CN109399228A - 一种适用于洁净环境的物料接驳转运装置 - Google Patents

一种适用于洁净环境的物料接驳转运装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种适用于洁净环境的物料接驳转运装置，包括洁净型多自由度机械手，在该洁净型多自由度机械手旁配置有AGV小车导航定位机构，该AGV小车导航定位机构包括设置在洁净型多自由度机械手旁的导航机构安装架，在该导航机构安装架上设置用于反射AGV小车发出的激光导航信号的AGV激光导航反射板、用于检测AGV小车是否搭载物料的AGV有料检测传感器以及用于定位AGV小车上搭载的物料的机械定位结构。采用本发明提供的一种适用于洁净环境的物料接驳转运装置，结构新颖，设计巧妙，稳定可靠，能够与AGV小车实现耦合，自动化程度高，大幅减少了作业人员的流动，保证了大口径光学元件装校的洁净环境和光学元件表面的洁净度，同时具有运载大型光学元件的能力。

Description

一种适用于洁净环境的物料接驳转运装置
技术领域
本发明涉及大口径光学元件离线精密装校过程中的上下料装置，具体涉及一种适用于洁净环境的物料接驳转运装置。
背景技术
高功率固体激光装置中包含成千上万块大口径光学元件，光学元件材料特殊、价格昂贵，为了提升运行通量和延长高运行通量下光学元件的运行寿命，该类型高功率固体激光装置对光学元件表面洁净度指标要求极其严苛。在装置中大口径光学元件往往需要与各类机械模块进行装校后形成在线可替换单元光机模块(LRU)，这对装校环境和装校过程洁净度管控均提出了极高的要求。目前，美国、法国、中国等建成的相关的高功率固体激光装置中的大口径光学元件均在洁净度为ISO 5级或局部ISO 3级的装校洁净环境中进行装校或装配。经过长期的洁净室环境运行维护验证发现，人员流动、摩擦产尘、材质挥发、润滑油/润滑脂挥发等是光机模块装校过程中影响光学元件表面洁净度的主要因素，其中，以人员流动产尘最为严重。
目前，我国高功率固体激光装置中大部分光学元件的物流转运、光学元件接驳等工艺环节自动化程度较低，光学元件物流对接均靠人工作业完成，导致作业人员流动频繁，严重影响光学元件表面洁净度，增加了洁净度处理与控制难度，很难满足光学元件制造的洁净度要求且光学元件表面洁净度控制一致性难以保证；此外，目前尚未有洁净度满足ISO3级且负载大于150Kg的物流对接助力装置(含洁净机器人等)能够直接应用于高功率固体激光装置中的大口径光学元件离线精密装校过程中的物料转运。迫于工程应用需求，急需设计一种能够解决上述问题的适用于洁净环境的物料接驳转运装置。
发明内容
为解决洁净环境中大口径光学元件物流转运、光学元件物流对接等环节自动化程度低，作业人员流动频繁导致光学元件表面洁净度难以控制等工程问题，以及洁净环境转运设备运载能力的技术问题，本发明提供一种适用于洁净环境的物料接驳转运装置。
为实现上述目的，本发明技术方案如下：
一种适用于洁净环境的物料接驳转运装置，其要点在于：包括洁净型多自由度机械手，在该洁净型多自由度机械手旁配置有AGV小车导航定位机构，该AGV小车导航定位机构包括设置在洁净型多自由度机械手旁的导航机构安装架，在该导航机构安装架上设置用于反射AGV小车发出的激光导航信号的AGV激光导航反射板、用于检测AGV小车是否搭载物料的AGV有料检测传感器以及用于定位AGV小车上搭载的物料的机械定位结构。
采用以上结构，通过AGV小车导航定位机构的设置，能够耦合AGV小车，作为物料接驳平台，大大提高了物料转运过程中物流对接自动化程度，减少人员干涉，从而减少粉尘的产生，提高了环境和光学元件表面的洁净度；同时，再利用洁净型多自由度机械手，能够实现带包装箱的大口径光学元件的上下料，解决在洁净度为ISO3级环境中大负载(＞150Kg)物流接驳用洁净助力的问题。
作为优选：所述导航机构安装架为门形结构，所述AGV激光导航反射板、机械定位结构和AGV有料检测传感器均安装在导航机构安装架的横梁上，其中，所述机械定位结构位于横梁的中部，并朝着远离洁净型多自由度机械手的方向向外凸出，所述AGV有料检测传感器位于机械定位结构的一侧，所述AGV激光导航反射板有两块，并分别位于机械定位结构的两侧，且靠近横梁的端部。采用以上结构，AGV小车采用激光导航，通过横梁两端的AGV激光导航反射板能够与AGV小车实现实时通讯来修正AGV小车的定位误差，保证AGV小车准确到达预定位置；机械定位结构能够定位AGV小车上搭载的物料位置，以便于洁净型多自由度机械手进行抓取；而AGV有料检测传感器能够准确检测物料的有无，为洁净型多自由度机械手提供启动信号。
作为优选：所述机械定位结构包括沿水平方向可伸缩地安装在导航机构安装架上的定位块伸缩导杆以及安装在定位块伸缩导杆外端的物料定位块，所述物料定位块能够在定位块伸缩导杆的带动下沿水平方向靠近或者远离导航机构安装架。采用以上结构，通过定位块伸缩导杆的伸缩能够调节物料定位块的位置，以适应于不同的物料，提供机械定位结构的通用性。
作为优选：所述洁净型多自由度机械手包括两个相互正对的抓手、用于分别带动对应抓手在竖直平面上转动的两个回转臂、用于带动两个回转臂沿水平方向相互靠近或者远离的夹持驱动机构以及用于带动夹持驱动机构升降的龙门架，所述龙门架安装在两个相互正对的平移滑台上，并能够在两个平移滑台的带动下沿水平方向移动，所述导航机构安装架位于两个平移滑台之间，在所述回转臂中均设置有用于带动回转臂相对夹持驱动机构转动或带动抓手相对回转臂转动的旋转驱动机构，所述回转臂、夹持驱动机构、龙门架和平移滑台均采用洁净封装工艺进行了封装。采用以上结构，抓手的位置能够进行四自由度调节，大大提高了抓手的使用灵活性，同时，利用龙门架能够大大提高洁净型多自由度机械手的装载能力(＞150Kg)，以胜任大型光学元件的上下料，并且，回转臂、夹持驱动机构、龙门架和平移滑台均进行了封装，工作时不易产尘，保证了环境的洁净度。
作为优选：所述夹持驱动机构包括安装在龙门架上的夹持机构安装架、安装在夹持机构安装架中部的夹持组件安装箱、相对地设置在夹持组件安装箱两端的水平滑动导杆以及可沿对应水平滑动导杆滑动的两个夹持块，在所述夹持组件安装箱中设置有用于带动两个夹持块同步靠近或者远离夹持组件安装箱的夹持驱动组件。采用以上结构，结构简单，稳定可靠，为抓手提供了可靠地夹持能力。
作为优选：所述夹持驱动组件包括夹持驱动电机和两根相互平行的齿条，在所述夹持驱动电机的电机轴上固套有与两根齿条啮合的驱动齿轮，在每根齿条上均固定连接有驱动导杆，各根驱动导杆分别从夹持组件安装箱中穿出后与对应的夹持块固定连接。采用以上结构，稳定可靠地保证了两个夹持块的同步靠近或者远离。
作为优选：所述夹持块包括夹持块壳体和固定安装在夹持块壳体中的连接块，所述连接块通过洁净滑套可滑动地安装在对应的水平滑动导杆上，并受夹持驱动组件带动。采用以上结构，结构简单，工作稳定可靠，通过增设的洁净滑套防止滑动摩擦产尘。
作为优选：所述洁净滑套包括呈圆筒形的滑套安装筒，在该滑套安装筒的内腔中安装有至少一个与水平滑动导杆滑动配合的滑套基体，在所述滑套安装筒的两端均安装有除尘加长环，在所述滑套安装筒和除尘加长环上均安装有与各自内腔连通的排尘进气口，在所述除尘加长环远离滑套安装筒的一侧端面上盖有密封盖板。采用以上结构，能够通过排尘进气口的设计防止向环境中产尘，使粉尘储存在除尘加长环的内腔中。
作为优选：所述旋转驱动机构包括固定安装在回转臂中承载杆，该承载杆的上端部通过第一转轴可转动地安装在夹持驱动机构上，在所述承载杆的上端部固定安装有与其同步转动的第一驱动杆，所述抓手的中部通过第二转轴可转动地安装在承载杆的下端部上，在该抓手的中部固定安装有与其同步转动的第二驱动杆，在所述承载杆上安装有用于带动第一驱动杆相对夹持驱动机构转动的第一回转动力部件以及用于带动第二驱动杆相对承载杆转动的第二回转动力部件。采用以上结构，通过两级回转设计，使抓手具有更大的回转半径，从而更加灵活。
作为优选：所述龙门架和平移滑台均采用洁净型直线模组。采用以上结构，有效防止滑动摩擦产尘。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
采用本发明提供的一种适用于洁净环境的物料接驳转运装置，结构新颖，设计巧妙，稳定可靠，能够与AGV小车实现耦合，自动化程度高，大幅减少了作业人员的流动，保证了大口径光学元件装校的洁净环境和光学元件表面的洁净度，同时具有运载大型光学元件的能力。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明与AGV小车对接转运物料的示意图；
图3为AGV小车导航定位机构的示意图；
图4为洁净型多自由度机械手主要框架的结构示意图；
图5为抓手、回转臂和驱动机构的安装结构示意图；
图6为驱动机构的连接关系示意图；
图7为旋转驱动机构的连接关系示意图；
图8为洁净滑套的内部结构示意图。
具体实施方式
以下结合实施例和附图对本发明作进一步说明。
如图1和图2所示，一种适用于洁净环境的物料接驳转运装置，包括洁净型多自由度机械手1，在该洁净型多自由度机械手1的一侧设置有接驳区域，在该接驳区域中设置有AGV小车导航定位机构2。利用洁净型多自由度机械手1，能够胜任大型光学元件的上下料，解决在洁净度高于ISO3环境中大负载(＞150Kg)物流接驳用洁净助力的问题。通过AGV小车导航定位机构2的设置，能够耦合AGV小车3，作为物料接驳平台，大大提高了物料4转运过程中物流对接自动化程度，减少人员干涉，从而减少粉尘的产生，提高了环境和光学元件表面的洁净度。本实施例中，物料4可以是带包装箱的大口径光学元件，也可以是其它物件。
请参见图2和图3，所述AGV小车导航定位机构2包括导航机构安装架21、机械定位结构24、AGV有料检测传感器23和两块AGV激光导航反射板22。其中，所述导航机构安装架21包括合围形成门形结构的两根立柱和一根横梁211，该导航机构安装架21设置在洁净型多自由度机械手1旁，具体位置详见下文。所述机械定位结构24用于定位AGV小车3上搭载的物料4，具体地说，AGV小车3的顶部设置有用于托运物料4的托板31，物料4搭载在托板31上，机械定位结构24位于横梁211的中部，并朝着远离洁净型多自由度机械手1的方向向外凸出，能够与物料4抵接。所述AGV激光导航反射板22用于反射AGV小车3发出的激光导航信号，并分别位于机械定位结构24的两侧，且靠近横梁211的端部，与AGV小车3实现通讯，以便于AGV小车3进行位置修正。所述料检测传感器23用于检测AGV小车3的托板31上是否搭载物料4，该AGV有料检测传感器23位于机械定位结构24的一侧，可以采用红外线传感器、接近传感器等具有类似功能的传感器。
请参见图3，所述机械定位结构24包括沿水平方向可伸缩地安装在导航机构安装架21上的定位块伸缩导杆241以及安装在定位块伸缩导杆241外端的物料定位块242，所述物料定位块242能够在定位块伸缩导杆241的带动下沿水平方向靠近或者远离导航机构安装架21。定位块伸缩导杆241的伸缩长度可以采用手动、电动或启动调节的方式进行控制。
请参见图1、图4～图7，所述洁净型多自由度机械手1包括两个相互正对的抓手11、用于分别带动对应抓手11在竖直平面上转动的两个回转臂12、用于带动两个回转臂12沿水平方向相互靠近或者远离的夹持驱动机构13以及用于带动夹持驱动机构13升降的龙门架14，所述龙门架14安装在两个相互正对的平移滑台15上，并能够在两个平移滑台15的带动下沿水平方向移动，所述导航机构安装架21位于两个平移滑台15之间，在所述回转臂12中均设置有用于带动回转臂12相对夹持驱动机构13转动或带动抓手11相对回转臂12转动的旋转驱动机构16，所述回转臂12、夹持驱动机构13、龙门架14和平移滑台15均采用洁净封装工艺进行了封装。具体地说，回转臂12用于控制抓手11的转动，夹持驱动机构13用于控制抓手11的夹持或释放，龙门架14用于控制抓手11的升降，平移滑台15用于控制抓手11的前后移动。
请参见图5和图6，所述夹持驱动机构13包括安装在龙门架14上的夹持机构安装架131、安装在夹持机构安装架131中部的夹持组件安装箱132、相对地设置在夹持组件安装箱132两端的水平滑动导杆133以及可沿对应水平滑动导杆133滑动的两个夹持块134，在所述夹持组件安装箱132中设置有用于带动两个夹持块134同步靠近或者远离夹持组件安装箱132的夹持驱动组件135。具体地说，夹持驱动组件135用于带动夹持块134沿水平滑动导杆133滑动，实现两个夹持块134相互靠近或者远离。
请参见图6，所述夹持驱动组件135包括夹持驱动电机135a和两根相互平行的齿条135b，在所述夹持驱动电机135a的电机轴上固套有与两根齿条135b啮合的驱动齿轮135c，在每根齿条135b上均固定连接有驱动导杆135d，各根驱动导杆135d分别从夹持组件安装箱132中穿出后与对应的夹持块134固定连接。夹持驱动电机135a启动，能够带动驱动齿轮135c正转或翻转，从而驱动齿轮135c带动两根齿条135b相互靠近或者远离，最终通过两根齿条135b拉动或推动对应驱动导杆135d，实现带动两个夹持块134相互靠近或者远离。
请参见图6和图8，为防止滑动摩擦产尘，所述夹持块134包括夹持块壳体134a和固定安装在夹持块壳体134a中的连接块134b，所述连接块134b通过洁净滑套136可滑动地安装在对应的水平滑动导杆133上，并受夹持驱动组件135带动。
具体地说，所述洁净滑套136包括呈圆筒形的滑套安装筒136a，在该滑套安装筒136a的内腔中安装有至少一个与水平滑动导杆133滑动配合的滑套基体136b，在所述滑套安装筒136a的两端均安装有除尘加长环136c，在所述滑套安装筒136a和除尘加长环136c上均安装有与各自内腔连通的排尘进气口136d，在所述除尘加长环136c远离滑套安装筒136a的一侧端面上盖有密封盖板136e进一步地，为保证密封盖板136e对除尘加长环136c的密封性，所述密封盖板136e与对应的除尘加长环136c之间均设置有密封圈136f，防止对环境产尘。其中，滑套安装筒136a与水平滑动导杆133滑动配合，除尘加长环136c与滑套安装筒136a同轴固定连接。
请参见图7，所述旋转驱动机构16包括固定安装在回转臂12中承载杆161，该承载杆161的上端部通过第一转轴可转动地安装在夹持驱动机构13上，在所述承载杆161的上端部固定安装有与其同步转动的第一驱动杆162，所述抓手11的中部通过第二转轴可转动地安装在承载杆161的下端部上，在该抓手11的中部固定安装有与其同步转动的第二驱动杆163，在所述承载杆161上安装有用于带动第一驱动杆162相对夹持驱动机构13转动的第一回转动力部件164以及用于带动第二驱动杆163相对承载杆161转动的第二回转动力部件165。本实施例中，第一回转动力部件164和第二回转动力部件165均优选采用电缸，当第一回转动力部件164启动时，第一回转动力部件164拉动第一驱动杆162，第一驱动杆162拉动承载杆161，使承载杆161和回转臂12同步相对夹持块134转动，当第二回转动力部件165启动时，第二回转动力部件165拉动第二驱动杆163，第二驱动杆163拉动抓手11，使抓手11相对回转臂12转动。
请参见图1和图4，所述龙门架14和平移滑台15均采用洁净型直线模组17，洁净型直线模组17即采用了洁净封装的直线模组。另外，还需要指出的是，两个平移滑台15之间的区域为接驳区域，AGV小车导航定位机构2设置在两个平移滑台15之间的接驳区域上，导航机构安装架21优选设置在两个平移滑台15之间的中心位置。在龙门架14上设置有至少一个平衡气缸141，通过平衡气缸141承受系统本身重力，能够有效减少龙门架14上洁净型直线模组17的负载，从而大大提高了洁净型多自由度机械手1的装载能力，解决在洁净度高于ISO3环境中大负载(＞150Kg)物流接驳用洁净助力的问题。
本发明的工作过程如下：
AGV小车3根据AGV激光导航反射板22的导航指引，将物料4运送到导航机构安装架21所处的接驳区域，同时，机械定位结构24将AGV小车3托板31上的物料4定位到预定位置，AGV有料检测传感器23检测到物料4位于预定位置，洁净型多自由度机械手1启动，抓取AGV小车3上的物料4，实现上下料。
最后需要说明的是，上述描述仅仅为本发明的优选实施例，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不违背本发明宗旨及权利要求的前提下，可以做出多种类似的表示，这样的变换均落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种适用于洁净环境的物料接驳转运装置，其特征在于：包括洁净型多自由度机械手(1)，在该洁净型多自由度机械手(1)的一侧设置有接驳区域，在该接驳区域中设置有AGV小车导航定位机构(2)，该AGV小车导航定位机构(2)包括设置在洁净型多自由度机械手(1)旁的导航机构安装架(21)，在该导航机构安装架(21)上设置用于反射AGV小车(3)发出的激光导航信号的AGV激光导航反射板(22)、用于检测AGV小车(3)是否搭载物料(4)的AGV有料检测传感器(23)以及用于定位AGV小车(3)上搭载的物料(4)的机械定位结构(24)。
2.根据权利要求1所述的一种适用于洁净环境的物料接驳转运装置，其特征在于：所述导航机构安装架(21)为门形结构，所述AGV激光导航反射板(22)、机械定位结构(24)和AGV有料检测传感器(23)均安装在导航机构安装架(21)的横梁(211)上，其中，所述机械定位结构(24)位于横梁(211)的中部，并朝着远离洁净型多自由度机械手(1)的方向向外凸出，所述AGV有料检测传感器(23)位于机械定位结构(24)的一侧，所述AGV激光导航反射板(22)有两块，并分别位于机械定位结构(24)的两侧，且靠近横梁(211)的端部。
3.根据权利要求1或2所述的一种适用于洁净环境的物料接驳转运装置，其特征在于：所述机械定位结构(24)包括沿水平方向可伸缩地安装在导航机构安装架(21)上的定位块伸缩导杆(241)以及安装在定位块伸缩导杆(241)外端的物料定位块(242)，所述物料定位块(242)能够在定位块伸缩导杆(241)的带动下沿水平方向靠近或者远离导航机构安装架(21)。
4.根据权利要求1所述的一种适用于洁净环境的物料接驳转运装置，其特征在于：所述洁净型多自由度机械手(1)包括两个相互正对的抓手(11)、用于分别带动对应抓手(11)在竖直平面上转动的两个回转臂(12)、用于带动两个回转臂(12)沿水平方向相互靠近或者远离的夹持驱动机构(13)以及用于带动夹持驱动机构(13)升降的龙门架(14)，所述龙门架(14)安装在两个相互正对的平移滑台(15)上，并能够在两个平移滑台(15)的带动下沿水平方向移动，所述导航机构安装架(21)位于两个平移滑台(15)之间，在所述回转臂(12)中均设置有用于带动回转臂(12)相对夹持驱动机构(13)转动或带动抓手(11)相对回转臂(12)转动的旋转驱动机构(16)，所述回转臂(12)、夹持驱动机构(13)、龙门架(14)和平移滑台(15)均采用洁净封装工艺进行了封装。
5.根据权利要求4所述的一种适用于洁净环境的物料接驳转运装置，其特征在于：所述夹持驱动机构(13)包括安装在龙门架(14)上的夹持机构安装架(131)、安装在夹持机构安装架(131)中部的夹持组件安装箱(132)、相对地设置在夹持组件安装箱(132)两端的水平滑动导杆(133)以及可沿对应水平滑动导杆(133)滑动的两个夹持块(134)，在所述夹持组件安装箱(132)中设置有用于带动两个夹持块(134)同步靠近或者远离夹持组件安装箱(132)的夹持驱动组件(135)。
6.根据权利要求5所述的一种适用于洁净环境的物料接驳转运装置，其特征在于：所述夹持驱动组件(135)包括夹持驱动电机(135a)和两根相互平行的齿条(135b)，在所述夹持驱动电机(135a)的电机轴上固套有与两根齿条(135b)啮合的驱动齿轮(135c)，在每根齿条(135b)上均固定连接有驱动导杆(135d)，各根驱动导杆(135d)分别从夹持组件安装箱(132)中穿出后与对应的夹持块(134)固定连接。
7.根据权利要求5所述的一种适用于洁净环境的物料接驳转运装置，其特征在于：所述夹持块(134)包括夹持块壳体(134a)和固定安装在夹持块壳体(134a)中的连接块(134b)，所述连接块(134b)通过洁净滑套(136)可滑动地安装在对应的水平滑动导杆(133)上，并受夹持驱动组件(135)带动。
8.根据权利要求7所述的一种适用于洁净环境的物料接驳转运装置，其特征在于：所述洁净滑套(136)包括呈圆筒形的滑套安装筒(136a)，在该滑套安装筒(136a)的内腔中安装有至少一个与水平滑动导杆(133)滑动配合的滑套基体(136b)，在所述滑套安装筒(136a)的两端均安装有除尘加长环(136c)，在所述滑套安装筒(136a)和除尘加长环(136c)上均安装有与各自内腔连通的排尘进气口(136d)，在所述除尘加长环(136c)远离滑套安装筒(136a)的一侧端面上盖有密封盖板(136e)。
9.根据权利要求4所述的一种适用于洁净环境的物料接驳转运装置，其特征在于：所述旋转驱动机构(16)包括固定安装在回转臂(12)中承载杆(161)，该承载杆(161)的上端部通过第一转轴可转动地安装在夹持驱动机构(13)上，在所述承载杆(161)的上端部固定安装有与其同步转动的第一驱动杆(162)，所述抓手(11)的中部通过第二转轴可转动地安装在承载杆(161)的下端部上，在该抓手(11)的中部固定安装有与其同步转动的第二驱动杆(163)，在所述承载杆(161)上安装有用于带动第一驱动杆(162)相对夹持驱动机构(13)转动的第一回转动力部件(164)以及用于带动第二驱动杆(163)相对承载杆(161)转动的第二回转动力部件(165)。
10.根据权利要求4所述的一种适用于洁净环境的物料接驳转运装置，其特征在于：所述龙门架(14)和平移滑台(15)均采用洁净型直线模组(17)。
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