CN113620053B - 一种用于汽车轮毂智能生产线的全自动轮毂上下料系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于汽车轮毂智能生产线的全自动轮毂上下料系统，包括：智能料架和机器人；所述的智能料架包括支架装配体、转盘装配体和承载座装配体；所述的转盘装配体安装在承载座装配体上，转盘装配体可旋转；所述的支架装配体安装在转盘装配体上，其包括底座，在所述的底座上设有至少一组升降装置，每组包括三个升降装置，在每个升降装置上设有汽车轮毂支撑板装配体，且三个升降装置的汽车轮毂支撑板装配体的中轴线成120度夹角；所述的机器人安装在智能料架的一侧，其包括机械臂，在所述机械臂上安装有用于机械手，所述的机械手用于夹持汽车轮毂。

Description

一种用于汽车轮毂智能生产线的全自动轮毂上下料系统
技术领域
本发明设计机械加工设备技术领域，具体设计一种用于汽车轮毂智能生产线的全自动轮毂上下料系统。
背景技术
随着交通运输业的不断发展，当今社会对于汽车的需求量越来越大，由此对于汽车零件的加工质量和加工效率提出了新的要求。其中，汽车轮毂是汽车上必不可少的零件，汽车轮毂的质量关系着汽车在高速行驶过程中的安全，其成型工艺多样。传统的轮毂加工方式已经不能满足当今社会的发展需求。随着国内社会的发展，人们对智能化的要求越来越高，在轮毂机加工车间，上下料时工人要进行重复的搬运工作，长期工作使身体灵敏性不高，劳动效率降低。所以为了改善人工劳动条件、稳定产品质量、提高生产效率、引入智能化上下料系统来代替人工操作俨然成了一种必然的趋势。
发明CN202010898589.7公开了一种汽车车轮轮毂料架，但是该料架不能定位每个轮毂在料架上的位置，在使用吊具对轮毂进行上料时，无法确定吊具的运动轨迹，影响取件效率从而影响轮毂的加工效率。另外，抽拉层格和翻转层格的动作需要人工协助完成。
发明CN201821585753.3公开了一种多向抓取式汽车轮毂上下料机械手。但是，该机械手使用抓取轮夹持，没有安装缓冲机构，非常容易对精加工后的轮毂产生表面损伤。而且该机械手夹持位置在轮毂轮缘位置，在加工轮毂不同面时，不同实现轮毂的翻转，需要借助其他装置才能实现轮毂的换边夹持，影响轮毂的加工效率
发明CN201922336112.5提供了柔性化自适应轮毂搬运机械手，但是该机械手在使用过程很难保证左右两个气缸动作行程形成完全一致，如此会导致轮毂在上下料过程中产生位置误差。另外，该机械手使用弹簧的弹力作为夹紧力，极易导致弹簧失效，需要经常对该机械手停机检修。
综上所述，现有技术中没有完整的汽车轮毂上下料系统，在用于上下料的机械手设计上不能满足多种尺寸轮毂的夹持，且在夹持过程中极其容易对精加工后的轮毂造成划伤，影响轮毂表面粗糙度；另外，现有技术中的机械手大都使用V型轮夹持轮毂轮缘部分，在轮毂换边加工时需要借助翻转装置进行换边夹持，无法自翻；现有技术中的轮毂料架仅提供储存轮毂的功能，不能对轮毂在料架上的位置进行定位，在上下料时机械手很难精准的进行存取件。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种用于轮毂汽车轮毂智能生产线的全自动轮毂上下料系统，其中包括机器人和智能料架，机器人和智能料架的相互配合从而实现轮毂的精准上下料，机器人提供夹取，搬运功能，智能料架提供定位、存取的功能，将工人从轮毂上下料工作中解放出来，减轻工人的劳动强度，提高了生产线的生产效率，同时能使生产车间洁净化，智能化。
为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：
一种用于汽车轮毂智能生产线的全自动轮毂上下料系统，包括：智能料架和机器人；
所述的智能料架包括支架装配体、转盘装配体和承载座装配体；所述的转盘装配体安装在承载座装配体上，转盘装配体可旋转；所述的支架装配体安装在转盘装配体上，其包括底座，在所述的底座上设有至少一组升降装置，每组包括三个升降装置，在每个升降装置上设有汽车轮毂支撑板装配体，且三个升降装置的汽车轮毂支撑板装配体的中轴线成120度夹角；
所述的机器人安装在智能料架的一侧，其包括机械臂，在所述机械臂上安装有用于机械手，所述的机械手用于夹持汽车轮毂。
作为进一步的技术方案；所述的汽车轮毂支撑板装配体包括支撑板、气缸、滑套，V形块；在所述支撑板上固定有气缸，所述的气缸与竖直设置的第一连杆一端相连，所述第一连杆另一端与水平设置的第二连杆相连，第二连杆穿过固定在支撑板上的滑套与V形块相连。
轮毂放置在由三个支撑板组成的底平面上，该底平面可以限制轮毂在X,Y方向的转动以及Z轴的移动。三个V形块两两成120度夹角，既起到定位作用又起到夹紧作用，起定位作用时可以限制轮毂X,Y方向的移动。此时轮毂仅剩Z轴方向未定位，为不完全定位方式。同时，三个V形块对轮毂进行夹紧。因为V形块由气缸驱动，具有一定的行程范围，故可以实现不同尺寸轮毂的自定位和夹紧。
作为进一步的技术方案，所述的升降装置为链轮链条升降机构，在所述的链轮链条升降机构上依次设置有多个承载座装配体。
作为进一步的技术方案，所述的机械手包括连接座，在连接座的两端各设有一个结构相同的夹持装置，每个夹持装置包括一个安装座，在所述的安装座对称的设有两个夹板，两个夹板通过驱动装置控制；在每个夹板上均安装有两个吸盘装配体；两个吸盘装配体通过气缸驱动改变两者之间的角度。
进一步的，所述吸盘装配体包括吸盘、连接器、球头、球瓦、紧定环，球头安装在两个球瓦的球槽内，通过紧定环锁紧两个球瓦，连接器与球头螺纹连接，吸盘与连接器通过密封胶粘接。吸盘可通过球头自适应不同尺寸的轮毂轮辋曲面。使吸盘可以更好地贴合在轮毂表面。
作为进一步的技术方案，所述的转盘装配体包括轮辐式称重传感器、安装座、转盘和万向轮；在转盘上加工有两个与支架装配体中的底座大小相似的圆形槽，用于安装轮辐式称重传感器和安装盘；所述支架装配体与安装座和轮辐式称重传感器相连；所述万向轮设置在转盘底部，万向轮可以起到保持转盘稳定性的作用。转盘安装在承载座装配体上的回转支承上。
作为进一步的技术方案，所述转盘呈“∞”形，转盘上加工有两个圆形槽，一个圆形槽内安装两个安装盘和一个轮辐式称重传感器。
作为进一步的技术方案，所述转盘通过承载座装配体上的电机驱动。
上述用于汽车轮毂智能生产线的全自动轮毂上下料系统的其使用方法，包括如下内容：
上料时，汽车轮毂在支架装配体上就位，计算机对机器人下达取料信号，机器人根据计算机规划的路径到达指定位置，计算机根据轮毂尺寸对机械手的气动回路发送信号，控制微型气缸的气动回路打开，通过微型气缸活塞杆的伸缩调整吸盘装配体的开合角度。
计算机对机械手的气动回路发送信号，控制气缸的气动回路的打开，气缸活塞杆回缩，从而控制夹板对中移动，吸盘真空回路同时开启。
吸盘与轮毂轮辋面相接触时，在夹板继续对中移动的状态下，吸盘借助球头结构可以依靠夹板的推力完全贴合在轮毂轮辋表面。因为真空回路的开启，吸盘型腔内产生负压，当吸盘型腔内的负压完全达到预定值时，轮毂被完全吸附，真空压力开关发送电信号给计算机，夹紧完成。
支架装配体上的气缸活塞杆回缩，从而使V形块放松轮毂，机器人将轮毂搬运到指定位置。支架装配体底部的轮辐式称重传感器感应到重力变化并将信号发送给计算机。
计算机根据轮辐式称重传感器发送的电信号判断支架装配体上是否存有轮毂，若仍存有轮毂，则控制升降装置的斜齿轮-伞齿轮减速电机启动，第二层的支撑板装配体随链条上升到最顶层位置等待机械手再次进行装置夹持。若支架装配体上没有轮毂时，则计算机控制承载座装配体上的斜齿轮-伞齿轮减速电机启动，转盘转动180度，满载支架装配体和空载支架装配体转换位置，满载支架装配体继续执行上料任务，空载支架等待补充轮毂毛坯。
下料时，机械手夹持轮毂放在最上层支撑板上，支撑板装配体上的气缸活塞杆伸出，从而使V形块对轮毂进行定位夹紧，支架装配体底部的轮辐式称重传感器感应到重力变化，并将信号发送给计算机，计算机接受并分析信号后判断支架装配体上是否装满轮毂。
若支架装配体上未装满轮毂，则计算机控制升降装置上的斜齿轮-伞齿轮减速电机启动，斜齿轮-伞齿轮减速电机主轴转动方向与上料时方向相反，最上层的支撑板装配体随链条下降到第二层位置，最上层的位置又有空的支撑板装配体补充并等待下料。若支架装配体上已装满轮毂，则计算机控制承载座装配体上的斜齿轮-伞齿轮减速电机启动，转盘转动180度，满载支架装配体和空载支架装配体转换位置，空载支架继续执行下料任务，满载支架等待轮毂入库或下一工序的上料任务。
上述发明的有益效果如下：
1.本发明的汽车轮毂上下料系统高度自动化，可以自动将轮毂搬运到支架上并合理有序的放置在支架上，上下料时，不需要工人重复的搬运轮毂，工人只需要监视计算机防止程序和装置出现错误或损伤；
2.本发明的汽车轮毂上下料系统中的智能料架可以实现不同尺寸的轮毂在智能料架上的定位夹紧并自动上下料。在上下料时，机器人只需要在固定的位置取件放件即可，提高了取料的准确性。同时该智能料架可以自动监测料架上轮毂的数量；
3.本发明的汽车轮毂上下料系统中的机械手可以实现不同尺寸的夹持搬运，且应用吸盘吸附的夹紧方式，使夹紧柔性化，不会对精加工后的轮毂造成划痕；机械手上带有喷气管，用来清除轮毂加工后残留的铝屑，防止铝屑掉在地面上，能够使加工车间更加洁净化；
4.本发明的汽车轮毂上下料系统结构紧凑，空间利用合理；
5.本发明的汽车轮毂三维扫描系统，可以使工人远离加工设备，提高了工人的操作环境安全性。
附图说明
图1为轮毂上下料系统装配图；
图2为支架装配体局部剖视图；
图3为支架装配体上视图；
图4为升降装置爆炸图；
图5为升降装置局部剖视图；
图6为升降装置局部剖视图；
图7为升降装置局部剖视图；
图8为气管轴测图；
图9为支撑板装配体爆炸图；
图10为支撑板剖视图；
图11为支架装配体上料过程轴测图；
图12为支架装配体下料过程轴测图；
图13为转盘装配体上视图；
图14为转盘装配体局部剖视图；
图15为承载座装配体局部剖视图；
图16为机械手爆炸图；
图17为机械手局部剖视图；
图18为气缸、安装座、连接座和真空发生器安装局部剖视图；
图19为连杆机构轴测图；
图20为夹板上零件爆炸图；
图21吸盘装配体安装局部剖视图；
图22为轮毂被夹紧时的受力简图；
图23为机械手气路图；
图24为轮毂上下料系统上料流程图；
图25为轮毂上下料系统下料流程图；
其中，支架装配体Ⅰ-1、转盘装配体Ⅰ-2、承载座装配体Ⅰ-3、机械手II-1、机械臂II-2。
升降装置Ⅰ-1-1、底座I-1-2、轮毂III。
链轮链条I-1-1-1、阻隔板I-1-1-2、气源分配器I-1-1-3、支撑板装配体I-1-1-4、第一传动轴I-1-1-5、斜齿轮-伞齿轮减速电机I-1-1-6、张紧器I-1-1-7、第二传动轴1-1-1-9、支架I-1-1-10、气管I-1-1-11。
V形块I-1-1-4-1、直导套I-1-1-4-2、导杆I-1-1-4-3、法兰I-1-1-4-4、连杆I-1-1-4-5、法兰I-1-1-4-6、气缸I-1-1-4-7、支撑板I-1-1-4-8。
轮辐式称重传感器Ⅰ-2-1、安装盘Ⅰ-2-2、转盘Ⅰ-2-3、万向轮Ⅰ-2-4。
锁紧挡圈Ⅰ-3-1、外齿式回转支承Ⅰ-3-2、齿轮Ⅰ-3-3、套筒Ⅰ-3-4、传动轴Ⅰ-3-8、直角安装座Ⅰ-3-7，承载座Ⅰ-3-5、带座外球面球轴承Ⅰ-3-6、斜齿轮-伞齿轮减速电机Ⅰ-3-9。
吸盘装配体II-1-1、安装板II-1-2、微型气缸II-1-3、夹板II-1-4、滑座II-1-5、气缸II-1-6、气管II-1-7、连接座II-1-8、工字型安装座II-1-9、真空发生器II-1-10、过滤器II-1-11、连杆机构II-1-12、气缸安装板II-1-13、法兰II-1-14、连杆II-1-15、真空压力开关II-1-16。
吸盘II-1-1-1、连接器II-1-1-2、球头II-1-1-3、球瓦II-11-4、紧定环II-1-1-5。
具体实施方式
本申请的一种典型实施方式中，如图1所示，汽车轮毂上下料系统包括智能料架I和机器人II，其中智能料架I包括支架装配体Ⅰ-1、转盘装配体Ⅰ-2、承载座装配体Ⅰ-3；机器人II包括机械手II-1、机械臂II-2。各个机构中的动力件与计算机分别单独连接。其中，智能料架I负责将轮毂III运输到固定位置并对轮毂III定位夹紧，辅助机器人II进行上下料。支架装配体Ⅰ-1作为承载轮毂III的装置安装在转盘装配体Ⅰ-2上，支架装配体Ⅰ-1可随转盘装配体Ⅰ-2一起转动，从而实现满载支架装配体Ⅰ-1和空载支架装配体Ⅰ-1的转换，转盘装配体Ⅰ-2安装在承载座装配体Ⅰ-3上，承载座装配体Ⅰ-3作为整个系统的承载部件，同时也为转盘的转动提供动力。
进一步的，机器人II负责将轮毂III搬运到指定位置。机械手II-1作为夹持轮毂III的部件通过法兰安装在机械臂II-2上，本实施例中的机械臂II-2为六自由度机械臂II-2，通过机械臂II-2的带动，机械手II-1可以实现任意位置和角度的轮毂III抓取动作，从而实现轮毂III的上下料和轮毂III在一定位置内的搬运。
具体的，支架装配体Ⅰ-1：承载轮毂III，实现轮毂III的上下料，同时为机械手II-1对轮毂III的夹持提供可靠定位。
转盘装配体Ⅰ-2：支架装配体Ⅰ-1安装在转盘装配体Ⅰ-2上，转盘带动支架装配体Ⅰ-1一起转动，可以实现满载支架装配体Ⅰ-1和空载支架装配体Ⅰ-1的转换，从而使上下料工作同时进行。
承载座装配体Ⅰ-3：为转台装配体和支架装配体Ⅰ-1提供承载平台，承载座装配体Ⅰ-3上安装有减速电机和外齿式回转支承，为转盘装配体Ⅰ-2的转动提供转矩。
机械手II-1：可以实现对各个尺寸轮毂III的柔性夹持，配合机械臂II-2可以将轮毂III从支架装配体Ⅰ-1上搬运到指定位置。
机械臂II-2：机械臂II-2为六自由度机械臂II-2，可以使机械手II-1在任意位置和角度对轮毂III进行抓取，实现对轮毂III的搬运工作。
如图2-图3所示，支架装配体Ⅰ-1包括升降装置Ⅰ-1-1、底座I-1-2。三个升降装置Ⅰ-1-1沿周向安装在底座上，升降装置Ⅰ-1-1与底座I-1-2固定连接。需要说明的是，三个升降装置Ⅰ-1-1的安装并不是任意的，每两个升降装置Ⅰ-1-1上的支承板I-1-5-8的中心轴线成120度夹角。如此，可以使轮毂III放置在三个支撑板I-1-5-8上并保持稳定状态。底座I-1-2底部焊接有螺杆，支架装配体Ⅰ-1与转盘装配体Ⅰ-2的安装时通过螺纹连接固定。支架装配体Ⅰ-1可以起到轮毂III上下料及轮毂III定位的作用。
如图4-图7所示，升降装置Ⅰ-1-1由链轮链条I-1-1-1、阻隔板I-1-1-2、气源分配器I-1-1-3、支撑板装配体I-1-1-4、第一传动轴I-1-1-5、减速电机I-1-1-6、张紧器I-1-1-7、安装板I-1-1-8、第二传动轴1-1-1-9、支架I-1-1-10组成。其中支架I-1-1-10作为整个装置的支承部件，支架I-1-1-10底部设置有四条肋板以增加刚度。带座外球面球轴承分别安装在支架I-1-1-10上下两端。第一传动轴I-1-1-5通过减速电机I-1-1-6驱动。减速电机I-1-1-9通过直角安装板安装在支架I-1-1-10上，链轮链条I-1-1-1一端安装在第一传动轴I-1-1-5左端处，另一端安装在第二传动轴I-1-1-9左端处。链轮链条的传动比为1:1。
张紧器I-1-1-7安装在支架I-1-1-10上，张紧器I-1-1-7可以保持链轮链条I-1-1-1在传动过程中拥有适当的张进力；从而防止链条松动、脱落，减轻链轮链条I-1-1-1的磨损。
阻隔板I-1-1-2通过安装板I-1-1-8固定在支架I-1-1-10上；阻隔板I-1-1-2在安装时中心通孔与第二传动轴1-1-1-9同轴心，并通过锁紧挡圈实现轴向定位。需要说明的是，阻隔板I-1-1-2的中心通孔直径大于第二传动轴1-1-1-9直径，阻隔板I-1-1-2不随第二传动轴1-1-1-9转动。阻隔板I-1-1-2的作用是防止上下料时链轮链条I-1-1-1的转动导致气管I-1-11缠绕在第二传动轴1-1-1-9上造成装置的损坏，同时也用来安装气源分配器I-1-1-3。需要说明的是，气管I-1-1-11为螺旋弹性气管，防止支撑板装配体I-1-1-4随链轮链条I-1-1-1运动时气管I-1-1-11长度不足。
需要说明的是，链条为高强度带附件工业链条，支撑板装配体I-1-1-4安装在链条上，第一传动轴I-1-1-5带动链轮链条转动，如此，支撑板装配体I-1-1-4可以随链条运动轨迹运动。如图9-图10所示，支撑板装配体I-1-1-4由V形块I-1-1-4-1、直导套I-1-1-4-2、导杆I-1-1-4-3、法兰I-1-1-4-4、连杆I-1-1-4-5、法兰I-1-1-4-6、气缸I-1-1-4-7、支撑板I-1-1-4-8组成。支撑板I-1-1-4-8上设置有槽，底部设置有肋板以保证支撑板I-1-1-4-8的刚度。气缸I-1-1-4-7安装在支撑板I-1-1-4-8底部两根肋板中间位置，支撑板I-1-1-4-8与气缸I-1-1-4-7固定连接。气缸I-1-1-4-7活塞杆伸出端有螺纹，活塞杆伸出端穿过法兰I-1-1-4-6上的通孔，将法兰I-1-1-4-6与气缸I-1-1-4-7活塞杆固定连接。连杆I-1-1-4-5穿过支撑板I-1-1-4-8上的槽分别与法兰I-1-1-4-6和法兰I-1-1-4-4连接。连杆I-1-1-4-5与法兰I-1-1-4-4固定连接。导杆I-1-1-4-3穿过直导套I-1-1-4-2，导杆I-1-1-4-3一端与法兰I-1-1-4-4上的固定连接，另一端与V形块I-1-1-4-1固定连接。直导套I-1-1-4-2带有安装座安装在支撑板I-1-1-4-8上。
具体的，气缸I-1-1-4-7安装在支撑板I-1-1-4-8下方，而V形块I-1-1-4-1与导杆I-1-1-4-3安装在支撑板I-1-1-4-8上方，通过连杆I-1-1-4-5、法兰I-1-1-4-6、法兰I-1-1-4-4将气缸I-1-1-4-7活塞杆与导杆I-1-1-4-3连接在一起。如此，气缸I-1-1-4-7活塞杆的伸出与回缩可以带动V形块I-1-1-4-1在支撑板I-1-1-4-8上的前进与后退。轮毂III放置在由三个支撑板I-1-1-4-8组成的底平面上，该底平面可以限制轮毂III在X,Y方向的转动以及Z轴的移动。三个V形块I-1-1-4-1两两成120度夹角，既起到定位作用又起到夹紧作用，起定位作用时可以限制轮毂IIIX,Y方向的移动。此时轮毂III仅剩Z轴方向未定位，为不完全定位方式。同时，三个V形块I-1-1-4-1在气缸的驱动下对轮毂III进行夹紧。因为V形块I-1-1-4-1由气缸驱动，具有一定的行程范围，故可以实现不同尺寸轮毂III的自定位和夹紧。
如图11-图12所示，当需要上料时，机械手II-1取走支架装配体Ⅰ-1上最上层的轮毂III，斜齿轮-伞齿轮减速电机I-1-1-6启动，驱动第一传动轴I-1-1-5转动，链轮链条I-1-1-1随第一传动轴I-1-1-5转动，第二层的支撑板装配体I-1-1-4载着第二层的轮毂III向上运动，运动到原先第一层的支撑板装配体I-1-1-4所在位置时停止运动。直至支架装配体Ⅰ-1空载，即支架装配体Ⅰ-1上没有轮毂III。
当需要下料时，机械手II-1将轮毂III放置在最上层的支撑板装配体I-1-1-4上，支撑板装配体I-1-1-4上的V形块I-1-1-4-1对轮毂III进行定位夹紧。需要说明的是，这时最上层的支撑板装配体I-1-1-4是上料时的最后一层支撑板装配体I-1-1-4。该层装载轮毂III时，斜齿轮-伞齿轮减速电机I-1-1-6启动，斜齿轮-伞齿轮减速电机I-1-1-6主轴与上料时转动方向相反，最上层的支撑板装配体I-1-1-4和轮毂III向下运动，上料时的倒数第二层支撑板装配体I-1-1-4会运动到原先最上层支撑板装配体I-1-1-4所在位置等待机械手II-1将轮毂III搬运到支撑板装配体I-1-1-4上并进行夹紧定位，直至支架装配体Ⅰ-1满载，即支架装配体Ⅰ-1装满轮毂III。如此，机械手II-1的路径以及取件放件位置是固定的，即永远是最上层的支撑板装配体I-1-1-4。
如图13-图14所示，转盘装配体II由轮辐式称重传感器Ⅰ-2-1、安装盘Ⅰ-2-2、转盘Ⅰ-2-3、万向轮Ⅰ-2-4组成。转盘Ⅰ-2-3上设有两个圆形凹槽，一个圆形凹槽内安装两个安装盘Ⅰ-2-2和一个轮辐式称重传感器Ⅰ-2-1，安装盘Ⅰ-2-2的结构和轮辐式称重传感器Ⅰ-2-1相同，但无传感作用。安装盘Ⅰ-2-2整体呈圆形，沿周向设有沉头孔，中心设有螺纹孔。万向轮Ⅰ-2-4安装在转盘Ⅰ-2-3底部。
如图15所示，承载座装配体III由外齿式回转支承Ⅰ-3-2、齿轮Ⅰ-3-3、传动轴Ⅰ-3-8、直角安装座Ⅰ-3-7，承载座Ⅰ-3-5、减速电机Ⅰ-3-9组成。外齿式回转支承Ⅰ-3-2安装在承载座Ⅰ-3-5中心位置，轴承Ⅰ-3-6安装在承载座Ⅰ-3-5下方，传动轴Ⅰ-3-8与轴承III-5内圈配合；传动轴Ⅰ-3-8穿过承载座Ⅰ-3-5上的通孔与齿轮Ⅰ-3-3相配合安装，齿轮Ⅰ-3-3在与传动轴Ⅰ-3-8相配合时采用套筒Ⅰ-3-4进行轴向定位，采用锁紧挡圈Ⅰ-3-1进行轴向固定。齿轮Ⅰ-3-3要与外齿式回转支承Ⅰ-3-2相啮合。
具体的，减速电机Ⅰ-3-9驱动转盘装配体II转动，从而使转盘装配体II上安装的两个支架装配体Ⅰ-1转动，两个支架装配体Ⅰ-1分别是满载支架装配体Ⅰ-1和空载支架装配体Ⅰ-1。上料时，满载的支架装配体Ⅰ-1转到机械臂II-2旁边，等待机械手II-1对其上的轮毂III进行搬运，而空载支架装配体Ⅰ-1等待补充轮毂III毛坯。如此可保持轮毂III的连续上料过程。下料时，空载的支架装配体Ⅰ-1转到机械臂II-2旁边，等待机械手II-1搬运轮毂III进行下料，满载的支架装配体Ⅰ-1上的轮毂III等待被搬运到下一道工序。
如图16所示，机械手II-1由吸盘装配体II-1-1、安装板II-1-2、微型气缸II-1-3、夹板II-1-4、滑座II-1-5、气缸II-1-6、气管II-1-7、连接座II-1-8、工字型安装座II-1-9、真空发生器II-1-10、过滤器II-1-11、连杆机构II-1-12、法兰II-1-14、连杆II-1-15、真空压力开关II-1-16组成。
气缸II-1-6和真空发生器II-1-10安装在工字型安装座II-1-9内，滑座II-1-5安装在工字型安装座II-1-9上的导轨上，夹板II-1-4安装在滑座II-1-5上，夹板II-1-4上安装有微型气缸II-1-3、安装板II-1-2、吸盘装配体II-1-1、法兰II-1-14、连杆II-1-15。微型气缸II-1-3、安装板II-1-2、吸盘装配体II-1-1、法兰II-1-14、连杆II-1-15组成曲柄滑块机构，可用于调节同一夹板II-1-4上两个吸盘装配体II-1-1的夹角范围，从而可以适应不同尺寸的轮毂III。两个夹板II-1-4通过连杆机构II-1-12相连，组成曲柄滑块机构，气缸II-1-6推动一个夹板II-1-4移动，可通连杆机构II-1-12带动另一个夹板II-1-4移动。如此，可通过一个气缸实现较大范围尺寸的轮毂III夹持工作。滑座II-1-5上安装有过滤器II-1-11以及真空压力开关，用于监测气体管路中的压力从而控制气体管路的开闭。连接座II-1-8侧面安装有气管II-1-7，用于去除加工后的轮毂III内残留铝屑。工字型安装座II-1-9安装在连接座II-1-8的一端，连接座II-1-8的另一端安装有以上所述的同样装置。
具体的，机械手II-1对轮毂III进行夹持时，夹板II-1-4在气缸II-1-6的推动下处于最大行程位，机械手II-1根据设定的行程轨迹到达指定位置，计算机根据轮毂III的尺寸控制气动回路进而调整夹板II-1-4上吸盘装配体II-1-1的开合角度，以适应相应的轮毂III尺寸。计算机控制气动回路进而控制气缸II-1-6活塞杆回缩，从而带动两个夹板II-1-4对中运动，同时真空回路开始工作，当夹板II-1-4的推力使吸盘II-1-1-1完全贴合在轮毂III轮辋表面时，真空回路使吸盘II-1-1-1内产生负压，当负压达到一定数值时，真空压力开关II-1-16发送电信号，气缸II-1-6活塞杆停止回缩，真空回路关闭，机械手II-1完成夹紧工作，由机械臂II-2带动将轮毂III搬运到指定位置，真空压力开关II-1-16对真空回路的真空压力实时监测，当负压小于预定值时，真空回路开启以保证负压维持在预定值。
如图17-图21所示，工字型安装座II-1-9与连接座II-1-8上的固定连接，气缸II-1-6与真空发生器II-1-10安装在工字型安装座II-1-9的通槽内，工字型安装座II-1-9上设有导轨，滑座II-1-5安装在工字型安装座II-1-9的导轨上，气缸II-1-6活塞杆伸出端与滑座II-1-5连接，滑座II-1-5可通过气缸II-1-6活塞杆的推动在工字型安装座II-1-9上沿导轨做直线滑动。
夹板II-1-4上与滑座II-1-5固定连接，如此，夹板II-1-4可随滑座II-1-5在工字型安装座II-1-9上沿导轨做直线滑动。连杆机构II-1-12的中心杆IV-12-2安装在工字型安装座II-1-9中心位置。中心杆IV-12-2可绕中心轴转动。两个连杆IV-12-1一端与中心杆IV-12-2连接，另一端与夹板连接。连杆机构II-1-12与夹板II-1-4组成曲柄滑块机构，通过气缸II-1-6活塞杆推动滑座II-1-5在工字型安装座II-1-9上沿导轨座直线运动，从而使一端的夹板II-1-4做直线移动，通过曲柄滑块机构的作用，一端的夹板II-1-4做直线移动可以带动另一端的夹板II-1-4同时做背向或相向移动过滤器II-1-11安装于安装架上，过滤器II-1-11通过安装架安装在滑座II-1-5侧面，过滤器II-1-11出口端接有三通接头，真空压力开关II-1-16安装在三通接头的一个接头上，用来监测真空回路中的真空压力并控制气路的开关。气管II-1-7安装在连接座II-1-8的侧面。气管可用来清除加工后轮毂III中残留的铝屑。连接座II-1-8上焊有法兰盘用于与机械臂II-2连接。
如图21所示，本实施例中的夹板II-1-4上安装有吸盘装配体II-1-1、安装板II-1-2、微型气缸II-1-3、连杆II-1-15、法兰II-1-14、气缸安装板II-1-13；
安装板II-1-2与夹板II-1-4上的通过带螺纹T型销轴铰接，安装板可在夹板上绕带螺纹T型销轴转动。吸盘装配体II-1-1中的紧定环II-1-1-5与安装板II-1-2固定连接。两个连杆II-1-15的一端分别与两个安装板II-1-2铰接，另一端通过法兰II-1-14铰接。微型气缸II-1-3安装在两个安装板II-1-2中间，通过气缸安装板II-1-13固定在夹板II-1-4上，微型气缸II-1-3的活塞杆伸出端与法兰II-1-14固定连接。如此，通过微型气缸II-1-3的活塞杆的伸缩可以控制两个安装板II-1-2的夹角进而控制其上安装的两个吸盘装配体II-1-1的角度，以此来适应不同尺寸轮毂III的夹持工作。安装板II-1-2、微型气缸II-1-3、连杆II-1-15、法兰II-1-14组成的连杆机构可简化为如图20所示，共有构件数n＝5，移动副1个，转动副6个，故共有低副Pl＝7个，所以该机构的自由度为：3n-2Pl＝1。
吸盘装配体II-1-1由吸盘II-1-1-1、连接器II-1-1-2、球头II-1-1-3、球瓦II-11-4、紧定环II-1-1-5组成，连接器II-1-1-2安装在球头II-1-1-3上，吸盘II-1-1-1与连接器II-1-1-2通过密封胶粘接。球头II-1-1-3安装在两个球瓦II-11-4的球槽内，两个球瓦II-11-4通过紧定环II-1-1-5保持相互结合，以保证球头II-1-1-3在球瓦II-11-4内不会脱落。通过调整紧定环II-1-1-5上的螺钉可以调节两个球瓦II-11-4对球头II-1-1-3的夹紧力。紧定环II-1-1-5通过安装在安装板II-1-2上。需要说明的是，球头II-1-1-3和球瓦II-11-4内设有通槽作为气路通道。吸盘II-1-1-1可以通过球头II-1-1-3实现与不同尺寸轮毂III的完全贴合。同时，吸盘IV-1-3可以起到一定的缓冲作用，吸盘IV-1-3的材料不会对加工后的轮毂III产生损伤。
需要说明的是，球瓦II-11-4的球槽内焊接有光杆，光杆与球头上的通孔过盈配合，如此可以使球头II-1-1-3仅可在左右方向转动，这样可以防止轮毂III被夹持起来时球头II-1-1-3因轮毂III的重力作用向下转动。
如图22所示，轮毂III在夹持状态下时受吸盘II-1-1-1吸附力Fwn(n＝1,2,3,4)和吸盘II-1-1-1对轮毂III的支持力Fn(n＝1,2,3,4)，重力Gn(n＝1,2,3,4)和吸盘对轮毂III的摩擦力Ffn(n＝1,2,3,4)，机械手II-1对轮毂III夹持时只要保证轮毂III不掉落即可，故只需要四个吸盘II-1-1-1对轮毂III最大静摩擦力Ffmax(Ffmax＝Ff1+Ff2+Ff3+Ff4)大于等于轮毂III重力G，即Ffmax≥G。根据吸盘选型计算公式可知：垂直起吊时，最大静摩擦力Ffmax(n＝1,2,3,4)为理论起吊力F，即Ffmax＝F＝f×0.1×A×P。式中，F为理论起吊力(N)，f为安全系数(垂直悬挂时：1/8以上)，A为吸盘的吸附面积(cm2)，P为真空压力(-kpa)。若已知理论起吊力F等于轮毂III重力G，以及真空发生器可产生的真空压力P，则可根据真空吸盘盘径大小计算公式计算出真空吸盘盘径，真空吸盘盘径大小计算公式为：
Figure GDA0003259185380000111
式中，D为吸盘直径(mm)，n为相对于工件的吸盘数量(n＝4)，F为理论起吊力(N)，P为真空度(-kpa)，f为安全系数。若已知吸盘直径D和真空发生器真空度P，则只需验证理论起吊力F＝f×0.1×A×P≥G即可。
如图23所示为机械手夹爪装置IV的气动回路，压力气源经过气源三联件和二位二通电磁阀分别通向气缸回路1，微型气缸回路2，喷嘴回路3和吸盘回路4，其中，在气缸回路1中经过调压过滤的压缩气体经过三位四通电磁阀到达气缸II-1-6，该气缸II-1-6可以控制夹板II-1-4的移动。在微型气缸回路2中经过调压过滤的压缩气体经过三位四通阀分别通向两个夹板上的两个微型气缸II-1-3，微型气缸II-1-3调节同一夹板上两个吸盘装配体II-1-1的开合角度，以适应不同尺寸的轮毂III夹持。在喷嘴回路3中经过调压过滤的压缩气体经过二位二通电磁阀和节流阀到达气管II-1-7喷嘴，二位二通电磁阀控制气管II-1-7喷嘴的开闭，节流阀控制气管II-1-7喷嘴喷出气体的流速，气管II-1-7喷嘴喷出的压缩气体可以清除轮毂III加工残留的铝屑和表面灰尘。在吸盘回路4经过调压过滤的压缩气体通过节流阀和二位三通电磁阀分别通向真空回路和破真空回路，真空回路是压缩气体依次经过真空发生器II-1-10、单向阀、过滤器II-1-11、真空压力开关II-1-16、吸盘II-1-1-1，真空压力开关II-1-16的作用是监测真空回路中的真空压力，并控制该真空回路的开闭。破真空回路是压缩气体经过调速阀直接到达吸盘II-1-1-1，调速阀的作用是控制压缩气体的流速。二位三通电磁阀的作用是调节压缩气体的流向，控制压缩气体通过真空回路还是破真空回路。
如图24-25所示是上下料系统的具体工作流程。上料时支架装配体Ⅰ-1的状态如图13所示，轮毂III在支架装配体Ⅰ-1上就位，机器人II按照运动轨迹到达预设位置，计算机根据轮毂III尺寸控制夹板II-1-4上的微型气缸II-1-3活塞杆运动以调整夹板II-1-4上吸盘装配体II-1-1的开合角度，计算机控制机械手II-1的气缸II-1-6活塞杆回缩，从而使夹板II-1-4对中移动，同时开启吸盘II-1-1-1的真空回路，机械手II-1的吸盘II-1-1-1在夹板II-1-4的推力作用下贴和在轮毂III表面，同时吸盘II-1-1-1型腔内产生负压使轮毂III完全被吸盘II-1-1-1吸附。至此，轮毂III被机械手II-1完全夹紧。真空压力开关II-1-16会根据真空回路中的负压值开启或关闭，并给计算机发送信号。计算机对支架装配体Ⅰ-1发送信号，支撑板装配体I-1-1-4中的气缸I-1-1-4-7活塞杆回缩，使V形块I-1-1-4-1松开轮毂III。计算机对机器人II发送信号，将轮毂III搬动至指定位置。支架装配体Ⅰ-1底部的轮辐式称重传感器Ⅰ-2-1感应到重力变化发送电信号给计算机，计算机根据电信号判断支架装配体Ⅰ-1上是否有轮毂III剩余，若有轮毂III剩余，则升降装置Ⅰ-1-1的斜齿轮-伞齿轮减速电机I-1-1-6启动，第二层的轮毂III上升到最顶层位置，继续执行如上所述的上料流程。若支架装配体Ⅰ-1上没有轮毂III剩余，则承载座装配体III中的斜齿轮-伞齿轮减速电机Ⅰ-3-9启动，转盘Ⅰ-2-3旋转180度，满载支架装配体Ⅰ-1与空载支架装配体Ⅰ-1转换，满载支架装配体Ⅰ-1继续执行上料任务，空载支架装配体Ⅰ-1等待补充轮毂III。
下料时，此时支架装配体Ⅰ-1的状态如图14所示，机械手II-1将轮毂III放在最上层支撑板装配体I-1-1-4上，支架装配体Ⅰ-1底部安装有轮辐式称重传感器Ⅰ-2-1感应到重力变化，发送电信号给计算机，支撑板装配体I-1-1-4的气缸I-1-1-4-7活塞杆伸出，V形块I-1-1-4-1对轮毂III进行定位夹紧。计算机会根据轮辐式称重传感器Ⅰ-2-1传送的电信号判断支架装配体Ⅰ-1是否装满。若未装满，当轮毂III被定位夹紧后，升降装置Ⅰ-1-1的斜齿轮-伞齿轮减速电机I-1-1-6转动，轮毂III下降到第二层位置，原先最上层支撑板装配体I-1-1-4位置被空的支撑板装配体I-1-1-4取代，支撑板装配体I-1-1-4的气缸I-1-1-4-7活塞杆回缩，机械手II-1和支架装配体Ⅰ-1开始执行新一轮的上述动作。若支架装配体Ⅰ-1已装满，则承载座装配体III的斜齿轮-伞齿轮减速电机Ⅰ-3-9启动，转盘Ⅰ-2-3转动180度，空载支架装配体Ⅰ-1与满载支架装配体Ⅰ-1变换位置，空载支架装配体Ⅰ-1继续执行下料任务，满载支架装配体Ⅰ-1上的轮毂III等待下一工序的上料任务或轮毂III入库。

Claims (8)

1.一种用于汽车轮毂智能生产线的全自动轮毂上下料系统，其特征在于，包括：智能料架和机器人；
所述的智能料架包括支架装配体、转盘装配体和承载座装配体；所述的转盘装配体安装在承载座装配体上，转盘装配体可旋转；所述的支架装配体安装在转盘装配体上，其包括底座，在所述的底座上设有至少一组升降机构，每组包括三个升降装置，在每个升降装置上设有汽车轮毂支撑板装配体，且三个升降装置的汽车轮毂支撑板装配体的中轴线成120度夹角；
所述的机器人安装在智能料架的一侧，其包括机械臂，在所述机械臂上安装有用于机械手，所述的机械手用于夹持汽车轮毂；
所述的升降装置包括支架，所述支架安装在底座上，支架上安装链轮链条升降机构，在所述的链轮链条升降机构上依次设置有多个汽车轮毂支撑板装配体；
所述的汽车轮毂支撑板装配体包括支撑板、气缸、滑套和V形块；在所述支撑板上固定有气缸，所述的气缸与竖直设置的第一连杆一端相连，所述第一连杆另一端与水平设置的第二连杆相连，第二连杆穿过固定在支撑板上的滑套与V形块相连。
2.如权利要求1所述的用于汽车轮毂智能生产线的全自动轮毂上下料系统，其特征在于，在所述支架上还安装有阻隔板，所述气缸由安装在组隔板上的气源分配器供气。
3.如权利要求1所述的用于汽车轮毂智能生产线的全自动轮毂上下料系统，其特征在于，所述的机械手包括连接座，在连接座的两端各设有一个结构相同的夹持装置，每个夹持装置包括一个安装座，在所述的安装座对称的设有两个夹板，两个夹板通过驱动装置控制；在每个夹板上均安装有两个吸盘装配体；两个吸盘装配体通过气缸驱动机构改变两者之间的角度。
4.如权利要求3所述的用于汽车轮毂智能生产线的全自动轮毂上下料系统，其特征在于，所述吸盘装配体包括吸盘、连接器、球头、球瓦、紧定环，球头安装在两个球瓦的球槽内，通过紧定环锁紧两个球瓦，连接器与球头通过螺纹连接，吸盘与连接器连接。
5.如权利要求1所述的用于汽车轮毂智能生产线的全自动轮毂上下料系统，其特征在于，所述的转盘装配体包括轮辐式称重传感器、安装座、转盘和万向轮；在转盘上加工有两个与支架装配体中的底座大小相似的圆形槽，用于安装轮辐式称重传感器和安装座；所述支架装配体与安装座和轮辐式称重传感器相连；所述万向轮设置在转盘底部。
6.如权利要求5所述的用于汽车轮毂智能生产线的全自动轮毂上下料系统，其特征在于，所述转盘呈“∞”形，转盘上加工有两个圆形槽，每个圆形槽内安装两个安装座和一个轮辐式称重传感器。
7.如权利要求5所述的用于汽车轮毂智能生产线的全自动轮毂上下料系统，其特征在于，所述转盘通过承载座装配体上的电机驱动。
8.如权利要求5所述的用于汽车轮毂智能生产线的全自动轮毂上下料系统，其特征在于，所述安装座与轮辐式称重传感器结构相同，大小相同。
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