接箍自动上下料装置的制作方法

本发明涉及接箍生产技术领域，尤其涉及一种接箍自动上下料装置。

背景技术

接箍的外廓为圆柱形，其内部结构为中空，两端有内锥螺纹，是钢管之间连接的关键零件。

目前，在国内接箍生产中，接箍涂层、标记及堆垛生产工序中需要有多人同时作业，完成对接箍的上料及下料。这种操作方式的缺点为：一方面会导致工人的劳动强度大、工作效率较低；另一方面，在该道工序中，需要对接箍进行喷漆，油漆弥漫在空气中，严重影响工人的身体健康。

现有技术中，有如下对中空圆柱管件及接箍的搬运设备：

中国专利cn201952015u公开了一种钢管自动搬运码垛机，包括机座和工作单元，其中工作单元设置在机座上，工作单元中的导向定位机构设有直角坐标的框架结构y轴导轨、z轴导轨和x轴横梁，依靠y轴导轨和z轴导轨的直线运动实现整个钢管抓取码垛和托盘抓取放置的准确定位，在y轴导轨和z轴导轨的带动下，钢管抓取机构抓取指定位置钢管，并将钢管放置到垛位的指定位置。

论文《接箍车丝机上下料专用机械手的研制》公开了一种接箍上下料机械手，由上下料臂、上下料卡爪、横移装置、纵移装置和行走机架组成，其形式为直角坐标型，具有三个自由度，分别为机械手在行走机架上前后左右行走和上下料臂的升降运动。

中国专利cn102633128a公开了一种钢管码垛设备，包括输送平台、推钢装置、升降托架、升降台车、小车、对齐装置、导向杆等装置。此设备将钢管码垛工艺拆解为不同的细分工艺步骤，使用多种装置完成对钢管的码垛。此设备的缺点在于，操作机较多，占地面积大，且操作的可靠性较低。

上述专利和论文中公开的对中空圆柱管件及接箍的搬运设备，其钢管及接箍搬运状态均为卧式，即水平状态。

而目前接箍生产制造及供货的自动上下料技术还具有如下难点尚未解决：

1、接箍的规格种类较多，内径、外径、长度及重量变化范围较大，以油管接箍为例，尺寸如表1。

表1油管接箍尺寸对比表

从上表中可以看出，油管接箍的内径从117.86mm至343.28mm不等，外径从127.00mm至365.12mm不等，长度从225.45mm至269.88mm不等，重量从10.11kg至31.77kg不等，难以使用通用夹具完成对所有规格接箍的夹取。

2、接箍的两端均有内锥螺纹，使用传统的夹爪张开的方式对接箍进行抓取，会破坏螺纹，造成零件损伤。

3、接箍涂层、标记及堆垛生产工序过程中，工艺要求接箍拾取状态为直立，作业放置为卧式摆放，成筐供货，其堆垛作业为直立式分层堆垛，涉及直立到卧式，卧式再到直立的两种位姿的变化。

4、使用夹爪对外径进行抓取，在接箍的堆垛作业时会产生干涉，难于完成堆垛作业。

针对目前的接箍自动上下料装置及类似的钢管搬运装置均不能解决现有技术的问题，需要提供一种简易的、工具端无须执行机构的接箍自动上下料装置，以提高工作效率，缩小人工成本。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明提供一种接箍自动上下料装置，能够完成对不同规格、卧式/立式状态接箍的自动拾取、搬运及堆垛，且避免对接箍的损伤，保证接箍上下料操作的可靠性。

为实现上述目的，本发明的一种接箍自动上下料装置，包括机械手以及安装于机械手自由端轴上的工具杆组件，机械手的控制单元控制机械手调整姿态以改变工具杆组件的作业姿态，使工具杆组件利用接箍的重力拾取、搬运和放置接箍。

进一步地，工具杆组件包括：

杆件，杆件与机械手第六轴连接；

缓冲件，缓冲件为弹性材料，缓冲件设置于杆件上。

进一步地，杆件包括承载部和定位部，承载部与机械手第六轴连接，定位部设置于承载部远离机械手第六轴的一端。

进一步地，工具杆组件还包括限位件，限位件可移动地设置于承载部靠近机械手第六轴的位置。

进一步地，缓冲件设置于承载部上，且位于定位部和限位件之间。

进一步地，工具杆组件还包括距离检测器，距离检测器设置于工具杆组件远离机械臂第六轴的端部，控制单元根据距离检测器的检测结果判断工具杆组件是否到达工作位置。

进一步地，还包括视觉系统，视觉系统采集机械手周围的环境信息并反馈至控制单元，控制单元根据环境信息控制机械手调整姿态带动工具杆组件移动。

进一步地，还包括力觉系统，力觉系统检测接箍与工具杆组件之间的作用力信息并反馈至控制单元，控制单元根据作用力信息控制机械手调整姿态改变工具杆组件的作业姿态。

进一步地，上料作业时，接箍被拾取前竖直设置，被放置后水平设置；下料作业时，接箍被拾取前水平设置，被放置后竖直设置。

本发明的接箍自动上下料装置，工具杆组件利用接箍的重力拾取、搬运和放置接箍，不会因为抓取破坏螺纹、造成零件损伤，还可以满足对不同型号、规格的接箍进行拾取；通过机械手的控制单元控制机械手调整姿态以改变工具杆组件的作业姿态，可以满足卧式/立式状态接箍的自动拾取、搬运及堆垛，并且调整接箍的放置方式。本发明的接箍自动上下料装置，结构、操作简单，使用时对于接箍的来料位置精度要求低，并且可以保证接箍上下料操作可靠。

附图说明

图1为本发明的接箍自动上下料装置的结构示意图；

图2为本发明中工具杆组件的结构示意图；

图3为本发明的接箍自动上下料装置处于上料待机位的示意图；

图4为本发明的接箍自动上下料装置处于上料开始位的示意图；

图5为本发明的接箍自动上下料装置处于上料中间位的示意图；

图6为本发明的接箍自动上下料装置处于提升开始位的示意图；

图7为本发明的接箍自动上下料装置处于上料完成位的示意图；

图8为本发明的接箍自动上下料装置处于下料待机位的示意图；

图9为本发明的接箍自动上下料装置处于下降开始位的示意图；

图10为本发明的接箍自动上下料装置处于下料开始位的示意图；

图11为本发明的接箍自动上下料装置处于下料中间位的示意图；

图12为本发明的接箍自动上下料装置处于下料完成位的示意图。

具体实施方式

下面，结合附图，对本发明的结构以及工作原理等作进一步的说明。

如图1所示，为实现接箍的自动上下料，本发明提供了一种接箍自动上下料装置，包括机械手2以及安装于机械手2自由端上的工具杆组件100，为了保证装置的稳固性，避免在作业时出现摇晃和倾倒，机械手2固定于安装底板5上，从而实现对装置的固定。其中，机械手2与安装底板5可以通过螺栓固定连接。本发明实施例采用的为六轴机械手，因此机械手2的自由端为第六轴，工具杆组件100安装于机械手2第六轴上。

在接箍3标记工序中，接箍3由上料定位架4实现上料，接箍自动上下料装置需要将标记好的接箍3搬运到储存框6中。在本发明实施例中，机械手2的控制单元控制机械手2调整姿态以改变工具杆组件100的作业姿态，使工具杆组件100利用接箍3的重力拾取、搬运和放置接箍3。从而实现接箍3在上料作业时，其被拾取前处于竖直设置的状态，其被放置后处于水平设置的状态；接箍3在下料作业时，其被拾取前处于水平设置的状态，其被放置后处于竖直设置的状态。

在本发明实施例中，如图2所示，工具杆组件100可以包括杆件110和缓冲件120。其中，杆件110与机械手2第六轴连接；缓冲件120黏贴设置于杆件110上。缓冲件120为弹性材料，在本实施例中，弹性材料可以为橡胶或者聚酯纤维，除此之外，也可以为其他具有弹性的材料，只要是可以用于缓冲接箍3对于杆件110的冲击力的材料均可。

在本发明实施例中，杆件110包括承载部111和定位部112，承载部111与机械手2第六轴通过螺栓或者快换装置连接，定位部112设置于承载部111远离机械手2第六轴的一端，用于拾取接箍3并将接箍3限制在承载部111上，防止接箍3在搬运途中脱落。

在本发明另一实施例中，工具杆组件100还可以包括限位件130，限位件130可移动地设置于承载部111靠近机械手2第六轴的位置，用于限制接箍3在承载部111上的位置。其中，限位件130可以为挡块，将挡块的位置设置于可以沿承载部111轴向移动，从而实现对于不同长度尺寸的接箍3的限位。挡块与承载部111的连接方式可以为多种，例如，在承载部111上挡块的移动范围内设置外螺纹，在挡块上设置与该外螺纹匹配的内螺纹，将挡块与承载部111通过螺纹连接，并通过定位销进行定位；或者也可以在承载部111上挡块的移动范围内设置滑槽，挡块通过台阶配合面卡设与滑槽内，并通过定位销进行定位等等，只要是能够实现挡块与承载部111之间可移动连接的方式，都可以应用。此时，缓冲件120设置于承载部111上，且位于定位部112和限位件130之间。

在本发明又一实施例中，工具杆组件100还可以包括距离检测器140，距离检测器140设置于工具杆组件100远离机械手2第六轴的端部，控制单元根据距离检测器140的检测结果判断工具杆组件100是否到达工作位置。具体地，距离检测器140可以为接近开关或距离传感器中的任意一个，并且距离检测器140可以通过其自带的螺纹与工具杆相连接，用于检测工具杆组件100是否到达工作位置。本发明优选的采用接近开关作为距离检测器140，由于其为非接触式测距装置，可以使距离检测结果更加稳定，从而使装置的运行更稳定。

在本发明又一实施例中，接箍自动上下料装置还可以包括视觉系统(图中未示出)，视觉系统采集机械手2周围的环境信息并反馈至控制单元，控制单元根据环境信息控制机械手2调整姿态带动工具杆组件100移动。具体地，视觉系统可以包括与机械手2控制单元连接的照相机或者摄像机，可以采集周围环境的相片或者视频，并将其传递至控制单元，控制单元根据图像分析出环境信息的结果判断工具杆组件100周围的环境状态，并根据相应的环境状态调整机械手2的姿态，保证工具杆组件100能够顺利探入接箍3的内部。

在本发明又一实施例中，接箍自动上下料装置还可以包括力觉系统(图中未示出)，力觉系统检测接箍3与工具杆组件100之间的作用力信息并反馈至控制单元，控制单元根据作用力信息控制机械手2调整姿态改变工具杆组件100的作业姿态。力学系统可以包括与机械手2控制单元连接的压力传感器、力矩检测装置或者其他可以判断接箍3与工具杆组件100的承载部111之间的作用力的检测装置，并将整个操作流程中接箍3与承载部111之间的作用力信息实时反馈给控制单元，控制单元根据该作用力信息调整机械手2的姿态，从而及时地调整工具杆组件100的作业姿态。

对接箍3进行标记操作前，需对接箍3进行上料，并将接箍3的位姿由竖直状态调整为水平状态。竖直状态指接箍3的中心线与地面垂直，水平状态时指接箍3的中心线与地面平行。采用本发明的接箍自动上下料装置对接箍3进行上料时，可以包括以下五个状态：上料待机位、上料开始位、上料中间位、提升开始位和上料完成位。

不进行上料操作时，装置处于上料待机位，接箍3、上料定位架4、机械手2的对应位置如图3所示。

上料作业开始前，接箍3由上料定位架4输送到指定位置，指定位置可以事先被设定为任意位置，该位置即为启动接箍自动上下料装置的工作位置。当接箍3到达指定位置后，机械手2开始上料操作。首先机械手2通过视觉系统确定接箍3的位置，接箍3的位置被控制单元定义后，控制单元控制机械手2改变工具杆组件100的作业姿态，将工具杆组件100以垂直或一定角度进入中空接箍3内腔，期间不与接箍3内腔接触。当工具杆组件100探入一定深度后，工具杆组件100和上料定位架4的距离缩小到预设值，例如预设值为0时，工具杆组件100远离机械手2的端部与上料定位架4接触，工具杆组件100上的接近开关发出信号，控制单元接收到该信号后控制工具杆组件100停止探入的动作。此时机械手2开始动作，调整工具杆组件100的作业姿态，使得工具杆组件100与接箍3的内腔上端口的a点相接触。机械手2可以控制工具杆组件100每次以相同的角度探入接箍3的内腔，且可以保证工具杆组件100的旋转点与接箍3的旋转点之间的距离为定值，工具杆组件100以点e为中心进行旋转，e点与接箍3的旋转点b的距离eb为26mm，并且工具杆组件100的承载部111的eh与接箍3内壁hn的夹角∠ehn始终保持为10°。最终使工具杆组件100和接箍3达到如图4所示(为突出显示工具杆组件100与接箍3的相对位置，图4～图12中的机器人2均未示出)的位置，接箍的内径gn＝60mm，外径bd＝73mm，高度ab＝108mm，此时装置到达上料开始位。如图4所示。接着机械手2再次改变工具杆组件100的作业姿态，机械手2带动工具杆组件100做顺时针旋转，使工具杆组件100对接箍3的上端口产生推力，从而使接箍3绕底部的一个定点做旋转运动，如图5所示，工具杆组件100带动接箍3做以b点为旋转中心的旋转运动，接箍3的上端口压靠工具杆组件100的承载部111，此时装置位于上料中间位。当工具杆组件100旋转一定角度后α(α＝∠jef)，接箍3的左下角点g与工具杆组件100上的点i的高度相等，机械手2再次改变工具杆位姿，机械手2带动工具杆组件100做水平位移，使得工具杆101上的点i与接箍3的左下角点g重合，达到上料中间位，此时接箍3被工具杆组件100的定位部112勾住。

具体地，可通过计算得工具杆组件100的旋转角度α和此时接箍3的旋转角度β，其中图5中∠jef＝α，∠gbe＝β。

记∠iej＝θ，θ为定值，由工具杆101的结构所决定。在△gbf中，∠bfg＝π-θ-α。

由正弦定理得：

即：

由点g和点i的高度相等得：

ei·cos(α+θ)＝bg·cosβ

记其中k和m均为定值。由接箍3结构与工具杆组件100结构所决定。由上述方程可以求得工具杆组件100的旋转角度α和接箍3的旋转角度β。

以一组数据为例，计算工具杆101的旋转角度α和接箍3的旋转角度β。如图5所示，接箍3的尺寸为bd＝73mm，dg＝6.5mm。杆件110的尺寸为gf＝31.4mm，bf＝37.8mm，ei＝31.5mm，bg＝66.6mm。由上述公式可得工具杆组件100的旋转角度α＝33°，接箍3的旋转角度β＝15°。

当工具杆组件100到达上料中间位后，机械手2继续使得工具杆组件100做顺时针旋转。同时，接箍3由于重力的作用，也继续做顺时针旋转，最终，使工具杆组件100上的缓冲件120与接箍3的内腔相贴合，接箍3的端面与工具杆组件100的定位部112内表面贴合，此时装置的位姿为提升开始位，如图6所示。在贴合的瞬间，机械手2的力觉系统可检测到工具杆组件100受力和力矩的瞬时增大，可判断工具杆组件100与接箍3已完全接触。接着机械手2继续提升工具杆组件100，装置到达上料完成位，如图7所示，此时工具杆组件100的承载部111与地面平行，接箍3被提起，整个上料过程结束。

完成上料后的接箍自动上下料装置可以将接箍3放置到v型块上，进行标记操作。放置接箍3时，接箍3先与v型定位块相接触。然后机械手2调整工具杆组件100的作业姿态，使工具杆组件100与接箍3脱开即可。由于工具杆组件100与接箍3没有进行刚性连接，故在将接箍3放置到v型块上的过程中，不会对工具端造成冲击。上料过程结束后，装置返回上料待机位，重复上料过程。

本发明的接箍自动上下料装置使用机械手2对工具杆进行作业姿态的调整，从而进行上料操作，对于接箍3的来料位姿精度要求不高，可以较大程度上提高上料成功率。

当接箍3完成标记后，需对接箍3进行下料，并将接箍3的位置由水平状态调整为竖直状态。采用本发明的接箍自动上下料装置对接箍3进行下料时，可以包括以下五个状态：下料待机位、下降开始位、下料开始位、下料中间位和下料完成位。

不进行下料操作时，装置处于下料待机位，接箍3、上料定位架4、机械手2的对应位置如图8所示。

首先机械手2改变工具杆组件100的作业姿态，使得工具杆组件100处于水平状态，同时将工具杆组件100探入接箍3的内腔中，如图9所示，然后提升工具杆组件100，使工具杆组件100上的缓冲件120与接箍3的内腔相贴合，接箍3的端面与工具杆组件100的定位部112内表面贴合，装置处于下降开始位。机械手2再次调整工具杆组件100的作业姿态，机械手2驱动工具杆组件100的做逆时针旋转，同时向下运动。使接箍3随工具杆组件100一起下降，直至接箍3右下角b点与储存框6相接触，装置到达下料开始位，如图10所示。接着机械手2再次调整工具杆组件100的位姿，工具杆组件100驱动接箍3绕底部一定点即b点与工具杆组件100一同做旋转运动，装置到达下料中间位，如图11所示。此时，工具杆组件100末端与储存框6的距离持续减小，当此距离缩小到一定量时，例如距离为0时，工具杆组件100远离机械手2的端部与储存框6接触，接近开关发出信号，工具杆组件100停止旋转。机械手2驱动工具杆组件100向右平移运动，使之与接箍3脱离。接箍3依靠重力逆时针旋转并达到竖直状态，整个下料作业结束，此时装置位于下料完成位，如图12所示。下料过程结束后，装置返回下料待机位，重复下料过程。

综上所述，本发明的接箍自动上下料装置具有如下优点：

本发明的接箍自动上下料装置，采用工具杆组件探入接箍的内腔进行上料及下料操作。若需要搬运外径和高度不同的接箍，不需要频繁更换夹具，同一种工具杆即可完成对多种外径及高度不同的接箍的搬运。同时，工具杆组件与接箍外部不产生任何接触，可以有效避免以往以接箍外轮廓为基准进行定位夹取的装置所带来的对接箍的破坏及接箍脱落的弊端，很大程度上提高了装置的可靠性和安全性。

本发明的接箍自动上下料装置，采用工具杆组件对接箍进行上下料，在整个作业过程中，接箍内锥螺纹所受的力仅为接箍本身的重力所引起的压力，所受力较小，有效避免了采用夹爪张开方式夹持对于螺纹所产生的损伤。

本发明的接箍自动上下料装置，整套装置不使用电机、气缸等执行机构，可靠性高。

以上，仅为本发明的示意性描述，本领域技术人员应该知道，在不偏离本发明的工作原理的基础上，可以对本发明作出多种改进，这均属于本发明的保护范围。