CN208005665U - 一种智能桁架机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种智能桁架机器人，包括天轨及机架总成、横向安装架、传动装置、提升机构、抓具装置；机架总成包括由纵梁和横梁围成的矩形框架及其下侧的支撑桁架，天轨连接于矩形框架的纵向两侧，横向安装架的两端对称连接有传动装置，提升机构的上端连接于横向安装架上，抓具装置连接于提升机构的下端，抓具装置刚性夹持零件的转运夹具。提升机构使抓具装置上下运动，传动装置使横向安装架沿天轨纵向移动，横向安装架带着提升机构及其下端的抓具装置及转运夹具一起纵向移动，从而实现零件的自动转运。提升机构为刚性机构，抓具装置与提升机构及转运夹具之间均为刚性连接，且转运夹具是否落地通过压力传感器自动判断，实现零件的自动转运。

Description

一种智能桁架机器人

技术领域

本实用新型涉及一种智能机器人，具体涉及一种智能桁架机器人。

背景技术

金属零件在使用寿命期内会出现锈蚀，从而影响产品质量，降低使用寿命、影响零件结构强度，所以在零件生产时需对其进行表面防锈处理。

目前零件表面的防锈处理一般采用油漆、发黑、镀铬、PIP等处理措施，其中PIP技术是绿色环保无污染且防腐性能优异的一种防腐技术，它运用多种工艺方法，将非金属元素和微量金属元素渗入到金属表面，形成由金属氧化物和非金属元素组成的多层复合渗层，从而使产品整体内外同时形成防腐耐磨层，完全与金属表面融合在一起。

在进行PIP工艺时，需要将被处理零件放入一系列高温、并有腐蚀性气体挥发的炉槽中处理，目前零件的转运是工作人员通过传统的行车来操作，由于作业环境温度高且有腐蚀性的气体挥发，长期处在这种环境中会对人体产生一定的危害。

转运零件时，将零件置于转运夹具上，而转运夹具的重量较大，尤其是对于某些大型零件，转运夹具的重量甚至可达几千公斤。目前通过传统行车采用吊钩来吊装转运夹具，通过人眼判断转运夹具在炉槽中就位就可能存在误差，也就是说转运夹具可能并未真正就位，所以当吊钩与转运夹具脱离时，转运夹具可能会对炉槽产生冲击，对炉槽的安全使用造成影响。零件处理好后转运时也对地面可能产生冲击。

另外转运零件时，从一个炉槽转运到下一个炉槽中必须在很短的时间内完成，这就要求行车的行走速度很快，一方面转运夹具的重量大，在转运过程中的惯性大，且吊钩连接于钢丝绳的下端，吊钩钩住转运夹具行走，在行车行走过程中转运夹具会产生较大的摇晃。而炉槽壁与转运夹具之间的空隙很小，所以转运夹具在就位时很容易撞击到炉槽壁对其造成损伤，影响炉槽的使用寿命。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于提供一种无需操作人员在处理现场操作、能避免零件转运过程中出现摇晃，能自动避免转运夹具对炉槽或者地面产生冲击的智能桁架机器人。

本实用新型提供的这种智能桁架机器人，包括天轨及机架总成、横向安装架、传动装置、提升机构、抓具装置；机架总成包括由纵梁和横梁围成的矩形框架及矩形框架下侧的支撑桁架，天轨连接于矩形框架的纵向两侧，横向安装架的两端对称连接有使其实现沿天轨纵向移动的传动装置，提升机构的上端连接于横向安装架上，抓具装置连接于提升机构的下端，抓具装置刚性夹持零件的转运夹具。

所述天轨包括连接于纵梁内、外侧的纵向齿条和纵向导轨；所述横向安装架包括两平行布置的横向安装梁和它们之间的连接梁，所述传动装置包括减速电机及其输出齿轮，减速电机固定于横向安装梁上，输出齿轮分别与纵向齿条啮合，横向安装梁的两端沿纵向导轨移动。

所述提升机构包括竖向安装架、竖向导轨、竖向滑块座、竖向丝杆和伺服电机，两根竖向导轨平行连接于竖向安装架上，竖向滑块座的两侧分别与竖向导轨连接，竖向丝杆位于两竖向导轨之间的竖向中心面上，伺服电机固定于竖向安装架的上端，其输出轴与竖向丝杆的上端连接；竖向安装架位于两横向安装梁之间，其上端两侧通过安装座分别与两横向安装梁连接。

所述抓具装置包括抓具总成和连接于其上的安全装置；抓具总成包括矩形座、抓具和动力装置；抓具包括对称铰接于矩形座一对侧的两组抓爪组件，每组抓爪组件包括两个抓爪，四个抓爪于矩形座的四个角部对称布置；动力装置为可伸缩型装置，其一端铰接于矩形座上，另一端铰接于抓爪组件上，通过动力装置的伸缩运动实现抓爪组件的开合；安全装置包括上调节座、下调节座、拉力传感器、板销和弹性限位组件；上调节座包括顶板和连接于其下侧的上盒套，下调节座包括底板和连接于其上侧的下盒套，下盒套套于上盒套外壁；下盒套的下部连接有横贯上盒套的板销，板销的长度方向中心面上设置有沿竖直方向的矩形孔；拉力传感器位于上盒套中，上端连接于上盒套的顶板上，下端连接有吊座，吊座的下端连接有穿过板销上矩形孔的水平销轴；上盒套和下盒套可上下相对移动，使水平销轴可沿板销上的矩形孔上下移动，上盒套和下盒套之间连接沿竖向布置的弹性限位组件；上调节座的上端与竖向滑块座的底部连接，下调节座的底板固定于矩形座中间位置处的安装板上。

所述抓爪组件包括上横梁和垂直连接于其两端的两竖梁，两竖梁的下端分别连接所述抓爪，抓爪的形状为L型，两竖梁之间有人字形连接梁；两上横梁的一端反对称伸出于竖梁外；所述矩形座为框架座，其一对侧梁的外侧对称焊接有两组四个抓具铰接座，所述抓爪组件的竖梁中部分别通过销轴与各抓具铰接座铰接为一体，竖梁可绕销轴转动；所述动力装置有两套，反对称布置于矩形座的另一对侧，动力装置的一端与所述上横梁的伸出段铰接、另一端与矩形座的侧梁铰接，上横梁的伸出段端部上侧焊接有上铰接耳座，矩形座的侧梁外侧焊接有下铰接耳座；所述拉力传感器为方S形拉力传感器，其两端分别有连接螺孔。

所述上盒套和下盒套均为矩形套，上盒套的下端和下盒套的上端均为开口端；所述拉力传感器位于两盒套的竖向中心面上。

所述板销的一端垂直连接有端板，下盒套的一对侧壁下部设置有与板销尺寸相应的安装孔，侧壁外侧对应安装孔处均设置有连接板，连接板上设置相应的安装孔，板销的一端插入其中一侧壁上的安装孔中，另一端通过连接板及螺栓紧固；上盒套侧壁对应所述板销的穿过处设置有尺寸大于板销尺寸的矩形孔；所述下盒套的一对侧壁上部连接有导向块，导向块的外端连接有安装板，安装板与下盒套侧壁的连接板通过螺栓紧固；导向块的内端穿过所述上盒套的相应侧壁，上盒套的侧壁上设置有尺寸大于导向块尺寸的竖向矩形孔。

所述弹性限位组件包括固定于所述下调节座底板上的圆管和套于圆管外壁的压簧，压簧的原始长度等于所述上调节座顶板和下调节座底板之间的最大距离，圆管的长度不大于下盒套的长度。

所述吊座包括固定座和活动座，固定座和活动座均为双耳板座，固定座的顶板连接于所述拉力传感器的下端，两耳板之间的下部连接有铰接轴，活动座的上端通过铰接孔挂于固定座耳板下部的铰接轴上，所述水平销轴连接于活动座下部的两耳板之间。

所述竖向滑块座为L型座，其竖向背板的两侧有分别与所述纵向导轨连接的滑块、其水平底板与所述上调节座的顶板连接。

本实用新型通过提升机构实现抓具装置的上下运动，通过传动装置实现横向安装架沿天轨的纵向移动，横向安装架带着提升机构及其下端的抓具装置及转运夹具一起纵向移动，从而实现零件的转运。横向安装架和提升机构的运动通过控制系统实现，操作人员在控制室操作即可，无需进入炉槽车间，避免了现有技术对操作人员身体的危害。提升机构为刚性机构，抓具装置与提升机构之间的连接为刚性连接，抓具装置与转运夹具的连接为刚性连接，且转运夹具是否落地通过压力传感器自动判断，所以，零件的转运过程中避免了现有技术出现的摇晃现象，从而避免转运夹具对炉槽或者地面产生冲击的现象。

附图说明

图1为本实用新型一个实施例的轴侧结构示意图。

图2为图1去掉机架总成的放大结构示意图。

图3为图2的左视示意图图。

图4为图1的仰视示意图。

图5为图1中抓具装置的放大结构示意图。

图6为图5中的C-C示意图。

图7为图5的俯视示意图。

图8为抓具装置的轴侧结构示意图（图中隐藏了安全装置上盒套和下盒套的各两块侧板）。

图9为图5中安全装置的放大结构示意图。

图10为图9中的A-A示意图。

图11为图9中的B-B示意图。

图12为图9中上调节座的放大结构示意图。

图13为图12的侧视示意图。

图14为图9中下调节座的放大结构示意图。

图15为图14的侧视示意图。

具体实施方式

如图1至图4所示，本实施例公开的这种智能桁架机器人，包括机架1、天轨2、横向安装架3、传动装置4、提升机构6、抓具装置7。

机架1包括由纵梁和横梁围成的矩形框架11及矩形框架下侧的支撑桁架12。天轨2包括连接于纵梁内、外侧的纵向齿条21和纵向导轨22。

横向安装架3包括两平行布置的横向安装梁31和它们之间的安装梁32，横向安装梁31的两端有与纵向导轨22侧面滑槽匹配的滑块。

传动装置4有配置相同、对称布置的两套，每套传动装置4分别包括减速电机41及其输出齿轮42，减速电机41固定于横向安装梁31上，输出齿轮42分别与纵向齿条21啮合。

提升机构6包括竖向安装架61、竖向导轨62、竖向滑块座63、竖向丝杆64和伺服电机65，两根竖向导轨62平行连接于竖向安装架61上，竖向滑块座63的两侧分别与竖向导轨62连接，竖向丝杆64位于两竖向导轨62之间的竖向中心面上，伺服电机65固定于竖向安装架61的上端，其输出轴与竖向丝杆64的上端连接。竖向安装架61位于两横向安装梁31之间，其上端通过安装座66分别与两横向安装梁31连接。

抓具装置7连接于竖向滑块座63的下端。

结合图5至图8可以看出，抓具装置7包括抓具总成71和连接于其上的安全装置72。

抓具总成71包括矩形座711、抓具712和动力装置713。矩形座711为框架座。抓具712包括对称铰接于矩形座711一对侧的两组抓爪组件7121。每组抓爪组件7121包括两个抓爪，四个抓爪于矩形座711的四个角部对称布置。动力装置713为可伸缩型装置。抓爪组件7121包括上横梁71211和垂直连接于其两端的两竖梁71212，两竖梁的下端分别连接抓爪71213，抓爪的形状为L型，两竖梁之间有人字形连接梁71214。上横梁71211的一端反对称伸出于竖梁71212外。矩形座711一对侧梁的外侧对称焊接有两组四个抓具铰接座7111，抓爪组件7121的竖梁71212中部分别通过销轴与各抓具铰接座7111铰接为一体，竖梁71212可绕销轴转动。

动力装置713采用一对电缸，两电缸反对称布置于矩形座711的另一对侧。电缸的一端与上横梁的伸出段铰接、另一端与矩形座的侧梁铰接。上横梁的伸出段端部上侧焊接有上铰接耳座7112，矩形座的侧梁外侧焊接有下铰接耳座7113。通过电缸的伸缩运动实现两对抓爪组件7121的开合。

结合图9至图11可以看出，安全装置72包括上调节座721、下调节座722、拉力传感器723、板销724、压簧725、圆管726、固定座727、活动座728、导向块729、水平销轴7210。

结合图9、图10、图12和图13可以看出，上调节座721包括顶板7211和焊接于其下侧的上盒套7212。顶板7211为矩形板，上盒套7212为矩形开口套。下调节座722包括底板7221和焊接于其上侧的下盒套7222。底板7221为矩形板，下盒套7222为矩形开口套。

结合图5、图6可以看出，矩形座的内腔中有关于其长度方向中心面对称的两根连接梁7114，两连接梁7114的上侧焊接有矩形板7115。下调节座722的底板7221通过螺栓安装于矩形板7115上。

结合图6、图10、图14和图15可以看出，下盒套7222套于上盒套7212的外壁。下盒套7222的下部连接有横贯上盒套7212的板销724，板销724的长度方向中心面上设置有沿竖直方向的矩形孔7241。

从图10可以看出，本实施例的拉力传感器723采用方S形拉力传感器，其两端分别有连接螺孔。拉力传感器723位于上盒套7212中的竖向中心面上，其上端通过螺栓连接于上盒套7212的顶板7211上，下端通过螺栓连接固定座727，固定座727的下端连接活动座728。固定座727和活动座728均为双耳板座。固定座727的顶板连接于拉力传感器723的下端，两耳板之间的下部连接有铰接轴。活动座728的上端通过铰接孔挂于固定座727耳板下部的铰接轴上，活动座两耳板之间的下部连接有水平销轴7210。水平销轴7210穿过板销724上的矩形孔7241，矩形孔7241的长度大于水平销轴7210的直径。

拉力传感器723位于上盒套7212中的竖向中心面上，使拉力传感器受力均衡，既可防止偏载，又可节省结构空间，使得结构紧凑，外形美观。

拉力传感器723的上端固定连接，下端活动连接，固定座727与活动座728之间采用铰接轴连接，活动座728与板销724间通过与铰接轴垂直布置的水平销轴7210连接，这样的结构既可以消除水平面内的横向受力，也可以消除水平面内的纵向受力，使得拉力传感器只受到竖直方向的力，可以避免受到横向载荷影响，从而避免拉力传感器受到信号干扰。

本实施例在下盒套7222的一对侧壁设置尺寸与板销24高度匹配的矩形孔，在下盒套722的两侧壁外侧均焊接安装板，在安装板上设置相同的矩形孔。板销724的一端垂直焊接端板，板销724的无端板端从下盒套一对侧壁上的矩形孔中穿过，另一端通过端板与下盒套侧壁的安装板通过螺栓紧固。

在下盒套7222的一对侧壁均设置安装板，以使板销724的固定方向更灵活。上盒套7212的两侧壁对应板销724的穿过处设置有尺寸大于板销724高度尺寸的矩形孔，以使上盒套7212可上下移动。板销724作为上盒套7212上下移动的下部导向件。

下盒套7222的一对侧壁上部对称连接导向块729，导向块729的外端连接有安装板，安装板与下盒套7222侧壁的连接板通过螺栓紧固。导向块729的内端穿过上盒套7212的相应侧壁，上盒套7212的侧壁上设置尺寸大于导向块729尺寸的矩形孔，给上盒套7212的上下移动提供上部导向。优选导向块729以垂直于板销724的方位设置，这样使上盒套7212的上下移动更稳定。

上盒套7212套在下盒套7222中，使上、下盒套只能上下移动，限可以避免拉力传感器受到横向载荷的影响。

本实施例在下调节座722底板上的一对角设置两根圆管726，在圆管726上套上压簧725形成竖向的弹性限位组件。初始状态时，压簧725的两端分别固定于下调节座722的底板和上调节座721的顶板之间，圆管726的长度小于压簧725的长度，且圆管726的长度最多与下盒套7222的上端平齐。弹性限位组件使得上盒套7212在正常状态下始终处于上极限位置，下盒套7222可以有足够的下行空间。

安全装置的上调节座与下调节座通过拉力传感器、吊座、板销和水平销轴连接起来，板销的长度方向中心面上设置有矩形孔，吊座的下端连接有穿过板销上矩形孔的水平销轴，使水平销轴可在板销上的矩形孔中上下移动，上盒套侧壁的矩形孔，长度大于板销的高度，从而实现上盒套在下盒套中上下滑动，并且还能在连接拉力传感器和上调节座的螺栓意外断裂时，确保上盒套不会从下盒套中脱离出来，起到很好的保护作用。上盒套和下盒套之间连接沿竖向布置的弹性限位组件，使得上盒套与下盒套处于上限位，并有一定的预紧力，这样抓具装置在没有抓取重物的时候不会运行惯性力而产生摆动，拉力传感器不会受到侧向力的影响。

上调节座721的上端与竖向滑块座63的底部连接，下调节座722的底板固定于矩形座711中间位置处的安装板上。

抓具装置通过两对四个刚性抓爪来稳定夹持转运夹具，抓具装置的上端还连接有刚性提升机构。避免了现有技术通过钢丝绳及吊钩吊运转运夹具时存在摇晃的缺陷，转运夹具在炉槽中就位时，不会对炉槽壁产生撞击。

抓具装置夹持载有零件的转运夹具提升时，其安全装置的拉力传感器受拉，拉力传感器输出的电流信号给控制系统判断为提升状态，当转运夹具着地时，拉力传感器不受力，没有电流信号输出，此时控制系统没有接收到拉力传感器的电流信号，判定为转运夹具已经在炉槽中就位或已经着地。如果出现异常情况抓具装置继续下降，此时弹性限位组件的弹簧被压缩，上盒套在下盒套中向下滑动，直到水平销轴在板销的矩形孔中滑动到下限位的过程中，传感器都不受力，控制系统会提示，如果此时操作人员没能人工干预紧急停止，夹具还在继续下降，此时拉力传感器受压，拉力传感器发出不同的电流信号，控制系统在报警的同时，会锁住抓具装置上端的提升机构，使得抓具装置停止下降，从而很好的保护提升机构避免其受到损坏。

本机器人的工作过程如下：需要转运零件时，提升机构的驱动电机工作，竖向丝杆的旋转运动转化为竖向滑块座的上下运动，竖向滑块座带着抓具装置沿竖向丝杆上下运动，抓具装置下降至转运夹具位置处后，通过其电缸控制抓具的两对抓爪打开，然后通过电缸控制抓爪收拢钩住夹持转运夹具上端的吊运架，再通过提升机构调整好转运夹具的高度，最后控制左右传动装置工作，使传动装置的输出齿轮沿机架上端的纵向齿条移动，因为传动装置安装于横向安装架上，所以横向安装架带着其上连接的提升机构纵向移动，同时提升机构带着其下端的抓具装置及转运夹具一起纵向移动，将零件转运至炉槽中处理或者将炉槽中处理好的零件转运至指定的位置。

本实施例应用于无需改变转运夹具横向位置的工况。当使用于需要改变转运夹具横向位置的工况时，在横向安装架上设置横向直线导轨、横向传动丝杆及横向驱动电机，将提升机构的上端连接于横向传动丝杆上即可。

Claims (10)

1.一种智能桁架机器人，其特征在于：它包括天轨及机架总成、横向安装架、传动装置、提升机构、抓具装置；机架总成包括由纵梁和横梁围成的矩形框架及矩形框架下侧的支撑桁架，天轨连接于矩形框架的纵向两侧，横向安装架的两端对称连接有使其实现沿天轨纵向移动的传动装置，提升机构的上端连接于横向安装架上，抓具装置连接于提升机构的下端，抓具装置刚性夹持零件的转运夹具。

2.如权利要求1所述的智能桁架机器人，其特征在于：所述天轨包括连接于纵梁内、外侧的纵向齿条和纵向导轨；所述横向安装架包括两平行布置的横向安装梁和它们之间的连接梁，所述传动装置包括减速电机及其输出齿轮，减速电机固定于横向安装梁上，输出齿轮分别与纵向齿条啮合，横向安装梁的两端沿纵向导轨移动。

3.如权利要求2所述的智能桁架机器人，其特征在于：所述提升机构包括竖向安装架、竖向导轨、竖向滑块座、竖向丝杆和伺服电机，两根竖向导轨平行连接于竖向安装架上，竖向滑块座的两侧分别与竖向导轨连接，竖向丝杆位于两竖向导轨之间的竖向中心面上，伺服电机固定于竖向安装架的上端，其输出轴与竖向丝杆的上端连接；竖向安装架位于两横向安装梁之间，其上端两侧通过安装座分别与两横向安装梁连接。

4.如权利要求3所述的智能桁架机器人，其特征在于：所述抓具装置包括抓具总成和连接于其上的安全装置；抓具总成包括矩形座、抓具和动力装置；抓具包括对称铰接于矩形座一对侧的两组抓爪组件，每组抓爪组件包括两个抓爪，四个抓爪于矩形座的四个角部对称布置；动力装置为可伸缩型装置，其一端铰接于矩形座上，另一端铰接于抓爪组件上，通过动力装置的伸缩运动实现抓爪组件的开合；安全装置包括上调节座、下调节座、拉力传感器、板销和弹性限位组件；上调节座包括顶板和连接于其下侧的上盒套，下调节座包括底板和连接于其上侧的下盒套，下盒套套于上盒套外壁；下盒套的下部连接有横贯上盒套的板销，板销的长度方向中心面上设置有沿竖直方向的矩形孔；拉力传感器位于上盒套中，上端连接于上盒套的顶板上，下端连接有吊座，吊座的下端连接有穿过板销上矩形孔的水平销轴；上盒套和下盒套可上下相对移动，使水平销轴可沿板销上的矩形孔上下移动，上盒套和下盒套之间连接沿竖向布置的弹性限位组件；上调节座的上端与竖向滑块座的底部连接，下调节座的底板固定于矩形座中间位置处的安装板上。

5.如权利要求4所述的智能桁架机器人，其特征在于：所述抓爪组件包括上横梁和垂直连接于其两端的两竖梁，两竖梁的下端分别连接所述抓爪，抓爪的形状为L型，两竖梁之间有人字形连接梁；两上横梁的一端反对称伸出于竖梁外；所述矩形座为框架座，其一对侧梁的外侧对称焊接有两组四个抓具铰接座，所述抓爪组件的竖梁中部分别通过销轴与各抓具铰接座铰接为一体，竖梁可绕销轴转动；所述动力装置有两套，反对称布置于矩形座的另一对侧，动力装置的一端与所述上横梁的伸出段铰接、另一端与矩形座的侧梁铰接，上横梁的伸出段端部上侧焊接有上铰接耳座，矩形座的侧梁外侧焊接有下铰接耳座；所述拉力传感器为方S形拉力传感器，其两端分别有连接螺孔。

6.如权利要求4所述的智能桁架机器人，其特征在于：所述上盒套和下盒套均为矩形套，上盒套的下端和下盒套的上端均为开口端；所述拉力传感器位于两盒套的竖向中心面上。

7.如权利要求6所述的智能桁架机器人，其特征在于：所述板销的一端垂直连接有端板，下盒套的一对侧壁下部设置有与板销尺寸相应的安装孔，侧壁外侧对应安装孔处均设置有连接板，连接板上设置相应的安装孔，板销的一端插入其中一侧壁上的安装孔中，另一端通过连接板及螺栓紧固；上盒套侧壁对应所述板销的穿过处设置有尺寸大于板销尺寸的矩形孔；所述下盒套的一对侧壁上部连接有导向块，导向块的外端连接有安装板，安装板与下盒套侧壁的连接板通过螺栓紧固；导向块的内端穿过所述上盒套的相应侧壁，上盒套的侧壁上设置有尺寸大于导向块尺寸的竖向矩形孔。

8.如权利要求4所述的智能桁架机器人，其特征在于：所述弹性限位组件包括固定于所述下调节座底板上的圆管和套于圆管外壁的压簧，压簧的原始长度等于所述上调节座顶板和下调节座底板之间的最大距离，圆管的长度不大于下盒套的长度。

9.如权利要求4所述的智能桁架机器人，其特征在于：所述吊座包括固定座和活动座，固定座和活动座均为双耳板座，固定座的顶板连接于所述拉力传感器的下端，两耳板之间的下部连接有铰接轴，活动座的上端通过铰接孔挂于固定座耳板下部的铰接轴上，所述水平销轴连接于活动座下部的两耳板之间。

10.如权利要求4所述的智能桁架机器人，其特征在于：所述竖向滑块座为L型座，其竖向背板的两侧有分别与所述纵向导轨连接的滑块、其水平底板与所述上调节座的顶板连接。