专利名称：粉末冶金齿轮自动精密整型机械手的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种机械手，特别是一种粉末冶金齿轮自动精密整型机械手，属于冲压设备自动送料技术领域。
背景技术：
粉末冶金齿轮具有生产成本低、自润滑和大批量生产的特点，在摩托车、电动工具、汽车等领域得到了广泛应用。粉末冶金齿轮在烧结以后由于热变形作用，齿轮的尺寸产生了变化，形成了误差(基节误差和齿形误差)；烧结以后的齿轮误差大小与齿轮原料组织成分和烧结工艺有关。
·
目前国内的粉末冶金齿轮热变形比国外大，需要对烧结以后的齿轮用模具进行精密整形，使齿轮满足使用要求。齿轮精密整形工作目前都由人工完成，即由操作者将齿轮放到整形模具的下冲模上，然后启动冲床用上冲模完成整形工序。粉末冶金齿轮精密整形工作不仅劳动强度大，而且容易发生工伤事故；而国外的粉末冶金齿轮在烧结后则没有精整工序。冲床机械手的应用不仅能提高生产效率，而且可以极大降低工伤事故发生的风险。冲床机械手应用机器人技术，采用单自由度关节(转动副或移动副)构成串联机构。根据实际应用需要，在末端构件上安装传感器(例如接近开关)，并应用人工智能技术，使机械手具有一定的智能操作特征。典型的冲床机械手有2R二次元移送机械手、3R三次元移送机械手、单机多工位机械手和独立伺服中介机械手等。这些机械手通常采用气动或电机驱动方式，能实现精确的送料动作，位置正负误差为0. 1-0. 2mm ;物料的抓取采用真空吸盘、电磁吸盘和夹钳。真空吸盘和电磁吸盘适用于板料的抓取和释放，现有的通用夹钳无法抓取齿轮类的物料。粉末冶金齿轮精整所用的是40吨以下的小型冲床，而通用机械手体积大，运动空间过大，难以在精整机上应用。粉末冶金齿轮自动精密整型机械手是一种专用的送料机械手，除了满足实现送料功能和精确的中心点定位精度以外，还需要满足齿轮的齿向定位；目前的冲床机械手夹钳没有齿轮的齿向定位功能。齿轮抓取原理可以应用图像处理技术，这是该问题的一个研究方向。但由于未能解决齿轮齿向定位精度问题，因此图像处理方法并未在实际中应用。
发明内容
本发明的目的是提供一种可取代人工操作工序，实现粉末冶金齿轮精整工序的自动化的粉末冶金齿轮自动精密整型机械手。为了实现上述的技术目的，本发明应用机器人技术设计一种3自由度的串联机械臂。该机械臂由一个回转副、两个直线导轨移动副组成；齿轮物料由震动输送机连续送至机械手抓取位置，机械手抓取齿轮并快速定位和定向，通过回转运动送至下冲模上方，然后通过垂直方向的直线运动把齿轮压入下冲模口部。抓取部位采用V形结构和齿条结构设计，V形结构确定齿轮中心位置，齿条结构确定齿轮的齿向。机械手的结构设计特点保证了可以调节与模具中心的距离，以及通过微调齿条相对V形槽左右位置调节抓取齿轮的指向。机械手关节采用导电塑料电位计作为角位移或线位移传感器，微处理器采用DSP2812芯片。设计回转分辨率小于I密位，直线运动分辨率小于0. Imm ;应用人工智能技术，使机械手具有传感器状态检测、齿轮抓取状态判断和冲压状态控制等智能行为；应用触摸屏通过串口通信实现机械手的操作控制。具体的技术方案为一种粉末冶金齿轮自动精密整型机械手，包括回转部分和抓取部分，所述回转部分与抓取部分之间通过接口件连接，其中所述回转部分包括伺服电机和谐波传动机构的波发生器，伺服电机带动谐波传动机构的波发生器，谐波传动机构通过柔轮输出减速运动，柔轮带动轴组件输出机械手的回转运动，所述轴组件连接有确定回转运动绝对位置的转角传感器，轴组件上还连接有圆形臂，所述圆形臂的端部连接有接口件；
所述抓取部分包括接口支架，接口支架通过接口件与回转部分连接，所述接口支架上设置有第一直线电机，第一直线电机带动第一滑动支架在竖直方向运动，所述第一滑动支架上连接有连接座和支座，所述支座的一端连接有V形爪；所述连接座上固定有第二直线电机，第二直线电机带动第二滑动支架在水平方向运动，第二滑动支架上连接有由两齿以上的标准齿条构成齿形爪。齿轮的抓取是采用V形爪和齿形爪的相对直线运动方法，这种方法不仅能可靠抓取齿轮，而且能精确确定齿轮的中心位置和齿向。所述回转部分包括底座，所述底座上连接有连接套筒，转角传感器设置在连接套筒内，连接套筒上连接有轴系座，所述轴组件设置在轴系座内，其两端通过角接触球轴承固定，转角传感器的转动部分与轴组件的下端相连接；所述连接套筒上连接有支撑套筒，所述轴组件上部深入到支撑套筒内，在支撑套筒内，轴组件上部通过标准涨套与过渡连接件连接，过渡连接件与谐波传动机构的柔轮固定连接。所述转角传感器与轴组件的下端采用连接涨套连接，其固定端通过柔性支架与底座连接。转角传感器与轴组件的下端采用涨紧原理连接，其固定端则通过柔性支架与底座连接，这种连接方式的特点是不仅没有间隙，而且能由柔性支架的弹性变形使连接轴偏差得到补偿。所述谐波传动机构的传动比为10-100 ;波发生器与伺服电机轴采用涨套连接，其特点是没有间隙。所述支座和V形爪之间可活动调节；所述齿形爪与第二滑动支架构成可活动调节的移动副，所述第二滑动支架上还设置有用于固定齿形爪调节位置的定位块。这样，V形爪和齿形爪不仅可调节而且可以拆卸更换。所述第一滑动支架与滚珠丝杆副的滑动螺母连接，由第一直线电机带动做直线运动，第二滑动支架与滚珠丝杆副的滑动螺母连接，由第二直线电机带动做直线运动，由第一直线电机、第二直线电机带动的两个直线运动的控制分辨率小于0. 1mm。所述回转部分与抓取部分之间通过接口件用螺钉连接，回转部分与抓取部分之间可相对偏转角度为正负2-3°。所述V形爪上用螺钉连接有尼龙块，尼龙块用于击打已整形的齿轮进入出料斗。本发明的机械手完全替代了人工操作工序，极大降低了工伤事故发生的风险；实现了一名操作者同时管理多台精整机的可能，提高了生产效率，降低了人工成本。应用机械手的精整机工作速度为15-18个/分钟，与人工最快速度相当，但没有人工所需休息时间和疲劳感，因此实际的工作效率比人工高许多。如果一名操作者同时管理5台精整机，按每人每年2-3万元工资计算，则可为拥有30台精整机的企业每年节省48-72万元的人工成本。采用自动精整机械手提升了生产设备的技术水平，为企业提供了潜在的合同增长趋势。
下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步详细的说明。图I为本发明机械手回转部分结构示意图。图2为本发明机械手抓取部分结构示意图。
具体实施例方式本发明回转部分结构如图I所示，底座I与冲床工作平台通过螺钉连接。连接套筒2与轴系座10连接。转角传感器4的固定部分与柔性支架3连接，柔性支架的弹性变形使连接的偏差得到补偿；转角传感器4的转动部分与轴组件11相连接；转角传感器4的电压信号表示回转角度值。连接涨套5保证转角传感器4的连接没有周向间隙。轴系采用两个角接触球轴承8两端固定结构设计，角接触球轴承8端部设置有轴承端盖7，密封毡圈6、缝隙密封9保证了密封性能。标准涨套12用于连接过渡连接件13和轴组件11，并保证连接无间隙。谐波传动机构的传动比为10-100，其柔轮14与过渡连接件13通过螺钉连接固定。刚轮16与支撑套筒15径向配合连接，与柔轮14满足同轴度00. 1_，并通过螺钉与支撑套筒15紧固。波发生器18与销轴17使用平键连接，与伺服电机20轴使用涨套19连接。圆形臂22与轴组件11用螺钉连接，圆形臂22的另一端与接口件21采用螺钉连接。抓取部分结构如图2所示，尼龙块31用螺钉连接在V形爪32上，用于击打已整形的齿轮33进入出料斗。齿形爪34由两齿以上的标准齿条构成，实现对齿轮33的抓取同时对齿轮33进行准确定向。齿形爪34与第二滑动支架35构成移动副，可以调节抓取齿轮33的齿向，保证与下冲模的齿向一致。定位块36用于固定齿形爪34的调节位置。支座37固连在第一滑动支架44上，随第一滑动支架44上下运动；支座37和V形爪32的连接设计成可调节，通过连接槽和腰形孔调节V形爪32与回转中心的距离。这样，V形爪32和齿形爪34不仅可调节而且可以拆卸更换。第二滑动支架35分别与第二滚珠滑块38和滑动螺母39用螺钉连接，由第二直线电机40带动做直线运动，实现机械爪的抓取和释放动作。第二直线电机40用螺钉固定在连接座41上，连接座41的制造精度保证滑动丝杆与滚珠导轨的平行度要求。连接座41上还设置有线性传感器42。第一滑动支架44用螺钉固定在第一滚珠滑块43上，由第一直线电机45带动实现竖直方向的直线运动。接口支架46与图I中的接口件21用螺钉连接，并可以调节图2部分的水平状态。图I回转部分和图2抓取部分便结合起来，回转部分与抓取部分之间可相对偏转角度为正负2-3°。第一滑动支架44与滚珠丝杆副的滑动螺母连接，这样便可以通过第一直线电机45带动在竖直方向运动，与第一滑动支架44连接的第一滚珠滑块43沿导向杆滚动移动，确保了准确定位。同理，第二滑动支架35与滚珠丝杆副的滑动螺母39连接，通过第二直线电机40带动在水平方向运动，与第一滑动支架44连接的第一滚珠滑块43沿导向杆滚动移动。电机20运动带动谐波传动机构的波发生器18，由柔轮14输出减速运动，柔轮14带动轴组件11输出机械手的回转运动。轴系采用两个角接触球轴承8两端固定结构设计，并由垫圈预紧，满足输出精确的回转运动要求。转角传感器4确定回转运动的绝对位置。应用第一直线电机45和第二直线电机40实现两个互相垂直的直线运动，两个直线运动的控制分辨率小于0. 1mm。应用滚珠丝杆副保证了运动的精确性和零部件的使用寿命，从而在机械机构设计方面保证了机械手送料工序的准确定位和定向。V形爪32和齿形爪34都是可调节的，适合V形爪32和齿形爪34分别与模具中心位置和齿向准确定位的调難
iF. O
上述实施例不以任何方式限制本发明，凡是采用等同替换或等效变换的方式获得的技术方案均落在本发明的保护范围内。
权利要求
1.一种粉末冶金齿轮自动精密整型机械手，其特征在于包括回转部分和抓取部分，所述回转部分与抓取部分之间通过接口件(21)连接，其中 所述回转部分包括伺服电机(20)和谐波传动机构的波发生器(18)，伺服电机(20)带动谐波传动机构的波发生器(18)，谐波传动机构通过柔轮(14)输出减速运动，柔轮(14)带动轴组件(11)输出机械手的回转运动，所述轴组件(11)连接有确定回转运动绝对位置的转角传感器(4)，轴组件(11)上还连接有圆形臂(22)，所述圆形臂(22)的端部连接有接口件(21)； 所述抓取部分包括接口支架(46 )，接口支架(46 )通过接口件(21)与回转部分连接，所述接口支架(46)上设置有第一直线电机(45)，第一直线电机(15)带动第一滑动支架(44)在竖直方向运动，所述第一滑动支架(44 )上连接有连接座(31)和支座(37 )，所述支座(37 )的一端连接有V形爪(32);所述连接座(41)上固定有第二直线电机(40)，第二直线电机(40)带动第二滑动支架(35)在水平方向运动，第二滑动支架(35)上连接有由两齿以上的标准齿条构成齿形爪(34)。
2.根据权利要求I所述的粉末冶金齿轮自动精密整型机械手，其特征在于所述回转部分包括底座(1)，所述底座(I)上连接有连接套筒(2)，转角传感器(4)设置在连接套筒(2)内，连接套筒(2)上连接有轴系座(10)，所述轴组件(11)设置在轴系座(10)内，其两端通过角接触球轴承(8)固定，转角传感器(4)的转动部分与轴组件(11)的下端相连接；所述连接套筒(2)上连接有支撑套筒(15)，所述轴组件(11)上部深入到支撑套筒(15)内，在支撑套筒(15)内，轴组件(11)上部通过标准涨套(12)与过渡连接件(13)连接，过渡连接件(13)与谐波传动机构的柔轮(14)固定连接。
3.根据权利要求2所述的粉末冶金齿轮自动精密整型机械手，其特征在于所述转角传感器(4)与轴组件(11)的下端采用连接涨套(5)连接，其固定端通过柔性支架(3)与底座(I)连接。
4.根据权利要求I所述的粉末冶金齿轮自动精密整型机械手，其特征在于所述谐波传动机构的传动比为10-100 ;波发生器(18)与伺服电机(20)轴采用涨套(19)连接。
5.根据权利要求I所述的粉末冶金齿轮自动精密整型机械手，其特征在于所述支座(37)和V形爪(32)之间可活动调节；所述齿形爪(34)与第二滑动支架(35)构成可活动调节的移动副，所述第二滑动支架(35)上还设置有用于固定齿形爪(34)调节位置的定位块(36)。
6.根据权利要求I所述的粉末冶金齿轮自动精密整型机械手，其特征在于所述第一滑动支架(44)与滚珠丝杆副的滑动螺母连接，由第一直线电机(45)带动做直线运动，第二滑动支架(35)与滚珠丝杆副的滑动螺母(39)连接，由第二直线电机带动做直线运动，由第一直线电机(45)、第二直线电机(40)带动的两个直线运动的控制分辨率小于0. 1mm。
7.根据权利要求I所述的粉末冶金齿轮自动精密整型机械手，其特征在于所述回转部分与抓取部分之间通过接口件(21)用螺钉连接，回转部分与抓取部分之间可相对偏转角度为正负2-3°。
8.根据权利要求I所述的粉末冶金齿轮自动精密整型机械手，其特征在于所述V形爪(32)上用螺钉连接有尼龙块(31)。
全文摘要
本发明公开了一种粉末冶金齿轮自动精密整型机械手，该机械手应用机器人技术，设计一种3自由度的串联机械臂，其由一个回转副、两个直线导轨移动副组成，齿轮物料由震动输送机连续送至机械手抓取位置，机械手抓取齿轮并快速定位和定向，通过回转运动送至下冲模上方，然后通过垂直方向的直线运动把齿轮压入下冲模口部，抓取部位采用V形结构和齿条结构设计，V形结构确定齿轮中心位置，齿条结构确定齿轮的齿向，机械手的结构保证了可以调节与模具中心的距离，以及通过微调齿条相对V形槽左右位置调节抓取齿轮的指向，本发明完全替代了人工操作工序，极大减低了工伤事故发生的风险，提高了生产效率，降低了人工成本。
文档编号B25J15/08GK102794762SQ20121030418
公开日2012年11月28日 申请日期2012年8月24日 优先权日2012年8月24日
发明者张龙, 邹德华, 王筱莉, 申小平, 唐燕辉, 庄文许 申请人:常熟市华德粉末冶金有限公司