CN102699221B - 一种上下料机械手 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种上下料机械手,其特征在于该机械手包括旋转工件模块、上料模块、夹紧模块、下料模块和运动控制系统模块；所述旋转工件模块主要包括支架、伸摆气缸、连接板、旋转运动装置、第一直线滑轨和旋转手爪；伸摆气缸的旋转驱动旋转手爪的旋转运动，伸缩驱动旋转手爪沿第一直线滑轨的伸缩运动；上料模块主要包括上料手爪装置、微小移动机构、移动大气缸和第二直线滑轨，移动大气缸的伸缩通过微小移动机构驱动上料手爪装置在X轴前后移动；夹紧模块是由两个相互垂直连接的气缸构成，竖直气缸在Z轴向的伸缩运动和水平气缸在Y轴向的伸缩运动，实现工件的夹紧与放开；下料模块包括下料推手机构、斜面传送机构和下料传送带。

Description

一种上下料机械手

技术领域

本发明涉及机器人应用和自动上下料技术，具体为一种上下料机械手，该机械手适用于太阳能电池板铝边框冲孔工序，目的在于提高生产效率、改善产品质量和降低劳动强度。

背景技术

在现代工业自动化生产领域里，物料的搬运、机床的上下料、整机的装配等实现自动化是十分必要的。自动上下料装置和工业机械手就是为实现这些工序的自动化而设计的。工业上下料机械手是近几十年发展起来的一种高技术自动化生产设备。工业上下料机械手的是工业机器人的一个重要分支。它的特点是可通过编程来完成各种预期的作业任务，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，尤其体现了人的智能和适应性。机械手作业的准确性和各种环境中完成作业的能力，在国民经济各领域有着广阔的发展前景。自动上下料装置使散乱的中小型的工件毛坯，经过定向机构，实现定向排序，然后顺序的由上下料装置把它送到机床和工作位置去，并把工件取走。如果工件较大，形状较为复杂，就很难自动的定向，往往用人工定向后，再由上下料机构送到工作地点去。广泛采用自动上下料装置，不仅可提高产品的质量与产量，而且对保障人身安全，改善劳动环境，减轻劳动度，提高劳动生产率，节约原材料消耗以及降低生产成本等，都有着十分重要的意义。

自动上下料装置是最典型的机电一体化数字化装备，技术附加值很高，应用范围很广，作为先进制造业的支撑技术和信息化社会的新兴产业，将对未来生产和社会发展起着越来越重要的作用。自动机械技术是综合了计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、人工智能、仿生学等多学科而形成的高新技术，是当代研究十分活跃，应用日益广泛的领域。

在太阳能电池组件铝边框加工行业里，自动化水平相对还比较低。因为边框的形状规格比较特殊，自动化上下料也有一些难度。目前大部分中小企业生产方式还都是人工的上下料，自动化水平低，生产效率低，加工成本高，且工人重复性劳动，工作繁重。虽然目前在太阳能电池板铝边框冲孔加工方面已经有了相应的自动化加工设备，但是成本过高，效率偏低，给企业竞争带来诸多不便。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是：提供一种下料机械手，该机械手适用于太阳能电池板铝边框的冲孔工序，可克服当前人工上下料所存在的缺点与不足，特别适用于截面不规则的长直型材料的冲压加工，以及不同规格尺寸、不同姿态的铝边框上下料，并能够自动转换为所需要的姿态，具有精度好，效率高，人工省等优点，

本发明解决所述技术问题的技术方案是：设计一种上下料机械手，其特征在于该机械手包括旋转工件模块、上料模块、夹紧模块、下料模块和运动控制系统模块；

所述旋转工件模块主要包括支架、伸摆气缸、连接板、旋转运动装置、第一直线滑轨和旋转手爪；第一直线滑轨固定在支架上，旋转运动装置安装在第一直线滑轨上，并对称分布在传送带的两旁，旋转运动装置通过伸摆气缸的旋转驱动旋转手爪的旋转运动，通过伸摆气缸的伸缩驱动旋转手爪沿第一直线滑轨的伸缩运动，旋转手爪与伸摆气缸之间通过连接板相连接；

所述上料模块主要包括上料手爪装置、微小移动机构、移动大气缸、第二直线滑轨，上料手爪装置是由多块L型连接板、平面连接板以及上料手爪连接而成；微小移动机构包括微小移动气缸、光杠和线性轴承，光杠与线性轴承相互配合，线性轴承和一块与微小移动气缸的侧法兰相连接的连接板连接，并且微小移动气缸的活塞杆与上料手爪装置连接固定；移动大气缸和第二直线滑轨固定在框架上，移动大气缸的活塞杆连接小L型板，而小L型板固定在与第二直线滑轨相连接的长直板上，同时长直板通过竖直L型连接板与下面的微小移动机构连接；移动大气缸的伸缩通过微小移动机构驱动上料手爪装置在X轴前后移动；

所述夹紧模块是由两个相互垂直连接的气缸构成，一个竖直气缸沿Z轴与框架竖直固定，其活塞杆通过L型连接板与另一个水平气缸垂直连接；通过竖直气缸在Z轴向的伸缩运动和水平气缸在Y轴向的伸缩运动，实现对工件的夹紧与放开；

所述下料模块包括下料推手机构、斜面传送机构和下料传送带；下料推手机构主要包括脚座和两个脚座型小气缸，两个脚座型小气缸通过脚座并排固定在机床上；斜面传送机构安装在脚座型小气缸和下料传送带之间。

与现有技术相比，本发明上下料机械手具有以下有益效果：

1、专用于太阳能电池板铝边框冲孔工序的上下料，可实现截面不规则长直型工件的抓取、搬运，以及加工机械化和自动化作业，提高工件加工质量、生产效率和经济效益，大幅节省劳动力，降低劳动强度，节约施工成本；

2、具有调节功能，可适应不同规格尺寸的工件，适用性好，且操作工艺简单、运行安全可靠。

附图说明

图1为本发明上下料机械手一种实施例的整体结构示意图。

图2为本发明上下料机械手一种实施例的旋转模块结构示意图。

图3为本发明上下料机械手一种实施例的上料模块结构示意图。

图4为本发明上下料机械手一种实施例的夹紧模块结构示意图。

图5为本发明上下料机械手一种实施例的下料模块结构示意图。

具体实施方式：

以下结合实施例及其附图对本发明上下料机械手做详细说明。

本发明设计的上下料机械手（简称机械手，参见图1-5），主要适用于太阳能电池板铝边框（简称铝边框）的冲孔工序，基于铝边框上下料的要求，遵循机械手结构模块化设计思想，按照铝边框上下料的工作流程而设计。本发明所设计的机械手包括机械结构部分和控制系统部分。其中机械结构部分共有四个模块组成，包括旋转工件模块1、上料模块2、夹紧模块3和下料模块4；控制系统部分由运动控制系统模块组成。所述四个模块1-4在运动控制系统模块的控制下相互协调和配合工作，可有效地实现对铝边框加工自动上下料的目的。

由于工件经上一工序到达本工序时，其位姿与冲孔所要求的位姿相差一定的角度，所以需要工件在上料之前进行一次旋转。本发明机械手所述的旋转工件模块1（简称模块1）主要实现工件在空间上一定角度的旋转，并能将工件提升一定的高度，以适应上料手爪的高度。模块1主要包括支架102、伸摆气缸106、连接板105、旋转运动装置、L型连接板107、第一直线滑轨103、滑块108和旋转手爪104（参见图2）。第一直线滑轨103固定在支架102上，滑块108与第一直线滑轨103配合安装，并且对称分布在传送带的两旁，旋转运动装置伸摆气缸106通过沿Y轴的旋转驱动旋转手爪104的旋转运动，伸摆气缸106通过在Y轴上的伸缩驱动旋转手爪104沿第一直线滑轨103做伸缩运动，旋转手爪104与伸摆气缸106之间通过连接板105相连接。所述滑块108可沿第一直线滑轨103在Y轴上前后移动，从而可以适应不同规格的工件。滑块108通过L型连接板107与伸摆气缸106连接，伸摆气缸106的活塞杆连接在连接板105上，从而实现当伸摆气缸106在Y轴上旋转时，工件可以在Z轴方向上提升一定的高度。旋转手爪104作为执行元件连接在连接板105上，通过伸摆气缸106的伸缩与旋转，实现对工件的抓取、释放与旋转。

本发明机械手所述的上料模块2（简称模块2）主要实现工件在X轴向上的前后移动，从而实现上料。模块2主要包括移动大气缸205、第二直线滑轨206、上料手爪201及微小移动机构（参见图3）。所述微小移动机构包括一个连接在一块长连接板203上的微小移动气缸213，微小移动气缸213的活塞杆固定在第二连接板211上，长连接板203的两端对称固定两个线性轴承，光杠214一端与线性轴承相配合，另一端固定在第二连接板211上。通过微小移动气缸213的伸缩，使光杠214在X轴上移动，从而驱动连接在小连接板202上的上料手爪201前后移动，实现手爪在X轴向上的微小移动。移动大气缸205固定在宽横梁212上，第二直线滑轨206固定在窄横梁204上，移动大气缸205的活塞杆连接L型连接板210，该L型连接板210固定在长直连接板208上，而长直连接板208又与滑块209连接，同时长直连接板208上对称连接两个与长连接板203相连的L型竖直连接板207。由此，当移动大气缸205伸缩运动时，通过中间一系列连接板，会驱动上料手爪201在X轴向上前后移动，从而实现上料功能。

本发明机械手所述的夹紧模块3（简称模块3）主要实现对工件的夹紧，防止工件在加工过程中发生空间上的偏移，影响加工精度。模块3主要包括相互垂直连接的两个小气缸（一个是竖直放置的竖直气缸302，另一个是水平放置的水平气缸305，参见图4）。竖直气缸302通过T形连接板303竖直固定在第三支架301上，通过竖直气缸302的伸缩，实现在Z轴上的移动；竖直气缸302的活塞杆通过小L型连接板304与水平放置的气缸305垂直连接，水平气缸305水平摆放，通过竖直气缸302在Z轴向的伸缩运动和水平气缸305在Y轴上的伸缩运动，实现对工件的夹紧与放开。

本发明机械手所述的下料模块4（简称模块4）主要实现对工件的快速下料，并避免下料工件与上料工件在空间上发生干涉。模块4主要包括下料推手机构脚座型小气缸403、斜面传送机构404和下料传送带401（参见图5）。下料推手机构主要包括两个脚座型小气缸403，两个脚座型小气缸403通过脚座并排固定在机床402上，斜面传送机构404安装在脚座型小气缸403和下料传送带401之间。当下料工作时，下料推手机构的脚座型小气缸403可快速将工件推离模具，工件经斜面传送机构404自动滑落到下料传送带401上，从而完成下料和输出。本发明设计下料动作在空间上发生在上料动作的下方，因而可避免加工过程中下料工件与上料工件在空间上的干涉。

本发明机械手所述的运动控制系统模块主要实现对上下料过程的自动化控制。该模块主要包括计算机、传感器、气动节流阀及伺服驱动单元等。上下料过程中，通过传感器检测工件的位置，然后由计算机程序控制电动和气动的混合驱动，从而实现对工件的自动上下料过程。所述的控制系统本身为现有技术。

本发明机械手的工作原理与过程如下：在加工之前，需根据工件的规格，调整第一直线滑轨103上滑块108的位置，从而调整好旋转手爪104的位置。加工开始后，首先，当工件经前一工序通过传送带到达指定位置时，由传感器接受信号，控制器发出动作指令，模块1通过伸摆气缸106的伸缩运动和旋转运动，由旋转手爪104抓取工件，并旋转一定的角度（角度可根据不同的旋转角度要求，由伸摆气缸106来调节），与此同时，工件被提升一定的高度（此高度由连接板105决定）。然后微小移动气缸213接受信号伸出，使上料手爪201前进一定距离，并抓取工件，与此同时，旋转手爪104松开工件，复位，等待下一工件。上料手爪201抓取工件后，移动大气缸205前伸，驱动上料手爪带动工件向前移动。当工件接触冲床模具后，竖置气缸302活塞杆伸出，同时水平气缸305的活塞杆也伸出，从而夹紧工件，为后续加工做准备。与此同时，上料手爪201松开，并返回，等待下一循环。工件被夹紧后，冲床接受动作指令，开始加工工件。最后，当工件加工完成后，竖置气缸302和水平气缸305同时返回，放开工件，并且脚座型小气缸403伸出，将工件迅速推离冲床模具，脚座型小气缸403返回，等待下一循环，而工件经斜面传送机构404滑动到下料传送带401上，完成一次加工过程。依此重复，即可连续完成对铝边框中间孔自动冲压加工的上下料，简单省时，效率大为提高。

本发明机械手在控制系统的控制下，能够自动同步完成对太阳能电池板铝边框冲孔工序的自动上下料，而旋转工件模块1、上料模块2、夹紧模块3和下料模块4这四大模块相互配合，实现了同步上下料、同时具有加工太阳能电池板铝边框中间孔的功能，达到了降低劳动强度、提高生产效率，改善产品质量的效果。

本发明未述及之处适用于现有技术。

Claims (2)

1.一种上下料机械手,其特征在于该机械手包括旋转工件模块、上料模块、夹紧模块、下料模块和运动控制系统模块；

所述旋转工件模块主要包括支架、伸摆气缸、第一连接板、旋转运动装置、第一直线滑轨和旋转手爪；第一直线滑轨固定在支架上，旋转运动装置安装在第一直线滑轨上，并对称分布在传送带的两旁，旋转运动装置通过伸摆气缸的旋转驱动旋转手爪的旋转运动，通过伸摆气缸的伸缩驱动旋转手爪沿第一直线滑轨的伸缩运动，旋转手爪与伸摆气缸之间通过第一连接板相连接；

所述上料模块主要包括上料手爪装置、微小移动机构、移动大气缸、第二直线滑轨，上料手爪装置是由多块L型连接板、平面连接板以及上料手爪连接而成；微小移动机构包括微小移动气缸、光杠和线性轴承，光杠与线性轴承相互配合，线性轴承和一块与微小移动气缸的侧法兰相连接的连接板连接，并且微小移动气缸的活塞杆与上料手爪装置连接固定；移动大气缸和第二直线滑轨固定在框架上，移动大气缸的活塞杆连接第一L型连接板，而第一L型连接板固定在与第二直线滑轨相连接的长直板上，同时长直板通过竖直第二L型连接板与下面的微小移动机构连接；移动大气缸的伸缩通过微小移动机构驱动上料手爪装置在X轴前后移动；

所述夹紧模块是由两个相互垂直连接的气缸构成，一个竖直气缸沿Z轴与框架竖直固定，其活塞杆通过第三L型连接板与另一个水平气缸垂直连接；通过竖直气缸在Z轴向的伸缩运动和水平气缸在Y轴向的伸缩运动，实现对工件的夹紧与放开；

所述下料模块包括下料推手机构、斜面传送机构和下料传送带；下料推手机构主要包括脚座和两个脚座型小气缸，两个脚座型小气缸通过脚座并排固定在机床上；斜面传送机构安装在脚座型小气缸和下料传送带之间。

2.权利要求1所述的上下料机械手用于太阳能电池板铝边框冲孔工序。

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