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1. CN101284379 - Handling manipulator assembly

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操作机械手组件


技术领域
本发明涉及如从权利要求1的前序部分中说明的操作机械手 (handling manipulator)组件,还涉及如在权利要求15中阐述的操作机 械手组件的用途以及在权利要求16的前序部分中阐述的机床组件。
背景技术
为了自动将工件进给例如车床、铣床、刻模机、冲刀的机床,或 者从中自动除去,例如机械手的操作组件是众人共知的。除了用于进 给/除去工件之外,当然还可采用这些操作组件用于进给/除去工具。
在EP-A-1 481759中所知的是一般的操作机械手组件。这种组件 的特征是具有第一滑座可在其上水平行进的水平入口。第一滑座设有 另一滑座可在其上垂直行进的细长支撑件。设计用于围绕水平轴线枢 转的臂被安装在第一滑座上。工件操纵夹持器被固定到臂的端部。该 操作机械手组件特别适于深入机床的侧开口。
在JP-A-2004 090186中公开的是一般的运输机器人附件形式的操 作机械手组件。该组件的特征是具有可围绕垂直轴线转动的、用于支 撑设计用于垂直行进的水平伸展臂的垂直延伸的主支撑件(盘),在第 一示例性实施例(变型200A到200C)中其包括径向成直线、上下叠加 安置的两个盘形支撑件。第一支撑件固定地连接到被安置在主支撑件 上的两个托架,同时第二支撑件设有水平可转动的叉状零件。在第二 示例性实施例(变型200D到200E)中,水平伸展臂设有两个垂直可转 动的枢转臂,该叉状零件可水平或者垂直地转动。在第一变型上的叉 状零件仅可有条件地活动时,一方面具有其两个枢转臂的第二变型比 较复杂,另一方面其仅能操作小负载。另外,在两个示例性实施例中, 自动机械手受限于由于其运动范围引起的机动性,即受限于操纵夹持 器的水平行进。
在JP-A-05076965中所知的是装有轨道的自动机械手,其设计用 于在相互远离的两个压床之间水平行进以将工件从一个压床上传输 到另一压床上。如此设计该自动机械手以至于在该自动机械手水平行 进时,其机械臂可围绕垂直轴线转动。
发明内容
本发明的目的是完备在权利要求1的前序部分中说明的操作机械 手组件,以至于其现在能发现适于特别有利地用于除被构建的比较简 单和稳固之外、完全不干扰访问机床的情况下将工件或工具进给机床 或者从其中除去的普遍应用。
根据本发明,通过在权利要求1中阐述的操作机械手组件达到本 目的。
在权利要求1中限定的具有两个转动轴线以及垂直和水平线性轴 线的操作机械手的优越性在于其高机动性和简单、稳固的结构。所声 称的操作机械手组件能访问虚拟圆柱形空间内除中间部分之外的任 一点。用于水平行进的水平伸展臂的线性导向件还获得水平伸展臂的 大的水平行进,并且这样当然在耗费比较小的能量和高精确度的情况 下获得机械手夹持器的大的水平行进。
从属权利要求2至14限定了如在权利要求1中说明的操作机械 手组件的另一优选实施例。
当在优选实例方面中限定的主支撑件被安置在用于水平行进的 主滑座上时,操作机械手组件增加的运动范围提高了其灵活性。
在另一优选实例方面中,通过在枢接臂上的接合链节来支撑机械 手夹持器,接合链节的转动轴线与垂线所成角度在30°和60°之间, 最好为45°。现在不但可水平地而且还可成角度地拾取并且传输工件 或工具。
本发明的另一目的是限定包含至少一个机床和操作机械手组件 的机床组件,以至于现在可通过机床的前入口畅通无阻地访问机床。
通过在权利要求16中阐述的机床组件获得本目的。
机床组件的另一优选实施例在从属权利要求17和18中限定。
附图说明
下面将参照附图通过本发明的优选示例性方面详细地说明本发 明,其中:
图1以图示方式说明了第一视图中的操作机械手组件;
图2说明了另一视图中的、在图1中示出的操作机械手组件;
图3至图8分别说明了将工件托盘进给机床的各个阶段的操作机 械手组件,以及
图9以综合图示方式说明了包括操作机械手组件、两个机床和两 个机箱的机床组件。
具体实施方式
现在参照图1,其说明了根据本发明的操作机械手组件的示例性 方面以解释其基本配置。操作机械手组件1包括被安置在转盘3上的 垂直主支撑件2。在本实施例中,主支撑件2被安置在转盘3的中央, 然而其也可偏离中心安置。围绕垂直轴线4转动的转盘3被固定到水 平行进的主滑座5上,主滑座5可如双箭头6指示的行进在滑道7上。 设计用于垂直行进的垂直滑座9被安置在垂直主支撑件2上。在这里 又用双箭头11指示垂直滑座9的行进方向。垂直滑座9包括稳固的 支撑体9a,在其下侧10安置有设计用于水平行进的水平伸展臂12, 其行进的方向同样由双箭头13指示。水平伸展臂12通过线性滑行导 向件,最好以线性导向底座、楔形导向件或导轨的形式安装到垂直滑 座9上。该线性滑行导向件能在精确地重复访问所限定的任一水平位 置的同时以比较小的能量获得水平伸展臂12的大的水平行进。
可围绕垂直轴线15转动的枢接臂14被安置在水平伸展臂12的 前端。机械手夹持器18通过接合链节16被固定到枢接臂14上,通 过机械手夹持器18可拾取例如工具和/或工件和/或托盘的零件并且在 必要时进给机床,并且还将其从中除去。接合链节16具有机械手夹 持器18可围绕其转动的转动轴线17。在本实施例中,以图形方式示 出的是被机械手夹持器18拾取的盘19,并且被符号化为用于安装工 件的托盘。本文没有示出要被加工的工件是如何正常地被固定在工件 托盘19上的。应知机械手夹持器18可采取被设有的各种形式例如、 活动机械手指、抓取元件、操纵元件等以积极和/或非积极地连接,所 有这些均没有详述。当然,其可能是机械手夹持器18直接访问无托 盘的工件。接合链节16的转动轴线17与垂线最好呈45°的角度。
枢接臂14的长度最好等于水平伸展臂12的至少0.4倍,枢接臂 14与水平伸展臂12的比率通常在0.4∶1和1∶1之间。换句话说,枢接 臂14的长度最好在水平伸展臂12的长度的40%和100%之间。这样, 当水平伸展臂12约2米长时,枢接臂14的长度在0.8和2米之间。 当操作机械手组件1被安置在机床的侧面时,枢接臂14的长度是特 别决定性重要的,在这样情况下,枢接臂14的长度决定操作机械手 组件1能将其机械手夹持器18伸入机床的前入口多远。
当枢接臂14远短于水平伸展臂12时,后者可通过水平伸展臂12 和具有完全活动自由的枢接臂14之间的区别而水平行进。换句话说, 机械手夹持器18的径向活动自由由水平伸展臂12的绝对长度决定并 且也由枢接臂14的绝对长度决定。
垂直主支撑件2设有两个侧面支撑纵面20、21,在其之间限定了 中心狭槽22。水平伸展臂12可延伸进该狭槽22中以至于可通过尾端 后退进该狭槽22中而行进,从而允许水平伸展臂12的大幅度行进。 一起用于引导垂直滑座9的导轨23、24被紧固在每个支撑纵面20、 21的面上。最好是两个导轨23、24中的至少一个被配置为齿条(rack) 以至于由垂直滑座9上的电机驱动的齿轮(没有示出)能主动接合从而 上下带动垂直滑座9。垂直滑座9最好是同样通过主支撑件2上的线 性导向件支撑。为了这个目的,两个导轨或者齿条23、24设有楔形 导向件。作为备选,垂直滑座9可设有齿轮驱动、轴驱动、尤其是滚 珠螺旋。这些驱动变型允许在任何情况下能重复地精确地垂直定位。
转盘3、主滑座5、垂直滑座9、水平伸展臂12以及枢接臂14被 电机驱动围绕或者沿相应的轴线活动,没有示出属于此处的电机驱 动。机械手夹持器18同样地被电机驱动以围绕接合链节16的转动轴 线17转动。每个驱动被设计用于协作相应的传动装置,致使在完全 活动自由内设有的重复精确定位是可能的。
现在参照图2,其说明了在图1中示出的操作机械手组件1,但 是主滑座5现在有些向左端行进,同时垂直滑座9有些向下方行进并 且水平伸展臂12有些向尾端移位。除此之外,机械手夹持器18连同 工件托盘19已被接合链节16转动了180°。
参照示出用于安装以图形方式描述的工件和/或托盘和/或工具 的、各种情况下的与机床26连同机箱28的操作机械手组件1的图3 至8,现在将通过实施例解释操作机械手组件1的基本功能。操作机 械手组件1被安置在机床26的一旁,后者的特征是具有前入口27, 通过其可基本访问机床26并且通过其也可进给和除去工件或工具。 在正常情况下,例如,当操作机械手组件1处于面对远离机床26的 空闲位置时,正是在操作机械手组件1的侧面位置可经过机床26的 前入口27畅通无阻地访问机床26。在图3和4中示出的说明中,水 平伸展臂12可延伸进主支撑件2的狭槽22中这一点更显而易见。
现在参照图3,其说明了机械手夹持器18如何从机箱28的隔间 29中拾取工件托盘19。为了这个目的,工件托盘19首先被机械手 夹持器18拾取,垂直滑座9然后上升少许并且水平伸展臂12行进到 尾端。然后,如在图4和图5中的箭头30所指示的,转盘3沿顺时 针转动,垂直滑座9在转动期间已被带到想要的垂直位置。
现在参照图6,其说明了刚好在转动结束之前的操作机械手组件 1。为了从机床26的这个位置进给工件托盘19,水平伸展臂12被向 前带动并且同时枢接臂14被定位,以至于如在图7中显而易见的可 通过机床26的前入口27进给工件托盘19。
现在参照图7和图8,如何将工件托盘通过前入口27进给机床 26是显而易见的,实际的进给运动是部分操作机械手组件1的移动组 合,即涉及转盘3的转动以及垂直滑座9的垂直行进、水平伸展臂12 在位置上的水平移位以及同时发生的枢接臂14的转动定位。在图7 和图8中,枢接臂14的特征必须具有一定的最小长度以至于夹持器 可相应深地伸进操作机械手组件1的旁边的装置的前入口27。在该情 况下,在枢接臂14的长度最好等于水平伸展臂12的长度的至少0.4 倍时,就获得良好的结果。
当主支撑件2位于用于水平行进的主滑座5(图1)上时,还涉及到 主滑座5的叠加运动。当操作机械手组件1需要服务多个机床和/或从 多个机箱中拾取和置放工件或工具时,提供主滑座5特别有用。
取决于操作机械手组件1的布置和应用,配置转盘3是有用的以 至于其可围绕垂直轴线4转动超过360°。
所示出的操作机械手组件1配置的比较简单并且在生产上是划算 的,其仅是用于驱动需要具有相当高性能的垂直滑座9的马达以至于 也可提升重负载。通过对比,用于移动主滑座5、水平伸展臂12和枢 接臂14的马达可在尺寸上相应地小,由于它们不需要提升重负载, 它们大致仅需要克服除加速质量之外的摩擦力。在任何情况下,示出 的操作机械手组件1还适于操作重达100千克以及更重的工具或者工 件。另外,操作机械手组件1发现了普遍应用并且机械手夹持器18 可在其动作范围内精确地重复定位。
现在参照图9,其最后说明了包括操作机械手组件1、两个机床 26、26a以及两个机箱28、28a的机床组件的综合图形视图。两个机 床26、26a以及两个机箱28、28a被安置在环绕操作机械手组件1的 环形上。这就是为什么在这种情况下不需将操作机械手组件1安置在 水平行进主滑座上,而将操作机械手组件1安置在转盘3上来围绕垂 直轴线4转动已足够了。在这样情况下,操作机械手组件1可围绕垂 直轴线4转动超过360°,致使对于通过下文实施例解释的特定应用可 大大增加操作速度。
例如,如果要将工件19从机箱28进给机床26,操作机械手组件 1必须首先将其机械手夹持器18定位到位置P1。接着必须顺时针转 动90°以至于机械手夹持器18可占据到可将工件进给机床26的位置 P2。下一必要步骤是需要将工件19a从机箱28a进给到机床26a。为 了这个目的,操作机械手组件1首先需要顺时针转动90°以至于机械 手夹持器18占据到位置P3。在位置P3操作机械手组件1然后又需要 顺时针转动90°以至于可将工件19a进给到机床26a。在操作机械手组 件1可围绕垂直轴线4转动超过360°时,其又可顺时针转动90°以从 机箱28中拾取工件并且将其进给机床26。在任何情况下,这样的枢 转可从270°减到90°致使相当大地增加速度。应知刚才描述的动作在 特征上仅是示例性的。但是,在任何情况下,操作机械手组件1可从 机箱28、28a中拾取工件或者工具并且通过操作机械手组件1不超过 180°的枢转将它们进给两个机床26、26a。
根据该操作机械手组件,其包括:
-可围绕垂直轴线转动的主支撑件,以及
-被用于在主支撑件上垂直行进的垂直滑座支撑的水平伸展臂,
-被用于在垂直滑座上水平行进的线性导向件支撑的水平伸展 臂,以及
-水平伸展臂包括围绕垂直轴线转动的枢接臂,夹持器被安置在 其端部
操作机械手组件发现了普遍应用并且适于特别有利地将工件和 工具进给机床,并且从中除去。具有这样配置的操作机械手组件可被 安置在机床的一旁以至于可畅通无阻地访问机床。
另外,操作机械手组件的特征是具有夹持器的良好的行进自由和 大的动作半径。因为比较少的构件以及比较少的线性和转动轴线,此 外,其被配置的比较简单和稳固以至于可操作重负载。除此之外,将 操作机械手的几种元素的运动结合在减少访问时间的同时还优化了 动态特性。