CN106737573A - 一种用于夹取卷料盘的机械手 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于夹取卷料盘的机械手，包括一端具有开口的壳体，所述壳体的底板的端部朝向开口外侧延伸，所述壳体内设有夹取组件，所述夹取组件包括上动板和驱动单元，所述上动板能够相对所述壳体的底板纵向移动，所述驱动单元用于驱动所述上动板纵向移动，包括与所述上动板连接的滑动块、垂直设置在所述底板上供所述滑动块纵向移动的导柱，以及驱动所述滑动块沿所述导柱纵向移动的驱动装置。本发明至少有以下优点：该机械手体积小、结构紧凑、定位精度高、动作迅速，可实现对卷料盘的准确快速抓取，通过搭载有多自由度机械臂的自主导航车配合使用，可完成卷料盘的整个运输和收集工作。
Description
技术领域
本发明涉及机械手技术领域，尤其涉及一种用于夹取卷料盘的机械手。
背景技术
随着目前国内外工业科技水平的迅猛发展，传统工业逐渐向自动化、智能化为特征的现代化工业方向转型，机械手在机械加工制造、仓储物流、半导体制造装配等诸多行业领域的应用也越来越广泛。机械手的应用和人工作业最大的区别在于，机械手具备较高的准确性、灵活性和耐力性，作业方面基本不会受到周围环境中不确定因素的影响而出现的误操作现象，即使在作业空间有限的情况下，依然能够长时间高效可靠地进行工作。在工厂的实际生产中，机械手的应用极大程度地提高了生产过程中的自动化水平，在提升生产效率方面也效果显著。现代化的加工制造业促进了机械手所采用的核心零部件性能的大幅度提升，即使在极端恶劣的作业环境中，机械手也能够正常进行作业。机械手灵活准确的操作模式使其完全能够代替人力，高效可靠地作业，大大减轻了人工劳动强度，同时也可以保证产品的加工质量和加工生产过程中的安全性能。
目前在半导体行业领域，为了加快集成芯片的贴装速度，通常会先将集成芯片封装在弹性胶带上支撑料带，再将该料带绕在圆形卷料盘上形成预贴装卷料盘。在集成芯片实际贴装时，在贴装设备的一侧将预贴装卷料盘上的料带放出，绕经贴装设备后完成贴装工艺，最后通过卷料机将其绕在设备的另一侧的空卷料盘上，完成整个集成芯片贴装的工艺流程。在整个工艺流程中，在将预贴装卷料盘运送到贴装设备处、卷料盘在完成卷料之后放在卷料盘收集盒中以及收集盒收集满在成批搬运到成品存放区的过程中，存在着卷料盘的运送和收集问题。目前通常的做法是通过人工直接将预贴装卷料盘成批运送到贴片机工位，也是通过人工将贴装完的卷料盘集中摆放在卷料盘收集盒中再成批运走。卷料机完成卷料并将卷料盘送出，人工拾取卷料盘再摆放，然后继续等待卷料机送出卷料盘。采用人工作业的方式搬运卷料盘和在贴装时收集卷料盘，该作业过程较为单一且重复次数较多，长时间工作容易造成疲劳，降低工作效率甚至会导致人工的误操作。对于现代化工厂而言，随着自动化水平的提高，从提高工厂的实际生产效率以及保证产品在生产过程中的安全性考虑，这种人工作业方式所潜在的安全隐患必须引起重视并加以改进。
有鉴于上述的缺陷，本设计人，积极加以研究创新，以期创设一种用于夹取卷料盘的机械手，使其更具有工业生产中的利用价值。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明目的在于提供一种用于夹取卷料盘的机械手，以解决现有技术中生产效率低、人工劳动强度大、安全系数低的问题。
本发明的一种用于夹取卷料盘的机械手，包括一端具有开口的壳体，所述壳体的底板的端部朝向开口外侧延伸，所述壳体内设有夹取组件，所述夹取组件包括
-上动板，其端部伸出所述开口，且能够相对所述壳体的底板纵向移动；
-驱动单元，用于驱动所述上动板纵向移动，包括与所述上动板连接的滑动块、垂直设置在所述底板上供所述滑动块纵向移动的导柱，以及驱动所述滑动块沿所述导柱纵向移动的驱动装置。
进一步地，所述壳体上还设有检测所述机械手位置的视觉传感器，所述视觉传感器通过定位块安装在所述壳体上的定位槽上。
进一步地，所述驱动装置包括电机、与所述电机连接的减速器、设置在减速器输出端的齿轮，所述齿轮啮合有齿条，所述齿条安装在所述滑动块上。
进一步地，所述驱动装置还包括与所述电机连接的编码器和与所述编码器、电机电性连接的控制器。
进一步地，所述底板上还设有与所述减速器连接、能够调整所述齿轮与齿条中心距的支撑法兰，所述支撑法兰上设有腰形槽，所述支撑法兰通过螺钉穿过所述腰形槽与所述底板连接。
进一步地，所述导柱端部设有对所述滑动块进行限位的限位挡片。
进一步地，所述滑动块上设有光电传感器，所述底板上设有在所述滑动块移动至限制位置或零点位置时遮挡所述光电传感器的光线挡片。
进一步地，所述滑动块贯穿有直线轴承，所述直线轴承与所述导柱滑动连接。
进一步地，所述底板端部设有两朝向其延伸方向的叉片，两所述叉片的端部逐渐变薄。
进一步地，所述上动板上设有能够伸入卷料盘中心孔内的锥形定位件。
进一步地，所述壳体上还设有用于连接多自由机械手臂的转接法兰。
进一步地，所述壳体还包括前封板和后封板，所述前封板采用钣金结构，所述后封板采用机加件。
借由上述方案，本发明至少具有以下优点：
1、通过设置有齿轮和齿条啮合，将减速器的转动转换为齿条的直线运动，齿条带动滑动块、上动板做往复直线运动，该传动方式简单易行，可靠性强，且可以使机械手的结构变得更加紧凑，便于实现机械手的小型化；
2、通过设置有视觉传感器，利用视觉传感器可获取机械手相对于卷料盘放置点的相对位置信息，确保机械手能准确到达卷料盘取放点位置，减小甚至可消除位置偏差的影响，有效避免了机械手直接碰撞到载物台上的非抓取点，而造成碰坏卷料盘、使机械手受到刚性撞击受损等现象的发生；
3、通过设置有电机和减速器，采用电机驱动的方式，通过利用编码器的实时反馈，可实现对电机的转速和转角进行精确的调控，经减速器和齿轮齿条的啮合，最终实现机械手的开合动作，开合行程的精度进而也可以得到保证；
4、通过设置有光电传感器，机械手采用光电传感器作为其执行闭合动作时的软限位，避免了运动部件发生碰撞，保证了机构运动时的安全性，同时在机械手上电时，作为标志机构的机械零位，保证了机械手动作时运动位置的确定性；
5、通过设置有上动板，上动板的中央部位设有腰形孔，其外形的设计使其整体重心偏向后方，不但降低了自身重量，同时有助于减小其运动时的惯性，防止产生较大的震颤变形。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
图1是本发明的整体外观示意图；
图2是本发明的内部结构示意图；
图3是本发明的整体结构爆炸示意图；
图4是本发明的前封板的结构示意图；
图5是本发明的后封板的结构示意图；
图6是本发明的底板的结构示意图；
图7是本发明的滑动块与导杆构成动连接处的剖视图；
图8是本发明的滑动块结构示意图；
图9是本发明的上动板结构示意图；
图10是本发明的机械手与多自由度机械臂的安装示意图。
以上附图中：1、壳体；2、上动板；3、底板；4、滑动块；5、导柱；6、视觉传感器；7、定位块；8、定位槽；9、电机；10、减速器；11、齿轮；12、齿条；13、编码器；14、控制器；15、支撑法兰；16、腰形槽；17、限位挡片；18、光电传感器；19、光线挡片；20、直线轴承；21、叉片；22、定位件；23、转接法兰；24、前封板；25、后封板；26、开口；27、垫块。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
结合图1至图10所示，本发明的本发明的一种用于夹取卷料盘的机械手，包括一端具有开口26的壳体1，所述壳体1的底板3的端部朝向开口26外侧延伸，所述壳体1内设有夹取组件，所述夹取组件包括上动板2和驱动单元。所述上动板2能够相对所述壳体1的底板3纵向移动，驱动单元用于驱动所述上动板2纵向移动，驱动单元包括与所述上动板2连接的滑动块4、垂直设置在所述底板3上供所述滑动块4纵向移动的导柱5，以及驱动所述滑动块4沿所述导柱5纵向移动的驱动装置。
所述壳体1上还设有检测所述机械手位置的视觉传感器6，所述视觉传感器6通过定位块7安装在所述壳体1上的定位槽8上，定位块7与定位槽8配合，以保证视觉传感器6安装定位时的平行度和垂直度，避免因安装误差造成视觉传感器6使用时产生光轴偏移而影响实际检测效果。实际使用中，通过利用图像处理技术对固定在载物台上的定位物件(如二维码)进行图像识别，经计算处理后，可获取卷料盘的取放点相对于机械手的位置信息。由于视觉传感器6的分辨率通常很高，因而可大大降低机械手的定位误差，确保机械手能够准确到达卷料盘的取放点执行后续动作。
所述驱动装置包括电机9、与所述电机9连接的减速器10、设置在减速器10输出端的齿轮11，齿轮11通过紧定螺钉固定在减速器10的输出轴上。所述齿轮11啮合有齿条12，齿条12的侧面开有3个通孔，并通过螺钉固定安装在所述滑动块4上。电机9采用直流无刷电机9，工作可靠性高、无噪声、工作寿命长。机械手动作时，动力由电机9输出，经减速器10减速后，得到合适的速度和扭矩，然后传递给齿轮11，带动齿条12传动。
所述驱动装置还包括与所述电机9连接的编码器13和与所述编码器13、电机9电性连接的控制器14，编码器13采用的是光栅码盘式光电编码器，分辨率为512CPR，具有无接触磨损、抗干扰能力强、分辨率高、响应速度块、寿命长等诸多优点，可实时反馈电机9的转速和角位移信息，方便对其转速和角位移进行精确调控。为了尽可能减少安装空间、缩小机械手的体积，控制器14被侧向垂直安装在支撑板上，支撑板与底板3固定连接。
所述底板3上还设有与所述减速器10连接、能够调整所述齿轮11与齿条12中心距的支撑法兰15，支撑法兰15呈直角外形。支撑法兰15的一直角端面与减速器10的输出端法兰固定连接，起支撑作用。为了便于调整齿轮11和齿条12的中心距，使传动更加稳定可靠，支撑法兰15上设有腰形槽16，支撑法兰15的另一直角端面通过螺钉穿过所述腰形槽16与垫块27连接，垫块27通过背面的沉头螺钉固定在底板3上。垫块27的两侧各设有一个大小中心孔，用于垂直安装导柱5，通过给定的配合关系保证导柱5相对于垫块27表面的垂直度要求。
所述导柱5端部设有对所述滑动块4进行限位的限位挡片17，所述限位挡片17采用的是硬限位挡片，所述硬限位挡片保证了机械手执行开合动作时的可靠性。机械手动作时，极限行程位置被硬限位挡片限制，确保其所有可达行程均在安全范围内，避免了因机械手的驱动单元的工作异常导致运动超程，造成滑动块4与外壳1的前封板24的内表面碰撞、齿轮11和齿条12脱离啮合等不良情况的发生。
所述滑动块4上设有光电传感器18，所述底板3上设有在所述滑动块4移动至限制位置或零点位置时遮挡所述光电传感器18的光线挡片19，光电传感器18采用了日本SUNX公司的PM-L24P系列微型光电传感器。当机械手上电时，为了保证机械手在之后执行开合动作中任意运动位置的绝对准确性，需要有一个基准零位作为参考，因此机械手将执行一次“找零”动作。当机械手的滑动块4运动到光电传感器18的对射信号被光线挡片19遮住时，此时该运动位置点即为动作的基准零位，以后任意时刻滑动块4运动的绝对位置都将以该零位作为参考基准，保证了机械手执行开合动作时运动位移的准确性。此外，在机械手之后的取放动作过程中，如果出现系统异常导致机械手开合时超程，当滑动块4运动到该基准零点位置也会使机械手立即停止工作，起到软限位保护的作用。
为了避免滑动块4与导柱5直接接触，导致两者相对之直线滑动时产生较大的摩擦阻力，在滑动块4的两个大小中心孔中各固定安装有一个直线轴承20，直线轴承20与所述导柱5滑动连接。直线轴承20的内孔与两个导柱5的圆柱侧面接触形成滑动配合，大大降低了滑动块4运动时的摩擦阻力，减小了机械手系统的功率损耗。
所述底板3前窄后宽呈Y型，底板3端部设有两朝向其延伸方向的叉片21，两所述叉片21的端部逐渐变薄，便于机械手顺利插入到卷料盘底部。
上动板2通过其后端的两侧窄边与滑动块4固定连接，其端部伸出所述开口26，上动板2的中央部位设有腰形孔。其外形的设计使其整体重心偏向后方，不但降低了自身重量，同时有助于减小其运动时的惯性，防止产生较大的震颤变形。在上动板2的前端正下方位置固定连接有能够伸入卷料盘中心孔内的锥形定位件22，便于机械手在执行闭合夹取卷料盘时，顺利插入到卷料盘的中心位置的圆孔中。所述定位件22设置保证了机械手在完成卷料盘的夹取动作之后，多自由度机械臂在执行搬运搜集的动作过程中，防止卷料盘从机械手中松脱、确保可靠夹取。
所述壳体1上还设有转接法兰23，转接法兰23一端通过外壳1上的沉头螺钉与机械手固定连接，另一端通过沉头螺钉固定连接在多自由度机械臂的末端执行器安装法兰上。实际安装时，先将转接法兰23固定在机械臂的末端执行器安装法兰上，再将转接法兰23的另一端面与机械手固定，安装顺序不能反。
所述壳体1还包括前封板24和后封板25，所述前封板24采用钣金结构，减小自重，所述后封板25采用机加件。所述壳体1上设置有电气接口，电气接口适用于机械手连接外部电源以及通过I/O通道使机械手与机械臂进行实时通信。
本发明的工作原理及流程如下：
1)多自由度机械臂带动机械手运动到载物台上的二维码所在区域；
2)视觉传感器6将对载物台上的二维码进行扫描识别；
3)扫描到二维码上的信息后，机械臂能够立即获取机械手相对于卷料盘放置点的位置信息，并随之使机械手运动到卷料盘放置点；
4)机械手通过底板3和上动板2配合执行夹取动作；
5)夹取完成后，机械臂带动机械手运动到卷料盘收集盒所在位置点；
6)机械手执行松放动作；
7)松放完成后，机械臂回归到初始位置点，整个操作流程结束。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。
Claims (12)
1.一种用于夹取卷料盘的机械手，其特征在于：包括一端具有开口的壳体，所述壳体的底板的端部朝向开口外侧延伸，所述壳体内设有夹取组件，所述夹取组件包括
-上动板，其端部伸出所述开口，且能够相对所述壳体的底板纵向移动；
-驱动单元，用于驱动所述上动板纵向移动，包括与所述上动板连接的滑动块、垂直设置在所述底板上供所述滑动块纵向移动的导柱，以及驱动所述滑动块沿所述导柱纵向移动的驱动装置。
2.根据权利要求1所述的用于夹取卷料盘的机械手，其特征在于：所述壳体上还设有检测所述机械手位置的视觉传感器，所述视觉传感器通过定位块安装在所述壳体上的定位槽上。
3.根据权利要求1所述的用于夹取卷料盘的机械手，其特征在于：所述驱动装置包括电机、与所述电机连接的减速器、设置在减速器输出端的齿轮，所述齿轮啮合有齿条，所述齿条安装在所述滑动块上。
4.根据权利要求3所述的用于夹取卷料盘的机械手，其特征在于：所述驱动装置还包括与所述电机连接的编码器和与所述编码器、电机电性连接的控制器。
5.根据权利要求4所述的用于夹取卷料盘的机械手，其特征在于：所述底板上还设有与所述减速器连接、能够调整所述齿轮与齿条中心距的支撑法兰，所述支撑法兰上设有腰形槽，所述支撑法兰通过螺钉穿过所述腰形槽与所述底板连接。
6.根据权利要求1所述的用于夹取卷料盘的机械手，其特征在于：所述导柱端部设有对所述滑动块进行限位的限位挡片。
7.根据权利要求1所述的用于夹取卷料盘的机械手，其特征在于：所述滑动块上设有光电传感器，所述底板上设有在所述滑动块移动至限制位置或零点位置时遮挡所述光电传感器的光线挡片。
8.根据权利要求1所述的用于夹取卷料盘的机械手，其特征在于：所述滑动块贯穿有直线轴承，所述直线轴承与所述导柱滑动连接。
9.根据权利要求1所述的用于夹取卷料盘的机械手，其特征在于：所述底板端部设有两朝向其延伸方向的叉片，两所述叉片的端部逐渐变薄。
10.根据权利要求1所述的用于夹取卷料盘的机械手，其特征在于：所述上动板上设有能够伸入卷料盘中心孔内的锥形定位件。
11.根据权利要求1所述的用于夹取卷料盘的机械手，其特征在于：所述壳体上还设有用于连接多自由机械手臂的转接法兰。
12.根据权利要求1所述的用于夹取卷料盘的机械手，其特征在于：所述壳体还包括前封板和后封板，所述前封板采用钣金结构，所述后封板采用机加件。
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