CN207757628U - 一种面向狭窄空间中复杂件的柔性装配系统 - Google Patents

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莫堃
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Abstract

本实用新型公开一种面向狭窄空间中复杂件的柔性装配系统,属于装配自动化应用技术领域。包括多关节机械手和工作头库,多关节机械手末端设有公头;工作头库包括伞形头库,伞形头库包括传动系统、转盘和卡爪,传动系统与转盘连接,转盘与卡爪连接,且卡爪设置在转盘边沿,卡爪内设有与零件本体匹配的工作头,且工作头顶部设有与所述公头匹配的母头。本系统柔性装配系统实现了在狭窄空间中对复杂件的装配,且具有较高的柔性,能适用于多种产品的装配。

Description

一种面向狭窄空间中复杂件的柔性装配系统
技术领域
[0001]本实用新型具体涉及一种面向狭窄空间中复杂件的柔性装配系统,属于装配自动 化应用技术领域。
背景技术
[0002]装配是机械产品制造过程的关键步骤,也是决定机械产品质量优劣的一个重要环 节。自动化装配技术可实现产品的自动化装配工艺,可提高生产效率,降低劳动强度,降低 加工成本。但是,传统的自动化装配系统存在占用空间大、柔性差、缺乏感知以及自适应的 控制能力等缺点,较大的限制了自动化装配系统的发展,此外,这些缺点在面向狭窄空间的 复杂件装配时尤为突出,因为狭窄空间决定装配系统需紧凑,复杂件决定装配工艺复杂性。 [0003]为此,国内开始研究面向狭窄空间和复杂形状的机械产品工业机器人装配工艺, 完成装配工艺中工作头的设计与加工,实现多个工作头之间的自动更换;完成装配过程的 自适应控制系统,实现装配过程的自动化及智能化,避免狭窄空间中复杂件装配占用过多 空间,研宄系统具有较高柔性,通过对系统的微调而实现对不同型号与类型的产品进行装 配。
[0004] 于2014年05月07日公开了一种公开号为CN203579173U,专利名称为“柔性装配系 统和柔性装配线”的实用新型专利,该装配系统为流水线装配系统原理,将各个工位模块化 紧凑化,利用多自由度机器人进行装配,以及对各个步骤的产品转运,因是流水线作业,故 该装配系统不能满足在狭窄空间中对复杂产品的装配,该技术方案因多自由度机器人的末 端执行器,而不能适应多种零部件、多种工艺要求的产品装配,比如:纸片等零件装配及涂 胶等工艺要求。
[0005] 于2〇11年02月16日公开了 一种公开号为CN101976067A,专利名称为“柔性装配线 管理控制实验平台及管理控制实验方法”的发明专利,该专利中实验平台包括仿真模型库 服务器、管控决策台工作站、模拟操控台工作站、数据中转站、设备层总控工作站。该发明方 法在管控决策台工作站与模拟操控台工作站上开发实验平台的实验操作系统模块,负责调 用仿真模型与分析数据用以研究管控策略,同时开发数据监测采集程序模块,并建立起与 设备层总控工作站的数据交互管道,负责线体各智能管控单元实时数据的监测与采集。整 体管控策略的研究就是多因素作用下的最优值问题,而对于这方面实验技术的研究相对较 少。该专利涉及生产线实验装置及方法领域,适用于研究有限柔性下的管控一体装配线的 管控策略问题,以解决现有技术单因素作用下的管控策略研究过于片面的问题,具体涉及 管理控制系统的方法;但在空间紧凑的情况下,未涉及对多种尺寸的复杂零件部件进行装 配技术方案。 实用新型内容
[0006] 本实用新型旨在解决现有技术问题,而提出了一种面向狭窄空间中复杂件的柔性 装配系统。本实用新型通过多关节机械手、工作头库、旋转工作台以及零件库的设置,组成 一个完整的柔性装配系统,该柔性装配系统实现了在狭窄空间中对复杂件的装配,且具有 较高的柔性,能适用于多种产品的装配。
[0007]为了实现上述技术目的,提出如下的技术方案: CGGGS] —种面向狭窄空间中复杂件的柔性装配系统,包括多关节机械手、工作头库、旋转 工作台以及零件库,
[GG09]多关节机械手:所述多关节机械手包括机械手本体和末端装置,末端装置包括力 矩电机、直线运动机构、连接件和公头,力矩电机和公头分别设置在直线运动机构的两端, 连接件将机械手本体与直线运动机构连接;
[001°]工作头库:所述工作头库包括伞形头库和工作头,伞形头库包括底座及设置在底 座上的传动系统、旋转电机、转盘和卡爪,传动系统与旋转电机连接,转盘设置在传动系统 上,转盘与卡爪连接,卡爪设置在转盘边沿,工作头设置在卡爪内,工作头上设有与公头匹 配的母头;
[0011] 旋转工作台:所述旋转工作台包括支架、动力系统和旋转台,动力系统设置在支架 上,动力系统与旋转台连接;旋转台包括旋转架及设置在旋转架上的导轨、丝杠、上翻转托 板、下翻转托板和夹紧装置,导轨和丝杠平行设置,上翻转托板、夹紧装置和下翻转托板均 设置在导轨上,且上翻转托板和下翻转托板均与丝杠连接,夹紧装置设置在上翻转托板与 下翻转托板之间,且夹紧装置固定设置在旋转架中部,夹紧装置用于夹紧装配产品外壳;上 翻转托板和下翻转托板分别连有电机I,电机I驱动上翻转托板和下翻转托板进行翻转;丝 杠连有电机n,电机n驱动上翻转托板和下翻转托板在导轨上进行上下移动,方便进行零 部件装配;
[0012] 零件库:所述零件库包括零件放置台、零件托盘和零件本体,零件托盘设在零件放 置台上,零件本体放置在零件托盘中,且零件本体与所述工作头匹配,利用与零件本体对应 的工作头对零件本体进行装配。
[0013] 进一步的,所述机械手本体包括六自由度的机器人,根据装配产品及空间要求,机 器人本体可选择不同尺寸不同自由度的机器人。
[0014] 进一步的,所述卡爪上设有定位机构。
[0015] 进一步的,所述导轨竖直设置,包括两条导轨条,导轨条之间平行设置,丝杠设置 在导轨条之间,且丝杠与导轨条之间平行设置。
[0016] 根据装配过程的需要,工作头库中配有多种装配工作头,用于定心、定位、柔顺、紧 固、装销、涂胶、喷漆和打磨工序,以及还配有测量工作头,用于测量尺寸和表面质量等等。
[0017] 复杂件:由多个及多种零部件组成的产品,因零部件种类及个数较多,不能由单一 的工作头实现整个过程的装配。
[0018] 柔性装配:因工作头种类多种,可实现对不同零部件的操作,如定心、定位、柔顺、 紧固、装销、涂胶、喷漆和打磨等,故工作头的设计可实现由不同种类组成的复杂件产品装 配;因旋转工作台的设计,可实现对不同大小复杂件的装配;因空间的大小及所装配复杂件 的大小,可选择合适的机械手、设计合适的零件库等适应装配布局空间,因此三方面体现了 柔性装配。
[0019] 本技术方案工作原理为:
[0020] 多关节机械手与工作头之间通过快速接头连接,快速接头包括公头和母头,公头 设置在多关节机械手末端,母头设置在工作头上,快速接头可实现末端执行器的自动更换; 多关节机械手包括机械手本体和末端装置,末端装置设有工作头能快速更换的接头公头, 可以根据需求而连接不同的工作头,实现对不同零件的抓取,如吸附、夹持等;
[0021] 工作头库包括伞形头库和工作头,其中,伞形头库包括底座及设置在底座上的传 动系统、旋转电机、转盘和卡爪,传动系统与旋转电机连接,转盘设置在传动系统上,转盘与 卡爪连接,卡爪上有定位机构,故,根据装配过程的需求,工作头库中配有多种装配工作头, 用于定心、定位、柔顺、紧固、装销、涂胶、喷漆和打磨工序,以及还配有测量工作头,用于测 量尺寸和表面质量等等;
[0022]装配过程中,零件本体放置在零件放置台上,并核对各零件本体在零件放置台上 位置,以便于装配过程进行。产品基础件装夹在旋转工作台上,旋转工作台可带动产品基础 件进行旋转,以便于对基础件端盖的装配固定,多关节机械手末端的工作头从零件放置台 取夹取/吸取零件本体,再装配到产品基础件上;同时,工作头库配合多关节机械手完成工 作头更换,实现对不同零件的装配。
[0023]采用本技术方案,带来的有益技术效果为:
[0024] 1)在本实用新型中,通过多关节机械手、工作头库、旋转工作台以及零件库的设 置,组成一个完整的柔性装配系统,该柔性装配系统实现了在狭窄空间中对复杂件的装配, 且具有较高的柔性,能适用于多种产品的装配,有效提高装配工作的质量和效率;
[0025] 2)本实用新型通过多关节机械手和工作头库对复杂产品进行装配,相对于传统流 水线式装配线,结构紧凑,节约空间。多关节机械手与工作头之间快速接头进行连接,公头 安装在多关节机械手末端,母头安装在工作头上,工作头可根据不同装配零件、装配工艺而 设计多种对应的装配和检测工作头,可适用于多种尺寸、多种零部件复杂产品的柔性装配。 而装配、测量工作头上均装有所需的定位、检测等传感器,工作头具有自识别、判断、反馈等 感知与自适应功能,使零部件装配、检测精准;而多关节机械手包括机械手本体和末端装 置,机械手本体为多自由度,根据装配工艺需求,合理配合动作,装配过程高效快速。此外, 可以根据不同产品及不同空间需求,选择不同尺寸的多关节机械手,配合工作头库、零件 库、旋转工作台对复杂件进行装配;
[0026] 3)在本实用新型中,末端装置包括力矩电机、直线运动机构、连接件和公头,力矩 电机具有低转速、大扭矩、过载能力强、响应快、特性线性度好、力矩波动小等特点,进而增 加多关节机械手工作的稳定性,提高装配效率。力矩电机和公头分别设置在直线运动机构 的两端,快速完成更换工作头;
[0027] 4)在本实用新型中,伞形头库包括底座及设置在底座上的传动系统、旋转电机、转 盘和卡爪,底座起支撑作用,而旋转电机通过传动系统带动转盘旋转,驱动卡爪内的工作头 旋转,进而促使多关节机械手对不同工作头的更换,使得工作头更换有序、受控的进行; [0028] 5)在本实用新型中,所述旋转工作台包括支架、动力系统和旋转台,旋转台包括旋 转架及设置在旋转架上的导轨、丝杠、上翻转托板、下翻转托板和夹紧装置,上翻转托板和 下翻转托板分别连有电机I,电机I驱动上翻转托板和下翻转托板进行翻转;丝杠连有电机 n,电机n驱动上翻转托板和下翻转托板在导轨上进行上下移动,方便进行零部件装配; [0029] 6)在本实用新型中,零件库包括零件放置台、零件托盘和零件本体,零件库的设 置,便于有序的放置零件本体,增加装配工作的稳定进行。
附图说明
[0030]图1为本实用新型结构示意图(一)
[0031]图2为本实用新型结构示意图(二)
[0032]图3为本实用新型中多关节机械手结构示意图
[0033]图4为本实用新型中工作头库结构示意图
[0034]图5为本实用新型中旋转工作台结构示意图
[0035]图6为本实用新型中旋转台结构示意图
[0036]图7为本实用新型中零件库结构示意图
[0037]图中,1、多关节机械手,2、工作头库,3、旋转工作台,4、零件库;
[0038] 11、机械手本体,12、末端装置,以1、力矩电机,丨22、直线运动机构,123、连接件, 124、公头;21、伞形头库,22、工作头,211、底座,212、传动系统,213、旋转电机,214、卡爪, 215、转盘;31、支架,32、动力系统,33、旋转台,331、旋转架,332、电机II,333、电机I,334、下 翻转托板,335、丝杠,336、夹紧装置,3W、上翻转托板,338、电机II,339、导轨;41、零件放置 台,42、零件托盘,43、零件本体。
具体实施方式
[0039]下面通过对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述 的实施例仅是本实用新型的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实 施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例,都属 于本实用新型保护的范围。
[0040]实施例1
[0041]如图3、图4所示:一种面向狭窄空间中复杂件的柔性装配系统,包括多关节机械手 1和工作头库1,多关节机械手1末端设有公头124;工作头库1包括伞形头库21,伞形头库21 包括传动系统212、转盘215和卡爪214,传动系统212与转盘215连接,转盘215与卡爪214连 接,且卡爪214设置在转盘215边沿,卡爪214内设有与零件本体43匹配的工作头22,且工作 头22顶部设有与所述公头124匹配的母头。
[0042] 实施例2
[0043]如图3、图4所示:一种面向狭窄空间中复杂件的柔性装配系统,包括多关节机械手 1和工作头库1,多关节机械手1末端设有公头124;工作头库1包括伞形头库21,伞形头库21 包括传动系统212、转盘215和卡爪214,传动系统212与转盘215连接,转盘215与卡爪214连 接,且卡爪214设置在转盘215边沿,卡爪214内设有与零件本体43匹配的工作头22,且工作 头22顶部设有与所述公头124匹配的母头。
[0044] 所述多关节机械手1包括机械手本体11和末端装置12,末端装置12包括力矩电机 121、直线运动机构122、连接件123和所述的公头124,力矩电机1M和公头124分别设置在直 线运动机构122的两端,连接件123将机械手本体11与直线运动机构U2连接。
[0045] 所述机械手本体11包括六自由度的关节机器人。
[0046] 所述伞形头库21还包括底座211及设置在底座211上的旋转电机213,旋转电机213 与传动系统212连接。
[0047] 所述卡爪214上设有定位机构。
[0048] 实施例3
[0049] 如图1-7所示:一种面向狭窄空间中复杂件的柔性装配系统,包括多关节机械手1 和工作头库1,多关节机械手1末端设有公头124;工作头库1包括伞形头库21,伞形头库21包 括传动系统212、转盘215和卡爪214,传动系统212与转盘215连接,转盘215与卡爪214连接, 且卡爪214设置在转盘215边沿,卡爪214内设有与零件本体43匹配的工作头22,且工作头22 顶部设有与所述公头124匹配的母头。
[0050] 所述多关节机械手1包括机械手本体11和末端装置12,末端装置12包括力矩电机 121、直线运动机构122、连接件123和所述的公头124,力矩电机121和公头124分别设置在直 线运动机构122的两端,连接件123将机械手本体11与直线运动机构122连接。
[0051] 所述机械手本体11包括六自由度的关节机器人。
[0052] 所述伞形头库21还包括底座211及设置在底座211上的旋转电机213,旋转电机213 与传动系统212连接。
[0053] 所述卡爪214上设有定位机构。
[0054] 所述系统还包括零件库4和旋转工作台3,零件库4包括零件放置台41、零件托盘42 和所述零件本体43,零件托盘42设在零件放置台41上,零件本体43放置在零件托盘42内;旋 转工作台3包括旋转台33,旋转台33包括旋转架331及设置在旋转架331上的导轨339、丝杠 335、上翻转托板337、下翻转托板334和夹紧装置336,导轨339和丝杠335平行设置,上翻转 托板337、夹紧装置336和下翻转托板334均设置在导轨339上,且上翻转托板337和下翻转托 板334均与丝杠335连接,夹紧装置336设置在上翻转托板337与下翻转托板334之间,且夹紧 装置336固定设置在旋转架331中部。所述上翻转托板337和下翻转托板334分别连有电机I 333,电机I333驱动上翻转托板337和下翻转托板334进行翻转;丝杠335连有电机II 338 (332),电机II 338 (332)驱动上翻转托板337和下翻转托板334在导轨339上进行上下移动。 所述旋转工作台3还包括支架31和动力系统32,动力系统32设置在支架31上,动力系统32与 旋转台33连接。所述导轨3洲竖直设置,包括两条导轨339条,导轨339条之间平行设置,丝杠 335设置在导轨339条之间。
[0055] 实施例4
[0056]如图1-7所示:零件放置台41具有多个工装位,每个工装位在零件放置台41上位置 固定,装配工作进行前,人工按照预定的方式将各零件本体43放置到对应工装位上。
[0057]装配过程中,产品基础件通过夹紧装置336装夹在旋转工作台3上,整个装配过程 都在旋转工作台3上完成,如图5所示:旋转工作台3上安装有滑动导轨339,可用于调整上翻 转托板337、下翻转托板334以及夹紧装置336三者之间的距离,使得产品在适合的位置进行 装配作业;旋转工作台3上产品在直线导轨339上的位置,可以通过计算机控制电机n 338 (332)而自动调整或通过操作控制器手动调整。旋转工作台3上的上翻转托板337和下翻转 托板3:34可以从两端夹持基础件,在电机n 338 (332)的驱动下,而便于翻转即可在竖直面内 转动±180°,配合多关节机械手丨进行装配。上翻转托板337和下翻转托板334可移动范围为 ±600mtn,以调整位置而适应不同长度的产品。当要进行装配作业时,电机1333驱动上翻转 托板337旋转至竖直位置,以扩大产品进入范围,便于装配;当要夹紧产品时,上翻转托板 33了在电机1:333作用下旋转至水平位置,便于固定产品;同时,在电机n 338 (33¾的作用下, 丝杠3邪及导轨339带动上翻转托板337和下翻转托板334上下运动而夹紧产品,此外,夹紧 装置336夹紧产品,起稳固作用。
[0058]在自动装配过程中,多关节机械手丨用于完成零件本体43的装配,是实现装配作业 的主要设备。为了适应多种零件本体43的装配,多关节机械手1末端安装有快速接头公头 124,可根据不同的零件本体43更换相应的工作头22。本系统中,多关节机械手1选用KR90-R2700 Pro机器人,该款机器人有六个自由度,可承受的最高载荷为90kg重量,重复定位精 度可达0.06_,可胜任各种较高精度、速度和灵活性的应用。
[0059]在自动装配过程中,对于不同类型的装配工作,要选用不同的工作头22,因此要对 这些工作头22进行编号放置,这就必须设立一个专门的装置来放置这些工作头22,而相当 于加工中心的刀库,称为工作头22库1。工作头22库1不仅是工作头22的放置平台,也是实现 多关节机械手1将工作头22自动更换的重要部分。工作头22库1主要由伞形头库21和工作头 22组成,其中伞形头库21包括底座211及设置在底座211上的传动系统212、旋转电机213、转 盘215和卡爪214,旋转电机213通过传动系统212驱动转盘215转动,工作头22放置在卡爪 214上,卡爪214上有定位机构。工作头22库1的具体动作过程为:多关节机器人的末端装置 12移动到伞形头库21的侧边位置,转盘215将多关节机器人末端所需的工作头22旋转到机 器人旁,机器人末端装置12沿伞形头库21径向移动,并将己用的工作头22送到卡爪214内中 心位置处,完成现有工作头22放置工作,快速接头脱离;然后转盘215将需要的工作头22旋 转到机器人末端装置12正下方,末端装置12下降,并与工作头22对接,完成工作头22更换, 然后沿相反路径将工作头22取走。

Claims (9)

1. 一种面向狭窄空间中复杂件的柔性装配系统,其特征在于:包括多关节机械手(1)和 工作头库(2),多关节机械手(1)末端设有公头(124);工作头库(2)包括伞形头库(21),伞形 头库(21)包括传动系统(212)、转盘(215)和卡爪(214),传动系统(212)与转盘(215)连接, 转盘(215)与卡爪(214)连接,且卡爪(214)设置在转盘(21Q边沿,卡爪(214)内设有工作头 (22),且工作头(22)顶部设置有与所述公头(124)匹配的母头。
2. 根据权利要求1所述的柔性装配系统,其特征在于:所述多关节机械手(1)包括机械 手本体(11)和末端装置(12),末端装置(⑵包括力矩电机(121)、直线运动机构(122)、连接 件(123)和所述的公头(124),力矩电机(121)和公头(124)分别设置在直线运动机构(122) 的两端,连接件(123)将机械手本体(11)与直线运动机构(122)连接。
3. 根据权利要求1或2所述的柔性装配系统,其特征在于:所述机械手本体(11)包括六 自由度的关节机器人。
4. 根据权利要求1所述的柔性装配系统,其特征在于:所述伞形头库(21)还包括底座 (211)及设置在底座(211)上的旋转电机(213),旋转电机(213)与传动系统(212)连接。
5. 根据权利要求1所述的柔性装配系统,其特征在于:所述卡爪(214)上设有定位机构。
6. 根据权利要求1所述的柔性装配系统,其特征在于:所述柔性装配系统还包括零件库 (4)和旋转工作台(3),零件库(4)包括零件放置台(41)、零件托盘(42)和零件本体(43),零 件托盘(4¾设在零件放置台(41)上,零件本体(43)放置在零件托盘(42)内,且零件本体 (43)与工作头(22)匹配;旋转工作台(3)包括旋转台(33),旋转台(33)包括旋转架(331)及 设置在旋转架(331)上的导轨(339)、丝杠(335)、上翻转托板(33了)、下翻转托板(334)和夹 紧装置(336),导轨C339)和丝杠(335)平行设置,上翻转托板C337)、夹紧装置(336)和下翻 转托板(334)均设置在导轨(339)上,且上翻转托板(337)和下翻转托板(334)均与丝杠 (3:35)连接,夹紧装置(336)设置在上翻转托板(337)与下翻转托板(334)之间,且夹紧装置 (336)固定设置在旋转架(331)中部。 〆、
7.根据权利要求6所述的柔性装配系统,其特征在于:所述上翻转托板(337)和下翻转 托板(334)分别连有电机I (333),电机I (333)驱动上翻转托板(337)和下翻转托板(334)进 行翻转;丝杠(335)连有电机n (332),电机n C332)驱动上翻转托板(337)和下翻转托板 (334)在导轨(339)上进行上下移动。 S.根据权利要求6所述的柔性装配系统,其特征在于:所述旋转工作台(3)还包括支架 C31)和动力系统(32),动力系统(3¾设置在支架(31)上,动力系统(32)与旋转台(33)连接
9.根据权利要求6或7所述的柔性装配系统,其特征在于:所述导轨(339)^直设置,^ 括两条导轨(339)条,导轨(339)条之间平行设置,丝杠(335)设置在导轨(339)争之间
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN110238621A (zh) * 2019-05-30 2019-09-17 清华大学深圳研究生院 可重构柔性装配系统
CN110766867A (zh) * 2019-11-15 2020-02-07 尹世和 一种蔬果多功能一体自动售卖机

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