CN108796184B - 汽车板簧淬火工序辅助机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种汽车板簧淬火工序辅助机器人，包括检测系统、控制系统和执行系统，检测系统包括激光传感器，控制系统包括工业PC机，执行系统包括底座组件，底座组件与机械臂组件活动连接，机械臂组件通过夹具旋转臂与机械夹具活动连接，夹具旋转臂下端设置有视觉传感器；机械夹具包括夹具固定架，夹具固定架上部设有齿轮系和旋转电机，旋转电机与齿轮系相连接，齿轮系与下部齿条相啮合，齿条下部设有导轨滑块机构，导轨滑块机构下部设有夹具臂，夹具臂下部设有夹具垫片。本发明节省企业用人成本，提高了生产效率，安全性高，提高了生产车间自动化水平并且排出威胁操作人的安全隐患，推动了汽车零部件生产车间的智能化发展进程。
Description
技术领域
本发明涉及汽车板簧淬火处理技术领域，尤其涉及一种汽车板簧淬火工序辅助机器人。
背景技术
板簧淬火过程是将板簧放置在加热炉中加热至临界温度并保温一定时间后使其成为奥氏体组织，再将板簧放入淬火池中，通过特殊介质使板簧以大于临界冷却速度急剧冷却，从而获得马氏体组织，以提高板簧弹性、塑性、抗疲劳性。
板簧淬火前由人工将板簧放置在加热炉中加热，待板簧加热至临界温度后转移到加热炉前的传送带上，经传送带运至板簧淬火机前。传统的板簧淬火方式是加热后的板簧经传送带运送至淬火机前，由人工手持专用夹具将传送带上待淬火板簧夹起并送至淬火机上进行板簧淬火处理。待淬火板簧的温度达900°以上，人工夹取板簧时要承受高温炙烤，危险性大；板簧生产车间常年高温，车间内有毒有害气体浓度较高，工作环境恶劣。正常工况下每分钟要对4块板簧进行淬火，工人工作量大，效率低，人工成本高，更不利于车间智能化的改造。因此，针对板簧淬火工序生产线设计一种板簧淬火辅助机器人，用以替代人工操作成为亟待解决的问题。
发明内容
针对传统汽车板簧淬火工序中工人工作量大、效率低和人工成本高等技术问题，本发明提出一种汽车板簧淬火工序辅助机器人。
为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种汽车板簧淬火工序辅助机器人，包括检测系统、控制系统和执行系统，检测系统和执行系统分别通过信号总线与控制系统相连接，所述检测系统包括激光传感器，激光传感器设置在板簧加热炉前且位于传送带一侧，控制系统包括工业PC机，执行系统包括底座组件，底座组件与机械臂组件活动连接，机械臂组件通过夹具旋转臂与机械夹具活动连接，夹具旋转臂下端设置有视觉传感器；所述机械夹具包括夹具固定架，夹具固定架与夹具旋转臂固定连接，夹具固定架上部设有齿轮系和旋转电机，旋转电机与齿轮系相连接，齿轮系与齿轮系下部设置的齿条相啮合，齿条下部设有导轨滑块机构，导轨滑块机构下部设有夹具臂，夹具臂下部设有夹具垫片；所述激光传感器和视觉传感器均通过信号总线与工业PC机相连接，旋转电机通过信号总线与工业PC机相连接。
进一步地，所述齿轮系包括两组相啮合的齿轮，齿轮通过电机轴与旋转电机相连接，每组齿轮下部均设有齿条，导轨滑块机构滑动设置在夹具固定架内。
进一步地，所述底座组件包括底座，底座通过底座旋转机构与旋转底座活动连接，旋转底座上部通过旋转固定轴与机械臂Ⅰ下部相连接，旋转底座下部通过伺服电动缸与机械臂Ⅰ上部相连接。
进一步地，所述机械臂组件包括机械臂Ⅰ、机械臂Ⅱ和机械臂Ⅲ，机械臂Ⅰ通过机械臂Ⅱ旋转机构与机械臂Ⅱ相连接，机械臂Ⅱ通过机械臂Ⅲ旋转机构与机械臂Ⅲ相连接，机械臂Ⅲ通过夹具旋转机构与夹具旋转臂相连接。
进一步地，所述导轨滑块机构两侧设有滑块，夹具固定架下部设置有导轨，滑块与导轨相配合。
进一步地，所述底座旋转机构包括联轴器、电机和减速器，电机和减速器相配合通过联轴器带动机械夹具旋转，减速器为220v-250w-040涡轮减速器。
进一步地，所述机械臂Ⅱ旋转机构、机械臂Ⅲ旋转机构和夹具旋转机构包括联轴器、电机和减速器，电机和减速器相配合通过联轴器带动机械臂组件旋转，减速器为220v-250w-040涡轮减速器。
进一步地，所述激光传感器为HJ-X12PPT激光传感器。
进一步地，所述视觉传感器为XS-001视觉传感器。
进一步地，汽车板簧淬火工序辅助机器人，其具体工作方法如下：
1）一台板簧淬火辅助机器人固定设置在两台淬火机后方；
2）激光传感器检测板板簧初始位置并传输至工业PC机，工业PC机对板簧的位置、传送带的传输速度以及板簧尺寸综合计算得出板簧淬火辅助机器人开始的动作时间，并在相应动作时间时，工业PC机向板簧淬火辅助机器人发送动作指令；
3）板簧淬火辅助机器人底座旋转至合适位置，并启动底座上的伺服电动缸，使机械臂Ⅰ转动到预设位置并启动连接机械臂Ⅰ与机械臂Ⅱ之间的伺服电机，调节机械臂Ⅱ至合适位置时启动机械臂Ⅲ的电机使机械臂Ⅲ转动到预设位置，最后调节夹具旋转臂使机械臂Ⅲ正对传送带；
4）板簧传输至机械夹具正下方时，视觉传感器检测到板簧位置实时传输至工业PC机，工业PC机对接收的板簧位置信息进行判断并处理后向板簧辅助机器人发送动作指令，调节机械臂Ⅱ下降同时调节电机使齿轮转动带动夹具垫片进行夹取板簧；当板簧抓取成功时，电机处于自锁状态；当板簧抓取未成功时，视觉传感器可检测出板簧在传送带上的准确位置即板簧与传送带两侧的角度，将检测信号通过信号总线反馈给控制系统，控制系统调控机械臂Ⅲ与机械夹具可实现再次夹取，工业PC机再次根据板簧位置信息计算机板簧辅助器人动作时间，随后向板簧辅助机器人发送动作指令，直至板簧抓取成功；
5）当板簧抓取成功后电机处于自锁状态时，工业PC机向板簧淬火辅助机器人发送动作指令，板簧淬火辅助机器人调节机械臂Ⅱ至空间坐标系统中预设位置，将板簧放置淬火机上进行淬火处理，此时，板簧淬火辅助机器人动作完成并复位等待下一个动作指令。
本发明的有益效果是：本发明将需要人工配合完成的淬火操作转化为机器人自动控制，节省企业用人成本，提高工作效率，排除威胁操作人的安全隐患，推动了汽车零部件生产车间的智能化发展进程并且机器人不受恶劣工作环境影响，提高生产车间自动化水平。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明工位示意图。
图2为本发明工作流程图。
图3为本发明整体结构示意图。
图4为本发明机械夹具部分结构示意图。
图5为本发明机械夹具轴测图部分示意图。
图6为本发明机械夹具立体示意图。
图中附图标记表示为，1.1为1号淬火机，1.2为2号淬火机，1.3为传送带，1.4板簧淬火辅助机器人，1.5为激光传感器，1.6为板簧淬火初始位置，1.7为板簧，1.8为板簧加热炉，3.1机械夹具，3.2为视觉传感器，3.3为夹具旋转臂，3.4为机械臂Ⅲ，3.5为机械臂Ⅱ，3.6为机械臂Ⅱ旋转机构，3.7为机械臂Ⅰ，3.8为伺服电动杆，3.9为旋转底座，3.10为底座旋转机构，3.11为底座，4.1夹具垫片，4.2夹具臂，4.3为齿轮系，4.4为齿条，4.5为导轨滑块机构，4.6为夹具固定架，4.9为电机，4.10为减速器，5.3为滑块，5.4为齿轮，5.7为夹具固定臂，5.8为导轨。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1-6所示，一种汽车板簧淬火工序辅助机器人，包括检测系统、控制系统和执行系统，检测系统检测板簧初始位置1.6、传送速度和板簧尺寸的信息参数通过信号总线传输至控制系统，控制系统对检测系统检测到的信息参数分析后通过信号总线向执行系统发出动作指令，执行系统动作且向控制系统反馈执行状态信息，控制系统通过信号总线接收并分析执行系统发送的执行状态信息后向执行系统再次发送动作指令，检测系统和执行系统分别通过信号总线与控制系统相连接，所述检测系统包括激光传感器1.5，激光传感器1.5设置在板簧加热炉1.8前且位于传送带1.3一侧，激光传感器为鑫普达品牌的HJ-X12PPT型的激光传感器，HJ-X12PPT型的激光传感器检测距离可达30cm，检测精度高、性能高和耐高温的优点。
所述控制系统包括工业PC机，工业PC机通过信号总线与各伺服电机相连接，激光传感器1.5和视觉传感器3.2均通过信号总线与工业PC机相连接，旋转电机通过信号总线与工业PC机相连接；执行系统包括底座组件，底座组件与机械臂组件活动连接，机械臂组件通过夹具旋转臂3.3与机械夹具3.1活动连接，夹具旋转臂3.3下端设置有视觉传感器3.2，视觉传感器3.2采用品牌为ALFAHD的型号为XS-001视觉传感器，XS-001视觉传感器采用高清的HDMI工业相机，HDMI工业相机具有200万VGA显微镜巩固摄像头，激光传感器1.5检测板簧1.7出板簧加热炉1.8后在传送带1.3上的具体位置即板簧淬火初始位置1.6，检测的板簧1.7的位置信息通过信号总线传输至工业PC机，同时传送带1.3一侧电机处设有速度传感器，速度传感器检测传送带速度，通过信号总线传输至工业PC机，工业PC机对板簧1.7的位置信息和传输速度综合分析判断处理后向板簧淬火辅助机器人1.4发送动作指令，同时视觉传感器3.2用于检测机械夹具3.1是否成功夹取板簧1.7。
所述机械夹具3.1包括夹具固定架4.6，夹具固定架4.6与夹具旋转臂3.3固定连接，夹具固定架4.6上部设有齿轮系4.3和旋转电机，旋转电机与齿轮系4.3相连接，齿轮系4.3与齿轮系4.3下部设置的齿条4.4相啮合，齿轮系4.3包括两组相啮合的齿轮5.4，齿轮5.4通过电机轴与旋转电机相连接，每组齿轮5.4下部均对应的设有齿条4.4，导轨滑块机构4.5滑动设置在夹具固定架4.6内，齿条4.4下部设有导轨滑块机构4.5，导轨滑块机构4.5两侧设有滑块5.3，夹具固定架4.6下部设置有导轨5.8，滑块5.3与导轨5.8相配合，导轨滑块机构4.5下部设有夹具臂4.2，夹具臂4.2下部设有夹具垫片4.1，齿轮系5.4由旋转电机带动旋转且旋转电机处于自锁状态时齿轮5.4不旋转，齿轮5.4旋转时带动齿条4.4滑动，齿条4.4进而带动导轨滑动机构4.5在夹具固定架4.6上滑动，进而导轨滑动机构4.5带动夹具臂4.2上的夹具垫片4.1实现夹取。
所述底座组件包括底座3.11，底座3.11通过底座旋转机构3.10与旋转底座3.9活动连接，旋转底座3.9上部通过旋转固定轴与机械臂Ⅰ3.7下部相连接，旋转底座3.9下部通过伺服电动缸3.8与机械臂Ⅰ3.7上部相连接。
所述机械臂组件还包括机械臂Ⅱ3.5，机械臂Ⅱ3.5通过机械臂Ⅱ旋转机构3.6与机械臂Ⅰ3.7相连接，机械臂Ⅱ3.5通过机械臂Ⅲ旋转机构与机械臂Ⅲ3.4相连接，机械臂Ⅲ3.4通过夹具旋转机构与夹具旋转臂3.3相连接。
所述底座旋转机构3.10、机械臂Ⅱ旋转机构、机械臂Ⅲ旋转机构和夹具旋转机构均包括联轴器、电机4.9和减速器4.10，电机4.9和减速器4.10相配合通过联轴器带动机械臂组件和机械夹具3.1旋转，减速器4.10为220v-250w-040涡轮减速器。
板簧淬火工序辅助机器人，其具体工作方法如下：
1）一台板簧淬火辅助机器人1.4固定设置在两台淬火机后方；
2）激光传感器1.5检测板板簧初始位置1.6并传输至工业PC机，工业PC机对板簧的位置、传送带的传输速度以及板簧尺寸综合计算得出板簧淬火辅助机器人开始的动作时间，并在相应动作时间时，工业PC机向板簧淬火辅助机器人发送动作指令；
3）板簧淬火辅助机器人底座3.11旋转至合适位置，并启动底座3.11上的伺服电动缸3.8，使机械臂Ⅰ3.7转动到预设位置并启动连接机械臂Ⅰ3.7与机械臂Ⅱ3.5之间的伺服电机，调节机械臂Ⅱ3.5至合适位置时启动机械臂Ⅲ的电机4.9使机械臂Ⅲ3.4转动到预设位置，最后调节夹具旋转臂3.3使机械臂Ⅲ3.4正对传送带1.3；
4）板簧传输至机械夹具3.1正下方时，视觉传感器3.2检测到板簧位置实时传输至工业PC机，工业PC机对接收的板簧位置信息进行判断并处理后向板簧淬火辅助机器人发送动作指令，调节机械臂Ⅱ3.5下降同时调节电机4.9使齿轮5.4转动带动夹具垫片4.1进行夹取板簧；当板簧抓取成功时，电机4.9处于自锁状态；当板簧抓取未成功时，视觉传感器3.2可检测出板簧在传送带上的准确位置即板簧与传送带两侧的角度，将检测信号通过信号总线反馈给控制系统，控制系统调控机械臂Ⅲ3.4与机械夹具3.1可实现再次夹取，工业PC机再次根据板簧位置信息计算板簧淬火辅助机器人动作时间，随后向板簧淬火辅助机器人发送动作指令，直至板簧抓取成功；
5）当板簧抓取成功后电机处于自锁状态时，工业PC机向板簧淬火辅助机器人发送动作指令，机器人调节机械臂Ⅱ3.5至空间坐标系统中预设位置，将板簧放置淬火机上进行淬火处理，此时，板簧淬火辅助机器人1.4动作完成并复位等待下一个动作指令。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种汽车板簧淬火工序辅助机器人，包括检测系统、控制系统和执行系统，检测系统和执行系统分别通过信号总线与控制系统相连接，其特征在于，所述检测系统包括激光传感器（1.5）和视觉传感器（3.2），激光传感器（1.5）设置在板簧加热炉（1.8）前且位于传送带（1.3）一侧，控制系统包括工业PC机，执行系统包括底座组件，底座组件与机械臂组件活动连接，机械臂组件通过夹具旋转臂（3.3）与机械夹具（3.1）活动连接，夹具旋转臂（3.3）下端设置有视觉传感器（3.2）；所述机械夹具（3.1）包括夹具固定架（4.6），夹具固定架（4.6）与夹具旋转臂（3.3）固定连接，夹具固定架（4.6）上部设有齿轮系（4.3）和旋转电机，旋转电机与齿轮系（4.3）相连接，齿轮系（4.3）下部设置的齿条（4.4）相啮合，齿条（4.4）下部设有导轨滑块机构（4.5），导轨滑块机构（4.5）下部设有夹具臂（4.2），夹具臂（4.2）下部设有夹具垫片（4.1）；所述激光传感器（1.5）和视觉传感器（3.2）分别通过信号总线与工业PC机相连接，旋转电机通过信号总线与工业PC机相连接；所述齿轮系（4.3）包括两组相啮合的齿轮（5.4），齿轮（5.4）通过电机轴与旋转电机相连接，每组齿轮（5.4）下部均对应的设有齿条（4.4），两组齿条（4.4）位于同一直线上，导轨滑块机构（4.5）滑动设置在夹具固定架（4.6）内，导轨滑块机构（4.5）两侧设有滑块（5.3），夹具固定架（4.6）下部设置有导轨（5.8），滑块（5.3）与导轨（5.8）相配合。
2.根据权利要求1所述的汽车板簧淬火工序辅助机器人，其特征在于，所述底座组件包括底座（3.11），底座（3.11）通过底座旋转机构（3.10）与旋转底座（3.9）活动连接，旋转底座（3.9）上部通过旋转固定轴与机械臂Ⅰ（3.7）下部相连接，旋转底座（3.9）下部通过伺服电动缸（3.8）与机械臂Ⅰ（3.7）上部相连接。
3.根据权利要求1所述的汽车板簧淬火工序辅助机器人，其特征在于，所述机械臂组件包括机械臂Ⅰ（3.7）、机械臂Ⅱ（3.5）和机械臂Ⅲ（3.4），机械臂Ⅰ（3.7）通过机械臂Ⅱ旋转机构（3.6）与机械臂Ⅱ（3.5）相连接，机械臂Ⅱ（3.5）通过机械臂Ⅲ旋转机构与机械臂Ⅲ（3.4）相连接，机械臂Ⅲ（3.4）通过夹具旋转机构与夹具旋转臂（3.3）相连接。
4.根据权利要求2所述的汽车板簧淬火工序辅助机器人，其特征在于，所述底座旋转机构（3.10）包括联轴器、电机（4.9）和减速器（4.10），电机（4.9）和减速器（4.10）相配合通过联轴器带动机械夹具（3.1）旋转，减速器（4.10）为220v-250w-040涡轮减速器。
5.根据权利要求3所述的汽车板簧淬火工序辅助机器人，其特征在于，所述机械臂Ⅱ旋转机构、机械臂Ⅲ旋转机构和夹具旋转机构包括联轴器、电机（4.9）和减速器（4.10），电机（4.9）和减速器（4.10）相配合通过联轴器带动机械臂组件旋转，减速器（4.10）为220v-250w-040涡轮减速器。
6.根据权利要求1所述的汽车板簧淬火工序辅助机器人，其特征在于，所述激光传感器（1.5）为HJ-X12PPT激光传感器。
7.根据权利要求1所述的汽车板簧淬火工序辅助机器人，其特征在于，所述视觉传感器（3.2）为XS-001视觉传感器。
8.根据权利要求1所述的汽车板簧淬火工序辅助机器人，其特征在于，其具体工作方法如下：
1）一台板簧淬火辅助机器人（1.4）固定设置在两台淬火机后方；
2）激光传感器（1.5）检测板簧初始位置（1.6）并传输至工业PC机，工业PC机对板簧的位置、传送带的传输速度以及板簧尺寸综合计算得出板簧淬火辅助机器人（1.4）开始的动作时间，并在相应动作时间时，工业PC机向板簧淬火辅助机器人（1.4）发送动作指令；
3）板簧淬火辅助机器人底座（3.11）旋转至合适位置，并启动底座（3.11）上的伺服电动缸（3.8），使机械臂Ⅰ（3.7）转动到预设位置并启动连接机械臂Ⅰ（3.7）与机械臂Ⅱ（3.5）之间的伺服电机，调节机械臂Ⅱ（3.5）至合适位置时启动机械臂Ⅲ的电机（4.9）使机械臂Ⅲ（3.4）转动到预设位置，最后调节夹具旋转臂（3.3）使机械臂Ⅲ（3.4）正对传送带（1.3）；
4）板簧传输至机械夹具（3.1）正下方时，视觉传感器（3.2）检测到板簧位置实时传输至工业PC机，工业PC机对接收的板簧位置信息进行判断并处理后向机器人发送动作指令，调节机械臂Ⅱ（3.5）下降同时调节电机（4.9）使齿轮（5.4）转动带动夹具垫片（4.1）进行夹取板簧；当板簧抓取成功时，电机（4.9）处于自锁状态；当板簧抓取未成功时，视觉传感器（3.2）可检测出板簧在传送带上的准确位置即板簧与传送带两侧的角度，将检测信号通过信号总线反馈给控制系统，控制系统调控机械臂Ⅲ（3.4）与机械夹具（3.1）可实现再次夹取，工业PC机再次根据板簧位置信息计算板簧淬火辅助机器人（1.4）动作时间，随后向板簧淬火辅助机器人（1.4）发送动作指令，直至板簧抓取成功；
5）当板簧抓取成功后电机处于自锁状态时，工业PC机向板簧淬火辅助机器人（1.4）发送动作指令，板簧淬火辅助机器人（1.4）调节机械臂Ⅱ（3.5）至空间坐标系统中预设位置，将板簧放置淬火机上进行淬火处理，此时，板簧淬火辅助机器人（1.4）动作完成并复位等待下一个动作指令。
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