CN108422417A - 一种多用途气动机械臂装置及气压传动控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多用途气动机械臂装置，包括摆动气缸、转台、承载机构、竖向放置的立柱气缸、水平放置的横臂气缸、竖向放置的副臂气缸、摆动气爪；摆动气缸的输出轴竖直设置，转台套装在摆动气缸的输出轴上，立柱气缸安装在转台上，横臂气缸安装在立柱气缸的输出端上，副臂气缸安装在横臂气缸的输出端上，摆动气爪安装在副臂气缸的输出端上；转台的外轮廓压着承载机构。本发明还涉及一种用于控制气动机械臂装置的气压传动控制系统。本发明可以用于抓取物体。属于工业机械臂的技术领域。

Description

一种多用途气动机械臂装置及气压传动控制系统

技术领域

本发明涉及工业机械臂的技术领域，尤其涉及一种多用途气动机械臂装置及气压传动控制系统。

背景技术

工业机械臂由于其能模拟人类手臂动作，且强度与工作范围都可比人类手臂更好，是人手臂功能的延伸与扩大，因此可取代人的繁重、单调重复的劳动，实现生产过程的机械化和自动化，尤其是在一些恶劣、有害环境中替代人工劳动，保护人身健康安全，同时产品质量更高。目前，传统的工业机械臂最多的一种驱动方式是电机驱动，电机的特征是速度高，从而产生以下情形：第一，通常需要配合减速机构，如谐波传动、齿轮传动、螺杆传动、多杆机构等等，这些机械臂传动精度高、驱动力较大、响应速度高，但电气元件寿命低，结构复杂，价格昂贵，限制了其更广泛的应用；第二，整个系统自动化程度低，控制方式单一，不满足柔性自动化生产线的迅速发展；第三，一旦发生突然断电等意外情况会导致工艺流程突然中段，第四，传统的工业机械臂不能很好的满足抓取物体的需求。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是：提供一种多用途气动机械臂装置，可以用于抓取物体。

本发明的另一目的在于提供一种用于控制气动机械臂装置的气压传动控制系统。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种多用途气动机械臂装置，包括摆动气缸、转台、承载机构、竖向放置的立柱气缸、水平放置的横臂气缸、竖向放置的副臂气缸、摆动气爪；摆动气缸的输出轴竖直设置，转台套装在摆动气缸的输出轴上，立柱气缸安装在转台上，横臂气缸安装在立柱气缸的输出端上，副臂气缸安装在横臂气缸的输出端上，摆动气爪安装在副臂气缸的输出端上；转台的外轮廓压着承载机构。

进一步的是：转台的内部设有相通的第一空腔和第二空腔，摆动气缸的输出轴插入第二空腔内并通过键与转台的内壁相连接。

进一步的是：承载机构包括垫板、底座、设有内凸缘的轴承；转台的外轮廓从上往下依次设有第一外凸缘、第二外凸缘、第三外凸缘；转台插入轴承内，第二外凸缘的下端面压着轴承内凸缘的上端面，轴承的下端压在底座上，底座的下端压在垫板上，摆动气缸位于底座的内部，摆动气缸的输出轴穿过底座上端面的通孔并插入转台的第二空腔内。

进一步的是：第一外凸缘位于轴承的上方，第一外凸缘的下端面和轴承的上端面留有缝隙，第二外凸缘的外壁和轴承的内壁留有缝隙，第三外凸缘的外壁和轴承内凸缘的内壁留有缝隙。

进一步的是：装置还包括压板，压板通过螺钉固定在第三外凸缘上，第三外凸缘的下端面和轴承内凸缘的下端面均与压板的上端面相接触。

进一步的是：装置还包括呈阶梯状的防尘罩，轴承位于防尘罩的内部，防尘罩通过螺栓固定在底座的上端面。

进一步的是：底座呈阶梯状，底座通过螺栓固定在垫板上。

进一步的是：立柱气缸的下端设有连接块，连接块插入转台的第一空腔内，连接块通过螺栓固定在转台上，连接块的上部通过螺栓固定在立柱气缸的下端。

进一步的是：装置还包括固定在立柱气缸输出端上的第一L型件，固定在横臂气缸输出端上的第二L型件，固定在副臂气缸输出端上的连接板；横臂气缸固定在第一L型件上，副臂气缸固定在第二L型件上，摆动气爪固定在连接板上。

一种用于控制气动机械臂装置的气压传动控制系统，包括第一电磁阀，第二电磁阀，第三电磁阀，第四电磁阀，第五电磁阀，集气罐，沿着气流流动路径依次设置的气源、截止阀、气罐、过滤器、稳压阀、雾化器；雾化器的出口分别与第一电磁阀的压力口、第二电磁阀的压力口、第三电磁阀的压力口、第四电磁阀的压力口、第五电磁阀的压力口相通，第一电磁阀的回气口、第二电磁阀的回气口、第三电磁阀的回气口、第四电磁阀的回气口、第五电磁阀的回气口均连接在集气罐上，第一电磁阀的第一控制口通过管道与立柱气缸的第一内腔相通，第二电磁阀的第一控制口通过管道与横臂气缸的第一内腔相通，第三电磁阀的第一控制口通过管道与副臂气缸的第一内腔相通，第四电磁阀的第一控制口通过管道与摆动气缸的第一内腔相通，第五电磁阀的第一控制口通过管道与摆动气爪的第一内腔相通，第一电磁阀的第二控制口通过管道与立柱气缸的第二内腔相通，第二电磁阀的第二控制口通过管道与横臂气缸的第二内腔相通，第三电磁阀的第二控制口通过管道与副臂气缸的第二内腔相通，第四电磁阀的第二控制口通过管道与摆动气缸的第二内腔相通，第五电磁阀的第二控制口通过管道与摆动气爪的第二内腔相通。

总的说来，本发明具有如下优点：

本发明结构简单，控制灵活，装配方便，通过更换不同类型的摆动气爪，可用于夹取不同种类的工件。传统电机驱动的工业机械臂寿命低，结构复杂，价格昂贵等缺点。本装置适用于自动搬运工件，尤其是生产中的棒状工件，或为机床在刀库与主轴之间换刀等多种用途，具有良好的精度，足够的负载力，一定的自由度和工作范围，实现了良好的运动控制。若副臂气缸的行程不能满足某一个工况，副臂气缸使用全部行程，仍未能将其从放置到相应的卡位提起，则启用立柱气缸调整高度；若某一工况下，放置工件的工作平台相对机械臂来说过高，则可在开始工作前，使用立柱气缸的行程把机械臂提升到适当的高度，调整完成后，每一次搬运工件仍只由副臂气缸来完成，立柱气缸不再参与每一个工作循环。从而达到简化工艺流程，提高工作效率的目的。

附图说明

图1是本装置的剖视图。

图2是轴承和转台的装配图。

图3是本装置的结构示意图。

图4是气压传动控制系统的原理图。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施方式来对本发明做进一步详细的说明。

为了便于统一查看说明书附图里面的各个附图标记，现对说明书附图里出现的附图标记统一说明如下：

1为垫板，2为底座，3为防尘罩，4为轴承，5为摆动气缸，6为摆动气缸的输出轴，7为压板，8为转台，9为连接块，10为立柱气缸，11为第一L型件，12为横臂气缸，13为第二L型件，14为副臂气缸，15为连接板，16为摆动气爪，17为气源，18为截止阀，19为气罐，20为过滤器，21为稳压阀，22为雾化器，23为第一电磁阀，24为第一电磁阀的压力口，25为第一电磁阀的回气口，26为第一电磁阀的第一控制口，27为第一电磁阀的第二控制口，28为第二电磁阀，29为第二电磁阀的回气口，30为第二电磁阀的压力口，31为第二电磁阀的第一控制口，32为第二电磁阀的第二控制口，33为第三电磁阀，34为第三电磁阀的回气口，35为第三电磁阀的压力口，36为第三电磁阀的第一控制口，37为第三电磁阀的第二控制口，38为第四电磁阀，39为第四电磁阀的回气口，40为第四电磁阀的压力口，41为第四电磁阀的第一控制口，42为第四电磁阀的第二控制口，43为第五电磁阀，44为第五电磁阀的回气口，45为第五电磁阀的压力口，46为第五电磁阀的第一控制口，47为第五电磁阀的第二控制口，48为集气罐，49为单向阀，50为立柱气缸的第一内腔，51为立柱气缸的第二内腔，52为横臂气缸的第一内腔，53为横臂气缸的第二内腔，54为副臂气缸的第一内腔，55为副臂气缸的第二内腔，56为摆动气缸，57为摆动气爪，4-1为轴承的内凸缘，8-1为第一空腔，8-2为第二空腔，8-3为第一外凸缘，8-4为第二外凸缘，8-5为第三外凸缘。

结合图1、图2、图3所示，一种多用途气动机械臂装置，包括摆动气缸、转台、承载机构、竖向放置的立柱气缸、水平放置的横臂气缸、竖向放置的副臂气缸、摆动气爪。摆动气缸的输出轴竖直设置，转台套装在摆动气缸的输出轴上，立柱气缸安装在转台上，横臂气缸安装在立柱气缸的输出端上，副臂气缸安装在横臂气缸的输出端上，摆动气爪安装在副臂气缸的输出端上；转台的外轮廓压着承载机构，转台、立柱气缸、横臂气缸、副臂气缸、摆动气爪等的重力载荷都直接压在承载机构上，这样摆动气缸不会受到重力载荷。

结合图1、图2所示，转台的内部设有相通的第一空腔和第二空腔，摆动气缸的输出轴插入第二空腔内并通过键与转台的内壁相连接。第一空腔和第二空腔均为圆孔状，且同轴线，第一空腔位于第二空腔的上方。摆动气缸的输出轴通过键与转台的内壁连接在一起，从而传递扭矩。

结合图1、图2所示，承载机构包括垫板、底座、一个设有内凸缘的轴承。底座呈薄壁阶梯状。转台的外轮廓也成阶梯状，转台的外轮廓从上往下依次设有第一外凸缘、第二外凸缘、第三外凸缘，第一外凸缘、第二外凸缘、第三外凸缘的外径依次变小。转台插入轴承内，第二外凸缘的下端面压着轴承内凸缘的上端面，轴承的下端压在底座上，底座的下端压在垫板上，摆动气缸位于底座的内部，摆动气缸的输出轴穿过底座上端面的通孔并插入转台的第二空腔内，底座的上端面设有用于摆动气缸输出轴穿过的通孔。这样摆动气缸的输出轴带动转台旋转，而转台及其安装在转台上各个气缸的重力载荷则施加在底座上，不是施加在摆动气缸上。

结合图1、图2所示，第一外凸缘位于轴承的上方，第一外凸缘的下端面和轴承的上端面留有缝隙，第二外凸缘的外壁和轴承的内壁留有缝隙，第三外凸缘的外壁和轴承内凸缘的内壁留有缝隙。即转台及其安装在转台上各个气缸的重力载荷施加在轴承的内凸缘上，然后重力载荷再传递到底座上。

装置还包括压板，压板通过螺钉固定在第三外凸缘上，第三外凸缘的下端面和轴承内凸缘的下端面均与压板的上端面相接触。

装置还包括呈阶梯状的防尘罩，轴承位于防尘罩的内部，防尘罩通过螺栓固定在底座的上端面。防尘罩将轴承和转台等内部零件保护起来，避免裸露在外部环境中，防尘罩的上端面设有通孔，第一外凸缘从防尘罩的通孔露出来。

底座呈阶梯状，底座通过螺栓固定在垫板上。

立柱气缸的下端设有连接块，连接块插入转台的第一空腔内，连接块通过螺栓固定在转台上，连接块的上部通过螺栓固定在立柱气缸的下端。

装置还包括固定在立柱气缸输出端上的第一L型件，固定在横臂气缸输出端上的第二L型件，固定在副臂气缸输出端上的连接板；横臂气缸的左端固定在第一L型件上，副臂气缸的上端固定在第二L型件上，摆动气爪固定在连接板上，摆动气爪水平放置。

本机械臂装置的原理：摆动气缸的输出轴带动转台旋转，转台的旋转带动立柱气缸、横臂气缸和副臂气缸整体旋转，立柱气缸带动横臂气缸和副臂气缸整体上下运动，横臂气缸带动副臂气缸整体伸出和缩回，副臂气缸带动摆动气爪上下运动，摆动气爪有气爪，可以夹取物体。立柱气缸作为主升降运动，副臂气缸作为副升降运动，摆动气缸带动整体周向旋转，横臂气缸做径向伸缩，摆动气爪夹取物体。机械臂装置可以夹取一定范围内的物体。

下面介绍气动机械臂装置的气压传动控制系统：

结合图4所示，一种用于控制气动机械臂装置的气压传动控制系统，包括第一电磁阀，第二电磁阀，第三电磁阀，第四电磁阀，第五电磁阀，集气罐，沿着气流流动路径依次设置的气源、截止阀、气罐、过滤器、稳压阀、雾化器。第一电磁阀为中间封闭型的三位五通电磁阀，其余电磁阀均为二位五通电磁阀。气流从气源出来，然后依次流过截止阀、气罐、过滤器、稳压阀、雾化器。雾化器的出口通过管道分别与第一电磁阀的压力口、第二电磁阀的压力口、第三电磁阀的压力口、第四电磁阀的压力口、第五电磁阀的压力口相通。第一电磁阀的回气口、第二电磁阀的回气口、第三电磁阀的回气口、第四电磁阀的回气口、第五电磁阀的回气口均通过管道连接在集气罐上。第一电磁阀的第一控制口通过管道与立柱气缸的第一内腔相通，第二电磁阀的第一控制口通过管道与横臂气缸的第一内腔相通，第三电磁阀的第一控制口通过管道与副臂气缸的第一内腔相通，第四电磁阀的第一控制口通过管道与摆动气缸的第一内腔相通，第五电磁阀的第一控制口通过管道与摆动气爪的第一内腔相通。第一电磁阀的第二控制口通过管道与立柱气缸的第二内腔相通，第二电磁阀的第二控制口通过管道与横臂气缸的第二内腔相通，第三电磁阀的第二控制口通过管道与副臂气缸的第二内腔相通，第四电磁阀的第二控制口通过管道与摆动气缸的第二内腔相通，第五电磁阀的第二控制口通过管道与摆动气爪的第二内腔相通。所有气缸的第一内腔与所有电磁阀的第一控制口之间的管道上设有单向阀，所有气缸的第二内腔与所有电磁阀的第二控制口之间的管道上设有单向阀，摆动气爪的第一内腔与第五电磁阀的第一控制口之间的管道上设有单向阀，摆动气爪的第二内腔与第五电磁阀的第二控制口之间的管道上设有单向阀。

本气压传动控制系统的一种控制方案原理是：

按下启动按钮，第二电磁阀的左位机能得电，第二电磁阀处于左位，即第二电磁阀的压力口和第一控制口相通，从雾化器的出口出来的压缩空气进入横臂气缸的第一内腔，横臂气缸的活塞杆伸出；

在横臂气缸的活塞杆伸出后，当横臂气缸的活塞杆碰到磁性开关时，第二电磁阀的左位机能断电，第三电磁阀的左位机能得电，第三电磁阀处于左位，即第三电磁阀的压力口和第一控制口相通，从雾化器的出口出来的压缩空气进入副臂气缸的第一内腔，副臂气缸的活塞杆伸出；

在副臂气缸的活塞杆伸出后，当副臂气缸的活塞杆碰到磁性开关时，第三电磁阀的左位机能断电，第五电磁阀的右位机能得电，第五电磁阀处于右位，即第五电磁阀的压力口和第二控制口相通，从雾化器的出口出来的压缩空气进入摆动气爪的第二内腔，摆动气爪的两个气爪夹紧，从而夹住物体。

由于气爪需一直维持夹紧力，第五电磁阀的右位机能一直得电，仍维持通电，此时第三电磁阀的右位机能得电，第三电磁阀处于右位，即第三电磁阀的压力口和第二控制口相通，从雾化器的出口出来的压缩空气进入副臂气缸的第二内腔，其活塞杆收缩；

当副臂气缸的活塞杆碰到磁性开关时，此时第三电磁阀的右位机能断电，第二电磁阀的右位机能得电，第二电磁阀处于右位，即第二电磁阀的压力口和第二控制口相通，从雾化器的出口出来的压缩空气进入横臂气缸的第二内腔，其活塞杆收缩；

当横臂气缸的活塞杆碰到磁性开关时，第二电磁阀的右位机能断电，第四电磁阀的左位机能得电，第四电磁阀处于左位，即第四电磁阀的压力口和第一控制口相通，摆动气缸正转；

当摆动气缸碰到磁性开关时，第四电磁阀的左位机能断电，第三电磁阀的左位机能得电，第三电磁阀处于左位，即第三电磁阀的压力口和第一控制口相通，副臂气缸下降；

当副臂气缸的活塞杆碰到磁性开关时，第三电磁阀的左位机能断电，第五电磁阀的左位机能得电，第五电磁阀的右位机能断电，第五电磁阀处于左位，从雾化器的出口出来的压缩空气进入摆动气爪的第一内腔，带动气爪张开；

第五电磁阀的左位机能断电，第三电磁阀的右位机能得电，第三电磁阀处于右位，副臂气缸上升；

副臂气缸的活塞杆碰到磁性开关时，第三电磁阀的右位机能断电，第四电磁阀的右位机能得电，第四电磁阀处于右位，摆动气缸转回原位，机械臂回到起始状态，开始下一个工作循环。

以上是一种工作循环的控制方案举例。由于本发明是多用途气动机械臂，立柱气缸既可参与到每一个工作循环、也可以仅在前期提供机械臂高度位置调整，具有很自由的使用条件，因此可以根据某一实际工况，更换不同的执行元件模块，确定所需要的运动循环，制定各电磁阀的动作顺序，以此为依据即可确定机械臂运动的电路控制方案。各个气缸和摆动气爪的工作是相互独立的。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种多用途气动机械臂装置，其特征在于：包括摆动气缸、转台、承载机构、竖向放置的立柱气缸、水平放置的横臂气缸、竖向放置的副臂气缸、摆动气爪；摆动气缸的输出轴竖直设置，转台套装在摆动气缸的输出轴上，立柱气缸安装在转台上，横臂气缸安装在立柱气缸的输出端上，副臂气缸安装在横臂气缸的输出端上，摆动气爪安装在副臂气缸的输出端上；转台的外轮廓压着承载机构。

2.按照权利要求1所述的一种多用途气动机械臂装置，其特征在于：转台的内部设有相通的第一空腔和第二空腔，摆动气缸的输出轴插入第二空腔内并通过键与转台的内壁相连接。

3.按照权利要求1所述的一种多用途气动机械臂装置，其特征在于：承载机构包括垫板、底座、设有内凸缘的轴承；转台的外轮廓从上往下依次设有第一外凸缘、第二外凸缘、第三外凸缘；转台插入轴承内，第二外凸缘的下端面压着轴承内凸缘的上端面，轴承的下端压在底座上，底座的下端压在垫板上，摆动气缸位于底座的内部，摆动气缸的输出轴穿过底座上端面的通孔并插入转台的第二空腔内。

4.按照权利要求3所述的一种多用途气动机械臂装置，其特征在于：第一外凸缘位于轴承的上方，第一外凸缘的下端面和轴承的上端面留有缝隙，第二外凸缘的外壁和轴承的内壁留有缝隙，第三外凸缘的外壁和轴承内凸缘的内壁留有缝隙。

5.按照权利要求4所述的一种多用途气动机械臂装置，其特征在于：装置还包括压板，压板通过螺钉固定在第三外凸缘上，第三外凸缘的下端面和轴承内凸缘的下端面均与压板的上端面相接触。

6.按照权利要求3所述的一种多用途气动机械臂装置，其特征在于：装置还包括呈阶梯状的防尘罩，轴承位于防尘罩的内部，防尘罩通过螺栓固定在底座的上端面。

7.按照权利要求3所述的一种多用途气动机械臂装置，其特征在于：底座呈阶梯状，底座通过螺栓固定在垫板上。

8.按照权利要求2所述的一种多用途气动机械臂装置，其特征在于：立柱气缸的下端设有连接块，连接块插入转台的第一空腔内，连接块通过螺栓固定在转台上，连接块的上部通过螺栓固定在立柱气缸的下端。

9.按照权利要求1所述的一种多用途气动机械臂装置，其特征在于：装置还包括固定在立柱气缸输出端上的第一L型件，固定在横臂气缸输出端上的第二L型件，固定在副臂气缸输出端上的连接板；横臂气缸固定在第一L型件上，副臂气缸固定在第二L型件上，摆动气爪固定在连接板上。

10.一种用于控制权利要求1所述的气动机械臂装置的气压传动控制系统，其特征在于：包括第一电磁阀，第二电磁阀，第三电磁阀，第四电磁阀，第五电磁阀，集气罐，沿着气流流动路径依次设置的气源、截止阀、气罐、过滤器、稳压阀、雾化器；雾化器的出口分别与第一电磁阀的压力口、第二电磁阀的压力口、第三电磁阀的压力口、第四电磁阀的压力口、第五电磁阀的压力口相通，第一电磁阀的回气口、第二电磁阀的回气口、第三电磁阀的回气口、第四电磁阀的回气口、第五电磁阀的回气口均连接在集气罐上，第一电磁阀的第一控制口通过管道与立柱气缸的第一内腔相通，第二电磁阀的第一控制口通过管道与横臂气缸的第一内腔相通，第三电磁阀的第一控制口通过管道与副臂气缸的第一内腔相通，第四电磁阀的第一控制口通过管道与摆动气缸的第一内腔相通，第五电磁阀的第一控制口通过管道与摆动气爪的第一内腔相通，第一电磁阀的第二控制口通过管道与立柱气缸的第二内腔相通，第二电磁阀的第二控制口通过管道与横臂气缸的第二内腔相通，第三电磁阀的第二控制口通过管道与副臂气缸的第二内腔相通，第四电磁阀的第二控制口通过管道与摆动气缸的第二内腔相通，第五电磁阀的第二控制口通过管道与摆动气爪的第二内腔相通。