CN103921158B - 一种基于机器人的自动上下料系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于机器人的自动上下料系统，其包括机械部分和控制部分，所述机械部分包括上料单元、立柱横梁单元、机床单元、机器人单元、转向单元和下料单元，其中，所述上料单元包括上料工作台、上料伺服电机，所述上料工作台上设置有所述上料伺服电机，所述上料伺服电机的输出轴通过上料传送带与所述上料同步带轮连接；所述机床单元包括第一机床和第二机床，分别完成工件加工的第一加工工序和第二加工工序。本发明能够将工件按预定的方式进行排列和准确定位，能够将工件装夹至数控机床进行不同工序的加工，并在工件加工完成时将工件取下放在成品箱中。

Description

一种基于机器人的自动上下料系统
技术领域
本发明涉及上料机械领域，尤其涉及一种为数控机床加工实现整个工件加工过程的自动化的自动上下料机器人系统。
背景技术
在数控机床对工件加工过程中，需要对工件的不同部位进行不同工序的加工，因为要对工件多次装夹，目前普遍采用人工装夹的方式，但人工装夹不仅精度低，影响加工质量，而且人工成本高，效率低，生产周期长。
鉴于上述缺陷，本发明创作者经过长时间的研究和实践终于获得了本创作。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于机器人的自动上下料系统，用以克服上述技术缺陷。
为实现上述目的，本发明提供一种基于机器人的自动上下料系统，其包括机械部分和控制部分，所述机械部分包括上料单元、立柱横梁单元、机床单元、机器人单元、转向单元和下料单元，其中，
所述上料单元包括上料工作台、上料伺服电机、上料同步带和上料同步带轮，所述上料工作台上设置有所述上料伺服电机，所述上料伺服电机的输出轴通过所述上料同步带与所述上料同步带轮连接；
所述立柱横梁单元通过立柱上的地脚螺钉安装在地面，所述立柱用来支撑横梁；
所述机床单元包括第一机床和第二机床，分别完成工件加工的第一加工工序和第二加工工序；
所述机器人单元通过大臂固定在滑枕上，大臂上装有摆动伺服电机，其将动力传输给摆动轴，所述摆动轴上安装有传动箱，所述传动箱内装有升降伺服电机，其驱使传动轴做升降运动；
所述转向单元通过工字钢支腿装在地面上，转向工作台焊接在工字钢支腿上，其上装有摆动气缸，摆动气缸用于零件90度转向；
所述控制部分包括驱动单元、控制单元和传感检测单元，其中，所述驱动单元包括伺服驱动器，以驱动上述各伺服电机动作；所述控制单元包括工控机、显示器和运动控制器；所述传感检测单元包括上料传感器和工件测距传感器。
进一步，所述上料单元采用槽钢支撑，所述槽钢上焊接有所述上料工作台，所述上料工作台上通过螺钉安装有伺服电机座，所述伺服电机座上安装有所述上料伺服电机；
所述上料工作台上还通过螺钉固定有工件挡板，为工件提供运动所需的通道。
进一步，所述上料传感器设置在所述上料工作台上，所述上料传感器对工件排列情况进行检测，控制所述伺服电机的启停，使所述机器人单元取走后，工件能够自动的将下一个工件送到上料点，保证机器人每次取料时，上料点都放置工件。
进一步，所述立柱上焊接有方板，横梁通过安装螺钉装在方板上；所述立柱和横梁通过自身的刚性来保证机器人在负载情况下都能满足系统要求的最大变形。
进一步，所述横梁上安装有齿条和导轨，所述导轨用于机器人X轴运动的精确导向，其上装有滑枕，所述滑枕上装有X轴伺服电机，X轴伺服电机上装有齿轮，通过X轴伺服电机提供动力齿轮齿条的啮合，使机器人单元能在X轴方向精确的做直线往复运动。
进一步，所述摆动伺服电机的输出轴上安装摆动同步带，与摆动同步带轮连接。通过摆动伺服电机提供动力，并由摆动同步带传动系统减速。
进一步，所述升降同步带轮通过升降同步带减速将动力传给螺母，螺母旋转，并通过丝杠螺母机构使传动轴做升降运动；
同时，所述旋转伺服电机通过旋转同步带减速将动力传给花键母，带动花键母旋转，并通过花键副的作用，使传动轴做旋转运动；所述传动轴末端通过法兰套联接气爪基座，气爪基座用于气爪和气嘴以及工件测距传感器的安装。
进一步，所述转向工作台上安装有零件放置板，用于对零件准确定位，所述转向工作台上还安装有气缸安装架，气缸安装架上装有伸缩气缸，通过伸缩气缸带动压块，可以压紧零件。
进一步，所述自动上下料系统的工作过程包括：机器人单元取料；第一机床上下料；工件转向；第二机床上下料和机器人单元下料五个过程，其中，
所述工件转向的目的是为实现工件第二加工工序的正常进行，其设置在所述第一和第二加工工序之间，用以将工件在此进行90°转向，让机器人单元气爪夹取工件的另一端并将工件装夹到所述第二机床上；
机器人单元将工件输送至转向点，向控制器发出到位信号，控制器收到信号后控制转向单元将工件夹紧，完成后机器人单元张开气爪并退出转向点，同时，控制器控制转向单元进行90°转向，转向结束后，机器人单元运动至转向点夹取工件，整个过程即为工件转向阶段。
进一步，所述第一机床完成工件的第一加工工序的加工，其上下料过程包括，在第一加工工序中将第一机床上已加工好的工件取下，以备第二加工工序加工；机器人单元通过气嘴吹气的方式将第一机床的夹具中的铁屑清除干净，以备下一个工件的装夹；将下一个工件装夹到第一机床，并进行传感检测，实现工件的准确定位，以保证工件第一加工工序的正常加工。
与现有技术相比较本发明的有益效果在于：本发明克服工件人工装夹精度低，效率低等不足，其能够将工件按预定的方式进行排列和准确定位，能够将工件装夹至数控机床进行不同工序的加工，并在工件加工完成时将工件取下放在成品箱中。
附图说明
图1为本发明基于机器人的自动上下料系统的正视结构示意图；
图2为本发明基于机器人的自动上下料系统的俯视结构示意图；
图3为本发明基于机器人的自动上下料系统的侧视结构示意图.
具体实施方式
以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。
本发明基于机器人的自动上下料系统，能够将工件按预定的方式进行排列和准确定位，并将工件装夹至数控机床进行不同工序的加工，并在工件加工完成时将工件取下放在成品箱中。
请参阅图1所示，其为本发明基于机器人的自动上下料系统的正视结构示意图，其包括机械部分和控制部分，所述机械部分包括上料单元1、立柱横梁单元2、机床单元3、机器人单元4、转向单元5和下料单元，其中，
所述上料单元1包括槽钢、上料工作台、上料伺服电机座、上料伺服电机、上料同步带、上料同步带轮、工件挡板；所述立柱横梁单元2包括立柱、横梁、方板、导轨、导轨滑块、齿条；所述机器人单元4包括滑枕、 X轴伺服电机、齿轮、大臂、摆动伺服电机、摆动同步带、摆动同步带轮、摆动轴、传动箱、升降伺服电机、传动轴、螺母、花键母、旋转伺服电机、旋转同步带、旋转同步带轮、小臂、法兰套、气爪基座、气爪、气嘴、工件测距传感器；所述转向单元5包括工字钢支腿、转向工作台、摆动气缸、零件放置板、伸缩气缸、气缸安装架、压块。
所述机械部分通过同一地基安装在一起，所述上料单元1采用槽钢支撑，所述槽钢上焊接有所述上料工作台，上料工作台上通过螺钉安装有上料伺服电机座，电机安装座上安装有上料伺服电机，所述上料伺服电机的输出轴通过上料同步带与所述上料同步带轮连接，用以减速；所述上料工作台上还通过螺钉固定有工件挡板，其作用是为工件提供运动所需的通道。
所述立柱横梁单元2通过立柱上的地脚螺钉安装在地面，所述立柱用来支撑横梁，立柱上焊接有方板，横梁通过安装螺钉装在方板上。立柱和横梁通过自身的刚性来保证机器人在负载情况下都能满足系统要求的最大变形。
所述横梁上安装有齿条和导轨，所述导轨用于机器人X轴运动的精确导向，其上装有滑枕，所述滑枕上装有X轴伺服电机，X轴伺服电机上装有齿轮，通过X轴伺服电机提供动力齿轮齿条的啮合，使机器人单元能在 X轴方向精确的做直线往复运动。
所述机床单元3包括第一机床和第二机床，分别完成工件加工的第一加工工序和第二加工工序。
机器人单元4通过大臂固定在滑枕上，大臂上装有摆动伺服电机，其输出轴上安装摆动同步带，与摆动同步带轮连接。通过摆动伺服电机提供动力，并由摆动同步带传动系统减速，将动力传输给摆动轴，传动箱通过轴承装在摆动轴上，摆动轴摆动时带动传动箱做相应摆动。
所述传动箱内装有升降伺服电机，其输出轴上固定有升降同步带轮，并通过升降同步带减速将动力传给螺母，螺母旋转，并通过丝杠螺母机构使传动轴做升降运动。
同时，所述旋转伺服电机通过旋转同步带减速将动力传给花键母，带动花键母旋转，并通过花键副的作用，使传动轴做旋转运动。所述传动轴末端通过法兰套联接气爪基座，气爪基座用于气爪和气嘴以及工件测距传感器的安装。
所述转向单元5通过工字钢支腿装在地面上，转向工作台焊接在工字钢支腿上，其上装有摆动气缸，摆动气缸用于零件90度转向，所述转向工作台上安装有零件放置板，用于对零件准确定位，所述转向工作台上还安装有气缸安装架，气缸安装架上装有伸缩气缸，通过伸缩气缸带动压块，可以压紧零件。
所述控制部分包括驱动单元、控制单元和传感检测单元，其中，所述驱动单元包括伺服驱动器，以驱动上述各伺服电机动作；所述控制单元包括工控机、显示器和运动控制器；所述传感检测单元包括上料传感器和工件测距传感器。所述上料传感器设置在所述上料工作台上，所述上料传感器对工件排列情况进行检测，控制所述伺服电机的启停，使所述机器人单元取走后，工件能够自动的将下一个工件送到上料点，保证机器人每次取料时，上料点都放置工件。
本发明自动上下料系统包括五个工作过程，能够实现工件的自动装卡。具体为：
(1)机器人单元取料；
机器人单元取料过程为：上料机构通过上料伺服电机及执行机构将待加工工件输送至上料点，上料点处装有所述上料传感器，当工件到位时，所述上料传感器向控制器输出到位信号，以控制上料伺服电机的停止，进而实现工件的准确定位。在控制系统中，通过示教的方式将上料点信息标定并输入给机器人单元，机器人单元在每个取料过程中都将运动至此上料点，并采用气动方式控制气爪的张开与闭合，同时达到夹取工件的目的，以完成整个取料过程。
(2)第一机床上下料；
所述第一机床完成工件的第一加工工序的加工，其上下料过程包括，在第一加工工序中将第一机床上已加工好的工件取下，以备第二加工工序加工；机器人单元通过气嘴吹气的方式将第一机床的夹具中的铁屑清除干净，以备下一个工件的装夹；将下一个工件装夹到第一机床，并进行传感检测，实现工件的准确定位，以保证工件第一加工工序的正常加工。
(3)工件转向；
工件转向的目的是为实现工件第二加工工序的正常进行，在第一和第二加工工序之间加一个转向单元5，将工件在此进行90°转向，让机器人单元气爪夹取工件的另一端并将工件装夹到所述第二机床上。其实现过程为：机器人单元4将工件输送至转向点，向控制器发出到位信号，控制器收到信号后控制转向单元5将工件夹紧，完成后机器人单元4张开气爪并退出转向点，同时，控制器控制转向单元5进行90°转向，转向结束后，机器人单元5运动至转向点夹取工件，整个过程即为工件转向阶段。
(4)第二机床上下料；
所述第二机床完成工件的第二加工工序的加工，其上下料过程与第一机床相似，其从第二机床取下工件，气嘴吹气以清除铁屑和装夹工件。
(5)机器人单元下料；
机器人单元下料是指机器人单元将已完成加工的工件从第二机床送至放料点，并通过下料传送带将工件送至储存箱以备后续处理。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，对发明而言仅仅是说明性的，而非限制性的。本专业技术人员理解，在发明权利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多改变，修改，甚至等效，但都将落入本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种基于机器人的自动上下料系统，其特征在于，其包括机械部分和控制部分，所述机械部分包括上料单元、立柱横梁单元、机床单元、机器人单元、转向单元和下料单元，其中，
所述上料单元包括上料工作台、上料伺服电机、上料同步带和上料同步带轮，所述上料工作台上设置有所述上料伺服电机，所述上料伺服电机的输出轴通过所述上料同步带与所述上料同步带轮连接；
所述立柱横梁单元通过立柱上的地脚螺钉安装在地面，所述立柱用来支撑横梁；
所述机床单元包括第一机床和第二机床，分别完成工件加工的第一加工工序和第二加工工序；
所述机器人单元包括滑枕、X轴伺服电机、旋转伺服电机、旋转同步带和旋转同步带轮，所述机器人单元通过大臂固定在滑枕上，大臂上装有摆动伺服电机，其将动力传输给摆动轴，所述摆动轴上安装有传动箱，所述传动箱内装有升降伺服电机，所述升降伺服电机输出轴上固定有升降同步带轮，所述升降伺服电机驱使传动轴做升降运动；
所述转向单元通过工字钢支腿装在地面上，转向工作台焊接在工字钢支腿上，其上装有摆动气缸，摆动气缸用于零件90度转向；
所述控制部分包括驱动单元、控制单元和传感检测单元，其中，所述驱动单元包括伺服驱动器，以驱动上述各伺服电机动作；所述控制单元包括工控机、显示器和运动控制器；所述传感检测单元包括上料传感器和工件测距传感器；
所述自动上下料系统的工作过程包括：机器人单元取料；第一机床上下料；工件转向；第二机床上下料和机器人单元下料五个过程，其中，
所述工件转向的目的是为实现工件所述第二加工工序的正常进行，其设置在所述第一加工工序和所述第二加工工序之间，用以将工件在此进行90°转向，让机器人单元气爪夹取工件的另一端并将工件装夹到所述第二机床上；
机器人单元将工件输送至转向点，向控制器发出到位信号，控制器收到信号后控制转向单元将工件夹紧，完成后机器人单元张开气爪并退出转向点，同时，控制器控制转向单元进行90°转向，转向结束后，机器人单元运动至转向点夹取工件，整个过程即为工件转向阶段；
所述第一机床完成工件的第一加工工序的加工，其上下料过程包括，在第一加工工序中将第一机床上已加工好的工件取下，以备第二加工工序加工；机器人单元通过气嘴吹气的方式将第一机床的夹具中的铁屑清除干净，以备下一个工件的装夹；将下一个工件装夹到第一机床，并进行传感检测，实现工件的准确定位，以保证工件第一加工工序的正常加工。
2.根据权利要求1所述的基于机器人的自动上下料系统，其特征在于，所述上料单元采用槽钢支撑，所述槽钢上焊接有所述上料工作台，所述上料工作台上通过螺钉安装有伺服电机座，所述伺服电机座上安装有所述上料伺服电机；
所述上料工作台上还通过螺钉固定有工件挡板，为工件提供运动所需的通道。
3.根据权利要求1或2所述的基于机器人的自动上下料系统，其特征在于，所述上料传感器设置在所述上料工作台上，所述上料传感器对工件排列情况进行检测，控制所述伺服电机的启停，使所述机器人单元取走后，工件能够自动的将下一个工件送到上料点，保证机器人每次取料时，上料点都放置工件。
4.根据权利要求1所述的基于机器人的自动上下料系统，其特征在于，所述立柱上焊接有方板，横梁通过安装螺钉装在方板上；所述立柱和横梁通过自身的刚性来保证机器人在负载情况下都能满足系统要求的最大变形。
5.根据权利要求4所述的基于机器人的自动上下料系统，其特征在于，所述横梁上安装有齿条和导轨，所述导轨用于机器人X轴运动的精确导向，其上装有滑枕，所述滑枕上装有X轴伺服电机，X轴伺服电机上装有齿轮，通过X轴伺服电机提供动力齿轮齿条的啮合，使机器人单元能在X轴方向精确的做直线往复运动。
6.根据权利要求1所述的基于机器人的自动上下料系统，其特征在于，所述摆动伺服电机的输出轴上安装摆动同步带，与摆动同步带轮连接，通过摆动伺服电机提供动力，并由摆动同步带传动系统减速。
7.根据权利要求6所述的基于机器人的自动上下料系统，其特征在于，所述升降同步带轮通过升降同步带减速将动力传给螺母，螺母旋转，并通过丝杠螺母机构使传动轴做升降运动；
同时，所述旋转伺服电机通过旋转同步带减速将动力传给花键母，带动花键母旋转，并通过花键副的作用，使传动轴做旋转运动；所述传动轴末端通过法兰套联接气爪基座，气爪基座用于气爪和气嘴以及工件测距传感器的安装。
8.根据权利要求6所述的基于机器人的自动上下料系统，其特征在于，所述转向工作台上安装有零件放置板，用于对零件准确定位，所述转向工作台上还安装有气缸安装架，气缸安装架上装有伸缩气缸，通过伸缩气缸带动压块，可以压紧零件。
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