专利名称：一种十轴双龙门结构的重载机械手的制作方法
技术领域：
本发明属于在全自动钣金生产流水线领域进行大宗物料的搬移的设备，特别是一种十轴双龙门结构的重载机械手。
背景技术：
冲压、钣金生产涉及制造行业的方方面面，可谓面大量广，形状和工艺千差万别，近十年来，随着我国成为世界制造业中心和消费大国，作为制造业基础行业之一的冲压、钣金行业也取得了空前的发展。传统依靠叉车进行上下料的方式，不仅劳动强度大，效率低，而且定位精度很不准确，对于提高生产效率和物料利用率都很不利。钣金产品加工工艺要求越来越高，钣金冲裁加工工艺已向多元化方向发展。提高生产效率，以及提高产品的加工质量，合理化利用板材做到降低加工成本，是所有钣金加工厂所要考虑的问题，同时也是钣金加工发展的趋势。目前的钣金加工设备普遍存在着自动化水平较低，加工寸长范围较小等缺点，对于尺寸特别大的物料难以实施搬运加工，而且在节能节材方面做的也不到位。此问题的根本原因有两个，首先，有些企业不具备生产大型重载机械的能力和设备，其次，其缺少相应的技术积累，难以解决其中的一些技术难题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种应用于大尺寸、高精度、重载物料搬运场合的十轴双龙门结构的重载机械手，能实现大体积、重载钣金物料的精确定位及搬运，可以应用于钣金加工生产线。实现本发明目的的技术解决方案为一种十轴双龙门结构的重载机械手，包括机架、第一龙门和第二龙门，机架由支撑腿、支架、齿条和限位部件构成，第一、二、三、四支架首尾相连构成四面框架，第一、三支架平行，第二、四支架平行，支撑腿连接并支撑四面框架，第一支架上安装有X轴方向的第一齿条和第一、二机械限位装置，该第一、二机械限位装置位于第一齿条的两端；第三支架上安装有X轴方向的第二齿条和第三、四机械限位部件，该第三、四机械限位部件位于第二齿条的两端；第一龙门和第二龙门分别设置在第一、三支架上，第一龙门上安装有第一电子限位装置，第二龙门上安装有第二、三电子限位装置，第二电子限位装置防止两龙门发生碰撞，第三电子限位装置防止第二龙门超出极限位置；第一龙门和第二龙门平行，第一龙门在Χ、γ、ζ轴方向上运动完成重载板料的搬移，第二龙门在X、Y、Z轴方向上运动完成小块板料搬移。本发明与现有技术相比，其显著优点(1)十个关键轴的电机及驱动器均采用交流永磁伺服电机系统，不但运行平稳，噪音低，且可靠性高，寿命长，为整个重载机械手的性能发挥提供了有力的保障。(2)Χ轴方向的运动，由于两个电机的运行行程长、距离大，稍有不同步就有可能出现不同步的现象，从而使系统出现故障。针对此问题，本系统采用电子齿轮加机械齿轮齿条的设计结构。电子齿轮的控制方法，可以保证两电机转动严格同步，机械齿轮齿条的结构，可以保证不出现摩擦打滑，因而能实现较好的定位精度。(3) X轴向的龙门与框架间，采用行车轮加导向轮的机械结构，行车轮可以保证在重载的情况下，齿轮齿条不会过紧结合造成损坏，导向轮保证在两X轴电机出现不同步情况下，龙门不会出现偏移。
(4)设备主体部分采用Q235矩形钢管300*300*14 (mm)进行焊接而成，保证了机械手的整体结构坚固稳定，在重载的情况下，也不会出现弯曲变形的情况。(5)重载制具部分在抓取物料时，采用气动吸盘加锁紧轴的方式，可以有效防止在出现突然停电等突发情况时，工件掉落发生危险。(6)适应性较强，如果待搬移的板料发生变化，只需要对软件程序进行修改，硬件无需改动或对制具稍作修改，即可投入使用。(7)此十轴双龙门结构的重载机械手结构，作为钣金生产线的重要组成部分，能够很好的适应目前生产的需要，满足这一发展趋 势。(8)通过此机械手，可以实现大尺寸板料的搬移，节约了人力，同时搬移速度很快，摆放精度很高，完成了一些依靠人工较难实现的工作，大幅提高了生产效率。(9 )在全自动钣金生产流水线领域进行大宗物料搬移的场合，尤其是针对一些尺寸大，重量重的钣金物料搬移、定位放置等作业，特别有效。下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
图I是十轴双龙门结构的重载机械手的轴测装配图。图2是十轴双龙门结构的重载机械手的俯视装配图。图3是十轴双龙门结构的重载机械手的A向视图。图4是十轴双龙门结构的重载机械手的B向视图 图5是十轴双龙门结构的重载机械手的C向视图
具体实施例方式结合图I和图2，本发明十轴双龙门结构的重载机械手，包括机架、第一龙门和第二龙门，机架由支撑腿、支架K201、K301、K202、K302、齿条和限位部件构成，第一、二、三、四支架K201、K301、K202、K302首尾相连构成四面框架，第一、三支架Κ201、Κ202平行，第二、四支架Κ301、Κ302平行，支撑腿连接并支撑四面框架，第一支架Κ201上安装有X轴方向的第一齿条XlOl和第一、二机械限位装置XWlOI、XW103，该第一、二机械限位装置XWlOI、XW103位于第一齿条XlOl的两端；第三支架Κ202上安装有X轴方向的第二齿条Χ102和第三、四机械限位部件XW201、XW203,该第三、四机械限位部件XW201、XW203位于第二齿条Χ102的两端；第一龙门和第二龙门分别设置在第一、三支架Κ201、Κ202上，第一龙门上安装有第一电子限位装置XW301，第二龙门上安装有第二、三电子限位装置XW302、XW303，第二电子限位装置XW302防止两龙门发生碰撞，第三电子限位装置XW303防止第二龙门超出极限位置；第一龙门和第二龙门平行，第一龙门在X、Y、Z轴方向上运动完成重载板料的搬移,第二龙门在X、Y、Z轴方向上运动完成小块板料搬移。可以在四面框架的四角设置第一、三、四、六支撑腿1(101、1(103、1(401、1(403，在放置第一、第二龙门的第一、三支架1(201、1(202中间设置第二、五支撑腿Κ102、Κ402。结合图3和图4，本发明十轴双龙门结构的重载机械手，第一龙门由第一、二龙门横梁L101、L102构成支撑部件，在第一、二龙门横梁L101、L102上沿Y轴方向分别铺设安装齿条ΥΙΟΙ、Υ102，第一、二龙门横梁L101、L102的两端分别焊接有四根短轴，第二、四承重轮Z102、Z104通过其中各自短轴分别安装在第一龙门横梁LlOl的两端，第一、三承重轮Z101、Z103通过其中各自短轴分别安装在第二龙门横梁L102的两端，第一、二龙门横梁L10UL102之间通过刚性材料焊接在一起，在第一、二龙门横梁L101、L102两端部的刚性连结材料上安装第一、二驱动轮HlOI、H102，该第一、二驱动齿轮HlOI、H102上分别安装有伺服电机MlOl、M102，该伺服电机MlOl、M102同步协调运转带动第一、二驱动齿轮HlOl、H102转动，在第一支架K201上沿X轴方向安装有第一齿条XlOl，在第三支架K202上沿X轴方向安装有第二齿条X102，第一驱动齿轮HlOl与第一齿条XlOl啮合，第二驱动齿轮H102与第二齿条X102啮合，第一、二、三、四承重轮Z101、Z102、Z103、Z104直接与齿条侧面支架的光面接触，承受龙门横梁及其它机构的重量；在第一、二驱动齿轮H101、H102及第一、二、三、四承重轮Z101、Z102、Z103、Z104的共同作用下，使第一龙门沿X轴方向水平移动，同时在第一电子限位部件XW301的约束下，不会超出X轴负方向允许运动 范围，在第一龙门上设有第一龙门执行部件ZXlOl，该第一执行部件ZXlOl在安装齿条YlOl、Y102上沿Y轴方向运动。本发明的第一龙门执行部件ZXlOl由Y轴方向驱动齿轮H301、第一蜗轮蜗杆升降机WO I、第二蜗轮蜗杆升降机W02、第一导向杆D01、第二导向杆D02、第三导向杆D03、第四导向杆D04、蜗轮蜗杆升降机驱动电机M104、锁紧机构SJ001、吸盘ClOl、C102、C103、C104 (吸盘数量可根据实际情况增减)组成，Y轴方向驱动齿轮H301安装在执行部件上部托架TOl上，通过伺服电机M301驱动Y轴方向驱动齿轮H301，可使执行部件在第一龙门架上沿Y轴方向水平移动，第一蜗轮蜗杆升降机WOl与第二蜗轮蜗杆升降机W02的蜗轮部分安装在执行部件中部托架T02上，并且与蜗轮蜗杆升降机驱动电机M104相连接，在驱动电机M104的驱动下，蜗轮蜗杆升降机内部的蜗轮转动，蜗杆上下运动可使执行部件沿Z轴方向竖直移动，第一、二、三、四导向杆D01、D02、D03、D04为光杆轴，其轴套安装在中部托架T02上，蜗杆与四根导向轴刚性固定在下部托架T03上，导向轴的作用是保证Z轴垂直度；吸盘ClOl、C102、C103、C104、锁紧机构SJ001都安装在下部托架T03上，吸盘ClOU C102、C103、C104可以吸合板料，锁紧机构SJ001通过气路可以夹紧吸合的板料，防止吸盘失电，板料跌落。结合图4和图5，本发明十轴双龙门结构的重载机械手的第二龙门由第三、四龙门横梁L201、L202构成支撑部件，第二龙门上设置有第三驱动齿轮H201、第四驱动齿轮H202，第五承重轮Z201、第六承重轮Z202、第七承重轮Z203、第八承重轮Z204，第三、四龙门横梁L201、L202平行放置，二者可以相距15-30cm的距离，通过刚性材料将二者焊接在一起，第三龙门横梁L201的两端焊接两根短轴，第四龙门横梁L202的两端焊接两根短轴，第五承重轮Z201、第六承重轮Z202、第七承重轮Z203、第八承重轮Z204分别安装在这四根短轴上,第三、四龙门横梁L201、L202刚性连接处在靠近短轴的两侧位置，安装第三驱动齿轮H201、第四驱动齿轮H202 ;机械限位部件XW102、XW202沿X轴方向安装在第三龙门横梁L201两侧，在第一齿条XlOl正上方位置；伺服电机M201带动第四驱动齿轮H202，伺服电机M202带动第三驱动齿轮H201，第五、六、七、八承重轮Z201、Z202、Z203、Z204共同承受第四龙门横梁L202的重量，第二龙门沿X轴方向水平移动，机械限位部件XW102、XW202保证第一龙门、第二龙门不会发生刚性碰撞。本发明第四龙门横梁L202上沿Y轴方向安装有第三齿条Y201，供第二龙门执行部件ZX102沿Y轴方向运行，第二龙门执行部件ZX102由执行部件托架T104、Z向齿条ΖΤ101、Y向驱动伺服电机Μ203及齿轮Η501、旋转轴驱动单元WZ101、吸盘C201、C202 (吸盘数量可根据实际情况增减)、敲边装置QlOl组成，电机M204安装在执行部件托架T104上，Z向齿条ZTlOl与旋转轴驱动单元WZlOl连接为一体，电机M204带有自锁功能，轴端安装有齿轮，该齿轮与Z向齿条ZTlOl啮合，使旋转轴驱动单元WZlOl沿Z轴上下运动；
执行部件托架T104上安装有Y向驱动伺服电机M203，电机轴上安装的齿轮H501与第三齿条Y201啮合，在Y向驱动伺服电机M203的驱动下，第二龙门执行部件ZX102可在第三齿条Y201上沿Y轴方向水平移动；旋转轴驱动单元WZlOl下部安装有吸盘C201、C202，旋转轴驱动单元WZlOl内部安装有电机M205，使吸盘C201、C202在一个平面内绕Z轴旋转；敲边装置QlOl安装在执行部件主体ZX102上，可对加工过的小块板料进行敲击，防止粘连。结合图I至5，本发明的工作过程为将大宗物料码放在第一龙门的物料存放区域，第一龙门X轴方向伺服电机M101、M102同步运动带动龙门沿X轴方向运动，Y轴方向伺服电机M103通过双端输出减速机，带动龙门沿Y轴方向运动，Z轴方向伺服电机M104带动 蜗轮蜗杆升降机W01、W02使执行部件沿Z轴方向竖直移动，于是X、Y、Z三轴在控制器的协调控制下(控制器采用奥地利KEBA工业自动化公司(Automation by innovation)的工业多轴控制器)，使执行部件运动到空间指定位置，即物料上方，吸盘C101、C102、C103、C104在真空泵的作用下形成负压，吸取板料，Z轴方向伺服电机M104动作，板料被提起，伺服电机M105转动使锁紧机构SJOl夹紧板料，X、Y、Z三轴伺服电机再次协调动作，将板料搬移至指定空间位置，伺服电机Μ105反向转动，锁紧机构SJOl取消锁紧，吸盘C101、C102、C103、C104失压释放板料，至此完成重载板料的搬移，第一龙门执行部件再次运动至大宗板料上方，准备下次搬移。此时即可进行板料的切割工作，将板料切割成指定尺寸形状的小块板料(板料切割由其它设备完成)。而后第二龙门开始作业。第二龙门X轴方向伺服电机Μ201、Μ202同步运动带动龙门沿X轴方向运动，Y轴方向伺服电机Μ203通过减速机,带动龙门沿Y轴方向运动，伺服电机Μ204运转，使齿条ΖΤ101沿Z轴方向运动，从而带动第二龙门执行部件一同沿Z轴运动。通过Χ、Υ、Ζ轴的协调运动，第二龙门执行部件运动到小块板料上方，吸盘C201、C202吸取板料，X、Y、Z轴再次协调运动将小块板料搬移至指定位置，伺服电机Μ205带动W轴驱动单元WZ101转动，从而使小块物料转动指定角度，吸盘C201、C202失压，释放物料，使板料按一定角度进行摆放，第二龙门执行部件再次移动至下一板料上方，准备搬移下一块板料。至此，完成一次板料搬移过程。
权利要求
1.一种十轴双龙门结构的重载机械手，其特征在于包括机架、第一龙门和第二龙门，机架由支撑腿、支架(K201、K301、K202、K302)、齿条和限位部件构成，第一、二、三、四支架(K201、K301、K202、K302)首尾相连构成四面框架，第一、三支架(K201、K202)平行，第二、四支架(K301、K302)平行，支撑腿连接并支撑四面框架，第一支架(K201)上安装有X轴方向的第一齿条(XlOl)和第一、二机械限位装置(XW101、XW103)，该第一、二机械限位装置(XW101、XW103)位于第一齿条(XlOl)的两端；第三支架(K202)上安装有X轴方向的第二齿条(X102)和第三、四机械限位部件(XW201、XW203)，该第三、四机械限位部件(XW201、XW203)位于第二齿条(X102)的两端；第一龙门和第二龙门分别设置在第一、三支架(K201、K202)上，第一龙门上安装有第一电子限位装置(XW301)，第二龙门上安装有第二、三电子限位装置(XW302、XW303)，第二电子限位装置(XW302)防止两龙门发生碰撞，第三电子限位装置(XW303)防止第二龙门超出极限位置；第一龙门和第二龙门平行，第一龙门在X、Y、Z轴方向上运动完成重载板料的搬移，第二龙门在X、Y、Z轴方向上运动完成小块板料搬移。
2.根据权利要求I所述的十轴双龙门结构的重载机械手，其特征在于第一龙门由第 一、二龙门横梁(L101、L102)构成支撑部件，在第一、二龙门横梁(L101、L102)上沿Y轴方向分别铺设安装齿条(Υ101、Υ102)，第一、二龙门横梁(L101、L102)的两端分别焊接有四根短轴，第二、四承重轮(Ζ102、Ζ104)通过其中各自短轴分别安装在第一龙门横梁(LlOl)的两端，第一、三承重轮(Ζ101、Ζ103)通过其中各自短轴分别安装在第二龙门横梁(L102)的两端，第一、二龙门横梁(L101、L102)之间通过刚性材料焊接在一起，在第一、二龙门横梁(L101、L102)两端部的刚性连结材料上安装第一、二驱动轮(Η101、Η102)，该第一、二驱动齿轮(Η101、Η102)上分别安装有伺服电机(Μ101、Μ102)，该伺服电机(Μ101、Μ102)同步协调运转带动第一、二驱动齿轮(Η101、Η102)转动，在第一支架(Κ201)上沿X轴方向安装有第一齿条(Χ101)，在第三支架(Κ202)上沿X轴方向安装有第二齿条(Χ102)，第一驱动齿轮(HlOl)与第一齿条(XlOl)啮合，第二驱动齿轮(Η102)与第二齿条(Χ102)啮合，第一、二、三、四承重轮(Ζ101、Ζ102、Ζ103、Ζ104)直接与齿条侧面支架的光面接触，承受龙门横梁及其它机构的重量；在第一、二驱动齿轮(Η101、Η102)及第一、二、三、四承重轮(Ζ101、Ζ102、Ζ103.Ζ104)的共同作用下，使第一龙门沿X轴方向水平移动，同时在第一电子限位部件(XW301)的约束下，不会超出X轴负方向允许运动范围，在第一龙门上设有第一龙门执行部件(ΖΧ101)，该第一执行部件(ZXlOl)在安装齿条(Υ101、Υ102)上沿Y轴方向运动。
3.根据权利要求2所述的十轴双龙门结构的重载机械手，其特征在于第一龙门执行部件(ZXlOl)由Y轴方向驱动齿轮(Η301)、第一蜗轮蜗杆升降机(W01)、第二蜗轮蜗杆升降机(W02)、第一导向杆(D01)、第二导向杆(D02)、第三导向杆(D03)、第四导向杆(D04)、蜗轮蜗杆升降机驱动电机Μ104、锁紧机构(SJ001)、吸盘(C101、C102、C103、C104)组成，Y轴方向驱动齿轮(Η301)安装在执行部件上部托架(TOl)上，通过伺服电机(Μ301)驱动Y轴方向驱动齿轮(Η301)，可使执行部件在第一龙门架上沿Y轴方向水平移动，第一蜗轮蜗杆升降机(W01)与第二蜗轮蜗杆升降机(W02)的蜗轮部分安装在执行部件中部托架(Τ02)上，并且与蜗轮蜗杆升降机驱动电机(Μ104)相连接，在驱动电机(Μ104)的驱动下，蜗轮蜗杆升降机内部的蜗轮转动，蜗杆上下运动可使执行部件沿Z轴方向竖直移动，第一、二、三、四导向杆(D01、D02、D03、D04)为光杆轴，其轴套安装在中部托架(Τ02)上，蜗杆与四根导向轴刚性固定在下部托架(T03)上，导向轴的作用是保证Z轴垂直度；吸盘(C101、C102、C103、C104)、锁紧机构)SJOOI)都安装在下部托架(T03)上，吸盘(C101、C102、C103、C104)可以吸合板料，锁紧机构(SJ001)通过气路可以夹紧吸合的板料，防止吸盘失电，板料跌落。
4.根据权利要求I所述的十轴双龙门结构的重载机械手，其特征在于第二龙门由第三、四龙门横梁(L201、L202)构成支撑部件，第二龙门上设置有第三驱动齿轮(H201)、第四驱动齿轮(H202 ),第五承重轮(Z201)、第六承重轮(Z202 )、第七承重轮(Z203 )、第八承重轮(Z204)，第三、四龙门横梁(L201、L202)平行放置，通过刚性材料将二者焊接在一起，第三龙门横梁(L201)的两端焊接两根短轴，第四龙门横梁(L202)的两端焊接两根短轴，第五承重轮Z201、第六承重轮Z202、第七承重轮Z203、第八承重轮Z204分别安装在这四根短轴上,第三、四龙门横梁(L201、L202)刚性连接处在短轴的两侧位置，安装第三驱动齿轮(H201)、第四驱动齿轮(H202);机械限位部件(XW102、XW202)沿X轴方向安装在第三龙门横梁(L201)两侧，在第一齿条(XlOl)正上方位置；伺服电机(M201)带动第四驱动齿轮(H202)，伺服电机(M202)带动第三驱动齿轮(H201)，第五、六、七、八承重轮(Z201、Z202、Z203、Z204)共同承受第四龙门横梁(L202)的重量，第二龙门沿X轴方向水平移动，机械限位部件(XW102、XW202)保证第一龙门、第二龙门不会发生刚性碰撞。
5.根据权利要求4所述的十轴双龙门结构的重载机械手，其特征在于第四龙门横梁(L202)上沿Y轴方向安装有第三齿条(Y201)，供第二龙门执行部件(ZX102)沿Y轴方向运行，第二龙门执行部件(ZX102)由执行部件托架(T104)、Z向齿条(ZT101)、Y向驱动伺服电机(M203)及齿轮(H501)、旋转轴驱动单元(WZ101)、吸盘(C201、C202)、敲边装置(QlOl)组成，电机(M204)安装在执行部件托架(T104)上，Z向齿条(ZT101)与旋转轴驱动单元(WZlOl)连接为一体，电机(M204)带有自锁功能，轴端安装有齿轮，该齿轮与Z向齿条(ZTlOl)啮合，使旋转轴驱动单元(WZlOl)沿Z轴上下运动； 执行部件托架(T104)上安装有Y向驱动伺服电机(M203)，电机轴上安装的齿轮(H501)与第三齿条(Y201)啮合，在Y向驱动伺服电机(M203)的驱动下，第二龙门执行部件(ZX102)可在第三齿条(Y201)上沿Y轴方向水平移动；旋转轴驱动单元(WZlOl)下部安装有吸盘(C201、C202)，旋转轴驱动单元(WZlOl)内部安装有电机(M205)，使吸盘(C201、C202)在一个平面内绕Z轴旋转；敲边装置(QIOI)安装在执行部件主体(ZX102 )上，可对加工过的小块板料进行敲击，防止粘连。
6.根据权利要求4所述的十轴双龙门结构的重载机械手，其特征在于在四面框架的四角设置第一、三、四、六支撑腿(K101、K103、K401、K403)，在放置第一、第二龙门的第一、三支架(Κ201、Κ202 )中间设置第二、五支撑腿(Κ102、Κ402 )。
全文摘要
本发明公开了一种十轴双龙门结构的重载机械手，包括机架、第一龙门和第二龙门，机架由支撑腿、支架、齿条和限位部件构成，第一、二、三、四支架首尾相连构成四面框架，支撑腿连接并支撑四面框架，第一支架上安装有X轴方向的第一齿条和第一、二机械限位装置，第三支架上安装有X轴方向的第二齿条和第三、四机械限位部件，该第三、四机械限位部件位于第二齿条的两端；第一龙门和第二龙门分别设置在第一、三支架上；第一龙门和第二龙门平行，第一龙门在X、Y、Z轴方向上运动完成重载板料的搬移，第二龙门在X、Y、Z轴方向上运动完成小块板料搬移。本发明不但运行平稳，噪音低，且可靠性高，寿命长，为整个重载机械手的性能发挥提供了有力的保障。
文档编号B25J15/06GK102962841SQ20121047793
公开日2013年3月13日 申请日期2013年1月13日 优先权日2013年1月13日
发明者朱文亮, 刘新, 陆中学, 崔世义, 姚贵昌, 顾欢, 花磊, 洪草根, 桑楠, 窦新民 申请人:中国船舶重工集团公司第七一六研究所