專利名稱：一種十軸雙龍門結構的重載機械手的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于在全自動鈑金生產流水線領域進行大宗物料的搬移的設備，特別是一種十軸雙龍門結構的重載機械手。
背景技術：
沖壓、鈑金生產涉及制造行業的方方面面，可謂面大量廣，形狀和工藝千差萬別，近十年來，隨著我國成為世界制造業中心和消費大國，作為制造業基礎行業之一的沖壓、鈑金行業也取得了空前的發展。傳統依靠叉車進行上下料的方式，不僅勞動強度大，效率低，而且定位精度很不準確，對于提高生產效率和物料利用率都很不利。鈑金產品加工工藝要求越來越高，鈑金沖裁加工工藝已向多元化方向發展。提高生產效率，以及提高產品的加工質量，合理化利用板材做到降低加工成本，是所有鈑金加工廠所要考慮的問題，同時也是鈑金加工發展的趨勢。目前的鈑金加工設備普遍存在著自動化水平較低，加工寸長范圍較小等缺點，對于尺寸特別大的物料難以實施搬運加工，而且在節能節材方面做的也不到位。此問題的根本原因有兩個，首先，有些企業不具備生產大型重載機械的能力和設備，其次，其缺少相應的技術積累，難以解決其中的一些技術難題。

實用新型內容
本實用新型的目的在于提供一種應用于大尺寸、高精度、重載物料搬運場合的十軸雙龍門結構的重載機械手，能實現大體積、重載鈑金物料的精確定位及搬運，可以應用于鈑金加工生產線。實現本實用新型目的的技術解決方案為:一種十軸雙龍門結構的重載機械手，包括機架、第一龍門和第二龍門，機架由支撐腿、支架、齒條和限位部件構成，第一、二、三、四支架首尾相連構成四面框架，第一、三支架平行，第二、四支架平行，支撐腿連接并支撐四面框架，第一支架上安裝有X軸方向的第一齒條和第一、二機械限位裝置，該第一、二機械限位裝置位于第一齒條的兩端；第三支架上安裝有X軸方向的第二齒條和第三、四機械限位部件，該第三、四機械限位部件位于第二齒條的兩端；第一龍門和第二龍門分別設置在第一、三支架上，第一龍門上安裝有第一電子限位裝置，第二龍門上安裝有第二、三電子限位裝置，第二電子限位裝置防止兩龍門發生碰撞，第三電子限位裝置防止第二龍門超出極限位置；第一龍門和第二龍門平行，第一龍門在χ、γ、ζ軸方向上運動完成重載板料的搬移，第二龍門在X、Y、Z軸方向上運動完成小塊板料搬移。本實用新型與現有技術相比，其顯著優點:(1)十個關鍵軸的電機及驅動器均采用交流永磁伺服電機系統，不但運行平穩，噪音低，且可靠性高，壽命長，為整個重載機械手的性能發揮提供了有力的保障。(2)Χ軸方向的運動，由于兩個電機的運行行程長、距離大，稍有不同步就有可能出現不同步的現象，從而使系統出現故障。針對此問題，本系統采用電子齒輪加機械齒輪齒條的設計結構。電子齒輪的控制方法，可以保證兩電機轉動嚴格同步，機械齒輪齒條的結構，可以保證不出現摩擦打滑，因而能實現較好的定位精度。(3)χ軸向的龍門與框架間，采用行車輪加導向輪的機械結構，行車輪可以保證在重載的情況下，齒輪齒條不會過緊結合造成損壞，導向輪保證在兩X軸電機出現不同步情況下，龍門不會出現偏移。(4)設備主體部分采用Q235矩形鋼管300*300*14 (mm)進行焊接而成，保證了機械手的整體結構堅固穩定，在重載的情況下，也不會出現彎曲變形的情況。(5)重載制具部分在抓取物料時，采用氣動吸盤加鎖緊軸的方式，可以有效防止在出現突然停電等突發情況時，工件掉落發生危險。(6)適應性較強，如果待搬移的板料發生變化，只需要對軟件程序進行修改，硬件無需改動或對制具稍作修改，即可投入使用。(7)此十軸雙龍門結構的重載機械手結構，作為鈑金生產線的重要組成部分，能夠很好的適應目前生產的需要，滿足這一發展趨勢。(8)通過此機械手，可以實現大尺寸板料的搬移，節約了人力，同時搬移速度很快，擺放精度很高，完成了 一些依靠人工較難實現的工作，大幅提高了生產效率。(9 )在全自動鈑金生產流水線領域進行大宗物料搬移的場合，尤其是針對一些尺寸大，重量重的鈑金物料搬移、定位放置等作業，特別有效。
以下結合附圖對本實用新型作進一步詳細描述。

圖1是十軸雙龍門結構的重載機械手的軸測裝配圖。圖2是十軸雙龍門結構的重載機械手的俯視裝配圖。圖3是十軸雙龍門結構的重載機械手的A向視圖。圖4是十軸雙龍門結構的重載機械手的B向視圖圖5是十軸雙龍門結構的重載機械手的C向視圖
具體實施方式
結合圖1和圖2，本實用新型十軸雙龍門結構的重載機械手，包括機架、第一龍門和第二龍門，機架由支撐腿、支架K201、K301、K202、K302、齒條和限位部件構成，第一、二、
三、四支架K201、K301、K202、K302首尾相連構成四面框架，第一、三支架K201、K202平行，第二、四支架K301、K302平行，支撐腿連接并支撐四面框架，第一支架K201上安裝有X軸方向的第一齒條XlOl和第一、二機械限位裝置XW101、XW103，該第一、二機械限位裝置XW101、XW103位于第一齒條XlOl的兩端；第三支架K202上安裝有X軸方向的第二齒條X102和第三、四機械限位部件XW201、XW203,該第三、四機械限位部件XW201、XW203位于第二齒條X102的兩端；第一龍門和第二龍門分別設置在第一、三支架K201、K202上，第一龍門上安裝有第一電子限位裝置XW301，第二龍門上安裝有第二、三電子限位裝置XW302、XW303，第二電子限位裝置XW302防止兩龍門發生碰撞，第三電子限位裝置XW303防止第二龍門超出極限位置；第一龍門和第二龍門平行，第一龍門在X、Y、Z軸方向上運動完成重載板料的搬移，第二龍門在Χ、Υ、Ζ軸方向上運動完成小塊板料搬移。可以在四面框架的四角設置第一、三、
四、六支撐腿Κ101、Κ103、Κ401、Κ403，在放置第一、第二龍門的第一、三支架Κ201、Κ202中間設置第二、五支撐腿Κ102、Κ402。結合圖3和圖4，本實用新型十軸雙龍門結構的重載機械手，第一龍門由第一、二龍門橫梁L101、L102構成支撐部件，在第一、二龍門橫梁L101、L102上沿Y軸方向分別鋪設安裝齒條Υ101、Υ102，第一、二龍門橫梁L101、L102的兩端分別焊接有四根短軸，第二、四承重輪Z102、Z104通過其中各自短軸分別安裝在第一龍門橫梁LlOl的兩端，第一、三承重輪Z101、Z103通過其中各自短軸分別安裝在第二龍門橫梁L102的兩端，第一、二龍門橫梁L10UL102之間通過剛性材料焊接在一起，在第一、二龍門橫梁L101、L102兩端部的剛性連結材料上安裝第一、二驅動輪HlO1、H102，該第一、二驅動齒輪HlO1、H102上分別安裝有伺服電機MlOl、M102，該伺服電機MlOl、M102同步協調運轉帶動第一、二驅動齒輪HlOl、H102轉動，在第一支架K201上沿X軸方向安裝有第一齒條XlOl，在第三支架K202上沿X軸方向安裝有第二齒條X102，第一驅動齒輪HlOl與第一齒條XlOl嚙合，第二驅動齒輪H102與第二齒條X102嚙合，第一、二、三、四承重輪Z101、Z102、Z103、Z104直接與齒條側面支架的光面接觸，承受龍門橫梁及其它機構的重量；在第一、二驅動齒輪HlOl、H102及第一、二、三、四承重輪Z101、Z102、Z103、Z104的共同作用下，使第一龍門沿X軸方向水平移動，同時在第一電子限位部件XW301的約束下，不會超出X軸負方向允許運動范圍，在第一龍門上設有第一龍門執行部件ZXlOl，該第一執行部件ZXlOl在安裝齒條YlOl、Y102上沿Y軸方向運動。本實用新型的第一龍門執行部件ZXlOl由Y軸方向驅動齒輪H301、第一蝸輪蝸桿升降機W01、第二蝸輪蝸桿升降機W02、第一導向桿D01、第二導向桿D02、第三導向桿D03、第四導向桿D04、蝸輪蝸桿升降機驅動電機M104、鎖緊機構SJ001、吸盤C101、C102、C103、C104 (吸盤數量可根據實際情況增減)組成，Y軸方向驅動齒輪H301安裝在執行部件上部托架TOl上，通過伺服電機M301驅動Y軸方向驅動齒輪H301，可使執行部件在第一龍門架上沿Y軸方向水平移動，第一蝸輪蝸桿升降機WOl與第二蝸輪蝸桿升降機W02的蝸輪部分安裝在執行部件中部托架T02上，并且與蝸輪蝸桿升降機驅動電機M104相連接，在驅動電機M104的驅動下，蝸輪蝸桿升降機內部的蝸輪轉動，蝸桿上下運動可使執行部件沿Z軸方向豎直移動，第一、二、三、四導向桿D01、D02、D03、D04為光桿軸，其軸套安裝在中部托架T02上，蝸桿與四根導向軸剛性固定在下部托架T03上，導向軸的作用是保證Z軸垂直度；吸盤C101、C102、C103、C104、鎖緊機構SJ001都安裝在下部托架T03上，吸盤C101、C102、C103、C104可以吸合板料，鎖緊機構SJ001通過氣路可以夾緊吸合的板料，防止吸盤失電，板料跌落。結合圖4和圖5，本實用新型十軸雙龍門結構的重載機械手的第二龍門由第三、四龍門橫梁L201、L202構成支撐部件，第二龍門上設置有第三驅動齒輪H201、第四驅動齒輪H202，第五承重輪Z201、第六承重輪Z202、第七承重輪Z203、第八承重輪Z204，第三、四龍門橫梁L201、L202平行放置，二者可以相距15-30cm的距離，通過剛性材料將二者焊接在一起，第三龍門橫梁L201的兩端焊接兩根短軸，第四龍門橫梁L202的兩端焊接兩根短軸，第五承重輪Z201、第六承重輪Z202、第七承重輪Z203、第八承重輪Z204分別安裝在這四根短軸上，第三、四龍門橫梁L201、L202剛性連接處在靠近短軸的兩側位置，安裝第三驅動齒輪H201、第四驅動齒輪H202 ;機械限位部件XW102、XW202沿X軸方向安裝在第三龍門橫梁L201兩側，在第一齒條XlOI正上方位置；伺服電機M201帶動第四驅動齒輪H202，伺服電機M202帶動第三驅動齒輪H201，第五、六、七、八承重輪Z201、Z202、Z203、Z204共同承受第四龍門橫梁L202的重量，第二龍門沿X軸方向水平移動，機械限位部件XW102、XW202保證第一龍門、第二龍門不會發生剛性碰撞。本實用新型第四龍門橫梁L202上沿Y軸方向安裝有第三齒條Y201，供第二龍門執行部件ZX102沿Y軸方向運行，第二龍門執行部件ZX102由執行部件托架T104、Z向齒條ZTlOUY向驅動伺服電機M203及齒輪H501、旋轉軸驅動單元WZ101、吸盤C201、C202 (吸盤數量可根據實際情況增減)、敲邊裝置QlOl組成，電機M204安裝在執行部件托架T104上，Z向齒條ZTlOl與旋轉軸驅動單元WZlOl連接為一體，電機M204帶有自鎖功能，軸端安裝有齒輪，該齒輪與Z向齒條ZTlOl嚙合，使旋轉軸驅動單元WZlOl沿Z軸上下運動；執行部件托架T104上安裝有Y向驅動伺服電機M203，電機軸上安裝的齒輪H501與第三齒條Y201嚙合，在Y向驅動伺服電機M203的驅動下，第二龍門執行部件ZX102可在第三齒條Y201上沿Y軸方向水平移動；旋轉軸驅動單元WZlOl下部安裝有吸盤C201、C202，旋轉軸驅動單元WZlOl內部安裝有電機M205，使吸盤C201、C202在一個平面內繞Z軸旋轉；敲邊裝置QlOl安裝在執行部件主體ZX102上，可對加工過的小塊板料進行敲擊，防止粘連。結合圖1至5，本實用新型的工作過程為:將大宗物料碼放在第一龍門的物料存放區域，第一龍門X軸方向伺服電機M101、M102同步運動帶動龍門沿X軸方向運動，Y軸方向伺服電機M103通過雙端輸出減速機，帶動龍門沿Y軸方向運動，Z軸方向伺服電機M104帶動蝸輪蝸桿升降機W01、W02使執行部件沿Z軸方向豎直移動，于是X、Y、Z三軸在控制器的協調控制下(控制器采用奧地利KEBA工業自動化公司(Automation by innovation)的工業多軸控制器)，使執行部件運動到空間指定位置，即物料上方，吸盤C101、C102、C103、C104在真空泵的作用下形成負壓，吸取板料，Z軸方向伺服電機M104動作，板料被提起，伺服電機M105轉動使鎖緊機構SJOl夾緊板料，X、Y、Z三軸伺服電機再次協調動作，將板料搬移至指定空間位置，伺服電機Μ105反向轉動，鎖緊機構SJOl取消鎖緊，吸盤C101、C102、C103、C104失壓釋放板料，至此完成重載板料的搬移，第一龍門執行部件再次運動至大宗板料上方，準備下次搬移。此時即可進行板料的切割工作，將板料切割成指定尺寸形狀的小塊板料(板料切割由其它設備完成)。而后第二龍門開始作業。第二龍門X軸方向伺服電機Μ201、Μ202同步運動帶動龍門沿X軸方向運動，Y軸方向伺服電機Μ203通過減速機,帶動龍門沿Y軸方向運動，伺服電機Μ204運轉，使齒條ZTlOl沿Z軸方向運動，從而帶動第二龍門執行部件一同沿Z軸運動。通過Χ、Υ、Ζ軸的協調運動，第二龍門執行部件運動到小塊板料上方，吸盤C201、C202吸取板料，X、Y、Z軸再次協調運動將小塊板料搬移至指定位置，伺服電機Μ205帶動W軸驅動單元WZlOl轉動，從而使小塊物料轉動指定角度，吸盤C201、C202失壓，釋放物料，使板料按一定角度進行擺放，第二龍門執行部件再次移動至下一板料上方，準備搬移下一塊板料。至此，完成一次板料搬移過程。
權利要求1.一種十軸雙龍門結構的重載機械手，其特征在于包括機架、第一龍門和第二龍門，機架由支撐腿、支架(K201、K301、K202、K302)、齒條和限位部件構成，第一、二、三、四支架(K201、K301、K202、K302)首尾相連構成四面框架，第一、三支架(K201、K202)平行，第二、四支架(K301、K302)平行，支撐腿連接并支撐四面框架，第一支架(K201)上安裝有X軸方向的第一齒條(XlOl)和第一、二機械限位裝置(XW101、XW103)，該第一、二機械限位裝置(XW101、XW103)位于第一齒條(XlOl)的兩端；第三支架(K202)上安裝有X軸方向的第二齒條(X102)和第三、四機械限位部件(XW201、XW203)，該第三、四機械限位部件(XW201、XW203)位于第二齒條(X102)的兩端；第一龍門和第二龍門分別設置在第一、三支架(K201、K202)上，第一龍門上安裝有第一電子限位裝置(XW301)，第二龍門上安裝有第二、三電子限位裝置(XW302、XW303)，第二電子限位裝置(XW302)防止兩龍門發生碰撞，第三電子限位裝置(XW303)防止第二龍門超出極限位置；第一龍門和第二龍門平行，第一龍門在X、Y、Z軸方向上運動完成重載板料的搬移，第二龍門在X、Y、Z軸方向上運動完成小塊板料搬移。
2.根據權利要求1所述的十軸雙龍門結構的重載機械手，其特征在于第一龍門由第一、二龍門橫梁(L101、L102)構成支撐部件，在第一、二龍門橫梁(L101、L102)上沿Y軸方向分別鋪設安裝齒條(Υ101、Υ102)，第一、二龍門橫梁(L101、L102)的兩端分別焊接有四根短軸，第二、四承重輪(Ζ102、Ζ104)通過其中各自短軸分別安裝在第一龍門橫梁(LlOl)的兩端，第一、三承重輪(Ζ101、Ζ103)通過其中各自短軸分別安裝在第二龍門橫梁(L102)的兩端，第一、二龍門橫梁(L101、L102)之間通過剛性材料焊接在一起，在第一、二龍門橫梁(L101、L102)兩端部的剛性連結 材料上安裝第一、二驅動輪(Η101、Η102)，該第一、二驅動齒輪(Η101、Η102)上分別安裝有伺服電機(Μ101、Μ102)，該伺服電機(Μ101、Μ102)同步協調運轉帶動第一、二驅動齒輪(Η101、Η102)轉動，在第一支架(Κ201)上沿X軸方向安裝有第一齒條(Χ101)，在第三支架(Κ202)上沿X軸方向安裝有第二齒條(Χ102)，第一驅動齒輪(HlOl)與第一齒條(XlOl)嚙合，第二驅動齒輪(Η102)與第二齒條(Χ102)嚙合，第一、二、三、四承重輪(Ζ101、Ζ102、Ζ103、Ζ104)直接與齒條側面支架的光面接觸，承受龍門橫梁及其它機構的重量；在第一、二驅動齒輪(Η101、Η102)及第一、二、三、四承重輪(Ζ101、Ζ102、Ζ103.Ζ104)的共同作用下，使第一龍門沿X軸方向水平移動，同時在第一電子限位部件(XW301)的約束下，不會超出X軸負方向允許運動范圍，在第一龍門上設有第一龍門執行部件(ΖΧ101)，該第一執行部件(ZXlOl)在安裝齒條(Υ101、Υ102)上沿Y軸方向運動。
3.根據權利要求2所述的十軸雙龍門結構的重載機械手，其特征在于第一龍門執行部件(ZXlOl)由Y軸方向驅動齒輪(Η301)、第一蝸輪蝸桿升降機(W01)、第二蝸輪蝸桿升降機(W02)、第一導向桿(D01)、第二導向桿(D02)、第三導向桿(D03)、第四導向桿(D04)、蝸輪蝸桿升降機驅動電機Μ104、鎖緊機構(SJ001)、吸盤(C101、C102、C103、C104)組成，Y軸方向驅動齒輪(Η301)安裝在執行部件上部托架(TOl)上，通過伺服電機(Μ301)驅動Y軸方向驅動齒輪(Η301)，可使執行部件在第一龍門架上沿Y軸方向水平移動，第一蝸輪蝸桿升降機(W01)與第二蝸輪蝸桿升降機(W02)的蝸輪部分安裝在執行部件中部托架(Τ02)上，并且與蝸輪蝸桿升降機驅動電機(Μ104)相連接，在驅動電機(Μ104)的驅動下，蝸輪蝸桿升降機內部的蝸輪轉動，蝸桿上下運動可使執行部件沿Z軸方向豎直移動，第一、二、三、四導向桿(D01、D02、D03、D04)為光桿軸，其軸套安裝在中部托架(Τ02)上，蝸桿與四根導向軸剛性固定在下部托架(T03)上，導向軸的作用是保證Z軸垂直度；吸盤(C101、C102、C103、C104)、鎖緊機構(SJ001)都安裝在下部托架(T03)上，吸盤(C101、C102、C103、C104)可以吸合板料，鎖緊機構(SJ001)通過氣路可以夾緊吸合的板料，防止吸盤失電，板料跌落。
4.根據權利要求1所述的十軸雙龍門結構的重載機械手，其特征在于第二龍門由第三、四龍門橫梁(L201、L202)構成支撐部件，第二龍門上設置有第三驅動齒輪(H201)、第四驅動齒輪(H202),第五承重輪(Z201)、第六承重輪(Z202)、第七承重輪(Z203)、第八承重輪(Z204)，第三、四龍門橫梁(L201、L202)平行放置，通過剛性材料將二者焊接在一起，第三龍門橫梁(L201)的兩端焊接兩根短軸，第四龍門橫梁(L202)的兩端焊接兩根短軸，第五承重輪Z201、第六承重輪Z202、第七承重輪Z203、第八承重輪Z204分別安裝在這四根短軸上,第三、四龍門橫梁(L201、L202)剛性連接處在短軸的兩側位置，安裝第三驅動齒輪(H201)、第四驅動齒輪(H202);機械限位部件(XW102、XW202)沿X軸方向安裝在第三龍門橫梁(L201)兩側，在第一齒條(XlOl)正上方位置；伺服電機(M201)帶動第四驅動齒輪(H202)，伺服電機(M202)帶動第三驅動齒輪(H201)，第五、六、七、八承重輪(Z201、Z202、Z203、Z204)共同承受第四龍門橫梁(L202)的重量，第二龍門沿X軸方向水平移動，機械限位部件(XW102、XW202)保證第一龍門、第二龍門不會發生剛性碰撞。
5.根據權利要求4所述的十軸雙龍門結構的重載機械手，其特征在于第四龍門橫梁(L202)上沿Y軸方向安裝有第三齒條(Y201)，供第二龍門執行部件(ZX102)沿Y軸方向運行，第二龍門執行部件(ZX102)由執行部件托架(T104)、Z向齒條(ZT101)、Y向驅動伺服電機(M203)及齒輪(H501)、旋轉軸驅動單元(WZ101)、吸盤(C201、C202)、敲邊裝置(QlOl)組成，電機(M204)安裝在執行部件托架(T104)上，Z向齒條(ZT101)與旋轉軸驅動單元(WZlOl)連接為一體，電機(M204)帶有自鎖功能，軸端安裝有齒輪，該齒輪與Z向齒條(ZTlOl)嚙合，使旋轉軸驅動單元(WZlOl)沿Z軸上下運動； 執行部件托架(T104)上安裝有Y向驅動伺服電機(M203)，電機軸上安裝的齒輪(H501)與第三齒條(Y201)嚙合，在Y向驅動伺服電機(M203)的驅動下，第二龍門執行部件(ZX102)可在第三齒條(Y201)上沿Y軸方向水平移動；旋轉軸驅動單元(WZlOl)下部安裝有吸盤(C201、C202)，旋轉軸驅 動單元(WZlOl)內部安裝有電機(M205)，使吸盤(C201、C202)在一個平面內繞Z軸旋轉；敲邊裝置(QIOI)安裝在執行部件主體(ZX102 )上，可對加工過的小塊板料進行敲擊，防止粘連。
6.根據權利要求4所述的十軸雙龍門結構的重載機械手，其特征在于在四面框架的四角設置第一、三、四、六支撐腿(K101、K103、K401、K403)，在放置第一、第二龍門的第一、三支架(Κ201、Κ202 )中間設置第二、五支撐腿(Κ102、Κ402 )。
專利摘要本實用新型公開了一種十軸雙龍門結構的重載機械手，包括機架、第一龍門和第二龍門，機架由支撐腿、支架、齒條和限位部件構成，第一、二、三、四支架首尾相連構成四面框架，支撐腿連接并支撐四面框架，第一支架上安裝有X軸方向的第一齒條和第一、二機械限位裝置，第三支架上安裝有X軸方向的第二齒條和第三、四機械限位部件，該第三、四機械限位部件位于第二齒條的兩端；第一龍門和第二龍門分別設置在第一、三支架上；第一龍門和第二龍門平行，第一龍門在X、Y、Z軸方向上運動完成重載板料的搬移，第二龍門在X、Y、Z軸方向上運動完成小塊板料搬移。本實用新型不但運行平穩，噪音低，且可靠性高，壽命長，為整個重載機械手的性能發揮提供了有力的保障。
文檔編號B25J5/02GK202964655SQ20122062279
公開日2013年6月5日 申請日期2013年1月17日 優先權日2013年1月17日
發明者朱文亮, 劉新, 陸中學 申請人:中國船舶重工集團公司第七一六研究所