CN110937387B - 一种光纤拉丝塔自动架棒机器人 - Google Patents

Abstract

本发明属于光纤拉丝塔自动化生产技术领域，特别涉及一种光纤拉丝塔自动架棒机器人。包括上浮动夹爪机构、下浮动底托机构、上回转机械臂、下回转机械臂、Z轴竖梁、Y轴横梁、第一X轴横梁、第二X轴横梁及三向可调悬挂组件，其中Y轴横梁的两端与第一X轴横梁和第二X轴横梁滑动连接，Z轴竖梁与Y轴横梁滑动连接，上回转机械臂和下回转机械臂均可沿竖直方向滑动地设置于Z轴竖梁上，上浮动夹爪机构和下浮动底托机构设置于上回转机械臂和下回转机械臂的末端，第一X轴横梁和第二X轴横梁通过三向可调悬挂组件吊挂于空中基建结构上。本发明实现自动化搬运，降低工人的劳动强度，大大提高预制棒的搬运效率和生产的自动化水平。

Description

一种光纤拉丝塔自动架棒机器人

技术领域

本发明属于光纤拉丝塔自动化生产技术领域，特别涉及一种光纤拉丝塔自动架棒机器人。

背景技术

传统光纤拉丝塔行业中，因预制棒长度超过数米，重量约几百公斤，且制造成本非常高昂，操作疏忽或不够熟练就会造成很大的经济损失。光纤预制棒主要依靠人力在各工序设备之间转运，工人劳动强度较大，高空坠落危险系数高，且搬运效率较低。另外由于拉丝塔高度较高，上下棒高度一般在数米高，转运过程非常容易造成工件损坏，再有车间设备为节约空间非常通常非常密集，整个流程缓慢并且须要很高的安全系数。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种光纤拉丝塔自动架棒机器人，以解决现有光纤预制棒主要依靠人力在各工序设备之间转运，工人劳动强度较大，高空坠落危险系数高，且搬运效率较低的问题。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种光纤拉丝塔自动架棒机器人，包括上浮动夹爪机构、下浮动底托机构、上回转机械臂、下回转机械臂、Z轴竖梁、Y轴横梁、第一X轴横梁、第二X轴横梁及三向可调悬挂组件，其中Y轴横梁的两端分别与第一X轴横梁和第二X轴横梁滑动连接，所述Z轴竖梁与所述Y轴横梁滑动连接，所述上回转机械臂和下回转机械臂均可沿竖直方向滑动地设置于Z轴竖梁上，所述上浮动夹爪机构和下浮动底托机构分别设置于所述上回转机械臂和下回转机械臂的末端，所述第一X轴横梁和第二X轴横梁通过可调悬挂组件吊挂于空中基建结构上。

所述上浮动夹爪机构包括手爪基座及设置于所述手爪基座上的夹爪和叉形手爪，所述叉形手爪位于夹爪的上方，所述手爪基座可滑动地设置于所述上回转机械臂末端设有的横向直线导轨上，所述横向直线导轨的两端设有用于限位的液压缓冲器，所述手爪基座上设有用于驱动所述夹爪开闭的夹紧气缸。

所述上浮动夹爪机构还包括定位机构，所述定位机构包括定位气缸、导销及锥形定位套，其中定位气缸设置于所述上回转机械臂上，所述锥形定位套设置于所述手爪基座上、且与所述定位气缸相对应，所述导销设置于所述定位气缸的输出轴上、且通过所述定位气缸的驱动伸出与所述锥形定位套配合，实现所述手爪基座的定位。

所述手爪基座的顶部设有视觉照相机，所述叉形手爪的上、下侧分别设置有无料检测传感器和前后到位检测传感器。

所述下浮动底托机构包括由下至上依次滑动连接的底板、下层滑板及上层滑板，所述上层滑板与下层滑板之间的滑动方向与所述下层滑板和底板之间的滑动方向垂直，所述上层滑板、下层滑板及底板上设有同轴的通孔。

所述下层滑板的两侧设有用于限制所述上层滑板滑动行程的上层挡块，所述底板的两侧设有用于限制所述下层滑板滑动行程的的下层挡块，所述上层滑板的上方设有聚四氟乙烯件，所述聚四氟乙烯件上设有用于检测工件竖直到位的传感器。

所述上回转机械臂和下回转机械臂结构相同，均包括大机械臂、小机械臂、第一关节转动驱动机构及第二关节转动驱动机构，其中大机械臂的一端与所述Z轴竖梁上的滑板可转动地连接、且与设置于所述Z轴竖梁上的第一关节转动驱动机构传动连接，所述大机械臂的另一端与小机械臂的一端可转动地连接、且与设置于所述大机械臂上的第二关节转动驱动机构传动连接。

所述Z轴竖梁内设有用于驱动所述上回转机械臂和下回转机械臂升降的竖直运动驱动机构。

所述可调悬挂组件包括悬挂板和调整板，其中调整板设置于悬挂板的上方、且通过高度调整螺杆与所述悬挂板连接，所述调整板上设有前后调整螺栓和多个用于与空中基建结构连接的夹板，所述前后调整螺栓位于所述空中基建结构的两侧，用于调整所述空中基建结构的前后位置，所述悬挂板的下端与第一X轴横梁和第二X轴横梁连接，所述悬挂板的下端设有用于调整所述第一X轴横梁和第二X轴横梁垂直度的顶丝及与所述第一X轴横梁和第二X轴横梁的下侧接触的滚动轴承。

所述的光纤拉丝塔自动架棒机器人还包括Y轴横梁驱动机构和Z轴竖梁驱动机构，其中Y轴横梁驱动机构设置于所述第一X轴横梁和第二X轴横梁上、且与所述Y轴横梁连接，所述Y轴横梁通过Y轴横梁驱动机构的驱动沿X轴方向运动，所述Z轴竖梁驱动机构设置于所述Y轴横梁上、且与所述Z轴竖梁连接，所述Z轴竖梁通过所述Z轴竖梁驱动机构的驱动沿Y轴方向运动。

本发明的优点及有益效果是：本发明是具有大跨距、大负载、长行程的九轴倒挂桁架机器人，实现光纤拉丝塔自动化生产领域自动化搬运，降低工人的劳动强度，大大提高预制棒的搬运效率和生产的自动化水平。

本发明的运动机构采用多组旋转副、直线运动副，可做同步、插补等复杂的曲线运动。整体构架钢性良好，可非常平稳的运行并夹持数米高的棒类、轴类物体做复杂的复合运动。

本发明采用倒挂安装形式，可在多层厂房任意楼层安装桁架机器人，打破了桁架只能在地面安装的传统定式。

本发明实现了在复杂、狭窄的光纤拉丝生产空间各生产工序之间的自动化作业，提升拉丝塔自动架棒作业本质安全，降低作业人员的工作危险系数和劳动强度，减少工序转运时间，提高架棒对接精度，提高生产率。本发明适用于一般等级洁净环境，也可以应用于其他棒类、轴类零件或组件的物流搬运。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的局部俯视图；

图3为本发明中三向可调悬挂组件的轴测图；

图4为本发明中三向可调悬挂组件的侧视图；

图5为本发明中上回转机械臂的结构示意图；

图6为图5中A处放大图；

图7为本发明中上浮动夹爪机构的轴测图；

图8为本发明中上浮动夹爪机构的侧视图；

图9为本发明中下浮动底托机构的轴测图；

图10为本发明中下浮动底托机构的侧视图。

图中：1为上浮动夹爪机构，2为下浮动底托机构，3为上回转机械臂，31为大机械臂，32为小机械臂，33为伺服电机，34为RV减速机，35为回转轴承，36为第一法兰轴，37为深沟球轴承，38为第二法兰轴，39为连接板，4为下回转机械臂，5为Z轴竖梁，6为Y轴横梁，7为第一X轴横梁，8为第二X轴横梁，9为可调悬挂组件，901为前后调整螺栓，902为夹板，903为悬挂板，904为滚动轴承，905为顶丝，906为高度调整螺杆，907为调整板，10为空中基建结构，11为手爪基座，12为液压缓冲器，13为横向直线导轨，14为定位气缸，15为夹紧气缸，16为夹爪，17为叉形手爪，18为锥形定位套，19为导销，110为前后到位检测传感器，111为有无料检测传感器，112为视觉照相机，20为空中电控柜，21为聚四氟乙烯件，22为上层滑板，23为下层滑板，24为上层挡块，25为下层挡块，26为下层直线导轨，27为传感器，28为上层直线导轨，29为底板。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。

如图1-2所示，本发明提供的一种光纤拉丝塔自动架棒机器人，包括上浮动夹爪机构1、下浮动底托机构2、上回转机械臂3、下回转机械臂4、Z轴竖梁5、Y轴横梁6、第一X轴横梁7、第二X轴横梁8及可调悬挂组件9，其中Y轴横梁6的两端分别与第一X轴横梁7和第二X轴横梁8上设有的X轴轨道滑动连接，Z轴竖梁5与Y轴横梁6上设有的Y轴轨道滑动连接，上回转机械臂3和下回转机械臂4均可沿竖直方向滑动地设置于Z轴竖梁5上设有的Z轴轨道上，且上回转机械臂3位于下回转机械臂4的上方。上浮动夹爪机构1和下浮动底托机构2分别设置于上回转机械臂3和下回转机械臂4的末端，第一X轴横梁7和第二X轴横梁8通过可调悬挂组件9吊挂于空中基建结构10上。

光纤拉丝塔自动架棒机器人还包括Y轴横梁驱动机构和Z轴竖梁驱动机构，其中Y轴横梁驱动机构设置于第一X轴横梁7和第二X轴横梁8上、且与Y轴横梁6连接，Y轴横梁6通过Y轴横梁驱动机构的驱动沿X轴方向运动，Z轴竖梁驱动机构设置于Y轴横梁6上、且与Z轴竖梁5连接，Z轴竖梁5通过Z轴竖梁驱动机构的驱动沿Y轴方向运动。

Z轴竖梁5内设有用于驱动上回转机械臂3和下回转机械臂4升降的竖直运动驱动机构。

本发明的实施例中，Y轴横梁驱动机构和Z轴竖梁驱动机构均采用齿轮齿条机构，竖直运动驱动机构采用双丝杠丝母机构，上回转机械臂3和下回转机械臂4分别通过TA轴竖直运动驱动机构和TB轴竖直运动驱动机构驱动升降，Y轴横梁6和Z轴竖梁5均为箱型结构。

如图3-4所示，可调悬挂组件9包括悬挂板903和调整板907，其中调整板907水平设置于悬挂板903的上方、且通过高度调整螺杆906与悬挂板903连接，调整板907上设有前后调整螺栓901和多个用于与空中基建结构10连接的夹板902，前后调整螺栓901位于空中基建结构10的两侧，用于调整空中基建结构10的前后位置，悬挂板903的下端与第一X轴横梁7和第二X轴横梁8连接，悬挂板903的下端设有用于调整第一X轴横梁7和第二X轴横梁8垂直度的顶丝905及与第一X轴横梁7和第二X轴横梁8的下侧接触的滚动轴承904。

可调悬挂组件9的设计功能在于将第一X轴横梁7和第二X轴横梁8在空中具有较高精度倒挂，同时完成第一X轴横梁7和第二X轴横梁8长行程拼接，第一X轴横梁7和第二X轴横梁8均采用钢梁。前后调整螺栓901将可调悬挂组件9连同钢梁整体前后方向调整，夹板902将可调悬挂组件9倒挂在空中基建结构10上，滚动轴承904在钢梁拼接时，左右可手动推动钢梁进行小范围精度对接，钢梁通过背面螺栓连接在可调悬挂组件9上，同时利用专用顶丝905进行垂直的调整，高度调整螺杆906进行可调悬挂组件9整体上下高度上调整。由此钢梁可倒挂在空中基建结构10上，并通过此结构将轨道输出面精度调整至±1mm内。

如图5所示，上回转机械臂3和下回转机械臂4结构相同，均包括大机械臂31、小机械臂32、第一关节转动驱动机构及第二关节转动驱动机构，其中大机械臂31的一端与Z轴竖梁5上的滑板可转动地连接、且与设置于Z轴竖梁5上的第一关节转动驱动机构传动连接，大机械臂31的另一端与小机械臂32的一端可转动地连接、且与设置于大机械臂31上的第二关节转动驱动机构传动连接。

如图6所示，第一关节转动驱动机构和第二关节转动驱动机构结构相同，伺服电机33通过联轴器与RV减速机34相连接，RV减速机34的法兰输出端通过与法兰轴36连接，从而驱动大机械臂31或小机械臂32；同时为满足洁净设计、动平衡及高精度要求，在该旋转关节位置上侧安装高精度回转轴承35和下侧安装深沟球轴承37，最后通过法兰轴38将关节底部密封。小机械臂32安装在大机械臂31下侧，实现高精度平稳回转，整个电动/气动走线采用工业标准化管线包，实现全内部走线。

如图7所示，上浮动夹爪机构1包括手爪基座11及设置于手爪基座11上的夹爪16和叉形手爪17，叉形手爪17位于夹爪16的上方，手爪基座11可滑动地设置于上回转机械臂3末端设有的横向直线导轨13上，横向直线导轨13的两端设有用于限位的液压缓冲器12，手爪基座11上设有用于驱动夹爪16开闭的夹紧气缸15。手爪基座11的顶部设有视觉照相机112，叉形手爪17的上、下侧分别设置有无料检测传感器111和前后到位检测传感器110。

如图8所示，上浮动夹爪机构1还包括定位机构，定位机构包括定位气缸14、导销19及锥形定位套18，其中定位气缸14设置于上回转机械臂3上，锥形定位套18设置于手爪基座11上、且与定位气缸14相对应，导销19设置于定位气缸14的输出轴上、且通过定位气缸14的驱动伸出与锥形定位套18配合，实现手爪基座11的定位。

视觉照相机11检测位置调整后，定位气缸14缩回，带动导销19与锥形定位套18分离，此时整个上浮动夹爪机构1在横向直线导轨13上左右方向移动，自由度处于完全释放状态(即浮动状态)，横向直线导轨两端设置液压缓冲器12进行浮动行程调节。机械手向前，叉形手爪17移动移动至工件取料环形槽插取工件，进入后，继续往前移动，压缩前后到位检测传感器110，机械手前后停止，夹紧气缸15动作，带动夹爪16夹紧柱状工件表面，等待2s后，上浮动夹爪机构1整体向上提取工件，压缩有无料检测传感器111有信号后，停止提升。整个上手爪平移退出来，完成工件抓取工作。

如图9-10所示，下浮动底托机构2包括由下至上依次滑动连接的底板29、下层滑板23及上层滑板22，底板29和下层滑板23之间设有下层直线导轨26，下层滑板23与上层滑板22之间设有上层直线导轨28，上层直线导轨28与下层直线导轨26垂直，即上层滑板22与下层滑板23之间的滑动方向与下层滑板23和底板29之间的滑动方向垂直。底板29的两侧设有用于限制下层滑板23浮动行程的的下层挡块25，下层滑板23的两侧设有用于限制上层滑板22浮动行程的上层挡块24。

上层滑板22、下层滑板23及底板29上设有同轴的通孔。上层滑板22的上方设有聚四氟乙烯件21，聚四氟乙烯件21上设有用于检测工件竖直到位的传感器27。双层直线导轨十字方向均可实现自由浮动，工件向下压缩聚四氟乙烯件21，传感器27感应到上层滑板22内工件到位。

上浮动夹爪机构1插取及环抱工件，下浮动底托机构2在水平面十字方向浮动托举，满足预制棒在多工位、各工序间稳定、高精度转运。

本发明的工作原理是：

机械手前往拉丝塔取料动作：Y轴横梁6通过双侧齿轮齿条驱动机构同步驱动，在第一X轴横梁7和第二X轴横梁8上移动至预取料位置；Z轴竖梁5通过齿轮齿条驱动机构驱动下移动至预取料位置；TA轴竖直运动驱动机构带动上回转机械臂3上下升降至预取料位置；TB轴竖直运动驱动机构带动下回转机械臂4上下升降至预取料位置；上浮动夹爪机构1左右浮动打开；Y轴横梁6、上回转机械臂3的两个关节轴，三轴同步，走末端直线进入拉丝塔内；上浮动夹爪机构1上的前后检测信号到位，插补动作停止；TA轴竖直运动驱动机构带动上回转机械臂3上下升降；上浮动夹爪机构1上的有料信号到位，ZA轴停止，继续提升至工件脱开拉丝塔夹具；Y轴横梁6、上回转机械臂3的两个关节轴，三轴同步插补直线退出拉丝塔；上浮动夹爪机构1左右浮动关闭定心，完成拉丝塔取料动作。

本发明提供的自动架棒机器人用于光纤拉丝塔自动化生产领域生产工序之间的物流转运，具备空间三维多个自由度的复合运动，主要有水平X、Y，竖直Z、XY(圆周)运动，XY平面的TA、TB旋转同步运动。最多可组成9轴多自由度专用机器人，可实现5轴插补联动，该机器人可在复杂、狭窄的空间内灵活运动，解决多种工况的物流搬运问题。本发明适用于100000级、10000级的工况要求较低的洁净环境，可有效解决较长(数米长，长细比差距较大)的物体的搬运及可有效解决脆性材料物体的搬运。

本发明制造、安装、运行维护成本低，适合在行业内大量推广普及，一次安装长期使用，能够在生产过程中替代人工劳动，提升生产的无人化和自动化水平，降低企业生产运行管理成本，有效提升产品竞争力。

以上所述仅为本发明的实施方式，并非用于限定本发明的保护范围。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、扩展等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种光纤拉丝塔自动架棒机器人，其特征在于，包括上浮动夹爪机构(1)、下浮动底托机构(2)、上回转机械臂(3)、下回转机械臂(4)、Z轴竖梁(5)、Y轴横梁(6)、第一X轴横梁(7)、第二X轴横梁(8)及三向可调悬挂组件(9)，其中Y轴横梁(6)的两端分别与第一X轴横梁(7)和第二X轴横梁(8)滑动连接，所述Z轴竖梁(5)与所述Y轴横梁(6)滑动连接，所述上回转机械臂(3)和下回转机械臂(4)均可沿竖直方向滑动地设置于Z轴竖梁(5)上，所述上浮动夹爪机构(1)和下浮动底托机构(2)分别设置于所述上回转机械臂(3)和下回转机械臂(4)的末端，所述第一X轴横梁(7)和第二X轴横梁(8)通过可调悬挂组件(9)吊挂于空中基建结构(10)上；

所述上浮动夹爪机构(1)包括手爪基座(11)及设置于所述手爪基座(11)上的夹爪(16)和叉形手爪(17)，所述叉形手爪(17)位于夹爪(16)的上方，所述手爪基座(11)可滑动地设置于所述上回转机械臂(3)末端设有的横向直线导轨(13)上，所述横向直线导轨(13)的两端设有用于限位的液压缓冲器(12)，所述手爪基座(11)上设有用于驱动所述夹爪(16)开闭的夹紧气缸(15)；

所述下浮动底托机构(2)包括由下至上依次滑动连接的底板(29)、下层滑板(23)及上层滑板(22)，所述上层滑板(22)与下层滑板(23)之间的滑动方向与所述下层滑板(23)和底板(29)之间的滑动方向垂直，所述上层滑板(22)、下层滑板(23)及底板(29)上设有同轴的通孔。

2.根据权利要求1所述的光纤拉丝塔自动架棒机器人，其特征在于，所述上浮动夹爪机构(1)还包括定位机构，所述定位机构包括定位气缸(14)、导销(19)及锥形定位套(18)，其中定位气缸(14)设置于所述上回转机械臂(3)上，所述锥形定位套(18)设置于所述手爪基座(11)上、且与所述定位气缸(14)相对应，所述导销(19)设置于所述定位气缸(14)的输出轴上、且通过所述定位气缸(14)的驱动伸出与所述锥形定位套(18)配合，实现所述手爪基座(11)的定位。

3.根据权利要求1所述的光纤拉丝塔自动架棒机器人，其特征在于，所述手爪基座(11)的顶部设有视觉照相机(112)，所述叉形手爪(17)的上、下侧分别设置有无料检测传感器(111)和前后到位检测传感器(110)。

4.根据权利要求1所述的光纤拉丝塔自动架棒机器人，其特征在于，所述下层滑板(23)的两侧设有用于限制所述上层滑板(22)滑动行程的上层挡块(24)，所述底板(29)的两侧设有用于限制所述下层滑板(23)滑动行程的的下层挡块(25)，所述上层滑板(22)的上方设有聚四氟乙烯件(21)，所述聚四氟乙烯件(21)上设有用于检测工件竖直到位的传感器(27)。

5.根据权利要求1所述的光纤拉丝塔自动架棒机器人，其特征在于，所述上回转机械臂(3)和下回转机械臂(4)结构相同，均包括大机械臂(31)、小机械臂(32)、第一关节转动驱动机构及第二关节转动驱动机构，其中大机械臂(31)的一端与所述Z轴竖梁(5)上的滑板可转动地连接、且与设置于所述Z轴竖梁(5)上的第一关节转动驱动机构传动连接，所述大机械臂(31)的另一端与小机械臂(32)的一端可转动地连接、且与设置于所述大机械臂(31)上的第二关节转动驱动机构传动连接。

6.根据权利要求1所述的光纤拉丝塔自动架棒机器人，其特征在于，所述Z轴竖梁(5)内设有用于驱动所述上回转机械臂(3)和下回转机械臂(4)升降的竖直运动驱动机构。

7.根据权利要求1所述的光纤拉丝塔自动架棒机器人，其特征在于，所述可调悬挂组件(9)包括悬挂板(903)和调整板(907)，其中调整板(907)设置于悬挂板(903)的上方、且通过高度调整螺杆(906)与所述悬挂板(903)连接，所述调整板(907)上设有前后调整螺栓(901)和多个用于与空中基建结构(10)连接的夹板(902)，所述前后调整螺栓(901)位于所述空中基建结构(10)的两侧，用于调整所述空中基建结构(10)的前后位置，所述悬挂板(903)的下端与第一X轴横梁(7)和第二X轴横梁(8)连接，所述悬挂板(903)的下端设有用于调整所述第一X轴横梁(7)和第二X轴横梁(8)垂直度的顶丝(905)及与所述第一X轴横梁(7)和第二X轴横梁(8)的下侧接触的滚动轴承(904)。

8.根据权利要求1所述的光纤拉丝塔自动架棒机器人，其特征在于，还包括Y轴横梁驱动机构和Z轴竖梁驱动机构，其中Y轴横梁驱动机构设置于所述第一X轴横梁(7)和第二X轴横梁(8)上、且与所述Y轴横梁(6)连接，所述Y轴横梁(6)通过Y轴横梁驱动机构的驱动沿X轴方向运动，所述Z轴竖梁驱动机构设置于所述Y轴横梁(6)上、且与所述Z轴竖梁(5)连接，所述Z轴竖梁(5)通过所述Z轴竖梁驱动机构的驱动沿Y轴方向运动。

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