一种冲压取放料五轴机器人装置的制作方法

本发明涉及机械设备领域，尤其是一种冲压取放料五轴机器人装置。

背景技术：

传统的冲压或锻压生产，大多采用人工完成模腔上下料工作，存在劳动强度大、自动化程度低、安全事故多、工作环境噪音大以及质量稳定性欠佳等问题。当前劳动力成本不断攀升，招工和用工难成为冲压生产企业面临的难题，迫切需要能取代人工的先进自动化装备。

采用上下料机器人配合冲床可构建冲压自动生产线，工件从上一个模腔移动到下一个模腔，一般需要工件的方位调整，通常可能需要四种位置变换：原位置、前后调换、上下翻转和前后上下调换。满足上述工件移动要求的机器人一般具有四个自由度或以上，通用的六轴工业机器人因体积大、费用高、自由度富余和需要二次开发等，难以直接应用，四轴上下料机器人可以实现前三种工件位置调整要求，五轴上下料机器人可以实现工件传送中的前后上下位置调整。因此，五轴上下料机器人是构建冲压自动生产线的一种重要装备，对于提高冲压生产的效率，降低生产成本，提升产品质量稳定性，改善冲压生产环境，改进冲压生产工艺，提升冲压生产水平具有重要意义。

技术实现要素：

为解决传统的冲压或锻压生产存在的上述问题，本发明提供一种冲压取放料五轴机器人装置，用于冲压和锻压等场合工件在模腔之间的传送和精确定位，满足工件上下表面翻转和前后侧面调换的位置调整要求。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种冲压取放料五轴机器人装置，它包括控制箱、支撑底座、机身旋转机构、前臂伸缩机构、上臂提升机构、前臂翻转机构、手爪旋转机构和手爪机构，控制箱信号与机身旋转机构、前臂伸缩机构、上臂提升机构、前臂翻转机构和手爪旋转机构的伺服电机和感应开关信号电连接；控制箱位于支撑底座上；机身旋转机构与支撑底座的上表面相连，绕垂直方向轴左右转动；上臂提升机构与机身旋转机构相连，沿垂直方向上下移动；前臂伸缩机构与上臂提升机构相连，沿水平方向伸缩移动；前臂翻转机构与前臂伸缩机构相连，绕水平方向轴上下翻转；手爪旋转机构与前臂翻转机构相连，绕垂直方向轴转动；手爪机构与手爪旋转机构相连，拾取或释放工件；支撑底座通过防滑脚杯调节水平度，通过万向脚轮和定向脚轮配合移动。

进一步地，机身旋转机构包括立柱、rv安装板、第一限位座、缓冲垫、第一感应器架、第一感应片、第一伺服电机、rv减速机、密封圈和第一感应开关，第一伺服电机连接rv减速机的一端；rv减速机的另一端连接于rv安装板上，并通过密封圈密封；rv安装板通过螺栓固连于立柱上；立柱固定于支撑底座的底板上；第一限位座和第一感应器架连接于rv安装板上；第一感应器架设置于机身旋转范围内；第一感应开关连接于第一感应器架上；第一感应片固定于第一伺服电机和rv减速机之间的联轴器上；缓冲垫固连于第一限位座上；

第一感应片随联轴器转动；通过第一感应开关设置机身旋转机构的零点和左右机械限位；通过第一限位座进行机身旋转运动的机械缓冲和限位；通过设置第一感应开关和第一限位座的位置，自动调节旋转角度的范围和极限转动位置。

进一步地，前臂伸缩机构和上臂提升机构分别采用x轴模组和z轴模组；z轴模组通过z轴安装板与l型连接板固连；l型连接板连接rv连接板的一侧；rv连接板的另一侧连接机身旋转机构的rv减速机，机身旋转时带动z轴模组一起旋转；x轴模组通过x轴安装板与z轴模组的移动螺母固连；z轴模组沿垂直方向上下移动，通过z轴模组的感应开关和缓冲座，控制垂直方向的精确移动；x轴模组沿水平方向伸缩移动，通过x轴模组的感应开关和缓冲座，控制水平方向精确移动。

进一步地，前臂翻转机构包括第四伺服电机、第四减速机、翻转连接板、电机座、第四轴用卡环、第四转轴、第四限位座、第四缓冲垫、第四轴承带座、定位座、销、第四感应器架、第四感应片和第四感应开关，翻转连接板的下端连接前臂伸缩机构；翻转连接板的上端连接第四轴承带座；第四减速机的一端连接第四伺服电机；第四减速机的另一端连接电机座；电机座固连于第四轴承带座上；第四限位座通过销固接于第四轴承带座上；第四感应器架连接于第四限位座上；第四感应开关固连于第四感应器架上；第四缓冲垫安装于第四限位座上；第四减速机的第四转轴连接定位座；第四感应片固定于第四转轴上；第四轴用卡环套于第四转轴的两端，限制轴向移动；通过第四感应开关设置翻转运动的零点及左右限位；通过第四限位座进行前臂翻转机构运动的缓冲和限位。

进一步地，手爪旋转机构包括第五伺服电机、第五减速机、翻转板、电机板、螺母、主同步轮、感应块、第五感应开关、第五感应器架、连杆、同步带和从同步轮，手爪旋转机构通过翻转板固连于前臂翻转机构的第四转轴上；第五减速机的一端固连于第五伺服电机；第五减速机的另一端固连于电机板；电机板与翻转板通过螺母固连；主同步轮和感应块固定于第五减速机的输出轴上；主同步轮和从同步轮通过同步带连接；从同步轮套于手爪机构的第五转轴上；感应块周转经过第五感应开关；第五感应开关固连于第五感应器架上；第五感应器架固定于连杆的一端；通过第五感应开关设置手爪旋转机构的零点和左右限位。

进一步地，手爪机构包括吸盘、吸盘座、吸盘臂、微型接头、固定环、第五转轴、第五轴承带座、第五轴用卡环、端盖和转座板，手爪机构固连于第五转轴上；第五轴承带座固连于转座板；转座板固连于连杆的另一端；吸盘臂通过固定环固定于第五转轴上；第五轴用卡环套于第五转轴的两端，限制轴向移动；吸盘座固定于吸盘臂上；吸盘与吸盘座相连；微型接头固连于吸盘座上；端盖固连于连杆的端部；吸盘座的位置沿径向和轴向调节，或者采用电磁铁结构进行吸附。

有益效果：

1.本发明可实现机身旋转、上臂提升、前臂伸缩、前臂翻转和手爪旋转五个方向独立的精确位置运动，从而实现五轴联动，可满足板材冲压生产中，机器人手爪将工件从上一模腔移动到下一模腔，空间任意位置放置要求，实现工件快速移动和高精度定位，满足产品冲压质量和稳定性需求。

2.本发明是实现冲压自动化生产的一种重要设备，可与冲压取放料四轴机器人、冲床以及上料机等构建冲压自动生产线，可满足多种冲压工艺要求。

附图说明

图1是本发明的冲压取放料五轴机器人装置的正视图；

图2是本发明的冲压取放料五轴机器人装置的左视图；

图3是图1中机身旋转机构的结构示意图；

图4是图2中机身旋转机构的结构示意图；

图5是图2中上臂提升机构和前臂伸缩机构的结构示意图；

图6是图1中上臂提升机构和前臂伸缩机构的结构示意图；

图7是图1中前臂翻转机构的结构示意图；

图8是图2中前臂翻转机构的结构示意图；

图9是图1中手爪旋转机构和手爪机构的结构示意图；

图10是本发明的手爪机构的吸盘座采用电磁铁结构的示意图；

图11是图10的俯视图；

图中：1-控制箱、2-支撑底座、3-机身旋转机构、4-前臂伸缩机构、5-上臂提升机构、6-前臂翻转机构、7-手爪旋转机构、8-手爪机构、11-底板、12-立柱、13-rv安装板、14-第一限位座、15-缓冲垫、16-第一感应器架、17-第一感应片、18-防滑脚杯、19-万向脚轮、20-定向脚轮、21-第一伺服电机、22-rv减速机、23-密封圈、24-第一感应开关、30-rv连接板、31-l型连接板、32-z轴模组、33-z轴安装板、34-x轴安装板、35-x轴模组、41-第四伺服电机、42-第四减速机、43-翻转连接板、44-电机座、45-第四轴用卡环、46-第四转轴、47-第四限位座、48-第四缓冲垫、49-第四轴承带座、50-定位座、51-销、52-第四感应器架、53-第四感应片、54-第四感应开关、58-第五伺服电机、59-第五减速机、60-翻转板、61-电机板、62-螺母、63-主同步轮、65-感应块、66-第五感应开关、67-第五感应器架、68-连杆、69-同步带、70-吸盘、71-吸盘座、72-吸盘臂、73-微型接头、74-固定环、75-第五转轴、76-第五轴承带座、77-第五轴用卡环、78-从同步轮、79-端盖、80-转座板。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

本发明提出一种冲压取放料五轴机器人装置，如图1、2所示，它包括控制箱1、支撑底座2、机身旋转机构3、前臂伸缩机构4、上臂提升机构5、前臂翻转机构6、手爪旋转机构7和手爪机构8，控制箱1信号与机身旋转机构3、前臂伸缩机构4、上臂提升机构5、前臂翻转机构6和手爪旋转机构7的伺服电机和感应开关信号电连接；控制箱1位于支撑底座2上；机身旋转机构3与支撑底座2的上表面相连，绕垂直方向轴左右转动；上臂提升机构5与机身旋转机构3相连，沿垂直方向上下移动；前臂伸缩机构4与上臂提升机构5相连，沿水平方向伸缩移动；前臂翻转机构6与前臂伸缩机构4相连，绕水平方向轴上下翻转；手爪旋转机构7与前臂翻转机构6相连，绕垂直方向轴转动；手爪机构8与手爪旋转机构7相连，可通过负压或电磁吸附等方式拾取或释放工件；如图3所示，支撑底座2通过四个防滑脚杯18便于固定机器人装置的工作位置，并调节水平度，通过万向脚轮19和定向脚轮20配合便于机器人装置的移动。

利用控制输入装置，如触摸屏或控制盒按钮，输入控制指令，由控制箱1对机身旋转机构3、上臂提升机构5、前臂伸缩机构4、前臂翻转机构6和手爪旋转机构7进行运动控制，既可以对各机构进行独立运动控制，又可以对部分机构或全部机构实行联合控制，满足手爪机构8在空间任意两点之间位置精确控制，以及两点之间的轨迹精确控制。

如图3、4所示，机身旋转机构3包括立柱12、rv安装板13、第一限位座14、缓冲垫15、第一感应器架16、第一感应片17、第一伺服电机21、rv减速机22、密封圈23和第一感应开关24，第一伺服电机21连接rv减速机22的一端；rv减速机22的另一端连接于rv安装板13上，并通过密封圈23密封；rv安装板13通过螺栓固连于四根立柱12上；四根立柱12固定于支撑底座2的底板11上；两个第一限位座14和三个第一感应器架16连接于rv安装板13上；三个第一感应器架16设置于机身旋转范围内；三个第一感应开关24分别连接于三个第一感应器架16上；第一感应片17固定于第一伺服电机21和rv减速机22之间的联轴器上，随联轴器转动；缓冲垫15固连于第一限位座14上；通过三个第一感应开关24设置机身旋转机构3的零点和左右机械限位；通过两个第一限位座14进行机身旋转运动的机械缓冲和限位；通过设置第一感应开关24和第一限位座14的位置，自动调节旋转角度的范围和极限转动位置。

如图5、6所示，上臂提升机构5和前臂伸缩机构4均采用线性移动模组，其中沿水平方向移动的上臂提升机构5为x轴模组35，沿垂直方向移动的前臂伸缩机构4为z轴模组32；z轴模组32通过z轴安装板33与l型连接板31固连；l型连接板31连接rv连接板30的一侧；rv连接板30的另一侧连接机身旋转机构3的rv减速机22，机身旋转时带动z轴模组32一起旋转；x轴模组35通过x轴安装板34与z轴模组32的移动螺母固连；z轴模组32沿垂直方向上下移动，通过z轴模组32的三个感应开关和两个缓冲座，控制垂直方向的精确移动；x轴模组35沿水平方向伸缩移动，通过x轴模组35的三个感应开关和两个缓冲座，控制水平方向精确移动。其中，x轴模组和z轴模组为通用模块，均由伺服电机、联轴器、滚珠丝杆、导轨、丝杆固定侧支撑座、丝杆支持侧支撑座、丝杆螺母、螺母板、导轨板、第二感应器架、第二感应开关、缓冲垫和缓冲座等构成。

如图7、8所示，前臂翻转机构6包括第四伺服电机41、第四减速机42、翻转连接板43、电机座44、第四轴用卡环45、第四转轴46、第四限位座47、第四缓冲垫48、第四轴承带座49、定位座50、销51、第四感应器架52、第四感应片53和第四感应开关54，翻转连接板43的下端连接前臂伸缩机构4；翻转连接板43的上端连接第四轴承带座49；第四减速机42的一端连接第四伺服电机41；第四减速机42的另一端连接电机座44；电机座44固连于第四轴承带座49上；两个第四限位座47通过销51分别固接于第四轴承带座49上；三个第四感应器架52连接于两个第四限位座47上；三个第四感应开关54固连于三个第四感应器架52上；两个第四缓冲垫48分别安装于两个第四限位座47上；第四减速机42的第四转轴46连接定位座50；第四感应片53固定于第四转轴46上；第四轴用卡环45套于第四转轴46的两端，限制轴向移动；通过三个第四感应开关54设置翻转运动的零点及左右限位；通过两个第四限位座47进行前臂翻转机构6运动的缓冲和限位。

如图9所示，手爪旋转机构7为同步带传送机构，手爪旋转机构7包括第五伺服电机58、第五减速机59、翻转板60、电机板61、螺母62、主同步轮63、感应块65、第五感应开关66、第五感应器架67、连杆68、同步带69和从同步轮78，手爪旋转机构7通过翻转板60固连于前臂翻转机构6的第四转轴46上；第五减速机59的一端固连于第五伺服电机58；第五减速机59的另一端固连于电机板61；电机板61与翻转板60通过螺母62固连；主同步轮63和感应块65固定于第五减速机59的输出轴上；主同步轮63和从同步轮78通过同步带69连接；从同步轮78套于手爪机构8的第五转轴75上；感应块65周转经过三个第五感应开关66；三个第五感应开关66固连于三个第五感应器架67上；三个第五感应器架67均固定于连杆68的一端；通过三个第五感应开关66设置手爪旋转机构7的零点和左右限位。

如图9、10、11所示，手爪机构8包括吸盘70、吸盘座71、吸盘臂72、微型接头73、固定环74、第五转轴75、第五轴承带座76、第五轴用卡环77、端盖79和转座板80，手爪机构8固连于第五转轴75上；第五轴承带座76固连于转座板80；转座板80固连于连杆68的另一端；吸盘臂72通过固定环74固定于第五转轴75上；第五轴用卡环77套于第五转轴75的两端，限制轴向移动；吸盘座71固定于吸盘臂72上；吸盘70与吸盘座71相连；微型接头73固连于吸盘座71上；端盖79固连于连杆68的端部；吸盘座71的位置沿径向和轴向调节，或者如图10所示，采用电磁铁结构进行吸附。

对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。