CN101284379A - 操作机械手组件 - Google Patents

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Abstract

一种操作机械手组件，包括被安置在转盘(3)上的垂直延伸的主支撑件(2)。紧固有水平伸展臂(12)的垂直行进的垂直滑座(9)被安置在主支撑件(2)上。在端部设有机械手夹持器(18)的枢接臂(14)被安装在水平伸展臂(12)上。这种操作机械手组件(1)适于有利地将工具或工件进给到设有前入口的机床，或者从中除去。

Description

操作机械手组件
技术领域
本发明涉及如从权利要求1的前序部分中说明的操作机械手(handling manipulator)组件，还涉及如在权利要求15中阐述的操作机械手组件的用途以及在权利要求16的前序部分中阐述的机床组件。
背景技术
为了自动将工件进给例如车床、铣床、刻模机、冲刀的机床，或者从中自动除去，例如机械手的操作组件是众人共知的。除了用于进给/除去工件之外，当然还可采用这些操作组件用于进给/除去工具。
在EP-A-1 481759中所知的是一般的操作机械手组件。这种组件的特征是具有第一滑座可在其上水平行进的水平入口。第一滑座设有另一滑座可在其上垂直行进的细长支撑件。设计用于围绕水平轴线枢转的臂被安装在第一滑座上。工件操纵夹持器被固定到臂的端部。该操作机械手组件特别适于深入机床的侧开口。
在JP-A-2004 090186中公开的是一般的运输机器人附件形式的操作机械手组件。该组件的特征是具有可围绕垂直轴线转动的、用于支撑设计用于垂直行进的水平伸展臂的垂直延伸的主支撑件(盘)，在第一示例性实施例(变型200A到200C)中其包括径向成直线、上下叠加安置的两个盘形支撑件。第一支撑件固定地连接到被安置在主支撑件上的两个托架，同时第二支撑件设有水平可转动的叉状零件。在第二示例性实施例(变型200D到200E)中，水平伸展臂设有两个垂直可转动的枢转臂，该叉状零件可水平或者垂直地转动。在第一变型上的叉状零件仅可有条件地活动时，一方面具有其两个枢转臂的第二变型比较复杂，另一方面其仅能操作小负载。另外，在两个示例性实施例中，自动机械手受限于由于其运动范围引起的机动性，即受限于操纵夹持器的水平行进。
在JP-A-05076965中所知的是装有轨道的自动机械手，其设计用于在相互远离的两个压床之间水平行进以将工件从一个压床上传输到另一压床上。如此设计该自动机械手以至于在该自动机械手水平行进时，其机械臂可围绕垂直轴线转动。
发明内容
本发明的目的是完备在权利要求1的前序部分中说明的操作机械手组件，以至于其现在能发现适于特别有利地用于除被构建的比较简单和稳固之外、完全不干扰访问机床的情况下将工件或工具进给机床或者从其中除去的普遍应用。
根据本发明，通过在权利要求1中阐述的操作机械手组件达到本目的。
在权利要求1中限定的具有两个转动轴线以及垂直和水平线性轴线的操作机械手的优越性在于其高机动性和简单、稳固的结构。所声称的操作机械手组件能访问虚拟圆柱形空间内除中间部分之外的任一点。用于水平行进的水平伸展臂的线性导向件还获得水平伸展臂的大的水平行进，并且这样当然在耗费比较小的能量和高精确度的情况下获得机械手夹持器的大的水平行进。
从属权利要求2至14限定了如在权利要求1中说明的操作机械手组件的另一优选实施例。
当在优选实例方面中限定的主支撑件被安置在用于水平行进的主滑座上时，操作机械手组件增加的运动范围提高了其灵活性。
在另一优选实例方面中，通过在枢接臂上的接合链节来支撑机械手夹持器，接合链节的转动轴线与垂线所成角度在30°和60°之间，最好为45°。现在不但可水平地而且还可成角度地拾取并且传输工件或工具。
本发明的另一目的是限定包含至少一个机床和操作机械手组件的机床组件，以至于现在可通过机床的前入口畅通无阻地访问机床。
通过在权利要求16中阐述的机床组件获得本目的。
机床组件的另一优选实施例在从属权利要求17和18中限定。
附图说明
下面将参照附图通过本发明的优选示例性方面详细地说明本发明，其中：
图1以图示方式说明了第一视图中的操作机械手组件；
图2说明了另一视图中的、在图1中示出的操作机械手组件；
图3至图8分别说明了将工件托盘进给机床的各个阶段的操作机械手组件，以及
图9以综合图示方式说明了包括操作机械手组件、两个机床和两个机箱的机床组件。
具体实施方式
现在参照图1，其说明了根据本发明的操作机械手组件的示例性方面以解释其基本配置。操作机械手组件1包括被安置在转盘3上的垂直主支撑件2。在本实施例中，主支撑件2被安置在转盘3的中央，然而其也可偏离中心安置。围绕垂直轴线4转动的转盘3被固定到水平行进的主滑座5上，主滑座5可如双箭头6指示的行进在滑道7上。设计用于垂直行进的垂直滑座9被安置在垂直主支撑件2上。在这里又用双箭头11指示垂直滑座9的行进方向。垂直滑座9包括稳固的支撑体9a，在其下侧10安置有设计用于水平行进的水平伸展臂12，其行进的方向同样由双箭头13指示。水平伸展臂12通过线性滑行导向件，最好以线性导向底座、楔形导向件或导轨的形式安装到垂直滑座9上。该线性滑行导向件能在精确地重复访问所限定的任一水平位置的同时以比较小的能量获得水平伸展臂12的大的水平行进。
可围绕垂直轴线15转动的枢接臂14被安置在水平伸展臂12的前端。机械手夹持器18通过接合链节16被固定到枢接臂14上，通过机械手夹持器18可拾取例如工具和/或工件和/或托盘的零件并且在必要时进给机床，并且还将其从中除去。接合链节16具有机械手夹持器18可围绕其转动的转动轴线17。在本实施例中，以图形方式示出的是被机械手夹持器18拾取的盘19，并且被符号化为用于安装工件的托盘。本文没有示出要被加工的工件是如何正常地被固定在工件托盘19上的。应知机械手夹持器18可采取被设有的各种形式例如、活动机械手指、抓取元件、操纵元件等以积极和/或非积极地连接，所有这些均没有详述。当然，其可能是机械手夹持器18直接访问无托盘的工件。接合链节16的转动轴线17与垂线最好呈45°的角度。
枢接臂14的长度最好等于水平伸展臂12的至少0.4倍，枢接臂14与水平伸展臂12的比率通常在0.4∶1和1∶1之间。换句话说，枢接臂14的长度最好在水平伸展臂12的长度的40％和100％之间。这样，当水平伸展臂12约2米长时，枢接臂14的长度在0.8和2米之间。当操作机械手组件1被安置在机床的侧面时，枢接臂14的长度是特别决定性重要的，在这样情况下，枢接臂14的长度决定操作机械手组件1能将其机械手夹持器18伸入机床的前入口多远。
当枢接臂14远短于水平伸展臂12时，后者可通过水平伸展臂12和具有完全活动自由的枢接臂14之间的区别而水平行进。换句话说，机械手夹持器18的径向活动自由由水平伸展臂12的绝对长度决定并且也由枢接臂14的绝对长度决定。
垂直主支撑件2设有两个侧面支撑纵面20、21，在其之间限定了中心狭槽22。水平伸展臂12可延伸进该狭槽22中以至于可通过尾端后退进该狭槽22中而行进，从而允许水平伸展臂12的大幅度行进。一起用于引导垂直滑座9的导轨23、24被紧固在每个支撑纵面20、21的面上。最好是两个导轨23、24中的至少一个被配置为齿条(rack)以至于由垂直滑座9上的电机驱动的齿轮(没有示出)能主动接合从而上下带动垂直滑座9。垂直滑座9最好是同样通过主支撑件2上的线性导向件支撑。为了这个目的，两个导轨或者齿条23、24设有楔形导向件。作为备选，垂直滑座9可设有齿轮驱动、轴驱动、尤其是滚珠螺旋。这些驱动变型允许在任何情况下能重复地精确地垂直定位。
转盘3、主滑座5、垂直滑座9、水平伸展臂12以及枢接臂14被电机驱动围绕或者沿相应的轴线活动，没有示出属于此处的电机驱动。机械手夹持器18同样地被电机驱动以围绕接合链节16的转动轴线17转动。每个驱动被设计用于协作相应的传动装置，致使在完全活动自由内设有的重复精确定位是可能的。
现在参照图2，其说明了在图1中示出的操作机械手组件1，但是主滑座5现在有些向左端行进，同时垂直滑座9有些向下方行进并且水平伸展臂12有些向尾端移位。除此之外，机械手夹持器18连同工件托盘19已被接合链节16转动了180°。
参照示出用于安装以图形方式描述的工件和/或托盘和/或工具的、各种情况下的与机床26连同机箱28的操作机械手组件1的图3至8，现在将通过实施例解释操作机械手组件1的基本功能。操作机械手组件1被安置在机床26的一旁，后者的特征是具有前入口27，通过其可基本访问机床26并且通过其也可进给和除去工件或工具。在正常情况下，例如，当操作机械手组件1处于面对远离机床26的空闲位置时，正是在操作机械手组件1的侧面位置可经过机床26的前入口27畅通无阻地访问机床26。在图3和4中示出的说明中，水平伸展臂12可延伸进主支撑件2的狭槽22中这一点更显而易见。
现在参照图3，其说明了机械手夹持器18如何从机箱28的隔间29中拾取工件托盘19。为了这个目的，工件托盘19首先被机械手夹持器18拾取，垂直滑座9然后上升少许并且水平伸展臂12行进到尾端。然后，如在图4和图5中的箭头30所指示的，转盘3沿顺时针转动，垂直滑座9在转动期间已被带到想要的垂直位置。
现在参照图6，其说明了刚好在转动结束之前的操作机械手组件1。为了从机床26的这个位置进给工件托盘19，水平伸展臂12被向前带动并且同时枢接臂14被定位，以至于如在图7中显而易见的可通过机床26的前入口27进给工件托盘19。
现在参照图7和图8，如何将工件托盘通过前入口27进给机床26是显而易见的，实际的进给运动是部分操作机械手组件1的移动组合，即涉及转盘3的转动以及垂直滑座9的垂直行进、水平伸展臂12在位置上的水平移位以及同时发生的枢接臂14的转动定位。在图7和图8中，枢接臂14的特征必须具有一定的最小长度以至于夹持器可相应深地伸进操作机械手组件1的旁边的装置的前入口27。在该情况下，在枢接臂14的长度最好等于水平伸展臂12的长度的至少0.4倍时，就获得良好的结果。
当主支撑件2位于用于水平行进的主滑座5(图1)上时，还涉及到主滑座5的叠加运动。当操作机械手组件1需要服务多个机床和/或从多个机箱中拾取和置放工件或工具时，提供主滑座5特别有用。
取决于操作机械手组件1的布置和应用，配置转盘3是有用的以至于其可围绕垂直轴线4转动超过360°。
所示出的操作机械手组件1配置的比较简单并且在生产上是划算的，其仅是用于驱动需要具有相当高性能的垂直滑座9的马达以至于也可提升重负载。通过对比，用于移动主滑座5、水平伸展臂12和枢接臂14的马达可在尺寸上相应地小，由于它们不需要提升重负载，它们大致仅需要克服除加速质量之外的摩擦力。在任何情况下，示出的操作机械手组件1还适于操作重达100千克以及更重的工具或者工件。另外，操作机械手组件1发现了普遍应用并且机械手夹持器18可在其动作范围内精确地重复定位。
现在参照图9，其最后说明了包括操作机械手组件1、两个机床26、26a以及两个机箱28、28a的机床组件的综合图形视图。两个机床26、26a以及两个机箱28、28a被安置在环绕操作机械手组件1的环形上。这就是为什么在这种情况下不需将操作机械手组件1安置在水平行进主滑座上，而将操作机械手组件1安置在转盘3上来围绕垂直轴线4转动已足够了。在这样情况下，操作机械手组件1可围绕垂直轴线4转动超过360°，致使对于通过下文实施例解释的特定应用可大大增加操作速度。
例如，如果要将工件19从机箱28进给机床26，操作机械手组件1必须首先将其机械手夹持器18定位到位置P1。接着必须顺时针转动90°以至于机械手夹持器18可占据到可将工件进给机床26的位置P2。下一必要步骤是需要将工件19a从机箱28a进给到机床26a。为了这个目的，操作机械手组件1首先需要顺时针转动90°以至于机械手夹持器18占据到位置P3。在位置P3操作机械手组件1然后又需要顺时针转动90°以至于可将工件19a进给到机床26a。在操作机械手组件1可围绕垂直轴线4转动超过360°时，其又可顺时针转动90°以从机箱28中拾取工件并且将其进给机床26。在任何情况下，这样的枢转可从270°减到90°致使相当大地增加速度。应知刚才描述的动作在特征上仅是示例性的。但是，在任何情况下，操作机械手组件1可从机箱28、28a中拾取工件或者工具并且通过操作机械手组件1不超过180°的枢转将它们进给两个机床26、26a。
根据该操作机械手组件，其包括：
-可围绕垂直轴线转动的主支撑件，以及
-被用于在主支撑件上垂直行进的垂直滑座支撑的水平伸展臂，
-被用于在垂直滑座上水平行进的线性导向件支撑的水平伸展臂，以及
-水平伸展臂包括围绕垂直轴线转动的枢接臂，夹持器被安置在其端部
操作机械手组件发现了普遍应用并且适于特别有利地将工件和工具进给机床，并且从中除去。具有这样配置的操作机械手组件可被安置在机床的一旁以至于可畅通无阻地访问机床。
另外，操作机械手组件的特征是具有夹持器的良好的行进自由和大的动作半径。因为比较少的构件以及比较少的线性和转动轴线，此外，其被配置的比较简单和稳固以至于可操作重负载。除此之外，将操作机械手的几种元素的运动结合在减少访问时间的同时还优化了动态特性。

Claims (18)

1.一种操作机械手组件，包括可围绕垂直轴线(4)转动的垂直延伸的主支撑件(2)、由在所述垂直主支撑件(2)上的垂直行进的垂直滑座(9)支撑的水平伸展臂(12)、以及被直接或者间接地支撑在所述水平伸展臂(12)上的机械手夹持器(18)，其特征在于，所述水平伸展臂(12)被支撑在所述垂直滑座(9)上以利用线性导向件水平行进，并且所述水平伸展臂(12)设有可围绕垂直轴线(15)转动的枢接臂(14)，所述机械手夹持器(18)安置在所述枢接臂(14)的端部。
2.如权利要求1所述的操作机械手组件，其特征在于，所述主支撑件(2)被紧固在水平行进的主滑座(5)上。
3.如权利要求1或2所述的操作机械手组件，其特征在于，所述主支撑件(2)可围绕所述垂直轴线(4)转动超过360°。
4.如前述权利要求中任一项所述的操作机械手组件，其特征在于，枢接臂(14)与水平伸展臂(12)的比率在0.4∶1和1∶1之间。
5.如前述权利要求中任一项所述的操作机械手组件，其特征在于，所述机械手夹持器(18)利用接合链节(16)被支撑在所述枢接臂(14)处，所述接合链节(16)的转动轴线(17)与垂线之间所成角度在30°和60°之间，优选地为45°。
6.如前述权利要求中任一项所述的操作机械手组件，其特征在于，所述主支撑件(2)、所述水平伸展臂(12)以及所述枢接臂(14)可通过电机围绕或沿着相应的轴线活动。
7.如前述权利要求中任一项所述的操作机械手组件，其特征在于，所述主支撑件(2)设有所述水平伸展臂(12)可延伸进的垂直延伸的狭槽(22)。
8.如权利要求7所述的操作机械手组件，其特征在于，所述垂直滑座(9)被支撑在所述狭槽(22)的两侧上以在所述主支撑件(2)上行进。
9.如权利要求8所述的操作机械手组件，其特征在于，齿条(23、24)分别被安置在所述狭槽(22)的两侧，每个都垂直延伸，所述齿条(23、24)用于引导所述垂直滑座(9)并用于非积极地在所述主支撑件(2)上支撑所述垂直滑座(9)。
10.如权利要求9所述的操作机械手组件，其特征在于，所述垂直滑座(9)设有用于积极接合每个齿条(23、24)的齿轮，所述齿轮被电机驱动以垂直地移动所述垂直滑座(9)。
11.如前述权利要求中任一项所述的操作机械手组件，其特征在于，所述主支撑件(2)被安置在可围绕垂直轴线(4)转动的转盘(3)上。
12.如权利要求11所述的操作机械手组件，其特征在于，所述主支撑件(2)被居中地安置在所述转盘(3)上。
13.如权利要求11所述的操作机械手组件，其特征在于，所述主支撑件(2)被非居中地安置在所述转盘(3)上。
14.如前述权利要求中任一项所述的操作机械手组件，其特征在于，所述机械手夹持器(18)配置为抓取工件和/或工件托盘和/或工具。
15.一种如在权利要求1至14中任一项配置的操作机械手组件(1)的用途，用于将工件和/或工具进给到机床(26)，或者从机床(26)中除去。
16.一种机床组件，包括包含用于进给和除去工具和/或工件的前入口(27)的机床(26)、以及如权利要求1至14中任一项所配置的操作机械手组件(1)，其特征在于，所述操作机械手组件(1)被安置在所述机床(26)的前入口(27)的一旁。
17.如权利要求16所述的机床组件，其特征在于，用于盛放工具和/或工件和/或工件托盘的机箱(28)被安置在所述操作机械手组件(1)的运动范围内。
18.一种机床组件，包括每个都包含用于进给和除去工具和/或工件的前入口(27)的至少两个机床、以及如权利要求3所配置的操作机械手组件(1)，其特征在于，所述操作机械手组件(1)被安置以沿所述机床垂直行进并且可围绕所述垂直轴线(4)转动超过360°。
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