CN104624837B - 可实现任意水平转角和垂直方向上下料机器手的传动装置 - Google Patents

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Abstract

可实现任意水平转角和垂直方向上下料机器手的传动装置，用于控制机械手夹持机构在同一面上任意角度的旋转和不同高度上的垂直运动，包括用于在同一面上任意角度旋转的旋转机构、用于上下升降运动的举升机构和用于固定安装的底座；所述旋转机构安装于所述底座上，所述举升机构通过底座法兰安装于所述旋转机构的旋转齿轮上，所述机械手夹持机构安装于所述举升机构的举升平台上；所述旋转齿轮的旋转由齿条传动组件带动旋转。本发明提出一种稳定性高、精准度高的可实现任意水平转角和垂直方向上下料机器手的传动装置。

Description

可实现任意水平转角和垂直方向上下料机器手的传动装置
技术领域
本发明涉及机械人领域，尤其涉及可实现任意水平转角和垂直方向上下料机器手的传动装置。
背景技术
冲床上下料机械手是在冲床上下料环节取代人工完成工件的自动装卸及冲压功能的机器人，在大批量、重复性强的冲压锻造等作业环境下使用有很大优势。但目前存在两个难点，一个是由于工艺不同，对上下料搬运的水平转角不同，造成程序编制困难；另一个是对于不同水平高度的位置之间实现零件的精确放置，需要更加复杂的程序编制。
现有的具有转臂电机的机械人，转臂电机运动惯性大，晃动大，精准度不高，定位不准确，而且稳定性不高，当停电时，电机立刻停止工作，其产生的位置偏移会影响下次工作的执行。
发明内容
本发明的目的在于提出一种稳定性高、精准度高的可实现任意水平转角和垂直方向上下料机器手的传动装置。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
可实现任意水平转角和垂直方向上下料机器手的传动装置，用于控制机械手夹持机构在同一面上任意角度的旋转和不同高度上的垂直运动，包括用于在同一面上任意角度旋转的旋转机构、用于上下升降运动的举升机构和用于固定安装的底座；
所述旋转机构安装于所述底座上，所述举升机构通过底座法兰安装于所述旋转机构的旋转齿轮上，所述机械手夹持机构安装于所述举升机构的举升平台上；
所述旋转齿轮的旋转由齿条传动组件带动旋转，所述齿条传动组件包括齿条、导轨、驱动和滑块，所述齿条通过所述滑块安装于所述导轨，所述齿条在所述导轨上的滑动由驱动控制，所述齿条与所述旋转齿轮相啮合，所述旋转齿轮通过所述齿条的滑动来传动旋转。
优选的，所述齿条传动组件包括行程控制开关和挡块，所述挡块安装于所述齿条的非齿面上，所述行程控制开关通过开关连接组件设置于所述挡块的运动方向上；
所述开关连接组件包括螺母套筒、丝杆和手轮，所述手轮安装于所述底座的侧板上，并于所述丝杆相连，所述丝杆的另一端配合安装有所述螺母套筒，所述行程控制开关安装于所述螺母套筒的顶端。
优选的，所述齿条传动组件设置有两组，两组所述齿条传动组件分别设置在所述齿轮的对称的两边上。
优选的，两组所述齿条传动组件采用反向驱动控制。
优选的，所述举升机构的上下运动由垂直驱动控制，所述垂直驱动通过支撑座对应安装于所述旋转齿轮的同轴上。
优选的，所述支撑座的内侧板设置有垂直导轨，所述垂直驱动的运动部底部通过连接板和垂直滑块沿所述垂直导轨限位滑动。
优选的，所述举升机构还设置有用于限制所述垂直驱动行程的取件高度行程开关和放件高度行程开关，所述取件高度行程开关和所述放件高度行程开关分别通过连接组件设置于所述连接板的下方。
优选的，所述连接组件包括垂直手轮、主动轮、从动轮、垂直丝杆和螺母安装板；
所述垂直手轮安装于所述支撑座的外侧板，并和设置于内侧板的所述主动轮相连，所述垂直丝杆安装于所述支撑座的内侧板，所述垂直丝杆的底部同轴设置有所述从动轮，所述从动轮与所述主动轮相啮合，所述取件高度行程开关或所述放件高度行程开关通过所述螺母安装板安装于所述垂直丝杆。
优选的，所述主动轮和所述从动轮为锥齿轮。
优选的，所述垂直导轨设置有两条。
本发明的有益效果：1、实现既在在水平面上存在角度关系又在垂直面上存在高度差的两个不同位置之间的上下料的旋转和垂直运动；2、旋转机构传动的稳定性高、精准度高；3、设置有行程开关，并采用手轮驱动丝杠的精确传动。
附图说明
图1是本发明的一个实施例的旋转机构和举升机构的结构示意图；
图2是本发明的一个实施例的结构示意图；
图3是本发明的一个实施例的举升机构的结构示意图。
其中：机械手夹持机构1、旋转机构2、举升机构3、底座4、旋转齿轮21、齿条22、导轨23、驱动24、滑块25、行程控制开关26、挡块27、开关连接组件28、螺母套筒281、丝杆282、手轮283、底座法兰31、举升平台32、支撑座33、垂直驱动34、取件高度行程开关35、放件高度行程开关36、连接组件37、垂直导轨331、连接板332、垂直滑块333、垂直手轮371、主动轮372、从动轮373、垂直丝杆374和螺母安装板375。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
可实现任意水平转角和垂直方向上下料机器手的传动装置，用于控制机械手夹持机构1在同一面上任意角度的旋转和不同高度上的垂直运动，包括用于在同一面上任意角度旋转的旋转机构2、用于上下升降运动的举升机构3和用于固定安装的底座4；
所述旋转机构2安装于所述底座4上，所述举升机构3通过底座法兰31安装于所述旋转机构2的旋转齿轮21上，所述机械手夹持机构1安装于所述举升机构3的举升平台32上；
所述旋转齿轮21的旋转由齿条传动组件带动旋转，所述齿条传动组件包括齿条22、导轨23、驱动24和滑块25，所述齿条22通过所述滑块25安装于所述导轨23，所述齿条22在所述导轨23上的滑动由驱动24控制，所述齿条22与所述旋转齿轮21相啮合，所述旋转齿轮21通过所述齿条22的滑动来传动旋转。
旋转机构2有旋转齿轮21和齿条22传动实现，齿条22作为运动部件，带动旋转齿轮21转动，从而实现整个上下料机械手的转动，通过齿条22的传动使齿轮21的旋转可控性更高，控制旋转角度的精度更高，实现同一面上任意角度的精确定位旋转，利用齿条22运动带到齿轮21旋转，从而带动举升机构2和机械手夹持机构1在水平方向旋转，当旋转到目标角度时，旋转机构停止旋转，机械手夹持工件后，通过齿条22的逆向运动，采用同样的工作原理实现机械手复位，结构简单、角度控制的精度高，不会发生位置偏移，不影响下次工作的执行。
整个传动装置在工作时，旋转机构2带动机械手夹持机构1和举升机构3在水平面内旋转，实现物料从取件处旋转到放件处之间的角度精确控制；在旋转机构旋转过程中，举升机构3实现机械手夹持机构1在垂直面内上下运动；通过水平面的旋转运动和垂直面的上下运动相结合，从而实现取件处与放件处在不同平面内的物料搬运过程，避免了现有技术中采用转臂电机晃动大，精准度不高，定位不准确，稳定性不高的问题。
优选的，所述齿条传动组件包括行程控制开关26和挡块27，所述挡块27安装于所述齿条22的非齿面上，所述行程控制开关26通过开关连接组件28设置于所述挡块27的运动方向上；
所述开关连接组件28包括螺母套筒281、丝杆282和手轮283，所述手轮283安装于所述底座4的侧板上，并于所述丝杆282相连，所述丝杆282的另一端配合安装有所述螺母套筒281，所述行程控制开关26安装于所述螺母套筒281的顶端。
齿条22上设置有挡块27，利用齿条22运动带到齿轮21旋转，从而带动举升机构3和机械手夹持机构1在水平方向旋转，当旋转到目标角度时，挡块27将压下行程控制开关26，旋转机构2停止旋转，然后通过齿条22逆向运动，采用同样的工作原理实现机械手复位，实现取件处与放件处在不同平面内的物料搬运过程，全过程由机械传动实现，经手轮283对丝杆282的长度进行调整，使行程控制开关26可设置在挡块27运动方向上的任意点，可以根据不同的工艺条件灵活调整，设备调整简单，无需繁琐的程序编制。
优选的，所述齿条传动组件设置有两组，两组所述齿条传动组件分别设置在所述齿轮21的对称的两边上。设置有两组齿条传动组件，对齿轮21实现两边夹持传动的控制，使旋转机构2的旋转力度更大，旋转角度的精确度更高。
优选的，两组所述齿条传动组件采用反向驱动控制。即两组气缸的运动保持相反的运动方向，一组作伸长运动，另一组作收缩运动，通过两组齿条22的相逆向运动，实现机械手的移动和复位，实现取件处与放件处在不同平面内的物料搬运过程。
优选的，所述举升机构3的上下运动由垂直驱动34控制，所述垂直驱动34通过支撑座33对应安装于所述旋转齿轮21的同轴上。垂直驱动34与旋转齿轮21实现同轴安装，使旋转齿轮21的旋转即为上下料机械手的旋转，降低误差出现的可能性，提高旋转角度的可控精确性。
优选的，所述支撑座33的内侧板设置有垂直导轨331，所述垂直驱动34的运动部底部通过连接板332和垂直滑块333沿所述垂直导轨331限位滑动。设置有垂直导轨331，使举升机构3在垂直方向上的运动更加的稳定，且举升平台32的承载能力更强，设备运行起来更平稳，使用寿命长。
优选的，所述举升机构3还设置有用于限制所述垂直驱动34行程的取件高度行程开关35和放件高度行程开关36，所述取件高度行程开关35和所述放件高度行程开关36分别通过连接组件37设置于所述连接板332的下方。
垂直驱动34带动连接板332的运动，当连接板332向下压到高度行程开关35时，垂直驱动34停止向下驱动。因此首先要在实现自动上下料前根据取件位置和放件位置的高度差设置好高度行程开关35的位置以对应取件位置和放件位置，利用垂直驱动34的在垂直面内上下运动带动机械手夹持机构1实现从取件位置到放件位置在高度方向的精确运动控制。垂直驱动34为液压缸驱动或气缸驱动，均可实现不同高度的控制。
优选的，所述连接组件37包括垂直手轮371、主动轮372、从动轮373、垂直丝杆374和螺母安装板375；
所述垂直手轮371安装于所述支撑座33的外侧板，并和设置于内侧板的所述主动轮372相连，所述垂直丝杆374安装于所述支撑座33的内侧板，所述垂直丝杆374的底部同轴设置有所述从动轮373，所述从动轮373与所述主动轮372相啮合，所述取件高度行程开关35或所述放件高度行程开关36通过所述螺母安装板375安装于所述垂直丝杆374。
在实现自动上下料前根据取件位置和放件位置的高度差设置好通过垂直手轮371调节并经过垂直丝杠374传动设置好取件高度行程开关35和放件高度行程开关36的位置以分别对应取件位置和放件位置，利用垂直驱动34的在垂直面内上下运动带动机械手夹持机构1实现从取件位置到放件位置在高度方向的精确运动控制。
优选的，所述主动轮372和所述从动轮373为锥齿轮。由于垂直手轮371与垂直丝杆374是相互垂直的位置关系，所以通过锥齿轮来传动，其传动更平稳，可控性更高，装置的使用寿命更长。
优选的，所述垂直导轨331设置有两条。设置有两条垂直导轨331，使举升机构3的运动更平稳，精确性更高。
结合附图1-附图3，本发明的工作过程为：
步骤1：根据取件位置和放件位置进行设备标定。
1)左气缸和右气缸采用反向驱动控制，即左气缸和右气缸运动保持相反的运动方向；2)根据取件位置和放件位置之间的角度，确定齿条的水平运动行程，旋转左手轮和右手轮，从而分别带动左丝杠和右丝杠旋转，利用丝杠和螺母套筒的传动关系，调整左行程开关和左档块、右行程开关与右挡块之间的距离等于齿条的水平运动行程；
3)可根据需要设置左气缸的伸长运动实现从取件位置到放件位置运动，右气缸的伸长运动实现从放件位置回到取件位置的复位运动。
4)根据取件位置和放件位置之间的高度差，调节左行程开关和右行程开关之间的高度差。主要通过旋转左手轮和右手轮，分别带动左主动锥齿轮和右主动锥齿轮，通过锥齿轮啮合传动，分别由左从动锥齿轮和右从动锥齿轮带动左丝杠和右丝杠转动，由左丝杠和右丝杠转动分别驱动左螺母安装板和右螺母安装板上下运动，从而带动所安装的左行程开关和右行程开关到达相应位置，左行程开关和右行程开关之间的高度差即为取件位置和放件位置之间的高度差。
步骤2：实现取件位置-放件位置-取件位置的动作循环。
1)实施从取件位置到放件位置时，旋转机构2的左气缸作伸长运动，驱动左齿条水平运动，右气缸作收缩运动，带动由于传动关系，带动右齿条水平运动且和左齿条运动方向相反，同时左齿条和右齿条运动带动和他们啮合的旋转齿轮旋转，从而带动机械手夹持机构1和举升机构3旋转，当旋转到所要求的角度时，右挡块压到右行程开关，左气缸和右气缸同时停止运动，同时举升机构左行程开关和右行程开关可以根据需要设置为取件位置和放件位置，现以左行程开关为取件位置、右行程开关为放件位置为例说明机构实施过程，当旋转机构2开始旋转同时，举升机构3同时作用，由垂直气缸向上运动，带动挡块向上运动，并由挡块底引导沿着由左垂直滑块和左垂直导轨、右垂直滑块和右垂直导轨所构成的导轨副上平稳的垂直运动，当旋转机构由取件位置转动到放件位置时，垂直气缸也正好完成取件位置和放件位置之间的高度差的行程，挡块压下右行程开关，垂直气缸停止运动，垂直气缸速度与旋转机构2中齿条运动速度相关联，以保证当旋转到放件位置时，垂直气缸完成取件位置和放件位置之间的高度差的行程；完成从取件位置到放件位置的旋转运动；
2)实施放件位置到取件位置时，旋转机构2的右气缸作伸长运动，驱动右齿条水平运动，左气缸作收缩运动，带动由于传动关系，带动左齿条水平运动且和右齿条运动方向相反，同时左齿条和右齿条运动带动和他们啮合的旋转齿轮旋转(与放件时旋转方向相反)，从而带动机械手夹持机构1和举升机构3旋转，当旋转到所要求的角度时，左挡块压到左行程开关，左气缸和右气缸同时停止运动，完成从放件位置回到取件位置的复位，在旋转机构2实现从放件位置回到取件位置(复位)时，举升机构3中垂直气缸向下运动，带动挡块最终压下做行程开关，垂直气缸停止运动，实现上下料机械手的位置复位。并准备下一次的上下料动作。准备执行下一次从取件位置和放件位置动作。
术语“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.可实现任意水平转角和垂直方向上下料机器手的传动装置，用于控制机械手夹持机构在同一面上任意角度的旋转和不同高度上的垂直运动，其特征在于：包括用于在同一面上任意角度旋转的旋转机构、用于上下升降运动的举升机构和用于固定安装的底座；
所述旋转机构安装于所述底座上，所述举升机构通过底座法兰安装于所述旋转机构的旋转齿轮上，所述机械手夹持机构安装于所述举升机构的举升平台上；
所述旋转齿轮的旋转由齿条传动组件带动旋转，所述齿条传动组件包括齿条、导轨、驱动和滑块，所述齿条通过所述滑块安装于所述导轨，所述齿条在所述导轨上的滑动由驱动控制，所述齿条与所述旋转齿轮相啮合，所述旋转齿轮通过所述齿条的滑动来传动旋转。
2.根据权利要求1所述的可实现任意水平转角和垂直方向上下料机器手的传动装置，其特征在于：所述齿条传动组件包括行程控制开关和挡块，所述挡块安装于所述齿条的非齿面上，所述行程控制开关通过开关连接组件设置于所述挡块的运动方向上；
所述开关连接组件包括螺母套筒、丝杆和手轮，所述手轮安装于所述底座的侧板上，并于所述丝杆相连，所述丝杆的另一端配合安装有所述螺母套筒，所述行程控制开关安装于所述螺母套筒的顶端。
3.根据权利要求1或2所述的可实现任意水平转角和垂直方向上下料机器手的传动装置，其特征在于：所述齿条传动组件设置有两组，两组所述齿条传动组件分别设置在所述齿轮的对称的两边上。
4.根据权利要求3所述的可实现任意水平转角和垂直方向上下料机器手的传动装置，其特征在于：两组所述齿条传动组件采用反向驱动控制。
5.根据权利要求1所述的可实现任意水平转角和垂直方向上下料机器手的传动装置，其特征在于：所述举升机构的上下运动由垂直驱动控制，所述垂直驱动通过支撑座对应安装于所述旋转齿轮的同轴上。
6.根据权利要求5所述的可实现任意水平转角和垂直方向上下料机器手的传动装置，其特征在于：所述支撑座的内侧板设置有垂直导轨，所述垂直驱动的运动部底部通过连接板和垂直滑块沿所述垂直导轨限位滑动。
7.根据权利要求6所述的可实现任意水平转角和垂直方向上下料机器手的传动装置，其特征在于：所述举升机构还设置有用于限制所述垂直驱动行程的取件高度行程开关和放件高度行程开关，所述取件高度行程开关和所述放件高度行程开关分别通过连接组件设置于所述连接板的下方。
8.根据权利要求7所述的可实现任意水平转角和垂直方向上下料机器手的传动装置，其特征在于：所述连接组件包括垂直手轮、主动轮、从动轮、垂直丝杆和螺母安装板；
所述垂直手轮安装于所述支撑座的外侧板，并和设置于内侧板的所述主动轮相连，所述垂直丝杆安装于所述支撑座的内侧板，所述垂直丝杆的底部同轴设置有所述从动轮，所述从动轮与所述主动轮相啮合，所述取件高度行程开关或所述放件高度行程开关通过所述螺母安装板安装于所述垂直丝杆。
9.根据权利要求8所述的可实现任意水平转角和垂直方向上下料机器手的传动装置，其特征在于：所述主动轮和所述从动轮为锥齿轮。
10.根据权利要求6所述的可实现任意水平转角和垂直方向上下料机器手的传动装置，其特征在于：所述垂直导轨设置有两条。
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