CN102699225B - 一种铝边框组件加工的上下料机械手 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种铝边框组件加工的上下料机械手,包括机械结构和控制系统两部分，其特征在于机械结构部分包括自动上下料机械手模块和自动移动工作台模块，所述的机械手模块采用两自由度移动机构，主要由X轴向左右移动模块、Z轴向上下移动模块和末端气动手爪模块组成；所述的自动移动工作台模块主要由Y轴向的进给模块和定位夹紧模块组成；本发明上下料机械手在控制系统的控制下能够同步完成对太阳能电池板铝边框组件加工的自动上下料。

Description

一种铝边框组件加工的上下料机械手

技术领域

本发明涉及自动上下料技术，具体为一种铝边框组件加工的上下料机械手，该机械手主要用于太阳能电池铝边框组件的自动加工，目的在于缩短上下料时间，提高生产效率和降低劳动强度。

背景技术

目前国内的自动化上下料机械手在自动化生产线上已有了很好的发展，在各行各业都有很好的应用。例如，食品加工行业、医疗制药行业等等都在自动化生产线上大幅度的利用着自动的上下料机械手，大大提高了自动程度和生产效率。

但是对于一些行业和一些生产线，由于客观限制，发展还是比较缓慢的。例如，太阳能电池为了适应使用要求，需用对组合边框加以固定，其中光伏组件铝边框是最常用的一种。在太阳能电池组件铝边框组件加工行业里，自动化水平相对还比较低。因为边框的形状规格比较特殊，自动化上下料存在一些技术难度。目前的大部分中小企业生产方式还都是人工上下料，工人重复性工作繁重；自动化水平差，生产效率低，加工成本高。在太阳能电池板铝边框加工方面目前虽然有一些自动化加工设备，但刚处于起步阶段，还不成熟，其自动上下料结构比较复杂，而且成本过高，效率偏低，整体应用不够广泛。

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，提供一种铝边框组件加工的上下料机械手，该机械手主要用于太阳能电池铝边框组件的自动加工，具有省人工，效率高，质量好等优点。

本发明解决所述技术问题的技术方案是：设计一种铝边框组件加工的上下料机械手，包括机械结构和控制系统两部分，其特征在于机械结构部分包括自动上下料机械手模块和自动移动工作台模块，所述的机械手模块采用两自由度移动机构，主要由X轴向左右移动模块、Z轴向上下移动模块和末端气动手爪模块组成；所述的自动移动工作台模块主要由Y轴向的进给模块和定位夹紧模块组成；

所述的X轴向左右移动模块主要包括滚珠丝杠、直线导轨和滑块，该模块通过铝型材框架固定在自动上下料机械手的整体大框架上，滚珠丝杠、直线导轨和滑块都在X轴向平行布置，滚珠丝杠的一端通过L型连接块安装在铝型材框架上，另一端通过连接块也安装在铝型材框架上，滚珠丝杠通过联轴器与伺服马达相连，并由伺服马达驱动；

所述的Z轴向上下移动模块主要包括Z轴向的上下移动气缸、线性轴承和光杠，气缸采用法兰固定在滑块连接板上，气缸的活塞杆通过螺母固定在下连接板上，光杠的一段也固定在下连接板上；气缸的活塞杆能够在Z轴向上下移动，并采用线性轴承和光杠配合，对Z轴向上下移动导向，线性轴承的法兰安装在滑块连接板上；

所述的末端气动手爪模块主要包括三对末端气动手爪、3块气动手爪安装板和2块气动手爪连接板，气动手爪连接板与所述的下连接板相连接，并带动末端气动手爪模块能够沿Z轴向上下移动，每对气动手爪的距离根据所加工的铝边框的长度而定，每对末端气动手爪安装在一块气动手爪安装板的两端，三块气动手爪安装板通过2块气动手爪连接板固定在一起，成为一个整体的末端气动手爪；

所述的Y轴向进给模块主要由Y轴向的进给移动气缸、Y轴导向的直线导轨和滑块组成，该模块通过凹型台固定在自动移动工作台的支撑框架上，Y轴向的进给移动气缸和Y轴导向的直线导轨都沿Y轴方向安装固定在凹型台上，Y轴向进给移动气缸的两端通过轴向脚座固定在凹型台上，气缸活塞杆通过所述L型连接块与工作台相连，工作台底面同时也与滑块安装固定；

所述的定位夹紧模块主要由工作台和夹紧气缸组成，该模块通过工作台固定在滑块上，并在滑块的带动下实现Y轴向的进给运动，工作台能够实现对铝边框的定位，夹紧气缸通过轴向脚座固定在垫板上，进而通过垫板安装到工作台上。

与现有技术相比，本发明上下料机械手具有三对同步运动的用来抓取工件的末端气动手爪和两个自动移动工作台，上下料的过程可由末端气动手爪同步或同时完成，大大提高了自动化程度和工作效率；自动移动工作台包括两个对置的可移动的工作台，两个工作台可以同时按照加工的需要移动，实现对工件进行上料和下料，对工件两端进行冲压加工过程能够同时实现，具有大幅节省劳动力，降低劳动强度，节约施工成本；结构简单，连接件便于加工制造，制造成本降低，适应性广泛。使用工艺简单、运行安全可靠等特点。

附图说明

图1为本发明铝边框组件加工的上下料机械手一种实施例的整体结构示意图；

图2为本发明铝边框组件加工的上下料机械手一种实施例的自动上下料机械手结构示意图；

图3为本发明铝边框组件加工的上下料机械手一种实施例的自动上下料机械手X轴向左右移动模块结构示意图；

图4为本发明铝边框组件加工的上下料机械手一种实施例的自动上下料机械手Z轴向上下移动模块结构示意图；

图5为本发明铝边框组件加工的上下料机械手一种实施例的自动上下料机械手末端三对气动手爪模块结构示意图。

图6为本发明铝边框组件加工的上下料机械手一种实施例的自动移动工作台整体结构示意图。

图7为本发明铝边框组件加工的上下料机械手一种实施例的自动移动工作台Y轴向进给模块结构示意图。

图8为本发明铝边框组件加工的上下料机械手一种实施例的自动移动工作台定位夹紧模块结构示意图。

具体实施方式

以下结合实施例及其附图对本发明做进一步详细说明。

本发明设计的铝边框组件加工的上下料机械手（简称机械手，参见图1－8），是基于太阳能电池板铝边框组件的自动加工工艺要求，并遵循了机器人结构模块化的设计思想，按照铝边框组件加工上下料工艺流程而设计的。

本发明机械手包括机械结构和控制系统两部分，其特征在于机械结构部分共有两大模块：自动上下料机械手模块（简称机械手模块或机械手，参见图2）和自动移动工作台模块（简称工作台模块或工作台，参见图6）。所设计的机械手模块采用两自由度移动机构，主要由X轴向左右移动模块1、Z轴向上下移动模块2和末端气动手爪模块3组成。所设计的工作台模块主要由Y轴向的进给模块4和定位夹紧模块5组成。

本发明机械手的X轴向左右移动模块1（简称模块1）主要包括滚珠丝杠109、直线导轨102和滑块101（参见图3）。该模块1通过铝型材框架103固定在自动上下料机械手的整体大框架上。滚珠丝杠109、直线导轨101和滑块102都在X轴向平行布置，从而实现X轴向的移动。铝型材框架103是固定的，它可以固定在根据实际使用而制定的较大的固定框架上，滚珠丝杠109的一端通过L型连接块104安装在铝型材框架103上，另一端通过连接块107也安装在铝型材框架103上。滚珠丝杠109通过联轴器108与伺服马达106相连，并由伺服马达106驱动。伺服马达106的型号根据实际的使用情况，合理选取。直线导轨102和滑块101用来保证X轴向移动的直线性，两个直线导轨102安装固定在铝型材框架103上，两个滑块101通过滑块连接板105连接在一起，同步移动。通过L型小连接板110将连接板105和滚珠丝杠109的螺母连接在一起。简单的说，通过采用的连接固定安装方式，由伺服马达106带动滚珠丝杠109旋转，滚珠丝杠109的螺母带动滑块连接板105能够实现X轴向的移动。

本发明机械手所述的Z轴向上下移动模块2（简称模块2）主要包括Z轴向的上下移动气缸（简称气缸）205、线性轴承202和光杠201（参见图4）。首先气缸205采用法兰的安装方式，通过法兰204固定在滑块连接板105上，气缸205的活塞杆206能够在Z轴向上下移动。为了保证Z轴向上下移动的直线性，采用线性轴承202和光杠201配合，起到了Z轴向上下移动的导向作用，线性轴承202的法兰安装固定在滑块连接板105上。气缸的活塞杆206通过螺母207固定在下连接板203上，光杠的一段也固定在下连接板203上。气缸205的活塞杆带动着下连接板203在Z轴向上能够实现上下移动，并且通过线性轴承202和光杠201配合起到导向的作用，保证了Z轴向移动的直线性。

本发明机械手所述的末端气动手爪模块3（简称模块3）主要包括三对末端气动手爪303、3块气动手爪安装板302和2块气动手爪连接板301（参见图5）。该模块3通过气动手爪连接板301与模块2的下连接板203相连接，并带动模块3能够沿Z轴向上下移动。模块3的末端为三对末端气动手爪303，末端气动手爪303的手指可以根据所夹持的铝边框的形状而设计，每对气动手爪303的距离根据所加工的铝边框的长度而定。每对气动手爪303安装在一块气动手爪安装板302的两端，三块气动手爪安装板302通过两块气动手爪连接板301固定在一起，成为一个整体的末端气动手爪。这样，三对气动手爪303能够同时抓放铝边框，并能同步的在Z轴向上下移动、X轴向左右移动，确保每对手爪的同步运动。

本发明的工作台模块主要由Y轴向的进给模块4和定位夹紧模块5组成。所述的Y轴向进给模块4（简称模块4，参见图7）主要由Y轴向的进给移动气缸403、Y轴导向的直线导轨402和滑块401组成。该模块4通过凹型台405固定在自动移动工作台的支撑框架上。Y轴向的进给移动气缸403和Y轴导向的直线导轨402都沿Y轴方向安装固定在凹型台405上。Y轴向的进给移动气缸403的两端通过轴向脚座404固定在凹型台405上。气缸活塞杆406通过所述的L型连接块与工作台501相连，工作台501底面同时也与滑块401安装固定。这样，在气缸活塞杆406的带动下，工作台501就能够实现沿着Y轴导向的直线导轨402在Y轴向做进给运动。

所述的定位夹紧模块5（简称模块5，参见图8）主要由工作台501和夹紧气缸504组成。该模块5通过工作台501固定在滑块401上，并在其带动下实现Y轴向的进给运动。工作台501能够实现对铝边框的定位，夹紧气缸504通过轴向脚座503固定在垫板502上，通过垫板502夹紧气缸504就安装到了工作台501上。这样，当铝边框被放置到工作台501上后，就实现了对其的定位，并通过夹紧气缸504实现了夹紧功能。

简单说，自动移动工作台只有一个自由度，即在Y轴方向进给的移动。该工作台又分为Y轴向进给移动模块4和定位夹紧模块5两个相对简单的小模块。Y轴向的进给移动通过气缸的活塞杆带动工作台来实现，定位夹紧模块的定位通过制造的工作台的定位板实现，夹紧工件则通过小气缸顶紧工件来实现。

本发明的控制系统部分包括工业控制计算机、传感器、气动节流阀及伺服驱动单元等。所用的控制系统为现有技术。

本发明机械手的工作原理和过程是：在理想状态下，工作台和上料下料的传送装置处在同一个水平面上，Z轴向的上下移动距离、X轴向的左右移动距离和Y轴的进给运动都是在误差范围内。铝边框被抓取放下都是水平的，而且铝边框排放整齐，间隔一致。

本发明的机械手可实现两个自由度的上下料：Z轴向的上下移动和X轴向的左右移动。工作前，待加工的太阳能电池板铝边框组件A在上料传送装置的末端，已加工一端的铝边框B在一个工作台上，已加工好两端的铝边框C在另一个工作台上，三个工件都等待机械手的抓取。工作时，Z轴向的气缸活塞杆向下运动，到达位置后，三对气动手爪分别抓取铝边框A、B、C，然后气缸活塞杆向上运动。到达位之后，滚珠丝杠带动手爪在X轴向移动，将待加工的铝边框A移动到加工位，同时铝边框B被移动到了下一个工位，已加工好的铝边框C被移动到了传送装置上。到达位置后，Z轴向的气缸活塞杆向下运动，到位后气动手爪松开放下铝边框。完成上下料后，机械手再返回到原位，如此反复循环工作。这样，完成了同步的上下料动作，简单省时。所述的控制系统为现有技术。

本发明的自动移动工作台可以实现对工件的定位夹紧和自动的进给加工。当自动上下料机械手爪将铝边框工件放到两个移动工作台上后，工作台已经完成了对其的定位，这时夹紧气缸活塞杆移动顶紧工件，保证夹紧。定位夹紧后，两个工作台同时向Y轴的两个方向移动，根据实际需要位移，使每个工作台上的铝边框工件的被加工端到达加工位置，然后进行冲压加工。加工完成后，气缸活塞杆带动移动工作台在Y轴向移动，回到原位，等待上述的自动上下料机械手爪供料和下料，如此往复循环工作。这样，完成了对铝边框两端的同时冲压加工，简单省时。

本发明上下料机械手在控制系统的控制下能够同步完成对太阳能电池板铝边框组件加工的自动上下料。通过在Z轴向移动和X轴向移动来实现了上下料的过程，通过末端气动手爪的布置，实现了手爪的同步运动，能够保证上下料的同步实现。通过Z轴向和X轴向的导向装置来保证了上下料过程的工件在Z轴向和X轴向的准确定位。通过Y轴向的同时进给动作完成了对铝边框两端的同时冲压加工。而且自动上下料机械手模块和自动移动工作台模块这两大模块相互配合得当，节拍吻合，基本实现了同步上下料、同时加工铝边框两端的功能，达到了降低劳动强度、提高生产效率的效果。

本发明未述及之处适用于现有技术。

Claims (2)

1.一种铝边框组件加工的上下料机械手，包括机械结构和控制系统两部分，其特征在于机械结构部分包括自动上下料机械手模块和自动移动工作台模块，所述的机械手模块采用两自由度移动机构，主要由X轴向左右移动模块、Z轴向上下移动模块和末端气动手爪模块组成；所述的自动移动工作台模块主要由Y轴向的进给模块和定位夹紧模块组成；

所述的X轴向左右移动模块主要包括滚珠丝杠、直线导轨和滑块，该模块通过铝型材框架固定在自动上下料机械手的整体大框架上，滚珠丝杠、直线导轨和滑块都在X轴向平行布置，滚珠丝杠的一端通过L型连接块安装在铝型材框架上，另一端通过连接块也安装在铝型材框架上，滚珠丝杠通过联轴器与伺服马达相连，并由伺服马达驱动；

所述的Z轴向上下移动模块主要包括Z轴向的上下移动气缸、线性轴承和光杠，气缸采用法兰固定在滑块连接板上，气缸的活塞杆通过螺母固定在下连接板上，光杠的一段也固定在下连接板上；气缸的活塞杆能够在Z轴向上下移动，并采用线性轴承和光杠配合，对Z轴向上下移动导向，线性轴承的法兰安装在滑块连接板上； 

所述的末端气动手爪模块主要包括三对末端气动手爪、3块气动手爪安装板和2块气动手爪连接板，气动手爪连接板与所述的下连接板相连接，并带动末端气动手爪模块能够沿Z轴向上下移动，每对气动手爪的距离根据所加工的铝边框的长度而定，每对末端气动手爪安装在一块气动手爪安装板的两端，三块气动手爪安装板通过2块气动手爪连接板固定在一起，成为一个整体的末端气动手爪；

所述的Y轴向进给模块主要由Y轴向的进给移动气缸、Y轴导向的直线导轨和滑块组成，该模块通过凹型台固定在自动移动工作台的支撑框架上，Y轴向的进给移动气缸和Y轴导向的直线导轨都沿Y轴方向安装固定在凹型台上，Y轴向进给移动气缸的两端通过轴向脚座固定在凹型台上，气缸活塞杆通过所述L型连接块与工作台相连，工作台底面同时也与滑块安装固定； 

所述的定位夹紧模块主要由工作台和夹紧气缸组成，该模块通过工作台固定在滑块上，并在滑块的带动下实现Y轴向的进给运动，工作台能够实现对铝边框的定位，夹紧气缸通过轴向脚座固定在垫板上，进而通过垫板安装到工作台上。

2.权利要求1所述的铝边框组件加工的上下料机械手，用于太阳能电池组件铝边框组件加工。

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