CN203650513U - 一种用于电子产品贴装电路的机械手爪及工业机器人 - Google Patents

Abstract

一种用于电子产品贴装电路的机械手爪及工业机器人。该工业机器人包括手臂和安装在所述手臂末端的机械手爪，所述机械手爪安装在所述工业机器人的手臂末端，包括基板和安装在所述基板上的视觉系统、切换机构和手爪，所述视觉系统及所述切换机构分别与所述工业机器人的控制系统连接，所述手爪为真空吸盘结构，所述手爪包括多个搬运料盘手爪和至少一个贴装单片电路手爪，所述贴装单片电路手爪与所述切换机构连接。本实用新型用于腔体类电子产品内部贴装电路的专用机械手爪，可以将料盘搬运到位，进行手爪切换，从料盘中按规律取出单片电路并依次贴装到工件指定位置，保证整个贴装过程的可控性及稳定性。

Description

一种用于电子产品贴装电路的机械手爪及工业机器人

技术领域

本实用新型涉及一种用于电子产品贴装电路的工业机器人及其专用机械手爪，特别是一种用气动真空设备搭建吸取料盘与电路的用于电子产品贴装电路的机械手爪及工业机器人。

背景技术

传统贴片机一般仅限于对诸如PCB板等的表面器件进行贴装，无法对腔体类工件内部进行电路贴装。目前气缸及真空元器件应用日趋成熟，尤其是其加工精度及装配精度已经能够满足市场上绝大多数自动化生产设备的需求。视觉技术在工业识别定位领域的应用愈加广泛，视觉算法愈加成熟丰富。二维码识别技术可以对当前产品进行信息采集、质量跟踪与历史查询。因此，如何综合现有技术的优点以解决腔体内部电路贴装的问题，是本领域技术人员需要克服的技术难点。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种能实现对腔体类工件内部进行电路贴装的电子产品贴装电路的机械手爪及具有该机械手爪的工业机器人。

为了实现上述目的，本实用新型提供了一种用于电子产品贴装电路的机械手爪，安装在工业机器人的手臂末端，其中，包括基板和安装在所述基板上的视觉系统、切换机构和手爪，所述视觉系统及所述切换机构分别与所述工业机器人的控制系统连接，所述手爪为真空吸盘结构，所述手爪包括多个搬运料盘手爪和至少一个贴装单片电路手爪，所述贴装单片电路手爪与所述切换机构连接。

上述的机械手爪，其中，所述切换机构包括导轨气缸安装架和导轨气缸，所述导轨气缸安装架安装在所述基板上，所述基板上设置有用于所述导轨气缸穿过的气缸槽，所述导轨气缸安装在所述导轨气缸安装架上且所述导轨气缸的运动方向与所述基板所在的平面垂直，所述贴装单片电路手爪通过吸盘连接板安装在所述导轨气缸的末端，所述贴装单片电路手爪的轴线与所述导轨气缸的运动方向平行。

上述的机械手爪，其中，所述基板为矩形结构，所述搬运料盘手爪分别对称设置在所述基板的四个角上。

上述的机械手爪，其中，所述视觉系统包括识别定位单元和数据处理单元，所述数据处理单元分别与所述识别定位单元及所述工业机器人的控制系统连接。

上述的机械手爪，其中，所述识别定位单元包括智能相机和光源，所述智能相机通过相机安装架固定在所述基板的上方，所述光源对应于所述智能相机的镜头设置在所述基板的下方。

上述的机械手爪，其中，所述数据处理单元包括二维码采集元件和二维码采集元件安装块，所述二维码采集元件安装在所述二维码采集元件安装块上，所述二维码采集元件安装块通过一安装支架固定在所述基板上。

上述的机械手爪，其中，所述安装支架为对称设置的一对L型支架，所述L型支架的一端固定在所述基板上，所述L型支架的另一端通过一连接板与所述工业机器人的手臂连接。

上述的机械手爪，其中，还包括一缓冲机构，所述缓冲机构设置在所述手爪上。

上述的机械手爪，其中，所述缓冲机构包括多个弹簧，所述多个弹簧分别套装在所述多个搬运料盘手爪和至少一个贴装单片电路手爪上。

为了更好地实现上述目的，本实用新型还提供了一种工业机器人，包括手臂和安装在所述手臂末端的机械手爪，其中，所述机械手爪为上述的用于电子产品贴装电路的机械手爪。

本实用新型的有益功效在于：

本实用新型用于腔体类电子产品内部贴装电路的专用机械手爪，可以将料盘搬运到位，进行手爪切换，从料盘中按规律取出单片电路并依次贴装到工件指定位置，保证整个贴装过程的可控性及稳定性。是一种集合了真空技术及气动传动技术、计算机视觉技术等联动控制而形成的专用设备单元。本实用新型可与精密六轴关节机器人配合，用视觉系统准确可靠识别料盘中各电路的位置，用真空吸盘快速吸取电路，用缓冲结构增加手爪柔性，用切换结构可快速转换所需机构，根据待贴装工件不同，通过切换不同真空吸盘，达到精准、可靠、柔性贴装的目的。可解决现有技术中仅限于对诸如PCB板等的表面器件进行贴装，无法对腔体类工件内部进行电路贴装的问题。

以下结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细描述，但不作为对本实用新型的限定。

附图说明

图1为本实用新型一实施例的工业机器人结构示意图；

图2为本实用新型一实施例的视觉系统结构示意图；

图3为本实用新型一实施例的搬运料盘手爪与缓冲结构示意图；

图4为本实用新型一实施例的贴装单片电路手爪与缓冲结构示意图；

图5为本实用新型另一实施例的贴装单片电路手爪与缓冲结构示意图；

图6为本实用新型一实施例的切换机构示意图（搬运料盘状态）；

图7为本实用新型一实施例的切换机构示意图（贴装电路状态）。

其中，附图标记

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的结构原理和工作原理作具体的描述：

参见图1，图1为本实用新型一实施例的工业机器人结构示意图。本实用新型中的工业机器人1，包括手臂3和安装在所述手臂末端的机械手爪2，优选采用精密六轴装配机器人1实现整个机械手爪2的驱动，机械手爪2可以直接安装在机器人1的第6轴法兰上。通过该精密机器人1与机械手爪2，实现整个贴装过程快速、稳定，以解决腔体类工件的内部贴装问题。其中，该机器人1的其他各部分结构、相互位置关系、连接关系及功用等均为较成熟的现有技术，故在此不做赘述。下面仅对本实用新型的机械手爪2予以详细说明。

本实用新型的机械手爪2，用于电子产品贴装电路，安装在工业机器人1的手臂3末端，其中，包括基板21和安装在所述基板21上的视觉系统22、切换机构23和手爪24，所述视觉系统22及所述切换机构23分别与所述工业机器人1的控制系统（图未示）连接，所述手爪24为真空吸盘结构，所述手爪24包括多个搬运料盘手爪24和至少一个贴装单片电路手爪24，所述贴装单片电路手爪24与所述切换机构23连接。

本实施例中，所述基板21为矩形结构，所述搬运料盘手爪24分别对称设置在所述基板21的四个角上。所述切换机构23包括导轨气缸安装架231和导轨气缸232，所述导轨气缸安装架231安装在所述基板21上，所述基板21上设置有用于所述导轨气缸232穿过的气缸槽211，所述导轨气缸232安装在所述导轨气缸安装架231上且所述导轨气缸232的运动方向与所述基板21所在的平面垂直，所述贴装单片电路手爪242通过吸盘连接板233安装在所述导轨气缸232的末端，所述贴装单片电路手爪242的轴线与所述导轨气缸232的运动方向平行。

参见图2，图2为本实用新型一实施例的视觉系统结构示意图。本实施例中，所述视觉系统22包括识别定位单元221和数据处理单元222，所述数据处理单元222分别与所述识别定位单元221及所述工业机器人1的控制系统连接。其中，所述识别定位单元221包括智能相机2211和光源2212，所述智能相机2211通过相机安装架223固定在所述基板21的上方，所述光源2212对应于所述智能相机2211的镜头2213设置在所述基板21的下方。其中，所述数据处理单元222包括二维码采集元件2221和二维码采集元件安装块2222，所述二维码采集元件2221安装在所述二维码采集元件安装块2222上，所述二维码采集元件安装块2222通过一安装支架25固定在所述基板21上。其中，所述安装支架25为对称设置的一对L型支架，所述L型支架的一端固定在所述基板21上，所述L型支架的另一端通过一连接板27与所述工业机器人1的手臂末端连接。

参见图3、图4及图5，图3为本实用新型一实施例的搬运料盘手爪与缓冲结构示意图，图4为本实用新型一实施例的贴装单片电路手爪与缓冲结构示意图，图5为本实用新型另一实施例的贴装单片电路手爪与缓冲结构示意图。本实施例中，还包括一缓冲机构26，所述缓冲机构26设置在所述手爪24上。本实施例中，所述缓冲机构26包括多个弹簧，所述多个弹簧分别套装在所述多个搬运料盘手爪241和至少一个贴装单片电路手爪242上。

参见图6及图7，图6为本实用新型一实施例的切换机构示意图（搬运料盘状态），图7为本实用新型一实施例的切换机构示意图（贴装电路状态）。在电路料盘搬运与单片电路抓取过程中，整个装置由精密六轴机器人1与该手爪24协同完成。搬运电路料盘时，一般精度要求较低，无需视觉定位，故只需贴装单片电路手爪242收回，由外围的四个搬运料盘手爪241搬运料盘。待料盘放置到位后，开始单片电路贴装作业。首先机器人1的控制系统驱动贴装单片电路手爪242运动至料盘上待贴装电路位置，视觉系统22对其进行识别定位，提取电路特征信息与位置数据并传至机器人1的控制系统；然后，控制系统启动切换机构23，程序控制贴装单片电路手爪242伸出，并驱动贴装单片电路手爪242运动靠真空吸盘抓取该电路；最后，机器人1控制该机械手爪2移动至工件内待贴装处，视觉系统22再对工件进行Mark识别定位，提取工件特征信息与位置数据并传至机器人1，机器人1对数据进行偏差补偿与坐标修正，将贴装单片电路手爪242上的电路准确贴装到工件内规定位置，完成一片电路的完整贴装流程。

工作过程中，一般吸取力大小主要取决于真空吸盘吸附面积、真空度等，同时应考虑泄露的情况，发生器抽气率尽量选大一些。本实施例中优选意大利Camozzi Cadenas公司VTCF-0300N（φ30）、VTCF-0050N（φ5）、VTOF-0070-035N（3.5×7）真空吸盘与VEM-07C2-VE（最大真空度85%，喷嘴φ0.7）、VEC-15C-2-VE（最大真空度85%，喷嘴φ1.5）集成真空发生器，用气动真空设备搭建吸取料盘与电路的机械手爪24结构，同时在吸盘连接处采用缓冲容错机构，能够保证稳定、可靠、快速的移载电路料盘及拾取单片电路。本实用新型精密导轨气缸232、真空吸盘与真空发生器等选择都需要经过严密的计算和设计，包括气缸缸径与行程、最大贴装重量、机构强度等，保证结构的轻便、可靠、稳定。切换机构23的导轨气缸232优选采用SMC公司MXS8-75带导轨精密气缸，保证切换过程平稳、准确。视觉系统22的分辨率可达0.002mm/pixel，与机器人1的控制系统之间采用标准工业以太网进行通信，手爪24的各执行器件由机器人1的控制系统通过Profibus工业总线进行控制。

本实用新型经过对电路料盘、单片电路等质量进行分析计算，手爪24主要结构件采用铝合金材质，在保证可靠抓取同时，减小了整个手爪24的重量，便于在小型低持重精密机器人上进行安装使用。结合实际需求，感光元件分辨率优选1600×1200像素，二维码采集元件2221优选美国Cognex公司DM200智能单元。

本实用新型可与精密六轴关节机器人1配合，用视觉系统22可准确可靠识别确定料盘中单片电路的位置，用真空吸盘快速吸取单片电路，用缓冲机构26增加系统柔性，用切换结构23可快速转换所需贴装单片电路手爪242，根据待贴装工件不同，通过切换不同真空手爪24的搬运料盘手爪241和贴装单片电路手爪242，达到精准可靠贴装的目的，实现了整个设备快速、稳定、可靠地定位与贴装。

本实用新型可以搬运电路料盘，并将单片电路通过工业机器人与视觉技术配合，结合生产线的节拍，稳定、快速、可靠地将电路按规律贴装到工件指定位置，拾取时先用视觉识别定位，用真空手爪准确拾取电路，通过切换机构转换真空手爪以拾取不同规格电路，并通过各部件的联动控制达到安全快速贴装电路的目的。

当然，本实用新型还可有其它多种实施例，在不背离本实用新型精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本实用新型作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本实用新型所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于电子产品贴装电路的机械手爪，安装在工业机器人的手臂末端，其特征在于，包括基板和安装在所述基板上的视觉系统、切换机构和手爪，所述视觉系统及所述切换机构分别与所述工业机器人的控制系统连接，所述手爪为真空吸盘结构，所述手爪包括多个搬运料盘手爪和至少一个贴装单片电路手爪，所述贴装单片电路手爪与所述切换机构连接。

2.如权利要求1所述的机械手爪，其特征在于，所述切换机构包括导轨气缸安装架和导轨气缸，所述导轨气缸安装架安装在所述基板上，所述基板上设置有用于所述导轨气缸穿过的气缸槽，所述导轨气缸安装在所述导轨气缸安装架上且所述导轨气缸的运动方向与所述基板所在的平面垂直，所述贴装单片电路手爪通过吸盘连接板安装在所述导轨气缸的末端，所述贴装单片电路手爪的轴线与所述导轨气缸的运动方向平行。

3.如权利要求1或2所述的机械手爪，其特征在于，所述基板为矩形结构，所述搬运料盘手爪分别对称设置在所述基板的四个角上。

4.如权利要求1或2所述的机械手爪，其特征在于，所述视觉系统包括识别定位单元和数据处理单元，所述数据处理单元分别与所述识别定位单元及所述工业机器人的控制系统连接。

5.如权利要求4所述的机械手爪，其特征在于，所述识别定位单元包括智能相机和光源，所述智能相机通过相机安装架固定在所述基板的上方，所述光源对应于所述智能相机的镜头设置在所述基板的下方。

6.如权利要求4所述的机械手爪，其特征在于，所述数据处理单元包括二维码采集元件和二维码采集元件安装块，所述二维码采集元件安装在所述二维码采集元件安装块上，所述二维码采集元件安装块通过一安装支架固定在所述基板上。

7.如权利要求6所述的机械手爪，其特征在于，所述安装支架为对称设置的一对L型支架，所述L型支架的一端固定在所述基板上，所述L型支架的另一端通过一连接板与所述工业机器人的手臂末端连接。

8.如权利要求1、2、5、6或7所述的机械手爪，其特征在于，还包括一缓冲机构，所述缓冲机构设置在所述手爪上。

9.如权利要求8所述的机械手爪，其特征在于，所述缓冲机构包括多个弹簧，所述多个弹簧分别套装在所述多个搬运料盘手爪和至少一个贴装单片电路手爪上。

10.一种工业机器人，包括手臂和安装在所述手臂末端的机械手爪，其特征在于，所述机械手爪为上述权利要求1-9中任意一项所述的用于电子产品贴装电路的机械手爪。

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