CN114131059A - 一种零件装卸的桁架机械手 - Google Patents

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江琴
齐加胜
杜长星
许聪
王吉平
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Abstract

本发明公开了一种零件装卸的桁架机械手，该桁架机械手能够将螺栓夹取到数控车床三爪卡盘上下料，再将加工好的零件送到物料仓。其主体由两个立柱、水平横梁、竖梁和末端执行元件组成，横梁的两端分别与立柱固定连接，导轨通过导轨紧固螺钉固定在横梁上，横梁挂板上安装有横向伺服电机用以驱动机械手进行横向移动，竖梁上安装有伺服电机带动丝杠做旋转运动，丝杠的旋转运动通过纵向移动螺母转化为竖直直线运动从而带动机械手进行竖直移动。本发明的桁架机械手具有控制方便、执行动作灵活，可以实现较为复杂的空间轨迹控制等优点，更换气动手爪可以实现其它品种零件的上下料，可适用于多品种、大批量的柔性化作业，对于快速更新换代有十分重要作用。

Description

一种零件装卸的桁架机械手
技术领域
本发明涉及桁架机械手领域，具体涉及一种可将螺栓从物料仓取到数控车床的三爪 卡盘上下料再到将加工好的零件送到物料仓的桁架机械手结构。
背景技术
在盘类轴类零件的加工过程中，零件装卸作业主要由人工完成，生产效率低，劳动强度高，安全性较低。为了提高生产效率，降低工人劳动强度，提高安全性，从而引 入工业机械手来代替人工，这符合制造业发展的趋势。
发明内容
本发明目的在于针对装卸作业主要由人工完成，生产效率低，劳动强度高，安全性较低的问题，提供一种零件装卸的桁架机械手，，该桁架机械手充分利用了数控车床 的结构特点，在数控车床的上方安装机械手，不占用和干扰工人的操作调试空间。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是为一种零件装卸的桁架机械手，桁架 机械手包括两个立柱、水平横梁、竖梁和末端执行元件，所述横梁的两端分别与立柱 固定连接，横梁前面焊接一块铝合金板，铝合金板用来安装导轨和齿条,导轨和齿条通 过紧固螺钉固定在横梁上，横梁挂板上的滑块与导轨配合，横梁挂板上安装有横向伺 服电机，横向伺服电机转动时带动与之配合的齿轮传动，齿轮齿条配合，从而驱动机 械手沿着横梁进行横向移动。纵向移动螺母与横梁挂板固定连接，竖梁与末端执行元 件的气缸安装座、丝杠固定座、丝杠和伺服电机等连接，丝杠与纵向移动螺母配合， 伺服电机带动丝杠做旋转运动，丝杠的旋转运动通过纵向移动螺母转化为竖直方向的 直线运动从而带动末端执行元件做竖直方向的直线移动。
进一步地，本发明末端执行元件上的三爪气缸和手爪安装板与手爪底座用螺钉联接，手爪底座另一端与气缸安装座联接，气缸安装座的侧面安装摆动气缸，复位弹簧 穿在三爪气缸上与定位块配合，当定位块与工件接触压力达到给定的力时三爪气缸动 作，固定在三爪气缸上的气动手爪径向移动抓取工件，工件到达给定的位置后，与桁 架机械手配合使用的数控车床夹具夹紧工件，气动手爪松开，复位弹簧推动定位块复 位。
进一步地，本发明气缸安装座的形状为直角三角形，以便安装到不同桁架主体上。
进一步地，本发明末端执行机构中的两个三爪气缸呈90°通过固定螺钉与手爪安装板连接，摆动气缸带动两个三爪气缸扭转180°，可实现上料与下料的切换。
进一步地，本发明末端执行机构上的定位块与复位弹簧组成的定位装置，达到精准抓取零件下料的操作目的。
进一步地，本发明复位弹簧受挤压至一定程度后会触发上三爪气缸的感应装置，使三爪气缸运作带动气动手爪径向移动，然后抓取零件。
进一步地，本发明铝合金板焊接于横梁与安装导轨和齿条的面上，便于加工和装配。
本发明零件装卸的桁架机械手的横向直线运动是通过横向伺服电机驱动齿轮，齿轮与齿条配合，将转动转化为移动，齿轮移动带动横梁挂板通过滑块沿着导轨横向移 动来实现的。
本发明零件装卸的桁架机械手的竖直直线运动是通过伺服电机带动丝杠做旋转运 动，丝杠旋转运动通过丝杠螺母副转化为竖梁的竖直直线运动从而带动末端执行机构纵向移动来实现的。
有益效果：
1、本发明采用桁架式结构，充分利用了数控车床的结构特点，在数控车床的上方安装机械手，不占用和干扰工人的操作调试空间。
2、本发明桁架式结构采用Y型结构的定位块，工件(螺栓)以平面定位，定位稳 定可靠；三个手爪同时径向移动自动定心定位，确保机械手装夹工件时定位准确。
3、本发明采用的机械手结构简单紧凑、重量轻且操作简单，桁架机械手和数控机床能够组成无人上下料自动加工系统，能够极大的提高生产效率，保证加工质量，降 低人工劳动强度，提高安全性，降低用工成本，从而提高企业竞争力。
4、本发明的桁架机械手采用气源驱动，具有气源使用方便、不污染环境、动作灵活迅速、工作安全可靠、操作维修简便等特点。
附图说明
图1a和1b为本发明桁架机械手的总体结构示意图。
图2a、2b和2c为本发明桁架机械手的末端执行机构示意图。
图3a和3b为本发明桁架机械手横向移动装置示意图。
图4为本发明桁架机械手横向移动齿条与齿轮配合示意图。
图5为本发明桁架机械手纵向移动装置示意图。
标记说明：1.伺服电机，2.竖梁挂板，3.竖梁，4.横梁挂板，5.导轨，6.导轨紧 固螺钉，7.横梁，8.齿条，9.开槽圆柱头螺钉，10.限位块，11.立柱，12.末端执行元 件，13.丝杠固定座，14.齿轮，15.横向伺服电机，16.丝杠，17.纵向移动螺母，18. 气缸安装座，19.摆动气缸，20.定位块，21.气动手爪，22.复位弹簧，23.手爪安装板， 24.手爪底座，25.螺钉，26.三爪气缸，27.螺钉，28.滑块，29.键。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明创造作进一步地详细说明。
如图1a所示，本发明零件装卸的桁架机械手包括两个立柱11、水平横梁7、竖梁3和末端执行元件12。横梁7的两端分别与立柱11固定连接，横梁7前面焊接一块铝合 金板，用来安装两条导轨5和齿条8,导轨5通过导轨紧固螺钉6和铝合金板与横梁7 固定连接，齿条8通过开槽圆柱头螺钉9和铝合金板与横梁7固定连接。竖梁挂板2 上安装竖梁3和伺服电机1。横梁挂板4上安装有横向伺服电机15和纵向移动螺母17， 横向伺服电机15用以驱动机械手进行横向移动，竖梁连接末端执行元件12、丝杠固定 座13、齿轮14和丝杠16(如图1b所示)。丝杠16和纵向移动螺母17配合，伺服电 机带动丝杠做旋转运动，丝杠的旋转运动通过纵向移动螺母17转化为竖直直线运动从 而带动末端执行元件12做竖直直线移动。
如图2a所示，本发明末端执行元件12上的气缸安装座18的上端与竖梁3固定连 接(见图1a)，气缸安装座18的另一端与摆动气缸19固定连接，摆动气缸19输出端 与手爪底座24固定连接；手爪底座24另一端用螺钉25连接三爪气缸26和手爪安装 板23，三爪气缸26与气动手爪21通过螺钉27连接。复位弹簧22穿在三爪气缸26 上与定位块20配合，当定位块20与工件接触压力达到给定的力时三爪气缸26动作， 固定在三爪气缸26上的气动手爪21径向移动抓取工件，工件到达给定的位置后，气 动手爪21松开，复位弹簧推动定位块复位。
本发明气缸安装座18的形状优选为直角三角形，以便安装到不同桁架主体上。
如图2b所示，本发明末端执行机构12中的两个三爪气缸26呈90°通过螺钉25 与手爪安装板23连接，摆动气缸19带动两个三爪气缸26扭转180°，可实现上料与 下料的切换。末端执行机构12上的定位块20与复位弹簧22组成的定位装置，达到精 准抓取零件下料的操作目的。
本发明复位弹簧22受挤压至一定程度会触发三爪气缸26的感应装置，使三爪气缸26动作，从而带动气动手爪21径向移动抓取零件。
如图3a和图3b所示，本发明机械手的横向移动是通过横向伺服电机15驱动齿轮14转动，齿轮14与齿条8配合，通过齿轮齿条传动将转动转化为移动，使机械手沿着 导轨5横向直线移动来实现的。
如图4所示，本发明桁架机械手横向移动齿条与齿轮配合示意图。齿轮14与伺服电机15通过键29固定连接，齿条8与横梁7上的铝合金板通过开槽圆柱头螺钉9固 定连接。
如图5所示，本发明桁架机械手纵向移动装置的纵向移动螺母17与横梁挂板4通过螺纹固定连接(如图1b所示),该机械手的竖直直线运动是通过伺服电机1带动丝 杠16做旋转运动，丝杠与纵向移动螺母17配合，通过丝杠螺母传动转化为竖直直线 运动从而带动末端执行机构12纵向移动来实现机械手的竖直直线移动。
如果需要通过桁架机械手实施精准地上下料，在机械手工作前，首先利用定位块与 复位弹簧组成的定位装置进行定位。
工作时，本发明机械手沿水平横梁移动至数控机床右侧的物料仓上方后，竖梁向下 移动，机械手在的竖梁带动下沿竖直方向向下移动至给定位置后，下料机械手(下料 三爪气缸及气动手爪)将已加工好的零件放入物料仓，摆动气缸启动使三爪气缸扭转180°，上料机械手(上料三爪气缸及气动手爪)与下料机械手位置切换，物料仓水平 y向移动与机械手水平横向移动相结合，使上料机械手移动至待加工零件上方，竖梁继 续向下移动至上料机械手定位块接触待加工零件表面后，竖梁继续向下移动，复位弹 簧受挤压变形，直到复位弹簧被挤压到一定程度，触发感应装置，上料三爪气缸启动 气动手爪移动，抓取待加工零件，丝杠向上纵向移动、横向移动托板向左移动上料机 械手带着待加工零件前往加工位。
待数控车床上的零件加工完成后，机械手下移至数控车床已加工零件处，下料三爪 气缸带动气动手爪抓取已加工零件，数控车床夹具松开，摆动气缸启动使三爪气缸扭转180°，上料机械手与下料机械手位置切换，上料三爪气缸(上料机械手)将待加工 零件移至数控车床夹具处，待数控车床夹具夹紧待加工零件，上料三爪气缸(上料机 械手)松开气动手爪，机械手带着已加工零件退回至初始位置，数控车床继续加工零 件，一个加工周期完成，重复以上工序。
本发明采用的机械手结构简单紧凑、重量轻且操作简单，桁架机械手和数控机床能 够组成无人上下料自动加工系统，能够极大的提高生产效率，保证加工质量，降低人 工劳动强度，提高安全性，降低用工成本，从而提高企业竞争力。
需要说明的是，以上具体实施方式的描述并不用以限制本发明，凡在本发明的精神 和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种零件装卸的桁架机械手，其特征在于，所述桁架机械手包括两个立柱(11)、水平横梁(7)、竖梁(3)和末端执行元件(12)，所述横梁(7)的两端分别与立柱(11)固定连接，导轨(5)通过导轨紧固螺钉(6)固定在横梁(7)上，竖梁(3)和横梁(7)由横梁挂板(4)和竖梁挂板(2)连接，横梁挂板(4)上安装有横向伺服电机(15)，竖梁(3)连接末端执行元件(12)、丝杠固定座(13)、齿轮(14)、伺服电机(1)、丝杠(16)和纵向移动螺母(17)。
2.根据权利要求1所述的一种零件装卸的桁架机械手，其特征在于，所述末端执行元件(12)上的三爪气缸(26)和手爪安装板(23)与手爪底座(24)用螺钉(25)连接，手爪底座(24)另一端与气缸安装座(18)连接，气缸安装座的侧面安装摆动气缸(19)，气动手爪(21)与三爪气缸(26)通过螺钉(27)连接。
3.根据权利要求2所述的一种零件装卸的桁架机械手，其特征在于，所述气缸安装座(18)的形状为直角三角形，能够安装到不同桁架主体上。
4.根据权利要求2所述的一种零件装卸的桁架机械手，其特征在于，末端执行机构(12)中的两个三爪气缸(26)呈90°通过固定螺钉(25)与手抓安装板(23)连接，摆动气缸(19)带动两个三爪气缸(26)扭转180°。
5.根据权利要求2所述的一种零件装卸的桁架机械手，其特征在于，末端执行机构(12)上的定位块(20)与复位弹簧(22)组成的定位装置。
6.根据权利要求2所述的一种零件装卸的桁架机械手，其特征在于，复位弹簧(22)受挤压至一定程度会触发三爪气缸(26)的感应装置，使三爪气缸(26)运作带动气动手爪(21)径向移动抓取零件。
7.根据权利要求1所述的一种零件装卸的桁架机械手，其特征在于，所述铝合金板焊接于横梁(7)与安装导轨和齿条的面上。
8.根据权利要求7所述的一种零件装卸的桁架机械手，其特征在于，竖梁(7)的横向移动是通过横向伺服电机(15)驱动竖梁(7)在铝合金钢板上安装两条导轨(5)和齿条(8)上横向移动。
9.根据权利要求7所述的一种零件装卸的桁架机械手，其特征在于，竖梁(7)的竖直运动是通过伺服电机(1)带动丝杠(16)做旋转运动，丝杠(16)旋转运动通过纵向移动螺母(17)转化为竖直直线运动从而带动末端执行机构(12)纵向移动。
10.根据权利要求1所述的一种零件装卸的桁架机械手，其特征在于，横梁(7)前面焊接一块铝合金板，并安装有导轨(5)和齿条(8)。
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