本发明属于插件机领域，特别涉及一种结构紧凑的机器人异型插件机。
背景技术：
机器人异型插件机是将电子元器件插装到PCB电路板上指定位置的机器设备，机器人异型插件机通常包括：机器外壳、设备基座、PCB板传送定位装置、CCD视觉组件和机器人。机器人的Z轴上设置夹取装置，机器人夹取装置上通常安装多个夹爪或吸盘用于夹取和插装电子元器件；PCB板传送定位装置将PCB板传送到预定位置，机器人夹取装置按指令将相应的电子元件插接到PCB板上指定的位置。因机器人异型插件机包含很多相互连接的模块(如PCB板传送模块、机器人模块、以及与机器人一起移动的电子元器件夹取模块、CCD视觉组件模块等)，模块的空间布局的合理性决定了设备的空间体积。
技术实现要素：
本发明提供一种结构紧凑、简洁的机器人异型插件机。所述机器人异型插件机，包括：机器人、CCD视觉组件、夹取装置和控制气路分选的电磁阀机构，所述机器人包括底座、第一关节和第二关节，所述第二关节包括Z轴，所述夹取装置安装在所述第二关节的Z轴的下端，所述CCD视觉组件设置在所述夹取装置的内侧，所述电磁阀机构安装在所述第二关节与所述第一关节连接所在一端的外侧上，所述机器人的底座与所述电磁阀机构的压缩空气入口之间连接一进气管，所述电磁阀机构的压缩空气出口与所述第二关节的Z轴的上端之间连接有一总气管，所述夹取装置内部的弹性气管均汇集在所述总气管中。
进一步地，所述夹取装置上安装多个夹爪或吸盘用于夹取和插装电子元器件，所述夹取装置包括：第一分选机构、第二分选机构、多个夹爪安装轴组件和支撑盘；所述机器人的Z轴分别穿过所述第一分选机构、所述第二分选机构和所述支撑盘的中心，所述夹爪安装轴组件围绕所述机器人Z轴分布；所述第一分选机构与所述机器人的主体固定连接；所述第二分选机构和所述支撑盘与所述机器人的Z轴固定连接，所述第二分选机构位于所述第一分选机构和所述支撑盘之间；所述夹爪安装轴组件均匀分布在所述支撑盘上且与所述支撑盘滑动连接；所述夹爪安装轴组件上设有分选控制件，当所述分选控制件与所述第一分选机构结合时，所述夹取装置可与所述机器人的Z轴一起轴向移动；当所述分选控制件与所述第二分选机构结合时，所述第二分选机构、所述夹爪安装轴组件和所述支撑盘可跟随所述机器人的Z轴一起轴向移动。
进一步地，所述第一分选机构的主体为中空柱体，所述第一分选机构的主体内侧壁上设有第一圆环键槽，所述第一圆环键槽为所述主体的内壁向外部凹陷形成的圆环结构；所述第一分选机构的顶端面上设有供所述机器人的Z轴穿过的轴孔，所述第一分选机构与所述机器人的Z轴滑动连接。
进一步地，所述第二分选机的主体的外壁上设有第二圆环键槽，所述第二圆环键槽为所述第二分选机的主体的外壁向内凹陷形成；所述第二分选机的主体的轴中心上还设有所述供机器人的Z轴穿过的轴孔，所述第二分选机构与所述机器人的Z轴固定连接。
进一步地，所述夹爪安装轴组件包括安装座和夹爪安装轴，所述夹爪安装轴的一端与所述安装座的底部固定连接，另一端安装有快速拔插装置，所述夹爪可通过所述快速拔插装置锁定在所述夹爪安装轴上；所述夹爪安装轴为一空心轴，内部设有中心通道。
进一步地，所述分选控制件安装在所述安装座的顶部腔体内并可轴向移动，所述分选控制件为一活塞轴，所述分选控制件中间设有分隔件，所述分隔件将所述安装座的顶部腔体分隔成第一腔体和第二腔体，所述分选控制件两端通过密封件旋转支撑在所述安装座的顶部腔体内。
更进一步地，所述安装座设有进气气道、第一气道和第二气道，所述第一气道与所述第一腔体相通，所述第二气道与所述第二腔体相通，所述进气气道与所述夹爪安装轴的中心通道、所述第一气道和所述第二气道相通，机器人异型插件机的电磁阀控制压缩气体由所述进气气道进入到所述安装座内部各气道中，当压缩空气通过所述第一气道进入到所述第一腔体中时，驱动所述分选控制件延其轴向朝所述第二腔体所在方向移动；当压缩空气通过所述第二气道进入到所述第二腔体中时，驱动所述分选控制件延其轴向朝所述第一腔体所在方向移动，实现驱动所述分选控制件在所述安装座的顶部腔体内的轴向移动。
本发明提供的机器人异型插件机，通过将CCD视觉组件设置在夹取装置的内侧、电磁阀机构设置在机器人第二关节的外侧和抓取装置的气管全部整合到同一总气管中，不仅节省了设备的占用空间，使机器人有更大的活动范围，而且还使机器人的负载分布更均匀，受力更平衡。
附图说明
图1为本发明采用的夹取装置的立体示意图；
图2为本发明采用的夹取装置的分解结构示意图；
图3A和图3B分别为第一分选机构的立体结构示意图和剖面视图；
图4为第二分选机构的立体结构示意图；
图5A为夹爪安装轴组件的正视图；
图5B为图5A沿A-A方向的剖面视图；
图6为本发明采用的夹取装置的剖面示意图；
图7为本发明采用的夹取装置的工作原理示意图；
图8A为本发明的夹取装置与机器人连接示意图；
图8B为本发明另一实施例的立体结构示意图；
图9和图10分别为本发明采用的夹爪的立体结构示意图和分解示意图；
图11为图9沿A-A方向的剖面图；
图12为本发明采用的吸嘴70的立体结构示意图；
图13为本发明采用的吸嘴70的分解示意图；
图14为图12沿A-A方向的剖面示意图。
具体实施方式
图1为本发明采用的夹取装置的立体示意图，图2为本发明采用的夹取装置的分解结构示意图，如图所示，夹取装置10，安装于机器人Z轴1的端部，包括：第一分选机构11、第二分选机构13、多个夹爪安装轴组件15和支撑盘17；所述机器人Z轴1分别穿过第一分选机构11、第二分选机构13和支撑盘17的中心，多个夹爪安装轴组件15围绕所述机器人Z轴分布；第一分选机构11与机器人主体固定连接；第二分选机构13和支撑盘17与机器人Z轴1固定连接，第二分选机构13位于第一分选机构11和支撑盘17之间；多个夹爪安装轴组件15均匀分布在支撑盘17上且与支撑盘17滑动连接；夹爪安装轴组件15上设有分选控制件19，当分选控制件19与第一分选机构11结合时，所述夹取装置可与机器人Z轴一起轴向移动；当分选控制件19与第二分选机构13结合时，第二分选机构13、夹爪安装轴组件15和支撑盘17可跟随机器人Z轴1一起轴向移动。
图3A和图3B分别为第一分选机构的立体结构示意图和剖面视图，如图所示，第一分选机构11的主体111为中空柱体，主体111内侧壁上设有第一圆环键槽112，第一圆环键槽112为主体111的内壁向外部凹陷形成的圆环结构。第一分选机构11的顶端面上设有供机器人Z轴1穿过的轴孔113，第一分选机构11与机器人Z轴1滑动连接。
图4为第二分选机构的立体结构示意图，如图所示，第二分选机构13包括主体131，主体的外壁上设有第二圆环键槽132，第二圆环键槽132为主体131的外壁向内凹陷形成。主体131的轴中心上还设有供机器人Z轴1穿过的轴孔133，第二分选机构13与机器人Z轴1固定连接。
图5A为夹爪安装轴组件的正视图，图5B为图5A沿A-A方向的剖面视图，如图所示，夹爪安装轴组件15包括安装座151和夹爪安装轴152，夹爪安装轴152的一端与安装座的底部固定连接，另一端安装有快速拔插装置153，夹爪可通过快速拔插装置153锁定在夹爪安装轴152上。夹爪安装轴152为一空心轴，内部设有中心通道154。
如图5B所示，分选控制件19安装在安装座151的顶部腔体内并可轴向移动，分选控制件19为一活塞轴，分选控制件19中间设有分隔件191，分隔件191将所述顶部腔体分隔成第一腔体158和第二腔体159，分选控制件19两端通过密封件101旋转支撑在所述顶部腔体内。安装座151设有进气气道155、第一气道156和第二气道157，第一气道156与第一腔体158相通，第二气道157与第二腔体159相通，进气气道155与夹爪安装轴152的中心通道154、第一气道156和第二气道157相通，电磁阀控制压缩气体由进气气道155进入到安装座151内部各气道中，当压缩空气通过第一气道156进入到第一腔体158中时，驱动分选控制件19延其轴向朝所述第二腔体所在方向(图5B中右侧方向)移动；当压缩空气通过第二气道157进入到第二腔体159中时，驱动分选控制件19延其轴向朝第一腔体158所在方向(图5B中左侧)移动，实现驱动分选控制件19在安装座151的顶部腔体内的轴向移动。
弹性气管2安装在进气气道155的进气口，为夹爪安装轴组件15提供气源。
如图1和图2所示，支撑盘17上安装有与夹爪安装轴组件15配合的花键20，支撑盘17与夹爪安装轴组件15采用花键组合结构防止相对转动。
下面同时结合图6和图7详细介绍本发明的夹取装置的工作原理。如图所示，初始位置(图1所示状态)，所有分选控制件19靠近第一分选机构11一侧的端部均插入到第一分选机构11的第一圆环键槽112中，使夹爪处于高位置防止移动过程中与位于其下方的PCB板上的元器件干涉；当某一夹爪需要进行插件或夹取电子元件时，以其中某一夹爪安装轴组件运动为例，位于相应的移动夹爪安装轴组件15中的分选控制件19沿轴向朝第二分选机构13方向移动，分选控制件19靠近第二分选机构13的一端插入第二分选机构13的第二圆环键槽132中，即此安装轴组件15与第二分选机构13连接在一起，由于第二分选机构13和支撑盘17与机器人Z轴1固定连接，当机器人Z轴1沿轴向向下移动时，带动此安装轴组件15随着第二分选机构13和支撑盘17一起向下运动(如图7所示)以使相应的夹爪完成抓取电子元件或插件的动作。
如图2和图6所示，在第二分选机构13的上端还套接有缓冲件30，缓冲件30一端与第二分选机构13的上端面抵接，另一端抵接在固定在机器人Z轴1上的固定件31的底端面。在插件时，若夹爪无法将相应的电子元件插接到PCB板上指定的位置，或者与邻近的电子元件发生干涉，安装轴组件15及与其连接的第二分选机构13向上移动压缩缓冲件30，以避免损害元器件。本发明中的缓冲件30为压簧，也可以采用其他具有弹性变形的替代元件。
如图7所示，支撑盘17的上端面上还设置有光电传感器40，光电传感器40的数量与夹爪安装轴组件15的数量相匹配，光电传感器40用于判断夹爪是否将相应的电子元件插接到PCB板上的指定位置。在正常情况下，光电传感器40检测到安装座151，即光电传感器40与安装座151保持在预定的合理距离内。若夹爪无法将相应电子元件插接到PCB板的指定位置，或与邻近的电子元件发生干涉，导致安装轴组件15及与其连接的第二分选机构13向上移动压缩缓冲件30，同时带动安装轴组件上的安装座151向上移动，使光电传感器40与安装座的距离超出预定范围，进而阻止机器人Z轴继续向下插接电子元件，以避免夹取装置、电子元器件和PCB板受到损坏。
图8A为本发明的夹取装置与机器人连接示意图，如图所示，夹取装置10的第一分选机构11的外罩通过连接板组件200与机器人第二关节100固定连接，机器人还设置有CCD视觉组件300，CCD视觉组件300固定在夹取装置10的外侧，CCD视觉组件300用于定位PCB板位置使插件更加精准。机器人Z轴1通过总气管3与电磁阀机构4连接，夹取装置10中的弹性气管2全部位于总气管3中使整个设备的布线简洁。控制气路分选的电磁阀机构4位于机器人的上端。总气管3的一端与电磁阀的压缩空气出口连接，另一端与机器人Z轴上端连接。进气管5一端与机器人的底座500连接，另一端接在电磁阀的压缩空气入口。
为进一步节省设备的占用空间，将CCD视觉组件300固定在夹取装置10的内侧，所述内侧为朝向机器人第一关节的一次，如图8B所示。
因为电磁阀机构4具有一定重量，为使机器人的负载重量均衡分布，电磁阀机构4可以设置在机器人第二关节100的外侧上，所述外侧为远离Z轴所在的一端的侧面。同时，也可以减小总气管3的高度，从而进一步降低设备的占用空间。
本发明的夹取装置，取消了气缸带动夹爪移动，减少了气动的动作次数，并且可广泛地应用到各品牌的四轴机器人上，具有结构紧凑、夹取反应速度快、适用性广、易维护的特点。
本发明的夹取装置仅需要一个驱动(即Z轴的移动)便可完成所有夹爪依次取料和插件的动作。
本发明夹取装置50还包括夹爪50和吸嘴60，夹爪50用来夹取异型的电子元件，吸嘴60用于吸取顶部较为平整的异型电子元件。下面分别对夹爪50和吸嘴60进行详细描述。
图9和图10分别为本发明采用的夹爪50的立体结构示意图和分解示意图，如图所示，夹爪50包括：缸体51、活塞杆52和一对手爪53，活塞杆52位于缸体51内部中心，手爪53通过中心轴销61与活塞杆52转动连接，手爪53通过旋轴轴销62与缸体51转动连接。
图11为图9沿A-A方向的剖面图，夹爪50还包括复位件54和盖帽55；复位件54套接在活塞杆52的下端，上端与活塞杆的凸缘部522的下端面抵接；盖帽55固定在缸体51的底部，复位件54的下端与盖帽55的上端抵接，活塞杆52的下端穿过盖帽55伸出缸体51的外部，复位件54位于位于盖帽55与活塞杆的凸缘部522之间。
如图10所示，缸体51包括主体511，主体511两侧对称设有一对耳部512，耳部512的端部设有圆形通孔513。活塞杆52包括中心轴521，中心轴521的下端部设有圆形通孔523.手爪53包括主体531，主体531的上端两侧各设有连接部532，连接部532的一端设有圆形通孔533，连接部532的另一端设有U型长孔534.手爪53还包括抓取部535，抓取部535的上端与连接部532设有圆形通孔533的一端连接，电子元器件加持在两抓取部535之间。两手爪53之间还可以设置拉簧(未示出)，为夹取较大的电子元器件提供足够的夹紧力。
同时参考图9-11，组装夹爪50时，先将活塞杆52与复位件54构成的组件放入缸体51中，然后将盖帽55固定在缸体底部并使活塞杆52的中心轴521穿过盖帽55的中心伸出到缸体外部，使活塞杆52与复位件54锁在缸体51中，接着将手爪53上的两连接部532连接到缸体51的耳部512上，缸体51的耳部512置于两连接部532之间，使手爪53上的圆形通孔533与缸体51上的圆形通孔513对齐、手爪53上的U型长空534与活塞杆52上的圆形通孔523对齐；接着将中心轴销61依次穿过手爪53上的第一个U型长孔534、活塞杆52上的圆形通孔523、手爪53上的第二个U型长孔534完成手爪53与缸体51的连接，再将旋轴轴销62从外侧依次穿过手爪53上的第一个圆形通孔533、缸体51上的圆形通孔513、手爪53上的第二个圆形通孔533完成手爪53与缸体51的连接，完成手爪53与活塞杆52的连接。
本发明中的手爪53采用压缩空气作为驱动力，当外部空气进入到缸体51内部后推动活塞杆52在缸体51内沿轴向向下运动时，活塞杆52通过中心轴销61将动力传递给手爪52，手爪53以旋转轴销62为轴转动时手爪53同时向外张开，同时复位件54被压缩；当撤销缸体51内的压缩空气，活塞杆52在复位件54的作用下向上运动使其向内收紧。
本发明中的复位件54采用压簧。
如图9所示，缸体51的上端设有快插接头56，夹爪50通过快插接头56与夹爪安装轴组件15的快速拔插装置153(图5A)拆卸连接，实现快速更换夹爪。快插接头56内部为空心结构，以将夹爪安装轴152的中心通道154内的空气接入到缸体51中。
图12为本发明采用的吸嘴70的立体结构示意图，图13为本发明采用的吸嘴70的分解示意图，图14为图12沿A-A方向的剖面示意图，如图所示，本发明的吸嘴70包括：本体71、真空发生器72和吸盘73，真空发生器72设置在本体71内部，吸盘73安装在本体71的下端。本体71上端安装有快插接头74，吸嘴70通过快插接头74与夹爪安装轴组件15的快速拔插装置153(图5A)拆卸连接。快插接头74内部为空心结构，以将夹爪安装轴152的中心通道154内的空气接入到本体71中。