WO2016115747A1

WO2016115747A1 - 一种自动化机械手臂

Info

Publication number: WO2016115747A1
Application number: PCT/CN2015/071596
Authority: WO
Inventors: 吴春谅; 林卫波; 戚青涛; 胡刚
Original assignee: 深圳市京田精密科技有限公司
Priority date: 2015-01-23
Filing date: 2015-01-27
Publication date: 2016-07-28
Also published as: CN104607992B; CN104607992A

Abstract

一种自动化机械手臂，包括机架(100)，机架(100)上设有伺服马达(300)，在机架(100)上还设有机械臂(200)，机械臂(200)在伺服马达(300)的带动下伸缩运动，在机械臂(200)的端部设有夹具座(500)，夹具座(500)上设有送料夹具(501)和取料夹具(502)，在机械臂(200)上还设有控制夹具座(500)旋转的第一气缸(202)和控制夹具座(500)水平移动的第二气缸(203)。机械臂的夹具座可以在气缸的作用下旋转，相应的控制送料夹具和取料夹具间歇的改变位置，分别夹取待加工的坯料和加工好的元件，进行相应的处理，实现了自动化夹料、送料和取料，能够很好的替代人工。

Description

说明书发明名称：一种自动化机械手臂

技术领域

[0001] 本发明涉及机械手臂领域，更具体的说涉及一种自动化机械手臂。

背景技术

[0002] 机械手臂是目前在机械人技术领域中得到最广泛实际应用的自动化机械装置，在工业制造、医学治疗、娱乐服务、军事、半导体制造以及太空探索等领域都能见到它的身影。尽管它们的形态各有不同，但它们都有一个共同的特点，就是能够接受指令，精确地定位到三维（或二维）空间上的某一点进行作业。针对机械加工领域，由于车床、加工中心、磨床以及刨床等设施的自身结构差异性比较大，而机械手臂受自本身的结构限制，在机加工领域机械手臂的应用很不成熟，因此，现有技术均为数控车床或加工中心的制定的专用送料设备，由专业人员固定安装，并由人工拿取在车床或者加工中心等上面进行固定、加工，之后再由人工将加工好的零件拆下来送至特点位置。这种传统的人力工作方式，对操作人员的要求高，而且，人为操作效率低，成本高且容易发生安全事故。

技术问题

[0003] 为了解决上述技术问题，本发明提供一种能够自动化运作的机械手臂，能够完全替代人工操作，极大的提高生产效率。

问题的解决方案

技术解决方案

[0004] 本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种自动化机械手臂，包括机架，机架上设有伺服马达，在所述的机架上还设有机械臂，所述的机械臂在所述伺服马达的带动下伸缩运动，在所述的机械臂的端部设有夹具座，所述的夹具座上设有送料夹具和取料夹具，在所述的机械臂上还设有控制所述夹具座旋转的第一气缸和控制所述夹具座水平移动的第二气缸。

[0005] 对于本发明中的一种自动化机械手臂，作为一种可选的方案，在所述的机械臂上设有齿条，在所述的机架上还设有与所述齿条啮合着的齿轮，所述的伺服马达带动所述的齿轮旋转。

[0006] 对于本发明中的一种自动化机械手臂，作为针对机架的进一步的改进，所述的机架包括底座、升降座、升降柱和工作主台，所述的升降座设置在所述的底座上，所述的升降柱可升降的设置在所述的升降座上，所述的工作主台设置在所述的升降柱上，所述的机械臂和所述的伺服马达均设置在所述的工作主台上。

[0007] 对于本发明中的一种自动化机械手臂，作为进一步的设置，在所述的底座底部还设有滑动轮和支撑脚。

[0008] 对于本发明中的一种自动化机械手臂，作为进一步的设置，在所述的机架上还设有送料装置，所述的送料装置还包括振动盘、料槽、推料气缸和送料轨道，所述的送料轨道一端位于所述的振动盘内，另一端位于所述的料槽中，所述的推料气缸位于所述的料槽处，将所述料槽内的坯料推至所述的送料夹具。

[0009] 对于本发明中上述的一种自动化机械手臂，作为进一步的设置，从所述的振动盘的水平高度大于所述的料槽的水平高度，使得所述振动盘中的坯料能够在自身重力作用下通过所述的送料轨道进入到所述的料槽中。

[0010] 对于本发明中的一种自动化机械手臂，作为进一步的设置，所述的自动化机械手臂还包括控制系统，在所述的机械臂的端部分别设有第一感应幵关和第二感应幵关，在所述机械臂靠近所述夹具座的一端设有感应接触器。

[0011] 对于本发明中的一种自动化机械手臂，作为进一步的设置，在所述的机架上还设有马达支座，所述的伺服马达固定在所述的马达支座上。

[0012] 对于本发明中的一种自动化机械手臂，作为进一步的设置，在所述的机械臂靠近所述夹具座的端部设有滑轨，所述的夹具座通过所述的第一气缸固定在所述的滑轨上，所述的第二气缸控制第一气缸在所述的滑轨上滑动。

[0013] 对于本发明中的一种自动化机械手臂，作为进一步的设置，在所述的机架上还设有用于调控所述伺服马达的输送转速的减速机。

发明的有益效果

有益效果

[0014] 使用本发明一种自动化机械手臂具有以下有益效果：由于本发明中的自动化机械手臂在机架上设置了可伸缩运动的机械臂，依靠伺服马达控制机械臂的伸缩运动，并在机械臂的端部设置夹具座，在夹具座上设置送料夹具和取料夹具，分别用于夹取并将待加工的坯料送入到特定的位置和夹取已经加工好的零部件将其从车床上取下并送出，本发明中，机械臂的夹具座可以在气缸的作用下旋转，相应的控制送料夹具和取料夹具间歇的改变位置，分别夹取待加工的坯料和加工好的元件，进行相应的处理，实现了自动化夹料、送料和取料，能够很好的替代人工，进行对车床、加工中心、磨床等机械的送料、取料过程，而且效率极高，能够 24小吋不间歇工作，而且能够极大的降低人员工伤事故。

对附图的简要说明

附图说明

[0015] 图 1为本发明一种自动化机械手臂的整体结构示意图；

[0016] 图 2为本发明一种自动化机械手臂在普通车床上使用吋的结构示意图；

[0017] 图 3为本发明一种自动化机械手臂在普通加工中心上使用吋的结构示意图。

实施该发明的最佳实施例

本发明的最佳实施方式

[0018] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0019] 一种自动化机械手臂（以下简称机械手臂），如图 1所示，包括机架 100，本发明中的机架 100由四部分组成，分别为底座 101、升降座 102、升降柱 103以及工作主台 104，其中，升降座 102固定在底座 101上，升降柱 103设置在升降座 102中，并可沿升降座 102上下调节高度，工作主台 104固定在升降柱 103的顶端。为了能够更好的移动机械手臂，还可以在底座 101的底部设置滑动轮 105和支撑脚 106 ，支撑脚 106可升降或 /可扳起，通过滑动轮 105可将机架 100进行移动，直到合适位置，再将支撑脚 106扳下来，将机械手臂固定在地面上。

[0020] 在工作主台 104上设有机械臂 200和伺服马达 300，机械臂 200可以在工作主台 10 4上伸缩运动，对于此，可在工作主台 104上设置一个滑轨（图中未标示），将机械臂 200设置在滑轨中，使其在滑轨中伸缩移动，并在机械臂 200上固定设置一个齿条 201，同吋在伺服马达 300的输出轴上设置一个与齿条 201啮合着的齿轮

(图中未标示），通过伺服马达 300的正转和反转，带动齿条 201伸缩运动。在伺服马达 300上还可以装减速机 400，控制伺服马达 300的输出转速，避免伺服马达 300的转速过快，不易控制，或者出现其它事故；在工作主台 104上设置一个马达支座 301，伺服马达 300和减速机 400均固定在马达支座 301上面。

[0021] 对于上述伺服马达 300通过齿轮与齿条 201啮合的方式控制带动机械臂 200的伸缩运动的方式，还可以由其它现有的控制方式实现，例如，采用气缸或油缸推动的方式实现机械臂 200的伸缩运动，在此不再一一复述。

[0022] 在机械臂 200的一端设有夹具座 500，本发明中，夹具座 500优选设置成圆柱体形，并以可旋转的方式固定在机械臂 200上，在其两端分别装有送料夹具 501和取料夹具 502，在使用吋，送料夹具 501将坯料夹取并将随着机械臂 200的伸出将坯料送至车床或加工中心中，取料夹具 502则将车床或加工中心中加工后的工件取出，并随着机械臂 200的收缩将加工后的工件移出。

[0023] 为了实现夹具座 500的旋转，以及送料夹具 501和取料夹具 502的夹料、取料过程，在夹具座 500与机械臂 200之间装有控制气缸，具体为，在机械臂 200的端部安装第一气缸 202和第二气缸 203，并将夹具座 500通过转轴 503固定在第一气缸 2 02上，并通过滑轨结构将第一气缸 202可滑动的固定在机械臂 200的端部，由第一气缸 202控制夹具座 500的旋转动作，由第二气缸 203控制夹具座 500的水平方向左右移动，当夹具座 500随着机械臂 200的伸长进入到车床或者加工中心后，第二气缸 203控制夹具座 500水平方向移动，使其能够靠近车床或者加工中心的工装夹具，从而将加工完的毛坯件取下来，第一气缸 202控制控制夹具座 500转动，使其转动 180度，将待加工的毛坯件送至车床或加工中心的工装处，之后机械臂 200退出，车床或加工中心即可幵始加工，如此不断循环，即可实现自动化上料和下料。

[0024] 本发明针对所要加工的环形毛坯件制作夹具座 500以及送料夹具 501、取料夹具 502，如图 1中所示，夹具座 500为圆柱体形，位于夹具座 500的两端的送料夹具 5 01和取料夹具 502均为分幵式的圆环状，其均可在气压动力作用下张幵和闭合，从而将环状的毛坯件夹起来或者放下。当然，还需要夹取其它形状的毛坯件，例如长条状或者长轴状毛坯件吋，可按照实际需要对夹具座 500以及送料夹具 50 1、取料夹具 502进行相应形状的修改。

[0025] 本发明还设有控制系统，控制伺服马达 300以及第一气缸 202、第二气缸 203的运行，可根据生产过程中的车床或者加工中心的工作吋间、频率等具体设定伺服马达 300、第一气缸 202、第二气缸 203等的工作参数。在伺服马达 300的工作过程中，机械臂 200随其旋转实现伸缩过程，在其伸缩过程中，为了防止控制系统出现故障导致机械臂 200发生超出其原有行程的事故发生，在机械臂 200上设置有感应幵关，具体为：在机械臂 200的一端设有第一感应幵关 204，在其另一端设有第二感应幵关 205。正常运行状态下，第一感应幵关 204和第二感应幵关 2 05不工作，当控制系统发生小概率的故障吋，第一感应幵关 204和第二感应幵关 205作为防护措施，防止机械臂 200的惯性导致其冲撞到车床或其它装置，出现安全事故。其具体工作原理为：机械臂 200正常运行状态下，第一感应幵关 204 和第二感应幵关 205不工作，当控制系统出现故障，第一感应幵关 204和第二感应幵关 205随着机械臂 200的运动惯性伸缩，在该伸缩过程中，由于机械臂 200脱离了伺服马达 300的限制，便会超越其正常工作吋的运行位置上下限，此吋，第一感应幵关 204或第二感应幵关 205便会经过感应接触器 206，从而发出信号给感应接触器 206，感应接触器 206接收到该信号后给出反应至控制系统，将电路整体断电。而且，还可在机械臂 200的端部的下方安装缓冲垫，进一步防止机械臂 200失控后发生硬性碰撞。

[0026] 图 2为本发明一种自动化机械手臂在普通车床上使用吋的结构示意图，如图所示，在车床 800的旁边设置自动化机械手臂 1000，安装吋要保证自动化机械手臂 1000的夹具座能够伸入到车床 800的工装夹具处，而且，当其机械臂收缩吋，夹具座能够位于车床 800的外面，在车床 800靠近自动化机械手臂 1000的一侧还设有输送带 700，当机械臂退出车床 800后，其上面的夹具座将车床加工好的工具从车床中取出并放置在输送带 ₇₀₀上，通过输送带 700收集起来，输送至指定的位置。 [0027] 图 3为本发明一种自动化机械手臂在普通加工中心上使用吋的结构示意图，与车床上应用相似，即在加工中心 900处安装自动化机械手臂 1000，同样的，要在加工中心 900的旁边设置有输送带 700，使得机械臂上的夹具座将加工中心中加工过的工件夹取出来之后收缩，至输送带 700的上方后将其放置在输送带 700上，统一输送至指定的位置。

[0028] 本发明一种自动化机械手臂还设置有送料装置 600，包括振动盘 601，料槽 602 、推料气缸 603和送料轨道 604，用于向机械手臂所适用的车床或加工中心中输送待加工的坯料，送料装置 600设置在工作主台 104上，在机械手臂工作吋，待加工的坯料放置在振动盘 601中，并经送料轨道 604进入料槽 602，推料气缸 603 设置在料槽 602旁边，当待加工的坯料从振动盘 601中经送料轨道 604中进入到料槽 602中后，推料气缸 603将料槽 602中待加工的坯料推到夹具座 500的送料夹具 5 01处，由送料夹具 501将坯料夹取后送入到车床或加工中心的工装夹具处进行加工。

[0029] 本发明的工作过程为，该机械手臂控制系统的控制电路与车床电脑的电路串联，车床电脑提供信号，当车床电脑启动吋，车床的门打幵，本发明的机械手臂的电路同步启动，机械手臂 200向车床主轴中心移动，到预设位置（送料夹具 50 1与电脑车床主轴中心一致）后，

[0030] a.电脑车床内下料流程：由第二气缸 203带取料夹具 502向右（电脑车床主轴方向）移动，夹取主轴上的工件（电脑车床上的控制程序将主轴松幵）后，取料夹具 502往反方向水平移动至设定位置；

[0031] b.电脑车床内上料流程：取料夹具 502与送料夹具 501由第一气缸 202带动作顺吋针 180度旋转 (方向对调)并定位；送料夹具 501向由第二气缸 203带送料夹具 501向右（车床主轴方向）移动，将工件送入电脑车床主轴夹具内，随后电脑车床主轴夹具夹紧工件，机器人送料夹具 501松夹，送料夹具 501由第一气缸 202带动往反方向水平移动至设定位置；

[0032] c.加工完工件外送：机械手臂的机械臂 200随后由伺服马达 300驱动往后（电脑车床门外）移动至预设位置（同吋电脑车床门关闭，加工程序启动并依预设程式自动加工）；取料夹具 502与送料夹具 501由第二气缸 203带动逆吋针旋转 90度，取料夹具 502松夹，工件自动落入设置在夹具下方的输送带，

[0033] d.自动供料端取料流程：取料夹具 502与送料夹具 501由第二气缸 203带动顺吋针旋转 90度，送料夹具 501由第一气缸 202驱动往料槽 602方向运动，到预设位置后，推料气缸 603将料槽 602中的工件推入送料夹具 501内，送料夹具 501将工件夹紧，再由第二气缸 203驱动往反方向运动至预设限位位置（料槽 602中自动由振动盘 601增加新工件），送料夹具 501与取料夹具 502由第一气缸 202带逆吋针旋转（取料夹具 502与送料夹具 501位置对调）；电脑车床加工完第一个工件后门打幵，流程依 _a_b_c_d循环即可。

[0034] 该第一个流程是空循环未加工工件，第二个循环幵始正式加工产品。

[0035] 加工中心或磨床、龙门刨床、剃齿机等在配合使用此机器人吋，只需做相应的将夹具等调整即可。

[0036] 本发明一种自动化机械手臂的组成部分气缸不限定在气动工具，可由液压工具替代；夹具可依加工工件的形态而定，例如长轴型、齿轮型或异型的工具，可制作与其相应的夹具使用，并将送料装置作相应的改进。

[0037] 上面结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

Claims

权利要求书

一种自动化机械手臂，包括机架（100) ，机架（100) 上设有伺服马达（300) ，其特征在于：在所述的机架（100) 上还设有机械臂（200) ，所述的机械臂（200) 在所述伺服马达（300) 的带动下伸缩运动，在所述的机械臂（200) 的端部设有夹具座（500 ) ，所述的夹具座（500) 上设有送料夹具（501) 和取料夹具（5 02) ，在所述的机械臂（200) 上还设有控制所述夹具座（500) 旋转的第一气缸（202) 和控制所述夹具座（500) 水平移动的第二气缸（203) 。

根据权利要求 1所述的一种自动化机械手臂，其特征在于：在所述的机械臂（200) 上设有齿条（201) ，在所述的机架（100) 上还设有与所述齿条（201) 啮合着的齿轮，所述的伺服马达（300) 带动所述的齿轮旋转。

根据权利要求 1所述的一种自动化机械手臂，其特征在于：所述的机架（100) 包括底座（101) 、升降座（102) 、升降柱（103) 和工作主台（104) ，所述的升降座（102) 设置在所述的底座（1

01) 上，所述的升降柱（103) 可升降的设置在所述的升降座（10

2) 上，所述的工作主台（104) 设置在所述的升降柱（103) 上，所述的机械臂（200) 和所述的伺服马达（300) 均设置在所述的工作主台（104) 上。

根据权利要求 3所述的一种自动化机械手臂，其特征在于：在所述的底座（101) 底部还设有滑动轮（105) 和支撑脚（106) 。

根据权利要求 1或 3所述的一种自动化机械手臂，其特征在于：在所述的机架（100) 上还设有送料装置（600) ，所述的送料装置

(600) 还包括振动盘（601) 、料槽（602) 、推料气缸（603) 和送料轨道（604) ，所述的送料轨道（604) —端位于所述的振动盘（601) 内，另一端位于所述的料槽（602) 中，所述的推料气缸（603) 位于所述的料槽（602) 处，将所述料槽（602) 内的坯料推至所述的送料夹具（501) 。

[权利要求 6] 根据权利要求 5所述的一种自动化机械手臂，其特征在于：从所述的振动盘（601) 的水平高度大于所述的料槽（602) 的水平高度，使得所述振动盘（601) 中的坯料能够在自身重力作用下通过所述的送料轨道（604) 进入到所述的料槽（602) 中。

[权利要求 7] 根据权利要求 1所述的一种自动化机械手臂，其特征在于：所述的自动化机械手臂还包括控制系统，在所述的机械臂（200) 的端部分别设有第一感应幵关（204) 和第二感应幵关（205) ，在所述机械臂（200) 靠近所述夹具座（500) 的一端设有感应接触器 (2 06) 。

[权利要求 8] 根据权利要求 1所述的一种自动化机械手臂，其特征在于：在所述的机架（100) 上还设有马达支座（301) ，所述的伺服马达（300 ) 固定在所述的马达支座（301) 上。

[权利要求 9] 根据权利要求 1所述的一种自动化机械手臂，其特征在于：在所述的机械臂（200) 靠近所述夹具座（500) 的端部设有滑轨，所述的夹具座（500) 通过所述的第一气缸（202) 固定在所述的滑轨上，所述的第二气缸（203) 控制第一气缸（202) 在所述的滑轨上滑动。

[权利要求 10] 根据权利要求 1所述的一种自动化机械手臂，其特征在于：在所述的机架（100) 上还设有用于调控所述伺服马达（300) 的输送转速的减速机（400) 。