专利名称：自动化柔性制造装配系统的制作方法
所属领域本发明属于物流传输、产品制造及装配领域，尤其是一种自动化柔性制造装配系统。
背景技术：
对于自动化的物流传输或者机件加工制造装配领域，都设计有专门的生产线。这些自动生产线功能比较单一，技术不成熟，主要表现在1.机件等物流传输大多为封闭回转的传输方式，其传动方式通常采用链条传动或者滚轮传动，回转半径比较大，运行不可靠，精度比较低。尤其对于角度为90°的回转，在技术上难以实现。针对这种情况，可以采取皮带传输的方式予以实现，在回转时采用直角错接的方式，将机件传输到另一个传送皮带上。然而出现了传输的机件震动比较大，传输不平稳、不可靠、不准确的现象，甚至可能会导致损坏机件的事故。
2.在数控机床加工领域所使用的机件库，普遍采用的是贮架式或台架式结构来存放机件(工具或部件)，类似于现在的仓储货架。在机件存取时，采用的机械控制结构比较复杂，至少采用三套传动方式才可以实现，造价比较高，就位精度比较差，存放的空间比较小，影响了数控机床的进一步发展。
3.现有的机械手通常为三轴机械手，可实现机械手在三个方位的动作。近年来，也出现了四轴机械手，这仅仅是多了一个方位的动作，其结构方式和驱动方式没有改变，采用的传动方式均为齿轮传动或链轮传动，普遍采用齿轮减速器，结构比较复杂，体积比较大，成本比较高，且动作比较单一。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种结构简单合理、机件等物流传输平稳可靠、机件存放空间大且就位精度高、采用五轴机械手精确抓取存放机件的自动化柔性制造装配系统。
本发明目的实现内容为在系统工作平台上安装有机件传输线、机械手和机件库，其中机件传输线为平面框架式结构且由3～6个直线传输单元首尾连接构成，该机件传输线上运行有机件托盘。
另外，本发明还有其他一些技术要点所述的直线传输单元的结构为电机驱动的双窄皮带同步传输轨道，其首尾连接构成的平面框架式结构的每一首尾连接处的双窄皮带同步传输轨道中轴线上固装一机件托盘的导向轨道，该导向轨道通过所制成的弧线状逐渐过度到与之进行传输的另一双窄皮带同步传输轨道的中轴线。
采用的五轴机械手包括腰机构、肩机构、肘机构、腕机构、爪机构五级传动部分(不包括爪机构自身的动作)，其中肩机构与固装在固定座上的腰机构的减速器轴一体固装实现肩机构绕固定座上腰机构的减速器轴的周向摆动，肘机构、腕机构分别安装在肩机构内、肘机构内的减速器上实现肩机构与肘机构、肘机构与腕机构之间的相对摆动，爪机构安装在腕机构的锥齿轮轴上并通过安装在腕机构减速器上的一对锥齿轮的啮合实现爪机构的摆动或者转动。在机件传输线所设置的任一机件工作位置的系统工作平台上均安装有机械手，机械手的腰机构、肩机构、肘机构、腕机构所采用的减速器均为谐波减速器。
机件库为多功位塔形旋转机件库，其结构是在电机驱动的减速机的轴上固装有一立轴，在立轴的柱面上水平固装有1～8层托板。
本发明的优点为1.机件传输线采用驱动电机同步驱动安装在两根型材支架上的皮带传动轮所构成的双窄皮带同步传输轨道，其首尾方向相互固装的接头处中轴线位置固装有导向轨道，可使运送物体的托盘按照导向轨道运行，不但可实现一般角度的回转，而且完全可以实现角度为90°的回转，回转平稳、安全、可靠。
2.采用多层托板式的塔形结构可旋转机件库，只需一个执行机构即可实现机件的存取，且执行机构比较简单，托板上可以均布划分为若干个机件存放单元，机件存放空间大，可以达到现有机件库的3-10倍。
3.机械手是五轴机械手，可实现(不含爪机构的传动)五个方位动作(空间运动)，传动部分的减速器采用谐波减速器，爪机构可据工作要求随意更换，增加了传动的可靠性和准确性，功能全面。
图1为本发明的总体结构平面示意图；图2为机件传输线的平面结构示意图；图3为机械手的结构示意图；
图4为图3的A--A向剖视图；图5为机件库的截面剖视图；图6为机件托盘运行到导向轨道位置的机件传输线的局部截面剖视图。
具体实施例方式
下面结合附图，对实施例做一下叙述。
首先参见图1自动化柔性制造装配系统的各种部件安装在系统工作平台6上，在系统工作台上安装的部件有机件传输线4、机械手2和机件库7，另外还安装有一直线传输线1，该直线传输线的两端安置有自动加工车床(CNC)等加工装置(如虚线所示)，其上运行的机械手用于将传输线传来的机件拿到车床进行加工，然后再放回机件传输线上。机件传输线传送机件采用的是可在机件传输线上运行的机件托盘5。本实施例中的机械手示意为三个，分别安置在机件出库入库位置、直线传输线的轨道上和机件传输线内的机件装配位置，机械手的数量随加工工步可以增加或减少。
图2、图6为机件传输线的结构平面图，它是由3～6个直线传输单元首尾连接构成的平面框架式结构，是电机9通过减速机同步驱动安装在两根型材支架上的皮带传动轮所构成的双窄皮带同步传输轨道10(具体的结构部件未标号)，其首尾连接构成的平面框架式结构的每一首尾连接处的双窄皮带同步传输轨道中轴线上，均在型材支架的横梁24上固装一可运行机件托盘的导向轨道3，该导向轨道通过所制成的弧线状逐渐过度到与之进行传输的另一双窄皮带同步传输轨道的中轴线上。机件托盘可在机件传输线上运行，其下安装的导向轮23可嵌入导向轨道中运行。本实施例中的直线传输单元为4个，呈平面直角框架式结构。
图3、图4是机械手的结构示意图。该机械手包括腰机构15、肩机构14、肘机构13、腕机构12、爪机构11(不含爪机构的传动)五级传动部分，构成五轴机械手。其中肩机构与固装在固定座上的腰机构的减速器轴(未标号)一体固装，可实现肩机构绕固定座上腰机构的减速器轴的周向摆动，在图4中还图示有平衡弹簧(未标号)机构，其功用就是平衡肩机构与肘机构、肘机构与腕机构之间的力矩。腰机构、肩机构、肘机构、腕机构均由电机驱动，通过谐波减速器传动力矩，使肩机构围绕腰机构、肘机构围绕肩机构、腕机构围绕肘机构进行平面摆动。爪机构围绕碗机构的动作是通过一套锥齿轮系统16来实现的，其中传动系统为两个，每一组的电机17均通过皮带轮驱动减速机18运动，两组传动系统在同步逆向运动时，可啮合锥齿轮使爪机构实现转动；当同步顺向旋转时，爪机构实现摆动；当不同步转动时，爪机构可实现在转动的同时进行摆动。
图5所示为机件库的截面剖视图。该机件库为多工位塔形旋转机件库，其结构是在固定座21内的电机22驱动的减速机20的轴上固装有一立轴19，在立轴的柱面上水平固装有1～8层托板(本实施例中有4层托板)，托板上均布放置有机件8。
本发明的机件库的旋转、机件托盘的运行、机件传输线的运行、机械手的动作均是由智能操作系统控制，该智能操作系统在本实施例中不做陈述。
本发明的工作原理为在智能操作系统的指令下，机件库旋转，将所需要的机件转到机械手容易抓取的位置，机械手将抓取的机件放在机件传输线上的机件托盘上，机件托盘通过机件传输线的皮带带动，到达下一工步——直线传输线所在的加工工步。该位置的机械手将机件从机件托盘上取出，并通过直线传输线送到加工车床上进行加工，加工后，由机械手再将加工好的机件放回到机件托盘上，通过机件传输线运送到装配工步，由该位置的机械手将机件送到装配位置装配。当各种机件通过上述过程加工好并逐一装配后，再由机械手将装配好的成品放到机件托盘上，该机件托盘通过机件传输线送到机件库位置，由机械手取放、入库。
权利要求
1.一种自动化柔性制造装配系统，由机械手、机件库、机件传输线构成，其特征在于在系统工作平台上安装有机件传输线、机械手和机件库，其中机件传输线为平面框架式结构且由3～6个直线传输单元首尾连接构成，该机件传输线上运行有机件托盘。
2.根据权利要求1所述的自动化柔性制造装配系统，其特征在于所述的直线传输单元的结构为电机驱动的双窄皮带同步传输轨道，其首尾连接构成的平面框架式结构的每一首尾连接处的双窄皮带同步传输轨道中轴线上固装一机件托盘的导向轨道，该导向轨道通过所制成的弧线状逐渐过度到与之进行传输的另一双窄皮带同步传输轨道的中轴线。
3.根据权利要求1所述的自动化柔性制造装配系统，其特征在于所述的机械手包括腰机构、肩机构、肘机构、腕机构、爪机构五级传动部分，其中肩机构与固装在固定座上的腰机构的减速器轴一体固装实现肩机构绕固定座上腰机构的减速器轴的周向摆动，肘机构、腕机构分别安装在肩机构内、肘机构内的减速器上实现肩机构与肘机构、肘机构与腕机构之间的相对摆动，爪机构安装在腕机构的锥齿轮轴上并通过安装在腕机构减速器上的一对锥齿轮的啮合实现爪机构的摆动或者转动。
4.根据权利要求1所述的自动化柔性制造装配系统，其特征在于所述的机件库为多工位塔形旋转机件库，其结构是在电机驱动的减速机的轴上固装有一立轴，在立轴的柱面上水平固装有1～8层托板。
5.根据权利要求1或3所述的自动化柔性制造装配系统，其特征在于在机件传输线所设置的任一机件工作位置的系统工作平台上均安装有机械手。
6.根据权利要求1或3所述的自动化柔性制造装配系统，其特征在于机械手的腰机构、肩机构、肘机构、腕机构所采用的减速器均为谐波减速器。
全文摘要
本发明属于物流传输、产品制造及装配领域的一种自动化柔性制造装配系统。主要特点是在系统工作平台上安装有机件传输线、机械手和机件库，其中机件传输线为平面框架式结构且由3～6个直线传输单元首尾连接构成，该机件传输线上运行有机件托盘。本发明结构简单合理、机件等物流传输平稳可靠、机件存放空间大且就位精度高、并采用五轴机械手精确抓取存放机件，是一种先进的智能制造装配系统。
文档编号B23P21/00GK1569587SQ0313041
公开日2005年1月26日 申请日期2003年7月18日 优先权日2003年7月18日
发明者张军辉, 张海林, 张则钢 申请人:张军辉