CN105149836A - 多层机械手及全自动焊接系统 - Google Patents

Abstract

一种多层机械手和全自动焊接系统，包括安装机械手的安装架，在安装架上设置至少两层机械手，其中至少有一层机械手为硬质元件夹具。全自动焊接系统具有第一转盘、第二转盘，第一转盘和或第二转盘上设有本多层机械手。本多层机械手可实现多个元件的自动化焊接，特别是包括软联结夹具和硬质元件夹具，从而软联结与硬质元件间的全自动焊接，并保持焊点准确、焊接一致性好，焊接产品性能指标优异。

Description

多层机械手及全自动焊接系统

分案说明

本案是分案申请，本分案的母案是申请日为2013年10月12日、申请号为201310475455.4、发明名称是“软联结夹具、带有软联结夹具的多层机械手及全自动焊接系统”的发明专利申请案。

技术领域

本发明涉及焊接设备技术领域，特别涉及一种低压断路器双金支架系统全自动多工位焊接系统，此外本发明还是一种加持软联结的夹具，及带有这种软联结夹具的多层机械手。

背景技术

在加工低压电器时，往往要将多个元件焊接在一起，过去的焊接生产线有两类：(一)人工手动焊接各个零件；(二)利用机器将硬质元件自动焊接到硬质元件上，人为手动焊接软联结，即整个焊接系统是半自动的，无法实现整个焊接系统的全自动焊接。

上述两类生产线均需要人为手动焊接步骤，因此降低了流水线的加工速度，半成品中间周转周期长，且人工焊接原料浪费多。更严重的是人为手动焊接出来的产品性能、品质参数差异很大，产品一致性低。例如，在低压电器领域的小型断路器，其双金属支架系统主要由接线板、联结板、双金属片、引弧片(或称弧角)构成支架，双金属片的上端、中间、或下部的一端焊接软联结，软联结的另一端焊接动触头构成双金导电系统。如果采用人为手动焊接软联结则软联结在动触头和双金属片上的尺寸错位无法克服，使关键焊接尺寸难以保证，焊接质量波动大，软联接与动触头及双金焊接位置易超差，焊缝易薄断裂，如果整个系统均为人为手动焊接，则双金属片焊反，接线板与双金及弧角错位，脱焊，难以装配等质量问题屡有发生。

此外，对人为手工焊接完成的双金属支架系统测试发现，成品如下参数差异很大：最高和最低温度、工作温度的范围、元件受热的位移和形式与大小、力或力矩的大小等差异性很大，无法保证出厂产品的一致性，使断路器的品质不符合所需的品质，过载保护脱扣曲线显示早脱扣、迟脱扣或不脱扣等不合格品发生率很高。手工流水线焊接不仅占地面积大、工艺参数不稳定、质量波动大、产品一致性和可靠性低、返工率高，而且员工的劳动强度大，众所周知焊锡时会产生对人有毒的气体导致生产线工作环境差，人工成本很高。

随着主大产品生产量的不断攀升与国内销售市场的不断拓展,现有设备的产能已完全不能满足，生产出新增产品的需求量，扩大产能目前采用的是场地、人员、设备同步扩大满足产能的不断扩大扩张规模模式解决，在成本、经济性、技术设备上受到制约。由于不能现有机械焊接无法实现软联结的有效加持和定位，到目前为止，本行业一直采用是软联结手动操作焊接装备工艺技术，未见有开发成功的软联结应用自动化设备的技术，当要生产具有软联结元件的产品时，无法全自动化焊接。

发明内容

本发明是为生产带有软联结元件的产品提供了一种全自动焊接系统，特别适用于双金属支架系统的全自动多工位焊接。为了提供全自动焊接系统，本发明提供了一种能够适用于自动化焊接的软联结夹具，该夹具可与自动焊接系统匹配并能有效加持和释放软联结，使所述软联接具有准确的焊接位置。与此同时，本发明还提供了一种带有软联结夹具的多层机械手，该机械手可在自动流水线生产中准确加持、定位软联结和硬质元件，以保证焊接工艺中焊点的准确性、批量产品焊接的一致性和稳定性。

本发明所述的能应用于自动化系统并准确加持和定位软联结的软联结夹具的结构如下，它包括相对设置的软联结第一夹板53和软联结第二夹板54,软联结第二夹板54的中部枢转安装在软联结第一夹板53上；所述第一夹板53的上部和所述软联结第二夹板54的上部分别设有软联结加持部；软联结第二夹板54的下部为斜向压板542，软联结第二夹板54通过软联结弹簧545压靠在软联结第一夹板53上。

软联结第一夹板53的软联结夹持部包括至少左右两个第一夹板方柱531，在两个第一夹板方柱531之间设有通孔，所述软联结第二夹板54的软联结夹持部包括左右两个第二夹板方柱541，在两个第二夹板方柱541之间设有通孔；第一夹板方柱531与第二夹板方柱541之间采用直槽啮合结构533。这样设计的夹持部对软联结的定位效果非常好。

软联结第一夹板53与软联结第二夹板优选采用如下方式枢转安装：在软联结第二夹板54中部设有带孔的耳型件544，软联结第一夹板53上设有销轴543，软联结第一夹板53上的销轴543伸入耳型件544的孔。

所述软联结弹簧545优选采用涨紧弹簧545，所述涨紧弹簧位于软联结第二夹板54的斜向压板542与软联结第一夹板53的下部之间。

除了上述软联结夹具外，本发明还设计了能够携带上述软联结夹具的多层机械手，该多层机械手可对软联结与其他硬质元件的之间的位置关系进行定位，并方便加持和释放各元件，使整个操作适应机械流水线生产的要求。所述带有软联结夹具的多层机械手，包括安装机械手的安装架103，在所述安装架103上设置至少两层机械手，其中至少有一层机械手为软联结夹具，至少有一层机械手为硬质元件夹具，所述硬质元件夹具包括两个相对的硬质元件夹板，在硬质元件夹具所在层的安装架103上设有条状滑槽，每个硬质元件夹具的俩个硬质元件夹板插入条状滑槽并可在条状滑槽内移动，所述软联结夹具的架构详见本发明之前的描述。

此外，本发明还提供了一种全自动焊接系统，该全自动焊接系统不仅可以将硬质元件与硬质元件进行焊接，还可将软联结与硬质元件进行准确焊接。所述全自动焊接系统包括至少两个转盘，在每个转盘周围至少布放一台焊接设备，在第一转盘1上设置多个第一多层机械手101，在第二转盘2上设置多个第二多层机械手102，第一多层机械手101和第二多层机械手102均包括安装架103,在所述安装架103上设置至少两层机械手，所述第一多层机械手、第二多层机械手中至少有一个是带有软联结夹具的多层机械手，也就是说：所述第一多层机械手101上至少有一层机械手为软联结夹具，至少有一层机械手为硬质元件夹具；和/或所述第二多层机械手102上至少有一层机械手为软联结夹具,至少有一层机械手为硬质元件夹具。所述硬质元件夹具包括两个相对的硬质元件夹板，在硬质元件夹具所在层的安装架103上设有条状滑槽，每个硬质元件夹具的俩个硬质元件夹板插入条状滑槽并可在条状滑槽内移动，所述软联结夹具的架构详见本发明之前的描述。

通常多层机械手均为直伸式，但所述带有软联结夹具的多层机械手优选采用如下结构：所述安装架103上至少设有三层机械手，在这三层机械手中，至少有两层机械手为硬质元件夹具，另外一层机械手是软联结夹具；其中一层硬质元件夹具的加持部位于软联结第一夹板53和软联结第二夹板54夹持部一端的临近区域，另一层硬质元件夹具的加持部位于软联结第一夹板53和软联结第二夹板54夹持部另一端的临近区域。

带有软联结夹具的多层机械手，其软联结夹板优选采用如下方式放置：所述软联结第一夹板53与其底部的基板56相连并垂直，所述基板56与安装架103相连并从安装架103上延伸出来。更进一步的，所述软联结第二夹板54枢转安装在软联结第一夹板53上并位于远离安装架103的一侧。

关于所述带有软联结夹具的多层机械手，其软联结夹具的驱动方式优选采用自动控制方式，此时所述多层机械手还配有软联结夹具控制气缸60b，在软联结夹具控制气缸60b上设有倾斜杆60a，软联结夹具控制气缸60b控制倾斜杆60a动作以按压软联结第二夹板54的斜向压板542。

与常规的直伸式夹具布放方式想比，采用垂直布放的软联结第一夹板53以及远离安装架的软联结第二夹板54将使软联结夹具有更好的空间位置来与硬质元件夹具配合，使加持、释放元件更加准确，使检修机器更加方便，与此同时更有利于全自动焊接流水线的驱动控制。

对于上述至少三层的带有软联结夹具的多层机械手而言，为了使被加持的硬质夹具、软联结处于更加精准位置，所述两层硬质元件夹具、软联结夹具优选采用精确的布放方式，该布置方式的三维坐标轴是：以软联结第一夹板53的夹持部所在方向为X轴正方向，以软联结第一夹板53与夹持部相对的一端为X轴负方向，以垂直于软联结第一夹板53面的方向为Y轴方向，其中以远离安装架103的方向为Y轴正方向，以软联结第一夹板53夹持部左右两端为Z轴方向，所述两层硬质元件夹具、软联结夹具采用如下布置方式：软联结第一夹板53通过基板56从安装架103上伸出，每个硬质元件夹分别通过各自的底板从安装架103上伸出；在所述两层硬质元件夹具的底板和软联接夹具的基板在Y轴上的投影距离均大于0，在所述两层硬质元件夹具的底板中，至少有一个底板在X轴上的投影距离大于0，在所述两层硬质元件夹具的底板中，至少有一个底板在Z轴上的投影距离大于0。并且这两个硬质元件夹具加持部的端部在XY平面上的投影位置基本相同，这两个硬质元件夹具加持部的端部在Z轴上的投影距离基本等于软联结第一夹板53的宽度W。也就是说本发明需要通过如下手段来满足上述投影关系：对底板进行斜置和/或折弯，或者对底板及基板均进行斜置和/或折弯。当然本发明所述的上述基板、底板的三维投影距离并不包含基板、底板本身固定不变的宽度、厚度和高度，而是指基板、底板沿某方向伸长延展所产生的投影距离，或斜面部分的投影。

另外，多层机械手的安装架优选采用如下结构：所述安装架103包括横板43，有的还包括纵板。每层机械手都设有至少一层横板43,在每个硬质元件夹具所在层均设有一套驱动硬质元件夹具的驱动机构；

所述硬质元件夹具的驱动机构第一种优选实施方式是：每个硬质元件夹具包括两个硬质元件夹板，每个硬质元件夹板均通过一个单独的底板伸入安装架103的条形滑槽内，所述条形滑槽优选采用燕尾槽，在安装架内的每个底板上设有单边齿条，硬质元件夹具的驱动机构包括：一端带有螺纹的滑块、复位弹簧和两个枢转安装的齿轮，每个齿轮分别与一个底板的单边齿条啮合，所述两个齿轮并排放置，所述滑块插入两个齿轮之间，所述齿轮与滑块上的螺纹啮合，所述复位弹簧作用在滑块上以使滑块复位。其中，单边齿条可以是独立元件，也可以是底板的一部分。

所述硬质元件夹具的驱动机构第二种优选实施方式是：在每个硬质元件夹具所在层均设有两个纵板44，所述两个纵板44分列在驱动机构左右。每套驱动机构均包括两个驱动机构压板451、压板固定枢轴471、压板初始弹簧461和滑块50，至少有一个驱动机构压板451枢转安装在压板固定枢轴471上，所述压板固定枢轴471固定安装在安装架103的横板43上且压板固定枢轴471位于驱动机构压板451的中部，该两个驱动机构压板451的一端分别与硬质元件夹具的两个夹板之一连接，例如所述驱动机构压板451与伸入条形滑槽的底板相连，驱动机构压板451另一端接受滑块的触碰；该驱动机构压板451与安装架的纵板44之间设有压板初始弹簧461。其中所述条形滑槽优选采用条形的燕尾槽。作为更优选的方式在所述滑块50远离驱动机构压板451的一侧套设有驱动弹簧49；在驱动机构压板451靠近滑块的一端设有台阶圆柱接受滑块触压。例如，两个驱动机构压板设有对称V型触角，所述V型触角位于开有内孔的滑块49一侧，从而接受来自滑块的右端气缸杆的顶压实现对每个硬质元件夹板的张开，实现松开硬质元件；在右端气缸杆复位后，两个驱动机构压板和滑块分别依靠弹簧实施硬质元件的夹紧、及滑块的后退复位；滑块(49)沿着滑块前后滑动。

作为优选方式，硬质元件夹具采用自动控制，即通过硬质元件夹具控制气缸驱动各层驱动机构的滑块，更优选的，所述多层机械手的硬质元件夹具至少为两层，所述硬质元件夹具控制气缸为多层顶杆气缸，通过一个硬质元件夹具控制气缸同时驱动各层驱动机构的滑块。

在实际生产中，一个产品往往需要将数个元件分先后次序分别焊接，鉴于软联结线容易活动形变，如果过早焊接软联结，则带有软联结的中间体在后期焊接中不易定位使废品率增加，因此优选将软联结焊接放在自动焊接系统的后期完成。因此对于带有软联结夹具的多层机械手来说，就要求配备这样一种硬质元件夹具，该硬质元件夹具可加持由多个元件组成的中间体，如本案所述的复杂中间体：支架42，所述支架是由接线板28、联结板27、双金属片26和弧角25焊接而成的，并且在加持复杂的组合元件的同时还应能与上述软联结夹具配合完成软联结的焊接，为此本发明提供了一种组合元件夹具，该夹具属于硬质元件夹具，它可擅长加持复杂的组合元件的硬质元件部分。所述组合元件夹具至少包括左右分布的两个组合元件夹板51，所述两个组合元件夹板51前端夹持部相对的内侧壁上设有条形的前端直槽511。更优选的实施方式是组合元件夹板51端部设有相向凸起521，在两个组合元件夹板夹紧时，在两个相向凸起521后部、两个组合元件夹板之间形成夹具孔517，每个相向凸起521上设有前端直槽511，所述前端直槽511从第一硬质元件夹板51贯通至夹具孔517。

本发明所述的全自动焊接系统优选采用如下排布方式，在第一转盘1的边缘均匀布置了多个第一多层机械手101，每个第一多层机械手101都包括一个安装架和至少如下所述的三层由硬质元件夹具构成的机械手，其中第一多层机械手第一层硬质元件夹具加持弧角25，第一多层机械手第二层硬质元件夹具加持双金属片26，第一多层机械手第三层硬质元件夹具加持接线板28和联结板27。在第一转盘1旁侧沿第一转盘旋转方向依次布置第一焊接设备7和第二焊接设备10，第一焊接设备7将接线板28和联结板27焊接在一起，第二焊接设备10将联结板27、双金属片26、弧角25进行三合一焊接形成支架42；在第二转盘2的边缘均匀布置多个第二多层机械手102，每个第二多层机械手102都包括一个安装架和至少如下所述的三层机械手，其中第二多层机械手102第一层为加持支架42的硬质元件夹具，优选采用前述组合元件夹具作为第二多层机械手102第一层的硬质元件夹具；第二多层机械手102第二层为加持动触头40的硬质元件夹具，第二多层机械手102第三层为软联结夹具；第二转盘2的旋转方向与第一转盘1相反，在第二转盘2旁侧沿第二转盘旋转方向依次布置第三焊接设备13、第四焊接设备11：第三焊接设备13对支架42、软联结41进行焊接，第四焊接设备11将软联结41与动触头40进行焊接。经第三焊接设备、第四焊接设备焊接后，最终形成由接线板28、联结板27、双金属片26和弧角25、软联结、动触头在内的双金支架系统。

采用本发明所述软联结夹具可适用于机械化流水线生产中的软联结加持，本发明所述的带有软联结夹具的多层机械手，实现了前述软联结夹具与硬质元件夹具有效配合，在自动焊接时也能准确定位软联结及硬质元件的相互位置，保证了软联结与硬质元件的机械化自动焊接的稳定性和可靠性，方便上料下料、拆卸维修方便，体积小巧布局合理。采用了本发明所述的自动焊接系统，可实现对带有软联结的产品的全自动焊接，系统占地面积小、生产速度快，避免了人员在有毒的焊接工作环境的持续工作，并且产品次品率大大降低、产品性能稳定统一。

附图说明

图1是本发明全自动焊接系统一个具体实施例的示意图。

图2是本发明全自动焊接系统的两个转盘传递加持件的示意图。

图3是本发明双金支架自动焊接系统一个具体实施例的设备布置位置图。

图4是本发明双金支架自动焊接系统第一多层机械手的一个具体实施例的结构图。

图5是本发明带有软联结夹具的多层机械手的一个具体实施例的结构示意图。

图6是本发明软联结夹具的一个具体实施例的结构示意图。

图7是本发明带有软联结夹具的多层机械手的一个硬质元件夹具的结构示意图。

图8是本发明带有软联结夹具的多层机械手的组合元件夹具一个具体实施例的结构示意图。

图9是本发明双金支架全自动焊接系统焊接完成的双金属金属支架成品。

图10是本发明带有软联结夹具的多层机械手的一个具体实施例的结构示意图。

图11是不带软联结夹具的多层机械手的结构示意图，它可适用于本发明全自动焊接系统中无需软联结焊接的转盘。

图12是本发明带有软联结夹具的多层机械手的另一个具体实施例的结构示意图。

图13是本发明图12所示组合元件夹具的一个变形实施例结构图。

图14是本发明带软联结夹具、组合元件夹具的多层机械手的一个实施例的结构示意图。

具体实施方式

图1、图2显示了一种全自动焊接系统，包括至少两个转盘，在每个转盘周围至少布放一台焊接设备，在第一转盘1上设置多个第一多层机械手101，在第二转盘2上设置多个第二多层机械手102，所述第一多层机械手101上至少有一层机械手为软联结夹具，或者所述第二多层机械手102上至少有一层机械手为软联结夹具，或者在第一多层机械手101和第二多层机械手102上都设有软联结夹具。优选方案为在第二多层机械手102设有软联结夹具。

焊接双金属支架系统为例，本发明提供了一种具体的双金属支架系统的焊接优选流程，如图3所示的一套双金属支架系统的全自动焊接系统，在第一转盘1上布置了12个三层机械手，即第一多层机械手101，每个第一多层机械手101都包括一个安装架103，且这三层机械手均为硬质元件夹具，其结构如图4、图11所示，其中第一多层机械手第一层硬质元件夹具加持弧角25，第一多层机械手第二层硬质元件夹具加持双金属片26，第一多层机械手第三层硬质元件夹具加持接线板28和联结板27。在第一转盘1旁侧布置2台焊接设备：对于顺时针旋转第一转盘1，在第一转盘1周围沿顺时针方向，依次布放第一焊接设备7和第二焊接设备10，第一焊接设备7将接线板28和联结板27焊接在一起，第二焊接设备10将联结板27、双金属片26、弧角25进行三合一焊接，经第一焊接设备第二焊接设备焊接后形成由接线板28、联结板27、双金属片26和弧角25形成的中间体元件：支架42。

在第二转盘2上布置了12个与第一多层机械手结构不同的三层机械手，即第二多层机械手102，该机械手为带有软联结夹具的多层机械手，其优选结构如图5、图10、图12或图14所示，每个第二多层机械手102都包括一个安装架103，其中：

第二多层机械手第一层为硬质元件夹具，加持的是焊接好的中间体半成品：支架42，本层硬质元件夹具优选所示的能加持复杂元件的硬质元件夹具，如图5、图8、图10、图12-图14所示的结构；所述支架42是这样由第一转盘41移交给第二转盘2的：当携带有支架42的第一多层机械手101旋转至靠近第二转盘2的位置时，第二多层机械手102的一个硬质元件夹具加持支架42，第一多层机械手101释放加持，第二转盘2转动把支架42送入下一个焊接工位。

第二多层机械手第二层为硬质元件夹具，加持的是动触头40，优选采用图7所示的带有斜向底板552和垂直板554的硬质元件夹具；

第二多层机械手102第三层为软联结夹具，加持的是软联结41，其具体结构如图6所示。在第二转盘2旁侧布置至少2台焊接设备，对于顺时针旋转第一转盘1，第二转盘2优选采用逆时针旋转，在第二转盘2周围沿逆时针方向，依次布放第三焊接设备13、第四焊接设备11：第三焊接设备13对支架42、软联结41进行焊接，第四焊接设备11将软联结41与动触头40进行焊接。经第三焊接设备13、第四焊接设备11焊接后，最终形成由接线板28、联结板27、双金属片26和弧角25、软联结、动触头在内的双金支架系统。但本发明不限于以这种顺序摆放机械手，上述夹具排布顺序仅为最优选的摆放方式。

第一转盘1的旋转方向与第二转盘2旋转方向相反，例如第一转盘1逆时针旋转，则第二转盘2顺时针旋转。第一转盘1的旋转方向与第二转盘2同向旋转为变劣的方案。此外，在第一转盘1、第二转盘2周围还布放有多个上料机，如图3所示实施例中，将接线板28、联结板27、双金属片26和弧角25分别放入振动盘5、6、8、9，通过平振输送到第一多层机械手101上，将动触头放入振动盘12，通过软联结上料机将软联结加持到第二多层机械手上。

无论是第一转盘还是第二转盘的多层机械手，其上的每个硬质元件夹具包括两个相对的硬质元件夹板，如图10、图11、图14所示，在硬质元件夹具所在层的安装架103上设有条状滑槽29，每个硬质元件夹具的两个硬质元件夹板通过各自的底板插入条状滑槽并可在条状滑槽内移动，所述条形滑槽优选为长条的燕尾槽，如图10和图11所示。

所述第一转盘的第一多层机械手101的结构，可如图4和图11所示，第一层硬质元件夹具为两个弧角夹板34，每个弧角夹板34都包括如下结构：两个弧角夹板34上设有相对的第一垂直内开前端槽341和相对的第一垂直内开中断槽343，两个弧角夹板34末端通过弧角夹板凸台底板344安装到安装架103的条状滑槽29中。第二层硬质元件夹具为两个双金属片夹板36。第三层硬质元件夹具为两个接线板及联结板夹板38，每个接线板及联结板夹板38都包括如下结构：在接线板及联结板夹板38上设有相对的上开前端槽381和上开中段槽384，所述上开前端槽381具有前端斜面381。

所述第一转盘的第一多层机械手101采用如下硬质元件驱动方式：所述安装架103包括4块横板43，因此每层机械手上下都与一块横板43相邻；在弧角夹板34、双金属片夹板36、接线板及联结板夹板38的底板上设有单边齿条32，所述单边齿条与底板可以是分体或一体成型的；在每个硬质元件夹具所在层均设有一套驱动硬质元件夹具的驱动机构：其一端带有螺纹的滑块50、复位弹簧49和两个枢转安装的齿轮46，每个齿轮46分别与一个底板的单边齿条32啮合，所述两个齿轮46并排放置，所述滑块插入两个齿轮之间，所述齿轮与滑块上的螺纹啮合，所述复位弹簧49作用在滑块50上以使滑块复位。

所述第二转盘的第二多层机械手102的结构，可如图5、图12所示。其中软联接夹具如图6所示，所述软联结夹具包括软联结第一夹板53和软联结第二夹板54，软联结第二夹板54的中部枢转安装在软联结第一夹板53上。所述第一夹板53的上部和所述软联结第二夹板54的上部分别设有软联结加持部；软联结第二夹板54的下部为斜向压板542，在软联结第二夹板54的斜向压板542与软联结第一夹板53的下部之间设有一软联结涨紧弹簧545，软联结夹具通过其底部的软联结涨紧弹簧545将软联结第二夹板54、软联结第一夹板53涨紧，从而使软联结第一夹板53、软联结第二夹板54的夹持部加紧，从而加持软联结41。所述涨紧弹簧还可使用其他形式的弹簧替换，如扭簧等，但优选软联结弹簧为涨紧弹簧。

软联结第一夹板53和软联结第二夹板54之间的枢转安装优选通过以下方式实现：在软联结第二夹板54中部设有带孔的耳型件544，如图所示，所述带孔的耳型件544位于软联结第一夹板53的软联结夹持部与斜向压板54之间，软联结第一夹板53上设有销轴543，软联结第一夹板53上的销轴543伸入耳型件544的孔，使软联结第二夹板54绕软联结第一夹板53的销轴543枢转。

软联结第一夹板53和软联结第二夹板54的软联结夹持部优选采用如下结构：软联结第一夹板53的软联结夹持部包括至少左右两个第一夹板方柱531，在两个第一夹板方柱531之间设有通孔，所述软联结第二夹板54的软联结夹持部包括左右两个第二夹板方柱541，在两个第二夹板方柱541之间设有通孔。第一夹板方柱531与第二夹板方柱541之间采用直槽啮合结构533。如图6所示，所述直槽啮合结构的直槽位于第一夹板方柱531上，啮合齿凸起设置在第二夹板方柱541上；当然，作为另一种实施方式，直槽结合结构的直槽也可位于第二夹板方柱541，啮合齿位于第一夹板方柱531上。软联结第一夹板53或软联结第二夹板54的软联结夹持部也可以是一个加持板，但优选采用两个柱状加持件，所述柱状加持件也可以是圆柱或其他柱形，但最优是方柱。

所述软联结夹具优选采用图6所示方式安装到安装架103上，所述软联结第一夹板53与其底部的基板56垂直，所述基板56与安装架103相连并从安装架103上延伸出来，所述软联结第二夹板54枢转安装在软联结第一夹板53上并位于远离安装架103的一侧。

这种垂直布放的软联结夹具布局合理紧凑，可使多个原件同时进行焊接，在流水线机械生产中能获得更准确的焊接位置，且方便按压操作及拆卸。基板与软联结第一夹板53可以是一体成型的，如图5所示；也可以是分体的，例如一个独立于软联结夹具之外的基板，该基板一端固定在安装加上，软联结第一夹板53垂直安装在该基板上，如图6所示，软联结第一夹板53可以通过其下部的螺钉532垂直固定在基板上(所述基板未画出)。此外所述软联结第一夹板53的基板56可以与安装架103是一体的，也可以是固定安装在安装架103上的，例如通过螺钉固定。

所述多层机械手的软联结夹具可以通过手动方式或自动方式驱动，如图5所示为手动驱动方式，人为按压软联结第二夹板54的斜向压板542，使软联结第二夹板54、软联结第一夹板53的软联结加持部分离。更优选的方式为自动驱动方式，如图12所示，所述多层机械手还配备有软联结夹具控制气缸60b，在软联结夹具控制气缸60b上设有倾斜杆60a，软联结夹具控制气缸60b控制倾斜杆60a上下运动或左右运动以按压软联结第二夹板54的斜向压板542，使软联结夹具两个夹板的软联结夹持部分离，松开软联结41。

所述第二转盘的第二多层机械手102的第一层硬质元件夹具优选采用的是如图8或图13所述的组合元件夹具。

图8所示实施例中，所述组合元件夹具51至少包括左右分布的两个组合元件夹板51，所述两个组合元件夹板51前端夹持部相对的内侧壁上设有条形的前端直槽511，所述两个组合元件夹板51的后端底板524插入到安装架103的条形滑槽内29内，所述两个组合元件夹板51优选采用斜柱516、直柱515来调整夹持部所在的位置。

该层组合元件夹具的另外一个实施例如图13所示，它包括左右分布的两个组合元件夹板51，该机械手可加持多种硬质元件，例如双金属片、弧角等，与其他普通硬质元件夹具不同的是，它尤其适合加持由多个元件焊接成型的复杂的中间体结构，例如支架结构42。所述组合元件夹板51端部设有相向凸起521，在两个第一硬质元件夹板51夹紧时，在两个相向凸起521后部、两个第一硬质元件夹板51之间形成夹具孔517，每个相向凸起521上设有前端直槽511，所述前端直槽511从第一硬质元件夹板51贯通至夹具孔517。作为更优选的方案，所述第一硬质元件夹板51还包括直柱515、直柱515与夹具孔517之间的斜柱516、直柱末端凸台513，所述第一硬质元件夹板51通过螺钉将直柱末端凸台513伸入安装架103的条状滑槽29内，并与驱动机构相连，从而使硬质元件夹具的固定更加稳固。

所述第二转盘的第二多层机械手102，其第二层硬质元件夹具优选采用图7所示的加持动触头40的动触头夹具，它包括两个动触头夹板55，两个动触头夹板55的一端的端面上开有半口551，

所述第二层硬质元件夹具的优选结构如图5所示，包括两个动触头夹板55，动触头夹板55包括斜向底板552和垂直板554，所述斜向底板552沿安装架延展方向斜向伸出；如图7所示的斜向底板552是有一个直向伸出部5541和斜向部5542构成的，直向伸出部和斜向部使斜向底板552整体上沿安装架延展方向斜向伸出。垂直板554的底部垂直安装在斜向底板552的前端，两个第二硬质元件夹板55的夹持部位于垂直板554的顶部。

所述动触头夹板55的夹持部优选采用两个相对的半口551，这种夹持部非常适合加持动触头等类似的硬质元件，也它不仅限于加持动触头，其他硬质元件也属于本专利保护范围，当然如果改用其他类型的夹持部也是可以的，比如在两个第二硬质元件夹板55端部旁侧设加持开口。斜向底板552的末端伸入条形滑槽29与安装架103上的驱动机构相连。

与通常的直伸式夹具不同，本发明图7所示的动触头夹板55中采用了斜向底板552对夹具进行斜置，还采用了垂直板554对夹具进行折弯，从而调整被加持的硬质元件上下左右、前后的位置，使被加持的硬质元件能放置在软联结夹具加持部的一端，从而使焊接点更加准确。当然这种斜置和折弯也可应用在与软联结夹具和/或其他与软联结夹具配合的硬质元件夹具中，例如将第一软联结夹板53垂直于基板，再如图10实施例中软联结基板56上利用折弯抬高软联结夹具的位置使其软联结夹具与其他硬质元件夹具保持平齐，又如图12中硬质元件夹具51通过折弯或斜置把加持部降低至与软联结夹具平齐的位置。

本发明带有软联结夹具的多层机械手，其范围不限于图纸及上述实施例所说明的范围，例如所述软联结夹具的位置不需要必须位于第三层，也可以和第二层的硬质元件夹具的位置调换，或将两个硬质元件夹具的位置互换，但无论怎样换位，都需要保证将两个硬质元件夹具的夹持部分别放置在软联结夹具夹持部的两端临近的区域，例如：一个硬质元件夹具的加持部位位于软联结夹具第一夹板第二夹板的左侧加持方柱附近，另一个硬质元件夹具的加持部位位于软联结夹具第一夹板第二夹板的右侧加持方柱附近。

对于带有软联结夹具的多层机械手，以软联结第一夹板53的夹持部所在方向为X轴正方向，以软联结第一夹板53与夹持部相对的一端为X轴负方向，以垂直于软联结第一夹板53面的方向为Y轴方向，其中以远离安装架103的方向为Y轴正方向，以软联结第一夹板53夹持部左右两端为Z轴方向，多层机械手优选按如下方式布置：以图10所示实施例为例，所述两层硬质元件夹具的底板和软联接夹具的基板在Y轴上的投影距离均大于0，第二层硬质元件夹具的底板和软联接夹具的底板在X轴的投影距离均大于0，第二层硬质元件夹具的底板在Z轴上的投影距离均大于0。当然在其他替代实施例中，也可以第一层硬质元件的底板在X轴的投影距离均大于0，第二层硬质元件夹具的底板在Z轴上的的投影距离均大于0，或者第一层硬质元件的底板在Y轴的投影距离均大于0，第二层硬质元件夹具的底板在Z轴上的投影距离均大于0。无论是哪种布置只要保证满足如下投影位置关系即可：在所述两层硬质元件夹具的底板和软联接夹具的基板在Y轴上的投影距离均大于0，在所述两层硬质元件夹具的底板中，至少有一个底板在X轴上的投影距离大于0，在所述两层硬质元件夹具的底板中，至少有一个底板在Z轴上的投影距离大于0。

如图5所示实施例中，第二转盘的第二多层机械手102采用了如下硬质元件驱动方式和安装架结构：所述安装架103包括横板43，有的还包括纵板。每层机械手都设有至少一层横板43,在每个硬质元件夹具所在层均设有一套驱动硬质元件夹具的驱动机构；两层硬质元件夹具的每个硬质元件夹板的底板均伸入安装架103的条形滑槽内，所述条形滑槽优选采用燕尾槽，在安装架内的每个底板上设有单边齿条32，硬质元件夹具的驱动机构包括：一端带有螺纹的滑块50、复位弹簧49和两个枢转安装的齿轮46，每个齿轮分别与一个底板的单边齿条啮合，所述两个齿轮46并排放置，所述滑块50插入两个齿轮46之间，所述齿轮46与滑块50上的螺纹啮合，所述复位弹簧作用在滑块上以使滑块复位。其中，单边齿条可以是独立元件，也可以是底板的一部分。

为了适应多种不同类型的硬质元件夹具，本发明还提供了一种优选驱动机构和安装架103，如图12显示了第二转盘的第二多层机械手102的驱动结构。三层机械手每层都设有至少一层横板43，所述安装架103在硬质元件夹具所在层还设有左右两个纵板44以安装驱动机构，在硬质元件夹具层均设有一套驱动机构。硬质元件夹具位于第一层和第二层，因此在这两层均设有左右纵板44。每层的驱动机构均包括滑块50、两个驱动机构压板451、压板固定枢轴471、压板初始弹簧461，至少有一个驱动机构压板451枢转安装在压板固定枢轴471上，所述压板固定枢轴471固定安装在安装架103的横板43上且压板固定枢轴471位于驱动机构压板451的中部，该两个驱动机构压板451的一端分别与硬质元件夹具的两个夹板连接，另一端接受滑块的触碰；该驱动机构压板451与安装架103的纵板44之间设有压板初始弹簧461，所述压板初始弹簧461优选位于靠近硬质元件夹具夹板的一侧。当推动滑动50时，滑块50触碰两个驱动机构压板451使两个驱动机构压板451的被触碰端分离，从而带动两个驱动机构压板451另一端的硬质元件夹具的夹板闭合夹紧，当滑块50退回与驱动机构压板451分离时，两个驱动机构压板451在压板初始弹簧461的按压下复位，硬质元件夹具的夹板取消加持。

对于图12所示实施例，所述硬质元件夹具的驱动机构可以是不对称的，例如只有一个驱动机构压板451枢转安装在压板固定枢轴471上，另一个是固定安装在安装架横板43上的。作为更优选的实施方式如图2所示，所述硬质元件夹具的驱动机构是对称设置的，此时具有两个压板固定枢轴471和两个压板初始弹簧461，两个驱动机构压板451分别枢转安装在一个压板固定枢轴471上，并通过各自的压板初始弹簧461进行复位。

所述滑块可以是人为手动控制进行滑动的，也可以采用气缸自动控制，例如在安装架103旁设置一个硬质元件夹具控制气缸(图中未示出)，所述硬质元件夹具控制气缸为多层顶杆气缸，同时驱动各层驱动机构，使各层硬质元件夹具在同一时间释放或夹紧。

为了使驱动装置更加灵敏和准确，在所述滑块50远离驱动机构压板451的一侧设有驱动弹簧49，通过驱动弹簧49使驱动机构压板451加速运动；另外，在驱动机构压板451靠近滑块50的一端设有台阶圆柱48以接受滑块的压力，台阶圆柱48使驱动装置的操作更加准确和稳定。

准确和稳定分离结构可设计为：在驱动机构压板451靠近开有内孔的滑块50的对称V型触角、接受来自滑块的右端气缸杆的顶压实现对每个硬质元件夹板的张开，实现松开硬质元件；在右端气缸杆复位后，两个驱动机构压板451和滑块分别依靠弹簧实施硬质元件的夹紧、及滑块的后退复位；滑块(49)沿着滑块前后滑动。

Claims (22)

1.一种多层机械手，包括安装机械手的安装架(103)，其特征在于：

在所述安装架(103)上设置至少两层机械手，至少有一层机械手为硬质元件夹具。

2.根据权利要求1所述的多层机械手，其特征在于：

所述每个硬质元件夹具包括两个相对的硬质元件夹板，在硬质元件夹具所在层的安装架(103)上设有条状滑槽，每个硬质元件夹具的两个硬质元件夹板通过各自的底板插入条状滑槽并可在条状滑槽内移动。

3.根据权利要求1所述的多层机械手，其特征在于：

在所述安装架(103)上至少有一层机械手为软联结夹具，

所述软联结夹具包括软联结第一夹板(53)和软联结第二夹板(54)软联结第二夹板(54)的中部枢转安装在软联结第一夹板(53)上；所述第一夹板(53)的上部和所述软联结第二夹板(54)的上部分别设有软联结加持部；软联结第二夹板(54)的下部为斜向压板(542)，软联结第二夹板(54)通过软联结弹簧(545)压靠在软联结第一夹板(53)上；所述软联结第一夹板(53)通过底部的基板固定在安装架（103）上。

4.根据权利要求3所述的多层机械手，其特征在于：

软联结第一夹板(53）的软联结夹持部包括至少左右两个第一夹板方柱（531），在两个第一夹板方柱(531)之间设有通孔，所述软联结第二夹板(54)的软联结夹持部包括左右两个第二夹板方柱(541)，在两个第二夹板方柱(541)之间设有通孔;第一夹板方柱(531)与第二夹板方柱(541)之间采用直槽啮合结构(533)。

5.根据权利要求3所述的多层机械手，其特征在于：

在软联结第二夹板（54）中部设有带孔的耳型件（544），软联结第一夹板（53）上设有销轴（543），软联结第一夹板（53）上的销轴（543）伸入耳型件（544）的孔。

6.根据权利要求3所述的多层机械手，其特征在于：

所述软联结弹簧（545）采用涨紧弹簧，所述涨紧弹簧位于软联结第二夹板(54)的斜向压板(542)与软联结第一夹板(53)的下部之间。

7.根据权利要求3所述的多层机械手，其特征在于：

所述安装架(103)上至少设有三层机械手，在这三层机械手中，至少有两层机械手为硬质元件夹具，另外一层机械手是软联结夹具；其中一层硬质元件夹具的加持部位于软联结第一夹板(53)和软联结第二夹板(54)夹持部一端的临近区域，另一层硬质元件夹具的加持部位于软联结第一夹板(53)和软联结第二夹板(54)夹持部另一端的临近区域。

8.根据权利要求7所述的多层机械手，其特征在于：

以软联结第一夹板(53)的夹持部所在方向为X轴正方向，以软联结第一夹板(53)与夹持部相对的一端为X轴负方向，以垂直于软联结第一夹板(53)面的方向为Y轴方向，其中以远离安装架(103)的方向为Y轴正方向，以软联结第一夹板(53)夹持部左右两端为Z轴方向，所述两层硬质元件夹具、软联结夹具采用如下布置方式：软联结第一夹板(53)通过基板(56)从安装架(103)上伸出，每个硬质元件夹分别通过各自的底板从安装架(103)上伸出；在所述两层硬质元件夹具的底板和软联接夹具的基板在Y轴上的投影距离均大于0，在所述两层硬质元件夹具的底板中，至少有一个底板在X轴上的投影距离大于0，在所述两层硬质元件夹具的底板中，至少有一个底板在Z轴上的投影距离大于0。

9.根据权利要求3所述的多层机械手，其特征在于：

所述软联结第一夹板(53)与其底部的基板(56)垂直，所述基板(56)与安装架(103)相连并从安装架（103）上延伸出来，所述软联结第二夹板(54)枢转安装在软联结第一夹板(53)上并位于远离安装架(103)的一侧。

10.根据权利要求3所述的多层机械手，其特征在于：

所述多层机械手还配有软联结夹具控制气缸(60b)，在软联结夹具控制气缸(60b)上设有倾斜杆(60a)，软联结夹具控制气缸(60b)控制倾斜杆(60a)动作以按压软联结第二夹板(54)的斜向压板(542)。

11.根据权利要求2所述的多层机械手，其特征在于：

所述安装架(103)包括横板(43)，每层机械手都设有至少一层横板(43),在每个硬质元件夹具所在层均设有一套驱动硬质元件夹具的驱动机构；

在安装架内的每个底板上设有单边齿条，硬质元件夹具的驱动机构包括：

一端带有螺纹的滑块、复位弹簧和两个枢转安装的齿轮，每个齿轮分别与一个底板的单边齿条啮合，所述两个齿轮并排放置，所述滑块插入两个齿轮之间，所述齿轮与滑块上的螺纹啮合，所述复位弹簧作用在滑块上以使滑块复位。

12.根据权利要求2所述的多层机械手，其特征在于：

所述安装架(103)由横板(43)和纵板(44)构成，每层机械手都设有至少一层横板(43),在每个硬质元件夹具所在层均设有一套驱动硬质元件夹具的驱动机构；

每套驱动机构均包括两个驱动机构压板(451)、压板固定枢轴(471)、压板初始弹簧(461)和滑块(50)，至少有一个驱动机构压板(451)枢转安装在压板固定枢轴(471)上，所述压板固定枢轴(471)固定安装在安装架(103)的横板(43)上且压板固定枢轴(471)位于驱动机构压板(451)的中部，该两个驱动机构压板(451)的一端分别与硬质元件夹具的两个夹板之一的底板连接，驱动机构压板(451)另一端接受滑块的触碰；该驱动机构压板(451)与安装架的纵板(44)之间设有压板初始弹簧(461)。

13.根据权利要求12所述的多层机械手，其特征在于：

所述滑块（50）远离驱动机构压板（451）的一侧套设有驱动弹簧（49）；在驱动机构压板(451)靠近滑块(50)的一端设有台阶圆柱(49)接受滑块触压。

14.根据权利要求2或11或12或13所述的多层机械手，其特征在于：所述多层机械手的硬质元件夹具至少为两层，硬质元件夹具控制气缸为多层顶杆气缸，通过一个硬质元件夹具控制气缸同时驱动各层驱动机构的滑块。

15.根据权利要求2所述的多层机械手，其特征在于：所述条形滑槽是条形的燕尾槽。

16.根据权利要求2所述的多层机械手，其特征在于：

在所述硬质元件夹具中至少有一个是组合元件夹具，所述组合元件夹具至少包括左右分布的两个组合元件夹板(51)，所述两个组合元件夹板(51)前端夹持部相对的内侧壁上设有条形的前端直槽(511)。

17.根据权利要求16所述的多层机械手，其特征在于：

至少有一个组合元件夹板（51）端部设有相向凸起（521），在两个组合元件夹板（51）夹紧时，在两个相向凸起（521）后部、两个组合元件夹板（51）之间形成夹具孔（517），每个相向凸起（521）上设有前端直槽（511），所述前端直槽(511)从组合元件夹板51贯通至夹具孔(517)。

18.一种全自动焊接系统，包括第一转盘(1)、第二转盘(2)，在每个转盘周围至少布放一台焊接设备，其特征在于：

在第一转盘(1)上设置有第一多层机械手(101)，在第二转盘(2)上有第二多层机械手(102)；所述第二多层机械手(102)为如权利要求1-17所述的多层机械手，和/或所述第一多层机械手(101)为如权利要求1-17所述的多层机械手。

19.根据权利要求18所述的全自动焊接系统，其特征在于：

在第一转盘(1)的边缘均匀布置了多个第一多层机械手(101)，每个第一多层机械手(101)都包括一个安装架和至少如下所述的三层由硬质元件夹具构成的机械手，其中第一多层机械手第一层硬质元件夹具加持弧角(25)，第一多层机械手第二层硬质元件夹具加持双金属片(26)，第一多层机械手第三层硬质元件夹具加持接线板(28)和联结板(27)；

在第一转盘(1)旁侧沿第一转盘旋转方向依次布置第一焊接设备(7)和第二焊接设备(10)，第一焊接设备(7)将接线板(28)和联结板(27)焊接在一起，第二焊接设备(10)将联结板(27)、双金属片(26)、弧角(25)进行三合一焊接形成支架(42)；

在第二转盘(2)的边缘均匀布置多个第二多层机械手(102)，每个第二多层机械手(102)均为一个独立的多层机械手，所述第二多层机械手(102)都包括一个安装架和至少如下所述的三层机械手，其中第二多层机械手(102)第一层为加持支架(42)的硬质元件夹具；

第二多层机械手(102)第二层为加持动触头(40)的硬质元件夹具，第二多层机械手(102)第三层为软联结夹具；第二转盘(2)的旋转方向与第一转盘(1)相反，在第二转盘(2)旁侧沿第二转盘旋转方向依次布置第三焊接设备(13)、第四焊接设备(11)：第三焊接设备(13)对支架(42)、软联结(41)进行焊接，第四焊接设备(11)将软联结(41)与动触头(40)进行焊接。

20.根据权利要求18所述的全自动焊接系统，其特征在于：

所述第一多层机械手(101)和/或第二多层机械手(102)的硬质元件夹具中，至少一个硬质元件夹具采用如下结构：在两个夹板(34)上设有相对的第一垂直内开前端槽(341)和相对的第一垂直内开中断槽(343)，两个夹板(34)末端通过夹板凸台底板(344)安装到安装架(103)的条状滑槽(29)中。

21.根据权利要求18所述的全自动焊接系统，其特征在于：

所述第一多层机械手(101)和/或第二多层机械手(102)的硬质元件夹具中，至少一个硬质元件夹具采用如下结构：在两个夹板(38)上设有相对的上开前端槽(381)和上开中段槽(384)，所述上开前端槽(381)具有前端斜面(381)。

22.根据权利要求18所述的全自动焊接系统，其特征在于：

所述第一多层机械手(101)和/或第二多层机械手(102)的硬质元件夹具中，至少一个硬质元件夹具采用如下结构：两个夹板(55)，夹板(55)包括斜向底板(552)和垂直板(554)，所述斜向底板(552)沿安装架延展方向斜向伸出；斜向底板(554)是有一个直向伸出部(5541)和斜向部(5542)构成的，直向伸出部和斜向部使斜向底板(552)整体上沿安装架延展方向斜向伸出；垂直板(554)的底部垂直安装在斜向底板(552)的前端，夹板(55)的夹持部位于垂直板(554)的顶部。