专利名称：气动平衡助力机械手的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种助力机械手，专门用于汽车座椅生产线，在座椅总装完成后，
将座椅悬浮起来，安装到工位车上，达到省力的目的。
背景技术：
在汽车座椅生产中，总装工序完成后，需要将成品座椅搬离流水线，安装到工位车 上，然后送往成车厂装车。现在生产中主要靠人工来完成这道搬运工序，但是高级轿车的座 椅重量重、体积大、结构复杂，导致工人的劳动强度很大，生产效率低下。怎样选择一种助力 装置来减轻工人劳动强度，提高生产效率，成为目前座椅生产过程中急需解决的问题。由于 座椅搬离流水线后，还需要安装在工位车上，即将座椅的定位柱销全部插入工料车的定位 孔中，这实际上是一个比较复杂的装配过程，需要不断调整座椅的空间位置和姿态才能完 成，所以用一般的起重装置无法达到所需精度要求。
发明内容本实用新型目的是提供一种安全的座椅下线气动平衡助力机械手，实现座椅的省 力搬运和装配，降低劳动强度，提高工作效率。 本实用新型的气动平衡助力机械手包括机械部分、座椅夹具和气控系统三大部 分。 所述机械部分由固定立柱，回转立柱、主缸、四菱臂和小臂、刹车装置组成；所述固 定立柱下端固定，上端连接回转立柱，回转立柱可绕固定立柱360。旋转；回转立柱上安装 有四菱臂，四菱臂可绕回转立柱上下摆动；主缸安装在回转立柱上，其工作臂连接在四菱 臂，四菱臂与小臂相连，小臂可绕四菱臂轴线360°回转，小臂下端与座椅夹具连接。 所述气控系统集成安装在控制箱中，控制箱固定在回转立柱上。 所述座椅夹具包括万向轴、靠背、压板、把手和控制面板，所述万向轴的上端通过 铰链与机械部分的小臂相连，下端与靠背铰连，靠背下部横向铰连有压板，靠背和压板的两 端部之间铰连有夹紧气缸，靠背上固定有把手，控制面板则安装在把手，控制面板通过控制 线与气控系统连接。 本实用新型采用气动平衡原理，即用压縮空气产生的力与座椅的自身重力平衡， 让座椅悬浮在空中，由人工来完成翻转、对接、微调角度等三维空间移载动作，可实现座椅 的省力搬运和装配，降低劳动强度，提高工作效率。
图1是本机械手的结构示意图； 图2是其中机械部分的结构示意图； 图3是其中座椅夹具的结构示意图； 图4是气控系统的控制原理图。
具体实施方式参见图1，本助力机械手包括机械部分、座椅夹具和气控系统三大部分。1.机械构 件，参见图2: 机械部分的固定立柱1下端固定，上端与连接回转立柱2，回转立柱2上端与四菱 臂4连接，主缸3将四菱臂4和回转立柱连接起来，四菱臂4连接小臂5，回转立柱2和固定 立柱1之间装有刹车装置8，四菱臂4和小臂5之间也装有另一刹车装置8。小臂5下端连 接座椅夹具6，回转立柱上固定有集装气控系统的控制箱7。 回转立柱2可以绕固定立柱1旋转360。，实现机械手的一个回转自由度。为保 证回转灵活可靠，回转立柱2与固定立柱1之间采用接触角a =15°的角接触球轴承相 连，在承受径向载荷的同时也可以承受很大的轴向载荷。四杆机构的四菱臂4是整个机械 手中实现力平衡的重要部件，四菱臂4可绕回转立柱2上下摆动，实现机械手的上下平移自 由度。四菱臂4前端悬挂的重量和自重产生的力矩被后端主缸3输出力产生的力矩平衡。 四菱臂4的转动部分全部由球轴承支撑，保证运转灵活。中空的小臂5中间穿有控制气路， 小臂5可绕四菱臂4轴线360。回转，实现子机械手的另一个回转自由度。机械主体部分 具有2个回转自由度和一个升降自由度，可保证座椅夹具6到达在半球面内任意空间位置。 刹车装置8可限制两个回转自由度的运动范围，并将其锁死。 2.座椅夹具，参见图3 : 本实用新型是专门用于汽车座椅搬运的助力机械手，因此在小臂5下端装有座椅 夹具6夹持座椅。 座椅夹具6包括万向轴9，和万向轴9铰连的靠背11，与靠背11下部横向铰连的 压板12，与靠背11和压板12的一端铰连的夹紧气缸15，靠背12上固定有把手13，把手13 上固定有控制面板14。控制面板14通过控制线与气控系统连接。 气控系统集成安装在控制箱7中，气控系统通过控制气路分别连接主缸3和座椅 夹具6的夹紧气缸15。 结合图1可见，万向轴9通过铰链与机械部分的小臂5相连，因为万向轴的作用， 当座椅夹具6夹紧座椅后，座椅还需随工装在生产线上转动一个角度才能取下，在工装转 轴和小臂转轴不共线的情况下，夹具依然可以随座椅一起转动。靠背11和压板12在夹紧气 缸15的作用下可以撑开和合拢，因此当靠背11下端和压板12前端合拢时插入座椅靠背和 坐垫的接缝处，再在夹紧气缸15的作用下撑开，便可以夹紧座椅。把手14用于搬运座椅， 把手14上的控制面板15装有按钮，可控制夹具松夹和刹车启停等动作。靠背11上还安装 有机控阀IO，用于感测夹具是否完全夹紧座椅，通过信号线与气控系统连接，输出一路气信 号给气控系统，用于压力控制。 3.气控系统 集中安装在控制箱7内的气控系统，可实现如下功能气压平衡、高\低压自动切 换、安全保护、快速升降。 如图4所示，压縮空间经气源处理组件M过滤减压后通过单向阀H进入系统。控 制面板上刹车按钮阀S4的气信号，接入单气控阀V4的气控口，使其换向，可以控制刹车气 缸Q3的伸縮，达到开启关闭刹车的目的。按下面板上A、 B任意阀，梭阀D的出口均有信号
4输出，通过常开的阀E，使阀V5换向到左位，让夹紧气缸Q2伸出，使夹具夹紧。若要使夹具 松开必需同时按下A、B阀，让与门C的有输出，C的输出信号分成三路，一路把E阀切断，从 而断开V5阀左位信号；另一路加到F阀右位，使F阀换向到右端，切断S3阀的供气，让V3 阀换向，使平衡阀处于低压控制状态；C阀的最后一路输出进入延时阀T，稍微延时后，T阀 输出信号使阀V5换相到右端，夹紧气缸Q2縮回。延时的目的是，让平衡气缸Ql缸有足够 的时间排出高压气，稳定在空载状态后，夹具才能松开。因A、B阀必需同时按下且要经过一 段延时才能松开夹具，有效的减少了搬运过程中的误松开的机率，起到了安全保护的作用。 另外，用于高低压切换的夹紧信号S3的气源直接取至夹紧气缸的无杆腔，因此可以确定， 是在夹紧座椅的状态下，才能切换到高压。这也是安全保护的一个重要措施。 气压平衡功能主要由低摩擦平衡气缸Ql和气控平衡阀P实现。平衡阀P输出一 路由气控口压力控制的稳定气源给平衡气缸Q1。气缸Q1在这路压力作用下的输出力正好 与负载平衡，气缸活塞可处于缸筒中任意位置。当人下向拉机械手时，负载增加，缸筒内的 气压增大，平衡阀P为了稳定输出压力，必需打开排气口，排除多余气体。使系统从新处于 平衡。当人向上推机械手时，平衡阀P迅速向缸筒内补气，使系统一直处于平衡状态。因此 人可以用很小的力来上下移动机械手臂，实现省力的目的。 机械手在空载和重载的时候，要求平衡阀Q输出的压力值不同，并且可以自动切 换。平衡阀Q的控制压力分别由减压阀Pl和P2提供，P1直接进入梭阀R2，P2经常闭气控 阀V3后再进入梭阀R2。在夹紧信号S3没有输出，即没有装夹座椅的时候，阀V3关断，梭阀 R2输出空载压力Pl给平衡阀P，平衡阀P也就给平衡气缸输出低压力，使系统处于空载平 衡状态。当夹紧座椅后，装在夹具上的阀S3输出信号，使阀V3导通，P2压力进入梭阀R2， 此时R2将输出重载压力P2给平衡阀P，平衡阀P输出压力调整到高压，使系统处于重载平 衡状态。 当操作过程中需要快速点动上升的时候，可按按钮Sl， Sl信号使阀VI打开，减压 阀P3输出的压力经过节流阀Gl进入梭阀Rl，由于P3压力调定得比Pl和P2高，所以可以 很快破坏平衡条件，使机械手上抬。上升的速度不宜太快，不然冲击太大，必须通过减压阀 P3限压和单向节流阀G1限流。当需要快速下降时，点动按钮S2，使阀V2打开，快速排出缸
筒内气体，工作压力瞬间减小，机械手下降。如同上升时进气需要节流一样，下降的时候排 气也需要有节流阀G2来限定下降速度。
权利要求气动平衡助力机械手，包括机械部分、座椅夹具和气控系统三大部分；其特征在于所述机械部分由固定立柱(1)，回转立柱(2)、主缸(3)、四菱臂(4)、小臂(5)和刹车装置(8)组成；所述固定立柱(1)下端固定，上端连接回转立柱(2)；回转立柱(2)上安装有四菱臂(4)；主缸(3)安装在回转立柱(2)上，其工作臂连接四菱臂(4)，四菱臂(4)与小臂(5)相连，小臂(5)下端与座椅夹具(6)连接；所述座椅夹具(6)包括万向轴(9)、靠背(11)、压板(12)、把手(13)和控制面板(14)，所述万向轴(9)的上端通过铰链与机械部分的小臂(5)相连，下端与靠背(11)铰连，靠背(11)下部横向铰连有压板(12)，靠背(11)和压板(12)的两端部之间铰连有夹紧气缸(15)，靠背(11)上固定有把手(13)，控制面板(14)则安装在把手(13)上，控制面板(14)通过控制线与气控系统连接。所述气控系统集成安装在控制箱(7)中，控制箱(7)固定在回转立柱(2)上；气控系统通过控制气路分别连接主缸(3)和座椅夹具(6)的夹紧气缸(15)。
2. 根据权利要求1所述的气动平衡助力机械手，其特征在于所述回转立柱(2)与固定立柱(1)之间采用接触角a = 15°的角接触球轴承相连。
3. 根据权利要求1所述的气动平衡助力机械手，其特征在于所述回转立柱(2)和固定立柱(1)、四菱臂(4)和小臂(5)之间均装有刹车装置(8)。
4. 根据权利要求l所述的气动平衡助力机械手，其特征在于在靠背(11)上安装有机控阀(IO)，通过信号线与气控系统连接。
专利摘要本实用新型提出一种气动平衡助力机械手，包括机械部分、座椅夹具和气控系统三部分。机械部分由固定立柱，回转立柱、主缸、四菱臂和小臂、刹车装置组成；气控系统集成安装在控制箱中，控制箱固定在回转立柱上；座椅夹具包括万向轴、靠背、压板、把手和控制面板，控制面板通过控制线与气控系统连接。本实用新型采用气动平衡原理，即用压缩空气产生的力与座椅的自身重力平衡，让座椅悬浮在空中，由人工来完成翻转、对接、微调角度等三维空间移载动作，可实现座椅的省力搬运和装配，降低劳动强度，提高工作效率。
文档编号B25J1/00GK201511364SQ200920128870
公开日2010年6月23日 申请日期2009年9月16日 优先权日2009年9月16日
发明者王世云 申请人:重庆延锋江森座椅有限公司