CN112975906B - 一种机械手搭载结构、优化方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机械手搭载结构、优化方法及系统，机械手搭载结构包括：龙门顶板、两个龙门立板以及龙门肋板；两个所述龙门立板设置在所述龙门顶板两侧，所述龙门肋板设置在所述龙门立板与所述龙门顶板的连接处。本发明采用龙门式结构搭载机械手，具有占地空间小，机械手臂展覆盖范围利用率高等特点。

Description

一种机械手搭载结构、优化方法及系统

技术领域

本发明涉及机械手搭载结构技术领域，特别是涉及一种机械手搭载结构、优化方法及系统。

背景技术

目前，越来越多的电子元器件采取了表面贴装的封装焊接技术，但仍有一大部分元器件因为自身功能的特殊性和制造技术的问题，依采用插装的封装作业技术，这类电子元器件形状和大小都存在着较大差异，可以称为异形电子元器件。常见的有电解电容、电感、变压器和接插件等。这些因素都使得采用标准的自动化设备来实现异形电子元器件的插装作业变得十分困难。

现今，绝大多部分厂家都是单纯通过人工方式来完成异形电子元器件的插装焊接作业，虽然也有部分厂家引进了国内外先进的异形插件机和焊接机，但普及程度依然很低。

传统的机械手架台占地空间大，机械臂的作用范围不能有效利用，且骨架是铸造一体成型，成本较高。现有的机械手搭载结构可分为两种，一种是由钢焊接而成，另一种是由四根柱子四根柱子组成。现有方案的缺点：1、占地面积较大。2、取件区域过小，即可放置供料器的空间过小。没有充分利用机械手有效臂展。

发明内容

本发明的目的是提供一种机械手搭载结构、优化方法及系统，采用龙门式结构搭载机械手，具有占地空间小，机械手臂展覆盖范围利用率高等特点。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种机械手搭载结构，包括：龙门顶板、两个龙门立板以及龙门肋板；两个所述龙门立板设置在所述龙门顶板两侧，所述龙门肋板设置在所述龙门立板与所述龙门顶板的连接处。

一种机械手搭载结构优化方法，包括：

确定待优化参数；所述待优化参数为机械手搭载结构各部分的厚度，包括龙门顶板厚度、龙门立板厚度以及龙门肋板厚度；

确定目标函数以及约束条件；

通过所述目标函数以及所述约束条件对所述待优化参数进行优化；

通过优化后的参数对机械手搭载结构进行设计。

可选地，所述目标函数如下：

S＝f(T)＝W×(t₁，t₂，t₃…t_n)

其中，S表示截面面积，T表示厚度，W表示宽度，t_n表示待确认的不同厚度值。

可选地，所述约束条件如下：

σ_vmax＝g_V(T)＝F_V×L×6/W×T²

σ_Hmax＝g_H(T)＝F_H×W×T

△x_Vmax＝h_v(T)＝σ_vmax/E

△x_Hmax＝h_H(T)＝σ_vmax/E

σ_vmax，σ_Hmax≤「σ」

△x_Hmax，△x_Vmax≤「△x」

其中，σ_vmax表示垂直方向最大应力，σ_Hmax表示水平方向最大应力，△x_Vmax表示垂直方向最大位移，△x_Hmax表示水平方向最大位移，「σ」表示材料变形量，「△x」代表机械手精度，W表示宽度，L表示长度，T表示厚度，E表示材料的弹性模量，F_H表示机械手水平方向力反作用力，F_V表示机械手垂直方向反作用力，g_V(T)表示垂直方向最大应力约束函数，g_H(T)表示水平方向最大应力约束函数，h_v(T)表示垂直方向最大位移约束函数，h_H(T)表示水平方向最大位移约束函数。

一种机械手搭载结构优化系统，包括：

待优化参数确定模块，用于确定待优化参数；所述待优化参数为机械手搭载结构各部分的厚度，包括龙门顶板厚度、龙门立板厚度以及龙门肋板厚度；

目标函数及约束条件确定模块，用于确定目标函数以及约束条件；

优化模块，用于通过所述目标函数以及所述约束条件对所述待优化参数进行优化；

设计模块，用于通过优化后的参数对机械手搭载结构进行设计。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明公开了一种机械手搭载结构、优化方法及系统，机械手搭载结构包括：龙门顶板、两个龙门立板以及龙门肋板；两个所述龙门立板设置在所述龙门顶板两侧，所述龙门肋板设置在所述龙门立板与所述龙门顶板的连接处。本发明采用龙门式结构搭载机械手，具有占地空间小，机械手臂展覆盖范围利用率高等特点。

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一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例机械手搭载结构示意图；

图2为机械手插件机整体布局图；

图3为现有机械手取件区域图；

图4为现有机械手搭载结构示意图；

图5为常见的元件结构示意图；

图6为印刷电路板示意图；

图7为本发明机械手取件区域图；

图8为本发明结构与机械手的搭载形势图。

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。

本发明的目的是提供一种机械手搭载结构、优化方法及系统，采用龙门式结构搭载机械手，具有占地空间小，机械手臂展覆盖范围利用率高等特点。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1所示，本发明提供的机械手搭载结构包括：龙门顶板、两个龙门立板以及龙门肋板；两个所述龙门立板设置在所述龙门顶板两侧，所述龙门肋板设置在所述龙门立板与所述龙门顶板的连接处。该结构横跨在可调宽输送线上方。本发明中机械手取件区域增加约1/3，架台本体占地面积约节省1/3。

传统的机械手架台占地空间大，机械臂的作用范围不能有效利用，且骨架是铸造一体成型，成本较高。目前，绝大多部分厂家都是通过人工的方式完成插装过程，如果想取代人工，则需要用机械手和视觉完成上述操作，如图2所示需要以下几个功能模块：

1、供料器(包括振动盘，TRAY等)：辅助送料装置，用于将元件输送到指定位置供机械手抓取。

2、可调宽输送线：基板输送装置，用于将基板送到插件位置。

3、基板到位阻挡：基板定位装置，用于将基板定位。

4、底部相机：拍照确定元件在夹爪/吸盘中的位置。

5、侧面相机：拍照确定元件极性。

具体工作流程：

1、基板由可调宽输送线送入指定位置。

2、由机械手头部附带相机拍摄基板MARK点，并计算整张基板所有孔位。

3、机械手移动到供料器上方吸取/抓取元件。

4、由底部相机拍照，计算元件在夹爪/吸嘴中的位置。

5、将基板坐标和元件坐标换算到机械手坐标系中。

6、插件。

机械手的运行过程中会产生惯性力，并会给其搭载机构施加反作用力，如果其搭载结构刚性不足，那么就会随着机械手运动而产生震动，进而影响机械手插件精度。为保证机械手高效稳定稳定运转，市面上的现有方案：

将机械手放置在可调宽线体侧面，以底座支撑，如图3所示：

1、取件区：机械手抓取/吸取元件的区域，该区域可放置供料器(振动盘，TRAY，FEEDER等)

2、机械手覆盖范围：四/六轴机械手移动范围，通常为圆形，中间有盲区。

3、插件区：即机械手插件的位置，即基板(印刷电路板)面积。

图3中机械手位于可调宽输送线侧面，机械手的搭载结构如图4所示。上述方案中机械手搭载结构可分为两种，一种是由钢焊接而成，另一种是由四根柱子四根柱子组成。现有方案的缺点：1.占地面积较大。2.取件区域过小，即可放置供料器的空间过小。没有充分利用机械手有效臂展。

本发明是基于四轴/六轴机械手的搭载结构，以机械手插件机为例进行阐述。机械手插件机是利用四/六轴机械手将一些有规则的电子元器件自动标准地插装在印刷电路板导电通孔内的机械设备。常见的元件如图5所示，其中，51为AC插座，52为USB插座，53为电感，54为发光二极管，55为方形电容，56为接地片，57为开关，58为卧式电容，59为遥控接收器。所有元件皆有引脚，用于插入印刷电路板的导电通孔内，如图6所示：本发明将机械手放置到可调宽输送线体上方，如图7所示：

1、取件区：机械手抓取/吸取元件的区域，该区域可放置供料器(振动盘，TRAY，FEEDER等)

2/机械手覆盖范围：四/六轴机械手移动范围，通常为圆形，中间有盲区。

3/插件区：即机械手插件的位置，即基板(印刷电路板)面积。

图7中机械手位于可调宽输送线上方，机械手的搭载结构如图8所示。

本发明还提供了一种机械手搭载结构优化方法，包括：

确定待优化参数；所述待优化参数为机械手搭载结构各部分的厚度，包括龙门顶板厚度、龙门立板厚度以及龙门肋板厚度。

确定目标函数以及约束条件。

通过所述目标函数以及所述约束条件对所述待优化参数进行优化。

通过优化后的参数对机械手搭载结构进行设计。

所述目标函数如下：

S＝f(T)＝W×(t₁，t₂，t₃…t_n)

其中，S表示截面面积，T表示厚度，W表示宽度，t_n表示待确认的不同厚度值。

所述约束条件如下：

σ_vmax＝g_V(T)＝F_V×L×6/W×T²

σ_Hmax＝g_H(T)＝F_H×W×T

△x_Vmax＝h_v(T)＝σ_vmax/E

△x_Hmax＝h_H(T)＝σ_vmax/E

σ_vmax，σ_Hmax≤「σ」

△x_Hmax，△x_Vmax≤「△x」

其中，σ_vmax表示垂直方向最大应力，σ_Hmax表示水平方向最大应力，△x_Vmax表示垂直方向最大位移，△x_Hmax表示水平方向最大位移，两者也代表各自方向材料变形量，「σ」代表材料的许用应力，即材料变形量，「△x」代表机械手精度，W表示宽度，L表示长度，T表示厚度，E表示材料的弹性模量，F_H表示机械手水平方向力反作用力，F_V表示机械手垂直方向反作用力，g_V(T)表示垂直方向最大应力约束函数，g_H(T)表示水平方向最大应力约束函数，h_v(T)表示垂直方向最大位移约束函数，h_H(T)表示水平方向最大位移约束函数。

本发明还提供了一种机械手搭载结构优化系统，包括：

待优化参数确定模块，用于确定待优化参数；所述待优化参数为机械手搭载结构各部分的厚度，包括龙门顶板厚度、龙门立板厚度以及龙门肋板厚度；

目标函数及约束条件确定模块，用于确定目标函数以及约束条件；

优化模块，用于通过所述目标函数以及所述约束条件对所述待优化参数进行优化；

设计模块，用于通过优化后的参数对机械手搭载结构进行设计。

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。对于实施例公开的系统而言，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。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (2)

1.一种机械手搭载结构优化方法，其特征在于，应用于机械手搭载结构，所述机械手搭载结构包括：龙门顶板、两个龙门立板以及龙门肋板；两个所述龙门立板设置在所述龙门顶板两侧，所述龙门肋板设置在所述龙门立板与所述龙门顶板的连接处；机械手搭载结构用于将机械手搭载在可调宽输送线体上方；

所述方法包括：

确定待优化参数；所述待优化参数为机械手搭载结构各部分的厚度，包括龙门顶板厚度、龙门立板厚度以及龙门肋板厚度；

确定目标函数以及约束条件；

通过所述目标函数以及所述约束条件对所述待优化参数进行优化；

通过优化后的参数对机械手搭载结构进行设计；

所述目标函数如下：

S＝f(T)＝W×(t₁，t₂，t₃…t_n)

其中，S表示截面面积，T表示厚度，W表示宽度，t_n表示待确认的不同厚度值；

所述约束条件如下：

σ_vmax＝g_V(T)＝F_V×L×6/W×T²

σ_Hmax＝g_H(T)＝F_H×W×T

△x_Vmax＝h_v(T)＝σ_vmax/E

△x_Hmax＝h_H(T)＝σ_vmax/E

σ_vmax，σ_Hmax≤「σ」

△x_Hmax，△x_Vmax≤「△x」

其中，σ_vmax表示垂直方向最大应力，σ_Hmax表示水平方向最大应力，△x_Vmax表示垂直方向最大位移，△x_Hmax表示水平方向最大位移，「σ」表示材料变形量，「△x」代表机械手精度，W表示宽度，L表示长度，T表示厚度，E表示材料的弹性模量，F_H表示机械手水平方向力反作用力，F_V表示机械手垂直方向反作用力，g_V(T)表示垂直方向最大应力约束函数，g_H(T)表示水平方向最大应力约束函数，h_v(T)表示垂直方向最大位移约束函数，h_H(T)表示水平方向最大位移约束函数。

2.一种机械手搭载结构优化系统，其特征在于，应用于机械手搭载结构，所述机械手搭载结构包括：龙门顶板、两个龙门立板以及龙门肋板；两个所述龙门立板设置在所述龙门顶板两侧，所述龙门肋板设置在所述龙门立板与所述龙门顶板的连接处；机械手搭载结构用于将机械手搭载在可调宽输送线体上方；

所述优化系统包括：

待优化参数确定模块，用于确定待优化参数；所述待优化参数为机械手搭载结构各部分的厚度，包括龙门顶板厚度、龙门立板厚度以及龙门肋板厚度；

目标函数及约束条件确定模块，用于确定目标函数以及约束条件；

优化模块，用于通过所述目标函数以及所述约束条件对所述待优化参数进行优化；

设计模块，用于通过优化后的参数对机械手搭载结构进行设计；

所述目标函数如下：

S＝f(T)＝W×(t₁，t₂，t₃…t_n)

其中，S表示截面面积，T表示厚度，W表示宽度，t_n表示待确认的不同厚度值；

所述约束条件如下：

σ_vmax＝g_V(T)＝F_V×L×6/W×T²

σ_Hmax＝g_H(T)＝F_H×W×T

△x_Vmax＝h_v(T)＝σ_vmax/E

△x_Hmax＝h_H(T)＝σ_vmax/E

σ_vmax，σ_Hmax≤「σ」

△x_Hmax，△x_Vmax≤「△x」

其中，σ_vmax表示垂直方向最大应力，σ_Hmax表示水平方向最大应力，△x_Vmax表示垂直方向最大位移，△x_Hmax表示水平方向最大位移，「σ」表示材料变形量，「△x」代表机械手精度，W表示宽度，L表示长度，T表示厚度，E表示材料的弹性模量，F_H表示机械手水平方向力反作用力，F_V表示机械手垂直方向反作用力，g_V(T)表示垂直方向最大应力约束函数，g_H(T)表示水平方向最大应力约束函数，h_v(T)表示垂直方向最大位移约束函数，h_H(T)表示水平方向最大位移约束函数。

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