一种敏捷型桁架机器人的制作方法

本实用新型涉及木工机械设备技术领域，尤其涉及一种敏捷型桁架机器人。

背景技术：

在木工行业、板式家具行业中，其中一种产品是一定尺寸规格的板材，板材在完成加工之后需要进行包装，而板材的包装是产品生产中的最后一个环节，这对于产品的运输起着重要的作用。

板材的包装工艺包含了两个主要的过程，分别是：

一、对板材进行堆垛。将一批板材分为若干个高度相同的垛码，等待入箱；

二、分别将若干个垛码放入纸箱，进行封箱，完成包装。

本发明创造主要针对板材包装工艺中的第一个过程。

目前，在国内的木材加工行业或板式家具行业中，板材的堆垛作业基本上通过两种形式完成，分别是：

一、通过人工作业完成堆垛；

二、通过普通桁架机器人完成堆垛。

在这两种堆垛形式中，存在着5个影响企业经济效益的问题，这些问题影响着板材的生产效率、板材质量和总体成本。

这5个问题分别是：

一、人工作业堆垛，操作工人的堆垛速度较慢，使得堆垛效率主要由工人决定；其次，工人暂离岗会导致堆垛工作停止，直接影响了企业的生产效率；

二、人工作业堆垛，操作工人在搬运过程中出现失误，造成板材滑落，致使板材受损，直接造成了产品的质量问题，增加了总体成本；

三、人工作业堆垛，操作工人的工作强度较大，单调的重复性劳动容易导致疲劳而发生安全事故，间接增加了企业的总体成本；

四、普通桁架机器人搬运，需要专用的板材治具，工作效率比人工作业效率高，目前桁架机器人堆垛的循环周期最快为6次/分，但面对产线产能上升时仍是生产效率的瓶颈。

五、普通桁架机器人搬运，普通桁架机器人费用昂贵，并且需要专人定期维护，直接增加了企业的总体成本。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型提供了一种敏捷型桁架机器人，该设备无需人员操作，可配合生产线进行全自动堆垛，堆垛性能稳定，可集成安装在生产线工艺结束的末端，该设备能够对生产线加工完成的、不同尺寸的板材进行快速堆垛。

一种敏捷型桁架机器人，包括：

支撑机构；

固定在支撑机构顶部的横梁机构；

活动设置在横梁机构内并可沿着横梁机构的长度方向往复移动的横移机构；

竖直穿过横移机构并与横移机构传动连接的机械手臂；

以及固定在机械手臂底部的用以抱夹板材的机械手。

优选地，所述横梁机构包括横梁安装板、垂直固定在横梁安装板上的两个横梁，所述横梁安装板上安装有同步带张紧机构，所述两个横梁之间形成可供横移机构沿着其长度方向往复移动的移动区。

优选地，所述横移机构包括横移框架，固定在横移框架上的机械手臂动力组件、横移动力组件以及导向轮组件；

所述横移框架的内壁上固定有滑块，所述机械手臂的一侧与滑块相卡合、另一侧与机械手臂动力组件传动连接，所述机械手臂动力组件设置在横移框架的上部；

所述横移动力组件设置在横移框架的架体中间；

所述导向轮组件固定在横移框架的外侧。

优选地，所述机械手臂动力组件包括机械臂升降减速机、机械臂升降电机和机械臂齿轮，所述机械臂升降减速机固定在横移框架上且其输出轴伸入横移框架内部，机械臂齿轮固定在机械臂升降减速机的输出轴上，所述机械臂升降减速机与机械臂升降电机固定连接。

优选地，所述横移动力组件包括横移电机、横移减速机、动力轴、同步带主动轮、同步带从动轮和第一同步带，所述横移电机和横移减速机均固定在横移框架的架体中间，横移减速机与横移电机固定连接，所述动力轴固定在横移减速机的输出轴上，同步带主动轮固定在动力轴上，所述同步带从动轮设置在同步带主动轮的两侧，第一同步带卷绕在同步带从动轮和同步带主动轮上，第一同步带的端部固定在同步带张紧机构上。

优选地，所述导向轮组件包括归正轮支撑件、滚轮安装件、归正轮、防倾覆轮和横移负载轮，所述归正轮支撑件和滚轮安装件均固定在横移框架上，归正轮水平设置在归正轮支撑件的上端面上，防倾覆轮竖直设置在滚轮安装件上，横移负载轮固定在横移框架上且其位于归正轮和防倾覆轮之间，所述归正轮和横移负载轮均与横梁机构的横梁相接触。

优选地，所述机械手臂包括机械臂、固定在机械臂一侧面上的机械臂导轨、固定在机械臂另一侧面上的齿条，所述机械臂竖直穿过横移框架并与机械手固定，所述机械臂导轨与横移框架内壁上的滑块相卡合，所述齿条与机械臂齿轮相啮合。

优选地，所述机械手包括安装板、固定在安装板顶部的连接件、以及固定在安装板底部的第一结构框架和真空供气系统，所述连接件与机械臂固定连接，

所述第一结构框架的两端分别固定有第二结构框架，第二结构框架的下方设置有吸盘结构，两个第二结构框架之间安装有调节组件，每个第二结构框架的内侧均设置有传动机构、外侧均设置有滑轨，所述传动机构分别与调节组件和吸盘结构相连并可带动吸盘结构沿着滑轨滑动。

优选地，所述调节组件包括轴承座、同步轴和摇柄，两个第二结构框架的顶部分别固定有一个轴承座，同步轴固定在两个轴承座之间，所述摇柄固定在其中一个轴承座上并与同步轴的相应端部相连；

所述传动机构包括第一同步轮、同步轮固定件、第二同步轮和第二同步带，每个轴承座上均固定有两个第一同步轮，两个第一同步轮分别设置于同步轴的两侧，所述每个第二结构框架的两端部均固定有一个同步轮固定件，每个同步轮固定件的内侧面上均固定有一个第二同步轮，所述第二同步带卷绕在第一同步轮、同步轴和第二同步轮上，第二同步带上安装有多个移动抱箍；

所述吸盘结构包括第三结构框架、滑块、缓冲杆吸盘和吸盘固定件，所述第三结构框架设置有多个，第三结构框架与移动抱箍相固定，每个第三结构框架的顶部均安装有两个滑块，所述滑块卡在第二结构框架外侧的滑轨上，每个第三结构框架上均通过吸盘固定件安装有多个缓冲杆吸盘，所述缓冲杆吸盘沿第三结构框架的长度方向等距布置，每个缓冲杆吸盘均通过气管与真空供气系统相连。

优选地，所述支撑机构包括两个相对设置的支座，所述横梁机构的两端部分别固定在相应支座的顶部；

所述支座包括底板、垂直固定在底板上的立柱、固定在立柱顶部的顶板，所述底板、立柱和顶板之间构成一个用以安装安全防护网的矩形框。

本实用新型的有益效果是：

第一，在生产线工艺的末端集成该设备后，堆垛不再需要人工作业，可避免因工作强度大、单调重复性劳动引起人员疲劳而引发的安全事故，同时，也避免了由人员随机性与随意性导致的工作效率低下与产品质量问题。

第二，由普通桁架机器人更换为该设备后，最快的堆垛循环周期是原最快循环周期的133.3％，提高了堆垛的效率。

第三，该设备的构成中不涉及普通桁架机器人设备中专用的高精密零件，全部使用结构件与标准件，成本极低，约为普通桁架机器人成本的50％，且极易维护，不需要配备专用的维护人员，直接降低了企业的总体成本。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是敏捷型桁架机器人的结构示意图。

图2是支座的结构示意图。

图3是横梁机构的结构示意图。

图4是横移机构的结构示意图。

图5是横移框架的结构示意图。

图6是横移机构设置在横梁机构内的截面图。

图7是机械手臂与机械手的连接图。

图8是机械手臂的结构示意图。

图9是机械手的结构示意图。

图10是连接件、安装板与第一结构框架的连接图。

图11是第二结构框架与调节组件的连接图。

图12是吸盘结构的结构示意图。

图中标号的含义为：

1为支撑机构，2为横梁机构，3为横移机构，4为机械手臂，5为机械手，6为立柱，7为底板，8为安全防护网，9为横梁安装板，10为横梁，11为顶板，12为同步带张紧机构，13为横移框架，14为横移电机，15为横移减速机，16为动力轴，17为同步带主动轮，18为同步带从动轮，19为第一同步带，20为横移负载轮，21为归正轮，22为防倾覆轮，23为机械臂升降电机，24为机械臂升降减速机，25为机械臂齿轮，26为滑块，27为机械臂，28为移动区，29为归正轮支撑件，30为机械臂导轨，31为齿条，32为滚轮安装件；

5-4为真空供气系统，5-5为连接件，5-6为安装板，5-7为第一结构框架，5-8为第二结构框架，5-9为同步轮固定件，5-10为第二同步轮，5-11为第二同步带，5-12为移动抱箍，5-13为摇柄，5-14为轴承座，5-15为同步轴，5-16为滑轨，5-17为吸盘固定件，5-18为缓冲杆吸盘，5-19为滑块，5-20为第三结构框架，5-21为第一同步轮。

具体实施方式

为了更好的理解本实用新型的技术方案，下面结合附图对本实用新型实施例进行详细描述。

应当明确，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

下面通过具体的实施例并结合附图对本申请做进一步的详细描述。

在本申请的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“第一”、“第二”仅用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；除非另有规定或说明，术语“多个”是指两个或两个以上；术语“连接”、“固定”等均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

本说明书的描述中，需要理解的是，本申请实施例所描述的“上”、“下”、“左”、“右”等方位词是以附图所示的角度来进行描述的，不应理解为对本申请实施例的限定。此外，在上下文中，还需要理解的是，当提到一个元件连接在另一个元件“上”或者“下”时，其不仅能够直接连接在另一个元件“上”或者“下”，也可以通过中间元件间接连接在另一个元件“上”或者“下”。

本实用新型给出一种敏捷型桁架机器人，该设备无需人员操作，可配合生产线进行全自动堆垛，堆垛性能稳定，可集成安装在生产线工艺结束的末端，该设备能够对生产线加工完成的、不同尺寸的板材进行快速堆垛。

具体地，本实用新型的敏捷型桁架机器人，包括支撑机构1、固定在支撑机构1顶部的横梁机构2、活动设置在横梁机构2内的横移机构3、竖直穿过横移机构3并与横移机构3传动连接的机械手臂4、以及固定在机械手臂4底部的用以抱夹板材的机械手5。

所述支撑机构1用以对横梁机构2进行支撑。支撑机构1包括两个相对设置的支座，所述支座包括底板7、垂直固定在底板7上的立柱6、固定在立柱6顶部的顶板11，所述底板7、立柱6和顶板11之间构成一个用以安装安全防护网8的矩形框。本实施例中，底板7和顶板11均为矩形型材钢板，立柱6为型材方管。

所述横梁机构2的两端部分别固定在左、右两个支座的顶部。

横梁机构2包括横梁安装板9、垂直固定在横梁安装板9上的两个横梁10，本实施例中，横梁安装板9与支座的顶板11大小相等的矩形型材钢板，横梁10为工字型钢。

每个支座上均固定有一个横梁安装板9，每个横梁安装板9上均安装有同步带张紧机构12，同步带张紧机构12用于固定并张紧第一同步带19。所述两个横梁10平行设置，从而在两者之间形成可供横移机构3沿着其长度方向往复移动的移动区28。

所述横移机构3包括横移框架13，固定在横移框架13上的机械手臂动力组件、横移动力组件以及导向轮组件。

所述横移框架13为由型材钢板焊接而成的框架结构，横移框架13的内壁上固定有滑块26，所述机械手臂4的一侧与滑块26相卡合、另一侧与机械手臂动力组件传动连接。

所述机械手臂动力组件设置在横移框架13的上部，机械手臂动力组件包括机械臂升降减速机24、机械臂升降电机23和机械臂齿轮25。所述机械臂升降减速机24固定在横移框架13上且其输出轴伸入横移框架13内部，机械臂齿轮25固定在机械臂升降减速机24的输出轴上，所述机械臂升降减速机24与机械臂升降电机23固定连接，机械臂升降减速机24与机械臂升降电机23均与本申请桁架机器人的控制系统电连接。机械臂升降电机23通过机械臂升降减速机24可带动机械臂齿轮25转动。

所述横移动力组件设置在横移框架13的架体中间，横移动力组件包括横移电机14、横移减速机15、动力轴16、同步带主动轮17、同步带从动轮18和第一同步带19。所述横移电机14和横移减速机15均固定在横移框架13的架体中间，横移减速机15与横移电机14固定连接，所述动力轴16固定在横移减速机15的输出轴上，同步带主动轮17固定在动力轴16上，所述同步带从动轮18设置在同步带主动轮17的两侧，第一同步带19卷绕在同步带从动轮18和同步带主动轮17上，第一同步带19的两端部分别固定在左、右两个横梁安装板9的同步带张紧机构12上。横移电机14和横移减速机15均与本申请桁架机器人的控制系统电连接。横移电机14通过横移减速机15带动动力轴16转轴，动力轴16带动同步带主动轮17同步转动，同步带主动轮17带动同步带从动轮18转动。

所述导向轮组件设置在横移框架13的外侧面上，横移框架13的两个外侧面上均固定有两组导向轮组件。

导向轮组件包括归正轮支撑件29、滚轮安装件32、归正轮21、防倾覆轮22和横移负载轮20。

所述归正轮支撑件29和滚轮安装32件均垂直固定在横移框架13上，本实施例中，归正轮支撑件29垂直固定在横移框架13外侧面的下部，归正轮支撑件29为端部设置有l型弯钩的结构，滚轮安装件32为u型结构。所述归正轮21水平设置在归正轮支撑件29的上端面上，归正轮21的抵在横梁10的腹板上。所述防倾覆轮22竖直设置在滚轮安装件32的u形槽内，防倾覆轮22抵接在横梁10的翼板上。横移负载轮20固定在横移框架13上且其位于归正轮21和防倾覆轮22之间。

在使用时，启动横移电机14，横移电机14通过横移减速机15带动同步带主动轮17和同步带从动轮18转动，同步带主动轮17和同步带从动轮18将动力传递至横移框架13上的导向轮组件，使导向轮组件的归正轮21和防倾覆轮22在横梁10内滑动，从而使整个横移机构沿着横梁10的长度方向进行往复移动。由于机械手臂4竖直穿过横移机构，横移机构会带动机械手臂4左、右移动。

所述机械手臂4的一侧与横移框架13上的滑块26相卡合、另一侧与机械手臂动力组件的机械臂齿轮25相啮合。

具体地，机械手臂包括机械臂27、固定在机械臂27一侧面上的机械臂导轨30、以及固定在机械臂27另一侧面上的齿条31。所述机械臂27竖直穿过横移框架13并与机械手5固定，所述机械臂导轨30与横移框架13内壁上的滑块26相卡合，所述齿条31与机械臂齿轮25相啮合。启动机械臂升降电机23时，机械臂升降电机23通过机械臂升降减速机24带动机械臂齿轮25转动，由于机械臂齿轮25与机械臂27上的齿条31相啮合，因此会使机械臂27上、下移动，从而带着机械臂27底部的机械手5上、下移动。

所述机械手5包括安装板5-6、固定在安装板5-6顶部的连接件、5-5以及固定在安装板5-5底部的第一结构框架5-7和真空供气系统5-4，所述连接件5-5与机械臂27固定连接。

所述安装板5-6底部的两侧分别固定有一个第一结构框架5-7，两个第一结构框架5-7相互平行。本实施例中，所述安装板5-6为矩形板，连接件5-5为l型钣金件，矩形安装板5-6的顶部安装有四个连接件5-5，四个连接件5-5围成一个矩形框，机械臂27固定在该矩形框内。所述第一结构框架5-7采用铝型材制作而成。

所述真空供气系统5-4固定在安装板5-6的底部，且真空供气系统5-4设置于两个第一结构框架5-7之间。

所述第一结构框架5-7的两端分别固定有第二结构框架5-8，具体地，两个第二结构框架5-8分别设置于第一结构框架5-7的两端部且第二结构框架5-8与第一结构框架5-7相垂直。

两个第二结构框架5-8之间安装有调节组件，调节组件包括轴承座5-14、同步轴5-15和摇柄5-13。

两个第二结构框架5-8的顶部分别固定有一个轴承座5-14，同步轴5-15固定在两个轴承座5-14之间，所述摇柄5-13固定在其中一个轴承座上并与同步轴5-15的相应端部相连。

每个第二结构框架5-8的内侧均设置有传动机构、外侧均设置有滑轨，所述传动机构分别与调节组件和吸盘结构相连并可带动吸盘结构沿着滑轨5-16滑动。

所述传动机构包括第一同步轮5-21、同步轮固定件5-9、第二同步轮5-10和第二同步带5-11。

所述第一同步轮5-21固定在调节组件的轴承座5-14上(每个轴承座5-14上均安装有第一同步轮5-21)，两个第一同步轮5-21分别设置于同步轴5-15的两侧。所述每个第二结构框架5-8的两端部均固定有一个同步轮固定件5-9，每个同步轮固定件5-9的内侧面上均固定有一个第二同步轮5-10，所述第二同步带5-11卷绕在第一同步轮5-21、同步轴5-15和第二同步轮5-10上，第二同步带5-11上安装有多个移动抱箍5-12，移动抱箍5-12与吸盘结构固定连接。

本实施例中，同步轮固定件5-9为l型固定件，同步轮固定件5-9通过螺栓等紧固件固定在第二结构框架5-8的端部；每个轴承座5-14上均固定有两个第一同步轮5-21，两个第一同步轮5-21分别设置于同步轴5-15的两侧，传动机构的第二同步带5-11卷绕在第二结构框架5-8上的两个第二同步轮5-10、轴承座5-14上的两个第一同步轮5-21、以及同步轴5-15上，当转动摇柄5-13时，摇柄5-13带动同步轴5-15转动，同步轴5-15带动第一同步轮5-21、第二同步轮5-10和第二同步带5-11转动，第二同步带5-11会带动移动抱箍5-12进行移动，由于移动抱箍5-12与吸盘结构相固定，因此吸盘结构会跟随移动抱箍5-12进行移动。

所述吸盘结构包括第三结构框架5-20、滑块5-19、缓冲杆吸盘5-18和吸盘固定件5-17，所述第三结构框架5-20设置有多个，每个第三结构框架5-20的顶部均安装有两个滑块5-19，所述滑块5-19卡在第二结构框架5-8外侧的滑轨5-16上，第三结构框架5-20与移动抱箍5-12相固定。每个第三结构框架5-20上均通过吸盘固定件5-17安装有多个缓冲杆吸盘5-18，所述缓冲杆吸盘5-18沿第三结构框架5-20的长度方向等距布置，这样，吸盘结构内的多个缓冲杆吸盘5-18呈矩阵式分布。每个缓冲杆吸盘5-18均通过气管与真空供气系统5-4相连。

本实施例中，多个第三结构框架5-20平行设置，且第三结构框架5-20与第二结构框架5-8相垂直，第二结构框架5-8和第三结构框架5-20均采用铝型材制作而成，所述吸盘固定件5-17为l型钣金件。

当转动摇柄5-13时，摇柄5-13带动同步轴5-15转动，同步轴5-15带动第一同步轮5-21、第二同步轮5-10和第二同步带5-11转动，第二同步带5-11会带动移动抱箍5-12进行移动，由于移动抱箍5-12与吸盘结构的第三结构框架5-20相固定，因此移动抱箍5-12会带动第三结构框架5-20进行移动，以调节不同位置的第三结构框架5-20之间的间距，从而可调节矩阵式吸盘的抓取宽度。

由于第三结构框架5-20的长度方向上设置有若干个缓冲杆吸盘5-18，因此，通过调整第三结构框架5-20的长度以及其长度方向上安装的缓冲杆吸盘5-18的数量，即可抓取任意长度的板材。

使用时，启动机械臂升降电机23时，机械臂升降电机23通过机械臂升降减速机24带动机械臂齿轮25转动，由于机械臂齿轮25与机械臂27上的齿条31相啮合，因此会使机械臂27上、下移动，从而带着机械臂27底部的机械手5上、下移动，将机械手5移动到能够夹取到堆垛的位置。

然后，转动摇柄5-13，摇柄5-13带动同步轴5-15转动，同步轴5-15带动第一同步轮5-21、第二同步轮5-10和第二同步带5-11转动，从而调节不同位置的第三结构框架5-20之间的间距，从而调节矩阵式吸盘的抓取宽度，使机械手抱夹住堆垛。

本实用新型给出了一种低成本的敏捷型桁架堆垛机器人，该设备无需人员操作，可配合生产线进行全自动堆垛，堆垛性能稳定，可集成安装在生产线工艺结束的末端，该设备能够对生产线加工完成的、不同尺寸的板材进行快速堆垛，循环周期最快为8次/分。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型保护的范围之内。