一种工业机械手及其作业方法与流程

本发明涉及一种工业机械手及其作业方法，特别是涉及一种用于上料和下料的工业机械手及其作业方法。

背景技术：

在进行机械零部件的加工作业时，一般需要先将待加工的待加工的工件放置在加工机床的加工夹具上，待加工机床对该待加工的工件完成加工作业而使该待加工的工件成为成品的工件之后，再将该成品的工件从加工夹具上取下。为了提高零件的加工制造效率，在大批量的生产制造中经常使用到工业机械手，利用工业机械手完成上料作业，即由工业机械手将待加工的工件从上料区域抓取并放置到加工夹具上进行加工；的当该待加工的工件被加工成为成品的工件之后，再由工业机械手完成下料作业，即由工业机械手将该待加工的工件从加工夹具上取下放置到成品区域。

现有技术中的工业机械手一般之后一个机械手爪，一次只能抓取一个待加工的工件，在该待加工的工件被加工时，机械手爪处于等待状态；当该待加工的工件被加工为成品的工件之后，机械手爪再将成品的工件移至成品区域，然后机械手再去抓取待加工的工件，而这段时间，加工机床又处于等待状态；对于批量加工作业，整个过程如此循环。这种作业方式使得整个加工过程时间较长，生产节拍损失较大，加工效率不高。

技术实现要素：

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种工业机械手及其作业方法，能够提高加工作业的效率。

为实现上述目的，本发明提供一种工业机械手及其作业方法，采用如下技术方案：一种工业机械手，包括控制装置和万向机械臂，所述万向机械臂由控制装置控制而运动；所述万向机械臂的末端设有一主连接架，主连接架上连接有三个绕主连接架布置的副连接架，每个副连接架上连接有一个机械手爪，三个副连接架上的机械手爪均匀分布在主连接架的周围，每个机械手爪都与控制装置连接。

优选地，所述万向机械臂为六轴机械臂。

优选地，所述主连接架包括与万向机械臂连接的主法兰，所述机械臂能够带动主连接架绕主法兰的轴线旋转；所述副连接架包括与机械手爪连接的副法兰，副法兰的轴线与主法兰的轴线相互垂直；所述机械手爪包括绕副法兰轴线均布的三个直线运动气缸，三个直线运动气缸均与控制装置连接，直线运动气缸的驱动杆沿副法兰的径向延伸，每个直线运动气缸上连接有一个卡爪，控制装置控制三个直线运动气缸带动卡爪同步地靠近或远离副法兰的轴线。

优选地，所述主连接架上还安装有ccd照相机，ccd照相机与控制装置连接。

优选地，所述主连接架上还安装有风刀。

本发明还提供一种工业机械手的作业方法，采用如下技术方案：一种工业机械手的作业方法，采用上述技术方案或任一优选的技术方案所述的工业机械手进行作业，三个副连接架上的机械手爪别为称为第一机械手爪、第二机械手爪和第三机械手爪；包括如下作业步骤：1)加工机床的加工夹具上装夹有一个正在加工的工件；2)控制装置控制第二机械手爪和第三机械手爪分别从上料区域中抓取一个待加工的工件，第一机械手爪保持空置状态；3)所述正在加工的工件被加工为成品的工件之后，控制装置控制第一机械手爪将该成品的工件从加工夹具上取下，第二机械手爪将其抓取的待加工的工件放置在加工夹具上进行加工；4)当第二机械手爪放置在加工夹具上的待加工的工件被加工为成品的工件之后，控制装置控制第二机械手爪将该成品的工件从加工夹具上取下，第三机械手爪将其抓取的待加工的工件放置在加工夹具上进行加工；5)控制装置控制第一机械手爪和第二机械手爪分别将各自抓取的成品的工件放置在成品区域。

优选地，所述主连接架上还安装有ccd照相机，ccd照相机与控制装置连接；在所述步骤2)中，ccd照相机先获取上料区域中的各待加工的工件的位置信息，并将位置信息传递给控制装置，然后控制装置再根据所接收的位置信息控制第二机械手爪和第三机械手爪分别从上料区域中抓取一个待加工的工件。

优选地，所述主连接架上还安装有风刀；在步骤5)之前，控制装置控制风刀先对成品的工件表面的加工残留物进行清理。

优选地，所述上料区域放置有托盘，所述待加工的工件放置在上料区域的托盘上；在步骤5)之后，当上料区域的托盘上的待加工的工件全部被移走之后，控制装置控制机械手爪将该托盘移至过渡区域；当成品区域的托盘上放满成品的工件之后，控制装置控制机械手爪从过渡区域移一个托盘至成品区域。

与上述本发明的一种工业机械手的作业方法相应地，本发明还提供一种加工系统，采用上述技术方案或任一优选的技术方案所述的工业机械手的作业方法进行加工作业。

如上所述，本发明涉及的一种工业机械手及其作业方法，具有以下有益效果：本发明的一种工业机械手与万向机械臂连接，万向机械臂由控制装置控制而运动并带动主连接架运动；主连接架上连接有三个副连接架，每个副连接架上连接一个机械手爪，三个机械手爪均匀分布在主连接架周围，每个机械手爪都与控制装置连接并由控制装置控制而执行抓取动作。这样，在利用本发明的一种工业机械手进行作业时，控制装置可以控制其中两个机械手爪从上料区域预先抓取两个待加工的工件并移动至加工机床处，并保留一个空置的机械手爪将加工夹具上的成品的工件抓取下来，然后再将预先抓取的两个待加工的工件中的一件放置在加工夹具上进行加工；当此待加工的工件被加工为成品的工件之后，工业机械手再将另一个预先抓取的待加工的工件放在加工夹具上；在加工机床对加工夹具上的待加工的工件进行加工的同时，工业机械手将其抓取的两件成品的工件放置在成品区域，然后再从上料区域抓取两件待加工的工件并移动至加工机床处。由此可见，利用本发明的一种工业机械手及其作业方法进行加工作业能够减少机床的等待时间，减少机械手臂的循环行程次数，从而提高了生产效率，节约生产节拍。

附图说明

图1显示为本发明的一种工业机械手在进行加工作业的示意图。

图2显示为主连接架、副连接架、机械手爪的连接结构示意图。

图3显示为副连接架、机械手爪的连接结构示意图。

图4显示为卡爪的结构示意图。

图5显示为本发明的一种工业机械手抓取工件的立体示意图。

图6显示为本发明的一种工业机械手抓取托盘的示意图。

元件标号说明

1工业机械手12定位柱

2万向机械臂13ccd照相机

3主连接架14风刀

4副连接架15加工机床

5机械手爪16加工夹具

6主法兰17工件

7主法兰轴线18上料区域

8副法兰19成品区域

9副法兰轴线20托盘

10直线运动气缸21卡孔

11卡爪22过渡区域

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

如图1所示，本发明提供一种工业机械手1，包括控制装置(图中未显示)和万向机械臂2，所述万向机械臂2由控制装置控制而运动；如图2所示，所述万向机械臂2的末端设有一主连接架3，主连接架3上连接有三个绕主连接架3布置的副连接架4，每个副连接架4上连接有一个机械手爪5，三个副连接架4上的机械手爪5均匀分布在主连接架3的周围，每个机械手爪5都与控制装置连接。在利用本发明的一种工业机械手1进行作业时，请参考图1，当加工夹具16上有正在加工的工件17时，控制装置可以控制其中两个机械手爪5从上料区域18预先抓取两个待加工的工件17并移动至加工机床15处，当加工夹具16上的待加工的工件17被加工为成品的工件17时，工业机械手1还有一个机械手爪5将加工夹具16上的成品的工件17抓取下来，并将预先抓取的两个待加工的工件17中的一件放置在加工夹具16上进行加工；当此待加工的工件17被加工为成品的工件17之后，工业机械手1再将另一个预先抓取的待加工的工件17放在加工夹具16上；此时，工业机械手1上抓取有两个成品的工件17，另一个机械手处于空置状态；在加工机床15对加工夹具16上的待加工的工件17进行加工的同时，工业机械手1将其抓取的两件成品的工件17放置在成品区域19，然后再从上料区域18抓取两件待加工的工件17并移动至加工机床15处。如此为一个循环作业过程。由此可见，利用本发明的一种工业机械手1及其作业方法进行加工作业能够减少机床的等待时间，减少机械手臂的循环行程次数，从而提高了生产效率，节约生产节拍。

在本发明的一种工业机械手1中，所述万向机械臂2由控制装置控制可以达到万向机械臂2所能覆盖的空间范围内的任意一点，控制装置可以控制万向机械臂2末端的主连接架3及机械手爪5沿三维坐标系的x坐标轴、y坐标轴或z坐标轴平移至万向机械臂2所能覆盖的空间范围内的任意位置，控制装置还可以控制万向机械臂2末端的主连接架3及机械手爪5绕x坐标轴、y坐标轴、z坐标轴旋转，从而可以使机械手爪5达到万向机械臂2所能覆盖的空间范围内的任意位置并变换机械手爪5的姿态。万向机械臂2是现有技术中成熟的技术，比如，可以采用六轴机械臂作为本发明的工业机械手1中的万向机械臂2，六轴机械臂是可以沿x坐标轴、y坐标轴、z坐标轴旋转和移动，广泛实际应用于工业制造、医学治疗、娱乐服务、军事、半导体制造以及太空探索等领域，能够接受控制装置所发出的控制指令，精确地定位到三维或二维空间上的任意一点进行作业。

在本发明的一种工业机械手1中，如图2和图3所示，所述主连接架3包括与万向机械臂2连接的主法兰6，所述机械臂能够带动主连接架3绕主法兰轴线7旋转；所述副连接架4包括与机械手爪5连接的副法兰8，副法兰8的轴线与主法兰轴线7相互垂直；所述机械手爪5包括绕副法兰的轴线9均布的三个直线运动气缸10，三个直线运动气缸10均与控制装置连接，直线运动气缸10的驱动杆(图中未显示)沿副法兰8的径向延伸，每个直线运动气缸10上连接有一个卡爪11，控制装置控制三个直线运动气缸10带动卡爪11同步地靠近或远离副法兰8的轴线。这样，每个机械手爪5上的三个卡爪11可以抓取工件17、托盘20等物件。可以在工件17和托盘20上设置适配卡爪11的定位结构，以便于机械手爪5上的卡爪11抓住工件17或托盘20。如图5所示，每个机械手爪5均可以抓取一个工件17，控制装置先控制万向机械臂2运动而使其中一个机械手爪5运动至工件17处并将工件17抓起来，然后，控制装置再控制机械手臂将主连接架3绕主连接架3的轴线旋转120度而使另一个机械手爪5对准工件17并将工件17抓起来。如图6所示为利用本发明的一种工业机械手1抓取托盘20的示意图，可以在托盘20上设置卡孔21，控制装置先控制机械手爪5上的三个直线运动气缸10朝副法兰8的轴线运动而使三个卡爪11靠近在一起，然后，万向机械臂2操作机械手爪5将三个卡爪11插入到托盘20上的卡孔21中，控制装置再控制机械手爪5上的三个直线运动气缸10朝远离副法兰8的轴线的方向运动而使三个卡爪11卡在所述卡孔21的内壁上而将托盘20卡住，如图4所示，可以在卡爪11上设置定位柱12，图4中箭头方向表示卡爪11往复直线移动的方向，定位柱12的轴线与卡爪11的移动方向垂直，在卡孔21的内壁上设置有与定位柱12适配的定位槽(图中未显示)，这样，卡孔21和卡爪11能够精准地定位配合。利用本发明的一种工业机械手1抓取工件17等物件的方法与抓取托盘20的方法相同，需要在工件17等物件上设置适配卡爪11的卡孔21。当然，上述利用卡爪11和卡孔21相扣而抓取物件的方式只是一种优选方式，根据实际需要，本发明的一种工业机械手1抓取物件的方式并不限于此。

为了使本发明的一种工业机械手1能够准确地定位所需要抓取的工件17或托盘20等物件，如图1、图2或图5所示，可以在所述主连接架3上安装ccd照相机13，ccd，英文全称：charge-coupleddevice，中文全称：电荷耦合元件，可以称为ccd图像传感器。ccd是一种半导体器件，能够把光学影像转化为数字信号。本发明的一种工业机械手1中，ccd照相机13与控制装置连接，ccd图像传感器能够把光学影像转化为数字信号，以便于控制装置进行分析处理，从而得出工件17等相关物件的位置信息，在工业领域有广泛的应用。在本发明的一种工业机械手1中，ccd照相机13先获取待抓取的物件的位置信息，并将位置信息传递给控制装置，然后控制装置再根据所接收的位置信息控制万向机械臂2移动机械手爪5而使机械手爪5与待抓取工件17上的卡孔21对准，以便于进行抓取动作。在实际应用中，本发明的一种工业机械手1可能执行多种作业，比如，去除工件17上的碎屑，如图2和图5所示，所述主连接架3上还安装有风刀14，风刀14可及时把物体表面的尘屑及水分吹干，在工业领域中具有广泛的应用，利用风刀14可以将工件17上的碎屑吹掉。

本发明还提供一种工业机械手1的作业方法，采用上述技术方案或任一技术方案所述的工业机械手1进行作业，三个副连接架4上的机械手爪5别为称为第一机械手爪5、第二机械手爪5和第三机械手爪5；请参考图1，包括如下作业步骤：

1)加工机床15的加工夹具16上装夹有一个正在加工的工件17；

2)控制装置控制第二机械手爪5和第三机械手爪5分别从上料区域18中抓取一个待加工的工件17，第一机械手爪5保持空置状态；

3)所述正在加工的工件17被加工为成品的工件17之后，控制装置控制第一机械手爪5将该成品的工件17从加工夹具16上取下，第二机械手爪5将其抓取的待加工的工件17放置在加工夹具16上进行加工；

4)当第二机械手爪5放置在加工夹具16上的待加工的工件17被加工为成品的工件17之后，控制装置控制第二机械手爪5将该成品的工件17从加工夹具16上取下，第三机械手爪5将其抓取的待加工的工件17放置在加工夹具16上进行加工；

5)控制装置控制第一机械手爪5和第二机械手爪5分别将各自抓取的成品的工件17放置在成品区域19。

利用发明还提供的一种工业机械手1的作业方法进行作业的过程中，上述步骤2)中，第二机械手爪5和第三机械手爪5分别从上料区域18中抓取一个待加工的工件17之后移动至加工机床15处等待加工夹具16上的工件17完成加工作业；步骤3)中，第三机械手爪5将其抓取的待加工的工件17放置在加工夹具16上之后再等待加工夹具16上的工件17完成加工作业；在步骤4)中，第三机械手爪5将其抓取的待加工的工件17放置在加工夹具16上之后，在加工机床15对加工夹具16上的工件17进行加工时，控制装置控制万向机械臂2立即将第一机械手爪5和第二机械手爪5所抓取的成品的工件17放置在成品区域19，然后再立即将各机械手爪5移动至上料区域18再抓取待加工的工件17。这样，万向机械臂2在上述步骤2)中每次抓取两个待加工的工件17，在步骤3)中无需移动，在上述步骤5)中每次放置两个成品的工件17到成品区域19，所以，万向机械臂2的空行程大幅度减少，减少了万向机械臂2的磨损，减少了无用功，提高了万向机械臂2的使用效率。而且，在上述步骤2和步骤3)中，万向机械臂2已经先控制机械手爪5抓取了待加工的工件17在加工机床15处等待，这样，当加工机床15完成一件工件17的加工作业之后，控制装置能够控制空置的机械手爪5立即将成品件从加工夹具16上抓取下来，并立即在加工夹具16上放置一件待加工的工件17，因此，加工机床15的等待时间减少了，能够提高生产效率，加快生产节拍。由此可见，利用本发明的一种工业机械手1及其作业方法进行加工作业能够减少机床的等待时间，减少机械手臂的循环行程次数，从而提高了生产效率，节约生产节拍。

在加工作业最开始的时候，可以先利用本发明的一种工业机械手1上的其中一个机械手爪5抓取一件待加工工件17放置到加工夹具16上进行加工，此时为上述步骤1)中的状态。

在上述步骤5)中，控制装置控制第一机械手爪5和第二机械手爪5分别将各自抓取的成品的工件17放置在成品区域19时，步骤4)中第三机械手爪5放置在加工夹具16上的待加工的工件17正在进行加工，在此待加工的工件17正在进行加工时，控制装置就开始执行上述步骤2)，然后再依次执行步骤3)至步骤5)。在持续的加工作业过程中，控制装置循环地执行步骤2)至步骤5)。

若在上述步骤2)中，控制装置控制机械手爪5从上料区域18中抓取待加工的工件17之后，托盘20已被清空，则在后续的步骤5)中，控制装置控制机械手爪5等待剩余的待加工的工件17全部完成加工之后，并将这些成品的工件17全部抓取在机械手爪5上之后在移动至成品区域19。

在上述本发明的一种工业机械手1的作业方法中，将三个副连接架4上的机械手爪5别为称为第一机械手爪5、第二机械手爪5和第三机械手爪5并不是对各机械手爪5的限定，只是为了描述各作业步骤是对各机械手的区别称谓。在利用本发明的一种工业机械手1循环执行上述步骤2)至步骤5)的作业过程中，执行上述步骤2)时，从上料区域18抓取工件17的机械手爪5分别称为第二机械手和第三机械手，保持空置的机械手被称为第一机械手；执行步骤3)时，将成品的工件17从加工夹具16上取下的机械手爪5被称为第一机械手爪5，将所抓取的待加工的工件17放置在加工夹具16上进行加工的机械手爪5被称为第二机械手爪5；执行步骤4)时，将成品的工件17从加工夹具16上取下的机械手爪5被称为第二机械手爪5，将所抓取的待加工的工件17放置在加工夹具16上进行加工的机械手爪5被称为第三机械手爪5；执行步骤5)时，将各自抓取的成品的工件17放置在成品区域19的机械手爪5分别被称为第一机械手爪5和第二机械手爪5。在持续循环步骤2)至步骤5)的过程中，第一机械手爪5、第二机械手爪5和第三机械手爪5具体指代的机械手爪5是动态变化的，在同一个循环的步骤2)至步骤5)中，第一机械手爪5、第二机械手爪5和第三机械手爪5指代的具体机械手爪5保持不变，在不同循环的步骤2)至步骤5)中，第一机械手爪5、第二机械手爪5和第三机械手爪5指代的具体机械手爪5可能不同。

在上述本发明的一种工业机械手1的作业方法中，作为一种优选的实施方式，所述主连接架3上还安装有ccd照相机13，ccd照相机13与控制装置连接；在所述步骤2)中，ccd照相机13先获取上料区域18中的各待加工的工件17的位置信息，并将位置信息传递给控制装置，然后控制装置再根据所接收的位置信息控制第二机械手爪5和第三机械手爪5分别从上料区域18中抓取一个待加工的工件17。这样，本发明的一种工业机械手1能够准确地定位所需要抓取的工件17或托盘20等物件。

在上述本发明的一种工业机械手1的作业方法中，还可以在所述主连接架3上还安装风刀14；在步骤5)之前，控制装置控制风刀14先对成品的工件17表面的加工残留物进行清理。这样，最终的成品件是干净无污的，便于进一步加工或储存。

在上述本发明的一种工业机械手1的作业方法中，为了使所述工业机械手1能够更好地发挥自动化优势，可以利用机械手对托盘20进行移动，而无需耗费人力，请参考图1，所述上料区域18放置有托盘20，所述待加工的工件17放置在上料区域18的托盘20上；在步骤5)之后，当上料区域18的托盘20上的待加工的工件17全部被移走之后，控制装置控制机械手爪5将该托盘20移至过渡区域22；当成品区域19的托盘20上放满成品的工件17之后，控制装置控制机械手爪5从过渡区域22移一个托盘20至成品区域19。

与上述本发明的一种工业机械手1的作业方法相应地，本发明还提供一种加工作业系统，采用上述技术方案或任一优选的技术方案所述的一种工业机械手1的作业方法进行加工作业。

基于上述实施例的技术方案可见，利用本发明的一种工业机械手1及其作业方法进行加工作业能够减少机床的等待时间，减少机械手臂的循环行程次数，从而提高了生产效率，节约生产节拍。

综上所述，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。