專利名稱：自動(dòng)取料機(jī)器手的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及機(jī)械制造領(lǐng)域和機(jī)電自動(dòng)化領(lǐng)域，具體地說(shuō)，是一種數(shù)字化控制的自動(dòng)取料機(jī)械手。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代工業(yè)機(jī)械手起源于20世紀(jì)50年代初，是基于示教再現(xiàn)和主從控制方式、能適應(yīng)產(chǎn)品種類變更，具有多自由度動(dòng)作功能的柔性自動(dòng)化產(chǎn)品。機(jī)械手的結(jié)構(gòu)形式比較簡(jiǎn)單， 專用性較強(qiáng)。由于通用機(jī)械手能很快的改變工作程序，適應(yīng)性較強(qiáng)，所以它在不斷變換生產(chǎn)品種的生產(chǎn)中獲得廣泛的引用。具有廣泛的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。
機(jī)械手首先是從美國(guó)開(kāi)始研制的。1958年美國(guó)聯(lián)合控制公司研制出第一臺(tái)機(jī)械手。
第二代機(jī)械手設(shè)有微型電子計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，具有視覺(jué)、觸覺(jué)能力，甚至聽(tīng)、想的能力。研究安裝各種傳感器，把感覺(jué)到的信息反饋，使機(jī)械手具有感覺(jué)機(jī)能。
第三代機(jī)械手(機(jī)械人)則能獨(dú)立地完成工作過(guò)程中的任務(wù)。它與電子計(jì)算機(jī)和電視設(shè)備保持聯(lián)系。并逐步發(fā)展成為柔性制造系統(tǒng)FMS (Flexible Manufacturing system) 和柔性制造單元(Flexible Manufacturing Cell)中重要一環(huán)。
工業(yè)機(jī)械手是近代自動(dòng)控制領(lǐng)域中出現(xiàn)的一項(xiàng)新技術(shù)，并已成為現(xiàn)代機(jī)械制造生產(chǎn)系統(tǒng)中的一個(gè)重要組成部分，這種新技術(shù)發(fā)展很快，逐漸成為一門新興的學(xué)科——機(jī)械手工程。機(jī)械手涉及到力學(xué)、機(jī)械學(xué)、電器液壓技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、傳感器技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)等科學(xué)領(lǐng)域，是一門跨學(xué)科綜合技術(shù)。機(jī)械手的結(jié)構(gòu)形式開(kāi)始比較簡(jiǎn)單，專用性較強(qiáng)。隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，制成了能夠獨(dú)立的按程序控制實(shí)現(xiàn)重復(fù)操作，適用范圍比較廣的“程序控制通用機(jī)械手”，簡(jiǎn)稱通用機(jī)械手。由于通用機(jī)械手能很快的改變工作程序，適應(yīng)性較強(qiáng)， 所以它在不斷變換生產(chǎn)品種的中小批量生產(chǎn)中獲得廣泛的引用。
雖然目前機(jī)械手在各個(gè)行業(yè)的應(yīng)用已非常廣泛，但也有個(gè)別的小盲區(qū)還沒(méi)有普及機(jī)械手。在某些公司的生產(chǎn)線上，目前仍然在靠著人工來(lái)完成作業(yè)，輸送一個(gè)產(chǎn)品的時(shí)間大約需要1(Γ11秒。同時(shí)，現(xiàn)有的機(jī)械手進(jìn)行自動(dòng)取料時(shí)，無(wú)法精確定位，而且不能進(jìn)行數(shù)字化控制。因此，需要設(shè)計(jì)一種可精確定位且基于數(shù)字化控制的自動(dòng)取料機(jī)器手。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，提供一種在自動(dòng)生產(chǎn)線中能代替人工、自動(dòng)取料送料并精確定位的基于數(shù)字化控制的自動(dòng)取料機(jī)器手，從而自動(dòng)生產(chǎn)等領(lǐng)域持續(xù)一致的精度，并能提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，節(jié)省人力成本。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為一種自動(dòng)取料機(jī)器手，其特征在于，包括縱向滑動(dòng)軌道、橫向滑動(dòng)軌道、第一轉(zhuǎn)軸、旋轉(zhuǎn)盤、活塞桿、氣缸、第二轉(zhuǎn)軸、手臂、第三轉(zhuǎn)軸、第四轉(zhuǎn)軸、抓手、傳感器和可程序邏輯控制器; 在一平臺(tái)上先設(shè)置一個(gè)縱向滑動(dòng)軌道，在縱向滑動(dòng)軌道上設(shè)置一個(gè)橫向滑動(dòng)軌道，所述橫向滑動(dòng)軌道嵌入在縱向滑動(dòng)軌道的凹槽內(nèi)；在所述橫向滑動(dòng)軌道上設(shè)有第一轉(zhuǎn)軸，所述第一轉(zhuǎn)軸與所述橫向滑動(dòng)軌道連接；在所述第一轉(zhuǎn)軸上設(shè)置一旋轉(zhuǎn)盤；在所述旋轉(zhuǎn)盤上設(shè)置活塞桿，所述活塞桿與所述旋轉(zhuǎn)盤固定連接；在所述活塞桿上套有一個(gè)氣缸，所述氣缸與所述活塞桿固定連接；在所述氣缸上設(shè)置第二轉(zhuǎn)軸，所述第二轉(zhuǎn)軸與所述氣缸固定連接；在所述第二轉(zhuǎn)軸旁邊設(shè)置一手臂，所述手臂與所述第二轉(zhuǎn)軸連接；在所述手臂上設(shè)置第三轉(zhuǎn)軸，在所述第三轉(zhuǎn)軸中部設(shè)有第四轉(zhuǎn)軸，所述第四轉(zhuǎn)軸與所述第三轉(zhuǎn)軸連接；在第四轉(zhuǎn)軸上設(shè)置一個(gè)抓手；在所述抓手上設(shè)置一傳感器，所述傳感器用于采集被抓取物的空間位置數(shù)據(jù)；在所述傳感器附近設(shè)有可程序邏輯控制器(Programmable Logic Controller，下文中簡(jiǎn)稱PLC)，所述PLC用于計(jì)算被抓取物的空間位置，并驅(qū)動(dòng)所述自動(dòng)取料機(jī)械手來(lái)實(shí)施抓取的動(dòng)作。
進(jìn)一步，所述第一轉(zhuǎn)軸、第二轉(zhuǎn)軸、第三轉(zhuǎn)軸和第四轉(zhuǎn)軸內(nèi)部各設(shè)有一電機(jī)，所述電機(jī)采用帶編碼器的步進(jìn)電機(jī)，用于轉(zhuǎn)軸的驅(qū)動(dòng)；所述電機(jī)由所述可程序邏輯控制器控制。
進(jìn)一步，所述氣缸采用直線伸縮氣缸，用于給所述活塞桿提供動(dòng)力。
進(jìn)一步，所述抓手采用氣抓結(jié)構(gòu)，用于控制工件。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于(1)氣動(dòng)控制技術(shù)和可編程控制器技術(shù)的結(jié)合應(yīng)用使自動(dòng)運(yùn)送過(guò)程變得簡(jiǎn)單可控和可靠，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)線上取料送料等工作的自動(dòng)化；(2)操作簡(jiǎn)單，使用方便，減少了操作者的工作強(qiáng)度，節(jié)約了勞動(dòng)力成本，改善了工作環(huán)境；(3)保證了精確的定位，使其工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)有了顯著的提高。


圖1是本發(fā)明所述自動(dòng)取料機(jī)器手的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是手臂和抓手部分的結(jié)構(gòu)示意圖；圖中的標(biāo)號(hào)分別為1、縱向滑動(dòng)軌道；2、橫向滑動(dòng)軌道；3、第一轉(zhuǎn)軸；4、旋轉(zhuǎn)盤； 5、活塞；6、氣缸；7、第二轉(zhuǎn)軸；8、手臂；9、第三轉(zhuǎn)軸； 10、第四轉(zhuǎn)軸；11、抓手；12、傳感器；13, PLC0具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明提供的一種自動(dòng)取料機(jī)器手的具體實(shí)施方式
做詳細(xì)說(shuō)明。
參見(jiàn)圖1，一種自動(dòng)取料機(jī)器手，包括縱向滑動(dòng)軌道、橫向滑動(dòng)軌道、第一轉(zhuǎn)軸、旋轉(zhuǎn)盤、活塞桿、氣缸、第二轉(zhuǎn)軸、手臂、第三轉(zhuǎn)軸、第四轉(zhuǎn)軸、抓手、傳感器和PLC。在一平臺(tái)上先設(shè)置一個(gè)縱向滑動(dòng)軌道1，在所述縱向滑動(dòng)軌道1上設(shè)置一個(gè)橫向滑動(dòng)軌道2，所述橫向滑動(dòng)軌道2嵌入在縱向滑動(dòng)軌道1的凹槽內(nèi)。在所述橫向滑動(dòng)軌道2上設(shè)有第一轉(zhuǎn)軸3，所述第一轉(zhuǎn)軸3與所述橫向滑動(dòng)軌道2連接。在所述第一轉(zhuǎn)軸3上設(shè)置一旋轉(zhuǎn)盤4。在所述旋轉(zhuǎn)盤4上設(shè)置活塞桿5，所述活塞桿5與所述旋轉(zhuǎn)盤4固定連接。在所述活塞桿5上套有一個(gè)氣缸6，所述氣缸6與所述活塞桿5連接。在所述氣缸6上設(shè)置第二轉(zhuǎn)軸7，所述第二轉(zhuǎn)軸7與所述氣缸6固定連接。在所述第二轉(zhuǎn)軸7旁邊設(shè)置一手臂8，所述手臂8與所述第二轉(zhuǎn)軸7連接。在所述手臂8上設(shè)置第三轉(zhuǎn)軸9，在所述第三轉(zhuǎn)軸9中部設(shè)有第四轉(zhuǎn)軸10，所述第四轉(zhuǎn)軸10與所述第三轉(zhuǎn)軸9連接。在第四轉(zhuǎn)軸10上設(shè)置一個(gè)抓手11。在所述抓手上設(shè)置一傳感器12，所述傳感器12用于采集被抓取物的空間位置數(shù)據(jù)。在對(duì)抓取物定位時(shí)， 采用轉(zhuǎn)換坐標(biāo)的矩陣方程來(lái)計(jì)算空間位置。在所述傳感器12附近設(shè)有PLC13，所述PLC13 用于當(dāng)所述傳感器12采集的數(shù)據(jù)輸送到所述PLC13，所述PLC13計(jì)算被抓取物的空間位置， 并驅(qū)動(dòng)所述自動(dòng)取料機(jī)器手來(lái)實(shí)施抓取的動(dòng)作，整個(gè)流程的程序簡(jiǎn)單而且快捷易操作。
進(jìn)一步，所述第一轉(zhuǎn)軸3、第二轉(zhuǎn)軸7、第三轉(zhuǎn)軸9和第四轉(zhuǎn)軸10內(nèi)部各設(shè)有一電機(jī)，所述電機(jī)采用帶編碼器的步進(jìn)電機(jī)，用于轉(zhuǎn)軸的驅(qū)動(dòng)；所述電機(jī)由所述PLC控制。此外， 所述氣缸6采用直線伸縮氣缸，用于給所述活塞桿5提供動(dòng)力。所述抓手11采用氣抓結(jié)構(gòu)， 用于控制工件。當(dāng)工件輸送到位后，機(jī)器手開(kāi)始工作，可精確定位、調(diào)節(jié)速度精確完成取料、 送料工作。
在本發(fā)明的具體實(shí)施方式
中，物品運(yùn)送過(guò)來(lái)時(shí)，先由所述傳感器12感應(yīng)到被抓取的物體，采集被抓取物的空間位置數(shù)據(jù)，運(yùn)用轉(zhuǎn)換坐標(biāo)的矩陣方程來(lái)計(jì)算空間位置。然后將所述傳感器12采集的數(shù)據(jù)輸送到所述PLC13，所述PLC13可控制器計(jì)算被抓取物的空間位置，并驅(qū)動(dòng)所述自動(dòng)取料機(jī)械手來(lái)實(shí)施抓取的動(dòng)作。接著，根據(jù)被抓取物的空間位置，所述縱向滑動(dòng)軌道1和所述橫向滑動(dòng)軌道2運(yùn)動(dòng)，隨之所述第一轉(zhuǎn)軸3內(nèi)部的電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，并帶動(dòng)所述旋轉(zhuǎn)盤4，以轉(zhuǎn)動(dòng)所述自動(dòng)取料機(jī)械手的位置。再由所述氣缸6運(yùn)行，以給所述活塞桿 5提供動(dòng)力，使得所述活塞桿5上下運(yùn)動(dòng)，從而使所述自動(dòng)取料機(jī)械手達(dá)到所需的高度。再由所述第二轉(zhuǎn)軸7內(nèi)部的電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，并帶動(dòng)所述手臂8轉(zhuǎn)動(dòng)。再由所述第三轉(zhuǎn)軸9內(nèi)部的電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)所述第四轉(zhuǎn)軸10轉(zhuǎn)動(dòng)，讓所述抓手11到達(dá)物品處，并抓取物品。
在本發(fā)明具體實(shí)施例中，本發(fā)明利用電力電子技術(shù)、氣液電傳動(dòng)、機(jī)械制造與自動(dòng)控制等相關(guān)專業(yè)知識(shí)，制造了一種能夠自動(dòng)取料送料的高壓汞燈線圈流水線機(jī)器手。執(zhí)行機(jī)構(gòu)由手部(所述抓手)、腕部(由所述第一轉(zhuǎn)軸、第二轉(zhuǎn)軸、第三轉(zhuǎn)軸和第四轉(zhuǎn)軸實(shí)現(xiàn))、臂部(所述手臂)、行走(由所述縱向滑動(dòng)軌道、橫向滑動(dòng)軌道實(shí)現(xiàn))機(jī)構(gòu)組成，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)通過(guò)氣缸、帶編碼器的步進(jìn)電機(jī)完成。對(duì)于所述自動(dòng)取料機(jī)械手的控制，有點(diǎn)動(dòng)控制和連續(xù)控制兩種方式。但是，為了可精確定位的且基于數(shù)字化控制，本發(fā)明則通過(guò)使用傳感器和PLC來(lái)準(zhǔn)確控制所述自動(dòng)取料機(jī)器手進(jìn)行取料，從而能有效代替人工，精準(zhǔn)地完成自動(dòng)取料和送料等工作。
以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。權(quán)利要求
1.一種自動(dòng)取料機(jī)器手，其特征在于，包括縱向滑動(dòng)軌道、橫向滑動(dòng)軌道、第一轉(zhuǎn)軸、旋轉(zhuǎn)盤、活塞桿、氣缸、第二轉(zhuǎn)軸、手臂、第三轉(zhuǎn)軸、第四轉(zhuǎn)軸、抓手、傳感器和可程序邏輯控制器；在一平臺(tái)上先設(shè)置一個(gè)縱向滑動(dòng)軌道，在所述縱向滑動(dòng)軌道上設(shè)置一個(gè)橫向滑動(dòng)軌道， 所述橫向滑動(dòng)軌道嵌入在所述縱向滑動(dòng)軌道的凹槽內(nèi)；在所述橫向滑動(dòng)軌道上設(shè)有第一轉(zhuǎn)軸，所述第一轉(zhuǎn)軸與所述橫向滑動(dòng)軌道連接；在所述第一轉(zhuǎn)軸上設(shè)置一旋轉(zhuǎn)盤；在所述旋轉(zhuǎn)盤上設(shè)置活塞桿，所述活塞桿與所述旋轉(zhuǎn)盤固定連接；在所述活塞桿上套有一個(gè)氣缸，所述氣缸與所述活塞桿固定連接；在所述氣缸上設(shè)置第二轉(zhuǎn)軸，所述第二轉(zhuǎn)軸與所述氣缸固定連接；在所述第二轉(zhuǎn)軸旁邊設(shè)置一手臂，所述手臂與所述第二轉(zhuǎn)軸連接；在所述手臂上設(shè)置第三轉(zhuǎn)軸，在所述第三轉(zhuǎn)軸中部設(shè)有第四轉(zhuǎn)軸，所述第四轉(zhuǎn)軸與所述第三轉(zhuǎn)軸連接；在第四轉(zhuǎn)軸上設(shè)置一個(gè)抓手；在所述抓手上設(shè)置一傳感器，所述傳感器用于采集被抓取物的空間位置數(shù)據(jù)；在所述傳感器附近設(shè)有可程序邏輯控制器，所述可程序邏輯控制器用于計(jì)算被抓取物的空間位置，并驅(qū)動(dòng)所述自動(dòng)取料機(jī)械手來(lái)實(shí)施抓取的動(dòng)作。
2.如權(quán)利要求1所述的自動(dòng)取料機(jī)器手，其特征在于，所述第一轉(zhuǎn)軸、第二轉(zhuǎn)軸、第三轉(zhuǎn)軸和第四轉(zhuǎn)軸內(nèi)部各設(shè)有一電機(jī)，所述電機(jī)采用帶編碼器的步進(jìn)電機(jī)，用于轉(zhuǎn)軸的驅(qū)動(dòng)； 所述電機(jī)由所述可程序邏輯控制器控制。
3.如權(quán)利要求1所述的自動(dòng)取料機(jī)器手，其特征在于，所述氣缸采用直線伸縮氣缸，用于給所述活塞桿提供動(dòng)力。
4.如權(quán)利要求1所述的自動(dòng)取料機(jī)器手，其特征在于，所述抓手采用氣爪結(jié)構(gòu)，用于控制工件。
全文摘要
本發(fā)明涉及機(jī)械制造領(lǐng)域和機(jī)電自動(dòng)化領(lǐng)域，是一種數(shù)字化控制的自動(dòng)取料機(jī)械手，它包括縱向滑動(dòng)軌道、橫向滑動(dòng)軌道、第一轉(zhuǎn)軸、旋轉(zhuǎn)盤、活塞桿、氣缸、第二轉(zhuǎn)軸、手臂、第三轉(zhuǎn)軸、第四轉(zhuǎn)軸、抓手、傳感器和可程序邏輯控制器。本發(fā)明不僅能在自動(dòng)生產(chǎn)線中能代替人工，進(jìn)行自動(dòng)取料送料，而且能夠精確定位，從而使自動(dòng)生產(chǎn)保持一致的精度，同時(shí)也提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，節(jié)省了人力成本。
文檔編號(hào)B25J9/16GK102514009SQ20111038001
公開(kāi)日2012年6月27日 申請(qǐng)日期2011年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月25日
發(fā)明者孫超, 張洪亮, 張順龍, 曹冰偉, 朱燕青, 李密, 王俊杰, 黃郴 申請(qǐng)人:上海電機(jī)學(xué)院