专利名称：汽车灯管退火自动下料机械手的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种灯管自动下料机械手及输送装置，特别是一种汽车退火自动下料机械手及输送装置，属于机械工程领域。
背景技术：
灯管退火自动机是为汽车用卤钨灯生产流水线配套的自行设计的机器，该机把灯管经过72工位的回转运动，进行喷火、水冷、退火等工艺动作，最后由灯管下料机械手把灯管从转台上自动夹持、取出、转位、卸下灯管、装入灯管装载器，传送到流水线上。通常5个自由度的开式链机械手，需用计算机控制5个伺服电机(或用气动控制气缸)来完成上述的下料任务。控制系统复杂、成本高，经文献检索分析，发现中国专利申请号89202233.7，名为装拆灯泡机械手，由一双手爪，弹性橡胶、灯泡支托、弹簧和操纵杆组成。装拆灯泡时，手控制操作杆能装拆灯泡。该机械手是手动操作且不具备把汽车灯泡在退火机转台上取出下料及传送至流水线上的功能。发现中国专利申请号96231910，名称为多功能机械手，由手臂、手掌、手指、手柄等组成，用于拣拾废旧物品、有害物品，不能用于灯泡的下料及传送。发现中国专利申请号00266696.0，名称为多连杆式机械手，提供一种无须进行调整，直线运动密度高的机械手，包括驱动器、两内手臂、两外手臂。其分别与齿轮轴与机座连接，两外手臂的另一端与机械元件相接，该机械手也不具备提升、旋转的动作，不能实现灯泡下料、传送的功能。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种用单个电机驱动凸轮控制装置，实现下料机械手的转动、升降、松夹、对中、传送等工艺动作，免去了常用的多电机(多气缸)运作的控制系统，结构紧凑，动作可靠，大大节省了制造成本。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明主要包括电机减速装置，凸轮控制装置，机械手转动机构，机械手升降机构，机械手开闭机构，下料对中机构，传送机构，其连接方式为电机减速装置的输出接凸轮控制装置的输入，凸轮控制装置中5个不同廓线不同相位的凸轮带动5个摆动从动件实现不同相位不同摆角的运动，他们的输出分别接机械手转动机构、机械手升降机构、机械手开闭机构、下料对中机构、传送机构的输入，从而由机械手转动机构使机械手绕Z轴转动；由机械手升降机构使机械手沿Z轴上下运动；由机械手开闭机构使夹持爪开合运动；由下料对中机构使灯管拨正对中；由传送机构输送装载器至流水线上。
电机减速装置包括电机、减速器，电机的输出接减速器的输入，电机、减速器均安装在机架上。
凸轮控制装置包括分配轴、5个特殊廓线的盘形凸轮、相应的5个摆动从动件，其连接方式为分配轴与减速器的输出轴相固接，5个凸轮与分配轴固接，分配轴由轴承支承在机架上可绕X轴转动，5个摆动从动件通过轴承支承在机架上可绕X轴转动。
机械手转动机构包括空间双球铰四杆机构(一)、机械手支承体，其连接方式为凸轮摆动从动件(一)的输出杆与空间双球铰四杆机构(一)的输入杆相固接，空间双球铰四杆机构的输出杆的一端与机械手支承体固接，机械手支承体通过平面止推轴承支承在机架上。凸轮摆杆(一)绕X轴的摆动，通过空间双球铰四杆机构(一)的传动使机械手支承体转动，从而使整个机械手绕Z轴转动。
机械手升降机构包括升降摆杆、支承体球座，其连接方式为凸轮摆动件(二)的输出杆与升降摆杆相固接，升降摆杆的另一端球形终端嵌入机械手支承体的球座内形成高副连接，支承体球座与机械手支承体相固接，凸轮摆杆(二)绕X轴的摆动使机械手支承体沿Z轴上下升降运动。
机械手开闭机构包括驱动开闭的摆杆、中心轴、空间双球铰四杆机构(二)、夹持爪，其连接方式为凸轮摆动从动件(三)的输出杆与摆杆相固接，摆杆终端与中心轴的平底保持高副接触，中心轴与支承体之间可以相对转动亦可相对移动，空间双球铰四杆机构(二)的二个连架杆通过转动副与机械手支承体相连接，中心轴上端的平底与空间双球铰四杆机构(二)的输入杆始终保持高副接触，空间双球铰四杆机构(二)的输出杆与夹持器的输入杆相固接。凸轮摆杆(三)绕X轴的摆动使中心轴沿Z轴移动，使空间双球铰四杆机构的输出杆绕Z轴摆动，从而带动夹持器开闭运动，完成夹持或松开灯管的动作。
下料对中机构包括空间双球铰四杆机构(三)，对中摆块，其连接方式为凸轮摆动从动件(四)的输出接空间双球铰四杆机构(三)的输入，空间双球铰四杆机构(三)的输出接对中摆块的输入。空间双球铰四杆机构(三)的二个连架杆均通过转动副支承在机架上。摆动从动件(四)绕X轴的摆动通过空间双球铰四杆机构(三)使对中摆块绕Y轴摆动，从而使灯管实现对中运动。
下料传送机构包括空间双球铰四杆机构(四)，其连接方式为凸轮摆动从动件(五)的输出接空间双球铰四杆机构(四)的输入，空间双球铰四杆机构(四)的输出推动装载器摆动传送至流水线导轨上。空间双球铰四杆机构(四)的连架杆均通过转动副支承在机架上，导轨固定在机架上，摆动从动件(五)绕X轴的摆动通过空间双球铰四杆机构使输出杆绕Z轴摆动，从而使装有灯管的装载器推送入流水线的导轨上。
本发明具有实质性的特点和显著进步，采用一个电机驱动一根分配轴上的5个不同廓线的摆动凸轮机构，使5个摆动杆实现不同摆角先后时序的运动，然后通过空间双球铰四杆机构、平面连杆机构的传动，实现机械手有序的升降、转动、夹持、松开、对中、传送等执行动作。完成机械手把灯管下料的任务，省却了通常采用的多电机(或多气缸)实现上述运动的控制系统及元器件，节省了成本，填补了以凸轮控制实现5自由度机械手运动的空白。
图1本发明下料机械手机构示意图具体实施方式
如图1所示，本发明主要包括电机减速装置1、凸轮控制装置2、机械手转动机构3、机械手升降机构4、机械手开闭机构5、对中机构6、传送机构7，其连接方式为电机减速装置1的输出轴与凸轮控制装置2的输入轴相固接，凸轮控制装置的5个凸轮摆动从动件11、47、14、16、18的输出杆分别与机械手转动机构3、机械手升降机构4、机械手开闭机构5、对中机构6、传送机构7的输入杆49、46、42、41、19相固接，5个凸轮摆动从动件12、48、15、17、19分别由转动副支承在机架上，均能绕X轴摆动。
电机减速装置包括电机8、减速器9、电机输出接减速器的输入，电机8、减速器9均固接在机架上。
凸轮控制装置2包括分配轴10，5个特殊廓线的凸轮11、13、14、16、18，相应的5个摆动从动件12、48、15、17、19，其连接方式为分配轴10的输入接减速器9的输出，分配轴10支承在机架上，5个凸轮11、13、14、16、18都与分配轴10相固接，且能绕X轴转动，相应的5个摆动从动件12、48、15、17、19分别支承在机架上，能绕X轴摆动。
机械手转动机构3包括机械手支承体34、由杆36、37、42组成的空间双球铰四杆机构，其连接方式为机械手支承体34、杆42与凸轮摆杆15相固接，杆37二端与杆42、杆36用S副球铰副连接，杆36与机械手支承体34周向固接，Z向可作相对移动，支承体34由止推轴承30支承在机架上，杆42绕X轴的摆动，使杆36带动支承体34绕Z轴转动，从而使整个机械手转动。
机械手升降机构4包括机械手支承体球座38、升降摆杆39，其连接方式为凸轮摆杆17与杆39相固接，并都支承在机架上，支承体球座38与支承体34相固接，支承体球座38的平面支承在杆39一端的球上，构成高副连接，杆39的摆动可使支承体带动机械手沿Z轴方向上下移动。
机械手开闭机构5包括夹持爪24、转动轴25、中心轴40、摆杆41、由杆26、27、28、29组成的空间双球铰四杆机构，其连接方式为中心轴40的二端分别与摆杆41、杆28上的圆柱滚轮构成高副连接，中心轴40与支承体34之间既能相对转动，又能相对移动，杆29与支承体34相固接、杆28、26与杆29分别用转动副相连接，杆27二端分别与杆26、28用球铰副相连接，二个夹持爪24分别与杆29用转动副相连接。杆41绕X轴来回摆动，使中心轴40沿Z轴上下移动，通过空间双球铰四杆机构中的杆28、27、26，使杆25绕Z轴转动，从而带动夹持爪24开闭机构，实施松夹灯管的运动。
下料对中机构6包括对中摆块31、由杆32、43、46组成的空间双球铰四杆机构，其连接方式为凸轮摆杆48的输出杆与杆46相固接，它们都用转动副支承在机架上，杆43二端分别与杆46、32用球铰副S副连接，对中摆块31与杆32固接，并用轴承33支承在机架上，杆46绕X轴的摆动，通过杆43、32使对中摆块31绕Y轴摆动，从而拨正灯管23使之对准下面的装载器21的孔，使灯管便于插入装载器21中。
下料传送机构7包括由杆44、47、49组成的空间双球铰四杆机构，其连接方式为凸轮摆杆12与杆49相固接，并都由转动副支承在机架上，杆47的二端分别与杆49、44用球铰副连接，杆44另一端由转动副支承在机架上，杆49绕X轴的摆动通过杆47使杆44绕Z轴转动，把装有灯管的装载器21传送到流水线的导轨20上。
机械手实施夹持爪开闭，以夹持松开灯管，机械手升降、转动的传递和接插灯管的过程是灯管退火机处于某一工位，灯管23停留在转台上等待取出，电机减速装置1驱动凸轮控制装置2，其上5个不同廓线不同相位的凸轮11、13、14、16、18按工艺动作的时序要求实施如下动作。
机械手夹持爪24的开闭，实施夹持、松开灯管的动作，由凸轮18带动摆杆19，通过开闭机构5使夹持爪开闭运动。
机械手升降，实施灯管的上下运动，由凸轮16带动摆杆17，通过升降机构4，使夹持爪上下运动，把灯管从转台上取出或送至装载器中。
机械手转动，把灯管转位输送出转台，由凸轮14带动摆杆15通过转动机构3，使机械手整体转位。
灯管对中，把夹持的灯管拨正，由凸轮13带动摆杆48通过下料对中机构6把歪斜的灯管23拨正。
下料传送，把已有灯管的装载器传送至流水线上，由凸轮11带动摆杆12，通过传送机构7把装载器21传送至导轨20上。
权利要求
1.一种灯管自动下料机械手，包括电机减速装置(1)、凸轮控制装置(2)，其特征在于还包括机械手转动机构(3)、机械手升降机构(4)、机械手开闭机构(5)、对中机构(6)、传送机构(7)，其连接方式为电机减速装置(1)的输出轴与凸轮控制装置(2)的输入轴相固接，凸轮控制装置(2)的5个摆动从动件(11)、(47)、(14)、(16)、(18)的输出轴分别与机械手转动机构(3)、机械手升降机构(4)、机械手开闭机构(5)、对中机构(6)、传送机构(7)的输入轴相固接，机械手转动机构(3)带动机械手绕Z轴转动，机械手升降机构(4)带动机械手沿Z轴上下移动，机械手开闭机构(5)使夹持爪(24)开合，对中机构(6)使灯管(23)对中心，传送机构(7)把灯管装载器(21)传送至流水线上。
2.根据权利要求1所述的灯管自动下料机械手，其特征是电机减速装置(1)包括电机(8)、减速器(9)，电机(8)输出接减速器(9)的输入，电机(8)、减速器(9)均固接在机架上。
3.根据权利要求1所述的灯管自动下料机械手，其特征是凸轮控制装置(2)包括分配轴(10)、5个特殊轮廓线的凸轮(1)、(13)、(14)、(16)、(18)，相应的5个摆动从动杆(12)、(15)、(17)、(19)、(48)，其连接方式为分配轴(10)的输入轴与减速器(9)的输出轴相固接，5个凸轮固装在分配轴(10)上，分配轴(10)通过轴承支承在机架上，分配轴(10)带动5个凸轮转动使5个摆动从动件(12)、(48)、(15)、(17)、(19)按先后时序来回摆动。
4.根据权利要求1所述的灯管自动下料机械手，其特征是机械手转动机构(3)包括机械手支承体(34)，由杆(36)、(37)、(42)组成的空间双球铰四杆机构，其连接方式为杆(42)与凸轮摆杆(15)相固接，杆(37)二端分别与杆(42)、杆(36)用S副连接，杆(36)与机械手支承体(34)相固接，支承件(34)由上推轴承(30)支承在机架上，杆(42)绕X轴的摆动使杆(36)带动机械手支承体(34)绕Z轴转动。
5.根据权利要求1所述的灯管自动下料机械手，其特征是机械手升降机构(4)包括支承体球座(38)，升降摆杆(39)，其连接方式为升降摆杆(39)与凸轮摆杆(17)相固接，支承体球座(38)与机械手支承体(34)相固接，支承体球座(38)的平面支承在杆(17)一端的球上，杆(17)的摆动通过杆(42)的传动使机械手支承体(34)沿Z轴上下运动。
6.根据权利要求1所述的灯管自动下料机械手，其特征是机械手开闭机构(5)包括夹持爪(24)，转动轴(25)，摆杆(41)，中心轴(40)，由杆(26)、(27)、(28)、(29)组成的空间双球铰四杆机构，其连接方式为中心轴(40)的二端分别与摆杆(41)、杆(28)由高副连接，中心轴(40)与支承体(34)之间既能相对转动，又能相对移动，杆(29)与支承体(34)相固接，杆(27)二端分别与杆(26)、(28)用球铰链副相连接，二个夹持爪(24)分别与杆(29)用转动副相连接，杆(41)绕X轴的摆动使中心轴(40)沿Z轴上下移动，通过空间双球铰四杆机构中的杆(28)、(27)、(26)使杆(25)绕Z轴转动，带动夹持爪开闭运动。
7.根据权利要求1所述的灯管自动下料机械手，其特征是下料对中机构(6)包括对中摆块(31)，由杆(32)、(43)、(46)组成的空间双球铰四杆机构，其连接方式为杆(46)与摆杆(48)相固接，杆(43)二端分别与杆(46)、(32)用球铰连接，对中摆块(31)与杆(32)固接并用轴承(33)支承在机架上，可绕Y轴转动，拨正灯管(23)使之对准下面装载器(21)的孔。
8.根据权利要求1所述的灯管自动下料机械手，其特征是下料传送机构(7)包括由杆(44)、(47)、(49)组成的空间双球铰四杆机构，其连接方式为杆(49)与摆杆(12)相固接，并都由转动副支承在机架上，杆(47)的二端分别与杆(49)、杆(44)用球铰副连接，杆(44)另一端由转动副支承在机架上，杆(49)绕X轴的摆动通过杆(47)使杆(44)绕Z轴转动。
全文摘要
一种汽车退火自动下料机械手及输送装置属于机械工程领域。本发明电机减速装置的输出轴与凸轮控制装置的输入轴相固接，凸轮控制装置的5个摆动从动件的输出轴分别与机械手转动机构、机械手升降机构、机械手开闭机构、对中机构、传送机构的输入轴相固接，机械手转动机构带动机械手绕Z轴转动，机械手升降机构带动机械手沿Z轴上下移动，机械手开闭机构使夹持爪开合，对中机构使灯管对中心，传送机构把灯管装载器传送至流水线上。本发明完成机械手把灯管下料的任务，省却了通常采用的多电机(或多气缸)实现运动的控制系统及元器件，节省了成本，填补了以凸轮控制实现5自由度机械手运动的空白。
文档编号B25J9/06GK1433875SQ0311578
公开日2003年8月6日 申请日期2003年3月13日 优先权日2003年3月13日
发明者曹志奎, 张毅 申请人:上海交通大学