CN104444360A - 轮毂五轴搬运机器人及夹持机械手 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轮毂五轴搬运机器人，X轴驱动系统安装于桁架上，Y轴驱动系统通过XY轴联接板横跨安装在X轴驱动系统上，Z轴驱动系统通过YZ轴联接板竖直安装在Y轴驱动系统；X轴驱动系统、Y轴驱动系统与Z轴驱动系统相互正交，构成XYZ直角坐标机器人；在Z轴驱动系统的底部依次设置C轴驱动系统与A轴驱动系统，C轴驱动系统与A轴驱动系统之间通过CA轴联接法兰联接，A轴驱动系统的输出轴连接夹持机械手。本发明实现了铝合金轮毂在不同生产线之间的自动化搬运、上料、下料、翻转、交换等作业，大大降低劳动强度，保证产品质量，提高了生产效率，且可以实现轮毂生产线上不同轮毂加工设备的无人自动化生产。

Description

轮毂五轴搬运机器人及夹持机械手

技术领域

本发明涉及自动化设备领域，尤其是一种用于铝合金轮毂生产制造的五轴搬运机器人及夹持机械手。

背景技术

目前，在轮毂的生产加工过程中，一般通过人工搬运于各工序之间，不仅费时费力，劳动强度大，效率低下，还容易碰伤轮毂表面，影响轮毂的美观。在一些轮毂生产线上亦有采用通用六轴关节机器人实现轮毂的搬运作业，但由于轮毂重量较重，因而需要选用重载（60kg以上）的六轴关节机器人，并在机器人末端执行器安装专用的轮毂夹持工具，这种通用的六轴工业机器人设备昂贵，编程复杂，且限于机械臂的摆动角度，不能实现大行程范围内的轮毂搬运作业。

发明内容

本申请人针对上述现有生产中轮毂上下料搬运中存在的缺点，提供一种结构合理的铝合金轮毂的五轴搬运机器人及夹持机械手，从而能够方便、可靠的完成铝合金轮毂的上料、下料、搬运、翻转、交换等作业工序，且可以方便地集成于自动化生产线，适应轮毂先进生产线升级改造的需求。

本发明所采用的技术方案如下：

一种轮毂五轴搬运机器人，包括桁架、X轴驱动系统、Y轴驱动系统、Z轴驱动系统、C轴驱动系统、A轴驱动系统和夹持机械手；所述X轴驱动系统安装于桁架上，Y轴驱动系统通过XY轴联接板横跨安装在X轴驱动系统上，Z轴驱动系统通过YZ轴联接板竖直安装在Y轴驱动系统；X轴驱动系统、Y轴驱动系统与Z轴驱动系统相互正交，构成XYZ直角坐标机器人；在Z轴驱动系统的底部依次设置C轴驱动系统与A轴驱动系统，C轴驱动系统与A轴驱动系统之间通过CA轴联接法兰联接，A轴驱动系统的输出轴连接夹持机械手。

作为上述技术方案的进一步改进：所述X轴驱动系统与Y轴驱动系统均采用双轴同步驱动方式，X轴驱动系统由X轴驱动电机驱动X轴主动驱动模组，通过X轴同步驱动轴带动X轴从动驱动模组，实现X轴主动驱动模组与X轴从动驱动模组的同步运动；Y轴驱动系统和X轴驱动系统通过XY轴联接板联接，Y轴驱动系统由Y轴驱动电机驱动Y轴主动驱动模组，通过YZ轴联接板带动Y轴从动驱动模组，实现Y轴主动驱动模组与Y轴从动驱动模组的同步运动。

所述Z轴驱动系统上设置Z轴直线导轨，由Z轴驱动电机驱动齿轮齿条机构实现Z向垂直运动。

所述C轴驱动系统中由C轴驱动电机驱动C轴蜗轮蜗杆传动系统实现绕Z轴的旋转运动。

所述A轴驱动系统中由A轴驱动电机驱动双输出轴直角减速机，驱动夹持机械手绕A轴的旋转运动。

所述夹持机械手设置有前后两个，分别安装在A轴驱动系统的两输出轴。

一种轮毂夹持机械手，由上夹具座、下夹具座、左指型夹爪和右指型夹爪组成，左指型夹爪和右指型夹爪的指根部通过枢转轴枢接在上夹具座的外端；在上夹具座中轴线上固定有指型气缸，指型气缸连接推杆，推杆的两端设置有导向套，导向套与导向杆精密滑动配合，导向杆通过导向杆座固定在下夹具座上，推杆前部对称联接一对连杆，连杆一端通过内铰接轴与推杆枢接，另一端通过外铰接轴与左指型夹爪和右指型夹爪枢接。

作为上述技术方案的进一步改进：所述左指型夹爪和右指型夹爪内侧固定有橡胶垫块。

本发明的有益效果如下：

本发明的轮毂搬运机器人通过在XYZ直角坐标机器人的末端设置具有前后两个旋转运动自由度的夹持机械手，可实现铝合金轮毂X、Y、Z、C、A五个方向的运动控制，其中XYZ三轴直角坐标机器人实现轮毂在不同生产线之间的搬运、轮毂加工设备（轮毂去毛刺工位或磨削抛光设备）的上料，下料等工序；C轴用于实现加工完成轮毂与待加工轮毂之间的工位交换；A轴用于实现轮毂正反面180o翻转动作。因此，轮毂五轴搬运机器人可以灵活地在多个轮毂输送生产线间搬运铝合金轮毂，并可将所夹持的轮毂送入去毛刺工位或磨削抛光工位，实现轮毂的上料、下料、搬运、翻转、交换等作业工序。

本发明的轮毂搬运机器人A轴输出轴设置两个夹持机械手，实现去毛刺或磨抛加工完成的轮毂与待加工轮毂的同步翻转与快速工位交换，减小轮毂上下料的备料等待时间，提高轮毂上下料的工作效率。

本发明的夹持机械手对于轮毂外周进行夹持，可以实现轮毂快速方便、稳定可靠地拾取装夹，加快生产节拍。夹持机械手通过直线气缸驱动四连杆机构实现轮毂的夹持动作，通过控制直线气缸的速度、运动行程保证夹持轮毂的持续作用力，在轮毂夹持接触作用点处设置橡胶保护块，避免夹持过程中碰伤轮毂表面，保证轮毂外观质量。

本发明的轮毂搬运机器人通过配置不同尺寸规格、模块化的夹持机械手，以适应轮毂尺寸的变化，实现轮毂夹具的通用性，因此，轮毂搬运机器人可同时适用于不同规格、不同尺寸的汽车铝合金轮毂搬运作业，实现铝合金轮毂在不同生产线之间的自动化搬运、上料、下料、翻转、交换等作业，大大降低劳动强度，保证产品质量，提高轮毂生产效率，且可以实现轮毂生产线上不同轮毂加工设备的无人自动化生产。

附图说明

图1为轮毂五轴搬运机器人的立体图。

图2为图1的俯视图。

图3为夹持机械手结构及其与YZ轴的结构安装图。

图4为A轴及其夹持机械手的立体图。

图5为夹持机械手的俯视图(拆除上盖板)。

图中：1、桁架；2、X轴驱动系统；3、Y轴驱动系统；4、Z轴驱动系统；5、C轴驱动系统；6、A轴驱动系统；7、夹持机械手；8、X轴驱动电机；9、X轴主动驱动模组；10、X轴同步驱动轴；11、X轴从动驱动模组；12、XY轴联接板；13、Y轴驱动电机；14、Y轴主动驱动模组；15、Y轴从动驱动模组；16、YZ轴联接板；17、Z轴直线导轨；18、Z轴驱动电机；19、C轴蜗轮蜗杆传动系统；20、C轴驱动电机；21、双输出轴直角减速机；22、A轴驱动电机；23、CA轴联接法兰；24、上夹具座；25、外铰接轴；26、左指型夹爪；27、枢转轴；28、内铰接轴；29、导向杆；30、导向杆座；31、指型气缸；32、联接法兰轴；33、推杆；34、导向套；35、下夹具座；36、连杆；37、右指型夹爪；38、内垫块；39、外垫块。

具体实施方式

下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。

如图1所示，本发明所述的轮毂五轴搬运机器人包括桁架1、X轴驱动系统2、Y轴驱动系统3、Z轴驱动系统4、C轴驱动系统5、A轴驱动系统6和夹持机械手7。其中X轴驱动系统2安装于桁架1上Y轴驱动系统3通过XY轴联接板12横跨安装在X轴驱动系统2上，Z轴驱动系统4通过YZ轴联接板16竖直安装在Y轴驱动系统3，X轴驱动系统2、Y轴驱动系统3、Z轴驱动系统4相互正交，构成XYZ直角坐标机器人，实现轮毂在不同生产线之间的搬运，以及搬运机器人与轮毂加工设备之间的上料，下料等工序。两旋转自由度的C轴驱动系统5、A轴驱动系统6依次安装于Z轴驱动系统4的底部，其中C轴驱动系统5用于实现加工完成轮毂与待加工轮毂之间的工位交换；A轴驱动系统6用于实现轮毂正反面的180o翻转动作。夹持机械手7安装于A轴驱动系统6的输出端，实现轮毂的夹持操作。因此，轮毂五轴搬运机器人可以实现铝合金轮毂X、Y、Z、C、A五个方向的运动控制，灵活地在多个轮毂输送生产线间搬运铝合金轮毂，并可将所搬运的轮毂送入去毛刺工位或磨削抛光工位，实现轮毂的上料、下料、搬运、翻转、交换等作业工序。

由于轮毂自重较重，考虑到搬运机器人的系统刚度与运动稳定性，五轴搬运机器人的X轴驱动系统2、Y轴驱动系统3均采用双轴同步驱动方式。如图2所示，X轴驱动系统2由X轴驱动电机8驱动X轴主动驱动模组9，通过X轴同步驱动轴10带动X轴从动驱动模组11，实现X轴主动驱动模组9与X轴从动驱动模组11的同步运动。Y轴驱动系统3和X轴驱动系统2通过XY轴联接板12联接，Y轴驱动系统3由Y轴驱动电机13驱动Y轴主动驱动模组14，通过YZ轴联接板16带动Y轴从动驱动模组15，实现Y轴主动驱动模组14与Y轴从动驱动模组15的同步运动。

如图3、图4所示，五轴搬运机器人的Z轴驱动系统4通过YZ轴联接板16竖直在联接Y轴驱动系统3，在Z轴驱动系统4上设置Z轴直线导轨17，由Z轴驱动电机18驱动齿轮齿条机构实现Z向垂直运动，在Z轴驱动系统4的底部依次设置C轴驱动系统5与A轴驱动系统6，A轴驱动系统6的输出轴两端连接两个夹持机械手7，其中C轴驱动系统5与A轴驱动系统6之间通过CA轴联接法兰23联接，C轴驱动系统5由C轴驱动电机20驱动C轴蜗轮蜗杆传动系统19，实现A轴驱动系统6和连接夹持机械手7的C轴运动；A轴驱动系统6由A轴驱动电机22驱动双输出轴直角减速机21，驱动前后部两个夹持机械手7绕A轴的同步旋转运动，从而，夹持机械手7及其所夹持的两个轮毂可以实现绕A轴的180o翻转动作和绕C轴的180o工位交换动作。

如图4、图5所示，五轴搬运机器人的夹持机械手7通过联接法兰轴32联接至双输出轴直角减速机21，夹持机械手7由上夹具座24、下夹具座35、左指型夹爪26和右指型夹爪37组成，左指型夹爪26的指根部通过枢转轴27枢接在上夹具座24的外端。在上夹具座24中轴线上固定有指型气缸31，指型气缸31连接推杆33，推杆33的两端设置有导向套34，导向套34与导向杆29精密滑动配合，以保证滑移运动平稳可靠。导向杆29通过导向杆座30固定在下夹具座35上，推杆33前部对称联接一对连杆36，连杆36一端通过内铰接轴28与推杆33枢接，另一端通过外铰接轴25与左指型夹爪26和右指型夹爪37枢接。左指型夹爪26和右指型夹爪37前部内侧固定有橡胶垫块内垫块38与外垫块39，以增加轮毂夹持时的摩擦力，防止轮毂滑落。夹持机械手7工作时在指型气缸31的驱动下，推杆33前后滑移，通过对称联接的一对连杆36驱动左指型夹爪26、右指型夹爪37，使两指同时围绕枢转轴27展开或者合拢，从而实现轮毂的夹持或放松。

实际工作时，输送轮毂出入的物料输送带位于桁架1下方，轮毂输送方向与X轴传动方向垂直布置，轮毂加工设备位于桁架1的一侧，轮毂I和轮毂II被输送至并停止于物料输送带上的指定位置。夹持机械手7根据直角坐标X、Y轴的定位，移动至轮毂I上方；指型气缸31驱动推杆33后移，通过连杆36带动左指型夹爪26和右指型夹爪37，使两指同时围绕枢转轴27展开；Z轴驱动系统4末端下降至轮毂I高度，指型气缸31驱动两指合拢，夹紧轮毂I外周，然后上升搬离输送带，根据直角坐标X、Y轴的定位，将所夹持的轮毂I送入轮毂加工设备的加工工位，实现轮毂I的上料操作。轮毂I完成正面加工后，夹持机械手7从加工工位上夹持轮毂I并抬升至安全高度后，A轴驱动电机22驱动夹持机械手7绕X轴旋转180o，实现轮毂I的正反面翻转并将轮毂I送入轮毂加工设备，进行轮毂I的反面加工。

在轮毂I的反面加工加工过程中，后部夹持机械手7再夹持另一轮毂II到轮毂加工设备上料区域，待轮毂I正反面加工完成后，夹持机械手7夹持轮毂I并抬升至安全高度后，C轴驱动电机20驱动夹持机械手7绕C轴旋转180o，实现夹持机械手7所夹持的加工完成轮毂I与未加工轮毂II之间位置交换，夹持机械手7将轮毂II送入加工设备的加工工位，再将轮毂I送到轮毂输送线，轮毂I随轮毂输送线进入下一加工设备的加工工位。

本发明所述的轮毂五轴搬运机器人及夹持机械手可以自动完成在轮毂加工过程中的上料、下料、搬运、翻转、交换等作业工序，提高轮毂加工效率和生产节拍，实现轮毂在不同加工轮毂设备之间的全自动化加工作业。

以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，在不违背本发明精神的情况下，本发明可以作任何形式的修改，例如本发明不仅可以用来实现轮毂等圆周零件的上下料、搬运、翻转等作业，也可以略加变化，用以实现方形或者其他形状物料的上下料、搬运、翻转作业。

Claims (8)

1.一种轮毂五轴搬运机器人，其特征在于：包括桁架（1）、X轴驱动系统（2）、Y轴驱动系统（3）、Z轴驱动系统（4）、C轴驱动系统（5）、A轴驱动系统（6）和夹持机械手（7）；所述X轴驱动系统（2）安装于桁架（1）上，Y轴驱动系统（3）通过XY轴联接板（12）横跨安装在X轴驱动系统（2）上，Z轴驱动系统（4）通过YZ轴联接板（16）竖直安装在Y轴驱动系统（3）；X轴驱动系统（2）、Y轴驱动系统（3）与Z轴驱动系统（4）相互正交，构成XYZ直角坐标机器人；在Z轴驱动系统（4）的底部依次设置C轴驱动系统（5）与A轴驱动系统（6），C轴驱动系统（5）与A轴驱动系统（6）之间通过CA轴联接法兰（23）联接，A轴驱动系统（6）的输出轴连接夹持机械手（7）。

2.按照权利要求1所述的轮毂五轴搬运机器人，其特征在于：所述X轴驱动系统（2）与Y轴驱动系统（3）均采用双轴同步驱动方式，X轴驱动系统（2）由X轴驱动电机（8）驱动X轴主动驱动模组（9），通过X轴同步驱动轴（10）带动X轴从动驱动模组（11），实现X轴主动驱动模组（9）与X轴从动驱动模组（11）的同步运动；Y轴驱动系统（3）和X轴驱动系统（2）通过XY轴联接板（12）联接，Y轴驱动系统（3）由Y轴驱动电机（13）驱动Y轴主动驱动模组（14），通过YZ轴联接板（16）带动Y轴从动驱动模组（15），实现Y轴主动驱动模组（14）与Y轴从动驱动模组（15）的同步运动。

3.按照权利要求1所述的轮毂五轴搬运机器人，其特征在于：所述Z轴驱动系统（4）上设置Z轴直线导轨（17），由Z轴驱动电机（18）驱动齿轮齿条机构实现Z向垂直运动。

4.按照权利要求1所述的轮毂五轴搬运机器人，其特征在于：所述C轴驱动系统（5）中由C轴驱动电机（20）驱动C轴蜗轮蜗杆传动系统（19）实现绕Z轴的旋转运动。

5.按照权利要求1所述的轮毂五轴搬运机器人，其特征在于：所述A轴驱动系统（6）中由A轴驱动电机（22）驱动双输出轴直角减速机（21），驱动夹持机械手（7）绕A轴的旋转运动。

6.按照权利要求1所述的轮毂五轴搬运机器人，其特征在于：所述夹持机械手（7）设置有前后两个，分别安装在A轴驱动系统（6）的两输出轴。

7.一种轮毂夹持机械手，其特征在于：由上夹具座（24）、下夹具座（35）、左指型夹爪（26）和右指型夹爪（37）组成，左指型夹爪（26）和右指型夹爪（37）的指根部通过枢转轴（27）枢接在上夹具座（24）的外端；在上夹具座（24）中轴线上固定有指型气缸（31），指型气缸（31）连接推杆（33），推杆（33）的两端设置有导向套（34），导向套（34）与导向杆（29）精密滑动配合，导向杆（29）通过导向杆座（30）固定在下夹具座（35）上，推杆（33）前部对称联接一对连杆（36），连杆（36）一端通过内铰接轴（28）与推杆（33）枢接，另一端通过外铰接轴（25）与左指型夹爪（26）和右指型夹爪（37）枢接。

8.按照权利要求7所述的轮毂夹持机械手，其特征在于：所述左指型夹爪（26）和右指型夹爪（37）内侧固定有橡胶垫块。