一种冲压上下料机械手的制作方法

本实用新型属于机械手设计领域，更具体地，涉及一种冲压上下料机械手。

背景技术：

电饭煲内胆冲压是电饭煲生产中极其重要的生产工序，冲压加工工艺过程包括拉伸、切边、弯边、滚边、翻边、刻字六道生产加工工序，每道加工工序都需要相应的人工或者机械手完成搬运工作。目前，大型企业加工电饭煲内胆逐步由机械手代替人工进行上下料操作，小型企业依然采用人工完成上下料操作。随着劳动成本的增加，企业生产规模的加大，致使冲压上下料机械手的需求量急剧增加。

冲压加工工艺过程的精细化导致使用不同的冲压机床，需要设计不同形式的上下料机械手。目前，四柱冲压机采用直角坐标式机械手，如中国专利201420281809.1，该机械手是一种长悬臂模块化上下料直角坐标机械手，虽然能够满足加工工艺要求，但模块有效行程过长且限制两冲床之间的距离，空间体积大，工作可靠性差；开式冲床（如单柱冲压机）采用转动式机械手，如中国专利201410590491.X，腕部采用伺服电动机通过编码器控制转动角度，设计复杂，且不适用四柱冲压机，通用性差。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种冲压上下料机械手，有效克服了冲压上下料机械手对于单柱冲床和四柱冲床通用性差的难题，提供一种通用性强、生产效率相对较高的冲压上下料机械手。

为解决上述问题，本实用新型提供的技术方案是：一种冲压上下料机械手，其中，包括底座、升降机构、腰部机构、伸缩机构、腕部机构以及抓取机构，所述的升降机构固定于底座上，所述的腰部机构与升降机构连接，所述的伸缩机构设于腰部机构上；所述的腕部机构一端与伸缩机构可滑动连接，另一端与抓取机构连接；所述的腰部机构可驱动伸缩机构转动，所述的伸缩机构可驱动腕部机构和抓取机构做伸缩运动，所述的腕部机构可驱动抓取机构转动。

在本实用新型中，将本实用新型提供的上下料机械手固定设置于两个冲压机床的正中间，其升降机构通过腰部机构驱动其它机构进行升降动作，实现机械手竖直移动的功能；腰部机构驱动伸缩机构、腕部机构和抓取机构进行回转动作，实现机械手不同方向转动的功能；伸缩机构带动腕部机构和抓取机构进行伸缩动作，实现机械手水平移动的功能；腕部回转机构设有第二连接板，并通过第二连接板Ⅱ带动抓取机构进行回转动作，实现末端执行器即真空吸盘不同工作角度的变化；抓取机构设有单作用气缸，通过单作用气缸的伸缩功能驱动末端执行器即真空吸盘的移动，在以上机构的共同作用下能够达到快速抓取或释放工件到设定位置的目的。

进一步地，所述的升降机构包括多根支撑柱、第一双作用气缸；所述的第一双作用气缸包括缸体和气缸活塞杆，所述的缸体固定于底座上，所述的气缸活塞杆一端与缸体连接，另一端与腰部机构连接；所述的支撑柱自上往下包括上柱、缓冲弹簧和下柱；所述的上柱与腰部机构固定连接，所述的缓冲弹簧一端与上柱连接，另一端与下柱连接，所述的下柱的另一端与底座固定连接；所述的第一双作用气缸侧向设有多根支撑柱。第一双作用气缸的伸缩作用驱动腰部机构座升降运动，利用缓冲弹簧的弹性能够有效减轻整个机构自身的惯性力，进而减轻第一双作用气缸的承受力。

进一步地，所述的腰部机构包括框架、外筒、伺服电机、小齿轮、大齿轮以及传动轴，所述的框架底部与升降机构连接，所述的伺服电机设于框架的顶部；所述的外筒一端与框架顶部连接，另一端与伸缩机构连接；所述的小齿轮和大齿轮横向设于框架内，所述的伺服电机的输出轴与小齿轮连接，所述的大齿轮固定于传动轴上，所述的大齿轮和小齿轮啮合连接；所述的传动轴竖向设于框架和外套内，所述的传动轴一端与伸缩机构固定连接。通过伺服电机带动小齿轮转动，小齿轮与大齿轮啮合，从而带动大齿轮转动，大齿轮与传动轴固定连接，进而带动传动轴转动，传动轴与伸缩机构固定连接，因此，可通过控制传动轴转动的角度来控制伸缩机构的转动。

进一步地，所述的腰部机构还包括第一角接触球轴承、第二角接触球轴承，所述的传动轴通过第一角接触球轴承、第二角接触球轴承与外筒连接。

进一步地，所述的伸缩机构包括横梁架、支撑架、减速机、联轴器、支撑座、带座轴承、滚珠丝杆以及丝杆螺母座、滑台；所述的横梁架与腰部机构连接，所述的支撑架固定于横梁架的一端，所述的减速机设于支撑架上，所述的减速机通过联轴器与滚珠丝杆连接，所述的滚珠丝杆的两端通过带座轴承与支撑座连接，所述的支撑座固定设于横梁架上；所述的滑台与丝杆螺母座连接，所述的丝杆螺母座与滚珠丝杆配合连接；所述的横梁架上设有凸起的导轨，所述的滑台上设有与导轨配合连接的凹槽，所述的滑台通过凹槽和导轨与横梁架滑动连接。优选地，横梁架上还固定设有导向板，外筒与导向板固定连接，传动轴与横梁架固定连接；设置导向板，可限制横梁架水平方向窜动。作为优选的，滑台的长度值大于丝杆螺母座的长度值，便于安装。

在本实用新型中，减速机通过联轴器驱动滚珠丝杆转动，滚珠丝杆与滑台连接，从而实现滑台沿着横梁架上的导轨做往复运动。

进一步地，所述的腕部机构包括连接臂、第二双作用气缸、第一连接板、第二连接板；所述的连接臂一端与滑台连接，所述的第二双作用气缸包括缸体和气缸活塞杆，所述的缸体固定设于连接臂上，所述的气缸活塞杆一端与缸体连接，另一端与第一连接板通过第一连接件转动连接，所述的第一连接板的另一端通过第二连接件与第二连接板连接，所述的第二连接件与第一连接板可转动连接，与第二连接板固定连接；所述的第二连接板的一端通过第三连接件与连接臂远离滑台的一端转动连接。

优选地，所述的第一连接板包括第一短板和第二短板，所述的第一短板与第二短板呈60°~120°连接。

在本实用新型中，在静止初始状态下，第二连接板与水平方向的连接臂顺时针成一定的锐角，角度可根据腕部机构的转动角度而设定；第二双作用气缸通过气缸活塞缸驱动第一连接板作做伸缩运动，由于第一连接板为由两块互成角度的板一体成型结构，从而可在一定角度范围下驱动第二连接板围绕连接臂转动，实现抓取机构的转动。

优选地，所述的第二双作用气缸、第一连接板设置在连接臂的边缘侧，且设于第二连接板与连接臂构成的顺时针角度的一侧。有利于增大第二连接板的转动角度，且可完成更多角度动作的设定，使机械手运用范围更广。

进一步地，所述的第一连接件与第一连接板之间、第二连接件与第一连接板之间、第三连接件与连接臂以及第二连接板之间均设有推力调心滚子轴承。

进一步地，所述的抓取机构包括第一连接杆、第二连接杆、单作用气缸、以及多个真空吸盘；所述的单作用气缸包括缸体和气缸活塞杆；所述的第一连接杆一端与第二连接板固定连接，另一端与单作用气缸的缸体固定连接；所述的气缸活塞杆一端与缸体连接，另一端与第二连接杆固定连接，所述的真空吸盘与第二连接杆连接和/或气缸活塞杆连接。通过单作用气缸的气缸活塞杆的伸缩往复运动，带动第二连接杆伸缩运动，实现真空吸盘不同位置的抓取动作，实现远离或接近工件的运动。

优选地，所述的真空吸盘上还设有缓冲体，所述的真空吸盘通过缓冲体与第二连接杆和/或气缸活塞杆连接。设置缓冲体可减缓真空吸盘在抓取工件与工件接触时的冲击力，从而降低对真空吸盘的损坏。

优选地，所述的伺服电机还设有绝对值编码器；实现对腰部机构位置的反馈。

优选地，所述的第一双作用气缸、第二双作用气缸以及单作用气缸处均设有限位开关，通过限位开关控制第一双作用气缸、第二双作用气缸以及单作用气缸的气缸活塞杆的伸缩距离，进而实现不同位置的抓取动作。

进一步地，还设有控制器，所述的控制器分别与升降机构、腰部机构、伸缩机构、腕部机构以及抓取机构连接，通过控制器可根据生产需求控制各个机构的运动，实现准确的抓取动作。

与现有技术相比，有益效果是：本实用新型提供的一种上下料机械手，抓取机构通过第二双作用气缸驱动腕部机构的转动而实现不同角度的运动，真空吸盘通过单作用气缸的伸缩作用接近或远离工件，避免与冲压机床的立柱碰撞，通用于单柱冲床和四柱冲床，其腕部机构的转动克服了长期依赖电机及其相关设备来满足简单的角度位置要求，腕部机构简化了设计的复杂性且转动角度能够满足机械手对于冲压机床上下料的要求，通用性强、生产效率相对较高，可应用于各类冲压机床上下料的搬运作业。

附图说明

图1与图2为本实用新型整体结构示意图。

图3为本实用新型剖视图。

图4为本实用新型第一状态示意图。

图5为本实用新型第二状态示意图。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。

如图1所示，一种冲压上下料机械手，其中，包括底座1、升降机构2、腰部机构3、伸缩机构4、腕部机构5以及抓取机构6，升降机构2固定于底座1上，腰部机构3与升降机构2连接，伸缩机构4设于腰部机构3上；腕部机构5一端与伸缩机构4可滑动连接，另一端与抓取机构6连接；腰部机构3可驱动伸缩机构4转动，伸缩机构4可驱动腕部机构5和抓取机构6做伸缩运动，腕部机构5可驱动抓取机构6转动。在本实用新型中，将本实用新型提供的上下料机械手固定设置于两个冲压机床的正中间，其升降机构2通过腰部机构3驱动其它机构进行升降动作，实现机械手竖直移动的功能；腰部机构3驱动伸缩机构4、腕部机构5和抓取机构6进行回转动作，实现机械手不同方向转动的功能；伸缩机构4带动腕部机构5和抓取机构6进行伸缩动作，实现机械手水平移动的功能；腕部回转机构设有第二连接板54，并通过第二连接板54Ⅱ带动抓取机构6进行回转动作，实现末端执行器即真空吸盘64不同工作角度的变化；抓取机构6设有单作用气缸63，通过单作用气缸63的伸缩功能驱动末端执行器即真空吸盘64的移动，在以上机构的共同作用下能够达到快速抓取或释放工件到设定位置的目的。

如图2、图3所示，升降机构2包括多根支撑柱21、第一双作用气缸22；第一双作用气缸22包括缸体和气缸活塞杆，缸体固定于底座1上，气缸活塞杆一端与缸体连接，另一端与腰部机构3连接；支撑柱21自上往下包括上柱211、缓冲弹簧212和下柱213；上柱211与腰部机构3固定连接，缓冲弹簧212一端与上柱211连接，另一端与下柱213连接，下柱213的另一端与底座1固定连接；第一双作用气缸22侧向设有多根支撑柱。第一双作用气缸22的伸缩作用驱动腰部机构3座升降运动，利用缓冲弹簧212的弹性能够有效减轻整个机构自身的惯性力，进而减轻第一双作用气缸22的承受力。

另外，腰部机构3包括框架31、外筒32、伺服电机33、小齿轮34、大齿轮35以及传动轴36，框架31底部与升降机构2连接，伺服电机33设于框架31的顶部；外筒32一端与框架31顶部连接，另一端与伸缩机构4连接；小齿轮34和大齿轮35横向设于框架31内，伺服电机33的输出轴与小齿轮34连接，大齿轮35固定于传动轴36上，大齿轮35和小齿轮34啮合连接；传动轴36竖向设于框架31和外套内，传动轴36一端与伸缩机构4固定连接。通过伺服电机33带动小齿轮34转动，小齿轮34与大齿轮35啮合，从而带动大齿轮35转动，大齿轮35与传动轴36固定连接，进而带动传动轴36转动，传动轴36与伸缩机构4固定连接，因此，可通过控制传动轴36转动的角度来控制伸缩机构4的转动。

在一些实施例中，腰部机构3还包括第一角接触球轴承37、第二角接触球轴承38，传动轴36通过第一角接触球轴承37、第二角接触球轴承38与外筒32连接。

具体地，伸缩机构4包括横梁架41、支撑架42、减速机43、联轴器44、支撑座45、带座轴承46、滚珠丝杆47以及丝杆螺母座48、滑台49；横梁架41与腰部机构3连接，支撑架42固定于横梁架41的一端，减速机43设于支撑架42上，减速机43通过联轴器44与滚珠丝杆47连接，滚珠丝杆47的两端通过带座轴承46与支撑座45连接，支撑座45固定设于横梁架41上；滑台49与丝杆螺母座48连接，丝杆螺母座48与滚珠丝杆47配合连接；横梁架41上设有凸起的导轨，滑台49上设有与导轨配合连接的凹槽，滑台49通过凹槽和导轨与横梁架41滑动连接。优选地，横梁架41上还固定设有导向板，外筒32与导向板固定连接，传动轴36与横梁架41固定连接；设置导向板，可限制横梁架41水平方向窜动。作为优选的，滑台49的长度值大于丝杆螺母座48的长度值，便于安装。在本实用新型中，减速机43通过联轴器44驱动滚珠丝杆47转动，滚珠丝杆47与滑台49连接，从而实现滑台49沿着横梁架41上的导轨做往复运动。

其中，腕部机构5包括连接臂51、第二双作用气缸52、第一连接板53、第二连接板54；连接臂51一端与滑台49连接，第二双作用气缸52包括缸体和气缸活塞杆，缸体固定设于连接臂51上，气缸活塞杆一端与缸体连接，另一端与第一连接板53通过第一连接件转动连接，第一连接板53的另一端通过第二连接件与第二连接板54连接，第二连接件与第一连接板53可转动连接，与第二连接板54固定连接；第二连接板54的一端通过第三连接件与连接臂51远离滑台49的一端转动连接。

在一些实施例中，第一连接板53包括第一短板和第二短板，第一短板与第二短板呈90°连接。

在本实用新型中，在静止初始状态下，第二连接板54与水平方向的连接臂51顺时针成一定的锐角，角度可根据腕部机构5的转动角度而设定；第二双作用气缸52通过气缸活塞缸驱动第一连接板53作做伸缩运动，由于第一连接板53为由两块互成角度的板一体成型结构，从而可在一定角度范围下驱动第二连接板54围绕连接臂51转动，实现抓取机构6的转动。

在一些实施例中，如图4、图5所示，第二双作用气缸52、第一连接板53设置在连接臂51的边缘侧，且设于第二连接板54与连接臂51构成的顺时针角度的一侧。有利于增大第二连接板54的转动角度，且可完成更多角度动作的设定，使机械手运用范围更广。第一连接件与第一连接板53之间、第二连接件与第一连接板53之间、第三连接件与连接臂51以及第二连接板54之间均设有推力调心滚子轴承55。

具体地，抓取机构6包括第一连接杆61、第二连接杆62、单作用气缸63、以及多个真空吸盘64；单作用气缸63包括缸体和气缸活塞杆；第一连接杆61一端与第二连接板54固定连接，另一端与单作用气缸63的缸体固定连接；气缸活塞杆一端与缸体连接，另一端与第二连接杆62固定连接，真空吸盘64与第二连接杆62连接和/或气缸活塞杆连接。通过单作用气缸63的气缸活塞杆的伸缩往复运动，带动第二连接杆62伸缩运动，实现真空吸盘64不同位置的抓取动作，实现远离或接近工件的运动。真空吸盘64上还设有缓冲体65，真空吸盘64通过缓冲体65与第二连接杆62和/或气缸活塞杆连接。设置缓冲体65可减缓真空吸盘64在抓取工件与工件接触时的冲击力，从而降低对真空吸盘64的损坏。

在一些实施例中，伺服电机33还设有绝对值编码器；实现对腰部机构3位置的反馈。第一双作用气缸22、第二双作用气缸52以及单作用气缸63处均设有限位开关，通过限位开关控制第一双作用气缸22、第二双作用气缸52以及单作用气缸63的气缸活塞杆的伸缩距离，进而实现不同位置的抓取动作。其中，还设有控制器，控制器分别与升降机构2、腰部机构3、伸缩机构4、腕部机构5以及抓取机构6连接，通过控制器可根据生产需求控制各个机构的运动，实现准确的抓取动作。

如图4、图5所示，腕部机构5的第二双作用气缸52通过支撑块固定安装在连接臂51上，其中连接臂51为矩形管状结构，取机构通过第一连接杆61和二连接杆固定连接腕部机构5的第二连接板54，当第二双作用气缸52的气缸活塞杆处于缸底时，第二连接板54和抓取机构6置于一侧的极限位置；当第二双作用气缸52的气缸活塞杆运动到中位过程中时，第一连接板53通过第二双作用气缸52的气缸活塞杆伸出而转动，进而驱动第二连接板54和抓取机构6转动，此时，第二双作用气缸52的气缸活塞杆与单作用气缸63的气缸活塞杆平行；当第二双作用气缸52的气缸活塞杆运动到缸顶时，第二连接板54和抓取机构6转动到另一侧极限位置；当第二双作用气缸52的气缸活塞杆缩回至中位过程中时，第二连接板54和抓取机构6通过第一连接板53的转动而转动，此时，第二双作用气缸52的气缸活塞杆与单作用气缸63的气缸活塞杆平行；当第二双作用气缸52的气缸活塞缩回缸底时，第二连接板54和抓取机构6又回到一侧极限位置，如此反复运动。

本实用新型的工作原理如下：

1. 如图1至图5所示，按下启动按钮，第一双作用气缸22进气，通过气缸活塞杆驱动框架31上的装置上升到设定位置后停止进气；

2. 第二双作用气缸52进气，气缸活塞杆运动到气缸中位时停止进气，此时抓取机构6通过第一连接板53的转动而转动到单作用气缸63的轴线与第二双作用气缸52的轴线平行；

3. 伺服电机33得电正转，传动轴36通过小齿轮34与大齿轮35的啮合传动而转动，进而驱动导向板和横梁架41上的其他装置转动一定的角度后，伺服电机33停电；接着减速机43得电正转，通过联轴器44带动滚珠丝杠转动，进而带动滑台49及滑台49上其他部件沿横梁架41上的导轨运动一定的距离后，减速机43停电；

4. 第二双作用气缸52的气缸活塞杆运动到缸底，第一连接板53通过气缸活塞杆的缩回而转动，进而抓取机构6转动到一侧极限位置；接着单作用气缸63进气，真空吸盘64组件随着活塞杆伸出，当真空吸盘64组件到达冲压机床上的限位开关时停止进气；

5. 第一双作用气缸22排气，当真空吸盘64组件向下运动至工件表面时停止排气，此时真空吸盘64组件通过真空发生器进气吸取工件并暂停几秒（可根据需要来设置暂停时间）；

6. 第一双作用气缸22进气，真空吸盘64组件吸取工件上升一定的距离后停止进气；接着单作用气缸63的气缸活塞杆运动到缸底，真空吸盘64组件随着气缸活塞杆缩回；

7.第二双作用气缸52进气，气缸活塞杆运动到中位时停止进气，抓取机构6再次通过第一连接板53的转动而转动到单作用气缸63的轴线与第二双作用气缸52的轴线平行；接着减速机43得电反转，丝杆螺母座48带动滑台49及滑台49上其他装置缩回一定的距离后，减速机43停电；

8. 伺服电机33得电反转，传动轴36带动导向板和横梁架41上的其他装置转动一定的角度后，伺服电机33停电；

9. 减速机43得电正转，丝杆螺母座48带动滑台49及滑台49上其他装置伸出一定的距离后，减速机43停电；

10. 第二双作用气缸52进气，当气缸活塞杆运动到缸顶时停止进气，此时抓取机构6运动到另一侧极限位置；接着单作用气缸63进气，真空吸盘64组件随着活塞杆伸出，当真空吸盘64组件到达另一冲压机床上的限位开关时停止进气；

11. 第一双作用气缸22进行排气，真空吸盘64组件带动工件向下运动至工件放入冲压机床的凸模模具中后，第一双作用气缸22停止排气；其次真空吸盘64组件通过真空发生器进行排气，释放工件并暂停几秒（暂停时间可根据生产需要而设定）；随后第一双作用气缸22进气，真空吸盘64组件向上运动一定距离后停止进气；

12. 单作用气缸63的气缸活塞杆运动到缸底，气缸活塞杆带动真空吸盘64组件缩回；最后升降机构2、腰部机构3、伸缩机构4以及腕部机构5依次动作进行复位，准备抓取下一工件，如此反复循环。

显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。