CN110539317B - 一种高铁列车轮对智能配盘桁架机械手末端执行器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高铁列车轮对智能配盘桁架机械手末端执行器，包括承载安装座、伺服电机、直线导轨、手爪和正反丝杠；所述承载安装座水平布置；伺服电机与承载安装座的一侧端部固定连接；直线导轨设有两个，两个直线导轨对称的安装于承载安装座的下端；手爪设有两个且均竖直布置，两个手爪的一端分别与两个直线导轨固定连接；正反丝杠一端与伺服电机的输出轴固定连接，其另一端分别穿过两个直线导轨并与承载安装座可枢转的连接。该执行器可以通过伺服电机带动手爪对工件进行抓取动作，自动化程度高，且抓取工件的过程更加准确，更符合现代高铁生产制造企业对于轮对装配工作高效、准确的需求。

Description

一种高铁列车轮对智能配盘桁架机械手末端执行器

技术领域

本发明涉及轨道交通智能选配技术领域，更具体的说是涉及一种高铁列车轮对智能配盘桁架机械手末端执行器。

背景技术

目前，在国内高铁列车生产制造企业中，轮对的装配主要依据车轴轴径与车轮、制动盘装配孔直径之间的过盈量大小，通过人工的方式选择所需要的车轴、车轮和制动盘等工件。这种装配工艺方法不仅耗费大量的人力，而且装配效率低下，不符合现代高铁生产制造企业的生产管理需求。同时，现有的机械手在抓取工件的过程中存在因工件偏心导致抓取不牢固且放置位置出现偏差的问题，并不适用于质量大且对装配精度要求严格的车轮或制动盘等工件的抓取工作。

因此，如何提供一种自动化程度高、可以准确对工件进行抓取的轮对智能配盘桁架机械手末端执行器是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种高铁列车轮对智能配盘桁架机械手末端执行器，该执行器可以通过伺服电机带动手爪对工件进行抓取动作，省去了人工抓取工件进行轮对的选择工作，该执行器自动化程度高，且抓取工件的过程更加准确，解决了传统的装配工艺方法不仅耗费大量的人力，而且装配效率低下，不符合现代高铁生产制造企业的生产管理需求的问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种高铁列车轮对智能配盘桁架机械手末端执行器，包括承载安装座、伺服电机、直线导轨、手爪和正反丝杠；

所述承载安装座水平布置；

所述伺服电机与所述承载安装座的一侧端部固定连接；

所述直线导轨设有两个，两个所述直线导轨对称的安装于所述承载安装座的下端；

所述手爪设有两个且均竖直布置，两个所述手爪的一端分别与两个所述直线导轨固定连接；

所述正反丝杠一端与所述伺服电机的输出轴固定连接，其另一端分别穿过两个所述直线导轨并与所述承载安装座可枢转的连接。

在上述方案的基础上，对本发明提供的技术方案做进一步解释说明。

进一步地，上述高铁列车轮对智能配盘桁架机械手末端执行器还包括伺服电机驱动器，所述伺服电机驱动器与所述伺服电机电连接，所述伺服电机驱动器固定安装于所述承载安装座靠近所述伺服电机的一侧端部，所述伺服电机驱动器用于实时采集所述伺服电机的扭矩值，并与预设的扭矩阈值进行比较分析，根据分析结果控制所述伺服电机正转或反转。伺服电机驱动器可以实时监测电机扭矩值，当扭矩值超过设定值时，表明偏差过大，伺服电机驱动器控制伺服电机反转，正反丝杠带动手爪向反方向移动一个设定值，通过伺服电机的正、反转来调整抓取工件的角度，解决了执行器抓取工件时易出现偏心的问题。

进一步地，两个所述手爪夹持工件的一侧均固定连接有多个压力传感器，所述压力传感器用于检测两个所述手爪的夹持力度值。压力传感器一方面可以配合伺服电机驱动器完成偏心检测，另一方面还可以检测手爪的夹紧状态，保证手爪在准确、稳定抓取工件后，安全、可靠运行，不影响桁架机械手后续准确配盘作业。

进一步地，两个所述手爪的另一端夹持工件的一侧还均设有位置对应的托起销。

进一步地，每个所述手爪上均设有两个托起销，两个所述托起销对称设置。

进一步地，每个所述托起销用于托起工件的端部均设有用于保护工件内孔的防护套。

进一步地，所述防护套的材质硬度低于待托起工件的材质硬度。

进一步地，所述工件为车轮或制动盘，所述车轮或制动盘的质量为130-495Kg。

采用上述技术方案的有益效果是：托起销可以起到托起工件的作用，每侧手爪端部都设计有两个托起销，可以确保抓取质量较大的工件过程安全、可靠，托起销的外表面套有防护套，可以避免托起销端部划伤工件内孔表面。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种高铁列车轮对智能配盘桁架机械手末端执行器，该执行器可以通过伺服电机带动手爪对工件进行抓取动作，节省了大量人力劳动，该执行器自动化程度高，且抓取工件的过程更加准确，更符合现代高铁生产制造企业对于轮对装配工作高效、准确的需求。

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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1附图为本发明提供的一种高铁列车轮对智能配盘桁架机械手末端执行器的结构示意图；

图2附图为本发明实施例中压力传感器的安装位置示意图；

图3附图为本发明实施例中压力传感器与工件间的受力关系示意图；

图4附图为本发明实施例中车轮的结构示意图；

图5附图为本发明实施例中制动盘的结构示意图；

图6附图为本发明实施例中整个配盘装置的整体结构示意图。

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做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。

参见附图1，本发明实施例公开了一种高铁列车轮对智能配盘桁架机械手末端执行器，包括承载安装座7、伺服电机8、直线导轨2、手爪4和正反丝杠3；

承载安装座7水平布置；

伺服电机8与承载安装座7的一侧端部固定连接；

直线导轨2设有两个，两个直线导轨2对称的安装于承载安装座7的下端；

手爪4设有两个且均竖直布置，两个手爪4的一端分别与两个直线导轨2固定连接；

正反丝杠3一端与伺服电机8的输出轴固定连接，其另一端分别穿过两个直线导轨2并与承载安装座7可枢转的连接。

在一个具体的实施例中，上述高铁列车轮对智能配盘桁架机械手末端执行器还包括伺服电机驱动器1，伺服电机驱动器1与伺服电机8电连接，伺服电机驱动器1固定安装于承载安装座7靠近伺服电机8的一侧端部，伺服电机驱动器1用于实时采集伺服电机8的扭矩值，并与预设的扭矩阈值进行比较分析，根据分析结果控制伺服电机8正转或反转。

伺服电机驱动器1可以实时监测伺服电机8的扭矩值，当扭矩值超过设定值时，表明偏差过大，伺服电机驱动器1控制伺服电机8反转，正反丝杠3带动手爪4向反方向移动一个设定值，通过伺服电机8的正、反转来调整抓取工件的角度，解决了执行器抓取工件时易出现偏心的问题。

在一个具体的实施例中，参见附图2和图3，两个手爪4夹持工件的一侧均固定连接有多个压力传感器5，压力传感器5用于检测两个手爪4的夹持力度值。压力传感器5一方面可以配合伺服电机驱动器1完成偏心检测，另一方面还可以检测手爪的夹紧状态，保证手爪在准确、稳定抓取工件后，安全、可靠运行，不影响桁架机械手后续准确配盘作业。本实施例中两个手爪4上一共设有四个压力传感器5，分别用于检测工件的夹紧状态。

在一个具体的实施例中，两个手爪4的另一端夹持工件的一侧还均设有位置对应的托起销6。

在一个具体的实施例中，每个手爪4上均设有两个托起销6，两个托起销6对称设置。

在一个具体的实施例中，每个托起销6用于托起工件的端部均设有用于保护工件内孔的防护套。

具体地，防护套的材质硬度低于待托起工件的材质硬度。

更具体地，工件可以是车轮或制动盘，车轮或制动盘的质量为130-495Kg。

托起销6可以起到托起工件的作用，每侧手爪4端部都设计有两个托起销6，可以确保抓取工件过程安全、可靠，托起销6的外表面套有防护套，可以避免托起销6的端部划伤工件内孔表面。为了实现更优的防护效果，防护套可以选用相比工件更软的材质制成，例如橡胶、硅胶等材质。

如图4和图5所示，被抓取工件的结构均为圆饼型，且中心均存在中心孔a和b，设计使用如图6示的配盘桁架机械手9，上述的末端执行器为配盘航架机械手的执行机构。配盘桁架机械手9能够通过安装在Z轴端部的末端执行器自动抓取的图4所示的车轮或图5所示的制动盘，在输送线10上进行各个托盘11的配盘作业。

参见附图1并结合附图6所示的实际应用过程中整个配盘装置的结构示意图，对本实施例中的末端执行器取车轮或制动盘的过程介绍如下：

伺服电机8通过正反丝杠3带动手爪4夹紧工件，当Z轴轴线位置与工件垂线位置存在偏差时，会有一侧的手爪4上的压力传感器5先接触到车轮或制动盘表面，同时伺服电机驱动器1实时监测伺服电机8的扭矩值，当扭矩值超过设定值时，表明偏差过大，伺服电机驱动器1将控制伺服电机8反转，正反丝杠3带动手爪4向反方向移动一个位移值。通过伺服电机8的正、反转来调整，直至手爪4准确夹紧工件。

参见附图1并结合附图6所示的实际应用过程中整个配盘装置的结构示意图，对本实施例中的末端执行器放车轮或制动盘的实施过程介绍如下：

当末端执行器抓取车轮或制动盘运动到待配托盘11上方往下运动时，

①当车轮或制动盘没有碰到托盘上的仿形支撑块而能正确到达指定位置时，说明托盘11位置没有偏差；

②当车轮或制动盘下降过程中，碰到仿形支撑块的导入口时，手爪4上一侧的压力传感器5的值会突然增大，此时伺服电机驱动器1控制伺服电机8反转，正反丝杠3带动手爪4向反方向移动一个位移值，伺服电机控制器1控制伺服电机8转动不断调整车轮或制动盘和仿形支撑块之间的位置关系，保证车轮或制动盘能够顺利进入仿形支撑块。

在开发的高铁列车轮对智能选配系统中，配盘桁架机械手9在图6所示的四条输送线10上自动判断托盘11位置上的工件类型和位置，并通过上述实施例中的末端执行器将工件抓取到托盘11的预定位置，完成一个轮对装配工件的智能选配。配盘桁架机械手1仅采用一套上述的末端执行器，不用更换末端执行器，就可以通过抓取车轮内孔a、制动盘内孔b完成上述工件的自动取与放。

手爪4、伺服电机8、伺服电机执行器1和压力传感器5配合工作，保证末端执行器在准确、稳定抓取车轮或制动盘后，安全、可靠运行，不影响整个配盘桁架机械手9后续准确配盘作业。

综上所述，与现有技术相比，本发明公开提供了一种高铁列车轮对智能配盘桁架机械手末端执行器，该执行器可以通过伺服电机带动手爪对工件进行抓取动作，省去了人工抓取工件进行轮对的选择工作，尤其可以准确、自动化程度高的自动抓取偏心结构、质量在130-495Kg车轮或制动盘，该执行器自动化程度高，且抓取工件的过程更加准确，更符合现代高铁生产制造企业对于轮对装配工作高效、准确的需求。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (5)

1.一种高铁列车轮对智能配盘桁架机械手末端执行器，其特征在于，包括承载安装座、伺服电机、直线导轨、手爪、伺服电机驱动器和正反丝杠；

所述承载安装座水平布置；

所述伺服电机与所述承载安装座的一侧端部固定连接；

所述直线导轨设有两个，两个所述直线导轨对称的安装于所述承载安装座的下端；

所述手爪设有两个且均竖直布置，两个所述手爪的一端分别与两个所述直线导轨固定连接；

所述正反丝杠一端与所述伺服电机的输出轴固定连接，其另一端分别穿过两个所述直线导轨并与所述承载安装座可枢转的连接；

所述伺服电机驱动器与所述伺服电机电连接，所述伺服电机驱动器固定安装于所述承载安装座靠近所述伺服电机的一侧端部，所述伺服电机驱动器用于实时采集所述伺服电机的扭矩值，并与预设的扭矩阈值进行比较分析，根据分析结果控制所述伺服电机正转或反转；

两个所述手爪的另一端夹持工件的一侧还均设有位置对应的托起销；

两个所述手爪夹持工件的一侧均固定连接有多个压力传感器，所述压力传感器用于检测两个所述手爪的夹持力度值；两个所述手爪上共设有四个所述压力传感器；伺服电机通过正反丝杠带动手爪夹紧工件，当Z轴轴线位置与工件垂线位置存在偏差时，会有一侧的手爪上的压力传感器先接触到车轮或制动盘表面，同时伺服电机驱动器实时监测伺服电机的扭矩值，当扭矩值超过设定值时，表明偏差过大，伺服电机驱动器将控制伺服电机反转，正反丝杠带动手爪向反方向移动一个位移值，通过伺服电机的正、反转来调整，直至手爪准确夹紧工件。

2.根据权利要求1所述的一种高铁列车轮对智能配盘桁架机械手末端执行器，其特征在于，每个所述手爪上均设有两个托起销，两个所述托起销对称设置。

3.根据权利要求2所述的一种高铁列车轮对智能配盘桁架机械手末端执行器，其特征在于，每个所述托起销用于托起工件的端部均设有用于保护工件内孔的防护套。

4.根据权利要求3所述的一种高铁列车轮对智能配盘桁架机械手末端执行器，其特征在于，所述防护套的材质硬度低于待托起工件的材质硬度。

5.根据权利要求1或3或4所述的一种高铁列车轮对智能配盘桁架机械手末端执行器，其特征在于，所述工件为车轮或制动盘，所述车轮或制动盘的质量为130-495Kg。

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