可视化伺服机械设备

技术领域

本发明涉及机械自动化技术领域，尤其涉及一种可视化伺服机械设备。

背景技术

目前行业常用的机械手一般都是单横梁纯机械机构等类似装置。单横梁桁架机械手主要实现单台机床制造过程的自动化，并采用了集成加工技术，适用于加工单元的上下料、工件翻转、工件转序等。

在相关技术中，由于加工工作站一般都是独立的加工单元，无法进行自动化连线生产，因此需要将所有加工工作站和上下料机构联合起来，组成自动化生产线，桁架机械手的高度和长度，以及机械手臂的活动行程一般根据机床外形的宽度和高度以及机床的结构尺寸量身定制，桁架机械手的这种特性导致其只适用于一种机床或者适用于外形尺寸接近(相差不超过100mm)和结构都大致相同的机床，导致桁架机械手较大的缺点就是通用性较差。

因此，有必要提供一种新型的可视化伺服机械设备，以克服上述缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新型的可视化伺服机械设备，其集中上下料，自动化程度高，提高生产效率，有利于安全生产。

为了达到上述目的，本发明提供一种可视化伺服机械设备，包括：用于提供安装位置和起到固定作用的桁架，以及设置在所述桁架上的机械手，所述机械手可沿所述桁架的延伸方向运动；

所述机械手包括与所述桁架连接的移动座，所述移动座靠近所述桁架的一端设有驱动机构，所述驱动机构用于给所述移动座提供驱动力；所述移动座靠近地面的一端设有夹持机构，所述夹持机构与所述驱动机构连接用于夹持物料；所述驱动机构远离所述夹持机构相对的一侧还设有视觉识别模组，所述视觉识别模组用于检测不同物料。

进一步，所述驱动机构包括设置在所述移动座一侧的第一驱动单元，设置在所述移动座远离所述第一驱动单元一侧的第二驱动单元，所述第一驱动单元用于沿所述桁架的延伸方向上提供驱动力，所述第二驱动单元用于沿与所述桁架的延伸方向垂直的方向上提供驱动力。

进一步，所述第一驱动单元包括设置在所述桁架上的第一滑槽，所述第一滑槽的两侧设有第一导轨，两所述第一导轨之间设有第一齿条，所述移动座靠近所述桁架的一侧设有第一滑块，所述第一滑块与所述第一导轨嵌合，所述移动座上设有第一驱动电机，所述第一驱动电机的输出轴上设有第一齿轮，所述第一齿轮与所述第一齿条啮合。

进一步，所述第二驱动单元包括固定设置在所述移动座上的第二滑槽，设置在所述第二滑槽内的升降柱，所述升降柱靠近所述第二滑槽槽底的一侧设有齿条，所述升降柱靠近所述第二滑槽两侧槽边的部位设有第二导轨，所述第二滑槽两侧槽边上设有第二滑块，所述第二滑块与所述第二导轨嵌合，所述第二滑槽远离所述升降柱的一侧设有第二驱动电机，所述第二驱动电机的输出轴上设有第二齿轮，所述第二齿轮与所述第二齿条啮合。

进一步，所述夹持机构包括上料夹爪和下料夹爪；所述上料夹爪包括与所述机械手固定的第一夹爪气缸，设置在所述第一夹爪气缸相对两侧的第一卡爪，两所述第一卡爪交错设置；所述下料夹爪包括与所述机械手固定的旋转座，设置在所述旋转座上的旋转气缸，设置所述旋转座两侧的位置调节组件，设置在所述位置调节组件上第二卡爪。

进一步，所述位置调节组件包括固定座，所述固定座远离所述旋转座的一端设有开口部，所述开口部内嵌设有两个第二夹爪气缸，两所述第二夹爪气缸上分别设有移动条，所述移动条连接有调节台，所述调节台远离所述移动条的一端设有容置槽，所述容置槽内设有用于与所述第二卡爪连接的螺栓副。

进一步，所述调节台和所述第二卡爪抵接的两侧面均呈锯齿形结构。

进一步，所述视觉识别模组包括调整支架，设置在所述调整支架底端的定制光源，设置在所述定制光源上方的视觉镜头，以及设置在所述视觉镜头上的视觉处理装置，所述视觉镜头与所述视觉处理装置连接。

进一步，所述第一夹爪气缸和所述旋转气缸均采用双作用气缸，所述双作用气缸包括两并列设置的气缸、分别与两所述气缸连接的速度控制阀，与两所述速度控制阀连接的三位五通电磁阀，与所述三位五通电磁阀连接的两个消声器以及与所述三位五通电磁阀连接的快换接头。

与相关技术相比较，本发明的可视化伺服机械设备采用模组化设计，可嵌入生产线，可实现多个独立加工工作站连线生产，互不干涉；实现了多个独立加工工作站不同产品加工工艺的集中上料和下料需求；全自动生产线，稳定性高，执行效率高；实现了故障报警、缺料提醒、可切换人工干预等功能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：

图1为本发明可视化伺服机械设备的结构示意图；

图2为本发明可视化伺服机械设备的桁架结构示意图；

图3为本发明可视化伺服机械设备的驱动机构的结构示意图；

图4为本发明可视化伺服机械设备的第一驱动单元的结构示意图；

图5为本发明可视化伺服机械设备的第二驱动单元的结构示意图；

图6为本发明可视化伺服机械设备的上料夹爪的结构示意图；

图7为本发明可视化伺服机械设备的下料夹爪的结构示意图；

图8为本发明可视化伺服机械设备的位置调节组件的结构示意图；

图9为本发明可视化伺服机械设备的视觉识别模组的结构示意图；

图10为本发明可视化伺服机械设备的双作用气缸的气路示意图。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，可视化伺服机械设备，包括：用于提供安装位置和起到固定作用的桁架1，以及设置在所述桁架1上的机械手2，所述机械手2可沿所述桁架1的延伸方向运动。所述桁架1沿连续工作站的摆放方向延伸设置，以便于将不同的工站联合起来，形成自动化连续生产。

请参阅图2，所述桁架1包括两平行间隔设置的横梁11，连接两所述横梁11的竖梁12，支撑两所述横梁11的支撑架13，所述支撑架13采用可调整设计，从而保证桁架的直线度和垂直度。

本发明中定义所述可视化伺服机械设备的长度方向为X轴方向，即所述横梁11的延伸方向；所述可视化伺服机械设备的高度方向为Z轴方向，即所述支撑架13向所述横梁11延伸的高度方向；所述可视化伺服机械设备的宽度方向为Y轴方向；即所述竖梁12的延伸方向。

请参阅图1和图3所述机械手2为两个，两所述机械手2分别设置在两所述横梁11上，并且能够沿所述横梁11的延伸方向相向或相反的方向独立移动。

所述机械手2包括与所述桁架1连接的移动座21，所述移动座21靠近所述桁架1的一端设有驱动机构22，所述驱动机构22用于给所述移动座21提供驱动力；所述移动座21靠近地面的一端设有夹持机构23，所述夹持机构23与所述驱动机构22连接用于夹持物料；所述驱动机构22远离所述夹持机构23相对的一侧还设有视觉识别模组24，所述视觉识别模组24用于检测不同物料。

所述移动座21采用十字滑座，十字滑座能够沿X轴方向和Z轴方向提供安装，保证沿X轴方向和Z轴方向同时独立运行。

所述驱动机构22包括设置在所述移动座21一侧的第一驱动单元221，设置在所述移动座21远离所述第一驱动单元221一侧的第二驱动单元222，所述第一驱动单元221用于沿所述桁架1的延伸方向上提供驱动力，所述第二驱动单元222用于沿与所述桁架1的延伸方向垂直的方向上提供驱动力。

请参阅图4，所述第一驱动单元221用于沿X轴方向提供驱动力。采用两组高精度直线导轨，动力单元采用国际品牌大功率伺服电机加进口高精度齿轮齿条，保证设备的定位精度可以达到±0.04mm，设计速度可以达到150米/分钟，为超长行程高速移动机构。

所述第一驱动单元221包括设置在所述桁架1上的第一滑槽2210，所述第一滑槽2210沿X轴方向设置；所述第一滑槽2210的两侧设有第一导轨2211，所述第一导轨2211用于沿X轴方向提供导向；两所述第一导轨2211之间设有第一齿条2212，所述移动座21靠近所述桁架1的一侧设有第一滑块2213，所述第一滑块2213与所述第一导轨2211嵌合，第一滑块2213和所述第一导轨2211提供一个固持力，同时能够沿X轴方向滑动；所述移动座21上设有第一驱动电机2214，所述第一驱动电机2214的输出轴上设有第一齿轮2215，所述第一齿轮2215与所述第一齿条2212啮合。所述第一驱动电机2214提供驱动力，所述第一齿轮2215和所述第一齿条2212用于将电机的旋转运动改变为直线运动。所述第一齿轮2215可以采用单独齿轮，也可以如本发明中一样优先采用齿轮组都是可行的。

请参阅图5，所述第二驱动单元222用于沿Z轴方向提供驱动力。采用两组高精度直线导轨，动力单元采用国际品牌大功率伺服电机加进口高精度齿轮齿条，保证设备的定位精度可以达到±0.04mm，设计速度可以达到110米/分钟，支撑重量≥15kg。

所述第二驱动单元222包括固定设置在所述移动座21上的第二滑槽2221，所述第二滑槽2221沿Z轴方向设置；设置在所述第二滑槽2221内的升降柱2222，所述升降柱2222沿Z轴方向移动；所述升降柱222靠近所述第二滑槽2221槽底的一侧设有齿条2223，所述升降柱2222靠近所述第二滑槽2221两侧槽边的部位设有第二导轨2224，所述第二滑槽2221两侧槽边上设有第二滑块2225，所述第二滑块2225与所述第二导轨2224嵌合，所述第二滑块2225和所述第二导轨2224用于沿Z轴方向提供导向和固持力；所述第二滑槽2221远离所述升降柱2222的一侧设有第二驱动电机2225，所述第二驱动电机2225的输出轴上设有第二齿轮2226，所述第二齿轮2226与所述第二齿条2223啮合。同理所述第二齿轮2226和所述第二齿条2223用于将电机的旋转运动改变为直线运动。

请参阅图6和图7，所述夹持机构23包括上料夹爪231和下料夹爪232；由于所述的机械手2为两个，两个所述机械手2中的其中一个设置上料夹爪231，剩余的一个设置下料夹爪232；以便于同时独立进行上料和下料操作，提高工作效率。

所述上料夹爪231包括与所述升降柱2222固定的第一夹爪气缸2311，设置在所述第一夹爪气缸2311相对两侧的第一卡爪2312，两所述第一卡爪2312交错设置。

上料夹爪：采用交错式卡爪设计，适用于不同的抓取范围，最大抓取范围100mm，小直径可以成组抓取，夹爪气缸采用三位五通中封结构电磁阀，具备自锁功能，防止突然停电或断气时抓取物坠落。

所述下料夹爪232包括与所述升降柱2222固定的旋转座2321，设置在所述旋转座2321上的旋转气缸2322，设置在所述旋转座2321两侧的位置调节组件2323，设置在所述位置调节组件2323上第二卡爪2324。

下料夹爪：采用旋转式双卡爪设计，适用于不同的抓取产品，最大抓取范围40mm，抓取范围可以通过调整机构调整，旋转和夹爪气缸均采用三位五通中封结构电磁阀，具备自锁功能，防止突然停电或断气时抓取物坠落。

请参阅图8，所述位置调节组件2323采用手动调节模式，可以设置两个不同规格的夹持位置，当需要工作取料时，根据夹持规格在两个不同规格之间进行旋转调节。

所述位置调节组件2323包括固定座23231，所述固定座23231远离所述旋转座2321的一端设有开口部，所述开口部内嵌设有两个第二夹爪气缸23232，两所述第二夹爪气缸23232上分别设有移动条23233，所述移动条23233连接有调节台23234，所述调节台23234远离所述移动条23233的一端设有容置槽23235，所述容置槽23235内设有用于与所述第二卡爪2324连接的螺栓副23236。

所述固定座23231与所述旋转座2321固定，所述第二夹爪气缸23232驱动所述移动条23233移动，从而带动所述调节台23234移动，所述螺栓副23236通过手动调整两所述第二卡爪2324之间的距离，所述调节台23234和所述第二卡爪2324抵接的两侧面均呈锯齿形结构，提高夹持稳定性，当需要夹持物料时，第二夹爪气缸驱动移动条带动调节台形成夹持动作，旋转气缸用于驱动旋转座180°转动。

请参阅图9，所述视觉识别模组24包括调整支架241，设置在所述调整支架241底端的定制光源242，设置在所述定制光源242上方的视觉镜头243，以及设置在所述视觉镜头243上的视觉处理装置244，所述视觉镜头243与所述视觉处理装置244连接。

视觉识别模组主要用于上料毛坯规格识别，识别毛坯后通过机械手上料到制定的工作站上料处，或者识别下料物料的规格，将不同规格成品物料运输到指定的工位。

请参阅图10，所述第一夹爪气缸2311和所述旋转气缸2322均采用双作用气缸，所述双作用气缸包括两并列设置的气缸23111、分别与两所述气缸23111连接的速度控制阀23112，与两所述速度控制阀23112连接的三位五通电磁阀23113，与所述三位五通电磁阀23113连接的两个消声器23114以及与所述三位五通电磁阀23113连接的快换接头23115。

所述三位五通电磁阀23113的出气口与所述速度控制阀23112连接，所述三位五通电磁阀23113的排气口与两所述消声器23114连接，所述快换接头23115一端与所述三位五通电磁阀23113气源接口连接，另一端连接气源。

本发明夹爪气缸采用双作用气缸，每一个气缸设计单独的气路，互不干涉，相应气路采用三位五通中封电磁阀、速度控制阀、消声器、快换接头、软管组成，可根据需求调整气缸动作速度，并降低系统噪音。

本发明中还相应的设计有拖链模组，主要为保护线缆和气路元件避免在高速运行时拖链下垂和卡死。

本发明中在所述桁架1上设有多个传感器和PLC控制器，多个所述传感器沿所述桁架1的延伸方向等间距设置。所述传感器用于检测所述机械手的位置，并将位置信息发送给PLC控制器，根据运动的距离和运行节拍，计算出位移和轨迹，对驱动器PID参数进行动态调整。桁架机械手根据接收到的位移、速度指令，经变化、放大并调整处理后，传递给运动单元，通过传感器对运行状态进行实时检测，在高速搬运过程中，运动部件在极短的时间内到达给定的速度，并能在高速行程中瞬间准停，通过高分辨率绝对式编码器的插补运算，控制机械误差和测量误差对运动精度的影响；同时传感器用于检测机械手运动位置，异常时可反馈信息至PLC控制器，将引发声光报警，提醒人工干预，进行故障排除或者检修，同时设置有手动、自动、急停、切换按钮供使用。

与相关技术相比较，本发明的可视化伺服机械设备采用模组化设计，可嵌入生产线，可实现多个独立加工工作站连线生产，互不干涉；实现了多个独立加工工作站不同产品加工工艺的集中上料和下料需求；全自动生产线，稳定性高，执行效率高；实现了故障报警、缺料提醒、可切换人工干预等功能。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。