專利名稱：粉末冶金齒輪自動精密整型機械手的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種機械手，特別是一種粉末冶金齒輪自動精密整型機械手，屬于沖壓設備自動送料技術領域。
背景技術：
粉末冶金齒輪具有生產成本低、自潤滑和大批量生產的特點，在摩托車、電動工具、汽車等領域得到了廣泛應用。粉末冶金齒輪在燒結以后由于熱變形作用，齒輪的尺寸產生了變化，形成了誤差(基節(jié)誤差和齒形誤差)；燒結以后的齒輪誤差大小與齒輪原料組織成分和燒結工藝有關。
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目前國內的粉末冶金齒輪熱變形比國外大，需要對燒結以后的齒輪用模具進行精密整形，使齒輪滿足使用要求。齒輪精密整形工作目前都由人工完成，即由操作者將齒輪放到整形模具的下沖模上，然后啟動沖床用上沖模完成整形工序。粉末冶金齒輪精密整形工作不僅勞動強度大，而且容易發(fā)生工傷事故；而國外的粉末冶金齒輪在燒結后則沒有精整工序。沖床機械手的應用不僅能提高生產效率，而且可以極大降低工傷事故發(fā)生的風險。沖床機械手應用機器人技術，采用單自由度關節(jié)(轉動副或移動副)構成串聯(lián)機構。根據(jù)實際應用需要，在末端構件上安裝傳感器(例如接近開關)，并應用人工智能技術，使機械手具有一定的智能操作特征。典型的沖床機械手有2R二次元移送機械手、3R三次元移送機械手、單機多工位機械手和獨立伺服中介機械手等。這些機械手通常采用氣動或電機驅動方式，能實現(xiàn)精確的送料動作，位置正負誤差為0. 1-0. 2mm ;物料的抓取采用真空吸盤、電磁吸盤和夾鉗。真空吸盤和電磁吸盤適用于板料的抓取和釋放，現(xiàn)有的通用夾鉗無法抓取齒輪類的物料。粉末冶金齒輪精整所用的是40噸以下的小型沖床，而通用機械手體積大，運動空間過大，難以在精整機上應用。粉末冶金齒輪自動精密整型機械手是一種專用的送料機械手，除了滿足實現(xiàn)送料功能和精確的中心點定位精度以外，還需要滿足齒輪的齒向定位；目前的沖床機械手夾鉗沒有齒輪的齒向定位功能。齒輪抓取原理可以應用圖像處理技術，這是該問題的一個研究方向。但由于未能解決齒輪齒向定位精度問題，因此圖像處理方法并未在實際中應用。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種可取代人工操作工序，實現(xiàn)粉末冶金齒輪精整工序的自動化的粉末冶金齒輪自動精密整型機械手。為了實現(xiàn)上述的技術目的，本發(fā)明應用機器人技術設計一種3自由度的串聯(lián)機械臂。該機械臂由一個回轉副、兩個直線導軌移動副組成；齒輪物料由震動輸送機連續(xù)送至機械手抓取位置，機械手抓取齒輪并快速定位和定向，通過回轉運動送至下沖模上方，然后通過垂直方向的直線運動把齒輪壓入下沖?？诓?。抓取部位采用V形結構和齒條結構設計，V形結構確定齒輪中心位置，齒條結構確定齒輪的齒向。機械手的結構設計特點保證了可以調節(jié)與模具中心的距離，以及通過微調齒條相對V形槽左右位置調節(jié)抓取齒輪的指向。機械手關節(jié)采用導電塑料電位計作為角位移或線位移傳感器，微處理器采用DSP2812芯片。設計回轉分辨率小于I密位，直線運動分辨率小于0. Imm ;應用人工智能技術，使機械手具有傳感器狀態(tài)檢測、齒輪抓取狀態(tài)判斷和沖壓狀態(tài)控制等智能行為；應用觸摸屏通過串口通信實現(xiàn)機械手的操作控制。具體的技術方案為一種粉末冶金齒輪自動精密整型機械手，包括回轉部分和抓取部分，所述回轉部分與抓取部分之間通過接口件連接，其中所述回轉部分包括伺服電機和諧波傳動機構的波發(fā)生器，伺服電機帶動諧波傳動機構的波發(fā)生器，諧波傳動機構通過柔輪輸出減速運動，柔輪帶動軸組件輸出機械手的回轉運動，所述軸組件連接有確定回轉運動絕對位置的轉角傳感器，軸組件上還連接有圓形臂，所述圓形臂的端部連接有接口件；
所述抓取部分包括接口支架，接口支架通過接口件與回轉部分連接，所述接口支架上設置有第一直線電機，第一直線電機帶動第一滑動支架在豎直方向運動，所述第一滑動支架上連接有連接座和支座，所述支座的一端連接有V形爪；所述連接座上固定有第二直線電機，第二直線電機帶動第二滑動支架在水平方向運動，第二滑動支架上連接有由兩齒以上的標準齒條構成齒形爪。齒輪的抓取是采用V形爪和齒形爪的相對直線運動方法，這種方法不僅能可靠抓取齒輪，而且能精確確定齒輪的中心位置和齒向。所述回轉部分包括底座，所述底座上連接有連接套筒，轉角傳感器設置在連接套筒內，連接套筒上連接有軸系座，所述軸組件設置在軸系座內，其兩端通過角接觸球軸承固定，轉角傳感器的轉動部分與軸組件的下端相連接；所述連接套筒上連接有支撐套筒，所述軸組件上部深入到支撐套筒內，在支撐套筒內，軸組件上部通過標準漲套與過渡連接件連接，過渡連接件與諧波傳動機構的柔輪固定連接。所述轉角傳感器與軸組件的下端采用連接漲套連接，其固定端通過柔性支架與底座連接。轉角傳感器與軸組件的下端采用漲緊原理連接，其固定端則通過柔性支架與底座連接，這種連接方式的特點是不僅沒有間隙，而且能由柔性支架的彈性變形使連接軸偏差得到補償。所述諧波傳動機構的傳動比為10-100 ;波發(fā)生器與伺服電機軸采用漲套連接，其特點是沒有間隙。所述支座和V形爪之間可活動調節(jié)；所述齒形爪與第二滑動支架構成可活動調節(jié)的移動副，所述第二滑動支架上還設置有用于固定齒形爪調節(jié)位置的定位塊。這樣，V形爪和齒形爪不僅可調節(jié)而且可以拆卸更換。所述第一滑動支架與滾珠絲桿副的滑動螺母連接，由第一直線電機帶動做直線運動，第二滑動支架與滾珠絲桿副的滑動螺母連接，由第二直線電機帶動做直線運動，由第一直線電機、第二直線電機帶動的兩個直線運動的控制分辨率小于0. 1mm。所述回轉部分與抓取部分之間通過接口件用螺釘連接，回轉部分與抓取部分之間可相對偏轉角度為正負2-3°。所述V形爪上用螺釘連接有尼龍塊，尼龍塊用于擊打已整形的齒輪進入出料斗。本發(fā)明的機械手完全替代了人工操作工序，極大降低了工傷事故發(fā)生的風險；實現(xiàn)了一名操作者同時管理多臺精整機的可能，提高了生產效率，降低了人工成本。應用機械手的精整機工作速度為15-18個/分鐘，與人工最快速度相當，但沒有人工所需休息時間和疲勞感，因此實際的工作效率比人工高許多。如果一名操作者同時管理5臺精整機，按每人每年2-3萬元工資計算，則可為擁有30臺精整機的企業(yè)每年節(jié)省48-72萬元的人工成本。采用自動精整機械手提升了生產設備的技術水平，為企業(yè)提供了潛在的合同增長趨勢。


下面結合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步詳細的說明。圖I為本發(fā)明機械手回轉部分結構示意圖。圖2為本發(fā)明機械手抓取部分結構示意圖。
具體實施例方式本發(fā)明回轉部分結構如圖I所示，底座I與沖床工作平臺通過螺釘連接。連接套筒2與軸系座10連接。轉角傳感器4的固定部分與柔性支架3連接，柔性支架的彈性變形使連接的偏差得到補償；轉角傳感器4的轉動部分與軸組件11相連接；轉角傳感器4的電壓信號表示回轉角度值。連接漲套5保證轉角傳感器4的連接沒有周向間隙。軸系采用兩個角接觸球軸承8兩端固定結構設計，角接觸球軸承8端部設置有軸承端蓋7，密封氈圈6、縫隙密封9保證了密封性能。標準漲套12用于連接過渡連接件13和軸組件11，并保證連接無間隙。諧波傳動機構的傳動比為10-100，其柔輪14與過渡連接件13通過螺釘連接固定。剛輪16與支撐套筒15徑向配合連接，與柔輪14滿足同軸度00. 1_，并通過螺釘與支撐套筒15緊固。波發(fā)生器18與銷軸17使用平鍵連接，與伺服電機20軸使用漲套19連接。圓形臂22與軸組件11用螺釘連接，圓形臂22的另一端與接口件21采用螺釘連接。抓取部分結構如圖2所示，尼龍塊31用螺釘連接在V形爪32上，用于擊打已整形的齒輪33進入出料斗。齒形爪34由兩齒以上的標準齒條構成，實現(xiàn)對齒輪33的抓取同時對齒輪33進行準確定向。齒形爪34與第二滑動支架35構成移動副，可以調節(jié)抓取齒輪33的齒向，保證與下沖模的齒向一致。定位塊36用于固定齒形爪34的調節(jié)位置。支座37固連在第一滑動支架44上，隨第一滑動支架44上下運動；支座37和V形爪32的連接設計成可調節(jié)，通過連接槽和腰形孔調節(jié)V形爪32與回轉中心的距離。這樣，V形爪32和齒形爪34不僅可調節(jié)而且可以拆卸更換。第二滑動支架35分別與第二滾珠滑塊38和滑動螺母39用螺釘連接，由第二直線電機40帶動做直線運動，實現(xiàn)機械爪的抓取和釋放動作。第二直線電機40用螺釘固定在連接座41上，連接座41的制造精度保證滑動絲桿與滾珠導軌的平行度要求。連接座41上還設置有線性傳感器42。第一滑動支架44用螺釘固定在第一滾珠滑塊43上，由第一直線電機45帶動實現(xiàn)豎直方向的直線運動。接口支架46與圖I中的接口件21用螺釘連接，并可以調節(jié)圖2部分的水平狀態(tài)。圖I回轉部分和圖2抓取部分便結合起來，回轉部分與抓取部分之間可相對偏轉角度為正負2-3°。第一滑動支架44與滾珠絲桿副的滑動螺母連接，這樣便可以通過第一直線電機45帶動在豎直方向運動，與第一滑動支架44連接的第一滾珠滑塊43沿導向桿滾動移動，確保了準確定位。同理，第二滑動支架35與滾珠絲桿副的滑動螺母39連接，通過第二直線電機40帶動在水平方向運動，與第一滑動支架44連接的第一滾珠滑塊43沿導向桿滾動移動。電機20運動帶動諧波傳動機構的波發(fā)生器18，由柔輪14輸出減速運動，柔輪14帶動軸組件11輸出機械手的回轉運動。軸系采用兩個角接觸球軸承8兩端固定結構設計，并由墊圈預緊，滿足輸出精確的回轉運動要求。轉角傳感器4確定回轉運動的絕對位置。應用第一直線電機45和第二直線電機40實現(xiàn)兩個互相垂直的直線運動，兩個直線運動的控制分辨率小于0. 1mm。應用滾珠絲桿副保證了運動的精確性和零部件的使用壽命，從而在機械機構設計方面保證了機械手送料工序的準確定位和定向。V形爪32和齒形爪34都是可調節(jié)的，適合V形爪32和齒形爪34分別與模具中心位置和齒向準確定位的調難
iF. O
上述實施例不以任何方式限制本發(fā)明，凡是采用等同替換或等效變換的方式獲得的技術方案均落在本發(fā)明的保護范圍內。
權利要求
1.一種粉末冶金齒輪自動精密整型機械手，其特征在于包括回轉部分和抓取部分，所述回轉部分與抓取部分之間通過接口件(21)連接，其中 所述回轉部分包括伺服電機(20)和諧波傳動機構的波發(fā)生器(18)，伺服電機(20)帶動諧波傳動機構的波發(fā)生器(18)，諧波傳動機構通過柔輪(14)輸出減速運動，柔輪(14)帶動軸組件(11)輸出機械手的回轉運動，所述軸組件(11)連接有確定回轉運動絕對位置的轉角傳感器(4)，軸組件(11)上還連接有圓形臂(22)，所述圓形臂(22)的端部連接有接口件(21)； 所述抓取部分包括接口支架(46 )，接口支架(46 )通過接口件(21)與回轉部分連接，所述接口支架(46)上設置有第一直線電機(45)，第一直線電機(15)帶動第一滑動支架(44)在豎直方向運動，所述第一滑動支架(44 )上連接有連接座(31)和支座(37 )，所述支座(37 )的一端連接有V形爪(32);所述連接座(41)上固定有第二直線電機(40)，第二直線電機(40)帶動第二滑動支架(35)在水平方向運動，第二滑動支架(35)上連接有由兩齒以上的標準齒條構成齒形爪(34)。
2.根據(jù)權利要求I所述的粉末冶金齒輪自動精密整型機械手，其特征在于所述回轉部分包括底座(1)，所述底座(I)上連接有連接套筒(2)，轉角傳感器(4)設置在連接套筒(2)內，連接套筒(2)上連接有軸系座(10)，所述軸組件(11)設置在軸系座(10)內，其兩端通過角接觸球軸承(8)固定，轉角傳感器(4)的轉動部分與軸組件(11)的下端相連接；所述連接套筒(2)上連接有支撐套筒(15)，所述軸組件(11)上部深入到支撐套筒(15)內，在支撐套筒(15)內，軸組件(11)上部通過標準漲套(12)與過渡連接件(13)連接，過渡連接件(13)與諧波傳動機構的柔輪(14)固定連接。
3.根據(jù)權利要求2所述的粉末冶金齒輪自動精密整型機械手，其特征在于所述轉角傳感器(4)與軸組件(11)的下端采用連接漲套(5)連接，其固定端通過柔性支架(3)與底座(I)連接。
4.根據(jù)權利要求I所述的粉末冶金齒輪自動精密整型機械手，其特征在于所述諧波傳動機構的傳動比為10-100 ;波發(fā)生器(18)與伺服電機(20)軸采用漲套(19)連接。
5.根據(jù)權利要求I所述的粉末冶金齒輪自動精密整型機械手，其特征在于所述支座(37)和V形爪(32)之間可活動調節(jié)；所述齒形爪(34)與第二滑動支架(35)構成可活動調節(jié)的移動副，所述第二滑動支架(35)上還設置有用于固定齒形爪(34)調節(jié)位置的定位塊(36)。
6.根據(jù)權利要求I所述的粉末冶金齒輪自動精密整型機械手，其特征在于所述第一滑動支架(44)與滾珠絲桿副的滑動螺母連接，由第一直線電機(45)帶動做直線運動，第二滑動支架(35)與滾珠絲桿副的滑動螺母(39)連接，由第二直線電機帶動做直線運動，由第一直線電機(45)、第二直線電機(40)帶動的兩個直線運動的控制分辨率小于0. 1mm。
7.根據(jù)權利要求I所述的粉末冶金齒輪自動精密整型機械手，其特征在于所述回轉部分與抓取部分之間通過接口件(21)用螺釘連接，回轉部分與抓取部分之間可相對偏轉角度為正負2-3°。
8.根據(jù)權利要求I所述的粉末冶金齒輪自動精密整型機械手，其特征在于所述V形爪(32)上用螺釘連接有尼龍塊(31)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種粉末冶金齒輪自動精密整型機械手，該機械手應用機器人技術，設計一種3自由度的串聯(lián)機械臂，其由一個回轉副、兩個直線導軌移動副組成，齒輪物料由震動輸送機連續(xù)送至機械手抓取位置，機械手抓取齒輪并快速定位和定向，通過回轉運動送至下沖模上方，然后通過垂直方向的直線運動把齒輪壓入下沖?？诓?，抓取部位采用V形結構和齒條結構設計，V形結構確定齒輪中心位置，齒條結構確定齒輪的齒向，機械手的結構保證了可以調節(jié)與模具中心的距離，以及通過微調齒條相對V形槽左右位置調節(jié)抓取齒輪的指向，本發(fā)明完全替代了人工操作工序，極大減低了工傷事故發(fā)生的風險，提高了生產效率，降低了人工成本。
文檔編號B25J15/08GK102794762SQ20121030418
公開日2012年11月28日 申請日期2012年8月24日 優(yōu)先權日2012年8月24日
發(fā)明者張龍, 鄒德華, 王筱莉, 申小平, 唐燕輝, 莊文許 申請人:常熟市華德粉末冶金有限公司