CN102674041A

CN102674041A - 一种片材真空拾放装置

Info

Publication number: CN102674041A
Application number: CN2012101231678A
Authority: CN
Inventors: 陈建魁; 尹周平; 周春雷; 赵志超
Original assignee: Huazhong University of Science and Technology
Current assignee: Huazhong University of Science and Technology
Priority date: 2012-04-24
Filing date: 2012-04-24
Publication date: 2012-09-19
Anticipated expiration: 2032-04-24
Also published as: CN102674041B

Abstract

本发明公开了片材真空拾放装置，包括：移动机构、摆动与真空拾取机构(90)和纠姿机构(80)，所述移动机构用于实现X轴、Y轴和Z轴三个方向上的直线移动；所述摆动与真空拾取机构安装在Z轴移动机构上，用于执行片材的拾取和释放，包括气缸安装座(904)、摆动气缸(903)、旋转轴(908)、固定块(906)、气管接头(905)、真空吸盘(907)以及吸附连接板(909)等；所述纠姿机构用于对摆动与真空拾取机构执行Z轴方向上的角度调节，包括执行器安装板(801)、线性执行器(802)、弹簧拉紧元件(807)、连接块(808)以及气缸连接板(810)等。通过本发明，能够实现对片材更为精准的拾取和释放动作，并具备结构紧凑、可靠性高和便于操作等方面的优点。

Description

一种片材真空拾放装置

技术领域

本发明属于片材输送设备领域，更具体地，涉及一种具备五自由度和纠姿功能的片材真空拾放装置。

背景技术

机器人是近年来迅速发展起来的高新技术密集的机电一体化产品，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，尤其体现人的智能和适应性。机械手作业的准确性和各种环境完成作业的能力，在自动化设备相关领域有着广阔的发展与应用。

对于薄片材料的转移，由于其厚度较薄、常堆叠放置，采取常规的机械手抓取方式，通常不适用。此类工况可考虑使用真空吸取的方案，根据实际工况的不同要求，可设计形态各异、运动自由度和空间灵活的类机械手拾放装置。

公开号为CN101112758的专利文件公开了一种气体吸盘式机械手，其具体涉及采用两气缸实现X、Y方向移动，同时采用步进电机实现绕Z轴转动。此发明仅应用在教学及简单的工业生产当中，对薄片拾取与放置精度较低，无翻转放置和纠姿功能；此外采用气缸实现X、Y向移动，精度不高。

公开号为CN101168251A的专利文件公开了一种自动上下料机械手，具有定位、夹紧、翻转功能，其通过两气缸分别实现X向移动和绕X转动的动作，并通过特殊的角度调整挡块实现转动限位。然而，此发明仅适合模块化功能，应用范围较窄；而且采取移动气缸翻转，容易造成死点位置；此外，采用气缸进行X向移动，精度不高，而且同样不具备纠姿功能。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷，本发明的目的在于提供一种片材真空拾放装置，其能够执行X轴方向、Y轴方向和Z轴方向上的直线运动调节以及Y轴方向上的摆动，同时具备对片材拾放姿势的纠正功能，相应地，能够实现对片材更为精准的拾取和释放动作，并具备结构紧凑、可靠性高和便于操作等方面的优点。

按照本发明，提供了一种片材真空拾放装置，该片材真空拾放装置包括：

移动机构，该移动机构由彼此相连的X轴移动机构、Y轴移动机构和Z轴移动机构共同组成，用于实现X轴、Y轴和Z轴三个方向上的直线移动；

安装在所述Z轴移动机构上、用于执行对片材的拾取和释放动作的摆动与真空拾取机构，该摆动与真空拾取机构包括气缸安装座、设置在气缸安装座上的摆动气缸、与摆动气缸的输出轴相连的旋转轴、固定在所述旋转轴上的固定块、分别设置在所述固定块上下两端的气管接头和真空吸盘，以及固定连接在所述旋转轴上用于将所有真空吸盘设置在同一平面上的吸附连接板；

纠姿机构，该纠姿机构通过支座设置在Z轴运动机构上并与摆动与真空拾取机构相连，用于对其执行Z轴方向上的角度调节，包括与所述支座固定相连的执行器安装板、分别安装在执行器安装板上的线性执行器和弹簧拉紧元件、用于固定所述弹簧拉紧元件另外一端的连接块，以及与所述连接块相连并固定在所述摆动气缸顶部的气缸连接板，所述线性执行器的另外一端与所述气缸连接板相抵触。

按照本发明以上构思的片材真空拾放装置，由于可以通过X轴、Y轴和Z轴移动机构的操作实现在X向、Y向和Z向的自由移动，并通过摆动气缸及其配套结构实现在Y向上的摆动，因此形成为一种五自由度的更为方便且快速的片材拾放设备平台；考虑到片材自身的特殊性，采用真空吸附的方式能够避免对薄片材质的损坏并保证受力均匀；此外，由于采用线性执行器和弹簧拉紧元件的配合来共同执行对片材的校姿过程，能够实现对摆动与真空拾取机构绕Z轴的更精准的角度转动调节。

作为进一步优选地，所述摆动与真空拾取机构通过转动支座安装在Z轴移动机构上，该转动支座固定在所述纠姿机构的支座侧面且内部套设有转向轴承座，穿过该转动轴承座设置有法兰轴，所述法兰轴的上端通过锁紧螺母得以锁紧，其下端固定在所述气缸安装座上。

通过以上构思，由于摆动与真空拾取机构通过固定在纠姿机构支座侧面的转动支座而安装在Z轴移动机构上，这样一方面可以结构更为紧凑地实现上述两个功能构件的安装，另一方面能够便于纠姿机构对摆动与真空拾取机构执行纠姿操作，进而提高片材拾放的准确性和操作效率。

作为进一步优选地，所述摆动气缸用于使摆动与真空拾取机构所拾取的片材绕所述旋转轴的中心线执行180度的翻转动作。

通过使摆动与真空拾取机构所拾取的片材绕所述旋转轴的中心线执行180度的翻转动作，便于快速执行片材的拾取和释放动作，并便于对吸盘元件的维修检查和替换操作。

作为进一步优选地，所述纠姿机构的连接块具有两个孔，其中一个孔用于固定连接所述弹簧拉紧元件，另外一个孔贯穿有调节螺钉由此将连接块与所述气缸连接板相连，并通过该调节螺钉来设定弹簧拉紧元件的回复力。

通过以上构思，可以以简单的方式实现弹簧拉紧元件、连接块以及气缸连接板之间的连接，此外，由于可以通过对调节螺钉的调节来设定弹簧拉紧元件的回复力，相应便于执行线性执行器对摆动与真空拾取机构的调整力度，从而实现更精准的姿势校正。

作为进一步优选地，所述X轴、Y轴和Z轴移动机构各自分别包括底座、安装在底座上的直线导轨及相应的驱动动力元件，所述X轴移动机构的底座通过Y向滑块安装在Y轴移动机构的直线导轨上，所述Z轴移动机构的底座通过X向滑块安装X轴移动机构的直线导轨上，所述纠姿机构的支座通过Z向滑块安装在Z轴移动机构的直线导轨上。

通过以上构思，在实际应用时，Y轴移动机构带动X向支座及连接其上的所有部件进行Y向直线运动，X轴移动机构带动Z向底座及连接其上的所有部件进行X向直线运动，Z轴移动机构带动纠姿支座及连接其上的所有部件进行Z向直线运动，由此实现对整体设备尤其是摆动与真空拾取机构在X轴、Y轴和Z轴三个方向上的位置移动，并且整体结构紧凑，便于操作。

作为进一步优选地，所述X轴、Y轴和Z轴移动机构各自的动力驱动元件是伺服电机，并通过丝杆螺母机构将电机旋转转换成滑块直线运动。

由于采用伺服电机和丝杆螺母机构的配合来实现X轴、Y轴和Z轴上的直线运动，能够对三轴方向上更为精确的运动，并便于控制、提高移动速度。

作为进一步优选地，所述X轴、Y轴和Z轴移动机构各自还分别包括用于对运动极限位置进行控制和零点定位的限位传感器。

由于对各个直线移动机构配备限位传感器，能够进一步提高对直线运动的精确控制，提高操作效率，相应对片材实现更为准确和快速的定位和拾放操作。

附图说明

图1为按照本发明的片材真空拾放装置的整体结构示意图；

图2为按照本发明的片材真空拾放装置的整体结构的分解示意图；

图3为按照本发明优选实施例的直线移动机构的结构示意图；

图4为按照本发明的纠姿机构及相关元件的结构示意图；

图5为图4中所示结构的分解示意图；

图6为按照本发明的摆动与吸附机构的结构示意图；

图7为图6中所示机构的结构分解示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

图1为按照本发明的片材真空拾放装置的整体结构示意图，图2为按照本发明的片材真空拾放装置的整体结构的分解示意图。如图1和图2中所示，按照本发明的片材真空拾放装置主要由以下几个功能机构组成，即实现X轴、Y轴和Z轴三个方向上的直线移动的移动机构，安装在其中一个方向譬如Z轴方向移动机构上的摆动与真空拾取机构90，以及通过支座70设置在相同方向譬如Z轴方向移动机构上的纠姿机构80。其中摆动与真空拾取机构90用于执行对片材的拾取和释放动作，同时具备沿Y轴方向左右摆动的功能，纠姿机构80与摆动与真空拾取机构90相连，用于实现摆动与真空拾取机构90绕Z轴方向上的角度转动调节，由此保证以更为精准的姿势来执行片材拾放操作。

图6为按照本发明的摆动与真空拾取机构的结构示意图，图7为图6中所示机构的结构分解示意图。如图6和图7中所示，摆动与真空拾取机构90主要包括气缸安装座904、设置在气缸安装座904上的摆动气缸903、与摆动气缸903的输出轴相连的旋转轴908、固定在旋转轴908上的固定块906、分别设置在固定块906上下两端的气管接头905和真空吸盘907，以及固定连接在旋转轴908上用于将所有真空吸盘907设置在同一平面上的吸附连接板909。吸附连接板909可以譬如通过连接螺钉905、隔套901与旋转轴908固定相连。由此，当与气管接头与真空发生器相连并产生真空时，真空吸盘907进行吸附和拾取；此外，可以通过启动摆动气缸903来使得摆动与真空拾取机构90执行翻转。

在一个优选实施例中，摆动气缸903可以用于使摆动与真空拾取机构所拾取的片材绕所述旋转轴的中心线执行180度的翻转动作。这样可以将片材平稳准确放置在上下热压头处，同时便于对吸盘元件的维修检查和替换操作。真空吸盘907可以例如是均匀分布在吸附连接板909上的六个真空吸盘，以保证拾放过程不损伤薄片且受力均匀。

图4为按照本发明的纠姿机构及相关元件的结构示意图，图5为图4中所示结构的分解示意图。如图4和图5中所示，纠姿机构80通过一个支座70设置在Z轴运动机构上并与摆动与真空拾取机构90相连。纠姿机构80主要包括与支座70固定相连的执行器安装板801、分别安装在执行器安装板801上的微型线性执行器802和弹簧拉紧元件807、用于固定弹簧拉紧元件807另外一端的连接块808，以及与所述连接块808相连并固定在所述摆动气缸903顶部的气缸连接板810。执行器安装板801上面固定微型线性执行器802与弹簧拉紧元件807的一端8071，弹簧拉紧元件807的另外一端8072与连接块相固定，而线性执行器802的另外一端与气缸连接板810相抵触。通过上述构造，相应能够执行摆动与真空拾取机构90在Z轴方向上的角度调节也即纠姿过程。

在一个优选实施例中，纠姿机构80的连接块808可以具有两个孔8081、8082，其中一个孔8082用于固定连接弹簧拉紧元件807的另外一端8072，另外一个孔8081贯穿有一个调节螺钉809由此将连接块808与气缸连接板810相连，并通过该调节螺钉809来设定弹簧拉紧元件的回复力。具体而言，连接块孔8081通过调节螺钉809与气缸连接板810连接，气缸连接板810固定在摆动气缸903顶部。支座804固定在纠姿支座7侧面，内套转向轴承座805，法兰轴803穿过轴承座805，轴端端部用锁紧螺母806锁紧，另一端固定在气缸安装座904上。相应地，由于可以通过对调节螺钉的调节来设定弹簧拉紧元件的回复力，便于执行线性执行器对摆动与真空拾取机构的调整力度，从而能够实现更精准的姿势校正。

对于纠姿机构80、摆动与真空拾取机构90之间的设置关系，在一个优选实施例中，摆动与真空拾取机构90通过固定在支座70侧面上的一个转动支座804而安装在Z轴移动机构上。如图5中所示，转动支座804固定在纠姿机构80的支座70侧面，且其内部套设有转向轴承座805，穿过该转动轴承座805设置有法兰轴803，法兰轴803的上端通过锁紧螺母806得以锁紧，下端固定于所述缸安装座904上。通过以上构思，这样一方面可以结构更为紧凑地实现上述两个功能构件的安装，另一方面能够便于纠姿机构对摆动与真空拾取机构执行纠姿操作，进而提高片材拾放的准确性和操作效率。

实现X轴、Y轴和Z轴三个方向上直线移动的移动机构可以有多种形式结构。如图2和图3中所示，在一个优选实施例中，各个X轴、Y轴和Z轴移动机构分别包括X向底座30、Y向底座10和Z向底座50、安装在各个底座上的直线导轨40、20和60及相应的驱动动力元件，其中X轴移动机构的底座30通过Y向滑块安装在Y轴移动机构的直线导轨20上，Z轴移动机构的底座50通过X向滑块安装X轴移动机构的直线导轨40上，纠姿机构80的支座70通过Z向滑块安装在Z轴移动机构的直线导轨60上。在实际应用时，Y轴移动机构带动X向底座及连接其上的所有部件进行Y向直线运动，X轴移动机构带动Z向底座及连接其上的所有部件进行X向直线运动，Z轴移动机构带动纠姿支座及连接其上的所有部件进行Z向直线运动，由此实现对整体设备尤其是摆动与真空拾取机构在X轴、Y轴和Z轴三个方向上的位置移动，并且整体结构紧凑，便于操作。

在一个优选实施例中，各个X轴、Y轴和Z轴移动机构的动力驱动元件可以譬如是伺服电机，并通过丝杆螺母机构将电机旋转转换成滑块直线运动。由此，能够对三轴方向上更为精确的运动，并便于控制、提高移动速度。此外，各个X轴、Y轴和Z轴移动机构各自还分别可以包括用于对运动极限位置进行控制和零点定位的限位传感器。

在实际操作时，Y向动力输出装置带动X向支座30及连接其上的所有机构进行Y向直线运动，X向动力输出装置带动Z向支座50及连接其上的所有机构进行X向直线运动，Z向动力输出装置带动纠姿支座70及连接其上的纠姿机构、摆动与真空吸附机构等进行Z向直线运动。摆动气缸903带动真空吸附组件实现绕Y轴180度的翻转。真空吸附采用真空发生器产生真空，气管连接真空吸盘，对薄片进行拾取。此外，由于微型线性执行器802属于精密机构并可采用电动控制，其端部顶住气缸连接板810，通过调节螺钉309设定弹簧回复力，相应实现摆动与吸附装置绕Z轴的小角度转动，即纠姿过程。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种片材真空拾放装置，该片材真空拾放装置包括：

安装在所述Z轴移动机构上、用于执行对片材的拾取和释放动作的摆动与真空拾取机构(90)，该摆动与真空拾取机构(90)包括气缸安装座(904)、设置在气缸安装座(904)上的摆动气缸(903)、与摆动气缸(903)的输出轴相连的旋转轴(908)、固定在所述旋转轴(908)上的固定块(906)、分别设置在所述固定块(906)上下两端的气管接头(905)和真空吸盘(907)，以及固定连接在所述旋转轴(908)上用于将所有真空吸盘(907)设置在同一平面上的吸附连接板(909)；

纠姿机构(80)，该纠姿机构(80)通过支座(70)设置在Z轴运动机构上并与摆动与真空拾取机构(90)相连，用于对其执行Z轴方向上的角度调节，包括与所述支座(70)固定相连的执行器安装板(801)、分别安装在执行器安装板(801)上的线性执行器(802)和弹簧拉紧元件(807)、用于固定所述弹簧拉紧元件(807)另外一端的连接块(808)，以及与所述连接块(808)相连并固定在所述摆动气缸(903)顶部的气缸连接板(810)，所述线性执行器(802)的另外一端与所述气缸连接板(810)相抵触。

2.如权利要求1所述的片材真空拾放装置，其特征在于，所述摆动与真空拾取机构(90)通过转动支座(804)安装在Z轴移动机构上，该转动支座(804)固定在所述纠姿机构(80)的支座(70)侧面且内部套设有转向轴承座(805)，穿过该转动轴承座(805)设置有法兰轴(803)，所述法兰轴(803)的上端通过锁紧螺母(806)得以锁紧，其下端固定在所述气缸安装座(904)上。

3.如权利要求1或2所述的片材真空拾放装置，其特征在于，所述摆动气缸(903)用于使摆动与真空拾取机构(90)所拾取的片材绕所述旋转轴(908)的中心线执行180度的翻转动作。

4.如权利要求1-3任意一项所述的片材真空拾放装置，其特征在于，所述纠姿机构的连接块(808)具有两个孔(8081，8082)，其中一个孔(8082)用于固定连接所述弹簧拉紧元件(807)的另外一端，另外一个孔(8081)贯穿有调节螺钉(809)由此将连接块(808)与所述气缸连接板(810)相连，并通过该调节螺钉(809)来设定弹簧拉紧元件的回复力。

5.如权利要求1-4任意一项所述的片材真空拾放装置，其特征在于，所述X轴、Y轴和Z轴移动机构各自分别包括底座、安装在底座上的直线导轨及相应的驱动动力元件，所述X轴移动机构的底座通过Y向滑块安装在Y轴移动机构的直线导轨上，所述Z轴移动机构的底座通过X向滑块安装X轴移动机构的直线导轨上，所述纠姿机构(80)的支座(70)通过Z向滑块安装在Z轴移动机构的直线导轨上。

6.如权利要求5所述的片材真空拾放装置，其特征在于，所述X轴、Y轴和Z轴移动机构各自的动力驱动元件例如是伺服电机，并通过丝杆螺母机构将电机旋转转换成滑块直线运动。

7.如权利要求6所述的片材真空拾放装置，其特征在于，所述X轴、Y轴和Z轴移动机构各自还分别包括用于对运动极限位置进行控制和零点定位的限位传感器。