CN112497255B - 一种全自动组合式工业机械手及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及机械加工技术领域，特别涉及一种全自动组合式工业机械手及其控制方法，包括机械臂、控制器、负压机和爪具库，爪具库包括若干爪具和柜体，爪具与机械臂可拆卸安装；柜体上阵列设置有若干爪具室，每一爪具室内均设置有电动卡爪，每一爪具室均通过其电动卡爪存放一爪具；机械臂、负压机分别与控制器连接；本发明的机械臂能够和具有不同功能的电动组件的爪具配合使用，从而使得本发明能够实现焊接加工、切削加工、热处理、雕刻等诸多功能；通过爪具库的设置，机械臂能够在控制器的控制下自动连接、更换不同的爪具以进行不同的加工，一台设备即可完成现有技术下多台设备的工作。

Description

一种全自动组合式工业机械手及其控制方法

技术领域

本发明涉及机械加工技术领域，特别涉及一种全自动组合式工业机械手及其控制方法。

背景技术

生产加工中，切削加工和焊接加工都是极为常用的加工方式，常用的机床通常只能实现切削加工中的某一种加工或是焊接加工中的某一种加工，使用局限性很大，即使是现有的加工中心，如申请号为201810798948.4的中国发明一种加工中心、申请号为201520217581.4的中国发明一种机器人行走焊接加工中心，也都只能单独完成切削加工或焊接加工，不能在一台机器内同时完成切削和焊接两种不同的工艺加工。随着科技的高速发展，生产线升级的周期大为缩短，功能单一的加工设备自动化程度低，升级难度大，很容易被淘汰，需要形成生产线，还得需要多台机械搭配组合，占用空间大，频繁地更换设备给产业升级造成较大的成本压力，也不适于一些较小规模的研发机构使用。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种全自动组合式工业机械手及其控制方法，能够将多种加工方式进行整合，提高自动化生产能力，降低产业升级的成本。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种全自动组合式工业机械手及其控制方法，包括机械臂、控制器、负压机和爪具库，机械臂的臂部最前端设置有第一连接器，第一连接器的前端面为第一连接面，第一连接器上设置有负压接口，负压接口穿设第一连接器，负压接口的一端位于第一连接面上、另一端远离第一连接面，负压机连接负压接口远离第一连接面的一端，第一连接面上还设置有第一连接触点组，第一连接触点组包括第一供电触点组和第一控制触点组；爪具库包括若干爪具和柜体，爪具包括第二连接器和电动组件，第二连接器上设置有第二连接面，第二连接器通过第二连接面连接第一连接面的方式可拆卸安装在第一连接器上，第二连接面上对应负压接口的位置设置有密封胶圈，密封胶圈在第二连接器与第一连接器连接时气密环绕在负压接口的一端的外侧，该一端为负压接口位于第一连接面上的一端，第二连接面上对应第一连接触点组的位置设置有第二连接触点组，第二连接触点组包括与第一供电触点组的位置对应设置的第二供电触点组、与第一控制触点组的位置对应设置的第二控制触点组，第二连接器与第一连接器连接时，第二供电触点组与第一供电触点组连接、第二控制触点组与第一控制触点组连接，电动组件设置在第二连接器背向密封胶圈的一端上，电动组件和第二供电触点组及第二控制触点组均连接；柜体上阵列设置有若干爪具室，爪具室沿柜体的厚度方向设置有室口，爪具室内设置有电动卡爪，爪具通过电动卡爪放置在爪具室内，每一爪具室存放一爪具，电动卡爪与第二连接面的相邻侧面接触配合以固定或松开对应的爪具，爪具上的第二连接面朝向室口设置；机械臂、负压机、若干电动卡爪分别与控制器连接，电动组件通过第二连接触点组和第一连接触点组的配合以连接控制器。

优选地，还包括底座，机械臂、控制器、负压机和爪具库均安装在底座上。

优选地，所有爪具室的室口开设方向一致。

优选地，爪具室还设置有开启或关闭室口的电动门，电动门与控制器连接。

优选地，电动卡爪的夹持面覆盖有硫化橡胶。

优选地，第一连接面上设置有若干定位凸起，第二连接面上对应若干定位凸起设置有若干定位槽，第二连接面与第一连接面连接时定位凸起卡接定位槽，减少爪具相对机械臂的异常滑动或异常转动。

优选地，电动组件背向第二连接器的一端设置有3D传感器，3D传感器通过第二连接触点组和第一连接触点组的配合以连接控制器。

优选地，电动组件为焊接头。

优选地，电动组件为仿生机械手。

基于上述内容，本发明给出一种全自动组合式工业机械手的控制方法，具体如下：

步骤1：根据实际的加工需求，往控制器内输入控制程序并启动本实施例；

步骤2：相应的爪具室的电动门在控制器的控制下打开，机械臂在控制器的控制下将第一连接面接触该爪具室内的爪具的第二连接面，第一连接触点组与第二连接触点组对应连接，定位凸起卡接定位槽，负压机工作，第一连接面与对应的第二连接面在负压的作用下紧密贴合，密封胶圈环绕在负压接口的周向并贴合第一连接面以起密封作用，减少负压的消耗；

步骤3：控制器控制打开的爪具室内的电动卡爪脱离该爪具室内的爪具的第二连接器以松开该爪具，机械臂的第一连接器朝远离柜体的方向运动以将该爪具从柜体上取出，电动门关闭；

步骤4：机械臂与爪具的组合在设定的控制程序下对工件进行加工；

步骤5：对应的电动门打开，机械臂将与其连接的爪具按照该爪具初始的状态和方位送入对应的爪具室内，对应的电动卡爪夹紧该爪具的第二连接器的侧面，负压机反转解除第一连接器与对应的第二连接器之间的负压，第一连接器脱离第二连接器，机械臂由控制器控制离开爪具室，对应的电动门关闭。

综上，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

本发明通过机械臂和爪具的分离式设计，使得机械臂能够和具有不同功能的电动组件的爪具配合使用，从而使得本发明能够实现焊接加工、切削加工、热处理、雕刻等诸多功能；通过爪具库的设置，机械臂能够在控制器的控制下自动连接、更换不同的爪具以进行不同的加工，一台设备即可完成现有技术下多台设备的工作，对一个工件的多种加工，只需装夹一次，不需要在不同的工段上进行来回转运，大大缩短生产时长，大幅提高工作效率；本发明设置的3D传感器能够采集待加工处的结构信息并反馈给控制器，由控制器计算判断该待加工处是否适合进行下一步的加工，自动化生产能力高；本发明只要更换不同的爪具，即可实现不同的功能，大大降低了生产线后续升级的难度，降低了后续产业升级的成本；由于本发明具有多种自动加工能力，占地面积远小于现有的多种加工设备的组合，非常适合一些没有大型产房的科研院所使用。

附图说明

图1是本发明实施例所提供的一种全自动组合式工业机械手的示意图。

图2是图1中A处的局部放大图。

图3是本发明实施例所提供的一种全自动组合式工业机械手的机械臂的示意图。

图4是图3中B处的局部放大图。

图5是本发明实施例所提供的一种全自动组合式工业机械手的柜体的示意图。

图6是本发明实施例所提供的一种全自动组合式工业机械手的爪具的示意图。

图7是本发明实施例所提供的一种全自动组合式工业机械手的爪具的另一方向的示意图。

图8是本发明实施例所提供的一种全自动组合式工业机械手的控制关系的示意图。

其中：1-机械臂、11-第一连接器、111-第一连接面、112-负压接口、113-第一连接触点组、114-定位凸起、2-控制器、3-负压机、4-爪具库、41-爪具、411-第二连接器、4111-第二连接面、4112-密封胶圈、4113-第二连接触点组、4114-定位槽、412-电动组件、413-3D传感器、42-柜体、421-爪具室、4211-电动卡爪、422-电动门、5-底座。

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。附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制，为了更好地说明本发明的具体实施方式，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸，对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构、部件及其说明可能省略是可以理解的，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。

请参阅图1-图8，在本发明的一种较佳实施方式中，一种全自动组合式工业机械手，包括机械臂1、控制器2、负压机3和爪具库4，机械臂1的臂部最前端设置有第一连接器11，第一连接器11的前端面为第一连接面111，第一连接器11上设置有负压接口112，负压接口112穿设第一连接器11，负压接口112的一端位于第一连接面111上、另一端远离第一连接面111，负压机3连接负压接口112远离第一连接面111的一端，第一连接面111上还设置有第一连接触点组113，第一连接触点组113包括第一供电触点组和第一控制触点组；爪具库4包括若干爪具41和柜体42，爪具41包括第二连接器411和电动组件412，第二连接器411上设置有第二连接面4111，第二连接器411通过第二连接面4111连接第一连接面111的方式可拆卸安装在第一连接器11上，第二连接面4111上对应负压接口112的位置设置有密封胶圈4112，密封胶圈4112在第二连接器411与第一连接器11连接时气密环绕在负压接口112的一端的外侧，该一端为负压接口112位于第一连接面111上的一端，第二连接面4111上对应第一连接触点组113的位置设置有述第二连接触点组4113，第二连接触点组4113包括与第一供电触点组的位置对应设置的第二供电触点组、与第一控制触点组的位置对应设置的第二控制触点组，第二连接器411与第一连接器11连接时，第二供电触点组与第一供电触点组连接、第二控制触点组与第一控制触点组连接，电动组件412设置在第二连接器411背向密封胶圈4112的一端上，电动组件412和第二供电触点组及第二控制触点组均连接；柜体42上阵列设置有若干爪具室421，爪具室421沿柜体42的厚度方向设置有室口，爪具室421内设置有电动卡爪4211，爪具41通过电动卡爪4211放置在爪具室421内，每一爪具室421存放一爪具41，电动卡爪4211与第二连接面4111的相邻侧面接触配合以固定或松开对应的爪具41，爪具41上的第二连接面4111朝向室口设置；机械臂1、负压机3、若干电动卡爪4211分别与控制器2连接，电动组件412通过第二连接触点组4113和第一连接触点组113的配合以连接控制器2。

本实施例的机械臂1与爪具库4之间的具体位置可以就生产车间的实际情况进行具体布置，机械臂1与爪具库4的相对位置固定后，需要对本实施例进行调试，以确保在控制系统的控制下，机械臂1的第一连接器11能够一一对应到达每一爪具室421的指定位置上，从而确保第一连接器11能够与爪具41的第二连接器411准确连接；本实施例也可以设置一底座5，出厂时，机械臂1、控制器2、负压机3和爪具库4均安装在底座5上，从而使机械臂1和爪具库4的相对位置能够提前确定，对本实施例的调试在出厂时可以一并完成，以减少本实施例的后期调试工作。

为简化机械臂1更换爪具41时的运动轨迹、降低本实施例的结构复杂程度、方便本实施例的调试，同时使本实施例更为整洁美观，优选地，所有爪具室421的室口开设方向一致；为减少待使用的爪具41及爪具室421内部与外界环境接触而受污染，请参阅图5，优选地，述爪具室421还设置有开启或关闭室口的电动门422，电动门422与控制器2连接，当机械臂1取放爪具41或检修时，对应的爪具41所在爪具室421的电动门422打开，其余时候，电动门422保持关闭状态；为减少电动卡爪4211与第二连接件接触配合时对第二连接件造成的磨损，优选地，电动卡爪4211的夹持面覆盖有硫化橡胶；为提高第一连接面111与第二连接面4111的连接稳定性，优选地，第一连接面111上设置有若干定位凸起114，第二连接面4111上对应若干定位凸起114设置有若干定位槽4114，第二连接面4111与第一连接面111连接时定位凸起114卡接定位槽4114，减少爪具41相对机械臂1的异常滑动或异常转动。

本实施例的电动组件412可以是焊接头、仿生机械手、激光雕刻头、感应加热圈、电钻、铣刀、吹风机等现有的电动组件，其具体结构在此不再赘述。

基于上述内容，本发明给出一种全自动组合式工业机械手的控制方法，具体如下：

1.根据实际的加工需求，往控制器2内输入控制程序并启动本实施例；

2.相应的爪具室421的电动门422在控制器2的控制下打开，机械臂1在控制器2的控制下将第一连接面111接触该爪具室421内的爪具41的第二连接面4111，第一连接触点组113与第二连接触点组4113对应连接，定位凸起114与定位槽4114连接，定位凸起114卡接定位槽4114，负压机3工作，第一连接面111与对应的第二连接面4111在负压的作用下紧密贴合，密封胶圈4112环绕在负压接口112的周向并贴合第一连接面111以起密封作用，减少负压的消耗；

3.控制器控制打开的爪具室内的电动卡爪4211脱离该爪具室421内的爪具41的第二连接器411以松开该爪具41，机械臂1的第一连接器11朝远离柜体42的方向运动以将该爪具41从柜体42上取出，电动门422关闭；

4.机械臂1与爪具41的组合在设定的控制程序下对工件进行加工；

5.对应的电动门422打开，机械臂1将与其连接的爪具41按照该爪具41初始的状态和方位送入对应的爪具室421内，对应的电动卡爪4211夹紧该爪具41的第二连接器411的侧面，负压机3反转解除第一连接器11与对应的第二连接器411之间的负压，第一连接器11脱离第二连接器411，机械臂1由控制器2控制离开爪具室421，对应的电动门422关闭。

请参阅图7，优选地，电动组件412背向第二连接器411的一端设置有3D传感器413，3D传感器413与通过第二连接触点组4113和第一连接触点组113的配合以连接控制器2，控制器2连接，3D传感器413可以是TOF传感器或结构光传感器等常用的3D传感器413，在爪具41的电动组件412对准待加工件后，3D传感器413采集待加工处的结构信息，并将该信息反馈给控制器2，由控制器2计算判断该待加工处是否适合进行下一步的加工，如果控制器2判断该待加工处存在缺陷或存在其他不适合进行下一步加工的因素，则暂停加工并向操作人员发出警示，以减少爪具41损坏或出现废品的情况发生，使本实施例的自动化生产能力进一步提升。

本实施例通过机械臂1和爪具41的分离式设计，使得机械臂1能够和具有不同功能的电动组件412的爪具41配合使用，从而使得本实施例能够实现焊接加工、切削加工、热处理、雕刻等诸多功能；通过爪具库4的设置，机械臂1能够在控制器2的控制下自动连接、更换不同的爪具41以进行不同的加工，一台设备即可完成现有技术下多台设备的工作，对一个工件的多种加工，只需装夹一次，不需要在不同的工段上进行来回转运，大大缩短生产时长，大幅提高工作效率；本实施例只要更换不同的爪具41，即可实现不同的功能，大大降低了生产线后续升级的难度，降低了后续产业升级的成本；由于本实施例具有多种自动加工能力，占地面积远小于现有的多种加工设备的组合，非常适合一些没有大型产房的科研院所使用。

上述说明是针对本发明较佳可行实施例的详细说明，但实施例并非用以限定本发明的专利申请范围，凡本发明所提示的技术精神下所完成的同等变化或修饰变更，均应属于本发明所涵盖专利范围。

Claims (8)

1.一种全自动组合式工业机械手，包括机械臂和控制器，其特征在于：还包括负压机和爪具库，所述机械臂的臂部最前端设置有第一连接器，所述第一连接器的前端面为第一连接面，所述第一连接器上设置有负压接口，所述负压接口穿设所述第一连接器，所述负压接口的一端位于所述第一连接面上、另一端远离所述第一连接面，所述负压机连接所述负压接口远离所述第一连接面的一端，所述第一连接面上还设置有第一连接触点组，所述第一连接触点组包括第一供电触点组和第一控制触点组；所述爪具库包括若干爪具和柜体，所述爪具包括第二连接器和电动组件，所述第二连接器上设置有第二连接面，所述第二连接器通过所述第二连接面连接第一连接面的方式可拆卸安装在第一连接器上，所述第二连接面上对应所述负压接口的位置设置有密封胶圈，所述密封胶圈在所述第二连接器与所述第一连接器连接时气密环绕在所述负压接口的一端的外侧，该一端为所述负压接口位于所述第一连接面上的一端，所述第二连接面上对应所述第一连接触点组的位置设置有第二连接触点组，所述第二连接触点组包括与所述第一供电触点组的位置对应设置的第二供电触点组、与所述第一控制触点组的位置对应设置的第二控制触点组，所述第二连接器与所述第一连接器连接时，所述第二供电触点组与所述第一供电触点组连接、所述第二控制触点组与所述第一控制触点组连接，所述电动组件设置在所述第二连接器背向所述密封胶圈的一端上，所述电动组件和所述第二供电触点组及所述第二控制触点组均连接；所述柜体上阵列设置有若干爪具室，所述爪具室沿所述柜体的厚度方向设置有室口，所述爪具室内设置有电动卡爪，所述爪具通过所述电动卡爪放置在所述爪具室内，每一爪具室存放一所述爪具，所述电动卡爪与所述第二连接面的相邻侧面接触配合以固定或松开对应的爪具，所述爪具上的第二连接面朝向所述室口设置；所述机械臂、负压机、若干电动卡爪分别与所述控制器连接，所述电动组件通过所述第二连接触点组和第一连接触点组的配合以连接所述控制器；所有所述爪具室的室口开设方向一致；所述爪具室还设置有开启或关闭所述室口的电动门，所述电动门与所述控制器连接。

2.根据权利要求1所述的一种全自动组合式工业机械手，其特征在于：还包括底座，所述机械臂、控制器、负压机和爪具库均安装在所述底座上。

3.根据权利要求1所述的一种全自动组合式工业机械手，其特征在于：所述电动卡爪的夹持面覆盖有硫化橡胶。

4.根据权利要求1所述的一种全自动组合式工业机械手，其特征在于：所述第一连接面上设置有若干定位凸起，所述第二连接面上对应若干所述定位凸起设置有若干定位槽，所述第二连接面与第一连接面连接时定位凸起卡接定位槽。

5.根据权利要求1所述的一种全自动组合式工业机械手，其特征在于：所述电动组件背向所述第二连接器的一端设置有3D传感器，所述3D传感器通过所述第二连接触点组和第一连接触点组的配合以连接所述控制器。

6.根据权利要求1所述的一种全自动组合式工业机械手，其特征在于：所述电动组件为焊接头。

7.根据权利要求1所述的一种全自动组合式工业机械手，其特征在于：所述电动组件为仿生机械手。

8.根据权利要求1所述的一种全自动组合式工业机械手的控制方法，其特征在于：

步骤1：根据实际的加工需求，往所述控制器内输入控制程序并启动；

步骤2：相应的爪具室的所述电动门在控制器的控制下打开，所述机械臂在所述控制器的控制下将所述第一连接面接触该爪具室内的爪具的第二连接面，所述第一连接触点组与所述第二连接触点组对应连接，所述负压机工作，所述第一连接面与对应的所述第二连接面在负压的作用下紧密贴合，所述密封胶圈环绕在负压接口的周向并贴合第一连接面以起密封作用；

步骤3：控制器控制打开的爪具室内的电动卡爪脱离该爪具室内的爪具的第二连接器以松开该爪具，所述机械臂的第一连接器朝远离所述柜体的方向运动以将该爪具从柜体上取出；

步骤4：所述机械臂与所述爪具的组合在设定的控制程序下对工件进行加工；

步骤5：所述机械臂将与其连接的爪具按照该爪具初始的状态和方位送入对应的所述爪具室内，对应的所述电动卡爪夹紧该爪具的第二连接器的侧面，所述负压机反转解除所述第一连接器与对应的所述第二连接器之间的负压，所述第一连接器脱离第二连接器，所述机械臂由控制器控制离开爪具室。