CN104289789B - 一种自动操作机械手 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自动操作机械手，其特征在于，包括平行设置的门架一、门架二构成的主门架，主门架上设有可在门架一、门架二方向上移动的Y轴移动机构，Y轴移动机构与门架一、门架二连接；Y轴移动机构上设有可在Y轴移动机构上移动的X轴移动机构，X轴移动机构通过升降轴机构与翻转机构连接，翻转机构上设有夹持臂。本发明避免了操作者在锡铅焊过程中近距离接触污染源，大大降低劳动者强度，生产效率、合格率及产品质量得到大大提高，并且节约了资源。

Description

一种自动操作机械手

技术领域

本发明涉及一种自动化机构及人机操控模块装置，具体涉及一种自动操作机械手。

背景技术

目前散热器浸锡焊接靠人力频繁搬运、工人常常从事繁重的体力劳动、工作环境有大量有害气体及热量排出、现场工作条件十分恶劣。在这一工序若采用自动机械来完成，其特点是可通过编程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，也可以改善劳动条件、保障人身安全、减小劳动强度、提高工作效率、节约成本等。

发明内容

本发明所要解决的是目前散热器芯体浸锡焊接工序人员劳动强度高、作业环境差、身体危害性大、焊接质量差和生产效率低等问题。

为了解决上述问题，本发明的技术方案是提供了一种自动操作机械手，其特征在于，包括平行设置的门架一、门架二构成的主门架，主门架上设有可在门架一、门架二方向上移动的Y轴移动机构，Y轴移动机构与门架一、门架二连接；Y轴移动机构上设有可在Y轴移动机构上移动的X轴移动机构，X轴移动机构通过升降轴机构与翻转机构连接，翻转机构上设有夹持臂。

优选地，所述Y轴移动机构包括两根分别设于门架一、门架二顶部的Y轴移动横梁，每根Y轴移动横梁上方设有一对相互平行的精密直线导轨一、齿条一、以及分别与精密直线导轨一、齿条一相配合的移动组件一；两个移动组件一通过连接杆连接；移动组件一包括固定于连接杆端部且与精密直线导轨一相配合的安装板、固定于安装板上的伺服动力电机一、以及与伺服动力电机一连接且与齿条一相配合的传动齿轮一。

优选地，所述X轴移动机构包括X轴座移动盖板，Y轴移动机构连接杆上设有X轴移动横梁，X轴移动横梁上设有一对相互平行的精密直线导轨二、齿条二；X轴座移动盖板底部与精密直线导轨二相配合，X轴座移动盖板上设有移动组件二，移动组件二包括固定于X轴座移动盖板的伺服动力电机二、以及与伺服动力电机二连接且与齿条二相配合的传动齿轮二。

优选地，所述升降轴机构包括穿设于X轴座移动盖板内的丝杆一，丝杆一位于X轴座移动盖板上方的上段外侧从上至下依次套有调心球轴承、深沟球轴承一、推力球轴承，调心球轴承、深沟球轴承一、推力球轴承通过轴承座固定；轴承座外侧设有安装座，安装座与X轴座移动盖板连接；安装座上方设有伺服动力电机三，伺服动力电机三与丝杆一的顶端通过键一连接；丝杆一位于X轴座移动盖板下方的下段外侧套有吊杆，吊杆与丝杆一通过丝杆一螺母连接，丝杆一螺母与吊杆通过销固定连接；吊杆外侧套有吊杆护套，吊杆护套与X轴座移动盖板固定连接。

优选地，所述翻转机构包括翻转轴，翻转轴通过深沟球轴承二与升降轴机构的吊杆固定连接；翻转轴通过键二与过渡套连接，过渡套与伺服动力电机四连接。

优选地，所述翻转轴上设有锁紧螺母及止动垫圈。

优选地，所述吊杆护套上设有用于防止丝杆旋转时吊杆跟转及夹具定向的导向销。

优选地，所述夹持臂包括与翻转机构的翻转轴连接的夹具体，夹具体上设有用于夹持工件的一对夹持板，每块夹持板与至少一个单柱气缸连接，单柱气缸固定于夹具体上。

优选地，所述夹持板的内侧设有聚氨酯板。

优选地，所述X轴移动机构上设有吹气轴结构。

优选地，所述吹气轴结构包括固定于X轴移动机构上的丝杆固定座及吹气装置，丝杆固定座上设有一组相互平行的丝杆二及导轨，丝杆二、导轨上穿设有直线导轨座。

优选地，所述吹气装置包括相互连接的伺服动力电机五和吹气嘴，吹气嘴固定于直线导轨座上。

优选地，所述主门架外侧设有废气罩。

采用本发明后工作环境、劳动强度、产品质量等都得到极大改善和提高：

1.避免了操作者在锡铅焊过程中近距离接触重金属、焊件烟雾污染、焊接粉尘等，大大改善工作环境（整个车间工作环境都得到了提升）；

2.改善了焊接操作中由两个操作者抬着焊接为机械手臂夹持自动焊接，大大降低劳动者强度；

3.优化了焊接操作中需两名操作者为一人名，且从两人一班焊接80台提升至一人每班焊接120台，生产效率得到大大提高；

4.解决了人工焊接时无法准确掌握浸焊时间及焊料冷却过程的抖动。人工焊接产品合格率低，后续补焊工作量大且焊接质量差，采用本发明后，合格率及产品质量都得到大大提高；

5.节约了资源。人工焊接时浸锡不均匀、补焊多造成用锡量大。采用本发明后，浸锡均匀且补焊少，用锡量减少20%的用量。

附图说明

图1为本发明提供的一种自动操作机械手的结构示意图；

图2为Y轴移动机构的结构示意图；

图3为X轴移动机构的结构示意图；

图4为升降轴机构的结构示意图；

图5为翻转机构的结构示意图；

图6为夹持臂的结构示意图；

图7为吹气轴机构的结构示意图；

图8为电气控制柜的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。

实施例

如图1-8所示，为本发明提供的一种自动操作机械手，包括平行设置的门架一2-1、门架二2-2构成的主门架2，主门架2上设有可在门架一2-1、门架二2-2方向上移动的Y轴移动机构9，Y轴移动机构9与门架一2-1、门架二2-2连接；Y轴移动机构9上设有可在Y轴移动机构9上移动的X轴移动机构5，X轴移动机构5通过升降轴机构3与翻转机构14连接，翻转机构14上设有夹持臂13。

如图2所示，Y轴移动机构9包括两根分别设于门架一2-1、门架二2-2顶部的Y轴移动横梁9-1，每根Y轴移动横梁9-1上方设有一对相互平行的精密直线导轨一9-2、齿条一9-5、以及分别与精密直线导轨一9-2、齿条一9-5相配合的移动组件一；两个移动组件一通过一对连接杆9-6连接；移动组件一包括固定于连接杆9-6端部且与精密直线导轨一9-2相配合的安装板9-7、固定于安装板9-7上的伺服动力电机一9-3、以及与伺服动力电机一9-3连接且与齿条一9-5相配合的传动齿轮一9-4。

伺服动力电机一9-3采用ASD-B2系列功率为2.0KW　ECMA-E21320PS伺服动力电机，其扭矩为9.5NM，工作驱动X轴可达到精准定位，设计移动速度为21.65M/min（MAX），有效移动距离2800mm；精密直线导轨一9-2采用导轨HIWINHGH/35/C/A/2/R，伺服动力电机一9-3和精密直线导轨一9-2的动静负载荷分别为47.9KN和77.0KN，升降轴机构3和工件重量由精密直线导轨一9-2承载。

如图3所示，X轴移动机构5包括X轴座移动盖板5-1，Y轴移动机构9的一对连接杆9-6上分别设有X轴移动横梁5-3，X轴移动横梁5-3上设有一对相互平行的精密直线导轨二5-2、齿条二5-4；X轴座移动盖板5-1底部与精密直线导轨二5-2相配合，X轴座移动盖板5-1上设有移动组件二，移动组件二包括固定于X轴座移动盖板5-1的伺服动力电机二5-5、以及与伺服动力电机二5-5连接且与齿条二5-4相配合的传动齿轮二5-6。

伺服动力电机二5-5采用ASD-B2系列功率为1.5KWECMQ-E21315PS伺服动力电机，精密直线导轨二5-2采用导轨HIWINHGH/25/C/A/2/R，两者的动静负载荷分别为34.4KN和56.6KN，升降轴机构3和工件重量由精密直线导轨二5-2承载。伺服动力电机二5-5的扭矩为7.16NM工作驱动升降轴机构3可以达到精准定位，设计移动速度为39.56M/min（MAX），有效移动距离1500mm。

如图4所示，升降轴机构3包括穿设于X轴座移动盖板5-1内的丝杆一3-9，丝杆一3-9位于X轴座移动盖板5-1上方的上段外侧从上至下依次套有调心球轴承3-4、深沟球轴承一3-6、推力球轴承3-7，调心球轴承3-4、深沟球轴承一3-6、推力球轴承3-7通过轴承座3-5固定；轴承座3-5外侧设有安装座3-3，安装座3-3与X轴座移动盖板5-1连接；安装座3-3上方设有伺服动力电机三3-1，伺服动力电机三3-1与丝杆一3-9的顶端通过键一3-2连接；丝杆一3-9位于X轴座移动盖板5-1下方的下段外侧套有吊杆3-12，吊杆3-12与丝杆一3-9通过丝杆一螺母3-13连接，丝杆一螺母3-13与吊杆3-12通过销3-11固定连接；吊杆3-12外侧套有吊杆护套，吊杆护套与X轴座移动盖板5-1固定连接。吊杆护套可以由多段拼接而成，本实施例中采用吊杆护套上段3-10、吊杆护套下段3-14两段拼接而成。

伺服动力电机三3-1采用ASD-B2系列功率为1.5KWECMA-E21315PS伺服动力电机，丝杆一3-9采用轴承丝杆HIWIN-5B2-FSB/810，两者的动静负载荷分别为1440kgf和3840kgf，夹具机构工件重量由丝杆螺母承载。伺服动力电机三3-1的扭矩为7.16NM，设计提升速度为1.5M/min（MAX），有效导程距离为950mm，减速机为涡轮减速机i：30B。

如图5所示，翻转机构14包括翻转轴14-7，翻转轴14-7通过深沟球轴承二14-6与升降轴机构3的吊杆3-12固定连接；翻转轴14-7通过键二14-3与过渡套14-2连接，过渡套14-2与伺服动力电机四14-1连接。翻转轴14-7上设有锁紧螺母14-4及止动垫圈14-5。吊杆护套上设有用于导向销3-15，用于防止丝杆旋转时吊杆跟转及夹具定向的。

伺服动力电机四14-1采用ASD-B2系列功率为1.5KWECMA-E21315PS伺服动力电机，其扭矩为7.16NM，工作驱动翻转机构可达到精准定位，设计翻转速度为20rev/min（MAX），翻转角度为360°实际设定为180°往返。

如图6所示，夹持臂13包括与翻转机构14的翻转轴14-7连接的夹具体13-1，夹具体13-1上设有用于夹持工件的一对夹持板13-3，每块夹持板13-3与两个单柱气缸13-4连接，单柱气缸13-4固定于夹具体13-1上。夹持板13-3的内侧设有聚氨酯板13-2。

单柱气缸13-4采用单柱气缸SC40-150，夹紧力可调。

如图7所示，X轴移动机构5上设有吹气轴结构4。吹气轴结构4包括固定于X轴移动横梁5-3上的丝杆固定座4-5及吹气装置，丝杆固定座4-5上设有一组相互平行的位于中间的丝杆二4-3及位于两侧的两根导轨4-6，丝杆二4-3、导轨4-6上穿设有直线导轨座4-2。吹气装置包括相互连接的伺服动力电机五4-1和吹气嘴4-4，吹气嘴4-4固定在直线导轨座4-2上，伺服动力电机五4-1固定在丝杆固定座4-5上。

伺服动力电机五4-1采用ASD-B2系列功率为0.75KW　ECMQ-E21315PS伺服动力电机，其扭矩为2.39NM，主要工作驱动吹气部件以达到精准定位及快速往返，设计移动速度为100M/min（MAX），有效移动距离950mm。

在主门架2外侧安装一个废气罩6。本实施例提供的自动操作机械手还包括用于控制机械手动作的电气控制柜1，如图8所示，电气控制柜1上设有LED显示屏1-1、电源指示灯1-14、运行指示灯1-15、报警指示灯1-16及多个控制按钮：设备启动按钮1-2、设备停止按钮1-3、原点复位按钮1-4、紧急停止按钮1-5、夹具正转按钮1-6、向下移动按钮1-7、向右移动按钮1-8、向后移动按钮1-9、夹具反转按钮1-10、向上移动按钮1-11、向左移动按钮1-12、向前移动按钮1-13及夹具开关按钮1-17。

电气控制柜1聚所有控制为一体，全部驱动部件、CPU控制器、主电路、人机与CPU通讯全部汇集一起，主要操作部位汇集在人机界面便于直接操作和观察设备运行动态。

使用前，将待加工件12放置在工件放置台10上，工件放置台10、锡槽7、还原剂槽8放置在主门架2下方，电气控制柜1放置在主门架2外，如图1所示。

动作说明：

控制柜上人机界面分为两种控制方式：即手动和自动。

a.手动—手动按启动按钮可实行独个动作运行。

b.自动—由PLC储存好的程序按下启动按钮自动完成整个流水过程。

动作过程：

按下设备启动按钮1-2→Y轴移动机构9、X轴移动机构5（两轴联动）移向待焊工件12正上方→升降轴机构3下降至待焊工件12中部→夹持臂13夹紧待焊工件12→升降轴机构3上升至合理位置→Y轴移动机构9、X轴移动机构5移动至还原剂槽8正上方位置（两轴联动）→待焊工件12下底面下降至还原剂液面10mm下延时（时间可调）→升降轴机构3上升、Y轴移动机构9同时移动至锡槽7指定正上方→升降轴机构3下降至与水平面成80°角且工件12后边缘（起始方向）刚好与锡槽9后边缘高3mm处（两轴联动）→待焊工件12缓慢旋转，同时待焊工件12的主片下底面下降至与水平面成垂直的锡液上表面以下10MM深处（两轴联动）→待焊工件12垂直浸锡焊接延时（时间可调）→升降轴机构3上升至指定吹锡指定高度→Y轴移动机构9、X轴移动机构5移动至吹锡指定位置→吹气机构4往返两次吹风→升降轴机构3下降至指定旋转高度→翻转机构14顺时针180°翻转→焊接第二面→升降轴机构3上升至指定高度→Y轴移动机构9、X轴移动机构5移动至还原剂槽8正上方（两轴联动）→待焊工件12下底面下降至还原剂液面10mm下延时（时间可调）→升降轴机构3上升、Y轴移动机构9同时移动至锡槽7指定正上方→升降轴机构3下降至与水平面成80°角且工件12后边缘起始方向刚好与锡槽9后边缘高3mm处（两轴联动）→待焊工件12缓慢旋转，同时待焊工件12的主片下底面下降至与水平面成垂直的锡液上表面以下10MM深处（两轴联动）→待焊工件12垂直浸锡焊接延时（时间可调）→升降轴机构3上升至指定吹锡高度→Y轴移动机构9、X轴移动机构5移动至吹锡指定位置→吹气机构4往返两次吹风→升降轴机构3下降至指定旋转高度→翻转机构14逆时针180°翻转→Y轴移动机构9、X轴移动机构5（两轴联动）移动至出料位置正上方→升降轴机构3下降至指定高度放置待焊工件12→夹持臂13松开工件→升降轴机构3上升至指定高度→按下设备启动按钮1-2（整个焊接流程完成）→取走焊接好产品11→并放置待焊工件12。

Claims (11)

1.一种自动操作机械手，其特征在于，包括平行设置的门架一（2-1）、门架二（2-2）构成的主门架（2），主门架（2）上设有可在门架一（2-1）、门架二（2-2）方向上移动的Y轴移动机构（9），Y轴移动机构（9）与门架一（2-1）、门架二（2-2）连接；Y轴移动机构（9）上设有可在Y轴移动机构（9）上移动的X轴移动机构（5），X轴移动机构（5）通过升降轴机构（3）与翻转机构（14）连接，翻转机构（14）上设有夹持臂（13）；

所述Y轴移动机构（9）包括两根分别设于门架一（2-1）、门架二（2-2）顶部的Y轴移动横梁（9-1），每根Y轴移动横梁（9-1）上方设有一对相互平行的精密直线导轨一（9-2）、齿条一（9-5）、以及分别与精密直线导轨一（9-2）、齿条一（9-5）相配合的移动组件一；两个移动组件一通过连接杆（9-6）连接；移动组件一包括固定于连接杆（9-6）端部且与精密直线导轨一（9-2）相配合的安装板（9-7）、固定于安装板（9-7）上的伺服动力电机一（9-3）、以及与伺服动力电机一（9-3）连接且与齿条一（9-5）相配合的传动齿轮一（9-4）；

所述X轴移动机构（5）包括X轴座移动盖板（5-1），Y轴移动机构（9）连接杆（9-6）上设有X轴移动横梁（5-3），X轴移动横梁（5-3）上设有一对相互平行的精密直线导轨二（5-2）、齿条二（5-4）；X轴座移动盖板（5-1）底部与精密直线导轨二（5-2）相配合，X轴座移动盖板（5-1）上设有移动组件二，移动组件二包括固定于X轴座移动盖板（5-1）的伺服动力电机二（5-5）、以及与伺服动力电机二（5-5）连接且与齿条二（5-4）相配合的传动齿轮二（5-6）；

所述升降轴机构（3）包括穿设于X轴座移动盖板（5-1）内的丝杆一（3-9），丝杆一（3-9）位于X轴座移动盖板（5-1）上方的上段外侧从上至下依次套有调心球轴承（3-4）、深沟球轴承一（3-6）、推力球轴承（3-7），调心球轴承（3-4）、深沟球轴承一（3-6）、推力球轴承（3-7）通过轴承座（3-5）固定；轴承座（3-5）外侧设有安装座（3-3），安装座（3-3）与X轴座移动盖板（5-1）连接；安装座（3-3）上方设有伺服动力电机三（3-1），伺服动力电机三（3-1）与丝杆一（3-9）的顶端通过键一（3-2）连接；丝杆一（3-9）位于X轴座移动盖板（5-1）下方的下段外侧套有吊杆（3-12），吊杆（3-12）与丝杆一（3-9）通过丝杆一螺母（3-13）连接，丝杆一螺母（3-13）与吊杆（3-12）通过销（3-11）固定连接；吊杆（3-12）外侧套有吊杆护套，吊杆护套与X轴座移动盖板（5-1）固定连接。

2.如权利要求1所述的自动操作机械手，其特征在于，所述翻转机构（14）包括翻转轴（14-7），翻转轴（14-7）通过深沟球轴承二（14-6）与升降轴机构（3）的吊杆（3-12）固定连接；翻转轴（14-7）通过键二（14-3）与过渡套（14-2）连接，过渡套（14-2）与伺服动力电机四（14-1）连接。

3.如权利要求2所述的自动操作机械手，其特征在于，所述翻转轴（14-7）上设有锁紧螺母（14-4）及止动垫圈（14-5）。

4.如权利要求2所述的自动操作机械手，其特征在于，所述吊杆护套上设有用于防止丝杆旋转时吊杆跟转及夹具定向的导向销（3-15）。

5.如权利要求2所述的自动操作机械手，其特征在于，所述夹持臂（13）包括与翻转机构（14）的翻转轴（14-7）连接的夹具体（13-1），夹具体（13-1）上设有用于夹持工件的一对夹持板（13-3），每块夹持板（13-3）与至少一个单柱气缸（13-4）连接，单柱气缸（13-4）固定于夹具体（13-1）上。

6.如权利要求5所述的自动操作机械手，其特征在于，所述夹持板（13-3）的内侧设有聚氨酯板（13-2）。

7.如权利要求1-6中任意一项所述的自动操作机械手，其特征在于，所述X轴移动机构（5）上设有吹气轴结构（4）。

8.如权利要求7所述的自动操作机械手，其特征在于，所述吹气轴结构（4）包括固定于X轴移动机构（5）上的丝杆固定座（4-5）及吹气装置，丝杆固定座（4-5）上设有一组相互平行的丝杆二（4-3）及导轨（4-6），丝杆二（4-3）、导轨（4-6）上穿设有直线导轨座（4-2）。

9.如权利要求8所述的自动操作机械手，其特征在于，所述吹气装置包括相互连接的伺服动力电机五（4-1）和吹气嘴（4-4），吹气嘴（4-4）固定于直线导轨座（4-2）上。

10.如权利要求1所述的自动操作机械手，其特征在于，所述主门架（2）外侧设有废气罩（6）。

11.如权利要求1所述的自动操作机械手，其特征在于，还包括用于控制机械手动作的电气控制柜（1）。