CN110167718B

CN110167718B - 用于冲压线的钟摆式处理系统

Info

Publication number: CN110167718B
Application number: CN201680091876.9A
Authority: CN
Inventors: R·卡萨奈尔斯·莫伊斯; J·鲁伊兹·刚萨雷斯
Original assignee: ABB Schweiz AG
Current assignee: ABB Schweiz AG
Priority date: 2016-12-27
Filing date: 2016-12-27
Publication date: 2022-11-11
Anticipated expiration: 2036-12-27
Also published as: EP3562624B1; US11278951B2; WO2018121838A1; CN110167718A; US20200290108A1; EP3562624A1; ES2839278T3

Abstract

一种用于处理冲压线中的零件(300)的钟摆式处理系统可以包括设置在关于冲压线的中心竖直平面的相对两侧上的铰接的两个机器人(110、120)，其中，各机器人包括在机器人底座(111、121)和机器人腕部(112、122)之间串联的至少四个旋转轴(A1‑A4)，并且各机器人在第一轴(A1)水平且垂直于冲压线流向(LFD)的情况下安装，由此，各机器人的第一臂(113、123)能沿冲压线流向在竖直平面中摆动。

Description

用于冲压线的钟摆式处理系统

本公开涉及一种处理系统，该处理系统用于处理冲压线中的零件，例如，用于从压力机卸载零件和/或将零件装载到冲压生产线中的压力机。

背景技术

已知将工业机器人用于在冲压线(诸如用于制造车辆车身零件的冲压生产线)中装载和卸载工件或零件。例如，可以采用包括安装在地板或安装在顶板的铰接机器人或其他种类的操纵器的系统来装载和卸载冲压线中的坯料。

已知解决方案中的一些(诸如具有附接夹钳的单臂的操纵器)可能遭受振动的问题，特别是在处理大坯料和以非常高的速度处理的时候。

其他系统由操纵器构成，该操纵器安装在压力机本身上，并且具有铰接到公共横档的两个臂，夹钳附接到公共横档。这些系统不受振动问题影响，但它们具有较高成本且不通用。

另一个已知系统涉及钟摆状解决方案，该解决方案具有在一些情况下可以附接到压力机本身的两个操纵器。各操纵器具有安装在第一水平旋转轴上的臂，因此在竖直平面中摆动，并且在该臂上安装线性轴：即，臂包括引导系统，线性轴可以沿着该引导系统纵向滑动。横杆安装在两个操纵器的线性轴之间，并且夹钳附接到横杆。由此，系统通常具有至少旋转轴和线性轴。该解决方案可以允许快速操作，但它具有以下缺点：横杆必须延伸两个操纵器的臂之间的所有距离，并且具有固定长度：由于该原因，压力机需要适于在压力机与压力机的柱之间提供额外的空间，使得柱不干扰横杆。此外，模具的引导件可能干扰横杆，并且可能需要适应。因此，该解决方案仅适合适于处理系统的压力机和冲压模具，它们昂贵，不通用，并且占据大占地面积。此外，该解决方案的使用限于具有相对减小的压力机间距离的冲压线。

现在已经发现，可以提供一种用于处理零件的改进系统，该系统例如用于从压力机卸载零件和/或将零件装载到冲压线中的压力机，这利用钟摆运动，但克服已知钟摆系统的缺点。

发明内容

根据第一方面，本公开提供了一种用于处理冲压线中的零件的钟摆式处理系统，该系统包括设置在关于所述冲压线的中心竖直平面的相对两侧上的铰接的两个机器人，其中，各机器人包括在机器人底座和机器人腕部之间串联的至少四个旋转轴，并且各机器人在所述第一轴水平且垂直于冲压线流向的情况下安装，由此，各机器人的第一臂能沿所述冲压线流向在竖直平面中摆动。

在两个机器人的第一轴水平且垂直于冲压线流向的情况下安装两个机器人允许它们以钟摆状运动操作，从而得益于与这种解决方案关联的优点，诸如速度，由此，可以关于使用以传统方式(即，铰接机器人的第一轴沿竖直方向)安装的铰接机器人的已知处理系统获得相关循环改善。

此外，与具有串联的至少四个旋转轴的铰接机器人有关的实施方案另外克服已知钟摆系统的限制。实际上，机器人的四个旋转轴提供压力机装载/卸载操作所需的自由度，同时将机器人腕部维持在彼此的期望距离处，该期望距离可以小于机器人的底座之间的距离，因此小于压力机宽度。这意味着系统可以使用不同长度的横杆，例如，更短的横杆，由此，避免干扰冲压模具的引导件。因此，系统对于所有种类的压力机和模具是合适且高效的。

而且，具有串联的至少四个旋转轴的铰接机器人可以是标准工业机器人，这些标准工业机器人高度通用，并且具有比对于特定冲压系统和操作设计并编程的专用操纵器远远更低的成本且通常更高的可靠性和更容易的维护。

根据附加方面，本公开提供了用于处理冲压线中的零件的方法和设置有根据上面公开的第一方面的钟摆式处理系统的冲压生产线。

本公开的实施方式的附加目的、优点以及特征将在阅读说明书时对本领域技术人员变得显而易见，或者可以通过实践来学习。

附图说明

现在将在下文中参照附图用非限制性示例的方式来描述本公开的特定实施方式，附图中：

图1是根据本公开的一个实施方式的、用于处理冲压线中的零件的钟摆式处理系统的示意立体图；

图2A至图2F是在装载/卸载操作期间在不同位置中的、根据本公开的一个实施方式的系统的示意立体图；

图3和图4是根据另一个示例的处理系统的正视图和侧视图；以及

图5是例示了用于处理冲压线中的零件的方法的实施方式的流程图。

具体实施方式

图1示出了用于处理例如为了冲压金属零件300(诸如车身零件)而采用的种类的冲压线(例如，多级冲压线)中的工件的系统100。

图1的系统可以被采用来从冲压线中的第一站200卸载零件300，并且将它们转移到冲压线中的第二站(未示出)。冲压线中的第一站和第二站通常可以是压力机，即，系统特别但不独有地旨在用于压力机间处理。

压力机200包括底座或垫板210以及模具220。在所示的示例中，模具220窄于垫板(这在图的右手侧上可见)，但在其他情况下，可以采用具有垫板210的相同尺寸的模具。

如附图所示，本系统100可以包括两个铰接的工业机器人110、120。系统还可以包括用于控制两个机器人的控制单元400，例如，将两个机器人110、120共同控制的单个控制单元。

可以使机器人共同操作的控制单元例如是可从ABB(瑞士，苏黎世，网站www.abb.com)获得的控制单元，这些控制单元包括功能多重移动(MultiMove)；多重移动是嵌入例如ABB的IRC5控制模块中的功能，该功能允许控制若干操纵器或机器人的轴，使得它们像单个机器人一样地工作。

另选地，各机器人110、120可以包括控制单元，这两个控制单元同步。

钟摆式处理系统100的机器人110、120中的每一个机器人均可以是具有至少四个旋转轴的铰接机器人，这些旋转轴串联地安装在机器人底座111、121与机器人腕部112、122之间。

在图1所示的示例中，机器人110、120具有在底座111与腕部112之间串联的四个旋转轴，对于机器人110被示出为A1、A2、A3以及A4。然而，轴的数量将取决于各情况的具体要求。

如图1所示，两个机器人110、120可以设置在关于冲压线的中心竖直平面(即，包含冲压线的中心线CL的竖直平面)的相对两侧上。图1所示的中心线CL是沿冲压线流向(由箭头LFD示出)的线，冲压线的连续站的中心设置在该线上。

两个机器人110、120可以在它们的第一轴A1水平且垂直于冲压线流向LFD的情况下安装。因此，机器人的第一臂(诸如图1所示的第一臂113和第一臂123)可以沿冲压线流向LFD在平行竖直平面中(即，在与如上面限定的冲压线的中心竖直平面平行的竖直平面中)摆动。

机器人的“第一臂”在这里被定义为机器人的安装在第一轴上并围绕第一轴旋转的臂或零件；该零件在工业机器人安装在地板上且它们的第一轴沿竖直方向时有时被称为“下臂”。

钟摆式处理系统100的机器人110、120可以为安装在墙上的，例如，它们的底座固定到竖直墙壁；它们可以安装在附接到压力机的结构上或安装在独立结构上。

两个机器人110、120可以在它们的第一轴在冲压线的中心线CL上方(例如，如图1所示的靠近压力机的顶部)的情况下安装，使得机器人腕部在系统的压力机装载/卸载操作期间保持在机器人的第一轴下方。

然而，在其他实施方式中，它们可以安装在更低的位置中，使得腕部在系统的压力机装载/卸载操作期间在第一轴上方摆动。

还如图1所示，两个机器人110、120可以被安装为使得它们的第一轴(对于机器人110，参见图1中的第一轴A1)彼此对齐。

机器人110、120可以是标准工业机器人，诸如经常以用于从压力机装载和卸载零件的传统结构安装的机器人。在一些情况下，为了在标准工业机器人的第一轴水平的情况下安装，标准工业机器人可能需要一些适应，例如，用于第一轴的不同轴承。

机器人110、120中的每一个机器人均可以设置有附加臂114、124，该附加臂具有固定到对应机器人腕部112或122的近端以及承载附加旋转轴的远端。

在图1的示例中，各机器人的附加臂114、124安装在第四轴上并围绕第四轴旋转，因为机器人110、120具有四个轴，因此，腕部安装在第四轴上：例如，如图所示，机器人110的附加臂114安装在第四轴A4上，并且围绕该轴旋转。在臂114、124的远端处的附加旋转轴是第五轴，并且对于机器人110，被示出为A5。

如果机器人具有例如六个轴，则附加臂114、124将安装在各机器人的第六轴上并围绕第六轴旋转，并且附加轴将为第七轴。

处理系统100的机器人110、120可以包括：马达，该马达靠近附加臂114、124的近端安装在该附加臂上；和传动装置(未示出)，该传动装置在马达与附加旋转轴之间。对于机器人120，用附图标记125示出这种马达。用于机器人110的对应马达在图1的位置中不可见。

沿着附加臂114、124的马达和传动装置的其他另选方案是可能的，例如，提供马达和附接到机器人腕部的被动附加臂(在该技术领域中有时被称为“臂架(boom)”)，该马达设置在附加臂或臂架的远端处，以提供附加旋转轴。

机器人的附加旋转轴(诸如A5)允许被处理的零件300倾斜，因此，允许该零件在机器人的第一臂围绕第一轴A1摆动时被维持在水平位置中。

还如图1所示，腕部的旋转轴(即，该示例中的第四轴A4)和附加旋转轴(即，该示例中的A5)可以彼此平行并平行于机器人的第一轴A1。

在一些实施方式中，钟摆式处理系统100可以还包括横杆130(图1)，横杆130的相对两端附接到两个机器人110、120的附加轴，诸如A5。横杆130可以承载用于拾取要处理的零件300的夹钳系统140。

夹钳140可以包括适于安全地拾取零件300并使其移位的机械、电磁、真空或其他夹紧系统。

可以采用具有横杆130的处理系统100来在冲压线的两个站之间处理一个零件300，而且同时处理在冲压线的站中同时形成的两个零件300(例如，两个更小零件)。

系统具有以下优点：取决于要求，它可以并入不同长度的横杆。

在一些实施方式中，横杆130可以在长度上可调节，使得它可以适于模具引导件(若有的话)之间的不同距离。横杆的长度调节在系统同时装载/卸载两个零件300时也是有用的，并且从一个压力机到另一个压力机在零件之间存在距离的移位：具有两个独立夹钳的可调节横杆允许从一个压力机卸载彼此间隔特定距离的两个零件300，并且在处于不同距离处的下一压力机中装载它们。

冲压生产线的实施方式可以包括至少一个压力机，并且通常将包括：若干站，该若干站包括若干压力机；和至少一个钟摆式处理系统，诸如上面公开的系统100，该系统用于将零件装载到压力机或从压力机卸载零件。冲压生产线可以包括若干钟摆式处理系统，例如，与生产线的各压力机间部关联的钟摆式处理系统。

图2A至图2F以立体图例示了在一系列操作中的、钟摆式处理系统(诸如图1的系统100)的机器人的六个连续位置，在这些操作中，系统从冲压线的站200(在这种情况下为压力机)卸载坯料或零件300，并且将零件装载到下一站。出于清楚的原因，已经省略第一站的结构的一部分和第二站。

机器人110、120可以例如由图1的控制单元400操作，该控制单元控制机器人的所有移动，包括附加轴A5的移动。

应注意，图1以及图2A至图2F仅是如此处公开的处理系统中的机器人的模拟和移动的示意图，并且它们可以不准确示出机器人的维数和位置、它们的轴以及它们的臂。

在图2A中，机器人110和120正在从压力机200卸载零件300。

随着机器人110、120将零件300远离压力机200并朝向下一压力机(未示出)输送，图2A至图2F所示的连续位置例示了机器人110、120的第一臂113、123如何沿冲压线流向LFD并围绕水平轴A1在平行竖直平面中摆动，同时横杆130可以在附加臂114、124的端部处围绕附加轴A5旋转，因此，可以维持夹钳140和零件300水平。

在图2F中，机器人110、120处于用于将零件300装载在下一压力机(未示出)中的位置中。

在将零件200装载在第二站中之后，机器人110、120可以操作为将空的夹钳140返回到第一站200，以便以相反顺序的移动(诸如从图2F至图2A)拾取另一个零件。

因为两个机器人110和120的腕部112、122(因此还有附加臂114、124以及轴A5)可以贯穿装载/卸载操作维持在恒定距离处，并且该距离可以为如期望的，例如，小于冲压模具的引导件之间的距离，所以如上面公开的钟摆式处理系统可以设置有不干扰冲压模具的引导系统的较短横杆。

上述图1和图2A至图2F示出了具有延伸模具的大致所有长度的横杆130的处理系统：在这种情况下，两个机器人110、120的第五轴A5以及臂114、124在模具的侧面上保持可用的空间中移动，因为在这种情况下，模具220窄于下方的垫板210。

然而，通过使用诸如上面说明的工业机器人，如此处公开的处理系统还可以凭借更短的横杆工作，从而，允许还在模具与垫板一样宽且在模具的侧面上没有空间可用的情况下工作。这是优于现有技术中已知的钟摆系统的优点。

图3和图4以正视图和侧视图分别示出了具有承载短于模具220的宽度的横杆130'的两个机器人110、120的处理系统的示例。该系统不需要在模具的侧面上的、用于臂114、124的附加空间，并且可以避免干扰模具引导件(若有的话)。

用于从压力机卸载零件和将其装载在另一个压力机中的系统的连续位置可以部分类似于图2A至图2F示出的位置。然而，图4示出了在更短横杆130'的情况下，机器人110、120可以如何在不需要在模具侧面上的空间的情况下且在不干扰模具220的上零件和下零件的情况下，通过增大第四轴A4的旋转角使得臂114、124可以大致水平地进入到模具中，来将横杆130'放置在压力机内部。

在图3和图4中，出于清楚的目的，已经省略压力机的一些柱。

将上述公开考虑在内，将理解，如图5的流程图例示，如此处公开的、用于处理冲压线中的零件的方法的实施方式可以包括：

-在步骤500中，提供两个铰接机器人，这两个铰接机器人具有在机器人底座与机器人腕部之间串联的至少四个旋转轴；

-在步骤510中，将机器人安装在关于冲压线的中心竖直平面的相对两侧上，它们的第一轴水平且垂直于冲压线流向；以及

-在步骤520中，沿冲压线流向LFD以钟摆状运动操作机器人，以从冲压线的一个压力机卸载零件，并且在冲压线的另一个压力机中装载零件，例如如图2A至图2F的顺序所示。

在步骤520中，两个机器人的第一轴沿冲压线流向LFD在平行竖直平面中摆动。

在方法的一些实施方式中，在步骤500中提供的两个机器人可以设置有附加臂和附加旋转轴，而且可以设置有横杆，例如如上面关于图1或图3和图4公开的。

在诸如在图2A至图2F中公开的一些实施方式中，两个机器人可以共同操作来处理它们之间的零件，以从一个站拾取零件，并且将其递送到冲压线的下一站。

应注意，在诸如此处公开的钟摆式处理系统的其他实施方式中，可以省略上述的横杆130或130'，并且各机器人110、120可以承载其自己的夹钳，该夹钳例如附接到腕部或附加第五轴A5(如果包括这种附加轴)或附加第七轴(如果被采用的机器人是六轴机器人加上附加轴)。

具有承载独立夹钳的两个机器人110、120的系统可以用于处理站之间的两个不同零件300，特别是在零件较小和/或具有较小重量时：机器人可以从一个站卸载一个零件300并将其装载到下一站，并且另一个机器人可以关于另一个零件300进行相同的操作。这可以由系统在至少两种操作模式下进行：

(a)两个机器人在并行操作中工作，诸如处理在冲压线的各站中同时冲压的两个零件300，因此具有与图2A至图2F中的移动类似的移动，但其中，机器人110、120各承载一个更小零件300；或

(b)两个机器人在交替操作中工作，使得一个机器人从第一站卸载一个零件300并将其装载到第二站，而另一个机器人从第二站朝向第一站返回空车，准备处理下一零件300。

具有承载独立夹钳的两个机器人的这种系统还可以用于在与图2A至图2F例示的移动类似的同步移动中处理它们之间的单个零件300。该系统在一些情况下可能足够，但横杆的存在使得系统更刚性并更安全，特别是在要处理较重零件时。

可以在诸如此处公开的钟摆式处理系统中采用的商用串联机器人的示例是4轴机器人(诸如IRB 660和IRB 760)或6轴机器人(诸如IRB 6660)，所有机器人都可从ABB(瑞士，苏黎世，网站www.abb.com)获得。如上面公开的，具有附加旋转轴的臂将固定到这种机器人的腕部，即，分别固定到第六轴或第四轴。

虽然这里仅公开了若干特定实施方式和示例，但本领域技术人员将理解，所公开装置或方法的其他另选实施方式和/或用途及其明显的修改和等同物是可以的。此外，本公开包括所述特定实施方式的所有可能组合。保护范围不应受特定示例限制，而应仅由所附权利要求的清楚阅读来确定。

Claims

1.一种用于处理冲压线中的零件的钟摆式处理系统，该系统包括设置在关于所述冲压线的中心竖直平面的相对两侧上的铰接的两个机器人，其中，各机器人包括在机器人底座和机器人腕部之间串联的至少四个旋转轴，并且各机器人在第一轴水平且垂直于冲压线流向的情况下安装，由此，各机器人的第一臂能沿所述冲压线流向在竖直平面中摆动，其中，各机器人还包括臂，所述臂具有固定到所述机器人腕部的近端和承载附加旋转轴的远端，并且，所述系统还包括横杆，所述横杆的两端附接到所述两个机器人的所述附加旋转轴，并且适于承载用于拾取要处理的所述零件的夹钳系统。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述两个机器人被安装为使得所述两个机器人的水平且垂直于所述冲压线流向的所述第一轴彼此对齐。

3.根据权利要求1所述的系统，所述系统包括：马达，所述马达靠近所述近端安装在所述臂上；和传动装置，所述传动装置在所述马达与所述附加旋转轴之间。

4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述两个机器人被构造为使得所述两个机器人的所述机器人腕部的所述旋转轴和所述附加旋转轴彼此平行并平行于所述两个机器人的所述第一轴。

5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述横杆的长度是能调节的。

6.根据权利要求1所述的系统，其中，所述两个机器人是4轴机器人。

7.根据权利要求1所述的系统，所述系统包括控制单元，所述控制单元被构造为使所述两个机器人共同操作，使得所述两个机器人能处理它们之间的零件。

8.根据权利要求1所述的系统，其中，所述机器人为安装在墙上的。

9.根据权利要求8所述的系统，其中，每个机器人的底座被固定到竖直墙壁。

10.根据权利要求1所述的系统，其中，每个机器人被安装在附接到所述冲压线中的压力机的结构上。

11.根据权利要求1所述的系统，其中，所述机器人在这些机器人的第一轴在所述冲压线的中心线上方的情况下安装，使得所述机器人腕部在压力机装载/卸载操作期间保持在所述机器人的所述第一轴下方。

12.一种用于处理冲压线中的零件的方法，该方法包括以下步骤：

- 提供铰接的两个机器人，所述两个机器人具有在机器人底座与机器人腕部之间串联的至少四个旋转轴；

- 将所述两个机器人安装在关于所述冲压线的中心竖直平面的相对两侧上，所述两个机器人的第一轴水平且垂直于冲压线流向；

- 沿所述冲压线流向以钟摆状运动操作所述两个机器人，以从所述冲压线的一个站卸载零件，并且将所述零件装载在所述冲压线的另一个站中；

为各机器人提供臂，所述臂具有固定到所述机器人腕部的近端和承载附加旋转轴的远端；以及

提供横杆，所述横杆的两端附接到所述两个机器人的所述附加旋转轴，并且适于接收用于拾取要处理的所述零件的夹钳系统。

13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述两个机器人一起操作，以处理它们之间的零件。

14.根据权利要求12所述的方法，其中，所述两个机器人交替地操作，使得在一个机器人从第一站卸载一个零件并将所述一个零件装载到第二站的同时，另一个机器人从所述第二站朝向所述第一站返回空车。

15.根据权利要求12所述的方法，该方法包括：将所述机器人的底座附接到竖直墙壁。

16.一种冲压生产线，该冲压生产线包括沿冲压线流向设置的连续站和至少一个根据权利要求1所述的处理系统，所述处理系统用于将零件装载到所述冲压生产线的站和/或从所述冲压生产线的站卸载零件。