CN101417422A - 汽车玻璃预处理生产线自动上片机械手 - Google Patents

汽车玻璃预处理生产线自动上片机械手 Download PDF

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Abstract

本发明一种汽车玻璃预处理生产线自动上片机械手，包含传动机构平台，抓取手臂及感觉触摸机构，手臂旋转机构和上升下降缓冲机构，其中，传动机构平台安装在有3个三脚独腿机架组成的上升下降缓冲机构上，抓取手臂及感觉触摸机构与手臂旋转机构上的旋转轴连接。优点是：使用双作用气缸进行Z轴方向的上升下降运动，带动X轴方向左右运动的传动机构平台，上升时将被抓取玻璃提升300mm以分离堆垛架上的玻璃及避开堆垛架上的横档，下降时将被抓取玻璃下降300mm以把玻璃放到Y轴方向运动的输送机上；设备外形小巧美观，占地空间小；设计创新、新颖、实用、前瞻性的设计构思；结构简单，因而容易制作及装配，编程方便，造价低廉。

Description

汽车玻璃预处理生产线自动上片机械手
技术领域
本发明涉及汽车玻璃预处理生产线自动片机械手。
背景技术
目前汽车玻璃预处理生产线自动上片大多由伺服系统组成上升下降，正反旋转，前后直线运动的机械结构，或由六轴联动的机器人来执行自动上片功能，这些机构费用昂贵，编程复杂，维护成本高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种汽车玻璃预处理生产线自动上片机械手，该设备专为角窗线项目而设计的从旋转台上自动抓取原片玻璃放到输送带上的机械手，结构巧妙新颖，制作装配简单，编程方便，造价低廉。
本发明解决上述技术问题所采取的技术方案是，本发明的自动上片机械手，使用双作用气缸进行Z轴方向的上升下降运动，带动X轴方向左右运动的传动机构平台，上升时将被抓取玻璃提升300mm以分离堆垛架上的玻璃及避开堆垛架上的横档；下降时将被抓取玻璃下降300mm以把玻璃放到Y轴方向运动的输送机上。
由于X轴方向左右运动的传动机构平台较为沉重，上升下降气缸进行Z轴方向的下降运动时受重力影响会急剧下降产生震动，因此设计一个缓冲机构，在Z轴方向并联一个同样行程的双作用辅助上升缓冲下降气缸，使其产生一个始终向上的托力，辅助传动机构平台上升，传动机构平台下降时抵消重力影响，缓冲气缸内被压缩的气压通过快速排气阀排出，因而缓冲气缸内壁始终处于设定压力。
手臂旋转84.5°也是采用双作用气缸进行顺、逆时针旋转。
随着堆垛架上的玻璃越取越少，手臂行程越来越长，为了保证在被抓取玻璃前100mm处进行减速以及触摸到玻璃后才开始进行抓取行动，由此设计了一套感觉触摸系统，它由一个声纳传感器和一个对射式光电开关组成。因此不管在X轴上什么位置，手臂始终会在离被抓取玻璃的100mm处减速缓行触及玻璃后采取抓取玻璃行动。
本发明的汽车玻璃预处理生产线自动上片机械手，包括传动机构平台，抓取手臂及感觉触摸机构，手臂旋转机构和上升下降缓冲机构，其中，传动机构平台安装在有3个三脚独腿机架组成的上升下降缓冲机构上，抓取手臂及感觉触摸机构与手臂旋转机构上的旋转轴连接。
所述的传动机构平台，包括传动组，传动机构底板，同步带，传动机构直线导轨，传动机构直线滑块，连接件，伺服电机，位置检测，上升下降直线导轨和气缸联结底座，其中，传动机构底板的一端安装有传动组，另一端安装有伺服电机，传动机构底板上面还安装有直线导轨，直线滑块插入直线导轨中，及连接件，传动机构平台下部连接有上升下降的直线导轨和气缸联结底座，在其一侧还装有位置检测。
所述的传动组，包括同步带轮、同步带轮轴、轴承座和轴承座板，传动带轮与伺服电机的输出皮带轮，通过同步带连接传递动力。
所述的抓取手臂及感觉触摸机构，包括手臂肘关节、抓取手臂、抓手、感觉触摸系统、声纳开关，其中，手臂肘关节由两块夹板用螺栓把旋转轴套和铝型材料制成的抓取手臂连接成一体。
所述的感觉触摸系统由触觉头、触觉杆、弹簧、触觉杆套、光电开关、遮光片以及声纳开关连接组合而成，并用螺栓连接在抓取手臂一侧。
所述的抓手，由真空吸盘、连接杆、弹簧、连接杆套和大螺母连接组合而成，并用螺栓连接在抓取手臂一侧。
所述的手臂旋转机构，由翻转气缸、旋转臂、轴承座、旋转轴及手臂旋转底座连接组合而成，其中，手臂旋转底座上安装由翻转气缸、旋转臂、轴承座、旋转轴；旋转臂通过平键套装在旋转轴上，其一端与翻转气缸的连杆连接，旋转轴的一端与轴承座连接，另一端与抓取手臂肘关节连接。
本发明的有益效果是：
1、使用双作用气缸进行Z轴方向的上升下降运动，带动X轴方向左右运动的传动机构平台，上升时将被抓取玻璃提升300mm以分离堆垛架上的玻璃及避开堆垛架上的横档，下降时将被抓取玻璃下降300mm以把玻璃放到Y轴方向运动的输送机上；
由于X轴方向左右运动的传动机构平台较为沉重，气缸进行Z轴方向的下降运动时受重力影响会急剧下降产生震动，因此设计一个缓冲机构，在Z轴方向并联一个同样行程的双作用气缸，使其产生一个始终向上托力，辅助传动机构平台上升，传动机构平台下降时抵消重力影响，缓冲气缸内被压缩的气压通过快速排气阀排出，因而缓冲气缸内壁始终处于设定压力；
2、手臂旋转84.5°也是采用双作用气缸进行顺、逆时针旋转；随着堆垛架上的玻璃越取越少，手臂行程越来越长，为了保证在被抓取玻璃前100mm处进行减速以及触摸到玻璃后才开始进行抓取行动，由此设计了一套感觉触摸系统，它由一个声纳传感器和一个对射式光电开关组成，因此不管在X轴上什么位置，手臂始终会在离被抓取玻璃的100mm处减速缓行触及玻璃后采取抓取玻璃行动；
3、在一个双作用气缸配上一个快速排气阀，使机械手运行平稳、快捷，使在传动机构平台上被抓取的玻璃不受重力影响加速下降，突然停止而滑落，造成不必要的经济损失；
4、由抓手和光电开关组成的感觉触摸系统，改进传统定点减速系统的缺陷即随着堆垛架上的玻璃越取越少，设定的减速点离玻璃距离越来越长，减速过程的时间也越来越长，势必导至延长抓取玻璃的工作周期，降低生产线工作效率，改进后的感觉触摸系统使得减速点始终离堆垛架上的玻璃100mm处(可调节)；
5、设备外形小巧美观，占地空间小；设计创新、新颖、实用、前瞻性的设计构思；结构简单，因而容易制作及装配，编程方便，造价低廉。
附图说明
图1为本发明的立体结构图。
图2为本发明的传动机构平台立体机构示意图。
图2A为图2的侧视图。
图3为本发明的抓取手臂及感觉触摸机构立体结构示意图。
图4为本发明的手臂旋转机构立体结构示意图。
图5为本发明的上升下降缓冲机构立体结构示意图。
附图中标号说明
1—传动机构平台            101—传动组      102—底板
103—同步带                104—直线导轨    105—直线滑块
106—连接件                107—伺服电机    108—位置监测
109—上升下降直线导轨          110—气缸联结底座
2—抓取手臂及感觉触摸机构      201—手臂肘关节
202—抓取手臂
203—抓手            2031—真空吸盘         2032—连接杆
2033—弹簧           2034—连接杆套         2035—大螺母
204—感觉触摸系统    2041—触觉头           2042—触觉杆
2043—弹簧           2044—触觉杆套         2045—光电开关
2046—遮光片
205—声纳开关
3—手臂旋转机构      301—翻转气缸          302—旋转臂
303—轴承座          304—旋转轴            305—手臂旋转机构底座
4—上升下降缓冲机构  401—三脚独腿机架      402—气缸联结底座
403—上升下降气缸    404—辅助上升缓冲下降气缸
405—快速排气阀      406—缓冲机构直线滑块
具体实施方式
以下结合附图对本发明的结构作进一步说明。
图1为本发明的立体结构图，上升下降缓冲机构4(如图5所示)是自动上片机械手机座，机座由3个三脚独腿机架401组成，机座上部安装有传动机构平台1，传动机构平台1(如图2所示)上装有二个Z轴向的上升下降直线导轨104插入机座上部两翼装有的两个缓冲机构直线滑块406中，传动机构平台上升下降气缸403和传动机构平台辅助上升缓冲下降气缸404(两气缸并联)通过气缸联结底座110和气缸联结底座402连接传动机构平台1与上升下降缓冲机构4，承载自动上片机械手Z轴向的上升下降功能。
使用螺栓将手臂旋转机构3(如图4所示)上的手臂旋转机构底座305，固定在传动机构平台1上的直线滑块105与直线导轨104共同组成X轴向的运动轨迹。
抓取手臂及感觉触摸机构2(如图3所示)的抓取手臂肘关节201用平键与手臂旋转机构3的旋转轴304联结。
由传动机构平台1，抓取手臂及感觉触摸机构2，手臂旋转机构3和上升下降缓冲机构4互相简单的机构连接，在自动上片机械手机座强有力地支撑下由程序发出指令各组件执行有序的互动，完成从原片玻璃堆垛架上抓取玻璃到输送带上的功能。
如图2和图2A所示，本发明的传动机构平台1由传动组101、底板102、同步带103、直线导轨104、直线滑块105、连接件106、伺服电机107、位置监测108、上升下降直线导轨109和气缸联结底座110组成，完成下列功能：
1、X轴向的抓取手臂及感觉触摸机构2左右运动，以便抓取堆垛架上的玻璃；
2、Z轴向上升，以分离堆垛架上的玻璃及避开堆垛架上的横档，下降时将被抓取玻璃放到Y轴方向运动的输送机上；
其中，传动组101由被动同步带轮、被动同步带轮轴、轴承座及轴承座板组成。轴承座用螺栓固定在轴承座板上，其作用是支撑被动同步带轮轴及其被动同步带轮，装上相应同步带3后，通过同步带3的牵引，使得手臂旋转机构3实行X轴方向左右移动。
传动机构底板102上用螺栓安装有传动组101、同步带103、直线导轨104、直线滑块105、连接件106、伺服电机107、位置监测108、上升下降直线导轨109和气缸联结底座110。其中，直线滑块105插入直线导轨104中；
同步带103，它传递X轴向运动力；
直线导轨104和直线滑块105组成X轴向的运动轨迹；
连接件106，它连接同步带103，抓取手臂及感觉触摸机构2以及手臂旋转机构3，实现X轴向运动功能；
X轴向运动伺服电机107是X轴向运动的动力源，实行加速、全速、减速等功能，平稳安全地完成玻璃抓取工作；
位置监测108是设备安全保障，它实时监测抓取设备所在位置随时发出加速、全速、减速以及手臂旋转机构3指令，顺利进行玻璃抓取工作；
上升下降直线导轨109，该上升下降直线导轨109与上升下降缓冲机构4的缓冲机构直线滑块406组成Z轴向的运动轨迹；
气缸联结底座110，它是安装上升下降缓冲机构4上的上升下降气缸403和传动机构平台辅助上升缓冲下降气缸404，它的位置可调。
图3为本发明的抓取手臂及感觉触摸机构2，它由手臂肘关节201、抓取手臂202、抓手203、感觉触摸系统204和声纳开关205组成，其中，感觉触摸系统204完成以下功能：
1、调节抓手适合抓取玻璃规格；
2、探测抓取玻璃距离，以便减速前行，避免冲撞损坏玻璃；
3、探测玻璃堆垛架是否存在玻璃；
4、触摸玻璃产生真空；
5、从玻璃堆垛架上抓取玻璃放置在Y轴向输送带上。
抓取手臂肘关节201，由两块夹板用螺栓把旋转轴套和8040铝型材制成的抓取手臂202连接成一体形成肘关节201，帮助手臂完成旋转任务。
手臂材料8040铝型材和与之相应附件、角件、螺丝等连接而成。
抓手203由真空吸盘2031、连接杆2032、弹簧2033、连接杆套2034、大螺母2035等器件组成，主要完成吸取玻璃和吸取玻璃的角度的自调任务。
感觉触摸系统204利用一个声纳开关205组成感觉系统，探测抓手203中的真空吸盘2031到玻璃堆垛架上玻璃距离，此距离可以调节，目前调定在100mm距离，成为触摸系统的元件是U型发射和接收为一体的光电开关2045、由触觉头2041、触觉杆2042、弹簧2043、触觉杆套2044、遮光片2046等组成。触觉头2041安装在四个抓手203中的真空吸盘2031的同一个平面上，触觉头2041与四个抓手203中的真空吸盘2031同时接触玻璃后，触觉头2041带动遮光片2046遮住U型光电开关2045的发射光使信号从“1”到“0”发出抓取玻璃指令，准确无误地完成抓取玻璃的任务。
图4为本发明的手臂旋转机构3其作用是把玻璃堆垛架上成95.5°的玻璃翻转成180°便于把玻璃放置到Y轴向输送带上，由螺栓固定在传动机构平台1的直线滑块105上；
翻转气缸301是手臂旋转机构3的原动力；
旋转臂302，它起到连接翻转气缸301和旋转轴304的作用；
轴承座303支撑旋转轴304的作用；
旋转轴304通过标准平键联结到抓取手臂202及感觉触摸机构2的手臂肘关节201上；
手臂旋转机构底座305上安装由翻转气缸301、旋转臂302、轴承座303和旋转轴304、手臂旋转机构底座305通过螺栓固定在传动机构平台1的直线105上。
图5为本发明的上升下降缓冲机构4，专为避开玻璃堆垛架上横档并消除传动机构平台1重力影响所产生的震动而设计，由三脚独腿机架401、气缸联结底座402、传动机构上升下降气缸403、辅助上升缓冲下降气缸404、快速排气阀405、缓冲机构直线滑块406连接而成。
三脚独腿机架401具有占地面积小，重心低，三脚着地稳等特点；
气缸联结底座402，它是安装上升下降缓冲机构4上的传动机构平台上升下降气缸403，传动机构平台1辅助上升缓冲下降气缸404，它的位置可调；
传动机构平台上升下气缸403；
传动机构平台辅助上升缓冲下降气缸404；
传动机构平台辅助上升缓冲下降气缸404的快速排气阀405由辅助上升缓冲下降气缸404、快速排气阀405组成传动机构平台辅助上升缓冲下降机构，使其产生一个始终向上的托力，辅助传动机构平台上升，传动机构平台下降时抵消重力影响，缓冲气缸内被压缩的气压通过传动机构平台辅助上升缓冲下降气缸的快速排气阀405排除，因而缓冲气缸内壁始终处于设定压力；
直线滑块406，该直线滑块406与传动机构平台1上的直线导轨109组成Z轴向的运动轨迹。
工作过程：
被抓取玻璃的规格：400mm(长度)×280mm(宽度)至2000mm(长度)×1000mm(宽度)。
抓取循环时间：15秒。
抓取顺序：
1、待机状态：抓手中的真空吸盘水平状态位于输送带上方300mm终点处；
2、接到抓取命令后抓手中的真空吸盘顺时针旋转84.5°；
3、抓手中的真空吸盘下降300mm；
4、抓手中的真空吸盘加速向前到距转台上原片玻璃100mm处(可调)减速前行至原片玻璃处；
5、抓手中的真空吸盘进行吸气，吹气1个循环后形成真空70％以上(如果由于吸盘损坏，或者连接气管爆裂不能形成真空，设备将会自检报警，程序停止执行)；
6、抓手中的真空吸盘抓取原片玻璃后上升100mm(可调)急停(防止抓取一片以上玻璃)随后再上升200mm；
7、向后加速后退距原点100mm处(可调)减速后退直至原点；
8、抓手中的真空吸盘逆时针旋转84.5°至水平位置；
9、如果输送带上无玻璃则下降300(如有玻璃则等待在上方直至玻璃离开)；
10、释放真空并吹气，将玻璃放置到输送带上；
11、上升300mm至待机状态。
重复2～11步骤直到全部抓取完堆垛架上的玻璃后返回待机状态。

Claims (7)

1、一种汽车玻璃预处理生产线自动上片机械手，包含传动机构平台，抓取手臂及感觉触摸机构，手臂旋转机构和上升下降缓冲机构，其特征在于：传动机构平台(1)安装在有3个三脚独腿机架组成的上升下降缓冲机构(4)上，抓取手臂及感觉触摸机构(2)与手臂旋转机构(3)上的旋转轴连接。
2、根据权利要求1所述的汽车玻璃预处理生产线自动上片机械手，其特征在于：所述的传动机构平台(1)，包括传动组(101)，传动机构底板(102)，同步带(103)，传动机构直线导轨(104)，传动机构直线滑块(105)，连接件(106)，伺服电机(107)，位置检测(108)，上升下降直线导轨(109)和气缸联结底座(110)，其中，传动机构底板(102)的一端安装有传动组(101)，另一端安装有伺服电机(107)，传动机构底板(102)上面还安装有直线导轨(104)，直线滑块(105)插入直线导轨(104)中，连接件(106)连接同步带(103)，传动机构平台(1)下部连接有上升下降的直线导轨(109)和气缸联结底座(110)，在其一侧还装有位置检测(108)。
3、根据权利要求1所述的汽车玻璃预处理生产线自动上片机械手，其特征在于：所述的传动组(101)，包括同步带轮、同步带轮轴、轴承座和轴承座板，传动带轮与伺服电机(107)的输出皮带轮，通过同步带(103)连接传递动力。
4、根据权利要求1所述的汽车玻璃预处理生产线自动上片机械手，其特征在于：所述的抓取手臂及感觉触摸机构(2)，包括手臂肘关节(201)、抓取手臂(202)、抓手(203)、感觉触摸系统(204)、声纳开关(205)，其中，手臂肘关节(201)由两块夹板用螺栓把旋转轴套和铝型材料制成的抓取手臂(202)连接成一体。
5、根据权利要求4所述的汽车玻璃预处理生产线自动上片机械手，其特征在于：所述的感觉触摸系统(204)由触觉头(2041)、触觉杆(2042)、弹簧(2043)、触觉杆套(2044)、光电开关(2045)、遮光片(2046)以及声纳开关(205)连接组合而成，并用螺栓连接在抓取手臂(202)一侧。
6、根据权利要求4所述的汽车玻璃预处理生产线自动上片机械手，其特征在于：所述的抓手(203)由真空吸盘(2031)、连接杆(2032)、弹簧(2033)、连接杆套(2034)和大螺母(2035)连接组合而成，并用螺栓连接在抓取手臂(202)一侧。
7、根据权利要求1所述的汽车玻璃预处理生产线自动上片机械手，其特征在于：所述的手臂旋转机构(3)由翻转气缸(301)、旋转臂(302)、轴承座(303)、旋转轴(304)及手臂旋转底座(305)连接组合而成，其中，手臂旋转底座(305)上安装由翻转气缸(301)、旋转臂(302)、轴承座(303)、旋转轴(304)；旋转臂(302)通过平键套装在旋转轴(304)上，其一端与翻转气缸(301)的连杆连接，旋转轴(304)的一端与轴承座(303)连接，另一端与抓取手臂肘关节(201)连接。
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