CN111070228A - 一种多工位冲压机械手及控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及冲压机械手技术领域，特别涉及一种多工位冲压机械手及控制系统，包括多工位冲压机械手和多工位冲压机械手的控制系统，多工位冲压机械手包括机械手本体和配合机械手且用于装载工件的自动送料装置，机械手本体包括机箱和抓取机构；机箱上设有用于将机械手抓取的工件进行冲压的工作台；X轴本体和Z轴本体通过设置的自动电气控制装置进行控制；自动送料装置包括壳体，壳体顶部转动连接有旋转载物盘，壳体上还设有用于根据检测目标的有无，使升降杆驱动组件控制升降杆启停的到位检测模块。本发明解决了传统的冲压机械手中机械手控制轴数多，使得机械手调试难度高导致工作效率低的问题。

Description

一种多工位冲压机械手及控制系统

技术领域

本发明涉及冲压机械手技术领域，特别涉及一种多工位冲压机械手及控制系统。

背景技术

冲压机械手是在自动化设备的基础上，根据冲压生产特点，专门为实现冲压自动化无人 生产而研发的设备。能取代人工在各个冲压工位上进行物料冲压、搬运、上下料等工作，大 幅提高整条生产线的效率，因此在冲压生产线上应用十分广泛。目前市面上的机械手有三轴、 四轴、六轴等不同类型的冲压机械手，各类型机械手被应用于冲压作业的各个工序中。但是 机械手的轴数越多，就对机械手的调试要求比较高，其技术难度大导致调试用时长成本高， 使得大多冲压机械手普遍存在工作效率不高的问题。

发明内容

本发明主要目的之一在于提供一种多工位冲压机械手，解决了传统的冲压机械手中机械 手控制轴数多，使得机械手调试难度高导致工作效率低的问题。

为达到上述目的，本发明提供了一种多工位冲压机械手，包括机械手本体和配合机械手 且用于装载工件的自动送料装置，所述机械手本体包括机箱和抓取机构，所述抓取机构设置 在机箱上，所述抓取机构包括用于沿着水平X轴方向布置的X轴本体，以及沿着竖直Z轴方 向布置的Z轴本体,Z轴本体用于驱动X轴本体垂直移动，所述X轴本体上设有若干机械手， 所述X轴本体用于驱动若干机械手水平往复运动；所述机箱上设有用于将机械手抓取的工件 进行冲压的工作台；所述X轴本体和Z轴本体通过设置的自动电气控制装置进行控制；

所述自动送料装置包括壳体，所述壳体顶部转动连接有旋转载物盘，所述壳体内部中空 且设有升降杆和升降杆驱动组件，所述壳体顶部设有用于升降杆垂直穿出的第一通孔，所述 旋转载物盘上设有若干第二通孔，第一通孔在第二通孔的旋转轨迹上，所述壳体上还设有用 于根据检测目标的有无，使升降杆驱动组件控制升降杆启停的到位检测模块。

本发明的工作原理及优点在于：

1.X轴本体和Z轴本体的设置，本方案通过将机械手本体结合自动送料装置的方式，将 送料与取料、放料分开，仅通过X轴本体和Z轴本体就能实现工件的取料、放料，保证了冲 压的必要的两个步骤，同时精简了抓取机构的操作流程，也就简化了需要调试的内容，降低 了调试难度，从而提高了工作效率。

2.自动送料装置的设置，能够将机械手本体上对工件的送料功能剥离出来，简化机械手 的功能，从而简化调试难度。而且自动送料装置送料时，能够在旋转载物盘上重叠放置批量 的待加工工件，由于旋转载物盘能够旋转，因此就可以在旋转载物盘上放置多堆重叠放置的 待加工工件。而且第一通孔、第二通孔、升降杆和升降杆驱动组件的组合设置，使得升降杆 能够将旋转载物盘上放置的工件向上顶起，方便机械手的抓取，再结合旋转载物盘的旋转， 就能够实现批量待加工工件的送料，从而提高工作效率。而根据到位检测模块的检查结果， 就能够方便升降杆将待加工工件的送到指定位置，方便机械手的抓取，减少机械手的工作步 骤，使机械手仅实现取料、放料两种功能，进而进一步提高工作效率。

进一步，Z轴本体包括箱体、在箱体侧壁上下滑动的高度调节臂和用于驱动高度调节臂 的第一传动机构；所述X轴本体固定在高度调节臂上，包括与高度调节臂固定的支撑架、往 复抓取臂和用于驱动往复抓取臂在支撑架往复水平滑动的第二传动机构，机械手设置在往复 抓取臂上。

方便对机械手在X轴和Z轴方向的自由控制。

进一步，第一传动机构包括升降丝杠和Z轴伺服电机，所述第二传动机构包括齿轮齿条 组件和X轴伺服电机。

丝杠和对伺服电机的设置对机械手的控制精度高。

进一步，机箱上设置有用于工件冲压的定位工装，所述定位工装包括设置于箱体外的工 作台和设置在箱体内且用于主动升降工作台的定位组件，所述定位组件包括调节丝杠和定位 丝母，所述定位丝母固定在箱体内的顶面，所述调节丝杠与定位丝母配合连接且穿过箱体上 表面，并与工作台的底面固定连接。

工作台的设置可以方便冲压模具的安装与固定，定位组件的设置方便自由调节工作台的 高度，从而适应用户更换的冲压模具。

进一步，固定有所述旋转载物盘均为四等分，第二通孔为四个，所述通孔周围设置若干 工装固定孔。

能够在旋转载物盘放置多堆待加工的工件，实现批量待加工工件的送料，从而提高工作 效率。

进一步，升降杆为蜗杆，所述升降杆驱动组件包括齿轮、控制器和驱动伺服电机，所述 升降杆垂直设置，所述齿轮与蜗杆啮合，所述控制器用于通过驱动伺服电机控制齿轮转动。

齿轮与蜗杆的组合，方便精准调节升降杆的升降高度。

进一步，到位检测模块包括能够扭曲变形且用于支撑的柔性悬臂和到位检测传感器，所 述柔性悬臂为铝合金型材且为中空管状，所述柔性悬臂一端固定设置在壳体上，另一端固定 连接到位检测传感器，所述到位检测传感器在柔性悬臂内部设置导线电连接控制器。

铝合金材质的柔性悬臂方便将到位检测传感器的位置设置根据需求来自由设置。

本发明主要目的之二在于提供一种多工位冲压机械手的控制系统，基于上述多工位冲压 机械手，包括以下模块：

初始位检测模块：用于检测X轴本体和Z轴本体是否位于初始位置；所述X轴本体和Z 轴本体的工作位均包括准备工位、取料工位和冲压工位；

工作准备模块：用于将X轴本体和Z轴本体驱动到准备工位进行工作准备，并进行准备 工位的到位检测；

取料模块：用于在工作准备好后，将X轴本体和Z轴本体驱动到取料工位，进行取料工 位的到位检测，并在到位检测通过后进行取料；

冲压模块。用于在取料后，将X轴本体和Z轴本体驱动到冲压工位，进行冲压工位的到 位检测，并在到位检测通过后进行放料；

初始位检测模块：还用于在放料结束后，将X轴本体和Z轴本体驱动到初始位置。

本发明的工作原理及优点在于：

准备工位、取料工位和冲压工位的设置，本方案中机械手在X轴向上可以安装支臂使多 个机械手同步运行，可以将多个当前位置的产品同步移动一个设置好的距离以达到单步最短 的运行动作，从而提高工作效率。

进一步，还包括，

断电记忆模块：用于在工作状态下断电并重新上电或启动时，根据X轴本体和Z轴本体 当前的位置回溯断电前的工作流程，并根据工作流程继续工作。

断电记忆模块的设置，能够避免断电重启后，程序自动初始化导致加工步骤出错。

进一步，功能选取模块：用于选取机械手的取料方式，以及选取从工作台上取出冲压完 成的工件的工作方式，所述取料方式包括磁铁吸料模式和负压吸料模式，所述工作方式包括 需模具里取料模式和不需要模具里取料模式。

功能选取模块的设置，便于用户根据工件的材质和工件的性能自由选取所需的功能来加 工。

附图说明

图1为本发明实施例一种多工位冲压机械手的轴侧图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

说明书附图中的附图标记包括：Z轴伺服电机1、箱体2、X轴伺服电机3、高度调节臂4、往复抓取臂5、支臂6、工作台7、定位柱8、机箱9、壳体10、旋转载物盘11、第二通 孔12、工装安装孔13、升降杆14、固定板15。

实施例一

一种多工位冲压机械手及控制系统，包括一种工位冲压机械手和一种多工位冲压机械手 的控制系统。

一种工位冲压机械手，基本如图1所示，包括机械手本体和配合机械手且用于装载工件 的自动送料装置。

机械手本体包括机箱9和抓取机构，机箱9为立方体状，且一侧面竖直向上的方向设置 有固定板15，固定板15与机箱9一体成型设置，其侧面的剖视图为b字形。

抓取机构设置在机箱9的固定板15上，抓取机构包括用于沿着水平X轴方向布置的X 轴本体，以及沿着竖直Z轴方向布置的Z轴本体。Z轴本体用于驱动X轴本体上下垂直移动，X轴本体上设有若干机械手，X轴本体用于驱动若干机械手水平往复运动。

Z轴本体包括箱体2、高度调节臂4和用于驱动高度调节臂4的第一传动机构；箱体2固定焊接在固定板15上，箱体2为立体中空状，箱体2两侧对称设置有竖直向下的滑槽。 高度调节臂4两侧设有凸起，凸起在箱体2侧壁上的滑槽内上下滑动。第一传动机构包括升 降丝杠和Z轴伺服电机1，Z轴伺服电机1固定设置在箱体2顶部，升降丝杠竖直设置，一 端固定连接Z轴伺服电机1,另一端伸入箱体2内，升降丝杠上套设有配合的丝母，丝母与凸 起固定连接。

高度调节臂4为板状，X轴本体固定在高度调节臂4上，包括与高度调节臂4固定的支 撑架、往复抓取臂5和用于驱动往复抓取臂5在支撑架上往复水平滑动的第二传动机构，往 复抓取臂5上固定有四个支臂6，机械手固定设置在支臂6上。第二传动机构为传统的齿轮 齿条结构(图中未画出)以及驱动齿轮齿条的X轴伺服电机3。

机箱9上设置有用于工件冲压的定位工装，定位工装包括工作台7和定位组件，工作台 7设置于箱体2立方体状的上表面，定位组件设置在箱体2内且用于主动升降工作台7，定 位组件包括调节丝杠和定位丝母，定位丝母固定在箱体2内的顶面，调节丝杠与定位丝母配 合连接且穿过箱体2上表面，并与工作台7的底面固定连接，调节丝杠的底端位于箱体2内 且固定焊接有转动手柄。箱体2立方体状的上表面设有呈现正方形排列设置的四个第三通孔， 工作台7的底面固定连接四根定位柱8，定位柱8穿过第三通孔且与第三通孔上下滑动连接。

固定板15的侧面上部固定有报警灯，报警灯位于Z轴伺服电机1右部，报警灯与自动 电气控制装置电连接。

X轴本体和Z轴本体通过设置的自动电气控制装置进行控制；本实施例中自动电气控制 装置采用PLC控制器。

自动送料装置包括壳体10，壳体10顶部转动连接有旋转载物盘11，壳体10内部中空 且设有升降杆14和升降杆14驱动组件。壳体10内设置有用于驱动旋转载物盘11旋转的伺 服电机。壳体10顶部设有用于升降杆14垂直穿出的第一通孔，旋转载物盘11上设有若干第二通孔12，第二通孔12为四个，第二通孔12以旋转载物盘11的圆心将旋转载物盘11 均分为四等分，第二通孔12周围设置有若干通气孔13。第一通孔在第二通孔12的旋转轨迹 上。壳体10上还设有用于根据检测目标的有无，使升降杆14驱动组件控制升降杆14启停 的到位检测模块。

到位检测模块包括能够扭曲变形且用于支撑的柔性悬臂和到位检测传感器，到位检测传 感器采用接近开关传感器或光电感应开关，本实施例中采用接近开关传感器。柔性悬臂为中 空管状，柔性悬臂一端固定设置在壳体10上，另一端固定连接到位检测传感器，到位检测 传感器在柔性悬臂内部设置导线电连接控制器。

升降杆14和升降杆驱动组件的组合采用的是swl涡轮丝杆升降机，升降杆14和升降杆 驱动组件的组合也可替换为其他电动升降杆或液压升降杆，swl涡轮丝杆升降机通过控制器 控制。控制器还用于控制旋转载物盘11旋转的角度，每一次转动的角度控制为90°。

具体实施过程如下：

自动送料装置送料时，可在旋转载物盘11的第二通孔12上放置四堆重叠放置的待加工 工件，并将柔性悬臂进行拉伸，让到位检测传感器设置在机械手能够抓取的地方，在到位检 测传感器未检测到工件时，自动送料装置内伺服电机驱动升降杆14，使得升降杆14能够将 旋转载物盘11上放置的工件向上顶起，方便机械手的抓取。在一堆的工件抓取完毕时，控 制器控制升降杆14自动下降，下降到位后旋转载物盘11转动90°进入下一个工作循环。就 能够方便另一堆的待加工工件被抓取，从而实现批量待加工工件的送料，进而提高工作效率。

高效冲压机械手采用的是由伺服电机控制机械手在X轴和Z轴分别进行左右运动和上下 运动，本机械手运动点位只需设置三个点位位置，分别是冲压时的机械手安全准备位置、取 料位置、冲压位置，因本机械手中在X轴本体上可以安装伸出多个支臂6，并且多个支臂6 是同步运行的，因此支臂6上的机械手可以将多个当前位置的产品同步移动到一个设置好的 距离以达到单步最短的运行动作，简化了中间的任何多余动作，使本机械手能达到最优的工 作效率，使得冲压机械手的冲压效率相当于一个正常冲压熟练工效率甚至高于熟练工的工作 效率，为客户带来更高的经济效率，并同时解决了客户的工人招工问题和工作中的安全问题。

实施例二

实施例二与实施例一的区别在于，如图2所示，本申请还包括一种多工位冲压机械手的 控制系统，基于上述多工位冲压机械手，包括以下模块：

初始位检测模块：用于检测X轴本体和Z轴本体是否位于初始位置；所述X轴本体和Z 轴本体的工作位均包括准备工位、取料工位和冲压工位；本实施例中，为了便于理解，X轴本体表示X轴本体的往复抓取臂5，Z轴本体表示高度调节臂4。

工作准备模块：用于将X轴本体和Z轴本体驱动到准备工位进行工作准备，并进行准备 工位的到位检测；

取料模块：用于在工作准备好后，将X轴本体和Z轴本体驱动到取料工位，进行取料工 位的到位检测，并在到位检测通过后进行取料；

冲压模块。用于在取料后，将X轴本体和Z轴本体驱动到冲压工位，进行冲压工位的到 位检测，并在到位检测通过后进行放料；

初始位检测模块：还用于在放料结束后，将X轴本体和Z轴本体驱动到初始位置。

断电记忆模块：用于在工作状态下断电并重新上电或启动时，根据X轴本体和Z轴本体 当前的位置回溯断电前的工作流程，并根据工作流程继续工作。

功能选取模块：用于选取机械手的取料方式，以及选取从工作台上取出冲压完成的工件 的工作方式，所述取料方式包括磁铁吸料模式和负压吸料模式，所述工作方式包括需模具里 取料模式和不需要模具里取料模式。

取料警报模块：用于在机械手未从自动送料装置取到工件时，立即将X轴主体停机并打 开报警灯进行报警提示；

丢料警报模块：用于在机械手从自动送料装置取到工件后，且在运输途中丢料时，立即 将X轴主体停机并打开报警灯进行报警提示。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描 述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术 知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力， 所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些 典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。应当指 出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改 进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。 本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以 用于解释权利要求的内容。

Claims (10)

1.一种多工位冲压机械手，其特征在于：包括机械手本体和配合机械手且用于装载工件的自动送料装置，所述机械手本体包括机箱和抓取机构，所述抓取机构设置在机箱上，所述抓取机构包括用于沿着水平X轴方向布置的X轴本体，以及沿着竖直Z轴方向布置的Z轴本体,Z轴本体用于驱动X轴本体垂直移动，所述X轴本体上设有若干机械手，所述X轴本体用于驱动若干机械手水平往复运动；所述机箱上设有用于将机械手抓取的工件进行冲压的工作台；所述X轴本体和Z轴本体通过设置的自动电气控制装置进行控制；

所述自动送料装置包括壳体，所述壳体顶部转动连接有旋转载物盘，所述壳体内部中空且设有升降杆和升降杆驱动组件，所述壳体顶部设有用于升降杆垂直穿出的第一通孔，所述旋转载物盘上设有若干第二通孔，第一通孔在第二通孔的旋转轨迹上，所述壳体上还设有用于根据检测目标的有无，使升降杆驱动组件控制升降杆启停的到位检测模块。

2.根据权利要求1所述的多工位冲压机械手，其特征在于：所述Z轴本体包括箱体、在箱体侧壁上下滑动的高度调节臂和用于驱动高度调节臂的第一传动机构；所述X轴本体固定在高度调节臂上，包括与高度调节臂固定的支撑架、往复抓取臂和用于驱动往复抓取臂在支撑架往复水平滑动的第二传动机构，机械手设置在往复抓取臂上。

3.根据权利要求2所述的多工位冲压机械手，其特征在于：所述第一传动机构包括升降丝杠和Z轴伺服电机，所述第二传动机构包括齿轮齿条组件和X轴伺服电机。

4.根据权利要求1所述的多工位冲压机械手，其特征在于：所述机箱上设置有用于工件冲压的定位工装，所述定位工装包括设置在箱体内且用于主动升降工作台的定位组件，所述定位组件包括调节丝杠和定位丝母，所述定位丝母固定在箱体内的顶面，所述调节丝杠与定位丝母配合连接且穿过箱体上表面，并与工作台的底面固定连接。

5.根据权利要求1所述的多工位冲压机械手，其特征在于：所述旋转载物盘均为四等分，第二通孔为四个，所述通孔周围设置有若干工装安装孔。

6.根据权利要求5所述的多工位冲压机械手，其特征在于：所述升降杆和升降杆驱动组件为涡轮丝杆升降机。

7.根据权利要求6所述的多工位冲压机械手，其特征在于：所述到位检测模块包括能够扭曲变形且用于支撑的柔性悬臂和到位检测传感器，所述柔性悬臂为铝合金型材且为中空管状，所述柔性悬臂一端固定设置在壳体上，另一端固定连接到位检测传感器，所述到位检测传感器在柔性悬臂内部设置导线电连接控制器。

8.一种多工位冲压机械手的控制系统，其特征在于：包括以下模块：

初始位检测模块：用于检测X轴本体和Z轴本体是否位于初始位置；所述X轴本体和Z轴本体的工作位均包括准备工位、取料工位和冲压工位；

工作准备模块：用于将X轴本体和Z轴本体驱动到准备工位进行工作准备，并进行准备工位的到位检测；

取料模块：用于在工作准备好后，将X轴本体和Z轴本体驱动到取料工位，进行取料工位的到位检测，并在到位检测通过后进行取料；

冲压模块。用于在取料后，将X轴本体和Z轴本体驱动到冲压工位，进行冲压工位的到位检测，并在到位检测通过后进行放料；

初始位检测模块：还用于在放料结束后，将X轴本体和Z轴本体驱动到初始位置。

9.根据权利要求8所述的多工位冲压机械手的控制系统，其特征在于：还包括，

断电记忆模块：用于在工作状态下断电并重新上电或启动时，根据X轴本体和Z轴本体当前的位置回溯断电前的工作流程，并根据工作流程继续工作。

10.根据权利要求8所述的多工位冲压机械手的控制系统，其特征在于：还包括，

功能选取模块：用于选取机械手的取料方式，以及选取从工作台上取出冲压完成的工件的工作方式，所述取料方式包括磁铁吸料模式和负压吸料模式，所述工作方式包括需模具里取料模式和不需要模具里取料模式。

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