CN113715026A - 一种上下料机械手及使用方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种上下料机械手及使用方法，其包括安装座和抓取组件，所述抓取组件包括用于与废料配合的废料部和与成品配合的成品部，废料部具有多个废料抓取件，成品部具有多个成品抓取件，所述抓取组件安装所述安装座底面。本申请能精准地抓取所需板材，起到了避免上下料机械手与不平整的机床产生碰撞的效果。

Description

一种上下料机械手及使用方法

技术领域

本发明涉及机械自动化领域，尤其是一种上下料机械手及使用方法。

背景技术

随着智能制造的推广应用，在传统制造业中，车间的自动化改造在不断进行，柔性制造单元也因具有适应多品种小批量的加工特点受到市场更多的青睐。传统的柔性制作单元通常包括机床和机械手等，在控制件的调配下，机械手臂带动机械手将板材运输至机床上，板材加工完成后进行分拣，抓取成品而不抓取废料，并将成品下料至下料区。但是生产工况繁多，部分机床的工作面密布突起以增大工作面的摩擦系数防止板材滑动，机械手整体将板材运输至机床工作面时可能碰撞到突起，导致机械手被损坏。

发明内容

为了改善现有技术机械手容易碰到不平整的机床工作面而损坏的问题，本申请提供一种上下料机械手及使用方法。

第一方面，本申请提供的一种上下料机械手采用如下的方案：

一种上下料机械手，包括安装座和抓取组件，所述抓取组件包括用于与废料配合的废料部和与成品配合的成品部，废料部具有多个废料抓取件，成品部具有多个成品抓取件，所述废料部和成品部均安装在所述安装座底面。

通过采用上述方案，在安装座的底面安装抓取组件，传统的上下料机械手在将成品板材从机床上分拣下料时，由于多个抓取件不能单独控制，只能整体下降并抓取板材，部分抓取件对应的机床范围内没有板材，从而可能导致机械手碰到机床上的突起而损坏；本申请方案安装底座的每个抓取件都可以单独控制，在控制件的调配下，下料时只有成品抓取件或成品抓取件配合可变抓取件下落并进行抓取，保证了无板材处不会有抓取件下落，从而起到了防止机械手撞击机床而导致装置损坏的技术效果。

可选的，所述抓取组件还包括用于与废品抓取件或成品抓取件配合的可变部，所述可变部具有多个可变抓取件。

通过采用上述方案，通过设置有始终进行抓取工作的成品部、只在上料时抓取板材的废料部和抓取不同的成品时配合成品部抓取的可变部；上下料机械手抓取不同的成品板材时，成品抓取件始终进行抓取工作，但是存在有成品抓取件抓取一种成品时能稳定抓取但抓取另一种成品时由于板材形状不同而导致抓取不稳定的情况，申请方案中的可变抓取件在抓取一种成品时与废料抓取件配合且不进行抓取工作，使得仅有成品抓取件工作以抓取成品即可；但是在抓取另一种成品时，可变抓取件与成品抓取件配合进行抓取工作，增加了对该种成品的抓取点，起到了提高抓取适配性，提高了对不同板材抓取的稳定性。

可选的，所述安装座包括基座和设置于基座横向两侧的拓展座，还包括用于驱动拓展座相对于基座移动的驱动组件，所述驱动组件连接基座与拓展座。

通过采用过上述方案，安装座包括基座和可移动的拓展座，基座拓展座的底面均密布有抓取组件；传统的机械手安装座的大小是固定的，只能抓取到基座范围内的板材；本申请方案中，在面对较大或者形状较为不规则的板材时，控制件对机械手进行控制，驱动拓展座移动到板材的边缘，通过基座上的抓取件对板材中部的抓取和拓展部上的抓取件对板材边缘的抓取，对板材进行稳定的抓取；适用于多种工况，进一步提高了上下料机械手的泛用性和抓取的稳定性。

可选的，该上下料机械手还包括用于带动安装基座的旋转轴，所述拓展座的数量为两个，两个所述拓展座对称于对称中心设置，所述对称中心位于所述安装座的重心；所述旋转轴一端固定连接于所述对称中心，另一端转动连接在用于配合该上下料机械手使用的机械手臂上。

通过采用上述方案，上下料机械手整体结构的对称性较佳且所述旋转轴转动连接在对称中心；部分传统的机械手限于整体结构的设计，重心所在的位置难以安装机械手臂连接轴以起吊机械手，可能出现吊点与重心不一致，机械手有翻倒、倾斜的趋势；本申请上下料机械手中心对称式的设计，在兼顾整体性能要求的同时，避免了出现偏心的情况，旋转轴安装在对称中心，也即是安装座的重心，操作机械手时整体结构的运动平稳；另一方面，控制件驱动旋转轴转动即可带动上下料机械手整体水平转向，从而起到可以将抓取的板材转向的效果。

可选的，所述驱动组件包括安装在基座上的驱动电机、安装在驱动电机输出轴的输出齿轮、与输出齿轮啮合的同步带和侧壁与同步带固定的传动杆；传动杆有两端，所述同步带固接在传动杆的两端之间，所述同步带由传动杆的一端绕至输出齿轮远离所述传动杆的一侧相啮合后，同步带绕回传动杆的另一端；所述驱动电机固定在所述基座上用于驱使所述传动杆运动；所述拓展座上设置有固定座，所述传动杆的一端固接在固定座上。

通过采用上述方案，在基座上设置驱动电机以控制传动杆运动，从而带动拓展座相对于基座运动；传统的驱动装置使用驱动气缸配合活塞来驱动的方式，气缸难以精确控制导致控制精度不高；且由于气缸高速运动在上止点和下止点时难以克服惯性力会造成振动，容易在极限位置产生较大的振动，需要额外设置缓冲装置，结构复杂；本申请方案中，通过驱动电机的输出齿轮带动配合使用的同步带，由于驱动电机固定在基座上、同步带固定在传动杆上，所以输出齿轮转动带动同步带与电机之间产生相对运动，从而带动传动杆运动，本方案传动齿轮同步带配合的控制精度相对较高，并且无须额外设置缓冲装置，整体结构较为简单。

可选的，所述基座上具有滑槽，所述传动杆底面固定有滑条，所述滑条滑移连接于所述滑槽中以使得传动杆与承托座滑移连接。

通过采用上述方案，所述滑条可滑移的放置在所述承托座上；一方面，承托座对传动杆起到了支撑的作用，另一方面，通过滑条与滑槽的配合使用，对于传动杆的运动方向起到了限位和导向的作用，防止传动杆运动方向偏移而导致失控；相对于传统的直接将传动杆滑移连接于承托座上，本申请方案通过滑条连接于承托座，减少了传动杆与承托座的摩擦，提高了传动杆的使用寿命。

可选的，上下料机械手还包括监测件以及控制件，所述监测件安装在所述基座侧壁上，所述监测件低位所在的水平面位于所述抓取组件的低位与高位之间；所述监测件响应于是否与板材发生碰撞以发送工况信号，控制件接收该工况信号并控制该上下料机械手是否报警停机。

通过采用上述方案，在基座的侧壁上设置监测件；传统的机械手在下料时难以对成品和废料进行区分，存在有抓取成品时顺带将废料粘连抓取上来导致分拣效果不佳，甚至导致废料在下料过程中落下而损坏设备；本申请方案中通过监测件的设置，在对成品板材下料的过程中，若粘连有废料板材，则废料板材会碰触到监测件以使得监测件发出工况信号，控制件控制上下料机械手报警停机，以待工作人员处理粘连废料板材，防止分拣效果不佳和可能产生安全隐患的情况，具有较好的分拣效果。

可选的，上下料机械手还包括纳线组件，所述纳线组件包括设置在基座上的主线盒、设置在拓展座上的副线盒和用于连接主线盒与副线盒的导线件；所述传动杆上与同步带相对的一侧设置有托线板，所述导线件放置于托线板上。

通过采用上述方案，该上下料机械手设置有纳线组件；传统机械手在布线的设计时，许多驱动电机的导线简单地放置在安装基座上，一方面不美观，另一方面容易导致导线散落碰触到板材或者机械手移动时勾连住其他设备而造成安全事故；本申请的方案中，通过设置有主线盒和副线盒，将基座和拓展座上的连接线收纳于其中，并且在拓展部相对于基座移动式，导线件可以随着传动杆移动以始终与拓展部保持相对位置不变，进一步起到了收纳保护导线的效果；另一方面，当本申请中抓取件为真空吸盘时，真空吸盘配合使用的真空发生器可以放置于主线盒与副线盒中以对其进行保护。

第二方面，基于上下料机械手的使用方法采用如下的技术方案：

S1：基于成品形状，确定安装座上废料抓取区域、可变抓取区域和成品抓取区域；其中，废料部的抓取件位于废料抓取区域，可变部的抓取件位于可变抓取区域，成品部的抓取件位于成品抓取区域；

S2：上下料机械手移动至板材所在区域上方，废料部、成品部以及可变部的多个抓取件同时工作以抓取板材；

S21：上下料机械手移动以将抓取的板材上料至机床工作面；

S22：上下料机械手复位以等待下料工况；

S3：基于成品抓取区域，确定可变抓取件与废料抓取件配合或与成品抓取件配合；上下料机械手移动至成品抓取区域位于成品的上方，若可变抓取件与成品抓取件配合，转至S4；若可变抓取件与废料抓取件配合，转至S5；

S4：可变抓取件与成品抓取件同时下落以配合抓取成品；转至S6；

S5：成品抓取件下落并抓取成品；转至S6；

S6：上下料机械手移动以将抓取的成品下料至下料区；

可选的，S6中，上下料机械手移动时，若监测件受到碰撞，转至S61；若否，上下料机械手正常移动以将抓取的成品下料至下料区；

S61：监测件内部压力传感器感触到碰撞压力，发送异常工况信号；

S62：控制件接收异常工况信号，报警并控制该上下料机械手停止工作。

通过采用上述方案，本申请技术方案中，该方法首先对安装座上的多个抓取件进行分类，上料时，可变部、成品部以及废料部同时工作以抓取板材并运输至机床工作面；下料时，基于成品形状，选择可变部是否与成品部配合抓取；若是，下料时可变抓取件与成品抓取件同时工作抓取成品以下料；若否，下料时成品抓取件抓取成品以下料。

整个操作过程中，通过对安装座上的抓取件进行控制，基于板材以及成品的形状进行上下料，相较于现有技术中心整体的抓取件同时工作，本方法能够有效的避免抓取件与不平整的机床工作面发生碰撞；此外，可变部与成品部配合或与废料部配合，在对于不同的板材进行抓取时，可以更稳定的对成品进行抓取，提升了抓取的稳定性。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1.在安装座的底面安装抓取组件，传统的上下料机械手在将成品板材从机床上分拣下料时，由于多个抓取件不能单独控制，只能整体下降并抓取板材，部分抓取件对应的机床范围内没有板材，从而可能导致机械手碰到机床上的突起而损坏；本申请方案安装底座的每个抓取件都可以单独控制，在控制件的调配下，下料时只有成品抓取件下落并进行抓取，保证了无板材处不会有抓取件下落，从而起到了防止机械手撞击机床而导致装置损坏的技术效果。

2.通过设置有始终进行抓取工作的成品部、只在上料时抓取板材的废料部和抓取不同的成品时配合成品部抓取的可变部；上下料机械手抓取不同的成品板材时，成品抓取件始终进行抓取工作，但是存在有成品抓取件抓取一种成品时能稳定抓取但抓取另一种成品时由于板材形状不同而导致抓取不稳定的情况，本申请方案中的可变抓取件在抓取一种成品时与废料抓取件配合且不进行抓取工作，使得仅有成品抓取件工作以抓取成品即可；但是在抓取另一种成品时，可变抓取件与成品抓取件配合进行抓取工作，增加了对该种成品的抓取点，起到了提高抓取适配性，提高了对不同板材抓取的稳定性。

3.安装座包括基座和可移动的拓展座，基座拓展座的底面均密布有抓取组件；传统的机械手安装座的大小是固定的，只能抓取到基座范围内的板材；本申请方案中，在面对较大或者形状较为不规则的板材时，控制件对机械手进行控制，驱动拓展座移动到板材的边缘，通过基座上的抓取件对板材中部的抓取和拓展部上的抓取件对板材边缘的抓取，对板材进行稳定的抓取；适用于多种工况，进一步提高了上下料机械手的泛用性和抓取的稳定性。

4.在基座的侧壁上设置监测件；传统的机械手在下料时难以对成品和废料进行区分，存在有抓取成品时顺带将废料粘连抓取上来导致分拣效果不佳，甚至导致废料在下料过程中落下而损坏设备；本申请方案中通过监测件的设置，在对成品下料的过程中，若粘连有废料，则废料会碰触到传感器并报警，以待工作人员处理粘连废料，防止分拣效果不佳和可能产生安全隐患的情况，具有较好的分拣效果。

附图说明

图1是本申请实施例的整体结构示意图；

图2是本申请实施例为展示安装座底面结构的示意图；

图3是本申请实施例为展示驱动组件装配关系的局部示意图；

附图标记说明：

1、安装座；11、基座；111、承托座；1111、滑槽；12、拓展座；121、固定座；

2、抓取组件；21、成品部；211、成品抓取件；22、废料部；221、废料抓取件；23、可变部；231、可变抓取件；24、驱动气缸；25、吸盘抓手；

3、旋转轴；

4、驱动组件；41、驱动电机；42、输出齿轮；43、同步带；44、传动杆；441、滑条；

5、监测件；

6、纳线组件；61、主线盒；62、副线盒；63、导线件；64、托线板。

具体实施方式

以下结合附图1-3，对本申请作进一步详细说明。

本申请实施例公开一种上下料机械手及使用方法。

参照图1和图2，一种上下料机械手，包括安装座1和抓取组件2，抓取组件2设置于安装座1底面，抓取组件2包括始终抓取成品部分的成品部21、用于上料时抓取废料部分的废料部22，和用于抓取不同的成品时工作以稳定抓取成品部21分的可变部23。

成品部21具有多个用于抓取成品的成品抓取件211、废料部22具有多个用于抓取废料的废料抓取件221、可变部23具有多个用于与成品抓取件211或废料抓取件221配合使用的可变抓取件231，本申请实施例中，抓取件包括驱动气缸24和吸盘抓手25，吸盘抓手25配套设置有真空发生器，每个吸盘抓手25可受驱动气缸24驱动而单独上下运动以进行抓取工作。

安装座1包括基座11和拓展座12，拓展座12设置于安装部相对的两端，拓展座12可受驱动而相对于基座11运动，为了便于描述，将拓展座12运动方向定义横向。

安装座1上设置有监测件5，监测件5以防止下料时将废料粘连抓取，为达到此效果，监测件5固接在基座11纵向侧缘且长度方向指向下，监测件5的低位端位于抓取件的高位与低位之间；监测件始终向控制件发送工况信号，废料碰触到监测件5长度方向低位即向控制器发送异常工况信号，以使得控制件控制该上下料机械手报警停机。本申请实施例中，控制件为具有控制软件的控制终端。

上下料机械手为中心对称设置，对称中心位于基座11的重心。基座11上连接有旋转轴3以使基座11可以旋转，为达到此效果，旋转轴3一端固接在基座11重心，另一端用于与配合旋转轴3使用的机械手连接。

参照图1和图3，基座11上设置有中心对称设置的两个驱动组件4，驱动组件4包括安装在基座11上的驱动电机41、安装在驱动电机41输出轴的输出齿轮42，与输出齿轮42啮合的同步带43和侧壁与同步带43固定的传动杆44。传动杆44两端具有固定部，同步带43与固定部固接，同步带43由传动齿轮一侧的传动杆44绕至输出齿轮42远离所述传动杆44侧壁的一侧相啮合后，同步带43绕回输出齿轮42另一侧的传动杆44侧壁上。

基座11上固接有承托座111，承托座111的数量为四个，四个承托座111分为，两组承托座111对称于基座11重心设置，每组承托座111与一根传动杆44对应设置。承托座111上开设有横向滑槽1111，对应的，传动杆44的底面固接有滑条441，滑条441滑移连接与滑槽1111中以使得传动杆44可相对于基座11横向运动。

参照图1和图2，拓展座12上设置有固定座121，固定座121与传动杆44固定连接，以使得传动杆44运动可带动拓展座12相对于基座11运动。

安装座1上还设置有用于收纳连接线和真空发生器的纳线组件6，纳线组件6的数量为两个，两个纳线组件6对称设置于安装座1上，纳线组件6包括主线盒61、副线盒62、导线件63和托线板64；主线盒61与副线盒62均为中空的盒体，主线盒61设置于基座11上纵向的一侧，副线盒62设置于拓展座12上，导线件63连通主线盒61的侧壁与副线盒62的侧壁，托线板64固接在传动杆44上远离同步带43的侧壁上以放置导线件63，本申请实施例中导线件63为履带式管状结构。

本申请实施例一种上下料机械手的实施原理为：

本申请在安装座1的底面安装抓取组件2，抓取组件2中的每个抓取件都可受驱动而单独运动，在控制件的调配下，下料时成品抓取件211下落并进行抓取，而废料抓取件221不下落，保证了无板材处不会有抓取件下落，从而起到了防止机械手撞击机床而导致装置损坏的技术效果；在生产同系列的不同板材时，对于两种各不同形状大小的成品板材，在抓取一种成品时，下料过程中仅成品抓取件211工作以稳定抓取成品板材；在抓取另一种成品时，若是仅用成品抓取件211抓取可能难以抓取到该板材侧缘，达不到稳定抓取的效果，此时可变抓取件231与成品抓取件211同时工作以提升抓取点的数量，更稳定地抓取成品板材；

本申请实施例还公开一种基于上述上下料机械手的使用方法，包括以下步骤：

S1：基于成品形状，确定安装座1上废料抓取区域、可变抓取区域和成品抓取区域；其中，废料部22的抓取件位于废料抓取区域，可变部23的抓取件位于可变抓取区域，成品部21的抓取件位于成品抓取区域；

S2：上下料机械手移动至板材所在区域上方，废料部22、成品部21以及可变部23的多个抓取件同时工作以抓取板材；

S21：上下料机械手移动以将抓取的板材上料至机床工作面；

S22：上下料机械手复位以等待下料工况；

S3：基于成品抓取区域，确定可变抓取件231与废料抓取件221配合或与成品抓取件211配合；上下料机械手移动至成品抓取区域位于成品的上方，若可变抓取件231与成品抓取件211配合，转至S4；若可变抓取件231与废料抓取件221配合，转至S5；

S4：可变抓取件231与成品抓取件211同时下落以配合抓取成品；转至S6；

S5：成品抓取件211下落并抓取成品；转至S6；

S6：上下料机械手移动以将抓取的成品下料至下料区；

S7：上下料机械手移动时，若监测件5受到碰撞，转至S71；若否，上下料机械手正常移动以将抓取的成品下料至下料区；

S71：监测件5内部压力传感器感触到碰撞压力，发送异常工况信号；

S72：控制件接收异常工况信号，报警并控制该上下料机械手停止工作。

本具体实施方式的实施例均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，其中相同的零部件用相同的附图标记表示。故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种上下料机械手，其特征在于：包括安装座(1)和抓取组件(2)，所述抓取组件(2)包括用于与废料配合的废料部(22)和与成品配合的成品部(21)，废料部(22)具有多个废料抓取件(221)，成品部(21)具有多个成品抓取件(211)，所述废料部(22)和成品部(21)均安装在所述安装座(1)底面。

2.根据权利要求1所述的一种上下料机械手，其特征在于：所述抓取组件(2)还包括用于与废料抓取件(221)或成品抓取件(211)配合的可变部(23)，所述可变部(23)具有多个可变抓取件(231)。

3.根据权利要求1所述的一种上下料机械手，其特征在于：所述安装座(1)包括基座(11)和设置于基座(11)横向两侧的拓展座(12)，该上下料机械手还包括用于驱动拓展座(12)相对于基座(11)移动的驱动组件(4)，所述驱动组件(4)连接基座(11)与拓展座(12)。

4.根据权利要求3所述的一种上下料机械手，其特征在于：该上下料机械手还包括用于带动安装基座(11)的旋转轴(3)，所述拓展座（12）的数量为两个，两个所述拓展座（12）对称于对称中心设置，所述对称中心位于所述安装座(1)的重心；所述旋转轴(3)一端固定连接于所述对称中心，另一端转动连接在用于配合该上下料机械手使用的机械手臂上。

5.根据权利要求4所述的一种上下料机械手，其特征在于：所述驱动组件（4）包括安装在基座（11）上的驱动电机（41）、安装在驱动电机（41）输出轴的输出齿轮（42）、与输出齿轮（42）啮合的同步带（43）以及侧壁与同步带（43）固定的传动杆（44）；传动杆（44）有两端，所述同步带（43）固接在传动杆（44）的两端之间，所述同步带（43）由传动杆（44）的一端绕至输出齿轮（42）远离所述传动杆（44）的一侧相啮合后，同步带（43）绕回传动杆（44）的另一端；所述驱动电机(41)固定在所述基座(11)上用于驱使所述传动杆(44)运动；所述拓展座(12)上设置有固定座(121)，所述传动杆(44)的一端固接在固定座(121)上。

6.根据权利要求5所述的一种上下料机械手，其特征在于：所述基座（11）上具有滑槽(1111)，所述传动杆(44)底面固定有滑条(441)，所述滑条(441)滑移连接于所述滑槽(1111)中以使得传动杆(44)与承托座(111)滑移连接。

7.根据权利要求6所述的一种上下料机械手，其特征在于：上下料机械手还包括监测件(5)以及控制件，所述监测件(5)安装在所述基座(11)侧壁上，所述监测件(5)低位所在的水平面位于所述抓取组件(2)的低位与高位之间；所述监测件（5）响应于是否与板材发生碰撞以发送工况信号，控制件接收该工况信号并控制该上下料机械手是否报警停机。

8.根据权利要求5所述的一种上下料机械手，其特征在于：上下料机械手还包括纳线组件(6)，所述纳线组件(6)包括设置在基座(11)上的主线盒(61)、设置在拓展座(12)上的副线盒(62)和用于连接主线盒(61)与副线盒(62)的导线件(63)；所述传动杆(44)上与同步带（43）相对的一侧设置有托线板(64)，所述导线件(63)放置于托线板(64)上。

9.一种上下料机械手的使用方法，其特征在于，基于权利要求1-8中任一项所述的上下料机械手，该使用方法包括步骤：

S1：基于成品形状，确定安装座(1)上废料抓取区域、可变抓取区域和成品抓取区域；其中，废料部(22)的抓取件位于废料抓取区域，可变部(23)的抓取件位于可变抓取区域，成品部(21)的抓取件位于成品抓取区域；

S2：上下料机械手移动至板材所在区域上方，废料部(22)、成品部(21)以及可变部(23)的多个抓取件同时工作以抓取板材；

S21：上下料机械手移动以将抓取的板材上料至机床工作面；

S22：上下料机械手复位以等待下料工况；

S3：基于成品抓取区域，确定可变抓取件(231)与废料抓取件(221)配合或与成品抓取件(211)配合；上下料机械手移动至成品抓取区域位于成品的上方，若可变抓取件(231)与成品抓取件(211)配合，转至S4；若可变抓取件(231)与废料抓取件(221)配合，转至S5；

S4：可变抓取件(231)与成品抓取件(211)同时下落以配合抓取成品；转至S6；

S5：成品抓取件(211)下落并抓取成品；转至S6；

S6：上下料机械手移动以将抓取的成品下料至下料区。

10.根据权利要求9所述的一种上下料机械手的使用方法，该使用方法包括步骤：

S7中，上下料机械手移动时，若监测件(5)受到碰撞，转至S71；若否，上下料机械手正常移动以将抓取的成品下料至下料区；

S71：监测件(5)内部压力传感器感触到碰撞压力，发送异常工况信号；

S72：控制件接收异常工况信号，报警并控制该上下料机械手停止工作。

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