《冲床智能上下料机械手.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《冲床智能上下料机械手.pdf（8页完整版）》请在专利查询网上搜索。
1、(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201410590491.X (22)申请日 2014.10.29 B21D 43/10(2006.01) B21D 45/06(2006.01) B21J 13/10(2006.01) B25J 9/10(2006.01) (71)申请人合肥泰禾光电科技股份有限公司 地址 230161 安徽省合肥市经济技术开发区 桃花工业园拓展区方兴大道与玉兰大 道交口 (72)发明人石江涛 (74)专利代理机构北京市卓华知识产权代理有 限公司 11299 代理人陈子英 (54) 发明名称 冲床智能上下料机械手 (57) 摘要 本发明涉及一种冲床智能上。
2、下料机械手，包 括摆臂运动机构、上下运动机构、翻转运动机构、 水平运动机构和末端旋转机构，所述上下运动机 构的机架与所述摆臂运动机构的垂直传动轴固定 连接，所述翻转运动机构的机架与所述上下运动 机构的垂直滚珠丝杠的螺母座连接，所述水平运 动机构的机架与所述翻转运动机构的水平传动轴 固定连接，所述末端旋转机构的机架与所述水平 运动机构的水平滚珠丝杠的螺母固定连接，所述 末端旋转机构的传动轴驱动连接机械手手部基座 的转轴。本发明能够满足任意位置和任意方向的 上下料要求，有利于大幅度提高生产效率，消除安 全隐患，并便于操作和示教，主要可用于冲压或锻 压流水线及其他需要机械上下料的场合。 (51)In。
3、t.Cl. (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书2页 说明书4页 附图1页 (10)申请公布号 CN 104438922 A (43)申请公布日 2015.03.25 CN 104438922 A 1/2页 2 1.一种冲床智能上下料机械手，其特征在于包括摆臂运动机构、上下运动机构、翻转运 动机构、水平运动机构和末端旋转机构， 所述摆臂运动机构设有向上延伸的1轴传动轴以及用于驱动所述1轴传动轴转动的1 轴伺服电机，所述1轴传动轴和所述1轴伺服电机安装在主机架上；所述上下运动机构设有 竖向的2轴滚珠丝杠以及用于驱动所述2轴滚珠丝杠转动的2轴伺服电机，所述2轴滚珠。
4、丝 杠和所述2轴伺服电机安装在2轴机架上，所述2轴机架位于所述主机架的上方并与所述 1轴传动轴固定连接；所述翻转运动机构设有水平向的3轴传动轴以及用于驱动所述3轴 传动轴转动的3轴伺服电机，所述3轴传动轴和所述3轴伺服电机安装3轴机架上，所述3 轴机架固定连接与所述2轴滚珠丝杠配套的2轴丝杠螺母座；所述水平运动机构设有水平 方向延伸的4轴滚珠丝杠以及用于驱动所述4轴滚珠丝杠转动的4轴伺服电机，所述4轴 滚珠丝杠和所述4轴伺服电机安装在4轴机架上，所述4轴机架与所述3轴传动轴固定连 接；所述末端旋转机构设有5轴滚珠花键副、5轴传动轴和5轴伺服电机，所述5轴滚珠花 键副主要由5轴滚珠花键轴及配套的。
5、5轴滚珠花键外筒组成，所述5轴滚珠花键轴、所述5 轴传动轴及所述4轴滚珠丝杠相互平行，所述5轴伺服电机与所述5轴滚珠花键轴的里端 驱动连接，所述5轴滚珠花键轴和所述5轴伺服电机安装在所述4轴机架上，所述5轴滚珠 花键外筒的外端与所述5轴传动轴的里端驱动连接，所述5轴传动轴与所述5轴滚珠花键 外筒安装在5轴机架上，所述5轴机架固定连接于所述4轴滚珠丝杠配套的4轴丝杠螺母， 所述5轴机架的末端旋转连接有手部基座，所述手部基座的转轴方向与所述5轴传动轴方 向垂直，所述5轴传动轴的末端与所述手部基座的转轴驱动连接。 2. 所述1轴伺服电机与所述1轴传动轴的连接方式为：所述1轴伺服电机上设有行星 齿轮减。
6、速机，所述1轴伺服电机竖向设置，所述行星齿轮减速机的输出轴和所述1轴传动轴 之间通过1轴开式直齿圆柱齿轮副连接，所述1轴传动轴安装在所述主机架上且与所述主 机架旋转连接，所述2轴机架和所述1轴传动轴与所述主机架之间设有旋转连接用的交叉 圆柱滚子轴承。 3.如权利要求1所述的冲床智能上下料机械手，其特征在于所述2轴机架采用立式结 构，所述2轴伺服电机安装在所述2轴机架的上部，其输出轴竖直向下，所述2轴滚珠丝杆 位于所述2轴伺服电机的下方，其上端通过联轴器连接所述2轴伺服电机的输出轴，下端与 所述2轴机架的下部旋转连接。 4.如权利要求1所述的冲床智能上下料机械手，其特征在于所述2轴机架和所述3轴。
7、 机架上设有相互配合的用于限定3轴机架只能相对于2轴机架上下移动的导向结构。 5.如权利要求1所述的冲床智能上下料机械手，其特征在于所述3轴伺服电机和所述 4轴机架分别位于所述2轴丝杠螺母座的两侧，所述4轴伺服电机和所述5轴伺服电机分别 位于所述3轴传动轴延长线的两侧，且所述4轴伺服电机位于所述4轴滚珠丝杠的外侧，所 述5轴伺服电机位于所述5轴滚珠花键轴的外侧。 6.如权利要求1所述的冲床智能上下料机械手，其特征在于所述3轴伺服电机上设有 行星减速机，所述3轴伺服电机的行星减速机的输出轴通过3轴齿轮副连接所述的3轴传 动轴，所述3轴传动轴和所述4轴机架通过交叉圆柱滚子轴承旋转连接在所述3轴机架。
8、上。 7.如权利要求1所述的冲床智能上下料机械手，其特征在于所述4轴伺服电机的输出 轴通过4轴同步带传动机构连接所述4轴滚珠丝杠。 权 利 要 求 书CN 104438922 A 2/2页 3 8.如权利要求1所述的冲床智能上下料机械手，其特征在于所述5轴伺服电机上设有 行星减速机，所述5轴伺服电机的行星减速机的输出轴通过5轴同步带传动机构连接所述 5轴滚珠花键轴，所述5轴滚珠花键外筒的外端通过5轴圆柱齿轮副连接所述5轴传动轴， 所述5轴传动轴与所述3轴传动轴优选为同轴，所述5轴传动轴的外端通过锥齿轮副（包括 固定安装在5轴传动轴外端的主动锥齿轮和与该主动锥齿轮啮合的固定安装在基座转轴 上的从。
9、动锥齿轮）连接所述手部基座的转轴。 9.如权利要求1、2、3、4、5、6、7和8所述的冲床智能上下料机械手，其特征在于还设有 电控系统，所述各伺服电机均设有绝对值编码器，所述电控系统通过各伺服电机的控制线 连接各伺服电机，所述电控系统设有示教器，所述示教器设有显示屏和人工输入装置。 10.如权利要求9所述的冲床智能上下料机械手，其特征在于所述手部基座上设有若 干吸盘和/或夹持机构，所述若干吸盘和/或夹持机构优选沿圆周均匀分布。 权 利 要 求 书CN 104438922 A 1/4页 4 冲床智能上下料机械手 技术领域 0001 本发明涉及一种冲床智能上下料机械手，主要可用于冲压或锻压流水线及。
10、其他需 要机械上下料的场合。 背景技术 0002 目前很多流水线上的设备都是靠人工取放料，尤其在冲压或锻压行业，人手将上 道工序的零件从压机的上下模中取出，再将其放入下道工序的压机的上下模中，这个过程， 存在很大的危险性，易导致人手压断致残，另外用人手操作，生产效率较低，本发明中涉及 的冲床智能上下料机械手可以解决此问题。 发明内容 0003 为了克服现有技术的上述缺陷，本发明提供了一种冲床智能上下料机械手，将这 种机械手用于冲压或锻压流水线等场合的上下料，不仅有利于避免人工上下料带来的安全 隐患，而且还有利于提高生产率。 0004 本发明所采用的技术方案：一种冲床智能上下料机械手，其特征在于。
11、包括摆臂运 动机构（简称为1轴）、上下运动机构（简称为2轴）、翻转运动机构（简称为3轴）、水平运动机 构（简称为4轴）和末端旋转机构（简称为5轴）。所述摆臂运动机构设有向上延伸的1轴传 动轴以及用于驱动所述1轴传动轴转动的1轴伺服电机，所述1轴传动轴和所述1轴伺服 电机安装在主机架上；所述上下运动机构设有竖向的2轴滚珠丝杠以及用于驱动所述2轴 滚珠丝杠转动的2轴伺服电机，所述2轴滚珠丝杠和所述2轴伺服电机安装在2轴机架上， 所述2轴机架位于所述主机架的上方并与所述1轴传动轴固定连接；所述翻转运动机构设 有水平向的3轴传动轴以及用于驱动所述3轴传动轴转动的3轴伺服电机，所述3轴传动 轴和所述3轴。
12、伺服电机安装3轴机架上，所述3轴机架固定连接于所述2轴滚珠丝杠配套 的2轴丝杠螺母座；所述水平运动机构设有水平向延伸的4轴滚珠丝杠以及用于驱动所述 4轴滚珠丝杠转动的4轴伺服电机，所述4轴滚珠丝杠和所述4轴伺服电机安装在4轴机 架上，所述4轴机架与所述3轴传动轴固定连接；所述末端旋转机构设有5轴滚珠花键副、 5轴传动轴和5轴伺服电机，所述5轴滚珠花键副主要由5轴滚珠花键轴及配套的5轴滚 珠花键外筒组成，所述5轴滚珠花键轴、所述5轴传动轴及所述4轴滚珠丝杠相互平行，所 述5轴伺服电机与所述5轴滚珠花键轴的里端驱动连接，所述5轴滚珠花键轴和所述5轴 伺服电机安装在所述4轴机架上，所述5轴滚珠花键外。
13、筒的外端与所述5轴传动轴的里端 驱动连接，所述5轴传动轴与所述5轴滚珠花键外筒安装在5轴机架上，所述5轴机架固定 连接于所述4轴滚珠丝杠配套的4轴丝杠螺母，所述5轴机架的末端旋转连接有手部基座， 所述手部基座的转轴方向与所述5轴传动轴方向垂直，所述5轴传动轴的末端通过末端齿 轮传动机构与所述手部基座驱动连接。 0005 本发明的有益效果：由于1-5轴设计合理，通过1-5轴的相互配合及协同动作，能 够进行旋转、上下移动、翻转、径向水平移动以及末端（机械手手部）旋转等动作，满足生产 说 明 书CN 104438922 A 2/4页 5 线在任意位置和任意方向的上下料要求，由此实现了上下料的机械化作。
14、业，避免了因人工 直接上下料作业带来的安全隐患，同时，在现有技术背景下，这种机械手的节拍可达10 12次/分钟，远超过了人工操作的效率，有利于大幅度提高生产效率；由于各动作均采用伺 服电机驱动，并可以采用行星减速器、滚珠丝杠、滚珠花键和交叉圆柱滚子轴承等适宜于伺 服控制的高精度和结构紧凑的配件，有利于提高控制精度，减小设备体积，降低动力消耗； 由于可采用示教器和运动控制卡控制伺服电机，示教简单、操作方便，同时还由于各伺服电 机均可以设有绝对值编码器，断电后，可记忆之前的位置，可方便的进行示教。 附图说明 0006 图1是本发明的结构示意图。 具体实施方式 0007 参见图1，本发明提供的冲床智。
15、能上下料机械手包括摆臂运动机构、上下运动机 构、翻转运动机构、水平运动机构和末端旋转机构。所述摆臂运动机构设有向上延伸的1轴 传动轴8以及用于驱动所述1轴传动轴转动的1轴伺服电机4，所述1轴传动轴和所述1轴 伺服电机安装在主机架2上；所述上下运动机构设有竖向的2轴滚珠丝杠11以及用于驱动 所述2轴滚珠丝杠转动的2轴伺服电机15，所述2轴滚珠丝杠和所述2轴伺服电机安装在 2轴机架10上，所述2轴机架位于所述主机架的上方并与所述1轴传动轴固定连接，当所述 1轴伺服电机驱动1轴传动轴转动时，所述1轴传动轴带动所述2轴机架（连同上下运动机 构及直接和间接安装在上下运动机构上的翻转运动机构、水平运动机构。
16、、末端旋转机构和 手部基座）转动；所述翻转运动机构设有水平向的3轴传动轴17以及用于驱动所述3轴传 动轴转动的3轴伺服电机12，所述3轴传动轴和所述3轴伺服电机安装3轴机架上，所述3 轴机架固定连接于所述2轴滚珠丝杠配套的（旋接在该丝杠上的）2轴丝杠螺母座，当所述2 轴伺服电机驱动所述2轴滚珠丝杠转动时，所述2轴丝杠螺母座带动所述3轴机架（连同翻 转运动机构及直接和间接安装在翻转运动机构上的水平运动机构、末端旋转机构和手部基 座）上/下移动（移动方向依据2轴滚珠丝杠的转动方向）；所述水平运动机构设有水平向延 伸的4轴滚珠丝杠24以及用于驱动所述4轴滚珠丝杠转动的4轴伺服电机22，所述4轴滚 珠。
17、丝杠和所述4轴伺服电机安装在4轴机架上，所述4轴机架与所述3轴传动轴固定连接， 当所述3轴伺服电机驱动所述3轴传动轴转动时，所述3轴传动轴带动所述4轴机架（连同 水平运动机构及直接和间接安装在水平运动机构上的末端旋转机构和手部基座）转动（翻 转）；所述末端旋转机构设有5轴滚珠花键副34、5轴传动轴27和5轴伺服电机35，所述5 轴滚珠花键副主要由5轴滚珠花键轴及配套的（套接在该花键轴上的）5轴滚珠花键外筒组 成，所述5轴滚珠花键轴、所述5轴传动轴及所述4轴滚珠丝杠相互平行（位于相互平行的 直线上），所述5轴伺服电机与所述5轴滚珠花键轴的里端驱动连接，由所述5轴伺服电机 驱动所述5轴滚珠花键轴转。
18、动，所述5轴滚珠花键轴和所述5轴伺服电机安装在所述4轴 机架上，所述5轴滚珠花键外筒的外端与所述5轴传动轴的里端驱动连接，由所述5轴滚珠 花键外筒带动所述5轴传动轴转动，所述5轴传动轴与所述5轴滚珠花键外筒安装在5轴 机架上，所述5轴机架固定连接于所述4轴滚珠丝杠配套的（旋接在该丝杠上的）4轴丝杠 螺母，当所述4轴伺服电机驱动所述4轴滚珠丝杠转动时，所述4轴丝杠螺母带动所述5轴 说 明 书CN 104438922 A 3/4页 6 机架（及直接和间接安装在5轴机架上的5轴滚珠花键外筒、5轴传动轴和手部基座等）沿 所述4轴滚珠丝杠的方向（所述4轴滚珠丝杠所在的直线方向）水平移动，所述5轴机架的 。
19、末端旋转连接有手部基座31，所述手部基座的转轴方向与所述5轴传动轴方向垂直，所述5 轴传动轴的末端与所述手部基座的转轴驱动连接，当所述5轴伺服电机驱动所述5轴滚珠 花键轴转动时，所述5轴滚珠花键外筒带动所述5轴传动轴转动，进而由所述5轴传动轴带 动所述手部基座（及直接和间接安装在手部基座上的所有装置/件，如果有的话）转动。 0008 优选的，所述各伺服电机均设有绝对值编码器。 0009 优选的，所述1轴伺服电机与所述1轴传动轴的连接方式为：所述1轴伺服电机 上设有行星齿轮减速机5，所述1轴伺服电机竖向设置，所述行星齿轮减速机的输出轴和所 述1轴传动轴之间通过1轴开式直齿圆柱齿轮副（包括固定安装。
20、在所述1轴伺服电机的行 星齿轮减速机的输出轴上的主动齿轮7和与该主动齿轮啮合的固定安装在所述1轴传动轴 上的从动齿轮6）连接，所述1轴传动轴安装在所述主机架上且与所述主机架旋转连接，所 述2轴机架和所述1轴传动轴与所述主机架之间设有旋转连接用的交叉圆柱滚子轴承9， 具体连接方式可以采用任意适宜的技术，例如，可以是：1轴传动轴的上下两端均通过相应 的轴承旋转连接在主机架上，1轴的上端固定连接并且支承2轴支架，优选的，还可以是：1 轴传动轴的下端通过轴承旋转连接在主机架上， 2轴机架的底部设有用于同主机架连接的 圆柱形连接部，该圆柱形连接部通过交叉圆柱滚子轴承安装在主机架上的2轴机架安装孔 上，该。
21、圆柱形连接部的中央设置传动轴安装孔，1轴传动轴的上端安装在该传动轴安装孔内 并通过销固定，由此实现了1轴上下两端与主机架之间的旋转连接，同时还实现了2轴机架 与主机架之间的旋转连接，这种方式特别是2轴机架设置圆柱形连接部通过交叉圆柱滚子 轴承安装在主机架上以同时实现2轴机架和1轴传动轴与主机架之间的旋转连接，不仅结 构简单，而且更有利于实现保证运行的稳定，同样，本发明在其他部分上涉及的传动轴与一 个机架固定连接而与另一个机架旋转连接、且两个机架之间旋转连接的连接方式（例如：3 轴传动轴与3轴机架旋转连接、与4轴机架固定连接且4轴机架与3轴机架旋转连接的连 接方式），也可以采用相同或类似的连接方。
22、式。 0010 优选的，所述2轴机架采用立式结构，所述2轴伺服电机安装在所述2轴机架的上 部，其输出轴竖直向下，所述2轴滚珠丝杆位于所述2轴伺服电机的下方，其上端通过联轴 器14连接所述2轴伺服电机的输出轴，下端与所述2轴机架的下部旋转连接。 0011 优选的，所述2轴机架和所述3轴机架上设有相互配合的用于限定3轴机架只能 相对于2轴机架上下移动的导向结构（例如导向槽/孔、导轨及配套结构）。 0012 优选的，所述3轴伺服电机和所述4轴机架分别位于所述2轴丝杠螺母座的两侧， 以利于该两侧施加在所述2轴丝杠螺母座上的重力（重力矩）平衡，所述4轴伺服电机和所 述5轴伺服电机分别位于3轴传动轴延长线。
23、的两侧，且所述4轴伺服电机位于所述4轴滚 珠丝杠的外侧，所述5轴伺服电机位于所述5轴滚珠花键轴的外侧，以利于翻转时该两侧的 质量（旋转离心力）平衡。 0013 优选的，所述3轴伺服电机上设有行星减速机13，所述3轴伺服电机的行星减速 机的输出轴通过3轴齿轮副16（通常可为圆柱齿轮副，包括固定安装在该行星减速机输出 轴上的主动齿轮和与该主动齿轮啮合的固定安装在3轴传动轴上的从动齿轮）连接所述的 3轴传动轴，所述3轴传动轴和所述4轴机架通过交叉圆柱滚子轴承18旋转连接在所述3 说 明 书CN 104438922 A 4/4页 7 轴机架上。 0014 优选的，所述4轴伺服电机的输出轴通过4轴同步带。
24、传动机构（包括固定安装在4 轴伺服电机输出轴上的主动带轮20、固定安装在4轴滚珠丝杠里端的从动带轮23以及套在 这两个带轮上的挠性传动带21）连接所述4轴滚珠丝杠。 0015 优选的，所述5轴伺服电机上设有行星减速机36，所述5轴伺服电机的行星减速机 的输出轴通过5轴同步带传动机构（包括固定连接在该行星减速机的输出轴上的主动带轮 39、固定安装在5轴花键轴里端的从动带轮37以及套在这两个带轮上的挠性传动带38）连 接所述5轴滚珠花键轴，所述5轴滚珠花键外筒的外端通过5轴圆柱齿轮副（通常为圆柱齿 轮副，包括与5轴滚珠外筒连接的主动齿轮26和与该主动齿轮啮合的连接在5轴传动轴里 端的从动齿轮25）。
25、连接所述5轴传动轴，所述5轴传动轴与所述3轴传动轴优选为同轴（两 个轴的中心线在同一直线上），所述5轴传动轴的外端通过锥齿轮副（包括固定安装在5轴 传动轴外端的主动锥齿轮29和与该主动锥齿轮啮合的固定安装在基座转轴上的从动锥齿 轮30）连接所述手部基座的转轴。 0016 优选的，还设有电控系统，所述电控系统通过各伺服电机的控制线连接各伺服电 机，所述电控系统设有示教器32，所述示教器设有显示屏和人工输入装置。 0017 优选的，所述手部基座上设有若干吸盘和/或夹持机构，所述若干吸盘和/或夹持 机构优选沿圆周均匀分布。 0018 本发明公开的各优选技术手段，除特别说明外及一个优选技术手段为对另一技术 手段的进一步限定外，均可以任意组合以形成若干不同的技术方案。 0019 除特别说明外，本发明涉及的各种件/装置的安装/连接方式可以依据现有技术 或其他适宜的技术，其中旋转件的安装通常应设置相应的轴承，平动件/滑动件的安装通 常应设置相应的导向结构（导轨、导向槽及相应配套结构等），各机架的结构可以依据现有 技术，可以是单一的件，也可以是固定连接的多个件，机构中用于安装和支承各活动件的构 件可以视为该机构的机架，该构件的动作形成机构的整体动作。 说 明 书CN 104438922 A 1/1页 8 图1 说 明 书 附 图CN 104438922 A 。