CN104669253B - 一种基于数字总线的翅片总成小u形管抓取插管机械手 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于数字总线的翅片总成小U形管抓取插管机械手，包括本体(1)、夹取指(2)和托取指(3)，本体的顶端安装于机械臂(4)的末端，其底端面和夹取指的内侧面上分别设有与小U形管(5)的管外径及U形弧度尺寸配合的弧形凹槽Ⅰ(11)和弧形凹槽Ⅱ(21)，弧形凹槽Ⅰ的槽底端设有距离传感器，本体上还设置有位置传感器和距离传感器；夹取指为两件，左右对称于本体设置，夹取指和托取指分别通过传动连接机构与本体连接；托取指指端垂直方向面向弧形凹槽Ⅰ，其上表面至弧形凹槽Ⅰ槽底的距离尺寸与小U形管尺寸配合。本抓取插管机械手能够实现自动化操作，降低人为因素对生产进度的影响，可以保证插管工序的产品质量。

Description

一种基于数字总线的翅片总成小U形管抓取插管机械手

技术领域

本发明涉及一种翅片总成抓取插管机械手，具体是一种适用于空调器的散热器、冷凝器翅片总成插管工序的基于数字总线的翅片总成小U形管抓取插管机械手，属于空调制造技术领域。

背景技术

通常在需要进行热传递的换热装置表面通过增加导热性较强的金属片，增大换热装置的换热表面积，提高换热效率，具有此功能的金属片称之为翅片。

空调器中有两个主要换热器，即散热器和冷凝器，这两大换热器的一侧工作介质是制冷剂，另一侧是空气，为了强化换热器的传热，一般在空气侧采取紧凑布置换热面积，空调器大多采用紧凑管翅式换热器。

紧凑管翅式换热器的翅片上一般设有多个能与铜管外径配合的安装孔，制作过程一般是先将翅片冲压成型，然后将长“U”型铜管并排穿入多个翅片上的安装孔，最后在长“U”型铜管的开口端进行胀管，长“U”型铜管内部烘干后再插接并焊接小“U”型铜管将各个长“U”型铜管依次连通，即将全部长“U”型铜管连通成一个通道。

目前空调器制造商在散热器和冷凝器的翅片总成插管工序上依然大量采用人工作业，即将串好长“U”型铜管的翅片总成待插管端向上搬放在工位器具架上或流水线传送带上，然后人工将散装在集装箱中的小“U”型铜管一个一个插接在翅片总成的各长“U”型铜管端部，完成人工插管后的翅片总成再进入下道工序。

这种传统的生产方式存在以下缺陷：

1.由于采用人工进行插管操作，因此操作人员责任心、情绪等人为因素对生产进度的影响较大，且由于前道胀管工序是通过胀管机进行，效率较高，因此为满足后续的烘干焊接工序的正常进行，往往需要设置多人进行人工插管工序，操作人员劳动强度大、效率低；

2.虽然前道胀管工序、后道烘干焊接工序已实现自动化操作，但插管工序仍采用人工操作，因此往往会因人员安排不合理造成前道工序积累太多的产出、后道工序停工待料的情况，设备自动化程度低，设备利用率低，产能不能保证；

3.由于插管工序采用人工操作，因此对操作人员的技能及熟练程度要求较高，多个操作人员的操作熟练程度参差不齐也在不同程度上影响生产进度，且易造成产品质量不稳定。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种基于数字总线的翅片总成小U形管抓取插管机械手，能够实现自动化操作，降低人为因素对生产进度的影响，生产效率高，同时可以保证插管工序的产品质量。

为了实现上述目的，本基于数字总线的翅片总成小U形管抓取插管机械手包括本体、夹取指和托取指；

所述的本体的顶端安装于带有X坐标驱动机构、Y坐标驱动机构和Z坐标驱动机构的机械臂的末端，本体底端的宽度尺寸小于小U形管的U形开口的外端宽度尺寸，且本体底端面设有与小U形管的管外径及U形弧度尺寸配合的弧形凹槽Ⅰ，弧形凹槽Ⅰ的槽底端设有距离传感器，本体上还设置有位置传感器和距离传感器；

所述的夹取指设置为两件，左右对称于本体的弧形凹槽Ⅰ的对称中心线、并通过传动连接机构与本体连接，传动连接机构与电控装置的工业控制计算机电连接，夹取指面向本体的弧形凹槽Ⅰ的内侧面上设有与小U形管的管外径尺寸配合的弧形凹槽Ⅱ，弧形凹槽Ⅰ和弧形凹槽Ⅱ共同围成小U形管的U形顶端的部分外形；

所述的托取指通过传动连接机构安装在本体上，传动连接机构与电控装置的工业控制计算机电连接，指端垂直方向面向弧形凹槽Ⅰ，托取指面向弧形凹槽Ⅰ的表面设置成与小U形管的U形端的U形内圈尺寸配合的弧形结构，弧形结构至弧形凹槽Ⅰ的槽底的距离尺寸与小U形管的管直径尺寸配合。

作为本发明的进一步改进方案，所述的本体的顶端通过安装座与机械臂的末端连接，安装座内设有C坐标旋转机构，C坐标旋转机构与电控装置的工业控制计算机电连接。

作为本发明的进一步改进方案，所述的安装座内还包括A坐标旋转机构或B坐标旋转机构，A坐标旋转机构或B坐标旋转机构与电控装置的工业控制计算机电连接。

作为本发明的进一步改进方案，所述的多个小U形管工位梁均一端高、另一端低、倾斜固定设置在托盘体上，其低端作为抓取端，低端顶端设有防止小U形管滑落的限位机构。

作为本发明的进一步改进方案，所述的托取指呈L型，其顶端铰接连接于本体，托取指的传动连接机构一端与本体连接，另一端连接在L型托取指上。

作为本发明的进一步改进方案，所述的托取指呈横置的U型，横置的U型一端沿垂直方向穿入本体内，托取指的传动连接机构平行于横置的U型托取指设置，传动连接机构一端与本体连接，另一端连接在穿入本体内的横置的U型托取指上。

作为本发明的进一步改进方案，所述的夹取指顶端分别对称铰接连接在本体上，其传动连接机构一端与本体连接，另一端连接在夹取指上。

作为本发明的进一步改进方案，所述的夹取指通过导向机构分别对称与本体连接，其传动连接机构平行于夹取指设置，一端与本体连接，另一端连接在夹取指上。

作为本发明的优选方案，所述的夹取指和托取指的传动连接机构是气缸。

与现有技术相比，本基于数字总线的翅片总成小U形管抓取插管机械手由于采用机械手对小U形管进行抓取与插接，替代人工插管，可降低操作人员的劳动强度，且抓取与插管效率较高；根据产能计算可设置一个或多个机械手同时抓取与插管来满足生产需要，设备自动化程度高，设备利用率高；本机械手根据设定好的程序运行，可完全规避人为因素对生产进度的影响，进而实现保证产品质量；由于本机械手还可以根据需要设置A坐标旋转机构、B坐标旋转机构或C坐标旋转机构坐标控制，因此可以根据程序设定使机械手实现自适应抓取和插接小U形管，实现自动化的同时保证翅片总成在插管的过程中的精确操作，防止质量事故，保证产品质量。

附图说明

图1是本发明的三维结构示意图；

图2是本发明的正视图；

图3是图2的左视图。

图中：1、本体，11、弧形凹槽Ⅰ，12、安装座，2、夹取指，21、弧形凹槽Ⅱ，3、托取指，4、机械臂，5、小U形管。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

如图1至图3所示，本基于数字总线的翅片总成小U形管抓取插管机械手包括本体1、夹取指2和托取指3(以下描述以左右水平方向为X坐标，以前后水平方向为Y坐标，以竖直方向为Z坐标，以沿左右水平轴线为旋转轴旋转的方向为A坐标，以沿前后水平轴线为旋转轴旋转的方向为B坐标，以沿竖直轴线为旋转轴旋转的方向为C坐标)。

所述的本体1的顶端安装于带有X坐标驱动机构、Y坐标驱动机构和Z坐标驱动机构的机械臂4的末端，本体1底端的宽度尺寸小于小U形管5的U形开口的外端宽度尺寸，且本体1底端面设有与小U形管5的管外径及U形弧度尺寸配合的弧形凹槽Ⅰ11，弧形凹槽Ⅰ11的槽底端设有距离传感器，小U形管5的U形顶端可以卡入弧形凹槽Ⅰ11内，本体1上还设置有位置传感器和距离传感器。

所述的夹取指2设置为两件，左右对称于本体1的弧形凹槽Ⅰ11的对称中心线、并通过传动连接机构与本体1连接，传动连接机构与电控装置的工业控制计算机电连接，夹取指2面向本体1的弧形凹槽Ⅰ11的内侧面上设有与小U形管5的管外径尺寸配合的弧形凹槽Ⅱ21，夹取指2在夹取状态时，弧形凹槽Ⅰ11和弧形凹槽Ⅱ21共同围成小U形管5的U形顶端的部分外形。

所述的托取指3通过传动连接机构安装在本体1上，传动连接机构与电控装置的工业控制计算机电连接，指端垂直方向面向弧形凹槽Ⅰ11，托取指3面向弧形凹槽Ⅰ11的表面设置成与小U形管5的U形端的U形内圈尺寸配合的弧形结构，弧形结构至弧形凹槽Ⅰ11的槽底的距离尺寸与小U形管5的管直径尺寸配合，即夹取状态时，托取指3面向弧形凹槽Ⅰ11的表面可托住小U形管5的U形端内侧面。

本基于数字总线的翅片总成小U形管抓取插管机械手的工作原理：机械臂4设置在插管流水线附近，满载顺序排列好小U形管5的小U形管承载托盘停靠在机械臂4附近的设定停放工位，当已串好长U形管的待插管翅片总成插管端向上在插管流水线工位上被传送履带传送至设定位置并定位时，小U形管自动插管单元开始工作，本基于数字总线的翅片总成小U形管抓取插管机械手通过本体1上的位置传感器反馈、定位顺序抓取小U形管承载托盘内的小U形管5，抓取后移动至设定的插管位置，通过位置传感器反馈自动微调节至准确位置后进行插管，插管完成后本基于数字总线的翅片总成小U形管抓取插管机械手张开，即完成第一个小U形管的插接，以此类推，待插管翅片总成全部完成插管后，传送履带接到指令，载着已插管翅片总成往下道工序流转。

系统未启动时(即零位置时)，本基于数字总线的翅片总成小U形管抓取插管机械手位于插管流水线正上方、处于张开的停滞状态，即夹取指2与托取指3均处于远离本体1的弧形凹槽Ⅰ11的位置；

当待插管翅片总成被传送至设定位置并定位后，电源回路启动开始工作，工业控制计算机发出指令使小U形管抓取回路开始工作：工业控制计算机控制机械臂4的X坐标驱动机构、Y坐标驱动机构和Z坐标驱动机构动作，机械臂4按照预定程序及计算坐标动作移动，使本基于数字总线的翅片总成小U形管抓取插管机械手位于小U形管承载托盘的正上方，模式识别回路开始工作，工业控制计算机根据本体1上的位置传感器反馈的位置信息计算坐标并发出指令使机械臂4继续移动，使机械手位于坐标设定的第一件小U形管5的正上方，计数回路同步开始工作；

工业控制计算机继续发出指令使机械臂4的Z坐标驱动机构工作，使机械手靠近第一件小U形管5，当弧形凹槽Ⅰ11的距离传感器反馈信息为零时，即机械手的弧形凹槽Ⅰ11与第一件小U形管5的U形顶端接触，第一件小U形管5的U形顶端卡入弧形凹槽Ⅰ11内，机械手定位；小U形管抓取回路开始工作，工业控制计算机控制夹取指2的传动连接机构动作，两个夹取指2先后卡合，使第一件小U形管5定位在弧形凹槽Ⅰ11和弧形凹槽Ⅱ21共同围成的U形顶端的部分外形空间内，然后工业控制计算机控制托取指3的传动连接机构动作，使托取指3指端插入第一件小U形管5的U形端的底部，此时第一件小U形管5在X坐标、Y坐标和Z坐标方向上分别被弧形凹槽Ⅰ11、弧形凹槽Ⅱ21和托取指3面向弧形凹槽Ⅰ11的表面限位、被定位在机械手上，完成抓取；

抓取后，工业控制计算机控制机械臂4回到零位置，此时第一件小U形管5正对待插管翅片总成，插管控制回路开始工作，工业控制计算机根据设定程序计算坐标并发出指令使机械臂4继续移动，使机械手位于坐标设定的待插管翅片总成的第一个插装位置的正上方，本体1上的位置传感器捕捉第一个插装位置的位置信息，即第一个插装位置的中心坐标信息，工业控制计算机根据本体1的位置传感器反馈的位置信息控制机械臂4微动调整定位，然后工业控制计算机继续发出指令使机械臂4的Z坐标驱动机构工作，使机械手垂直向第一个插装位置移动，当本体1上的距离传感器反馈信息至设定距离时，即第一件小U形管5插入第一个插装位置并至设定深度后，工业控制计算机控制托取指3的传动连接机构动作，使托取指3的指端自第一件小U形管5的U形端的底部抽出，然后工业控制计算机控制夹取指2的传动连接机构动作使两个夹取指2张开，第一件小U形管5即脱离机械手，工业控制计算机控制机械臂4回到零位置，完成第一件小U形管5的插管过程，以此类推，直至完成待插管翅片总成上的最后一件小U形管5的插管过程，然后传送履带接到指令开始运动，载着已插管翅片总成往下道工序流转。

通常翅片总成插接小U形管5的位置是沿X轴方向或沿Y轴方向的，即小U形管5在插接过程中不需要旋转角度，且必须保证小U形管承载托盘的安放位置正确、不能歪斜，为了加大本基于数字总线的翅片总成小U形管抓取插管机械手的适用范围，降低小U形管承载托盘的安放位置精度，作为本发明的进一步改进方案，所述的本体1的顶端通过安装座12与机械臂4的末端连接，安装座12内设有C坐标旋转机构，C坐标旋转机构与电控装置的工业控制计算机电连接，本体1可以沿安装座12内的竖直轴线为旋转轴360°范围内自由旋转并定位，当小U形管承载托盘安放位置存在偏差时，电控装置的模式识别回路会根据本体1上的位置传感器的反馈驱动C坐标旋转机构使机械手在正确位置抓取小U形管5，同样，在插管过程中，工业控制计算机可驱动C坐标旋转机构使机械手在正确位置插入小U形管5，翅片总成插接小U形管5的位置既使是歪斜的也同样适用，加大了适用范围。

通常翅片总成插接小U形管5的位置是水平的，为进一步加大本基于数字总线的翅片总成小U形管抓取插管机械手的适用范围，使本自动插管单元也能够对非水平的插接位置同样适用，作为本发明的改进方案，所述的安装座12内还包括A坐标旋转机构或B坐标旋转机构，A坐标旋转机构或B坐标旋转机构与电控装置的工业控制计算机电连接，本体1可以沿安装座12内的水平轴线为旋转轴±90°范围内自由旋转并定位，当翅片总成插接小U形管5的位置非水平时，工业控制计算机在插管前会驱动A坐标旋转机构或B坐标旋转机构使机械手翻转至程序的设定角度，然后再通过本体1上的位置传感器捕捉插管位置。

作为本发明托取指3的一种实施方式，所述的托取指3呈L型，其顶端铰接连接于本体1，其传动连接机构一端与本体1连接，另一端连接在L型托取指3上，工业控制计算机可以通过控制托取指3的传动连接机构实现L型托取指3沿其铰接轴作旋转运动与本体1底端卡合或分离。

作为本发明托取指3的另一种实施方式，所述的托取指3呈横置的U型，横置的U型一端沿垂直方向穿入本体1内，托取指3的传动连接机构平行于横置的U型托取指3设置，传动连接机构一端与本体1连接，另一端连接在穿入本体1内的横置的U型托取指3上，工业控制计算机可以通过控制托取指3的传动连接机构实现横置的U型托取指3沿垂直方向平移，进而实现与本体1底端卡合或分离。

作为本发明夹取指2的一种实施方式，所述的夹取指2顶端分别对称铰接连接在本体1上，其传动连接机构一端与本体1连接，另一端连接在夹取指2上，工业控制计算机可以通过控制夹取指2的传动连接机构实现夹取指2沿其铰接轴作旋转运动与小U形管5卡合或分离。

作为本发明夹取指2的另一种实施方式，所述的夹取指2通过导向机构分别对称与本体1连接，夹取指2可以通过导向机构在本体1上滑动，其传动连接机构平行于夹取指2设置，一端与本体1连接，另一端连接在夹取指2上，工业控制计算机可以通过控制夹取指2的传动连接机构实现夹取指2在本体1上滑动移动，进而实现与小U形管5卡合或分离。

所述的夹取指2和托取指3的传动连接机构可以采用液压油缸，也可以采用气缸，或者采用纯机械传动机构，由于若采用液压油缸，必须加设油箱及泵、阀等机构，结构较复杂，若采用纯机械传动机构，体积会较庞大笨重，而翅片总成生产车间里气源丰富，且气动控制动作反应迅速，因此优选气动控制，即，作为本发明的优选方案，所述的夹取指2和托取指3的传动连接机构是气缸。

本基于数字总线的翅片总成小U形管抓取插管机械手是数字化控制单元，可以与工厂的数字总线无缝连接实现集中数字化管理。

本基于数字总线的翅片总成小U形管抓取插管机械手由于采用机械手对小U形管5进行抓取与插接，替代人工插管，可降低操作人员的劳动强度，且抓取与插管效率较高；根据产能计算可设置一个或多个机械手同时抓取与插管来满足生产需要，设备自动化程度高，设备利用率高；本机械手根据设定好的程序运行，可完全规避人为因素对生产进度的影响，进而实现保证产品质量；由于本机械手还可以根据需要设置A坐标旋转机构、B坐标旋转机构或C坐标旋转机构坐标控制，因此可以根据程序设定使机械手实现自适应抓取和插接小U形管5，实现自动化的同时保证翅片总成在插管的过程中的精确操作，防止质量事故，保证产品质量。

Claims (8)

1.一种基于数字总线的翅片总成小U形管抓取插管机械手，其特征在于，包括本体(1)、夹取指(2)和托取指(3)；

本体(1)的顶端安装于带有X坐标驱动机构、Y坐标驱动机构和Z坐标驱动机构的机械臂(4)的末端，本体(1)底端的宽度尺寸小于小U形管(5)的U形开口的外端宽度尺寸，且本体(1)底端面设有与小U形管(5)的管外径及U形弧度尺寸配合的弧形凹槽Ⅰ(11)，弧形凹槽Ⅰ(11)的槽底端设有距离传感器，本体(1)上还设置有位置传感器和距离传感器；

夹取指(2)设置为两件，左右对称于本体(1)的弧形凹槽Ⅰ(11)的对称中心线、并通过传动连接机构与本体(1)连接，传动连接机构与电控装置的工业控制计算机电连接，夹取指(2)面向本体(1)的弧形凹槽Ⅰ(11)的内侧面上设有与小U形管(5)的管外径尺寸配合的弧形凹槽Ⅱ(21)，弧形凹槽Ⅰ(11)和弧形凹槽Ⅱ(21)共同围成小U形管(5)的U形顶端的部分外形；

托取指(3)通过传动连接机构安装在本体(1)上，传动连接机构与电控装置的工业控制计算机电连接，指端垂直方向面向弧形凹槽Ⅰ(11)，托取指(3)面向弧形凹槽Ⅰ(11)的表面设置成与小U形管(5)的U形端的U形内圈尺寸配合的弧形结构，弧形结构至弧形凹槽Ⅰ(11)的槽底的距离尺寸与小U形管(5)的管直径尺寸配合。

2.根据权利要求1所述的基于数字总线的翅片总成小U形管抓取插管机械手，其特征在于，所述的本体(1)的顶端通过安装座(12)与机械臂(4)的末端连接，安装座(12)内设有C坐标旋转机构，C坐标旋转机构与电控装置的工业控制计算机电连接。

3.根据权利要求2所述的基于数字总线的翅片总成小U形管抓取插管机械手，其特征在于，所述的安装座(12)内还包括A坐标旋转机构或B坐标旋转机构，A坐标旋转机构或B坐标旋转机构与电控装置的工业控制计算机电连接。

4.根据权利要求1至3任意一项权利要求所述的基于数字总线的翅片总成小U形管抓取插管机械手，其特征在于，所述的托取指(3)呈L型，其顶端铰接连接于本体(1)，其传动连接机构一端与本体(1)连接，另一端连接在L型托取指(3)上。

5.根据权利要求1至3任意一项权利要求所述的基于数字总线的翅片总成小U形管抓取插管机械手，其特征在于，所述的托取指(3)呈横置的U型，横置的U型一端沿垂直方向穿入本体(1)内，托取指(3)的传动连接机构平行于横置的U型托取指(3)设置，传动连接机构一端与本体(1)连接，另一端连接在穿入本体(1)内的横置的U型托取指(3)上。

6.根据权利要求1至3任意一项权利要求所述的基于数字总线的翅片总成小U形管抓取插管机械手，其特征在于，所述的夹取指(2)顶端分别对称铰接连接在本体(1)上，其传动连接机构一端与本体(1)连接，另一端连接在夹取指(2)上。

7.根据权利要求1至3任意一项权利要求所述的基于数字总线的翅片总成小U形管抓取插管机械手，其特征在于，所述的夹取指(2)通过导向机构分别对称与本体(1)连接，其传动连接机构平行于夹取指(2)设置，一端与本体(1)连接，另一端连接在夹取指(2)上。

8.根据权利要求1至3任意一项权利要求所述的基于数字总线的翅片总成小U形管抓取插管机械手，其特征在于，所述的夹取指(2)和托取指(3)的传动连接机构是气缸。