CN102514009A

CN102514009A - 自动取料机器手

Info

Publication number: CN102514009A
Application number: CN2011103800151A
Authority: CN
Inventors: 朱燕青; 王俊杰; 张洪亮; 黄郴; 张顺龙; 孙超; 李密; 曹冰伟
Original assignee: Shanghai Dianji University
Current assignee: Shanghai Dianji University
Priority date: 2011-11-25
Filing date: 2011-11-25
Publication date: 2012-06-27

Abstract

本发明涉及机械制造领域和机电自动化领域，是一种数字化控制的自动取料机械手，它包括纵向滑动轨道、横向滑动轨道、第一转轴、旋转盘、活塞杆、气缸、第二转轴、手臂、第三转轴、第四转轴、抓手、传感器和可程序逻辑控制器。本发明不仅能在自动生产线中能代替人工，进行自动取料送料，而且能够精确定位，从而使自动生产保持一致的精度，同时也提高了生产效率和产品质量，节省了人力成本。

Description

自动取料机器手

技术领域

本发明涉及机械制造领域和机电自动化领域，具体地说，是一种数字化控制的自动取料机械手。

背景技术

现代工业机械手起源于20世纪50年代初，是基于示教再现和主从控制方式、能适应产品种类变更，具有多自由度动作功能的柔性自动化产品。机械手的结构形式比较简单，专用性较强。由于通用机械手能很快的改变工作程序，适应性较强，所以它在不断变换生产品种的生产中获得广泛的引用。具有广泛的社会效益和经济效益。

机械手首先是从美国开始研制的。1958年美国联合控制公司研制出第一台机械手。

第二代机械手设有微型电子计算机控制系统，具有视觉、触觉能力，甚至听、想的能力。研究安装各种传感器，把感觉到的信息反馈，使机械手具有感觉机能。

第三代机械手（机械人）则能独立地完成工作过程中的任务。它与电子计算机和电视设备保持联系。并逐步发展成为柔性制造系统FMS(Flexible Manufacturing system)和柔性制造单元(Flexible Manufacturing Cell)中重要一环。

工业机械手是近代自动控制领域中出现的一项新技术，并已成为现代机械制造生产系统中的一个重要组成部分，这种新技术发展很快，逐渐成为一门新兴的学科——机械手工程。机械手涉及到力学、机械学、电器液压技术、自动控制技术、传感器技术和计算机技术等科学领域，是一门跨学科综合技术。机械手的结构形式开始比较简单，专用性较强。随着工业技术的发展，制成了能够独立的按程序控制实现重复操作，适用范围比较广的“程序控制通用机械手”，简称通用机械手。由于通用机械手能很快的改变工作程序，适应性较强，所以它在不断变换生产品种的中小批量生产中获得广泛的引用。

虽然目前机械手在各个行业的应用已非常广泛，但也有个别的小盲区还没有普及机械手。在某些公司的生产线上，目前仍然在靠着人工来完成作业，输送一个产品的时间大约需要10~11秒。同时，现有的机械手进行自动取料时，无法精确定位，而且不能进行数字化控制。因此，需要设计一种可精确定位且基于数字化控制的自动取料机器手。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种在自动生产线中能代替人工、自动取料送料并精确定位的基于数字化控制的自动取料机器手，从而自动生产等领域持续一致的精度，并能提高生产效率和产品质量，节省人力成本。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种自动取料机器手，其特征在于，包括纵向滑动轨道、横向滑动轨道、第一转轴、旋转盘、活塞杆、气缸、第二转轴、手臂、第三转轴、第四转轴、抓手、传感器和可程序逻辑控制器；在一平台上先设置一个纵向滑动轨道，在纵向滑动轨道上设置一个横向滑动轨道，所述横向滑动轨道嵌入在纵向滑动轨道的凹槽内；在所述横向滑动轨道上设有第一转轴，所述第一转轴与所述横向滑动轨道连接；在所述第一转轴上设置一旋转盘；在所述旋转盘上设置活塞杆，所述活塞杆与所述旋转盘固定连接；在所述活塞杆上套有一个气缸，所述气缸与所述活塞杆固定连接；在所述气缸上设置第二转轴，所述第二转轴与所述气缸固定连接；在所述第二转轴旁边设置一手臂，所述手臂与所述第二转轴连接；在所述手臂上设置第三转轴，在所述第三转轴中部设有第四转轴，所述第四转轴与所述第三转轴连接；在第四转轴上设置一个抓手；在所述抓手上设置一传感器，所述传感器用于采集被抓取物的空间位置数据；在所述传感器附近设有可程序逻辑控制器（Programmable Logic Controller，下文中简称PLC），所述PLC用于计算被抓取物的空间位置，并驱动所述自动取料机械手来实施抓取的动作。

进一步，所述第一转轴、第二转轴、第三转轴和第四转轴内部各设有一电机，所述电机采用带编码器的步进电机，用于转轴的驱动；所述电机由所述可程序逻辑控制器控制。

进一步，所述气缸采用直线伸缩气缸，用于给所述活塞杆提供动力。

进一步，所述抓手采用气抓结构，用于控制工件。

本发明的优点在于：

（1）气动控制技术和可编程控制器技术的结合应用使自动运送过程变得简单可控和可靠，实现了生产线上取料送料等工作的自动化;

（2）操作简单，使用方便，减少了操作者的工作强度，节约了劳动力成本，改善了工作环境;

（3）保证了精确的定位，使其工业自动化生产有了显著的提高。

附图说明

图1是本发明所述自动取料机器手的结构示意图；

图2是手臂和抓手部分的结构示意图；

图中的标号分别为：

1、纵向滑动轨道；2、横向滑动轨道；3、第一转轴；4、旋转盘；

5、活塞；6、气缸；7、第二转轴；8、手臂；9、第三转轴；

10、第四转轴；11、抓手；12、传感器；13、PLC。

具体实施方式

下面结合附图对本发明提供的一种自动取料机器手的具体实施方式做详细说明。

参见图1，一种自动取料机器手，包括纵向滑动轨道、横向滑动轨道、第一转轴、旋转盘、活塞杆、气缸、第二转轴、手臂、第三转轴、第四转轴、抓手、传感器和PLC。在一平台上先设置一个纵向滑动轨道1，在所述纵向滑动轨道1上设置一个横向滑动轨道2，所述横向滑动轨道2嵌入在纵向滑动轨道1的凹槽内。在所述横向滑动轨道2上设有第一转轴3，所述第一转轴3与所述横向滑动轨道2连接。在所述第一转轴3上设置一旋转盘4。在所述旋转盘4上设置活塞杆5，所述活塞杆5与所述旋转盘4固定连接。在所述活塞杆5上套有一个气缸6，所述气缸6与所述活塞杆5连接。在所述气缸6上设置第二转轴7，所述第二转轴7与所述气缸6固定连接。在所述第二转轴7旁边设置一手臂8，所述手臂8与所述第二转轴7连接。在所述手臂8上设置第三转轴9，在所述第三转轴9中部设有第四转轴10，所述第四转轴10与所述第三转轴9连接。在第四转轴10上设置一个抓手11。在所述抓手上设置一传感器12，所述传感器12用于采集被抓取物的空间位置数据。在对抓取物定位时，采用转换坐标的矩阵方程来计算空间位置。在所述传感器12附近设有PLC13，所述PLC13用于当所述传感器12采集的数据输送到所述PLC13，所述PLC13计算被抓取物的空间位置，并驱动所述自动取料机器手来实施抓取的动作，整个流程的程序简单而且快捷易操作。

进一步，所述第一转轴3、第二转轴7、第三转轴9和第四转轴10内部各设有一电机，所述电机采用带编码器的步进电机，用于转轴的驱动；所述电机由所述PLC控制。此外，所述气缸6采用直线伸缩气缸，用于给所述活塞杆5提供动力。所述抓手11采用气抓结构，用于控制工件。当工件输送到位后，机器手开始工作，可精确定位、调节速度精确完成取料、送料工作。

在本发明的具体实施方式中，物品运送过来时，先由所述传感器12感应到被抓取的物体，采集被抓取物的空间位置数据，运用转换坐标的矩阵方程来计算空间位置。然后将所述传感器12采集的数据输送到所述PLC13，所述PLC13可控制器计算被抓取物的空间位置，并驱动所述自动取料机械手来实施抓取的动作。接着，根据被抓取物的空间位置，所述纵向滑动轨道1和所述横向滑动轨道2运动，随之所述第一转轴3内部的电机转动，并带动所述旋转盘4，以转动所述自动取料机械手的位置。再由所述气缸6运行，以给所述活塞杆5提供动力，使得所述活塞杆5上下运动，从而使所述自动取料机械手达到所需的高度。再由所述第二转轴7内部的电机运转，并带动所述手臂8转动。再由所述第三转轴9内部的电机转动，带动所述第四转轴10转动，让所述抓手11到达物品处，并抓取物品。

在本发明具体实施例中，本发明利用电力电子技术、气液电传动、机械制造与自动控制等相关专业知识，制造了一种能够自动取料送料的高压汞灯线圈流水线机器手。执行机构由手部（所述抓手）、腕部（由所述第一转轴、第二转轴、第三转轴和第四转轴实现）、臂部（所述手臂）、行走（由所述纵向滑动轨道、横向滑动轨道实现）机构组成，驱动机构通过气缸、带编码器的步进电机完成。对于所述自动取料机械手的控制，有点动控制和连续控制两种方式。但是，为了可精确定位的且基于数字化控制，本发明则通过使用传感器和PLC来准确控制所述自动取料机器手进行取料，从而能有效代替人工，精准地完成自动取料和送料等工作。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种自动取料机器手，其特征在于，包括纵向滑动轨道、横向滑动轨道、第一转轴、旋转盘、活塞杆、气缸、第二转轴、手臂、第三转轴、第四转轴、抓手、传感器和可程序逻辑控制器；在一平台上先设置一个纵向滑动轨道，在所述纵向滑动轨道上设置一个横向滑动轨道，所述横向滑动轨道嵌入在所述纵向滑动轨道的凹槽内；在所述横向滑动轨道上设有第一转轴，所述第一转轴与所述横向滑动轨道连接；在所述第一转轴上设置一旋转盘；在所述旋转盘上设置活塞杆，所述活塞杆与所述旋转盘固定连接；在所述活塞杆上套有一个气缸，所述气缸与所述活塞杆固定连接；在所述气缸上设置第二转轴，所述第二转轴与所述气缸固定连接；在所述第二转轴旁边设置一手臂，所述手臂与所述第二转轴连接；在所述手臂上设置第三转轴，在所述第三转轴中部设有第四转轴，所述第四转轴与所述第三转轴连接；在第四转轴上设置一个抓手；在所述抓手上设置一传感器，所述传感器用于采集被抓取物的空间位置数据；在所述传感器附近设有可程序逻辑控制器，所述可程序逻辑控制器用于计算被抓取物的空间位置，并驱动所述自动取料机械手来实施抓取的动作。

2.如权利要求1所述的自动取料机器手，其特征在于，所述第一转轴、第二转轴、第三转轴和第四转轴内部各设有一电机，所述电机采用带编码器的步进电机，用于转轴的驱动；所述电机由所述可程序逻辑控制器控制。

3.如权利要求1所述的自动取料机器手，其特征在于，所述气缸采用直线伸缩气缸，用于给所述活塞杆提供动力。

4.如权利要求1所述的自动取料机器手，其特征在于，所述抓手采用气爪结构，用于控制工件。