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一種沖壓上料機器人的制作方法

文檔序號:12440487閱讀:327來源:國知局
一種沖壓上料機器人的制作方法與工藝

本發(fā)明涉及上料機械設備技術領域,具體地說是一種沖壓上料機器人。



背景技術:

沖壓生產(chǎn)是機械加工和制造過程中一種重要的成型制造技術,廣泛應用于汽車、機械、電器、儀表及航空等行業(yè)。沖壓行業(yè)是危險性高和工作環(huán)境差的行業(yè),急需用沖壓上料機器人代替人做某些單調(diào)、頻繁和重復的長時間作業(yè)。

目前,我國沖壓上料機器人的使用主要集中在一些大型企業(yè),廣泛使用多自由度關節(jié)型機器人,雖然靈活性好、精度高,但其效率不高、成本投入較高。少自由度沖壓上料機器人結構簡單,運動速度快,但一般負載較輕、定位精度較低。



技術實現(xiàn)要素:

針對上述技術的不足,本發(fā)明提出了適用于抓取大件的一種沖壓上料機器人,采用伺服驅動,精度高,動作快;采用滾珠絲杠螺母機構、直線軸承和直線滾動導軌結構,摩擦阻力小,動作靈活;采用斜拉式氣缸平衡懸臂重量,使其運動平穩(wěn),懸臂彎曲變形減少;采用四根導柱導向,可承受較大的偏重力矩,從而可抓取大質(zhì)量工件。

一種沖壓上料機器人,包括底座、轉動裝置、大臂上下鉛垂運動裝置、小臂伸縮裝置、小臂末端手抓水平面內(nèi)轉動裝置、重力平衡裝置、控制系統(tǒng)。

所述轉動裝置安裝在底座上。所述大臂上下鉛垂運動裝置與轉動裝置相連,并位于轉動裝置上方。所述小臂伸縮裝置垂直安裝在大臂上下鉛垂運動裝置一側。所述小臂末端手抓水平面內(nèi)轉動裝置安裝在小臂伸縮裝置內(nèi)。所述重力平衡裝置安裝在大臂上下鉛垂運動裝置上端,并與小臂伸縮裝置相連,調(diào)節(jié)小臂伸縮裝置的平衡。所述控制系統(tǒng)與上述各部分均相連,用于控制上述各部分內(nèi)的執(zhí)行機構。

所述轉動裝置包括伺服電機Ⅰ、減速器、交叉圓柱滾子軸承、轉盤,所述交叉圓柱滾子軸承通過軸承座固定安裝于底座上,所述伺服電機Ⅰ固定于減速器上,所述減速器固定連接于軸承座上,所述轉盤通過鍵與減速器輸出軸連接,所述轉盤與交叉圓柱滾子軸承內(nèi)圈固定,所述交叉圓柱滾子軸承外圈與軸承座固定連接。

所述大臂上下鉛垂運動裝置包括兩個角接觸球軸承Ⅰ、深溝球軸承Ⅰ、以及通過連接座固定連接在支承機架上端的伺服電機Ⅱ,所述伺服電機Ⅱ前端設有轉軸Ⅰ,所述轉軸Ⅰ上安裝有聯(lián)軸器Ⅰ,所述聯(lián)軸器Ⅰ前端連接有滾珠絲杠Ⅰ,所述滾珠絲杠Ⅰ通過兩個角接觸球軸承Ⅰ及深溝球軸承Ⅰ安裝在支承機架上,所述支承機架固定連接在轉盤連接件上,所述轉盤連接件固定連接在轉盤上,所述滾珠絲杠Ⅰ上連接有滾珠絲杠螺母Ⅰ,所述滾珠絲杠螺母Ⅰ固定在大臂連接架上,所述大臂連接架上通過4個直線軸承連接有4根導柱,所述4根導柱固定連接在支承機架上下兩端。所述4根導柱相對于滾珠絲杠Ⅰ對稱布置,對稱分布的結構既可起到導向作用,又可承受較大的偏重力矩。

所述小臂伸縮裝置包括兩個角接觸球軸承Ⅱ、深溝球軸承Ⅱ以及伺服電機Ⅲ,所述伺服電機Ⅲ固定連接于支承座上,所述支承座固定連接于大臂連接架上端,所述伺服電機Ⅲ前端設有轉軸Ⅱ,所述轉軸Ⅱ上安裝有聯(lián)軸器Ⅱ,所述聯(lián)軸器Ⅱ前端連接有滾珠絲杠Ⅱ,所述滾珠絲杠Ⅱ通過兩個角接觸球軸承Ⅱ及深溝球軸承Ⅱ安裝在大臂連接架上,所述滾珠絲杠Ⅱ上連接有滾珠絲杠螺母Ⅱ,所述滾珠絲杠螺母Ⅱ固定連接在支架座上,所述支架座固定連接有小臂連接架,所述小臂連接架固定在直線滾動導軌滑塊上,所述直線滾動導軌滑塊連接于直線滾動導軌滑座上,所述直線滾動導軌滑座固定連接于大臂連接架下端。

所述小臂末端手抓水平面內(nèi)轉動裝置包括深溝球軸承Ⅲ、深溝球軸承Ⅳ、直角減速器以及伺服電機Ⅳ,所述伺服電機Ⅳ固定連接在小臂連接架左端,所述伺服電機Ⅳ前端設有轉軸Ⅲ,所述轉軸Ⅲ上安裝有聯(lián)軸器Ⅲ,所述聯(lián)軸器Ⅲ前端連接有軸,所述軸通過深溝球軸承Ⅲ、深溝球軸承Ⅳ安裝在小臂連接架上,所述軸前端與直角減速器運動輸入端相連,所述直角減速器固定連接在小臂連接架右端。

所述重力平衡裝置包括兩個氣缸,所述兩個氣缸通過兩個鉸接架鉸接于兩個支座上,所述兩個支座固定連接在支承機架上端面,所述兩個氣缸前端設有兩個活塞桿,所述兩個活塞桿前端通過兩個轉銷鉸接于大臂連接架上。所述兩個氣缸為傾斜布置,并對稱安裝在大臂連接架兩側,重力平衡裝置可減輕重力對運動平穩(wěn)性的影響,避免控制系統(tǒng)失電時,運動部件因重力而下滑,同時還可減少懸臂的變曲變形,提高定位精度。

所述控制系統(tǒng)包括控制柜體、電源模塊、PLC控制器模塊、第一軸運動控制模塊、第二軸運動控制模塊、第三軸運動控制模塊、第四軸運動控制模塊、第一軸驅動器、第二軸驅動器、第三軸驅動器、第四軸驅動器、伺服電機Ⅰ、伺服電機Ⅱ、伺服電機Ⅲ、伺服電機Ⅳ、第一軸參考位置傳感器、第二軸參考位置傳感器、第三軸參考位置傳感器、第一軸正限位傳感器、第二軸正限位傳感器、第三軸正限位傳感器、第一軸負限位傳感器、第二軸負限位傳感器、第三軸負限位傳感器,所述電源模塊、PLC控制器模塊、第一軸運動控制模塊、第二軸運動控制模塊、第三軸運動控制模塊、第四軸運動控制模塊、第一軸驅動器、第二軸驅動器、第三軸驅動器、第四軸驅動器固定連接于控制柜體上,所述第一軸參考位置傳感器、第一軸正限位傳感器、第一軸負限位傳感器固定連接在底座上,所述第二軸參考位置傳感器、第二軸正限位傳感器、第二軸負限位傳感器固定連接在支承機架上,所述第三軸參考位置傳感器、第三軸正限位傳感器、第三軸負限位傳感器固定連接在大臂連接架上方,所述控制柜體中所安裝的各模塊與機械本體上所安裝的各個伺服電機和各個傳感器通過線纜相連。

所述底座通過8個螺栓與4個支腳固定連接,所述底座下端面裝有4個滾輪,以便保證工作時支承穩(wěn)定,移動機器較為方便。

所述小臂連接架前端懸伸部分支承于兩個滾珠上,所述兩個滾珠分別支承于兩個滑座中,所述兩個滑座滑動連接于兩個套筒內(nèi),所述兩個滑座下端分別連接有彈簧,所述兩個彈簧另一端分別固定連接在兩個支承板上,所述兩個套筒連同兩個支承板固定連接在支架上,所述支架固定連接在大臂連接架前端。小臂連接架的這種結構可提高小臂連接架的剛度,減少小臂懸伸端的彎曲變形,同時采用滾珠支承,可減少摩擦,使小臂連接架移動靈活。

所述的控制系統(tǒng)中,電源模塊為PLC控制器模塊、一號運動控制模塊、二號運動控制模塊、三號運動控制模塊、四號運動控制模塊、一號伺服驅動模塊、二號伺服驅動模塊、三號伺服驅動模塊、四號伺服驅動模塊、一號參考位置傳感器、二號參考位置傳感器、三號參考位置傳感器、一號正限位傳感器、二號正限位傳感器、三號正限位傳感器、一號負限位傳感器、二號負限位傳感器、三號負限位傳感器提供V直流電源;所述PLC控制器模塊為一號運動控制模塊、二號運動控制模塊、三號運動控制模塊、四號運動控制模塊配置參數(shù)并實現(xiàn)編程控制;一號參考位置傳感器、二號參考位置傳感器、三號參考位置傳感器、一號正限位傳感器、二號正限位傳感器、三號正限位傳感器、一號負限位傳感器、二號負限位傳感器、三號負限位傳感器的控制信號分別與一號運動控制模塊、二號運動控制模塊、三號運動控制模塊的參考位置、正限位、負限位端口對應連接,一號伺服驅動模塊、二號伺服驅動模塊、三號伺服驅動模塊、四號伺服驅動模塊上的位置控制端口、方向控制端口分別與一號運動控制模塊、二號運動控制模塊、三號運動控制模塊、四號運動控制模塊的位置控制端口、方向控制端口對應連接,對應接收一號運動控制模塊、二號運動控制模塊、三號運動控制模塊、四號運動控制模塊的位置和方向控制信號。

本發(fā)明的有益效果是:

1.本發(fā)明采用傾斜布置的氣壓平衡裝置平衡懸臂重力,可減輕懸臂重力對運動平穩(wěn)性的影響,避免控制系統(tǒng)失電時,因滾珠絲杠機構不自鎖而造成懸臂下滑。同時斜拉式的配置可減少懸臂的彎曲變形,提高其定位精度。

2.本發(fā)明的懸臂的垂直運動采用四根導柱導向,可承受較大的偏重力矩,同時配置有氣壓重力平衡裝置,因此本沖壓上料機器人可抓取較大負載。

3.本發(fā)明采用伺服驅動,同時配置滾珠絲杠螺母機構、直線軸承和直線滾動導軌結構,可確保其運動靈活、速度快、定位精度高。

4.本發(fā)明的小臂懸伸部分支承于兩個滾珠上,可提高小臂的剛度,減少小臂懸伸端的彎曲變形,同時采用滾珠支承,可減少摩擦,使小臂移動靈活。

5.本發(fā)明的底座采用支腳加滾輪設計,既保證工作時支承穩(wěn)定,又使其移動方便靈活。

附圖說明

下面結合附圖和實施例對發(fā)明進一步說明。

圖1為本發(fā)明的主視圖;

圖2為圖1中A的放大圖;

圖3為圖1中B的放大圖;

圖4為本發(fā)明的主視圖;

圖5為圖4中C的放大圖;

圖6為圖5中D的放大圖;

圖7為圖6中E的放大圖;

圖8為本發(fā)明的控制系統(tǒng)的內(nèi)部連接關系示意圖。

具體實施方式

為了使本發(fā)明實現(xiàn)的技術手段、創(chuàng)作特征、達成目的與功效易于明白了解,下面對本發(fā)明進一步闡述。

如圖1至圖8所示,一種沖壓上料機器人,包括底座10、轉動裝置、大臂上下鉛垂運動裝置、小臂伸縮裝置、小臂末端手抓水平面內(nèi)轉動裝置、重力平衡裝置、控制系統(tǒng)。

所述轉動裝置安裝在底座上。所述大臂上下鉛垂運動裝置與轉動裝置相連,并位于轉動裝置上方。所述小臂伸縮裝置垂直安裝在大臂上下鉛垂運動裝置一側。所述小臂末端手抓水平面內(nèi)轉動裝置安裝在小臂伸縮裝置內(nèi)。所述重力平衡裝置安裝在大臂上下鉛垂運動裝置上端,并與小臂伸縮裝置相連,調(diào)節(jié)小臂伸縮裝置的平衡。所述控制系統(tǒng)與上述各部分均相連,用于控制上述各部分內(nèi)的執(zhí)行機構。

所述轉動裝置包括伺服電機Ⅰ7、減速器27、交叉圓柱滾子軸承31、轉盤25,所述交叉圓柱滾子軸承31通過軸承座26固定安裝于底座10上,所述伺服電機Ⅰ7固定于減速器27上,所述減速器27固定連接于軸承座26上,所述轉盤25通過鍵29與減速器輸出軸30連接,所述轉盤25與交叉圓柱滾子軸承31內(nèi)圈固定,所述交叉圓柱滾子軸承31外圈與軸承座26固定連接。

所述大臂上下鉛垂運動裝置包括兩個角接觸球軸承Ⅰ20、深溝球軸承Ⅰ23、以及通過連接座2固定連接在支承機架3上端的伺服電機Ⅱ15,所述伺服電機Ⅱ15前端設有轉軸Ⅰ18,所述轉軸Ⅰ18上安裝有聯(lián)軸器Ⅰ19,所述聯(lián)軸器Ⅰ19前端連接有滾珠絲杠Ⅰ21,所述滾珠絲杠Ⅰ21通過兩個角接觸球軸承Ⅰ20及深溝球軸承Ⅰ23安裝在支承機架3上,所述支承機架3固定連接在轉盤連接件24上,所述轉盤連接件24固定連接在轉盤25上,所述滾珠絲杠Ⅰ21上連接有滾珠絲杠螺母Ⅰ22,所述滾珠絲杠螺母Ⅰ22固定在大臂連接架6上,所述大臂連接架6上通過4個直線軸承5連接有4根導柱4,所述4根導柱4固定連接在支承機架3上下兩端。所述4根導柱4相對于滾珠絲杠Ⅰ21對稱布置。

所述小臂伸縮裝置包括兩個角接觸球軸承Ⅱ44、深溝球軸承Ⅱ40以及伺服電機Ⅲ47,所述伺服電機Ⅲ47固定連接于支承座45上,所述支承座45固定連接于大臂連接架6上端,所述伺服電機Ⅲ47前端設有轉軸Ⅱ48,所述轉軸Ⅱ48上安裝有聯(lián)軸器Ⅱ46,所述聯(lián)軸器Ⅱ46前端連接有滾珠絲杠Ⅱ43,所述滾珠絲杠Ⅱ43通過兩個角接觸球軸承Ⅱ44及深溝球軸承Ⅱ40安裝在大臂連接架6上,所述滾珠絲杠Ⅱ43上連接有滾珠絲杠螺母Ⅱ42,所述滾珠絲杠螺母Ⅱ42固定連接在支架座12上,所述支架座12固定連接有小臂連接架13,所述小臂連接架13固定在直線滾動導軌滑塊32上,所述直線滾動導軌滑塊32連接于直線滾動導軌滑座36上,所述直線滾動導軌滑座36固定連接于大臂連接架6下端。

所述小臂末端手抓水平面內(nèi)轉動裝置包括深溝球軸承Ⅲ41、深溝球軸承Ⅳ38、直角減速器39以及伺服電機Ⅳ33,所述伺服電機Ⅳ33固定連接在小臂連接架13左端,所述伺服電機Ⅳ33前端設有轉軸Ⅲ34,所述轉軸Ⅲ34上安裝有聯(lián)軸器Ⅲ35,所述聯(lián)軸器Ⅲ35前端連接有軸37,所述軸37通過深溝球軸承Ⅲ41、深溝球軸承Ⅳ38安裝在小臂連接架13上,所述軸37前端與直角減速器39運動輸入端相連,所述直角減速器39固定連接在小臂連接架13右端。

所述重力平衡裝置包括兩個氣缸1,所述兩個氣缸1通過兩個鉸接架17鉸接于兩個支座16上,所述兩個支座16固定連接在支承機架3上端面,所述兩個氣缸1前端設有兩個活塞桿14,所述兩個活塞桿14前端通過兩個轉銷11鉸接于大臂連接架6上。所述兩個氣缸1為傾斜布置,并對稱安裝在大臂連接架6兩側,這種布置方式可減輕重力對運動平穩(wěn)性的影響,避免控制系統(tǒng)失電時,運動部件因重力而下滑,同時還可減少懸臂的變曲變形,提高定位精度。

所述控制系統(tǒng)包括控制柜體74、電源模塊60、PLC控制器模塊66、第一軸運動控制模塊72、第二軸運動控制模塊58、第三軸運動控制模塊64、第四軸運動控制模塊70、第一軸驅動器73、第二軸驅動器59、第三軸驅動器65、第四軸驅動器71、伺服電機Ⅰ7、伺服電機Ⅱ15、伺服電機Ⅲ47、伺服電機Ⅳ33、第一軸參考位置傳感器56、第二軸參考位置傳感器62、第三軸參考位置傳感器68、第一軸正限位傳感器55、第二軸正限位傳感器61、第三軸正限位傳感器67、第一軸負限位傳感器57、第二軸負限位傳感器63、第三軸負限位傳感器69,所述電源模塊60、PLC控制器模塊66、第一軸運動控制模塊72、第二軸運動控制模塊58、第三軸運動控制模塊64、第四軸運動控制模塊70、第一軸驅動器73、第二軸驅動器59、第三軸驅動器65、第四軸驅動器71固定連接于控制柜體74上,所述第一軸參考位置傳感器56、第一軸正限位傳感器55、第一軸負限位傳感器57固定連接在底座10上,所述第二軸參考位置傳感器62、第二軸正限位傳感器61、第二軸負限位傳感器63固定連接在支承機架3上,所述第三軸參考位置傳感器68、第三軸正限位傳感器67、第三軸負限位傳感器69固定連接在大臂連接架6上方,所述控制柜體74中所安裝的各模塊與機械本體上所安裝的各個伺服電機和各個傳感器通過線纜相連。

所述底座10通過8個螺栓8與4個支腳9固定連接,所述底座10下端面裝有4個滾輪28。

所述小臂連接架13前端懸伸部分支承于兩個滾珠53上,所述兩個滾珠53分別支承于兩個滑座52中,所述兩個滑座52滑動連接于兩個套筒51內(nèi),所述兩個滑座52下端分別連接有彈簧54,所述兩個彈簧54另一端分別固定連接在兩個支承板50上,所述兩個套筒51連同兩個支承板50固定連接在支架49上,所述支架49固定連接在大臂連接架6前端。

各部分的具體動作過程:

參考點建立過程:PLC控制器模塊(66)發(fā)送建立參考點指令,通過一號運動控制模塊72、二號運動控制模塊58、三號運動控制模塊64把指令傳送給一號伺服驅動模塊73、二號伺服驅動模塊59、三號伺服驅動模塊65,從而控制伺服電機Ⅰ7、伺服電機Ⅱ15、伺服電機Ⅲ47運動,當一號運動控制模塊72、二號運動控制模塊58、三號運動控制模塊64檢測到一號參考位置傳感器56、二號參考位置傳感器62、三號參考位置傳感器68信號時,第一軸、第二軸、第三軸參考點位置建立。

轉動過程:PLC控制器模塊66通過第一軸運動控制模塊72發(fā)送轉動位置指令到第一軸驅動器73,啟動伺服電機Ⅰ7,伺服電機Ⅰ7帶動減速器27工作,減速器輸出軸30通過鍵29帶動轉盤25旋轉,轉盤25通過轉盤連接件24帶動支承機架3從而帶動大、小臂實現(xiàn)旋轉運動。

大臂上下鉛垂運動過程:PLC控制器模塊66通過第二軸運動控制模塊58發(fā)送上下移動位置指令到第二軸驅動器59,啟動伺服電機Ⅱ15,伺服電機Ⅱ15通過轉軸Ⅰ18帶動聯(lián)軸器Ⅰ19轉動、聯(lián)軸器Ⅰ19帶動滾珠絲杠Ⅰ21轉動,與滾珠絲杠Ⅰ21相配的滾珠絲杠螺母Ⅰ22帶動與其固定連接的大臂連接架6實現(xiàn)上下鉛垂運動,其運動軌跡由四根導柱實現(xiàn)。

小臂伸縮運動過程:PLC控制器模塊66通過第三軸運動控制模塊64發(fā)送伸縮位置指令到第三軸驅動器65,啟動伺服電機Ⅲ47,伺服電機Ⅲ47通過轉軸Ⅱ48帶動聯(lián)軸器Ⅱ46轉動,聯(lián)軸器Ⅱ46帶動滾珠絲杠Ⅱ43轉動,與滾珠絲杠Ⅱ43相配的滾珠絲杠螺母Ⅱ42帶動與其固定連接的支架座12從而帶動小臂連接架13實現(xiàn)小臂伸縮運動,其運動軌跡由直線滾動導軌滑塊32與直線滾動導軌滑座36的移動軌跡決定。

小臂末端手抓水平面內(nèi)轉動過程:PLC控制器模塊66通過第四軸運動控制模塊70發(fā)送轉動位置指令到第四軸驅動器71,啟動伺服電機Ⅳ33,伺服電機Ⅳ33通過轉軸Ⅲ34帶動聯(lián)軸器Ⅲ35旋轉,聯(lián)軸器Ⅲ35帶動軸37旋轉,軸37帶動直角減速器39工作,直角減速器39帶動夾爪(圖中未繪出)或吸盤(圖中未繪出)工作。

重力平衡裝置平衡原理:通過氣壓控制,使兩個活塞桿14對大臂連接架6始終產(chǎn)生一個向上的拉力,以此來平衡懸臂的重力,同時還可抵消一部分因懸臂重力產(chǎn)生的向下彎曲變形。

由于兩個氣缸1分別鉸接于兩個支座16上,兩個活塞桿14分別鉸接于大臂連接架6上,因此,不會因大臂上下鉛垂運動而使兩個氣缸1的位置發(fā)生干涉。

本發(fā)明采用伺服控制系統(tǒng),以上幾個動作可根據(jù)工作空間大小以及抓取工件的結構特點,任意組合,交疊進行,適應性好,動作速度快。

當本發(fā)明需要搬動時,只需松開8個螺栓8將支腳9位置上移固定,使4個滾輪28與地面接觸,即可推動沖壓上料機器人從一個工作位置移動到另一個工作位置。另外,通過調(diào)整8個螺栓的位置可以調(diào)整4個支腳9的高度,有利于沖壓上料機器人的找正。

以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點。本行業(yè)的技術人員應該了解,本發(fā)明不受上述實施例的限制,上述實施例和說明書中描述的只是本發(fā)明的原理,在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下,本發(fā)明還會有各種變化和改進,這些變化和改進都落入要求保護的本發(fā)明內(nèi)。本發(fā)明要求保護范圍由所附的權利要求書及其等效物界定。

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