CN203875239U - 一种高速冲压长悬臂模块化上下料直角坐标机器人装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种高速冲压长悬臂模块化上下料直角坐标机器人装置，尤其涉及一种结构可重构化、控制简单、成本低廉的高速冲压长悬臂模块化上下料直角坐标机器人。机器人本体结构包括X轴、Z轴及悬臂轴三个直线模组运动单元，此外考虑到现有冲压机床特点，在设计的三自由度直角坐标机器人的悬臂轴上添加辅助气缸，实现悬臂大跨度冲压件的加工。X轴、Z轴及悬臂轴三个直线单元呈现空间垂直分布状态，各个直线模组运动单元主要是通过电机与联轴器及丝杆相连接，电机在旋转过程中将旋转运动转化成四杆螺母副及工作台滑块的直线运动，从而带动负载的来回运动，同时在悬臂轴添加辅助气缸及支持板，有效的解决现有机床冲压悬臂过长的问题。悬臂轴末端执行器（吸盘）通过辅助支持板及滑块和导轨机构与气缸相连，以此来完成冲压件的上下料工作。

Description

一种高速冲压长悬臂模块化上下料直角坐标机器人装置

技术领域

本实用新型涉及一种高速冲压长悬臂模块化上下料直角坐标机器人装置，尤其涉及用于冲压件上下料搬运领域。 

背景技术

机器人是集电子、自动化、计算机、人工智能等为一体针对工业行业的多关节或多自由度的自动化设备。机器人因具有操作灵活，智能化水平较高，能满足工业产品多样化需求，当前在冲压制造业得到极大的发展。工业机器人的应用，在降低成本，提高产品加工效率和产品质量等方面较传统生产方式有很大优势；同时在减轻劳动强度，减少资源消耗，加快产品升级换代等方面具有非常重要的作用。目前应用于冲压的机器人多数属于多自由度关节型机器人，其具有柔性好、灵活度高、速度快等特点，但缺点是造价昂贵、维护负载、控制复杂，结构稳定性差，因此对于中小企业来说采用多自由度关节型机器人不是最佳选择，而直角坐标型冲压机器人因其控制简单、精度高、速度快等特点在冲压上下料、注塑、喷涂等领域得到广泛应用，其成本低廉，同时可以完成多自由度关节型机器人所能完成的工作，因此对于国内中小企业来说是一种最佳选择方式。目前冲压领域的直角坐标机器人主要采用龙门式及悬挂式结构，专利公开号：CN 102085565A，悬臂直角坐标机器人由于其特殊性应用较少，本实用新型根据现有冲压机床特点设计长悬臂上下料机器人装置。 

发明内容

本实用新型需要解决的实际问题是针对四柱液压机作业范围较大，采用其他机器人容易发生干涉现象而自主开发一种结构简单，速度快，精度高、响应快、经济成本低廉的空间长悬臂直角坐标机器人，来解决中小型冲压件上下料较长距离悬臂输送的问题。 

为了解决该问题，本实用新型提出的技术方案是：设计一种结构模块化、控制简单、成本低廉的能够满足四柱液压冲压机床长悬臂的快速上下料自动化装置。本体结构包括三个互相垂直的直线模组运动单元，各单元由电机、联轴器、丝杆、丝杆螺母副、工作台滑块、导轨、轴承、电机传动座、轴承支撑座、直线单元底板、盖板组成，同时为解决悬臂过长问题，在结构的悬臂轴上添加有效行程为400mm的辅助气缸及末端执行器（吸盘）等结构完成有效行程900mm的长距离输送工作，具体方案为：一种高速冲压长悬臂模块化上下料直角坐标机器人装置，包括悬臂轴模组运动单元、X轴模组运动单元、Z轴模组运动单元、气缸辅助上下料装置、电源线及信号线安装装置，其中所述气缸辅助上下料装置包括气缸、支撑板、辅助导轨及滑块、吸盘，其特征在于：所述的高速冲压长悬臂模块化上下料直角坐标机器人装置X轴与Z轴之间，Z轴与悬臂轴之间通过连接板相连，X轴、Z轴及悬臂轴三轴相互垂直，Z轴通过连接板固定在X轴上的运动滑块上，所述悬臂轴通过十字型连接板固定在Z轴上下运动的滑块上，此外在悬臂轴滑块上固定一个支撑板，在支撑板上安装一个轻型气缸，吸盘末端执行器部分通过辅助导轨及气缸固定在整个辅助装置的末端。 

X轴固定在机器人支撑台上，Z轴通过带有对称斜支撑的支撑板固定在X轴模组工作台滑块上。悬臂轴（Y轴）通过十字型连接板固定在垂直安装的Z轴活动工作台滑块上，在悬臂轴（Y轴）轴活动滑块上固定气缸及上下料辅助装置。 

根据前面叙述，三个运动模组单元两两垂直，电机起动后，通过联轴器将电机的旋转传递给丝杆，丝杆的选旋转带动丝杆螺母及与丝杆螺母固定的活动工作台来回运动，从而带动固定在活动工作滑块上的Z轴运动，Z轴电机运转时，通过同样的工作原理将带动悬臂梁做上下来回运动，当悬臂轴（Y轴）运动时，滑块的往返运动带动固定在Y轴滑块上的支持板及气缸左右运动。 

进一步的，冲压件上下料自动化装置是包括气缸、辅助滑块及导轨、辅助固定板、吸盘连接板及吸盘等部件组成。气缸在空压机供应气源后不断的伸缩，当气缸伸长时活塞杆向前运动，通过辅助导轨装置推动整个支撑板及吸盘向前运动吸取工件，气缸活塞杆收缩时，带动吸盘及支持装置收回，以此来完成冲压件的长距离输送。 

进一步的阐述，吸盘装置主要包括吸盘、过滤器、电磁阀等组件。在空压机及启动元件的配合下，通过压缩真空产生负压完成内胆原片的吸附工作。 

本实用新型的优点在于：一方面直角悬臂直角坐标机器人具有精度高、伺服系统响应速度快、结构简单、经济成本低廉、结构重构化等特点；另一方面三轴可以根据需要选择不同形成的模组单元，同时可以选取不同有效行程的气缸完成长距离的物料输送；此外机器人末端执行器根据需要可以快速跟换不同类型的夹持器完成不同工件的上下料工作，方便快捷、及时高效。 

附图说明

图1冲压直角坐标机器人实物图 

图2 X/Z轴模组运动模组单元

图3气缸辅助装置俯视图

图1-图3中，1-吸盘，2-吸盘紧固板，3-气缸，4-气缸紧固板，5-Y轴拖链，6-YZ连接板，7-Z轴模组，8-Z轴拖链，9-Y轴模组，10-Z轴拖链，11-XZ固定板，12-X轴拖链，13-X轴模组，21-支撑座，22-左极限开关，23-导轨，24-缓冲块，25-丝杆，26-滑块，27-丝杆螺母，28-挡板，29-零点开关，,30-右极限开关，31-传动座挡板，32-联轴器，33-电机传动座，34-电机，301-辅助支撑板。302-滑块，303-辅助导轨，304-悬臂轴支撑板，305-气缸，306-吸盘支撑板。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型涉及一种电饭锅拉深工艺用高速长悬臂模块化上下料机器人，其包括三个运动模组单元：X轴、Z轴及悬臂轴。工作过程中三轴既可独立运动，也可三轴联动，三个模组模组运动单元的组成及工作原理相同。各个线性模组如图2所示，各个模组运动单元有电机(34)、梅花联轴器(32)、丝杆螺母组件(27，28)、支撑板组件(21，24)、气缸（3）吸盘（1）组件组成。三个轴模组运动单元设置有固定连接板装置，所述固定连接板装置结构为：带有斜支撑对称块的X轴、Z轴固定支撑板和十字型支撑板，带斜支撑的支撑板低端固定在X轴单元的运动滑块上，另一端固定在Z轴单元底板上，十字型支撑板通过板上的螺纹孔与竖直方向的Z轴相连接，其连接关系为：所述的高速冲压长悬臂模块化上下料直角坐标机器人装置X轴与Z轴之间，Z轴与悬臂轴之间通过连接板相连，X轴、Z轴及悬臂轴三轴相互垂直，Z轴通过连接板固定在X轴上的运动滑块上，所述悬臂轴通过十字型连接板固定在Z轴上下运动的滑块上，此外在悬臂轴滑块上固定一个支撑板，在支撑板上安装一个轻型气缸，吸盘末端执行器部分通过辅助导轨及气缸固定在整个辅助装置的末端，所述三个运动模组单元是相互独立的，每一个单元的电机通过联轴器与滚珠丝杆螺母副相连，在丝杆两端通过轴承连接电机传动座及支持座，将所有的附件固定在单元的底板上，电机起动，通过联轴器将电机旋转转化成丝杆的选择最终带动丝杆螺母副滑块在丝杆上做直线来回运动，从而带动整个工作台滑块装置运动，工作原理是：伺服电机（34）的转动带动梅花联轴器（32）的旋转，随后将旋转运动通过丝杆传递个四杆螺母副（27，28）上的螺母副及滑块（26），迫使滑块（26）及与滑块固连的工作台来回做直线运动，Z轴在电机刹车的作用下上下来回运动，通过运动控制卡控制三个模组单元（X轴的前后，悬臂轴的左右、Z轴的上下运动）的运动来定位冲压模具的位置完成电饭锅内胆的快速、及时准确的抓取。 

竖直方向的Z轴模组模组运动单元工作原理及组成同X轴一致。机器人在上下料时，Z轴通过固定在该轴滑块（26）上的十字型连接板（6）固定悬臂轴，通过电机的旋转带动滑块组件上下移动。悬臂轴的组成包括：小型伺服电机（34）、联轴器（32）、丝杆（25）、丝杆螺母副（27，28）及电机传动座（33）组成。电机运转后其工作原理同X轴和Z轴。 

机器人上下料装置如图3所示。长悬臂上下料机器人在上料时，机器人Z轴（5）下行到一定的高度，通过正限位开关（30）、负限位开关（29）及零点开关（22）来控制运动模组单元的行程安全。Z轴滑块下行过程中悬臂轴跟随做下行运动，在此过程中，固接在悬臂轴滑块（8）上的气缸支撑板（304）、辅助导轨（303）、辅助滑块（302）及辅助支撑（301）也随之下行到一定距离，于此同时，气缸（305）带动吸盘（1）装置缩回吸取传送带输送过来的冲压元件，压缩机运转，通过电磁阀等元器件控制完成工件的吸附上料工作。机器人在工作过程中将电源线、编码器线、电机刹车线、信号采集线等组件放入专用安装设备拖链中（2，4）。该拖链线盒装置可以随各个滑块随性，操作灵活简单，易于保护电路，反正电线缠绕影响设备的正常运行。 

气缸及吸盘组件上下料装置如图3俯视图三维空间缺省图所示：轻型气缸（305）通过气缸支撑板（304）连接在悬臂轴运动滑块（8）上，同时在支撑板（304）的对侧安装辅助导轨（303）及滑块（302），吸盘（11）及吸盘支撑板（306）在辅助导轨（303）和支撑板（304）及气缸的支持下进行吸料工作。悬臂轴（5）上运动时，带动滑块工作台（26）来回运动，随之固定在滑块工作台上的支撑板（304）及气缸组件（图3所示）也来回运动，在此工作过程中辅助导轨（303）及辅助滑块（302）固定在悬臂轴支撑板（304）上，当运动一定的距离时，气缸（305）在气源及电磁阀控制装置的作用下通过活塞杆推动吸盘（11）及吸盘固定装置（306）伸长来释放吸取的冲压工件（1）完成下料工作。亦即：所述上下料辅助装置通过气缸活塞杆顶端的螺母副及添加的辅助支撑板及滑块固定，整个上下料辅助装置及气缸通过滑块连接板与悬臂轴移动滑块固连，悬臂轴滑块在运动过程中带动整个上下料辅助来回运动，实现空间长跨距上下料。工作过程中辅助导轨及滑块、辅助支撑板及悬臂轴支撑板一起固定在悬臂轴滑块上做来回运动，同时气缸借助辅助支撑板及悬臂支撑板固定，在气源作用下沿着辅助导轨来回运动，从而实现快速长距离输送冲压工作上下任务。 

本实用新型专利涉及一种长悬臂上下料机器人，其长悬臂问题是一个技术难点和热点，目前国内外悬臂轴悬臂轴的最大有效行程为650mm，考虑到现有企业冲压机床的特点，大胆尝试应用短、中程轻型气缸对悬臂轴进行二次嫁接，突破长悬臂等技术瓶颈。长悬臂上下料机器人会因工作工程中悬臂过长及气缸来回伸缩造成系统的刚度和稳定性不足，本实用新型专利采用克隆选择优化算法优化出满足强度及刚度符合工程需要的机器人悬臂轴底板结构。 

一种高速冲压长悬臂模块化上下料直角坐标机器人长主要技术参数 

X、Y、Z三轴台达伺服电机，功率分别为750W/400W/750W；

三轴的速度范围500mm/s~1000mm/s；

机器人的运动空间为600mm 900mm600mm；

气缸的有效行程为400mm；

机器人重复定位精度0.01mm~0.05mm。

Claims (5)

1.一种高速冲压长悬臂模块化上下料直角坐标机器人装置，包括悬臂轴模组运动单元、X轴模组运动单元、Z轴模组运动单元、气缸辅助上下料装置、电源线及信号线安装装置，其中所述气缸辅助上下料装置包括气缸、支撑板、辅助导轨及滑块、吸盘，其特征在于：所述的高速冲压长悬臂模块化上下料直角坐标机器人装置的X轴与Z轴之间，Z轴与悬臂轴之间通过连接板相连，X轴、Z轴及悬臂轴三轴相互垂直，Z轴通过连接板固定在X轴上的运动滑块上，所述悬臂轴通过十字型连接板固定在Z轴上下运动的滑块上，此外在悬臂轴滑块上固定一个支撑板，在支撑板上安装一个轻型气缸，吸盘末端执行器部分通过辅助导轨及气缸固定在整个辅助装置的末端。

 

2.如权利要求1所述的高速冲压长悬臂模块化上下料直角坐标机器人装置，其特征在于：所述悬臂轴模组运动单元、X轴模组运动单元、Z轴模组运动单元是相互独立的，每一个模组运动单元的电机通过联轴器与滚珠丝杆螺母副相连，在丝杆两端通过轴承连接电机传动座及支撑座，将所有的附件固定在单元的底板上，电机起动，通过联轴器将电机旋转转化成丝杆的旋转最终带动丝杆螺母副滑块在丝杆上做直线来回运动，从而带动整个工作台滑块装置运动。

 

3.如权利要求1或2所述的高速冲压长悬臂模块化上下料直角坐标机器人装置，其特征在于：所述气缸辅助上下料装置通过气缸活塞杆顶端的螺母副及添加的辅助支撑板及滑块固定，整个气缸辅助上下料装置及气缸通过滑块连接板与悬臂轴移动滑块固连，悬臂轴滑块在运动过程中带动整个气缸辅助上下料装置来回运动，实现空间长跨距上下料。

 

4.如权利要求1或2所述高速冲压长悬臂模块化上下料直角坐标机器人装置，其特征在于：所述悬臂轴模组运动单元、X轴模组运动单元、Z轴模组运动单元设置有固定连接板装置，所述固定连接板装置结构为：带有斜支撑对称块的X轴、Z轴固定支撑板和十字型支撑板，带斜支撑的支撑板底端固定在X轴单元的运动滑块上，另一端固定在Z轴模组运动单元底板上，十字型支撑板通过板上的螺纹孔与竖直方向的Z轴相连接。

 

5.如权利要求1所述高速冲压长悬臂模块化上下料直角坐标机器人装置，其特征在于：工作过程中辅助导轨及滑块、辅助支撑板及悬臂轴支撑板一起固定在悬臂轴滑块上做来回运动，同时气缸借助辅助支撑板及悬臂支撑板固定，在气源作用下沿着辅助导轨来回运动，从而实现快速长距离输送冲压工作上下任务。