CN112278855A - 一种快速上料抓取装置及其上料方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及自动化机械设备，具体涉及一种快速上料抓取装置及其上料方法。该装置的机械臂通过安装座固定安装在取料工位的料台的一侧，机械手和下压部件均固定安装在机械臂上。机械手包括用于连接机械臂的机械手连接块、吸头组件、回弹组件和旋转电机。机械手连接块上设置有第一通孔，用于下压部件下压吸头组件。多个吸头组件以旋转电机的旋转轴线为轴线，下压部件的轴线与旋转电机的旋转轴线之间的距离为半径，固定安装在吸头固定块上。下压部件用于将吸嘴从初始高度下压至取料高度，回弹组件用于将吸嘴从取料高度回弹至初始高度，旋转电机用于切换吸头组件。本发明通过对机械手结构的改进，提供了一种取料效率更高的设备。

Description

一种快速上料抓取装置及其上料方法

技术领域

本发明涉及自动化机械设备，具体涉及一种快速上料抓取装置及其上料方法。

背景技术

在自动化生产线的取料工位，取料机械手通过视觉检测系统给的物料位置信息，运动到物料上方，借助机械手末端的真空吸盘抓取物料。取料机械手抓取物料完毕后，将物料送至指定的上料区。取料机械手在取料工位和上料区之间如此反复运动，完成取料上料动作的自动化。

当物料散落且分布不规则时，取料机械手只能一次完成一个物料抓取，取料机械手需要视觉检测系统不断的定位。但是，当取料工位的物料码放整齐，如相同的物料堆叠在同一个位置，取料机械手不需要每次抓取都需要视觉检测系统定位，这样机械手一次抓取一个物料往返于取料工位和上料区，往返动作重复过多，效率低下。

中国专利文献CN206485979U中公开了一种多吸头旋转取料摆放机构，包括支架，支架上设置有中空旋转平台以及与中空旋转平台连接的吸头旋转盘，吸头旋转盘通过电机驱动旋转，吸头旋转盘上设置有多个吸头，多个吸头通过旋转接头连接真空发生器，中空旋转平台连接有垂直升降机械手。该装置通过电机带动吸头旋转盘旋转，能够实现连续吸取和摆放物料，提高了生产效率。但是，为避免吸头与物料、工作台等发生干涉，垂直升降机械手的升降的位置需要精密控制，会降低快速上料的和生产节拍。

综上所述，在规则堆叠的一摞物料上料时，如何改进机械手结构来提高取料效率，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于，在自动化上料领域，提供一种取料效率更高的设备。

为实现上述目的，本发明采用如下方案：提出一种快速上料抓取装置，包括机械手、机械臂和下压部件，机械臂通过安装座固定安装在取料工位的料台的一侧；

机械臂包括第一轴线、第二轴线和第三轴线，第一轴线、第二轴线和第三轴线均垂直于水平面，第一轴线和第二轴线为旋转轴线，下压部件固定安装在机械臂上，且与第三轴线同轴；

机械手包括用于连接机械臂的机械手连接块、吸头固定块、吸头组件、回弹组件、阀块和旋转电机，机械手连接块上设置有供下压部件下压吸头组件的第一通孔，第一通孔的轴线与第三轴线共线，旋转电机固定安装在机械手连接块的下端面上，吸头固定块固定安装在旋转电机的下端面上，阀块置于机械手连接块和吸头固定块之间，阀块的下端面搭接在吸头固定块的上端面上，形成旋转接头，吸头组件以旋转电机的旋转轴线为轴线，第三轴线与旋转电机的旋转轴线之间的距离为半径，固定安装在吸头固定块上；

其中，吸头组件中的吸嘴包括初始高度和取料高度，当处于初始高度时，吸嘴的末端到料台表面的距离值最大，当处于取料高度时，吸嘴的末端接触物料的表面，下压部件用于将吸嘴从初始高度下压至取料高度，回弹组件用于将吸嘴从取料高度回弹至初始高度，旋转电机带动吸头固定块旋转，用于切换不同的吸头组件来吸取物料。

作为优选，机械臂包括连接杆、基座、第一旋转臂和第二旋转臂，第一旋转臂联接在第二旋转臂和基座之间，基座、第二旋转臂上分别设置有第一电机、第二电机，第一电机驱动第一旋转臂相对于基座绕着第一轴线旋转，第二电机驱动第二旋转臂相对于第一旋转臂绕着第二轴线旋转，连接杆固定安装在第二旋转臂上，连接杆的轴线为第三轴线。

作为优选，连接杆呈管状结构，连接杆上端设置有顶端法兰，下压部件固定安装在顶端法兰上，连接杆的底端设置有底端法兰，机械手连接块固定安装在底端法兰上。

作为优选，下压部件包括气缸、压杆、气缸固定座、活塞杆连接块和压杆连接块，气缸通过气缸固定座固定安装在连接杆上，活塞杆的轴线与第三轴线共线，活塞杆连接块固定在气缸的活塞杆的端部，压杆的一端通过压杆连接块与活塞杆连接块连接，压杆的轴线与活塞杆的轴线共线。

作为优选，吸头组件包括吸嘴、吸嘴固定块、弹簧拉杆、推杆和推杆直线轴承，吸嘴固定块通过紧定螺钉固定安装在推杆的末端，推杆上设置有定位槽，定位槽内设置有开口挡圈，用于吸嘴固定块在推杆上的轴向定位，吸嘴固定安装在吸嘴固定块的下端，弹簧拉杆通过紧定螺钉固定安装在推杆上，且位于吸嘴固定块的上方，推杆直线轴承套接在推杆上，与推杆同轴，且位于弹簧拉杆的上方，弹簧拉杆上设置有吸嘴管接头，便于连接气管，弹簧拉杆的内部设置有气路，气路连接吸嘴管接头，推杆的底端设置有盲孔，盲孔的深度延伸至弹簧拉杆处，连接弹簧拉杆的内部气路，弹簧拉杆上远离吸嘴管接头的一端设置有支柱。

作为优选，吸头固定块的侧面设置有轴承座，推杆直线轴承固定安装在轴承座内。

作为优选，回弹组件包括弹簧拉钩、弹簧和导向柱，弹簧拉钩固定安装在吸头固定块的底端沉台的端面上，导向柱固定安装在吸头固定块底端的端面上，用于对弹簧拉杆的运动起到导向作用，提高运动的稳定性，弹簧的一端连接在弹簧拉钩上，弹簧的另一端连接在弹簧拉杆的支柱上。

作为优选，吸头固定块的上端面上设置有2条同心的环形密封槽，密封槽内设置有密封圈，阀块的下端面上设置有1条环形槽，吸头固定块的上端面与阀块的下端面贴合，环形槽位于2条环形密封槽之间，形成密闭的环形气路，阀块和吸头固定块的内部均设置有气路，用于控制吸头组件吸放物料，阀块的侧面设置有宝塔接头，便于连接气管，吸头固定块的侧面设置有管接头，便于气管将其与吸嘴管接头连接。

作为优选，机械手连接块的第一通孔内设置有压杆直线轴承，为压杆的往复直线运动提供导向，同时提高运动的精度和稳定性。

同时本发明还提供一种快速上料抓取装置的上料方法，采用如下步骤：

步骤一、快速上料抓取装置获取料台上物料的位置坐标，伺服电机驱动机械臂带动压杆运动至物料上方；

步骤二、机械手旋转电机启动，带动吸头固定块旋转至吸头组件的轴线与机械臂的第三轴线重合；

步骤三、机械手旋转电机关闭，气缸的活塞杆带动压杆下压，推杆在压杆的作用下带动吸嘴从初始高度运动至取料高度，利用吸嘴处的负压吸取物料，吸嘴完成吸取物料后，气缸的活塞杆反向运动，推杆在回弹组件的作用下带动吸嘴返回初始高度；

步骤四、重复步骤二和步骤三，直至所有的吸嘴上都吸取物料。

本发明提供的一种快速上料抓取装置及其上料方法与现有技术相比，具有如下突出的实质性特点和显著进步：机械手与料台之间保持固定距离不变，通过下压部件每次下压带动一个吸头组件下降吸取物料，其它吸头组件保持初始高度，降低了机械手与料台或物料等发生干涉的风险。机械手将多个吸头组件分为工作位吸头和非工作位吸头，处在下压部件正下方的吸头组件为工作位吸头，控制旋转电机的旋转角度来切换吸头组件，实现了一个机械手吸取多个物料。同时，机械臂减少了在垂直方向上运动的位置控制，精简了机械手吸取物料的动作。下压部件的设置避免了垂直升降机械手在吸取物料过程中多次重复定位，节约了的定位时间，提高了抓取物料的效率，进而加快了生产节拍。

附图说明

图1是本发明实施例中一种快速上料抓取装置的立体图；

图2是图1中机械臂3和下压部件4的装配示意图；

图3是图2在第三轴线33处的剖视图；

图4是机械手2的立体图；

图5是图4的剖视图。

附图标记：料台1、机械手2、机械臂3、下压部件4、机械手连接块21、吸头固定块22、吸头组件23、吸嘴231、吸嘴固定块232、弹簧拉杆233、推杆234、推杆直线轴承235、宝塔接头24、回弹组件25、弹簧拉钩251、弹簧252、导向柱253、阀块26、旋转电机27、压杆直线轴承28、第一轴线31、第二轴线32、第三轴线33、连接杆34、顶端法兰341、底端法兰342、基座35、第一旋转臂36、第二旋转臂37、气缸41、压杆42、气缸固定座43、活塞杆连接块44、压杆连接块45。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细描述。

如图1-5所示的一种快速上料抓取装置，用于快速抓取料台上有规律堆叠的物料，提高设备抓取物料的效率，进而提高生产效率。该装置通过机械臂3旋转将机械手2移动至料台1的正上方，在获取料台上物料的位置信息后，机械臂3进一步将下压部件4的轴线对准待抓取的物料。气缸41的活塞杆推动压杆42下压，压杆42带动与其同轴线的推杆234下压，利用吸嘴231端部的负压吸取物料。完成物料吸取后，回弹组件25带动推杆234回弹至初始位置。旋转电机27带动吸头固定块22旋转，将另一个吸头组件23转至压杆42的正下方，便于吸取下一个物料。当每一个吸嘴231上都吸取一个物料时，装置完成抓取步骤，机械臂3旋转将物料移动至下一个工位。该装置一次取料吸取多个物料，减少机械臂往返两个工位之间的次数。同时，在吸取物料时，仅有一个吸头组件的高度发生变化，降低了机械手与料台或者料台上其它物料发生干涉的风险。

如图1所示，一种快速上料抓取装置包括机械手2、机械臂3和下压部件4。机械臂3通过安装座固定安装在取料工位的料台1的一侧。机械手2、下压部件4均固定安装在机械臂3上。机械臂3带动机械手2旋转扫过的范围覆盖料台1的取料盘上任意位置。

如图2结合图3所示，机械臂3包括连接杆34、基座35、第一旋转臂36和第二旋转臂37。基座35通过安装座固定安装在料台1的一侧。第一旋转臂36联接在第二旋转臂37和基座35之间。基座35、第二旋转臂37上分别设置有第一伺服电机、第二伺服电机。第一伺服电机驱动第一旋转臂36可以相对于基座35绕着第一轴线31旋转。第二伺服电机驱动第二旋转臂37可以相对于第一旋转臂36绕着第二轴线32旋转。第一轴线31和第二轴线32均垂直于水平面。连接杆34固定安装在第二旋转臂37上。

连接杆34的轴线为第三轴线33，第三轴线33平行于第一轴线31。连接杆34呈管状结构，其上端设置有顶端法兰341，顶端法兰341用于固定安装下压部件4。连接杆34的底端设置有底端法兰342，底端法兰342用于固定安装机械手2。

下压部件4包括气缸41、压杆42、气缸固定座43、活塞杆连接块44和压杆连接块45。气缸41通过气缸固定座43固定安装在连接杆34的顶端法兰上。活塞杆的轴线与第三轴线33共线。活塞杆连接块44固定在气缸41的活塞杆的端部。压杆42的一端通过压杆连接块45与活塞杆连接块44连接。压杆42的轴线与活塞杆的轴线共线。压杆42的另一端伸出连接杆34的端部，用以减小气缸41的行程。

如图4结合图5所示，机械手2包括机械手连接块21、吸头固定块22、吸头组件23、回弹组件25、阀块26和旋转电机27。机械手连接块21上设置有第一通孔，用于穿过压杆42，该通孔的轴线与第三轴线33共线。机械手连接块21的上端与底端法兰342连接。旋转电机27固定安装在机械手连接块21的下端面上。吸头固定块22固定安装在旋转电机27的下端面上。阀块26置于机械手连接块21的下端面和吸头固定块22的上端面之间。阀块26的下端面搭接在吸头固定块21的上端面上。

吸头组件23包括吸嘴231、吸嘴固定块232、弹簧拉杆233、推杆234和推杆直线轴承235。吸嘴固定块232通过紧定螺钉固定安装在推杆234的末端。推杆234上设置有定位槽，定位槽内设置有开口挡圈，用于吸嘴固定块232在推杆234上的轴向定位。吸嘴231固定安装在吸嘴固定块232的下端。弹簧拉杆233通过紧定螺钉固定安装在推杆234上，且位于吸嘴固定块232的上方。推杆直线轴承235套接在推杆234上，与推杆234同轴，且位于弹簧拉杆233的上方。

吸头固定块22的侧面设置有4个轴承座，4个轴承座以旋转电机27的旋转轴线为轴线均匀分布，分布半径为第三轴线33与旋转电机27的旋转轴线之间的距离。轴承座的轴线垂直于水平面。如此，旋转电机27带动吸头固定块22旋转时，在某些时刻，轴承座的轴线能够与第三轴线33重合。推杆直线轴承235固定安装在轴承座内，推杆直线轴承235与轴承座同轴安装。进而，推杆234的轴线能够与第三轴线33重合。吸头固定块22的底端设置有沉台。吸头固定块22的侧面设置有减重安装孔，便于安装回弹组件25。

回弹组件25包括弹簧拉钩251、弹簧252和导向柱253。弹簧拉钩251固定安装在吸头固定块22的底端沉台的端面上。导向柱253固定安装在吸头固定块22底端的端面上，用于对弹簧拉杆233的运动起到导向作用，提高运动的稳定性。弹簧252的一端连接在弹簧拉钩251上。

弹簧拉杆233上设置有吸嘴管接头，便于连接气管。弹簧拉杆233的内部设置有气路，气路连接吸嘴管接头。推杆234的底端设置有盲孔，盲孔的深度延伸至弹簧拉杆233处，连接弹簧拉杆233的内部气路。弹簧拉杆233上远离吸嘴管接头的一端设置有支柱，用于连接弹簧252的另一端。弹簧拉杆233上设置有U型槽，用于穿过导向柱253。

其中，吸头固定块21的上端面上设置有2条同心的环形密封槽，密封槽内设置有密封圈。阀块26的下端面上设置有1条环形槽。吸头固定块21的上端面与阀块26的下端面贴合，环形槽位于2条环形密封槽之间，形成密闭的环形气路。阀块26和吸头固定块21的内部均设置有多条气路，用于控制吸头组件23吸放物料。阀块26的侧面设置有8个宝塔接头24，便于连接气管。吸头固定块21的侧面设置有4个管接头，便于气管将其与吸嘴管接头连接。

在机械手连接块21的第一通孔内设置有压杆直线轴承28，为压杆42的往复直线运动提供导向，同时提高运动的精度和稳定性。

吸嘴231包括初始高度和取料高度。当处于初始高度时，吸嘴231的末端到料台表面的距离值最大；当处于取料高度时，吸嘴231的末端接触物料的表面。

本实施例中的一种快速上料抓取装置使用时，包括以下步骤：

步骤一、快速上料抓取装置获取料台上物料的位置坐标，伺服电机驱动机械臂带动压杆运动至物料上方；

步骤二、机械手旋转电机启动，带动吸头固定块旋转至吸头组件的轴线与机械臂的第三轴线重合；

步骤三、机械手旋转电机关闭，气缸的活塞杆带动压杆下压，推杆在压杆的作用下带动吸嘴从初始高度运动至取料高度，利用吸嘴处的负压吸取物料，吸嘴完成吸取物料后，气缸的活塞杆反向运动，推杆在回弹组件的作用下带动吸嘴返回初始高度；

步骤四、重复步骤二和步骤三，直至所有的吸嘴上都吸取物料。

本发明不局限于上述实施例所述的具体技术方案，除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。对于本领域的技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等形成的技术方案，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种快速上料抓取装置，其特征在于，包括机械手、机械臂和下压部件，机械臂通过安装座固定安装在取料工位的料台的一侧；

所述机械臂具有第一轴线、第二轴线和第三轴线，第一轴线、第二轴线和第三轴线均垂直于水平面，第一轴线和第二轴线为旋转轴线，下压部件固定安装在机械臂上，且与第三轴线同轴；

所述机械手包括用于连接机械臂的机械手连接块、吸头固定块、吸头组件、回弹组件、阀块和旋转电机，机械手连接块上设置有供下压部件下压吸头组件的第一通孔，第一通孔的轴线与第三轴线共线，旋转电机固定安装在机械手连接块的下端面上，吸头固定块固定安装在旋转电机的下端面上，阀块置于机械手连接块和吸头固定块之间，阀块的下端面搭接在吸头固定块的上端面上，形成旋转接头，吸头组件以旋转电机的旋转轴线为轴线，第三轴线与旋转电机的旋转轴线之间的距离为半径，固定安装在吸头固定块上；

其中，所述吸头组件中的吸嘴具有初始高度和取料高度，当处于初始高度时，吸嘴的末端到料台表面的距离值最大，当处于取料高度时，吸嘴的末端接触物料的表面，下压部件用于将吸嘴从初始高度下压至取料高度，回弹组件用于将吸嘴从取料高度回弹至初始高度，旋转电机带动吸头固定块旋转，用于切换不同的吸头组件来吸取物料。

2.根据权利要求1所述的快速上料抓取装置，其特征在于，所述机械臂包括连接杆、基座、第一旋转臂和第二旋转臂，第一旋转臂联接在第二旋转臂和基座之间，基座、第二旋转臂上分别设置有第一电机、第二电机，第一电机驱动第一旋转臂相对于基座绕着第一轴线旋转，第二电机驱动第二旋转臂相对于第一旋转臂绕着第二轴线旋转，连接杆固定安装在第二旋转臂上，连接杆的轴线为第三轴线。

3.根据权利要求2所述的快速上料抓取装置，其特征在于，所述连接杆呈管状结构，连接杆上端设置有顶端法兰，下压部件固定安装在顶端法兰上，连接杆的底端设置有底端法兰，机械手连接块固定安装在底端法兰上。

4.根据权利要求1所述的快速上料抓取装置，其特征在于，所述下压部件包括气缸、压杆、气缸固定座、活塞杆连接块和压杆连接块，气缸通过气缸固定座固定安装在连接杆上，活塞杆的轴线与第三轴线共线，活塞杆连接块固定在气缸的活塞杆的端部，压杆的一端通过压杆连接块与活塞杆连接块连接，压杆的轴线与活塞杆的轴线共线。

5.根据权利要求1所述的快速上料抓取装置，其特征在于，所述吸头组件包括吸嘴、吸嘴固定块、弹簧拉杆、推杆和推杆直线轴承，吸嘴固定块通过紧定螺钉固定安装在推杆的末端，推杆上设置有定位槽，定位槽内设置有开口挡圈，吸嘴固定安装在吸嘴固定块的下端，弹簧拉杆通过紧定螺钉固定安装在推杆上，且位于吸嘴固定块的上方，推杆直线轴承套接在推杆上，与推杆同轴，且位于弹簧拉杆的上方，弹簧拉杆上设置有吸嘴管接头，弹簧拉杆的内部设置有气路，气路连接吸嘴管接头，推杆的底端设置有盲孔，盲孔的深度延伸至弹簧拉杆处，连接弹簧拉杆的内部气路，弹簧拉杆上远离吸嘴管接头的一端设置有支柱。

6.根据权利要求5所述的快速上料抓取装置，其特征在于，所述吸头固定块的侧面设置有轴承座，推杆直线轴承固定安装在轴承座内。

7.根据权利要求5所述的快速上料抓取装置，其特征在于，所述回弹组件包括弹簧拉钩、弹簧和导向柱，弹簧拉钩固定安装在吸头固定块的底端沉台的端面上，导向柱固定安装在吸头固定块底端的端面上，弹簧的一端连接在弹簧拉钩上，弹簧的另一端连接在弹簧拉杆的支柱上。

8.根据权利要求1所述的快速上料抓取装置，其特征在于，所述吸头固定块的上端面上设置有2条同心的环形密封槽，密封槽内设置有密封圈，阀块的下端面上设置有1条环形槽，吸头固定块的上端面与阀块的下端面贴合，环形槽位于2条环形密封槽之间，形成密闭的环形气路，阀块和吸头固定块的内部均设置有气路，阀块的侧面设置有宝塔接头，吸头固定块的侧面设置有管接头。

9.根据权利要求1所述的快速上料抓取装置，其特征在于，所述机械手连接块的第一通孔内设置有压杆直线轴承。

10.根据权利要求1所述的快速上料抓取装置的上料方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤一、快速上料抓取装置获取料台上物料的位置坐标，伺服电机驱动机械臂带动压杆运动至物料上方；

步骤二、机械手旋转电机启动，带动吸头固定块旋转至吸头组件的轴线与机械臂的第三轴线重合；

步骤三、机械手旋转电机关闭，气缸的活塞杆带动压杆下压，推杆在压杆的作用下带动吸嘴从初始高度运动至取料高度，利用吸嘴处的负压吸取物料，吸嘴完成吸取物料后，气缸的活塞杆反向运动，推杆在回弹组件的作用下带动吸嘴返回初始高度；

步骤四、重复步骤二和步骤三，直至所有的吸嘴上都吸取物料。

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