上的放料盘可以堆叠放置得更多，减少外部放置放料盘的工作量，缩短整个生产线因需更换放料盘而消耗的时间，进一步提高加工效率。
6. 在上述技术方案中，在所述第四机器臂的末端安装有一第一旋转轴，该第一旋转轴具有与第三X中心相垂直的第一旋转中心，所述末端执行器安装在第一旋转轴的末端，所述末端执行器在直线驱动机构和机器人组件的驱动下作X方向的直线往复运动和Y-Z平面的转动、平动以及末端执行器做绕第一旋转中心轴线的轴向运动，相当于在在机器人组件的在第四机器臂的末端增加了一轴，原来的3个轴是径向运动，增加的第一旋转轴是轴向运动，实际使用时，在同轴方向上取料和放料的位置要求大幅度减少，使用时不再受空间位置角度约束，其活动范围更广、应用空间更自由。
7. 在上述技术方案中，在所述第一机器臂的下方安装有一第二旋转轴，第二旋转轴座落在安装底座的上方，该第二旋转轴具有与X-Y面垂直的第二旋转中心，所述第一机器臂在第二旋转轴的带动下做绕第二旋转中心的轴向转动，相当于在上述实施例二的第一机器臂前增加了第二旋转轴，实际使用时，在不同轴向上取料和放料的位置要求大幅度减少，使用时不再受轴向空间位置角度约束。
8. 在上述技术方案中，所述第一机器臂或第二旋转轴的下方设有一行走轴，所述行走轴具有一双层导轨结构，由一电机组件带动行走轴沿双层导轨结构同向运动，可以在不占用过多空间的情况下尽量多得增加行程。
9. 在上述技术方案中，所述双层导轨结构具有一壳体，在壳体内安装有上下设置的上导轨和下导轨，在上导轨处设置有用于与第二旋转轴固定连接的安装法兰，在下导轨处设置有用于与底座固定连接的固定法兰，在上导轨和下导轨之间具有与上导轨和下导轨传动连接的传动组件，传动组件的一端与电机组件连接并由电机组件驱动，在电机驱动传动组件运动时，传动组件带动上导轨、下导轨同向、同步运动。
10.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
11.在本发明中，术语“中心”、“上”、“下”、“轴向”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置装配关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
12. 此外，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”、“第四”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
由于上述方案的运用，本发明与现有技术相比具有以下优点和效果：
1. 本发明的上述方案，针对加工中心中的工件自动上下料所设计出与之配套使用的安装底座、滑轨、机器人组件、末端执行器，其中机器人组件由直线驱动机构再加工中心的上料窗口一侧直线往复运动，由于上料桌就设立在一侧，机器人组件线性移动的范围不用很大，行程比较短，因此整体的自动上下料***可以做的比较小，使上下料***的行走轴的结构及宽度尺寸可以控制在一个较小的范围内；同时，由第一机器臂、第一机器人关节、第二机器臂、第二机器人关节、第三机器臂、第三旋转关节、第四机器臂所构成的机器人组件，其中各机器臂、各关节的转动自由度均为以各自的X轴中心作Y-Z平面上的转动，这种机器人组件结构可以让末端执行器在有限的空间内快速完成上料和下料动作，末端执行器的平动自由度和转动自由度得以满足其实际作业需求，从而同样能简化、缩小整个自动上下料***的体积，以此来减少占地空间，原先两台加工中心的间距为100mm，使用本发明的自动上下料***人后其间距仅增加为250mm（每2台），其安装的占地空间远小于常规机器人1000mm-2000mm的空间。
2. 本发明的上述方案，由于机器人组件线性移动的范围不用很大，行程比较短，对末端执行器运动的行程设计合理，各机器臂、各关节的转动自由度均为以各自中心轴X轴作Y-Z平面上的转动，可以让末端执行器在有限的空间内快速完成上料和下料动作，使末端执行器工作时上料、下料所用的时间有所缩短，因此该自动上下料机器人相较常规机器人的效率更高，既可以用于长加工工时的产品生产，也可以用于短加工工时的产品生产，适用范围更广；该自动上下料***的结构合理，对动作结构部分的驱动精密，可以使产品的装夹精度得以提高，从而提高产品的加工精度，由各机器臂、各关节构成末端执行器的转动及平动，使末端执行器的取料和放料的动作准确无误，得以满足加工中心自动化生产中的加工精度需求。特别的，考虑到自动上下料***的特性，本发明的上述方案可以更好得应用到小型工件中去，当应用到小型工件中时，其优势更加能体现出来。
3.本发明的上述方案中，由于所采用的结构紧凑、合理，相较常规机器人体积更小、零部件更少，减少机器人所需使用的机器人关节，因此生产成本、采购成本和改装成本会更低，相较常规机器人的应用更加经济、便宜；由于适用于不同加工工时的产品生产，加工中心在配套使用本发明的自动上下料***后不用因为产品变化后加工工时长短变化而再做后续的调整和改造，省去产品变化带来的改造时间，可快速换产，满足智能车间柔性生产的要求，使得企业投入成本的效益回收周期缩短，以此来提高企业使用自动上下料***的动力，使自动上下料***在市场上的应用更加广泛，推动自动化、智能化生产及智能制造的发展。
附图说明
附图1为本发明实施例一自动上下料***的实施示意图；
附图2为本发明实施例一自动上下料***的立体示意图；
附图3为本发明实施例一自动上下料***的右视图；
附图4为本发明实施例一自动上下料***的主视图；
附图5为本发明实施例一自动上下料***的俯视图；
附图6为本发明实施例一自动上下料***中上料桌的立体示意图；
附图7为本发明实施例一自动上下料***中上料桌的主视图；
附图8为本发明实施例五加工中心生产线的立体示意图；
附图9为本发明实施例五加工中心生产线的右视图；
附图10为本发明实施例五加工中心生产线的主视图;
附图11为本发明实施例五加工中心生产线的俯视图;
附图12为本发明实施例二自动上下料***中机器人组件的立体示意图;
附图13为本发明实施例三自动上下料***中机器人组件的立体示意图;
附图14为本发明实施例四自动上下料***中机器人组件的立体示意图;
附图15为本发明实施例四自动上下料***中行走轴的俯视示意图;
附图16为本发明实施例四自动上下料***中行走轴的正视示意图;
附图17为本发明实施例四自动上下料***中行走轴去除壳体一侧边及电机组件后的示意图;
附图18为本发明实施例四自动上下料***中行走轴去除壳体一侧边及电机组件后的立体示意图;
附图19为本发明实施例二自动上下料***中的末端执行器运动轨迹示意图;
附图20为本发明实施例三自动上下料***中的末端执行器运动轨迹示意图；
附图21为本发明实施例四自动上下料***中的末端执行器运动轨迹示意图一；
附图22为本发明实施例四自动上下料***中的末端执行器运动轨迹示意图二。
以上附图各部位表示如下：
1、安装底座；
2、滑轨；
3、机器人组件；31、第一机器臂；32、第一机器人关节；321、第一X轴中心；33、第二机器臂；34、第二机器人关节；341、第二X轴中心；35、第三机器臂；36、第三旋转关节；361、第三X轴中心；37、第四机器臂；38、第一旋转轴；39、第二旋转轴；
4、末端执行器；
5、上料桌；501、待加工工件放置区域；502、加工完工件放置区域；51、放料架；52、放料盘；53、料盘升降机构；531、升降气缸；532、升降轴；533、导向轴；534、支撑板；535、托板；
6、直线驱动机构；
7、加工中心；71、上料窗口；
8、行走轴；81、双层导轨结构；811、壳体；812、上导轨；813、安装法兰；814、下导轨；815、固定法兰；816、传动组件；82、电机组件。
具体实施方式
为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本申请的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似改进，因此本申请不受下面公开的具体实施例的限制。
实施例一
如附图1至附图5所示，本发明实施例一提出了一种自动上下料***，该自动上下料***针对加工中心7设置，用于加工中心7中上料窗口71处工件的自动上下料，包括安装底座1、滑轨2、机器人组件3、末端执行器4以及上料桌5； 所述安装底座1沿滑轨2的长度延伸方向设置在加工中心7上料窗口71的一侧，定义滑轨2的水平长度延伸方向为X方向，定义与滑轨2的水平表面呈竖直状态的竖直延伸方向为Z方向，与X、Z方向相垂直的方向则为Y方向；在所述安装底座1上设置有用于带动机器人组件3或安装底座1沿X方向往复运动的直线驱动机构6，所述直线驱动机构6的一端与滑轨2相对固定连接，另一端与安装底座1或机器人组件3连接；所述上料桌5位于安装底座1朝向Y方向的一旁，在上料桌5上设置有放料架51、放料盘52和料盘升降机构53。
在实施例一中，所述机器人组件3包括第一机器臂31、第一机器人关节32、第二机器臂33、第二机器人关节34、第三机器臂35、第三旋转关节36、第四机器臂37；其中，所述第一机器臂31座落在安装底座1，并由直线驱动机构6驱动于X方向上作往复运动；所述第一机器人关节32一端连接第一机器臂31，另一端连接第二机器臂33，第一机器人关节32中具有沿X方向设置的第一X轴中心，第一X轴中心为第一机器臂31和第二机器臂33在Y-Z平面上转动的几何中心；所述第二机器人关节34一端连接第二机器臂33、另一端连接第三机器臂35，第二机器人关节34中具有沿X方向设置的第二X轴中心，第二X轴中心为第二机器臂33和第三机器臂35在Y-Z平面上转动的几何中心；所述第三机器人关节一端连接第三机器臂35、另一端连接第四机器臂37，第三机器人关节中具有沿X方向设置的第三X轴中心，第三X轴中心为第三机器臂35和第四机器臂37在Y-Z平面上转动的几何中心；所述末端执行器4安装在第四机器臂37上，用于夹持工件，所述末端执行器4在直线驱动机构6和机器人组件3的驱动下作X方向的直线往复运动和Y-Z平面的转动、平动。
在实施例一中，所述滑轨2为直线滑轨2，所述滑轨2位于加工中心7一侧的地面上，安装底座1安装在滑轨2上，直线驱动机构6与滑轨2保持相对固定，所述直线驱动机构6的输出端与安装底座1连接，由直线驱动机构6驱动安装底座1沿滑轨2的长度方向作往复直线运动，将滑轨2、直线驱动机构6与机器人组件3部分分开设置，滑轨2、直线驱动机构6可以设置在靠近地面的部分，使X方向直线往复运动以及以各自中心轴X轴作Y-Z平面上的转动的驱动做一个空间上的分隔设计（滑轨2若是沿Y方向设置，也能Y方向直线运动，其它方位方向则进行相应的调整），以此来避免机器人组件3部分的臃肿，既能减小体积又能节约成本。
在实施例一中，如附图6和附图7所示，所述上料桌5上设置有待加工工件放置区域501和加工完工件放置区域502，在待加工工件放置区域501和加工完工件放置区域502均设置所述料盘升降机构53，放料盘52由料盘升降机构53带动进行升降，放料盘52分别位于待加工工件放置区域501和加工完工件放置区域502中，末端执行器4在取下加工完成的工件后再抓取待加工工件，这段的行程非常短，末端执行器4可以在非常短的时间内完成，以此来缩短工件的加工工时，提高加工效率；所述料盘升降机构53包括升降气缸531、升降轴532、导向轴533、支撑板534、托板535，支撑板534固定在放料架51上，在支撑板534上穿设导向轴533和升降轴532，升降轴532与升降气缸531的伸缩端连接，在导向轴533和升降轴532的顶端安装托板535，托板535用于支撑放料盘52，升降气缸531带动升降轴532沿导向轴533的方向进行升降动作，使托盘上的放料盘52可以堆叠放置得更多，减少外部放置放料盘52的工作量，缩短整个生产线因需更换放料盘52而消耗的时间，进一步提高加工效率。
实施例二
在实施例二中，其余与实施例一相同，不同之处在于，参考附图12所示，在实施例二中，所述机器人组件3包括第一机器臂31、第一机器人关节32、第二机器臂33、第二机器人关节34、第三机器臂35、第三旋转关节36、第四机器臂37以及第一旋转轴38，其中，所述第一机器臂31座落在安装底座1，并由直线驱动机构6驱动于X方向上作往复运动；所述第一机器人关节32一端连接第一机器臂31，另一端连接第二机器臂33，第一机器人关节32中具有沿X方向设置的第一X轴中心，第一X轴中心为第一机器臂31和第二机器臂33在Y-Z平面上转动的几何中心；所述第二机器人关节34一端连接第二机器臂33、另一端连接第三机器臂35，第二机器人关节34中具有沿X方向设置的第二X轴中心，第二X轴中心为第二机器臂33和第三机器臂35在Y-Z平面上转动的几何中心；所述第三机器人关节一端连接第三机器臂35、另一端连接第四机器臂37，第三机器人关节中具有沿X方向设置的第三X轴中心，第三X轴中心为第三机器臂35和第四机器臂37在Y-Z平面上转动的几何中心；在所述第四机器臂37的末端安装有一第一旋转轴38，该第一旋转轴38具有与第三X中心相垂直的第一旋转中心，所述末端执行器4安装在第一旋转轴38的末端，所述末端执行器4在直线驱动机构6和机器人组件3的驱动下作X方向的直线往复运动和Y-Z平面的转动、平动以及末端执行器4做绕第一旋转中心轴线的轴向运动。
通过实施例二的实施，相当于在在实施例一机器人组件3的在第四机器臂37的末端增加了一轴，原来的3个轴是径向运动，增加的第一旋转轴38是轴向运动，实际使用时，在同轴方向上取料和放料的位置要求大幅度减少，使用时不再受空间位置角度约束，同时可以参考附图19所示的轨迹图，可以得知其活动范围更广、应用空间更自由。
实施例三
在实施例三中，其余与实施例二相同，不同之处在于，参考附图13所示，在实施例三中，所述机器人组件3包括第二旋转轴39、第一机器臂31、第一机器人关节32、第二机器臂33、第二机器人关节34、第三机器臂35、第三旋转关节36、第四机器臂37以及第一旋转轴38，其中，第二旋转轴座落在安装底座的上方，所述第一机器臂31安装在第二旋转轴上，该第二旋转轴具有与X-Y面垂直的第二旋转中心，所述第一机器臂在第二旋转轴的带动下做绕第二旋转中心的轴向转动，并由直线驱动机构6驱动于X方向上作往复运动；所述第一机器人关节32一端连接第一机器臂31，另一端连接第二机器臂33，第一机器人关节32中具有沿X方向设置的第一X轴中心，第一X轴中心为第一机器臂31和第二机器臂33在Y-Z平面上转动的几何中心；所述第二机器人关节34一端连接第二机器臂33、另一端连接第三机器臂35，第二机器人关节34中具有沿X方向设置的第二X轴中心，第二X轴中心为第二机器臂33和第三机器臂35在Y-Z平面上转动的几何中心；所述第三机器人关节一端连接第三机器臂35、另一端连接第四机器臂37，第三机器人关节中具有沿X方向设置的第三X轴中心，第三X轴中心为第三机器臂35和第四机器臂37在Y-Z平面上转动的几何中心；在所述第四机器臂37的末端安装有一第一旋转轴38，该第一旋转轴38具有与第三X中心相垂直的第一旋转中心，所述末端执行器4安装在第一旋转轴38的末端，所述末端执行器4在直线驱动机构6和机器人组件3的驱动下作X方向的直线往复运动和Y-Z平面的转动、平动以及末端执行器4做绕第一旋转中心轴线的轴向运动。
通过以上实施例三的实施，相当于在上述实施例二的第一机器臂31前增加了第二旋转轴39，实际使用时，在不同轴向上取料和放料的位置要求大幅度减少，使用时不再受轴向空间位置角度约束，同时可以参考附图20所示的轨迹图，可以得知其活动范围更广、应用空间更自由。
实施例四
在实施例四中，其余与实施例一相同，不同之处在于，参考附图14所示，在实施例四中，所述机器人组件3包括行走轴8、第二旋转轴39、第一机器臂31、第一机器人关节32、第二机器臂33、第二机器人关节34、第三机器臂35、第三旋转关节36、第四机器臂37以及第一旋转轴38，其中，所述行走轴8具有一双层导轨结构81，由一电机组件82带动行走轴8沿双层导轨结构81同向运动，所述行走轴8的上方固定安装有第二旋转轴39，所述第一机器臂31安装在第二旋转轴上，该第二旋转轴39具有与X-Y面垂直的第二旋转中心，所述第一机器臂31在第二旋转轴39的带动下做绕第二旋转中心的轴向转动，并由直线驱动机构6驱动于X方向上作往复运动；所述第一机器人关节32一端连接第一机器臂31，另一端连接第二机器臂33，第一机器人关节32中具有沿X方向设置的第一X轴中心，第一X轴中心为第一机器臂31和第二机器臂33在Y-Z平面上转动的几何中心；所述第二机器人关节34一端连接第二机器臂33、另一端连接第三机器臂35，第二机器人关节34中具有沿X方向设置的第二X轴中心，第二X轴中心为第二机器臂33和第三机器臂35在Y-Z平面上转动的几何中心；所述第三机器人关节一端连接第三机器臂35、另一端连接第四机器臂37，第三机器人关节中具有沿X方向设置的第三X轴中心，第三X轴中心为第三机器臂35和第四机器臂37在Y-Z平面上转动的几何中心；在所述第四机器臂的末端安装有一第一旋转轴，该第一旋转轴具有与第三X中心相垂直的第一旋转中心，所述末端执行器安装在第一旋转轴的末端，所述末端执行器在直线驱动机构和机器人组件的驱动下作X方向的直线往复运动和Y-Z平面的转动、平动以及末端执行器做绕第一旋转中心轴线的轴向运动。
在上述实施例四中，参考附图15到附图18，所述双层导轨结构81具有一壳体811，在壳体811内安装有上下设置的上导轨812和下导轨814，在上导轨812处设置有用于与第二旋转轴39固定连接的安装法兰813，在下导轨814处设置有用于与底座固定连接的固定法兰815，在上导轨812和下导轨814之间具有与上导轨812和下导轨814传动连接的传动组件816，传动组件816的一端与电机组件连接并由电机驱动，在电机组件驱动传动组件816运动时，传动组件816带动上导轨812、下导轨814同向、同步运动。更具体的，其安装连接方式可以采用电机+减速机+多级传动组件816+丝杆+法兰的方式来实现，电机组件包括电机和减速机，运动方式则是固定法兰815不动，下导轨814运动，上导轨812不动，安装法兰813运动，即在两个导轨中间用一个电机可实现两条导轨同步同向运动。具体运动方式为：固定法兰815固定，不做运动动作，电机顺时针作业时，带动上导轨812、下导轨814运动，两条导轨同步运动，在上导轨812上的安装法兰813跟随上导轨812同步运动。其中多级传动组件816可以采用多组齿数不同的齿轮来实现，可以是齿轮间啮合，也可以是链带、皮带传动，多级传动组件816实现的功能是使上导轨812、下导轨814在同一电机带动下行进的距离有比例差。
通过上述实施例四的实施，在原有实施例三的第二旋转轴39下方增加行走轴8，可使机器人实现原有位置距离变化。实际使用时以行走轴8的长度对应增加可使用的空间，对原本距离上不够的场景实现覆盖，行走轴8本身为双层结构，只需一个电机可带动两成行走轴8同向运动，使末端执行器4的运动范围更广，用一个短机构实现长行程，其末端执行器的运动轨迹可以参考附图21和附图22，可以看出在使用实施例四的情况下，可以在不占用过多空间的情况下尽量多得增加行程。
实施例五
如附图8至附图11所示，本发明实施例五公开了一种加工中心7生产线，包括上述的自动上下料***。优选地，加工中心7生产线中包括两台加工中心7，两台加工中心7的上料窗口71面对面设置，自动上下料***位于两台加工中心7的中间。更具体的，所述加工中心生产线包括至少两台加工中心7，至少两台加工中心7的上料窗口71呈中间位置设置或呈直线设置；至少两台加工中心7的上料窗口71呈中间位置设置时，自动上下料机器人位于至少两台加工中心7的中间位置；至少两台加工中心7的上料窗口71呈直线设置时，自动上下料机器人沿滑轨长度方向设置在加工中心7上料窗口71的一侧。
通过上述实施例一至实施例四以及实施例五的实施，经过对自动上下料***的结构设计，使其能够更好得应用到加工中心7机台中去，其中针对加工中心7中的小型工件自动上下料所设计出与之配套使用的安装底座1、滑轨2、机器人组件3、末端执行器4，其中机器人组件3由直线驱动机构6在加工中心7的上料窗口71一侧或前面直线往复运动，由于上料桌5就设立在一侧，机器人组件3线性移动的范围不用很大，行程比较短，因此整体的自动上下料***可以做的比较小；同时，由第一机器臂31、第一机器人关节32、第二机器臂33、第二机器人关节34、第三机器臂35、第三旋转关节36、第四机器臂37所构成的机器人组件3，其中各机器臂、各关节的转动自由度均为以各自中心轴X轴作Y-Z平面上的转动，这种机器人组件3结构可以让末端执行器4在有限的空间内快速完成上料和下料动作，末端执行器4的平动自由度和转动自由度得以满足其实际作业需求，从而同样能简化、缩小整个自动上下料***的体积，以此来减少占地空间和节约成本，同时由机器人关节及直线驱动机构6控制完成工件的快速上下料，其精度准、效率高，既能减小机器人的尺寸、又能提高机器人上下料的速度，使自动上下料***本身所占用的空间能够得以减少，相较常规机器人的效率更高，可以使产品的加工精度得以提高，同时其成本低，更加经济、便宜，使得企业投入成本的效益回收周期缩短。
在使用本发明实施例的加工中心7生产线及自动上下料***时，动作流程可参考如下：
1、外部搬运小车将待加工产品的放料盘52放置到上料桌5的待加工工件放置区域501上，此处为取料区；同时在上料桌5的加工完工件放置区域502放置空的放料盘52，此为下料区；
2、机器人组件3从取料区抓取待加工产品；
3、机器人组件3将待加工产品送入加工中心7；
4、机器人组件3将加工完成产品取出，加工完成产品放置到下料区；
5、放料盘52中的工件全部加工完成后由外部搬运小车取走。
针对上述实施例，本发明可能产生的变化描述如下：
1. 在以上实施例中，直线驱动机构6采用以下机构之一：
（a）气缸，气缸的活塞杆作为直线驱动机构6的作用端；
（b）直线电机，直线电机的转子作为直线驱动机构6的作用端；
（c）控制电机与丝杠机构的组合，其中控制电机为步进电机或者伺服电机，丝杠螺母机构由丝杠与螺母配合构成螺旋副，控制电机与丝杠传动连接，螺母作为直线驱动机构6的作用端；
（d）控制电机与皮带轮机构组合，其中，控制电机为步进电机或伺服电机，所述皮带轮机构由皮带轮和皮带配合构成直线运动副，控制电机通过轮组与皮带连接，皮带作为直线驱动机构6的作用端。
2. 在以上实施例中，料盘升降机构53中的升降气缸531也可以替换成直线驱动机构6中的其中一种，其连接方式不再赘述。
3.在以上实施例中，所述加工中心7生产线中的加工中心7数量可以是一个，但是本发明不以此为限，两个加工中心7也可以共同使用一台自动上下料***，加工中心的数量还可以是4台、6台、8台等不同的数量，也可以是3台、5台等数量，当需要将自动上下料机器人设置在多台加工中心中间的时候，多台加工中心可以环绕在一个自动上下料机器人的圆周一侧，自动上下料机器人位于3台、4台、5台、6台等等不同数量的加工中心的中间位置。
4.在以上实施例中，所述末端执行器4为可以抓取、释放工件的部件，末端执行器是用于抓取工件上下料的，在本发明实施例一中，末端执行器采用夹爪，但是本发明不以此为限，也可以采用吸盘、磁吸盘等可以用于抓取特定产品的结构。当然，末端执行器还可以是可以用于焊接、螺丝锁附等执行器，使用场景可以扩大。
5. 在以上实施例四中，所述行走轴8是可以设置在实施例一、实施例二的第一机器臂31下方的，也可以是设置在实施例三的第二旋转轴39下方，该结构可以参考实施例四的描述去理解，在本文中不再重复。
6. 在以上实施例四中，所述上料桌5位于安装底座朝向Y方向的一旁，但是本发明不以此为限，多个上料桌可以并排设立在自动上下料***的一旁或两旁，上料桌的摆放可以根据使用场景的不同进行灵活变换，或者没有上料桌，而是在流水线上取料，同样能达到在包含了自动上下料***的加工中心生产线的灵活应用，这是本领域技术人员所能理解的，因此在此不在赘述。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种自动上下料***，该自动上下料***针对加工中心(7)设置，用于加工中心(7)中上料窗口(71)处工件的自动上下料，包括安装底座(1)、滑轨(2)、机器人组件(3)、末端执行器(4)，其特征在于：
所述安装底座(1)沿滑轨(2)的长度延伸方向设置在加工中心(7)上料窗口(71)的一侧，定义滑轨(2)的水平长度延伸方向为X方向，定义与滑轨(2)的水平表面呈竖直状态的竖直延伸方向为Z方向，与X、Z方向相垂直的方向则为Y方向；
在所述安装底座(1)上设置有用于带动机器人组件(3)或安装底座(1)沿X方向往复运动的直线驱动机构(6)，所述直线驱动机构(6)的一端与滑轨(2)相对固定连接，另一端与安装底座(1)或机器人组件(3)连接；
所述机器人组件(3)包括第一机器臂(31)、第一机器人关节(32)、第二机器臂(33)、第二机器人关节(34)、第三机器臂(35)、第三机器人关节(36)、第四机器臂(37)；其中，
所述第一机器臂(31)座落在安装底座(1)的上方，并由直线驱动机构(6)驱动于X方向上作往复运动；所述第一机器人关节(32)一端连接第一机器臂(31)，另一端连接第二机器臂(33)，第一机器人关节(32)中具有沿X方向设置的第一X轴中心，第一X轴中心为第一机器臂(31)和第二机器臂(33)在Y-Z平面上转动的几何中心；
所述第二机器人关节(34)一端连接第二机器臂(33)、另一端连接第三机器臂(35)，第二机器人关节(34)中具有沿X方向设置的第二X轴中心，第二X轴中心为第二机器臂(33)和第三机器臂(35)在Y-Z平面上转动的几何中心；
所述第三机器人关节(36)一端连接第三机器臂(35)、另一端连接第四机器臂(37)，第三机器人关节(36)中具有沿X方向设置的第三X轴中心，第三X轴中心为第三机器臂(35)和第四机器臂(37)在Y-Z平面上转动的几何中心；
所述末端执行器(4)安装在第四机器臂(37)的一侧并与第四机器臂(37)定位连接，所述末端执行器(4)在直线驱动机构(6)和机器人组件(3)的驱动下作X方向的直线往复运动和Y-Z平面的转动、平动。
2.根据权利要求1所述的自动上下料***，其特征在于：所述自动上下料***还包括上料桌(5)，所述上料桌(5)位于安装底座(1)朝向Y方向的一旁，在上料桌(5)上设置有放料架(51)、放料盘(52)，所述上料桌(5)上设置有待加工工件放置区域(501)和加工完工件放置区域(502)。
3.根据权利要求2所述的自动上下料***，其特征在于：在待加工工件放置区域(501)和加工完工件放置区域(502)均设置所述料盘升降机构(53)，所述料盘升降机构(53)包括升降气缸(531)、升降轴(532)、导向轴(533)、支撑板(534)、托板(535)，支撑板(534)固定在放料架(51)上，在支撑板(534)上穿设导向轴(533)和升降轴(532)，升降轴(532)与升降气缸(531)的伸缩端连接，在导向轴(533)和升降轴(532)的顶端安装托板(535)，托板(535)用于支撑放料盘(52)。
4.根据权利要求1所述的自动上下料***，其特征在于：在所述第四机器臂(37)的末端安装有一第一旋转轴(38)，该第一旋转轴(38)具有与第三X中心相垂直的第一旋转中心，所述末端执行器(4)安装在第一旋转轴(38)的末端，所述末端执行器(4)在直线驱动机构(6)和机器人组件(3)的驱动下作X方向的直线往复运动和Y-Z平面的转动、平动以及末端执行器(4)做绕第一旋转中心轴线的轴向运动。
5.根据权利要求1所述的自动上下料***，其特征在于：所述滑轨(2)为直线滑轨(2)，所述滑轨(2)位于加工中心(7)一侧的地面上，安装底座(1)安装在滑轨(2)上，直线驱动机构(6)与滑轨(2)保持相对固定，所述直线驱动机构(6)的输出端与安装底座(1)连接，由直线驱动机构(6)驱动安装底座(1)沿滑轨(2)的长度方向作往复直线运动。
6.根据权利要求5所述的自动上下料***，其特征在于：在所述第一机器臂(31)的下方安装有一第二旋转轴(39)，第二旋转轴(39)座落在安装底座(1)的上方，该第二旋转轴(39)具有与X-Y面垂直的第二旋转中心，所述第一机器臂(31)在第二旋转轴(39)的带动下做绕第二旋转中心的轴向转动。
7.根据权利要求1、4或6所述的自动上下料***，其特征在于：所述第一机器臂(31)或第二旋转轴（39）的下方设有一行走轴(8)，所述行走轴(8)具有一双层导轨结构(81)，由一电机组件(82)带动行走轴(8)沿双层导轨结构(81)同向运动。
8.根据权利要求7所述的自动上下料***，其特征在于：所述双层导轨结构(81)具有一壳体(811)，在壳体(811)内安装有上下设置的上导轨(812)和下导轨(814)，在上导轨(812)处设置有用于与第二旋转轴(39)固定连接的安装法兰(813)，在下导轨(814)处设置有用于与底座固定连接的固定法兰(815)，在上导轨(812)和下导轨(814)之间具有与上导轨(812)和下导轨(814)传动连接的传动组件(816)，传动组件(816)的一端与电机组件连接并由电机组件驱动，在电机驱动传动组件(816)运动时，传动组件(816)带动上导轨(812)、下导轨(814)同向、同步运动。
9.一种加工中心生产线，其特征在于：包括权利要求1至权利要求8所述的自动上下料***。
10.根据权利要求9所述的加工中心生产线，其特征在于：所述加工中心生产线包括至少两台加工中心(7)，至少两台加工中心(7)的上料窗口(71)呈中间位置设置或呈直线设置；至少两台加工中心(7)的上料窗口(71) 呈中间位置设置时，自动上下料机器人位于至少两台加工中心(7)的中间位置；至少两台加工中心(7)的上料窗口(71)呈直线设置时，自动上下料机器人沿滑轨长度方向设置在加工中心(7)上料窗口(71)的一侧。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115818230A (zh) * 2022-12-28 2023-03-21 广东拓斯达科技股份有限公司 一种镀膜上下料设备

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