CN105234954A - 一种搬运机械抓手 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种搬运机械抓手，包括门架、调整机构、气动系统和控制系统，调整机构包括平移机构和旋转机构，所述平移机构设置于门架顶部，平移机构下端设有提升气缸，通过提升气缸与旋转机构上端连接，旋转机构下端设置有爪具，爪具上设有吸盘，通过吸盘吸取门架下方的工件；气动系统内设有真空发生器，气动系统提供气源，通过真空发生器产生真空为爪具上的吸盘提供吸力；控制系统控制平移机构、提升气缸和旋转机构运动；通过吸盘吸取门架下方的工件；通过平移机构、提升气缸和旋转机构组合使本设备具有6自由度动作机械抓手，能够完成精确的搬运、装配的工作替代人工繁重的劳动，减轻了工作强度，提高了效率。

Description

一种搬运机械抓手

技术领域

本发明涉及生产线上工件搬运技术领域，具体涉及一种搬运机械抓手。

背景技术

目前，空调家电类产品要严格控制成本，但现有的人工成本越来越高，需要降低在线人数提高自动化水平，这样在保证生产质量的同时，在现有的生产线的环节中提高自动化水平，起到降低成本提高效率的作用，尤其是在搬运等重复性体力劳动时更是急需一种能够精确定位的搬运设备，并且能够承担一定跨距的搬运工作。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，针对现有技术存在的上述缺陷，提供了一种搬运机械抓手，具有6自由度动作机械抓手，能够完成精确的搬运、装配的工作替代人工繁重的劳动，减轻了工作强度，提高了效率。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种搬运机械抓手，包括门架、调整机构、气动系统和控制系统；

其中，所述调整机构包括平移机构和旋转机构，所述平移机构设置于门架顶部，平移机构下端设有提升气缸，通过提升气缸与旋转机构上端连接，旋转机构下端设置有爪具，爪具上设有吸盘，通过吸盘吸取门架下方的工件；

所述气动系统内设有真空发生器，气动系统提供气源，通过真空发生器产生真空为爪具上的吸盘提供吸力；

所述控制系统控制平移机构、提升气缸和旋转机构运动。

接上述技术方案，所述平移机构包括导轨、滑块和平移气缸，导轨设置于门架顶部，导轨上设有滑块，平移气缸一端与滑块连接，平移气缸另一端与门架连接，平移气缸推动滑块沿导轨移动。

接上述技术方案，所述平移机构还包括定滑轮组、动滑轮组和钢丝绳，定滑轮组固定设置于门架顶部两端，动滑轮组设置于门架顶部中间，与平移气缸一端连接，平移气缸的另一端与门架连接，钢丝绳一端与门架一端连接，钢丝绳另一端绕动滑轮组与定滑轮组并沿导轨布置与门架另一端连接，滑块设置于导轨上与钢丝绳中段连接，平移气缸通过推动动滑轮带动钢丝绳使滑块沿导轨移动。接上述技术方案，所述平移气缸和提升气缸的行程两端均设有磁性限位开关。

接上述技术方案，所述旋转机构为齿轮齿条式摆动台。

接上述技术方案，所述爪具还包括多个支腿，支腿为弧形，多个支腿之间通过弧顶设置的撑杆连接，撑杆上端与齿轮齿条式摆台的下端连接，吸盘设置于支腿两端。

接上述技术方案，所述支腿个数为两个，每个支腿上设有两个吸盘。

接上述技术方案，所述吸盘为弹簧缓冲式吸盘。

接上述技术方案，所述提升气缸为锁紧气缸。

本发明具有以下有益效果：

1、通过吸盘吸取门架下方的工件；通过平移机构、提升气缸和旋转机构组合使本设备具有6自由度动作机械抓手，能够完成精确的搬运、装配的工作替代人工繁重的劳动，减轻了工作强度，提高了效率。

2、通过定滑轮组、动滑轮组合钢丝绳的组合使机械抓手平行移动行程距离是平移缸缸杆伸出距离的2n(n为动滑轮组个数)，此结构弥补平移缸行程短的缺点。

附图说明

图1是本发明搬运机械抓手的立体结构示意图；

图2是本发明搬运机械抓手的主视图；

图3是图2的俯视图；

图4是本发明搬运机械抓手中平移装置的主视图；

图5是图4的俯视图；

图6是本发明搬运机械抓手中爪具的主视图；

图7是图6的俯视图；

图8是本发明搬运机械抓手气动原理图；

图中，1-门架，2-定滑轮组，3-平移气缸，4-动滑轮组，5-钢丝绳，6-滑块，7-提升气缸，8-齿轮齿条式摆动台，9-爪具，10-吸盘，11-空调面板，12-流水线，13-装配流水线，14-支腿。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。

参照图1～图2所示，本发明提供的一个实施例中搬运机械抓手，包括门架1、调整机构、气动系统和控制系统，

调整机构包括平移机构和旋转机构，平移机构设置于门架1顶部，平移机构下端设有提升气缸7，通过提升气缸7与旋转机构上端连接，旋转机构下端设置有爪具9，爪具9上设有吸盘10，通过吸盘10吸取门架1下方的工件；平移机构用来运载爪具9及工件的左右移动，通过平移机构、提升气缸和旋转机构组合使本设备具有6自由度动作机械抓手，能够完成精确的搬运、装配的工作替代人工繁重的劳动；

气动系统内设有真空发生器，气动系统提供气源，通过真空发生器产生真空为爪具9上的吸盘10提供吸力；真空发生器用于控制爪具9的吸盘10抓取与释放，抓取时真空压力达到设定值，工件与爪具9切合牢固，可以装配，到达释放位置，破坏真空，完成装配；

控制系统控制平移机构、提升气缸7和旋转机构运动。

进一步，平移机构包括导轨、滑块6、平移气缸3，导轨设置于门架顶部，导轨上设有滑块6，平移气缸3一端与滑块6连接，平移气缸3另一端与门架1连接，平移气缸3推动滑块6沿导轨移动。

进一步，平移机构还包括定滑轮组2、动滑轮组4(实施例中可为两组动滑轮构成)和钢丝绳5，定滑轮组2固定设置于门架1顶部两端，动滑轮组4设置于门架1顶部中间，与平移气缸3一端连接，平移气缸3的另一端与门架1连接，钢丝绳5一端与门架1一端连接，钢丝绳5另一端绕定滑轮组2与动滑轮组4并沿导轨布置与门架1另一端连接，滑块6设置于导轨上与钢丝绳5中段连接，平移气缸3通过推动动滑轮组4带动钢丝绳5使滑块6沿导轨移动；根据动滑轮原理，通过定滑轮组2、动滑轮组4合钢丝绳5的组合使机械抓手平行移动行程距离是平移气缸3活塞杆伸出距离的2n(n为动滑轮组个数)，此结构弥补平移气缸3行程短的缺点。

进一步，动滑轮组4个数为两个。

进一步，钢丝绳5可选择同步带替换。

进一步，平移气缸3和提升气缸7的行程两端均设有磁性限位开关，自动控制系统通过判断限位条件，实现实时监控、运行控制和安全保护，控制系统通过磁性限位开关判断平移气缸3使机械抓手左右移动的到位状态和提升气缸7使机械抓手上下移动到位的状态。

进一步，旋转机构为齿轮齿条式摆动台8，齿轮齿条式摆台8用于爪具9旋转，行程处装有两个磁性限位开关；齿轮齿条式摆台8带有角度调整螺钉，设置摆动角度范围，控制工件旋转符合生产线需要的角度。

进一步，爪具9还包括多个支腿14，支腿14为弧形，多个支腿14之间通过弧顶设置的撑杆连接，撑杆上端与齿轮齿条式摆台8的下端连接，吸盘10设置于支腿14两端；本发明提供的一个实施例中工件为空调面板11，由于空调面板11外形为圆弧状，常规支腿、吸盘结构不易贴合面板，将支腿14设计成弧形并在支腿14两端上安装有弹簧缓冲式吸盘10，如图6-7所示，爪具9的关节具有导向结构，与空调面板11对接过程实现柔性贴合，加强了自适应能力，便于与弧形面板接触，并保护其涂层完整。

进一步，支腿14个数为两个，每个支腿14上设有两个吸盘10。

进一步，吸盘10为弹簧缓冲式吸盘，具有柔性接触特性。

进一步，提升气缸7为锁紧气缸，防止载荷搬运过程中受重力影响，防止工件下滑。

进一步，平移气缸3、提升气缸7和齿轮齿条式摆台8均采用出气节流调速，在排气接口安装速度控制阀，实现速度控制。

本发明的提供的一个实施例中，工件为空调面板11，根据实际工位操作需求，设置抓取旋钮和释放旋钮；在工作起始点，拨动抓取旋钮，空调面板11将被移动至释放工位；拨动释放按钮，完成空调面板11与装配流水线13上的底座装配，之后自动回起始点，等待下次操作指令。

如图8所示，平移气缸3定义为A，与平移气缸3配置的电磁阀定义为1DT，提升气缸7定义为B，与提升气缸7配置电磁阀定义为2DT，齿轮齿条式摆台8定义为C，与齿轮齿条式摆台8配置的电磁阀为3DT，真空发生器定义为D，与真空发生器配置的电磁阀为4DT和5DT。

搬运机械抓手装配空调面板11动作过程：

抓取过程：

1)抓取旋钮置位，电磁阀2DT通电，提升气缸7向下移至下极限位；

2)电磁阀4DT通电，爪具9吸盘抓取空调面板11；

3)电磁阀2DT失电，提升气缸7向上移至上极限位；

4)电磁阀1DT通电，平移气缸3向右移至右极限位，电磁阀3DT通电，齿轮齿条式摆台8顺时针摆动至右极限位；

5)等待下一步指令。

释放过程：

1)释放旋钮置位，电磁阀2DT通电，提升气缸向下移至下极限位；

2)电磁阀5DT通电，爪具9吸盘释放空调面板11；

3)电磁阀2DT失电，提升气缸7向上移至上极限位；

4)电磁阀1DT失电，平移气缸3向左移至左极限位，电磁阀3DT失电，齿轮齿条式摆动台逆时针摆动至右极限位；

5)机械抓手回到工作起始点，电磁阀1DT、2DT、3DT、4DT、5DT复位清零。

本发明提供的一个实施例中，对搬运机械抓手进行测试：

在实际工况下测试机械手如，经测量空调面板11左右移动移动距离2000mm，提升下降距离范围350mm，水平旋转角度0°至75°；搬运机械抓手气动系统压力稳定在0.7MPa，通过节流阻尼螺钉调整保证抓具移动迅速且运行平稳，平移气缸3、提升气缸7的活塞杆伸出速度保持在500～550mm/s，齿轮齿条式摆台8稳定摆动时间范围1s/90°；空调面板11自重5Kg左右，真空发生器设定压力开关为-40Kpa，4个吸盘抓取合力远大于空调面板11重力，保证搬运过程无脱落可能。测试结果表明：搬运机械抓手装配工序周期18s，移动快速平稳，操作简单，精减工位，提高效率；搬运机械抓手成功将生产线中装配空调面板11工位工人人数由3人减少为1人，工人操作搬运机械抓手运行取代繁重体力。

结合实际工况研制的辅助装配的搬运机械抓手，经试验满足工况要求，气源经过过滤减压阀送入气动系统保证压力稳定，S7-200作为控制器稳定性高，SMC伸缩气缸和齿轮齿条式摆台8满足所需6自由度的快速移动要求。在实际生产环节，本搬运机械抓手装配过程达到20s内工序节拍要求，实现面板与对接机座装配。在本设计中，移动滑轮组使短行程气缸完成大跨距工况，爪具9的支腿14与吸盘10的改良实现机械手与面板柔性贴合，程序设计采用逻辑结构，方便维护，拓展性高。

以上的仅为本发明的较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等效变化，仍属本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种搬运机械抓手，其特征在于，包括门架、调整机构、气动系统和控制系统；其中，

所述调整机构包括平移机构和旋转机构，所述平移机构设置于门架顶部，平移机构下端设有提升气缸，通过提升气缸与旋转机构上端连接，旋转机构下端设置有爪具，爪具上设有吸盘，通过吸盘吸取门架下方的工件；

所述气动系统内设有真空发生器，气动系统提供气源，通过真空发生器产生真空为爪具上的吸盘提供吸力；

所述控制系统控制平移机构、提升气缸和旋转机构运动。

2.根据权利要求1所述的搬运机械抓手，其特征在于，所述平移机构包括导轨、滑块和平移气缸，导轨设置于门架顶部，导轨上设有滑块，平移气缸一端与滑块连接，平移气缸另一端与门架连接，平移气缸推动滑块沿导轨移动。

3.根据权利要求2所述的搬运机械抓手，其特征在于，所述平移机构还包括定滑轮组、动滑轮组和钢丝绳，定滑轮组固定设置于门架顶部两端，动滑轮组设置于门架顶部中间，与平移气缸一端连接，平移气缸的另一端与门架连接，钢丝绳一端与门架一端连接，钢丝绳另一端绕动滑轮组与定滑轮组并沿导轨布置与门架另一端连接，滑块设置于导轨上与钢丝绳中段连接，平移气缸通过推动动滑轮带动钢丝绳使滑块沿导轨移动。

4.根据权利要求3所述的搬运机械抓手，其特征在于，所述平移气缸和提升气缸的行程两端均设有磁性限位开关。

5.根据权利要求1所述的搬运机械抓手，其特征在于，所述旋转机构为齿轮齿条式摆动台。

6.根据权利要求1所述的搬运机械抓手，其特征在于，所述爪具还包括多个支腿，支腿为弧形，多个支腿之间通过弧顶设置的撑杆连接，撑杆上端与齿轮齿条式摆台的下端连接，吸盘设置于支腿两端。

7.根据权利要求7所述的搬运机械抓手，其特征在于，所述支腿个数为两个，每个支腿上设有两个吸盘。

8.根据权利要求1所述的搬运机械抓手，其特征在于，所述吸盘为弹簧缓冲式吸盘。

9.根据权利要求1所述的搬运机械抓手，其特征在于，所述提升气缸为锁紧气缸。