CN104015187A - 柔性冲压机械手 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种柔性冲压机械手，包括一机架，在机架上设有机械手摆臂运动机构、垂直运动机构、水平运动机构、机械手翻转运动机构和执行端旋转运动机构，通过上述五个运动机构的配合，可实现工件在三维方向的旋转和移动。该柔性冲压机械手运行精度准，让取放产品更方便﹑快捷﹑精确，简便。将锥齿啮合变成直齿啮合，提高设备的承重能力和恒定运行速度，为未来的扩展奠定了基础，提升了响应时间和效率，简化结构，增加了抓取产品的方式，可适应多种产品的各种形状的抓取。增加了内嵌式人机屏控制箱，让控制人机屏得到有效保护，防止硬物碰伤。该柔性冲压机械手加固强化了设备结构，让设备结构更趋合理，优化了运动原理。

Description

柔性冲压机械手

技术领域

本发明涉及一种机械手，特别是涉及一种用于冲压设备取件的柔性机械手。

背景技术

目前冲床设备在冲压零件时一般都是由人工来完成放件、取件的，采用这种方式非常容易产生工伤事故。为此，中国发明专利（专利号：2010102599921）就公开了一种冲床智能机械手，该冲床智能机械手由机柜、配电箱、人机界面控制箱、伺服电机、步进电机、齿轮、丝杆和母套组成水平运动机构、翻转运动机构、摆臂运动机构、执行端旋转运动机构、垂直运动机构，的机械手水平运动机构采用步进电机和线型滚珠丝杆传动，将执行端水平方向前后移动的设置在线型滚珠丝杆母套上；的机械手翻转运动机构采用步进电机和齿轮传动，由翻转主轴连接和驱动手臂翻转，且手臂上设有机械手水平运动机构一同翻转；机械手摆臂运动结构采用伺服电机和行星减速机传动，且所有的运动机构都通过摆臂主轴设置在机柜上并随之摆动；所述的执行端旋转运动机构采用步进电机和同步轮传动，执行部件为真空吸盘，执行端旋转运动机构设置在水平运动机构的手臂上；所述的垂直运动机构采用步进电机、一对锥齿轮、滚珠丝杆和丝杆母套传动，且水平运动机构，翻转运动机构和执行端旋转运动机构均设置垂直运动机构的丝杆母套上。

该冲床智能机械手现有技术及其不足之处：1）该冲床智能机械手由一个伺服电机和四个步进电机分别完成机械手臂摆动﹑上下﹑伸缩﹑翻转﹑执行机构旋转等动作，因使用的步进电机占80%的动力驱动，致使定位不够精准，驱动惯性力矩不够，响应时间大大降低，承载力大大降低，对于重型材料无法完成搬运移载动作；2）垂直运动机构采用步进电机﹑一对锥齿轮﹑滚珠丝杆和丝杆母套传动，因锥齿轮在垂直运动机构上传动会有力扩散（接触面狭小受力不均匀），致使垂直运动承载重量大大降低，且锥齿轮运行不稳定且难以安装；3）现有水平运动机构的步进电机通过一联轴器连接滚珠丝杆驱动，因步进电机占据了水平运行手臂空间，促使手臂运行距离有限且不利于放置大功率电机的空间；4）真空吸盘仅能吸取平面且无冲孔材料，功能较为单一；5）现有机构中无瞬间断电回原点机构，断电后设备无法自动复位，有安全隐患。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种运行精度高、取放产品更方便、快捷的柔性冲压机械手。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种柔性冲压机械手，所述柔性冲压机械手至少包括：机架；机械手摆臂运动机构，所述机械手摆臂运动机构包括第一伺服电机，所述第一伺服电机通过一行星减速机与一摆臂主轴连接，所述摆臂主轴可旋转的安装在所述机架上，所述第一伺服电机带动所述摆臂主轴旋转；垂直运动机构，所述垂直运动机构包括第二伺服电机，所述第二伺服电机通过一对相互啮合的直齿轮与第一滚珠丝杠连接，所述第一滚珠丝杆上设有与其配合的第一丝杆母套，所述垂直运动机构位于所述摆臂主轴上；水平运动机构，所述水平运动机构包括第三伺服电机，所述第三伺服电机与第一同步轮同轴固定连接，所述第一同步轮与第二同步轮通过同步带连接，所述第二同步轮与第二滚珠丝杠连接，所述第二滚珠丝杠上设有与其配合的第二丝杆母套，所述水平运动机构通过与所述垂直运动机构连接；机械手翻转运动机构，所述机械手翻转运动机构包括第四伺服电机，所述第四伺服电机通过齿轮与翻转主轴连接，所述翻转主轴与所述水平运动机构连接；执行端旋转运动机构，所述执行端旋转运动机构包括第五伺服电机所述第五伺服电机通过同步带与第三同步轮连接，所述五伺服电机、第三同步轮位于第一连接底板上，所述第一连接底板与所述第二丝杆母套连接，所述第三同步轮与一取料夹持装置连接。

优选地，所述第三伺服电机位于所述第二滚珠丝杠的一侧。

优选地，所述第二底板上设有供第二丝杆母套运动的滑轨。

优选地，所述机械手摆臂运动机构的第一伺服电机通过轴承固定板固定在机架上，所述第一伺服电机由行星减速机的齿轮啮合枢动摆臂主轴，且垂直运动机构的第一滚珠丝杠枢接在摆臂主轴的上方。

优选地，所述的机架内设置配电箱和内嵌式人机界面控制盘，所述内嵌式人机界面控制盘通过柔性线缆连接配电箱上且固定在机架上。

优选地，所述摆臂主轴上设有一瞬间断电回原点机构。

优选地，所述取料夹持装置上设有用于抓取工件的爪状夹持机构、吸盘机构或电磁吸引机构。

如上所述，本发明的柔性冲压机械手具有以下有益效果：该柔性冲压机械手运行精准度，让取放产品更方便﹑快捷﹑精确，简便。增加瞬间断电回原点机构可有效的防护冲床﹑模具和机械手。将锥齿啮合变成直齿啮合，提高设备的承重能力和恒定运行速度，为未来的扩展奠定了基础，提升了响应时间和效率，简化结构，增加了抓取产品的方式，可适应多种产品的各种形状的抓取。增加了内嵌式人机屏控制箱，让控制人机屏得到有效保护，防止硬物碰伤。该柔性冲压机械手加固强化了设备结构，让设备结构更趋合理，优化了运动原理。

附图说明

图1为本发明实施例的主视图。

图2为本发明实施例的俯视图。

图3为本发明实施例的侧视图。

图4为本发明实施例垂直运动机构的结构示意图。

图5为本发明实施例瞬间断电回原点机构的安装示意图。

图6为本发明实施例取料夹持装置的结构示意图。

图7为本发明实施例水平运动机构的结构示意图。

图8为本发明实施例内嵌式人机界面控制盘的安装示意图。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

请参阅图1至图8。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

如图1、2、3所示，本发明提供一种柔性冲压机械手，该柔性冲压机械手包括一机架1，在机架1上设有机械手摆臂运动机构C、垂直运动机构E、水平运动机构A、机械手翻转运动机构B和执行端旋转运动机构D，通过上述五个运动机构的配合，可实现工件在三维方向的旋转和移动。

机械手摆臂运动机构C包括第一伺服电机30，第一伺服电机30通过一行星减速机29与一摆臂主轴3连接，第一伺服电机30通过轴承固定板固定在机架1上，摆臂主轴3可旋转的安装在机架1上，第一伺服电机30带动摆臂主轴3旋转，垂直运动机构E、水平运动机构A、机械手翻转运动机构B和执行端旋转运动机构D均安装在摆臂主轴3上，这样摆臂主轴3旋转就可带动其他各个机构在水平方向旋转。在摆臂主轴3上还设有一瞬间断电回原点机构32（如图5所示），通过瞬间断电回原点机构32可在断电后使摆臂主轴3自动复位，可有效的防护冲床﹑模具和机械手。

垂直运动机构E包括第二伺服电机4，第二伺服电机4通过一对相互啮合的直齿轮27、28与第一滚珠丝杠26连接（如图4所示）。将锥齿啮合变成直齿啮合，提高设备的承重能力和恒定运行速度，为未来的扩展奠定了基础，提升了响应时间和效率，简化结构。第一滚珠丝杆26上设有与其配合的第一丝杆母套25，垂直运动机构E位于摆臂主轴3上，第一滚珠丝杠26枢接在摆臂主轴3的上方。第二伺服电机4旋转可带动第一丝杆母套25上下移动，进而可带动水平运动机构A、机械手翻转运动机构B和执行端旋转运动机构D在竖直方向上下移动，第二伺服电机4为带刹车的伺服电机。

水平运动机构A包括第三伺服电机12，第三伺服电机12与第一同步轮13同轴固定连接，第一同步轮13与第二同步轮23通过同步带连接（如图7所示），第二同步轮23与第二滚珠丝杠15连接，第二滚珠丝杠15上设有与其配合的第二丝杆母套33，水平运动机构A通过与垂直运动机构E连接，第三伺服电机12位于第二滚珠丝杠15的一侧，这样电机就不会占用运动空间，因此也就可以将第三伺服电机12设置成功率较大的电机。

机械手翻转运动机构B包括第四伺服电机8，第四伺服电机8通过齿轮9与翻转主轴7连接，翻转主轴7与水平运动机构A连接。翻转主轴7和翻转齿轮9通过连接板10和固定板上11与第二底板22连接，第三伺服电机12和第二滚珠丝杠15通过轴承固定板14，20设置在第二底板22上。第二底板22上还设有供第二丝杆15运动的滑轨24。

执行端旋转运动机构D包括第五伺服电机16，第五伺服电机16通过同步带与第三同步轮18连接，第五伺服电机16、第三同步轮18位于第一连接底板31上，第一连接底板31与第二丝杆15连接，第三同步轮18与一取料夹持装置19连接（如图6所示），第三同步轮18可带动取料夹持装置19旋转，取料夹持装置19上设有用于抓取工件的爪状夹持机构、吸盘机构或电磁吸引机构，这样就会增加抓取产品的方式，可适应多种产品的各种形状的抓取。

机架1内设置配电箱2和内嵌式人机界面控制盘6（如图8所示），内嵌式人机界面控制盘6通过柔性线缆5连接配电箱2上且固定在机架1上。增加了内嵌式人机屏控制箱，让控制人机屏得到有效保护，防止硬物碰伤。

该柔性冲压机械手运行精准度，让取放产品更方便﹑快捷﹑精确，简便。增加瞬间断电回原点机构可有效的防护冲床﹑模具和机械手。将锥齿啮合变成直齿啮合，提高设备的承重能力和恒定运行速度，为未来的扩展奠定了基础，提升了响应时间和效率，简化结构，增加了抓取产品的方式，可适应多种产品的各种形状的抓取。增加了内嵌式人机屏控制箱，让控制人机屏得到有效保护，防止硬物碰伤。该柔性冲压机械手加固强化了设备结构，让设备结构更趋合理，优化了运动原理。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。 

Claims (8)

1.一种柔性冲压机械手，其特征在于，所述柔性冲压机械手至少包括：

机架（1）；

机械手摆臂运动机构（C），所述机械手摆臂运动机构（C）包括第一伺服电机（30），所述第一伺服电机（30）通过一行星减速机（29）与一摆臂主轴（3）连接，所述摆臂主轴（3）可旋转的安装在所述机架（1）上，所述第一伺服电机（30）带动所述摆臂主轴（3）旋转；

垂直运动机构（E），所述垂直运动机构（E）包括第二伺服电机（4），所述第二伺服电机（4）通过一对相互啮合的直齿轮（27、28）与第一滚珠丝杠（26）连接，所述第一滚珠丝杆（26）上设有与其配合的第一丝杆母套（25），所述垂直运动机构（E）位于所述摆臂主轴（3）上；

水平运动机构（A），所述水平运动机构（A）包括第三伺服电机（12），所述第三伺服电机（12）与第一同步轮（13）同轴固定连接，所述第一同步轮（13）与第二同步轮（23）通过同步带连接，所述第二同步轮（23）与第二滚珠丝杠（15）连接，所述第二滚珠丝杠（15）上设有与其配合的第二丝杆母套（33），所述水平运动机构（A）通过与所述垂直运动机构（E）连接；

机械手翻转运动机构（B），所述机械手翻转运动机构（B）包括第四伺服电机（8），所述第四伺服电机（8）通过齿轮（9）与翻转主轴（7）连接，所述翻转主轴（7）与所述水平运动机构（A）连接；

执行端旋转运动机构（D），所述执行端旋转运动机构（D）包括第五伺服电机（16），所述第五伺服电机（16）通过同步带与第三同步轮（18）连接，所述第五伺服电机（16）、第三同步轮（18）位于第一连接底板（31）上，所述第一连接底板（31）与所述第二丝杆母套（33）连接，所述第三同步轮（18）与一取料夹持装置（19）连接。

2.根据权利要求1所述的柔性冲压机械手，其特征在于：所述第三伺服电机（12）位于所述第二滚珠丝杠（15）的一侧。

3.根据权利要求1所述的柔性冲压机械手，其特征在于：所述的翻转运动机构（B）的翻转主轴（7）和翻转齿轮（9）通过连接板（10）和固定板上（11）与第二底板（22）连接，所述第三伺服电机（12）和第二滚珠丝杠（15）通过轴承固定板（14，20）设置在第二底板（22）上。

4.根据权利要求3所述的柔性冲压机械手，其特征在于：所述第二底板（22）上设有供第二滚珠丝杠（15）运动的滑轨（24）。

5.根据权利要求1所述的柔性冲压机械手，其特征在于：所述机械手摆臂运动机构（C）的第一伺服电机（30）通过轴承固定板固定在机架（1）上，所述第一伺服电机（30）由行星减速机（29）的齿轮啮合枢动摆臂主轴（3），且垂直运动机构（E）的第一滚珠丝杠（26）枢接在摆臂主轴（3）的上方。

6.根据权利要求1所述的柔性冲压机械手，其特征在于：所述的机架（1）内设置配电箱（2）和内嵌式人机界面控制盘（6），所述内嵌式人机界面控制盘（6）通过柔性线缆（5）连接配电箱（2）上且固定在机架（1）上。

7.根据权利要求1所述的柔性冲压机械手，其特征在于：所述摆臂主轴（3）上设有一瞬间断电回原点机构（32）。

8.根据权利要求1所述的柔性冲压机械手，其特征在于：所述取料夹持装置（19）上设有用于抓取工件的爪状夹持机构、吸盘机构或电磁吸引机构。