一种适用于多规格矿用钻头的桁架式上下料系统及方法技术方案

本发明专利技术公开一种适用于多规格矿用钻头的桁架式上下料系统及方法，包括桁架式机械臂、安装在桁架式机械臂上的柔性手爪、设在桁架式机械臂下方的上料及定位装置以及下料托盘；柔性手爪包括气缸、设在气缸下部的固定座、连在固定座下方并连接气缸活塞杆下部的提升座、铰接在固定座两端的两组弧形的支撑板、分别与提升座和支撑板铰的连接板以及可拆卸设在支撑板下端的快换夹爪；上料及定位装置包括上料工作台、设在上料工作台上的预定位机构、激光定位机构和旋转变位机构。本发明专利技术柔性手爪可准确抓取钻头且快换夹爪更换方便能实现不同规格钻头的自动抓取；寻位定位装置解决了钻头刀翼周向定位难及钻头高度不一致造成的抓取位置不准确等问题。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于多规格矿用钻头的桁架式上下料系统及方法
本专利技术属于工业自动化
，涉及一种适用于多规格矿用钻头的桁架式上下料系统及方法。
技术介绍
随着新一轮工业革命的不断发展和“工业4.0”等概念的提出，制造业对自动化、智能化生产模式的需求日益增长,工业机器人作为智能制造的重要载体得到了广泛的应用。在生产制造环节，工业机器人取代人工操作，进行抓取、搬运物件或操作工具，大大减轻了劳动强度，提高了生产效率和自动化水平。以工业机器人等为主体的技术与装备成为未来制造强国的重要标志，在促进我国制造业发展，推动工业机器人产业化突破方面具有重要的意义。桁架式上下料系统是一种基于工业机械人的多自由度集成式机械装置，具有高可靠性、高速度、高精度、多功能等优点，依靠自身的动力能源和控制能力实现各类加工制造功能，广泛应用于汽车、电子、航空航天等工业领域。然而，对于矿用钻头而言，由于其特殊的外形结构和小批量多品种的生产模式，传统的桁架式上下料系统存在一些缺陷，无法满足自动上下料需求，主要表现在：(1)无法实现矿用钻头的自动抓取矿用钻头形状复杂、结构特殊，冠部分布有2～6个工作刀翼，且刀翼分布不均匀，冠部直径大，接手直径小，自动化上下料时机械手需避开冠部刀翼抓取接手端，传统的机械手无法满足使用要求。(2)无法满足不同规格、不同结构矿用钻头的柔性生产需求近几年，随着市场不断变化，矿用钻头的产品种类越来越多，个性化定制产品需求旺盛，其生产模式已由传统的少品类大批量转变为多品类小批量。这种生产模式对自动化上下料系统提出了更高的要求，需要设计一种具有高度适应性和灵活性，能够方便、经济的根据加工对象及时调整自身结构的自动化上下料系统，满足多规格、多品类矿用钻头的柔性生产，提高生产效率。(3)无法准确识别钻头圆周相位，确保抓取位置精准矿用钻头刀翼分布不均匀，机加、焊接、装配等自动化生产时，机械设备需要固定的圆周相位才能开始加工，因此，需要自动化上下料系统能够识别钻头圆周相位，确保抓取和上料位置准确，传统的桁架式上下料系统无法满足使用要求。为此，针对以上产品现状和技术问题，本专利技术创新设计了柔性机械手爪和自动寻位定位系统，并与桁架式机械手集成，提供了一种适用于多规格矿用钻头的桁架式上下料系统，以克服上述缺陷，满足矿用钻头的柔性生产需求。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷和不足，本专利技术提供了一种适用于多规格矿用钻头的桁架式上下料系统及方法，以解决现有技术中的上述问题。为达到上述目的，本专利技术采取如下的技术方案：一种适用于多规格矿用钻头的桁架式上下料系统，包括桁架式机械臂、安装在桁架式机械臂上的柔性手爪、设在桁架式机械臂下方的上料及定位装置以及下料托盘；所述柔性手爪包括：竖向的气缸、设在气缸下部的固定座且气缸活塞杆伸至固定座下方、连在气缸活塞杆下部的提升座、设在固定座两端且与固定座铰接并相互对称的两组弧形的支撑板、对称设在提升座两侧并位于提升座和支撑板之间的两组连接板且连接板两端分别与提升座和支撑板铰接以及可拆卸设在支撑板下端的快换夹爪；所述上料及定位装置包括上料工作台，还包括设在上料工作台上的预定位机构、激光定位机构和旋转变位机构；所述上料工作台上设有圆形托盘；所述预定位机构包括对称设在圆形托盘两侧且固定在上料工作台两侧的两个丝杠固定座、设在两个丝杠固定座之间的丝杠、配套装在丝杠两端且位于丝杠固定座内的两个丝杠螺母以及分别固定在两个丝杠螺母上的两个V形导向夹爪；所述丝杠连有电机，电机驱动丝杠转动带动两个丝杠螺母及V形导向夹爪相互靠近以通过两个V形导向夹爪对圆形托盘上的钻头进行中心预定位；所述旋转变位机构包括固定在上料工作台上的变位机工作台、安装在变位机工作台上的气动三爪自定心卡盘和设在变位机工作台下方的伺服电机；所述伺服电机能驱动气动三爪自定心卡盘夹紧钻头并回转；所述激光定位机构包括设在预定位机构旁的第一激光传感器以及分别设在旋转变位机构两侧的第二激光传感器和第三激光传感器。本专利技术还包括如下技术特征：具体的，所述快换夹爪包括连接部和半圆形夹持部，快换夹爪包括多种规格，不同规格的快换夹爪的半圆形夹持部的直径不同。具体的，所述快换夹爪的连接部设有燕尾凸起；在所述支撑板下端设有燕尾连接板，燕尾连接板下表面设有燕尾槽，所述燕尾凸起能插在燕尾槽内实现快换夹爪的安装和不同规格快换夹爪的快速更换。具体的，所述半圆形夹持部的夹持面为滚花设计，防止搬运过程中钻头滑落。具体的，所述柔性手爪中，固定座两侧分别设有一组第一铰接耳座，每组第一铰接耳座通过销轴与一组支撑板上端铰接；提升座两侧分别设有一组第二铰接耳座，每组第二铰接耳座通过销轴与一组连接板的一端铰接，连接板的另一端通过销轴与一组支撑板的中部铰接；每组第一铰接耳座包括两个平行相对的第一铰接耳座，每组支撑板包括两个平行相对的支撑板，两个支撑板的上端位于两个第一铰接耳座之间并通过销轴进行定位和铰接；每组第二铰接耳座包括两个平行相对的第二铰接耳座，每组连接板包括两个平行相对的连接板，两个第二铰接耳座位于两个连接板之间并通过销轴进行定位和铰接；两个连接板端部位于两个支撑板之间并通过销轴进行定位和铰接。具体的，所述桁架式机械臂包括：机架、设在机架上的两个水平且相互平行的X轴横梁、垂直设在两个X轴横梁上并能沿X轴横梁移动的Y轴横梁、设在Y轴横梁上并能沿Y轴横梁移动的壳体、设在壳体内并能相对壳体竖向移动的Z轴横梁；所述柔性手爪设在Z轴横梁下端。具体的，所述X轴横梁与Y轴横梁之间、Y轴横梁和壳体之间、壳体和Z轴横梁之间均通过齿轮齿条传动；各齿轮齿条传动均通过伺服电机驱动并控制。具体的，所述丝杠螺母垂直套在丝杠上，丝杠转动能带动两个丝杠螺母沿轴向移动至相互靠近；V形导向夹爪垂直固定在丝杠螺母上端，V形导向夹爪位于圆形托盘上方并与圆形托盘相互平行；两个V形导向夹爪的V形口相对。具体的，所述V形导向夹爪的V形口上设有耐磨铜片，耐磨铜片能起到缓冲作用防止V形导向夹爪夹伤钻头。一种适用于多规格矿用钻头的桁架式上下料方法，包括：人工任意将钻头摆放在上料工作台的圆形托盘上，第一激光传感器检测圆形托盘来料后，启动预定位机构的电机驱动丝杠带动丝杠螺母和V形导向夹爪对钻头进行位置修正和中心预定位；通过伺服电机驱动桁架式机械臂带动柔性手爪将钻头从圆形托盘搬运至旋转变位机构的气动三爪自定心卡盘；气动三爪自定心卡盘夹紧钻头并带动钻头缓慢旋转，旋转过程中第二激光传感器对钻头冠部进行扫描识别，当识别到冠部定位标识时，气动三爪自定心卡盘停止转动，即钻头周向相位确定；第三激光传感器扫描钻头高度，桁架式机械臂和柔性手爪依据钻头高度确定抓取点位，并对钻头进行上料抓取；工件加工结束后，桁架式机械臂和柔性手爪将钻头搬运至下料托盘。本专利技术与现有技术相比，有益的技术效果是：(1)本专利技术柔性手爪，结构简单、加持范围大，采用气动驱动，可快速、准确的抓取钻头，满足了矿用钻头自动上下料需本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于多规格矿用钻头的桁架式上下料系统，其特征在于，包括桁架式机械臂(10)、安装在桁架式机械臂(10)上的柔性手爪(20)、设在桁架式机械臂(10)下方的上料及定位装置(30)以及下料托盘(40)；/n所述柔性手爪(20)包括：竖向的气缸(21)、设在气缸(21)下部的固定座(22)且气缸活塞杆(23)伸至固定座(22)下方、连在气缸活塞杆(23)下部的提升座(24)、设在固定座(22)两端且与固定座(22)铰接并相互对称的两组弧形的支撑板(25)、对称设在提升座(24)两侧并位于提升座(24)和支撑板(25)之间的两组连接板(26)且连接板(26)两端分别与提升座(24)和支撑板(25)铰接以及可拆卸设在支撑板(25)下端的快换夹爪(27)；/n所述上料及定位装置(30)包括上料工作台(31)，还包括设在上料工作台(31)上的预定位机构(32)、激光定位机构(33)和旋转变位机构(34)；所述上料工作台(31)上设有圆形托盘(35)；/n所述预定位机构(32)包括对称设在圆形托盘(35)两侧且固定在上料工作台(31)两侧的两个丝杠固定座(321)、设在两个丝杠固定座(321)之间的丝杠(322)、配套装在丝杠(322)两端且位于丝杠固定座(321)内的两个丝杠螺母(323)以及分别固定在两个丝杠螺母(323)上的两个V形导向夹爪(324)；所述丝杠(322)连有电机，电机驱动丝杠(322)转动带动两个丝杠螺母(323)及V形导向夹爪(324)相互靠近以通过两个V形导向夹爪(324)对圆形托盘(35)上的钻头进行中心预定位；/n所述旋转变位机构(34)包括固定在上料工作台(31)上的变位机工作台(341)、安装在变位机工作台(341)上的气动三爪自定心卡盘(342)和设在变位机工作台(341)下方的伺服电机(343)；所述伺服电机(343)能驱动气动三爪自定心卡盘(342)夹紧钻头并回转；/n所述激光定位机构(33)包括设在预定位机构(32)旁的第一激光传感器(331)以及分别设在旋转变位机构(34)两侧的第二激光传感器(332)和第三激光传感器(333)。/n...

【技术特征摘要】
1.一种适用于多规格矿用钻头的桁架式上下料系统，其特征在于，包括桁架式机械臂(10)、安装在桁架式机械臂(10)上的柔性手爪(20)、设在桁架式机械臂(10)下方的上料及定位装置(30)以及下料托盘(40)；
所述柔性手爪(20)包括：竖向的气缸(21)、设在气缸(21)下部的固定座(22)且气缸活塞杆(23)伸至固定座(22)下方、连在气缸活塞杆(23)下部的提升座(24)、设在固定座(22)两端且与固定座(22)铰接并相互对称的两组弧形的支撑板(25)、对称设在提升座(24)两侧并位于提升座(24)和支撑板(25)之间的两组连接板(26)且连接板(26)两端分别与提升座(24)和支撑板(25)铰接以及可拆卸设在支撑板(25)下端的快换夹爪(27)；
所述上料及定位装置(30)包括上料工作台(31)，还包括设在上料工作台(31)上的预定位机构(32)、激光定位机构(33)和旋转变位机构(34)；所述上料工作台(31)上设有圆形托盘(35)；
所述预定位机构(32)包括对称设在圆形托盘(35)两侧且固定在上料工作台(31)两侧的两个丝杠固定座(321)、设在两个丝杠固定座(321)之间的丝杠(322)、配套装在丝杠(322)两端且位于丝杠固定座(321)内的两个丝杠螺母(323)以及分别固定在两个丝杠螺母(323)上的两个V形导向夹爪(324)；所述丝杠(322)连有电机，电机驱动丝杠(322)转动带动两个丝杠螺母(323)及V形导向夹爪(324)相互靠近以通过两个V形导向夹爪(324)对圆形托盘(35)上的钻头进行中心预定位；
所述旋转变位机构(34)包括固定在上料工作台(31)上的变位机工作台(341)、安装在变位机工作台(341)上的气动三爪自定心卡盘(342)和设在变位机工作台(341)下方的伺服电机(343)；所述伺服电机(343)能驱动气动三爪自定心卡盘(342)夹紧钻头并回转；
所述激光定位机构(33)包括设在预定位机构(32)旁的第一激光传感器(331)以及分别设在旋转变位机构(34)两侧的第二激光传感器(332)和第三激光传感器(333)。


2.如权利要求1所述的适用于多规格矿用钻头的桁架式上下料系统，其特征在于，所述快换夹爪(27)包括连接部和半圆形夹持部(271)，快换夹爪包括多种规格，不同规格的快换夹爪(27)的半圆形夹持部(271)的直径不同。


3.如权利要求2所述的适用于多规格矿用钻头的桁架式上下料系统，其特征在于，所述快换夹爪(27)的连接部设有燕尾凸起(272)；在所述支撑板(25)下端设有燕尾连接板(251)，燕尾连接板(251)下表面设有燕尾槽(252)，所述燕尾凸起(272)能插在燕尾槽(252)内实现快换夹爪(27)的安装和不同规格快换夹爪(27)的快速更换。


4.如权利要求2...

【专利技术属性】
技术研发人员：田东庄，田宏杰，王传留，李浩儒，刘欢，兰菲，陈彦宇，
申请(专利权)人：中煤科工集团西安研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61