CN113664598B - 自动上料机械臂 - Google Patents

Abstract

本发明涉及机械臂技术领域，尤其涉及自动上料机械臂，它通过在电子夹爪的夹爪上设置电磁铁，通过电磁铁的吸附作用以及夹爪的夹持力，使得夹持原料时更稳定而且我们在夹爪的工作面上设置有摩擦系数较大的弹性层，这样就使得不论夹持那一尺寸的原料，都能使得夹爪的夹持面与原料充分接触，使得夹持更稳定。

Description

自动上料机械臂

技术领域

本发明涉及机械臂技术领域，尤其涉及自动上料机械臂。

背景技术

机械手臂是机械人技术领域中得到最广泛实际应用的自动化机械装置，在工业制造、医学治疗、娱乐服务、军事、半导体制造以及太空探索等领域都能见到它的身影。尽管它们的形态各有不同，但它们都有一个共同的特点，就是能够接受指令，精确地定位到三维（或二维）空间上的某一点进行作业；

但是机械臂在实际使用时，大多是遵循实现输入的程序运行，灵活性较差，并且对于机床上使用的机械臂，加工材料大多是圆柱形，机械臂夹持圆柱形材料时会出现不稳的状况，即晃动，那么这样就使得原料被夹取后，可能无法与夹具相对应，比如圆柱形材料可能没有办法与车床上的卡盘对应，影响原料定位，另外，由于原料在上料区域的位置并不是唯一、整齐划一的，因此，若是机械臂还是按照预定的线路作业到唯一的取货位置，那么就有可能夹持不到原料，而且车床加工的原料的直径并不是唯一的，是在一定范围内的，因此，机械臂在夹持不同尺寸的原料时，其轴心沿着指定路线返回时，也就是原料的轴心就不会跟卡盘的轴心对应，且尺寸越大，偏移的范围越大，这样也影响上料后的定位夹紧；

因此设计一种能够稳定夹持原料且行进路线灵活的设备就显得较为重要了。

发明内容

针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本发明提供自动上料机械臂，它通过在电子夹爪的夹爪上设置电磁铁，通过电磁铁的吸附作用以及夹爪的夹持力，使得夹持原料时更稳定而且我们在夹爪的工作面上设置有摩擦系数较大的弹性层，这样就使得不论夹持那一尺寸的原料，都能使得夹爪的夹持面与原料充分接触，使得夹持更稳定。

具体技术方案如下：

自动上料机械臂，其特征在于，包括底座，底座上设有第一转台且第一转台上铰接有主动臂，主动臂由固定安装在第一转台上的第一电机驱动且主动臂的另一端铰接有从动臂，且从动臂由固定安装在主动臂上的第二电机驱动，所述从动臂末端设有电子夹爪且电子夹爪的夹爪内设有电磁铁。

优选的，所述主动臂与从动臂之间连接有一个辅助臂且辅助臂由固定安装在主动臂上的第三电机驱动，所述第二电机固定安装在辅助臂上，所述从动臂上设有垂直度检测设备，使得从动臂始终保持垂直于工作面。

优选的，所述从动臂末端设有第二转台且电子夹爪固定安装在第二转台上。

优选的，所述第二转台上设有工业摄像头以及测距仪。

优选的，所述电子夹爪包括固定安装在第二转台上的支架且支架上对称铰接有两V形的连杆，两所述连杆下端均设有夹爪、另一端共同连接有一个滑槽，滑槽由固定安装在辅助臂下端的第一电子伸缩杆驱动，两所述夹爪内侧为弧形且电磁铁设在弧形面上。

优选的，所述第二转台上设有第二电子伸缩杆且电子夹爪设在第二电子伸缩杆的伸出端，所述支架上设有检测夹爪聚拢时连杆的偏转角度的角度传感器，角度传感器与第二电子伸缩杆电性连接。

优选的，两所述夹爪内侧圆弧面上设有与之适配的弹性层且弹性层由摩擦系数较大的材料制成。

本发明的有益效果：本发明提供一种自动上料机械臂，它通过在电子夹爪的夹爪上设置电磁铁，通过电磁铁的吸附作用以及夹爪的夹持力，使得夹持原料时更稳定而且我们在夹爪的工作面上设置有摩擦系数较大的弹性层，这样就使得不论夹持那一尺寸的原料，都能使得夹爪的夹持面与原料充分接触，使得夹持更稳定；

我们还在第二转台上设置工业摄像头，通过摄像头可以观测到原料的详细位置，然后通过控制器控制个电机使得，电子夹爪能够与原料照应，若是此时电子夹爪的高度过高而无法与原料接触，那么控制器就会控制第二电子伸缩杆伸长，使得电子夹爪能够夹取原料；

另外，对于不同尺寸的原料，通过角度传感器检测到连杆的偏转角度，从而控制第二电子伸缩杆伸长或收缩，使得原料的轴心始终与卡盘的轴心对应。

附图说明

图1为本发明等轴斜视示意图；

图2为本发明图1的A处局部示意图；

图3为本发明支架示意图；

图4为本发明连杆与夹爪连接示意图；

图5为本发明图4的剖视示意图；

图6为本发明电子夹爪打开示意图；

图7为本发明图6的剖视示意图；

图8为本发明电子夹爪合拢时剖视四示意图。

具体实施方式

有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图1至图8实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的结构内容，均是以说明书附图为参考。

下面将参照附图描述本发明的各示例性的实施例。

为了解决背景技术中现有的车床上的上料机械臂存在的问题，我们提供一种自动上料机械臂，参照附图1所示，它包括安装在工作台上的底座1，底座1上设有第一转台2且第一转台2上铰接有主动臂3，转台为现有技术，在此不做具体结构的赘述，主动臂3由固定安装在第一转台2上的第一电机驱动，第一电机连接有外接电源且电性连接有一个控制器，而第一转台2也与控制器电性连接，通过控制器不仅可以控制第一电机正反转以及转动的角度，还可以控制第一转台2的正反转和转动角度，主动臂3的另一端铰接有从动臂5，且从动臂5由固定安装在主动臂3上的第二电机驱动，第二电机与控制器电性连接，通过控制器同样可以控制第二电机的正反转以及转动角度，并且从动臂5的末端安装有电子夹爪，如此就构成了一个简易的机械臂，通过控制器可以驱动机械臂实现三维内的指定动作，即从原料放置区将原料夹取，并送至装夹位置，为了增加该机械臂的灵活性，参照附图2所示，我们在从动臂5末端设置第二转台6（第二转台6与第一转台2结构类似，但体型较小），且第二转台6也与控制器电性连接，通过控制器也能控制第二转台6的正反转以及转动角度，此时电子夹爪安装在第二转台6上，从而使得电子夹爪可以旋转，这样在原料发生偏移，即不是整齐划一的摆放时，驱动第一转台2转动就能使得电子夹爪与原料相照应，便于夹取，另外我们在从动臂5上设置有垂直度检测设备14，在机床上我们采取倾角传感器，倾角传感器与控制器电性连接，通过它可测量被测平面相对于水平位置的倾斜度、两部件相互平行度和垂直度，即检测出从动臂5与工作面以及原料放置区的垂直，若是在机械臂工作过程中从动臂5相对工作面发生偏移，那么倾角传感器就会给控制器发出信号然后控制器就会控制第二电机转动，从而驱动从动臂5相对转动，直至从动臂5与工作面垂直，这样就保证电子夹爪的夹爪12始终与原料放置面垂直，更便于原料的夹取；

而在转运过程中，由于主动臂3与从动臂5之间的间隙并不大，当原料（一般为圆柱形金属）的长度大于主动臂3与从动臂5之间的移动间隙时，就会发生碰撞，为了避免原料在移动过程中与主动臂3发生碰撞，我们在主动臂3和从动臂5之间设置一个辅助臂4，增加主动臂3与从动臂5的移动间隙，从而减小碰撞发生的概率；

另外，当电子夹爪转移到原料上方时，由于主动臂3、辅助臂4、从动臂5的臂上的缘故，有可能会距离原料一定的高度，该高度使得电子夹爪不能完成夹取任务，因此我们在第二转台6上设置第二电子伸缩杆8（电子伸缩杆为现有技术，在此不做赘述），第二电子夹爪与控制器电性连接，而电子夹爪设置在第二电子伸缩杆8的伸出端，并且我们在第二转台6上设有工业摄像头9和测距仪，工业摄像头9是指能应用在工业现场的摄像设备，具有适应工业复杂环境的要求，能长时间稳定的工作，而测距仪是一种测量长度或者距离的工具，是一种成熟的技术，在此我们可以选择激光测距仪作为距离检测设备，并且工业摄像头9与测距仪均与控制器电性连接，通过工业摄像头9，可以详细观测到原料的具体位置以及摆放形态，而测距仪可以检测出电子夹爪距离原料的高度，从而给控制器传递信号，然后控制器就会给第二电子伸缩杆8和第二转台6发送信号，控制第二电子伸缩杆8伸长、第二转台6转动，从而使得电子夹爪能够准确的夹爪12原料；

电子夹爪的结构多种多样，在此我们提供一种电子夹爪的结构，参照附图3至附图8所示，电子夹爪包括固定安装在第二电子伸缩杆8的伸出端的支架10，支架10上对称铰接有两V形的连杆11，两个连杆11下端均设有夹爪12，夹爪12的夹取面为弧形，这与圆柱形原料的形状相近，更利于夹取，夹爪12的形状参照附图4所示，而两个连杆11的另一端共同连接有一个滑槽13，滑槽13由固定安装在第而电子伸缩杆伸出端的第一电子伸缩杆7驱动，第一电子伸缩杆7与控制器电性连接，通过控制器，可以控制第一电子伸缩杆7的伸缩，从而使得当电子夹爪转移到原料上方时，控制第一电子伸缩杆7伸长，而驱动滑槽13下移，从而使得两个夹爪12打开，而在电子夹爪转移到与原料对应时，即原料位于两个夹爪12的夹取范围内时，控制器控制第一电子伸缩杆7收缩，从而使得两个夹爪12合拢，实现夹取作业；

而为了避免夹爪12在夹取原料后，在转运过程中出现晃动而无法与装夹装置对齐，如卡盘，从而影响装夹，因此，我们在两个夹爪12的弧形面上开设有凹槽，并且在凹槽内设置有电磁铁16，而电磁铁16与控制器电性连接，通过控制器可以控制电磁铁16仅在夹取时通电，即吸附原料，在空运时断电，从而使得原料在转运时多了一个作用力，使得电子夹爪的夹持作用更好，从而减小了原料晃动的可能；

另外，一个车床的夹工原料并不是只有唯一的尺寸，原料的尺寸是在一定范围内根据实际需求来选用的，因此夹爪12的设置并不能为唯一的尺寸，这样对于尺寸较小的原料，夹取就会不稳，因此我们将夹爪12的弧形面设置为与尺寸最大的原料相适配，然后我们在弧形面上设置一层弹性层15，这样对于尺寸较小的也同样适用，弹性层15应选取摩擦系数较大且耐磨的材料制成，另外由于原料的尺寸发生变化，夹爪12抓取原料后，其轴心也会不同，并且尺寸越大的越往下，那么夹爪12在夹取好原料后转移到装夹位置时，原料的轴心也会相对发生偏移，因此，我们在支架10上设有检测夹爪12聚拢时连杆11的偏转角度的角度传感器（为现有技术，在此不做赘述），且角度传感器与控制器电性连接，角度传感器与第二电子伸缩杆8电性连接，也与控制器电性连接，这样对于不同尺寸的原料，夹爪12夹取后，两夹爪12之间形成的角度也会发生变化，从而导致连杆11的偏转角度也随之变化，而角度传感器检测到这个变化后，将信号传递给控制器，控制器就会根据连杆11的偏转角度控制第二电子伸缩杆8的伸缩长度，此时，在这个状态下，第二电子伸缩杆8在初始状态时处于伸长状态，其伸出端伸长一部分，该长度符合夹爪12夹取最大尺寸原料时其轴心与装夹最小尺寸原料时其轴心高度的差值，并且此时的状态适用于夹取最小尺寸的原料，这样对于其余尺寸的原料，夹爪12在夹取后，第二电子伸缩杆8就会收缩相应的距离，使得原料的轴心始终与夹持最小尺寸原料时的轴心重合，从而使得原料的走线始终与装夹装置的轴心对应。

为了保证传动的稳定性，第一电机、第二电机、第三电机均采用带有自锁功能的电机，使得电机在不工作时自锁，而不会因为重力因素而下坠，另外，主动臂3、辅助臂4、从动臂5的铰接部位均设有摩擦阻尼，这样铰接部件也不会轻易偏转，提升传动的稳定性。

本专利的使用原理：

本发明在使用时，先确定各部件是否完好，然后连通电源而启动控制器，控制器会根据车床的加工情况选择上料，也就是车床上的装夹部位没有原料或者上一个原料加工完毕并转移之后，控制器就会先给第一转台2发送信号，使得机械臂的夹爪12从空置部位转移到原料放置区上方，然后给电子夹爪发送信息，第一伸缩杆就会伸长，而使得两个夹爪12开启，之后给第一电机、第二电机发送信息，使得两者开始驱动主动臂3、辅助臂4偏移，使得夹爪12转移到原料的正上方，并且在移动过程中，根据垂直度检测设备14的反馈，控制器就会控制第三电机启动，使得从动臂5随之偏转，从而保证从动臂5始终保持竖直，即夹爪12保持竖直，然后根据工业摄像头9反馈的信息，控制器控制第二转台6转动，而使得原料位于两个夹爪12之间的夹取范围内，若是此时可以直接夹取，控制器就会控制第一电子伸缩杆7收缩，完成夹取任务，同时开启电磁铁16，增加吸附力，然后控制器就会控制第一转台2、第一电机、第二电机、第三电机作业，使得夹爪12转移到机床上的原料装夹部位，在完成装夹后，给电磁铁16断电，并驱动第一电子伸缩杆7伸长而使得夹爪12松开原料，然后控制器就会再次控制第一转台2、第一电机、第二电机作业，使得夹爪12再次转移到原料放置区，直至被装夹的原料被加工完毕后再次启动；

在此期间，若是夹爪12转移到原料正上方后，还距离其一定间距，而无法实现夹取，那么控制器就会根据测距仪的反馈，控制第二电子伸缩杆8伸长对应的间距，使得原料处于两个夹爪12的夹取范围内，而在夹取完毕后，控制器就会控制第二电子伸缩杆8收缩至原位置，然后再继续后续作业，而若是更换不同尺寸的原料，那么在初始状态时，第二电子伸缩杆8在初始状态时处于伸长状态，而在完成夹取后，控制器就会根据角度传感器反馈的连杆11的偏转角度，而控制第二电子伸缩杆8的收缩，使得更换的原料的轴心始终与夹持最小尺寸原料时的轴心重合，从而使得原料的走线始终与装夹装置的轴心对应；

本装置在使用完毕后，控制器会控制各部件复位，并在此转移至空置区域。

本发明提供一种自动上料机械臂，它通过在电子夹爪的夹爪12上设置电磁铁16，通过电磁铁16的吸附作用以及夹爪12的夹持力，使得夹持原料时更稳定而且我们在夹爪12的工作面上设置有摩擦系数较大的弹性层15，这样就使得不论夹持那一种尺寸的原料，都能使得夹爪12的夹持面与原料充分接触，使得夹持更稳定；

我们还在第二转台6上设置工业摄像头9，通过摄像头9可以观测到原料的详细位置，然后通过控制器控制个电机使得，电子夹爪能够与原料照应，若是此时电子夹爪的高度过高而无法与原料接触，那么控制器就会控制第二电子伸缩杆8伸长，使得电子夹爪能够夹取原料；

另外，对于不同尺寸的原料，通过角度传感器检测到连杆11的偏转角度，从而控制第二电子伸缩杆8伸长或收缩，使得原料的轴心始终与卡盘的轴心对应。

上面所述只是为了说明本发明，应该理解为本发明并不局限于以上实施例，符合本发明思想的各种变通形式均在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.自动上料机械臂，其特征在于，包括底座（1），底座（1）上设有第一转台（2）且第一转台（2）上铰接有主动臂（3），主动臂（3）由固定安装在第一转台（2）上的第一电机驱动且主动臂（3）的另一端铰接有从动臂（5），且从动臂（5）由固定安装在主动臂（3）上的第二电机驱动，所述从动臂（5）末端设有电子夹爪且电子夹爪的夹爪（12）内设有电磁铁，所述从动臂（5）末端设有第二转台（6）且电子夹爪固定安装在第二转台（6）上，第二转台（6）上设有工业摄像头（9）以及测距仪，所述电子夹爪包括固定安装在第二转台（6）上的支架（10）且支架（10）上对称铰接有两V形的连杆（11），两所述连杆（11）下端均设有夹爪（12）、另一端共同连接有一个滑槽（13），滑槽（13）由固定安装在辅助臂（4）下端的第一电子伸缩杆（7）驱动，两所述夹爪（12）内侧为弧形且电磁铁（16）设在弧形面上，所述第二转台（6）上设有第二电子伸缩杆（8）且电子夹爪设在第二电子伸缩杆（8）的伸出端，所述支架（10）上设有检测夹爪（12）聚拢时连杆（11）的偏转角度的角度传感器，角度传感器与第二电子伸缩杆（8）电性连接，两所述夹爪（12）内侧圆弧面上设有与之适配的弹性层（15），若是夹爪（12）转移到原料正上方后，还距离其一定间距，而无法实现夹取，那么控制器就会根据测距仪的反馈，控制第二电子伸缩杆（8）伸长对应的间距，使得原料处于两个夹爪（12）的夹取范围内，而在夹取完毕后，控制器就会控制第二电子伸缩杆（8）收缩至原位置，然后再继续后续作业，而若是更换不同尺寸的原料，那么在初始状态时，第二电子伸缩杆（8）在初始状态时处于伸长状态，而在完成夹取后，控制器就会根据角度传感器反馈的连杆（11）的偏转角度，而控制第二电子伸缩杆（8）的收缩，使得更换的原料的轴心始终与夹持最小尺寸原料时的轴心重合，从而使得原料的走线始终与装夹装置的轴心对应。

2.根据权利要求1所述的自动上料机械臂，其特征在于，所述主动臂（3）与从动臂（5）之间连接有一个辅助臂（4）且辅助臂（4）由固定安装在主动臂（3）上的第三电机驱动，所述第二电机固定安装在辅助臂（4）上，所述从动臂（5）上设有垂直度检测设备（14），使得从动臂（5）始终保持垂直于工作面。

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