CN103978399A - 一种四坐标自动上下料机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种四坐标自动上下料机器人，其包括立柱与横梁单元、机器人本体单元和摆动单元，所述立柱与横梁单元包括立柱、横梁，所述横梁通过螺钉固定在三个所述立柱上，在所述横梁上设置一直线导轨；所述机器人本体包括一滑枕、X向电机、拐臂、拐臂腿、拐臂电机，所述滑枕设置在所述直线导轨上；所述摆动单元包括螺母侧电机、螺母侧减速器、螺母、花键母侧电机、花键母侧减速器、花键母、滚珠丝杠花键轴、小臂在螺母侧电机和花键母侧电机的共同作用下，将动力经过螺母侧同步带和花键母侧同步带传输给螺母和花键母，使滚珠丝杠花键轴运动。通过四坐标机器人能够实现快速的给机床上下料，提高装夹精度，缩短生产周期，提高效率，降低生产成本。

Description

一种四坐标自动上下料机器人

技术领域

本发明涉及上下料的四坐标机器人领域，尤其涉及一种能够实现工件的自动装夹，使机床加工的上料和下料完全自动化的四坐标机器人。 

背景技术

现有技术中，在数控机床对工件加工过程中，需要给机床上料和下料，因为要对工件多次装夹，目前大多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四坐标自动上下料机器人，用以克服上述技术缺陷。 

为实现上述目的，本发明提供一种四坐标自动上下料机器人，其包括立柱与横梁单元、机器人本体单元和摆动单元，其中， 

所述立柱与横梁单元包括立柱、横梁，所述横梁通过螺钉固定在三个所述立柱上，在所述横梁上设置一直线导轨； 

所述机器人本体包括一滑枕、X向电机、拐臂、拐臂腿、拐臂电机，所述滑枕设置在所述直线导轨上，所述X向电机与X向减速器相连，所述X向减速器通过螺钉固定在滑枕上；所述滑枕上通过螺钉固定有拐臂，所述拐臂通过拐臂腿安装螺钉安装有拐臂腿；所述拐臂电机与拐臂减速器相连，所述拐臂减速器的轴上安装有第二拐臂同步带轮；所述第二拐臂同步带轮与第一拐臂同步带轮通过拐臂同步带连接，所述第一拐臂同步带轮通过键与第一拐臂法兰联接； 

所述摆动单元包括螺母侧电机、螺母侧减速器、螺母、花键母侧电机、花键母侧减速器、花键母、滚珠丝杠花键轴、小臂，所述螺母侧电机和螺母侧减速器联接；所述螺母和花键母中间安装有滚珠丝杠花键轴，在螺母侧电机和花键母侧电机的共同作用下，将动力经过螺母侧同步带和花键母侧同步带传输给螺母和花键母，使滚珠丝杠花键轴分别做直线运动，旋转运动和螺旋运动； 

所述小臂安装在摆臂箱上，所述小臂内部末端安装有丝杠花键联轴器，所述丝杠花键连接轴末端通过联接轴法兰与末端执行器安装块相连，所述末端执行器安装块上通过螺钉固定有两个气爪，气爪手指上安装有气爪指套。 

进一步，在所述横梁的侧面固定有齿条垫块和两根导轨垫块，所述齿条垫块上安装第一齿条，所述直线导轨安装在所述导轨垫块上，所述直线导轨上安装四个滑块，所述滑枕通过螺钉与四个滑块连接。 

进一步，所述X向减速器的轴上固定有第一齿轮，所述第一齿轮和第一齿条相互啮合，通过所述X向电机的旋转，经X向减速器减速，以及第一齿轮和第一齿条的啮合，使机器人本体单元在横梁的两根直线导轨上沿着X方向做往复直线运动。 

进一步，所述柺臂减速器通过螺钉与拐臂电机安装法兰相连，拐臂电机安装法兰通过拐臂法兰安装螺钉固定在拐臂腿上。 

进一步，所述拐臂腿上通过螺钉固定有第一轴承钢套，第一轴承钢套内嵌深沟球轴承，深沟球轴承用于支撑第一拐臂法兰并能保证其能自由旋转； 

所述拐臂上通过螺钉固定有第二轴承钢套，第二轴承钢套内嵌深沟球轴承，深沟球轴承用于支撑第二拐臂法兰，并能保证其能自由旋转，轴承端盖通过螺钉固定在拐臂上，并限制深沟球轴承沿轴向方向移动。 

进一步，所述摆动单元的摆臂箱通过螺钉与第一拐臂法兰和第二拐臂法兰联接，所述螺母侧减速器通过螺钉固定在螺母侧电机座上，螺母侧减速器轴上安装有第一螺母侧同步带轮，所述螺母侧电机座通过螺钉固定在摆臂箱上。 

进一步，所述摆臂箱上通过螺钉固定有摆臂箱后盖，摆臂箱后盖上通过螺母安装螺钉固定有滚珠丝杠滚珠花键组合中的螺母，所述螺母上通过螺钉安装有一个第二螺母侧同步带轮，所述第二螺母侧同步带轮和第一螺 母侧同步带轮通过螺母侧同步带实现动力传输。 

进一步，所述花键母侧电机和花键母侧减速器联接，花键母侧减速器通过螺钉固定在花键母侧电机座上，花键母侧减速器轴上安装有第二花键母侧同步带轮，花键母侧电机座通过螺钉固定在摆臂箱上； 

摆臂箱上通过花键母安装螺钉安装有滚珠丝杠滚珠花键组合中的花键母； 

所述花键母上通过螺钉安装有一个第一花键母侧同步带轮，所述第一花键母侧同步带轮和第二花键母侧同步带轮通过花键母侧同步带实现动力传输。 

进一步，所述小臂内部为空腔结构，其内部末端安装有联接轴支撑套，滚珠丝杠花键轴通过丝杠花键联接套和丝杠花键联接轴相连，丝杠花键联接轴为外表面光滑的圆柱轴，其装在联接轴支撑套里。 

进一步，末端执行器安装块为两面开口的空腔结构，其内部安装有阀岛，测距传感器固定在传感器安装板上，传感器安装板通过螺钉固定在末端执行器安装块上，使测距传感器藏于所述末端执行器安装块内部，所述末端执行器安装块上安装有气嘴安装板，一气嘴通过螺钉固定在所述气嘴安装板上。 

与现有技术相比较本发明的有益效果在于：通过四坐标机器人能够实现快速的给机床上下料，提高装夹精度，缩短生产周期，提高效率，降低生产成本。同时，气爪指套的设计可以实现不同尺寸的工件装夹以及采用聚四氟乙烯的材料能较好的保护工件表面不被损坏。 

附图说明

图1a为本发明四坐标自动上下料机器人的主视图； 

图1b为本发明四坐标自动上下料机器人的俯视图； 

图2为本发明四坐标自动上下料机器人的左视图； 

图3为本发明机器人本体单元的主视图； 

图4为本发明机器人本体单元的左视图； 

图5是本发明机器人本体单元的俯视图； 

图6是本发明机器人摆臂单元的主视图； 

图7是本发明机器人摆臂单元的左视图； 

图8是本发明机器人摆臂单元的俯视图。 

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。 

本发明四坐标自动上下料机器人包括立柱与横梁单元、机器人本体单元和摆动单元，请参阅图1a-8所示，其为本发明四坐标自动上下料机器人的主视图、左视图和侧视图，机器人本体单元的主视图、左视图和俯视图，以及机器人本体单元的主视图、左视图和俯视图。 

其中，所示立柱与横梁单元包括立柱1、横梁2、导轨垫块3、齿条垫块4、导线导轨5、第一齿条6和滑块7； 

所述机器人本体单元包括滑枕8、第一齿轮9、X向减速器10、X向电机11、拐臂12、拐臂腿15、拐臂电机19、拐臂减速器20、拐臂电机安装法兰16、第一拐臂同步带轮23、第二拐臂同步带轮17、拐臂同步带18、第一轴承钢套24、第二轴承钢套31、第一拐臂法兰27、第二拐臂法兰30、深沟球轴承25、轴承端盖29、吊环螺钉32； 

所述摆动单元包括螺母侧电机34、螺母侧减速器35、第一螺母侧同步带轮37、螺母42、第二螺母侧同步带轮43、花键母侧电机44、花键母侧减速器45、第一花键母侧同步带轮46、第二花键母侧同步带轮50、花键母48、滚珠丝杠花键轴41、小臂53。 

在本发明中，包括三个立柱1，分别通过地脚螺钉固定在地面上，所述横梁2通过螺钉固定在三个立柱1上，用以支撑整个机器人部分；在所述横梁2的侧面固定有所述齿条垫块4和两根导轨垫块3，所述齿条垫块4上安装第一齿条6，在所述导轨垫块3上面安装有直线导轨5，所述直线导轨5上安装有四个所述滑块7，所述滑枕8通过螺钉与四个滑块7连接。 

所述X向电机11与X向减速器10相连，所述X向减速器10通过螺钉固定在滑枕8上，X向减速器轴上固定有第一齿轮9，所述第一齿轮9和第一齿条6相互啮合。通过所述X向电机11的旋转，经X向减速器10减速，以及第一齿轮9和第一齿条6的啮合，可以使机器人本体单元在横梁2的两根直线导轨5上沿着X方向做往复直线运动。 

所述滑枕8上通过螺钉固定有拐臂12，柺臂12用于支撑摆动单元。拐臂12上通过螺纹联接有两个吊环螺钉32，所述拐臂12上通过拐臂腿 安装螺钉13安装有拐臂腿15，拐臂腿15的作用主要是使摆动单元易于安装以及维修时的拆卸。柺臂电机19与柺臂减速器20相连，柺臂减速器20轴上安装有第二拐臂同步带轮17。所述拐臂减速器20通过螺钉与拐臂电机安装法兰16相连，拐臂电机安装法兰16可以通过拐臂法兰安装螺钉14固定在拐臂腿15上，拐臂电机安装法兰16的作用是可以使拐臂电机19和拐臂减速器20通过反向安装而藏在拐臂12内部空腔，使机器人本体单元结构更紧凑，外观更简洁美观。 

所述拐臂腿15上通过螺钉固定有第一轴承钢套24，第一轴承钢套24内嵌深沟球轴承25，深沟球轴承25用于支撑第一拐臂法兰27，并能保证其能自由旋转。拐臂12上通过螺钉固定有第二轴承钢套31，第二轴承钢套31内嵌深沟球轴承25，深沟球轴承25用于支撑第二拐臂法兰30，并能保证其能自由旋转，轴承端盖29通过螺钉固定在拐臂12上，并限制深沟球轴承25沿轴向方向移动。由于机器人工作过程中摆动单元在深沟球轴承25的支撑下将相对拐臂12和拐臂腿15自由转动，而第一轴承钢套24和第二轴承钢套31的作用是：防止深沟球轴承25和拐臂12以及拐臂腿15直接接触而使拐臂12和拐臂腿15发生磨损，进而使拐臂12和拐臂腿15的使用寿命得到一定程度提高。 

所述第一拐臂法兰27上安装有第一拐臂同步带轮23，第一拐臂同步带轮23和第二拐臂同步带轮17通过拐臂同步带18连接，第一拐臂同步带轮23通过键26与第一拐臂法兰27联接，进而实现动力的传输。拐臂上安装有拐臂电机挡板21。拐臂腿15上安装有拐臂盖板22，其作用是使第一拐臂同步带轮23、第二拐臂同步带轮17以及拐臂同步带部分藏在拐臂腿内部空腔中，使机器人本体单元结构更紧凑，外观更简洁美观。 

所述摆动单元的摆臂箱52通过螺钉与第一拐臂法兰27和第二拐臂法兰30联接，螺母侧电机34和螺母侧减速器35联接，螺母侧减速器35通过螺钉固定在螺母侧电机座36上，螺母侧减速器35轴上安装有第一螺母侧同步带轮37，螺母侧电机座36通过螺钉固定在摆臂箱52上。所述摆臂箱52上通过螺钉固定有摆臂箱后盖38，摆臂箱后盖38上通过螺母安装螺钉40固定有滚珠丝杠滚珠花键组合中的螺母42。螺母42上通过螺钉安装有一个第二螺母侧同步带轮43，第二螺母侧同步带轮43和第一螺母侧同步带轮37通过螺母侧同步带39实现动力传输。 

花键母侧电机44和花键母侧减速器45联接，花键母侧减速器45通 过螺钉固定在花键母侧电机座49上，花键母侧减速器45轴上安装有第二花键母侧同步带轮50，花键母侧电机座49通过螺钉固定在摆臂箱52上。摆臂箱52上通过花键母安装螺钉51安装有滚珠丝杠滚珠花键组合中的花键母48。花键母48上通过螺钉安装有一个第一花键母侧同步带轮46，所述第一花键母侧同步带轮46和第二花键母侧同步带轮50通过花键母侧同步带47实现动力传输。 

同时所述螺母42和花键母48中间安装有滚珠丝杠花键轴41，在螺母侧电机34和花键母侧电机44的共同作用下，将动力经过螺母侧同步带39和花键母侧同步带47传输给螺母42和花键母48，可以使滚珠丝杠花键轴41分别做直线运动，旋转运动和螺旋运动。摆臂箱52上安装有两个摆臂箱上盖33，其作用是使机械传动部分藏于摆臂箱空腔内，使摆臂单元结构更紧凑，外观更简洁美观。 

所述摆臂箱52上安装有小臂53，小臂53内部为空腔结构，小臂53内部末端安装有联接轴支撑套56，滚珠丝杠花键轴41通过丝杠花键联接套54和丝杠花键联接轴55相连，丝杠花键联接轴55为外表面光滑的圆柱轴，其装在联接轴支撑套56里。丝杠花键联接轴55末端通过联接轴法兰57与末端执行器安装块59相连，末端执行器安装块59为两面开口的空腔结构，其内部安装有阀岛60，测距传感器62固定在传感器安装板63上，传感器安装板63通过螺钉固定在末端执行器安装块59上，使测距传感器62藏于末端执行器安装块59内部。末端执行器安装块59上安装有气嘴安装板58，气嘴61通过螺钉固定在气嘴安装板58上，气嘴61的作用是在装夹工件前吹掉机床夹具上的铁屑。末端执行器安装块59上通过螺钉固定有两个气爪64，气爪手指上安装有气爪指套65，气爪指套65采用V型结构，其作用是便于抓取圆柱型的不同直径的工件，同时采用聚四氟乙烯材料可以保护工件表面不被损坏。 

本发明由X向电机11提功动力，经X向减速器10减速，以及齿轮9齿条6的啮合，实现了将电机的旋转运动转换为机器人本体单元在横梁的直线运动。由拐臂电机19提供动力，经拐臂减速器20减速以及第二拐臂同步带轮17、拐臂同步带18、第一拐臂同步带轮23的传动，实现了将电机的旋转运动转换为摆动单元的转动。由螺母侧电机34提供动力，实现了将电机的旋转运动转换为末端执行器的直线运动。由花键母侧电机44提供动力，实现了将电机的旋转运动转换为末端执行器的旋转运动。在此 四个坐标轴电机的共同作用下，可以在空间准确的定位工作点，实现工件的自动上下料，提高工件装夹精度，缩短生产周期。 

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 (10)

1.一种四坐标自动上下料机器人，其特征在于，其包括立柱与横梁单元、机器人本体单元和摆动单元，其中，

所述立柱与横梁单元包括立柱、横梁，所述横梁通过螺钉固定在三个所述立柱上，在所述横梁上设置一直线导轨；

所述机器人本体包括一滑枕、X向电机、拐臂、拐臂腿、拐臂电机，所述滑枕设置在所述直线导轨上，所述X向电机与X向减速器相连，所述X向减速器通过螺钉固定在滑枕上；所述滑枕上通过螺钉固定有拐臂，所述拐臂通过拐臂腿安装螺钉安装有拐臂腿；所述拐臂电机与拐臂减速器相连，所述拐臂减速器的轴上安装有第二拐臂同步带轮；所述第二拐臂同步带轮与第一拐臂同步带轮通过拐臂同步带连接，所述第一拐臂同步带轮通过键与第一拐臂法兰联接；

所述摆动单元包括螺母侧电机、螺母侧减速器、螺母、花键母侧电机、花键母侧减速器、花键母、滚珠丝杠花键轴、小臂，所述螺母侧电机和螺母侧减速器联接；所述螺母和花键母中间安装有滚珠丝杠花键轴，在螺母侧电机和花键母侧电机的共同作用下，将动力经过螺母侧同步带和花键母侧同步带传输给螺母和花键母，使滚珠丝杠花键轴分别做直线运动，旋转运动和螺旋运动；

所述小臂安装在摆臂箱上，所述小臂内部末端安装有丝杠花键联轴器，所述丝杠花键连接轴末端通过联接轴法兰与末端执行器安装块相连，所述末端执行器安装块上通过螺钉固定有两个气爪，气爪手指上安装有气爪指套。

2.根据权利要求1所述的四坐标自动上下料机器人，其特征在于，在所述横梁的侧面固定有齿条垫块和两根导轨垫块，所述齿条垫块上安装第一齿条，所述直线导轨安装在所述导轨垫块上，所述直线导轨上安装四个滑块，所述滑枕通过螺钉与四个滑块连接。

3.根据权利要求2所述的四坐标自动上下料机器人，其特征在于，所述X向减速器的轴上固定有第一齿轮，所述第一齿轮和第一齿条相互啮合，通过所述X向电机的旋转，经X向减速器减速，以及第一齿轮和第一齿条的啮合，使机器人本体单元在横梁的两根直线导轨上沿着X方向做往复直线运动。

4.根据权利要求1所述的四坐标自动上下料机器人，其特征在于，所述柺臂减速器通过螺钉与拐臂电机安装法兰相连，拐臂电机安装法兰通过拐臂法兰安装螺钉固定在拐臂腿上。

5.根据权利要求4所述的四坐标自动上下料机器人，其特征在于，所述拐臂腿上通过螺钉固定有第一轴承钢套，第一轴承钢套内嵌深沟球轴承，深沟球轴承用于支撑第一拐臂法兰并能保证其能自由旋转；

所述拐臂上通过螺钉固定有第二轴承钢套，第二轴承钢套内嵌深沟球轴承，深沟球轴承用于支撑第二拐臂法兰，并能保证其能自由旋转，轴承端盖通过螺钉固定在拐臂上，并限制深沟球轴承沿轴向方向移动。

6.根据权利要求1、2或4所述的四坐标自动上下料机器人，其特征在于，所述摆动单元的摆臂箱通过螺钉与第一拐臂法兰和第二拐臂法兰联接，所述螺母侧减速器通过螺钉固定在螺母侧电机座上，螺母侧减速器轴上安装有第一螺母侧同步带轮，所述螺母侧电机座通过螺钉固定在摆臂箱上。

7.根据权利要求6所述的四坐标自动上下料机器人，其特征在于，所述摆臂箱上通过螺钉固定有摆臂箱后盖，摆臂箱后盖上通过螺母安装螺钉固定有滚珠丝杠滚珠花键组合中的螺母，所述螺母上通过螺钉安装有一个第二螺母侧同步带轮，所述第二螺母侧同步带轮和第一螺母侧同步带轮通过螺母侧同步带实现动力传输。

8.根据权利要求6所述的四坐标自动上下料机器人，其特征在于，所述花键母侧电机和花键母侧减速器联接，花键母侧减速器通过螺钉固定在花键母侧电机座上，花键母侧减速器轴上安装有第二花键母侧同步带轮，花键母侧电机座通过螺钉固定在摆臂箱上；

摆臂箱上通过花键母安装螺钉安装有滚珠丝杠滚珠花键组合中的花键母；

所述花键母上通过螺钉安装有一个第一花键母侧同步带轮，所述第一花键母侧同步带轮和第二花键母侧同步带轮通过花键母侧同步带实现动力传输。

9.根据权利要求8所述的四坐标自动上下料机器人，其特征在于，所述小臂内部为空腔结构，其内部末端安装有联接轴支撑套，滚珠丝杠花键轴通过丝杠花键联接套和丝杠花键联接轴相连，丝杠花键联接轴为外表面光滑的圆柱轴，其装在联接轴支撑套里。

10.根据权利要求9所述的四坐标自动上下料机器人，其特征在于，末端执行器安装块为两面开口的空腔结构，其内部安装有阀岛，测距传感器固定在传感器安装板上，传感器安装板通过螺钉固定在末端执行器安装块上，使测距传感器藏于所述末端执行器安装块内部，所述末端执行器安装块上安装有气嘴安装板，一气嘴通过螺钉固定在所述气嘴安装板上。