一种基于流水线的抓取平台的制作方法

本发明属于流水线生产技术领域，具体涉及一种基于流水线的抓取平台。

背景技术：

在当下激烈的市场环境中，企业要想在竞争中发展就需要不断的产品创新以及大规模的制造来降低成本，提高生产效率，由此工业自动化流水线应运而生。机械工程的自动化技术，是伴随着现代制造业水平的提高而发展起来的。其不仅关系到制造领域自身的技术水平的发展，更是跨领域技术融合的体现。输送机械手的主要作用是搬运工件，将工件从上一个加工工位搬运至下一个加工工位，实现工件在不同加工工序间的流动，因此被广泛应用在自动化流水线生产上。机械手的使用不仅提高了产品的生产质量和自动化水平，还可以降低人工的使用提高生产产量。目前以及未来，自动化流水线的发展趋势是适应柔性生产，需要不断提高加工生产精度和工厂无人化水平，实现自动化工厂。

目前国内大多数保温杯企业的生产线仍然采用人工操作，一人一机完成特定的加工过程，生产效率取决于工人的劳动效率。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于流水线的抓取平台，有效提高系统灵活性和响应性，缩短故障调试时间，减少人工干预，并使得系统能够灵活地适应生产变化，有效地将资源分配到需要的地方，提高企业生产效率。

本发明采用以下技术方案：

一种基于流水线的抓取平台，包括工作台，工作台设置在x向传动装置上，x向传动装置通过滚珠丝杠与工作台连接，用于驱动工作台沿x向运动，x向传动装置的下方设置有z向传动装置，z向传动装置通过伺服电动缸与x向传动装置连接，用于驱动x向传动装置沿z向运动，工作台上设置有y向传动装置，y向传动装置的两端对应设置有双向抓取装置，y向传动装置能够驱动双向抓取装置沿y向运动。

具体的，双向抓取装置包括主体固定块，主体固定块的两侧设置有第一连接构件，主体固定块和第一连接构件分别与第二连接构件的一侧连接，第二连接构件的另一侧中心设置有v型调节固定块，v型调节固定块的一端经第二连接构件与主体固定块连接，另一端与v型块定位件连接，v型调节固定块和v型块定位件的两侧对称设置有柔性手指。

进一步的，v型块定位件包括圆柱部分，圆柱部分能够在v型块调节固定块正中间的圆柱孔中上下移动用于调节距离；第二连接构件的上方设置有用于检测是否有待抓取工件的红外线距离感应器。

具体的，x向传动装置包括底板，底板上设置有轴承座，轴承座内设置有角接触球轴承，z向传动装置通过轴承座与x向传动装置连接。

进一步的，底板上设置有第一滚珠丝杠，第一滚珠丝杠的两侧设置有矩形导轨，工作台设置在矩形导轨内，并与第一滚珠丝杠连接。

进一步的，底板的两侧设置有挂件，挂件与z向传动装置的基座之间对应设置有导杆。

具体的，y向传动装置包括横向基座，横向基座的两端对应设置有直线气缸，直线气缸的进气口与排气口相对设置，直线气缸通过滑块与双向抓取装置连接，横向基座的中间对应不同的直线气缸分别设置有三位五通电磁阀。

进一步的，横向基座为槽型结构，直线气缸与三位五通电磁阀均设置在横向基座内，横向基座上设置有风琴保护罩，横向基座的下方与工作台连接。

具体的，z向传动装置采用伺服电动缸，包括伺服电机，伺服电机与第二滚珠丝杠连接，第二滚珠丝杠设置在缸体内，缸体的前端设置有前端盖和直线位移传感器。

进一步的，缸体固定在基座上，基座与地面固定连接。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

本发明一种基于流水线的抓取平台，在三个不同运动方向采用不同的驱动方式，并通过抓取手对工件进行抓取；其中，抓取手抓取动作驱动的运动方式为气动，因为该柔性抓取手要求包容性好，且轻便无污染。抓取平台在x向运动的驱动方式为电机驱动滚珠丝杠传动，因为x方向的运动为不同工位间的传递运动，要求其传动平稳精准；抓取平台在y向运动的驱动方式为气动驱动，因为抓取手为柔性抓取手，且气动传动相应迅速，满足该方向动作要求。抓取平台在z方向的驱动方式为伺服电动缸驱动，因为其传动平稳且承载较高。本发明平台在三个方向的传动考虑到各个运动方向不同的设计要求，因此结合不同使用要求对不同方向的传动个性化设计；并考虑到三个方向传动的连接的稳定性均采用螺栓连接。通过对工厂的调研，现有的流水线抓取手一般为工业机器人或人工，这两种方式因为成本太高已不适合现有的流水线抓取工作，所以本发明契合这样的技术缺陷，具有较好的市场需求。

进一步的，双向抓取装置的设置，使得加工生产效率提高；两侧对称分布独立安装在同一个横向基座上，可以满足两边同时进行抓放的工作作业，也可以根据产量需求不同单边独立作业。

进一步的，设计v型块定位件为宽v型块，其优点是能使工件回转成4点接触，从而实现限制4个自由度；采用v形块装置定位保温杯内胆、外壳工件；v形块具有较好的自动定心作用，可以保证在两柔性手指模块弯曲抓取杯体时，杯体每次都在空间同一位置，保证定位准确，便于之后的放置工作；并且v型块具有一定的伸缩范围，配合柔性手指模块的间距进行调节，以适应柔性生产不同规格的工件的需求；调节好距离后通过紧定螺丝进行固定；通过这个微调装置，以达到实际安装调试时各个抓取头部伸出长度略有误差的情况下，以v型块作为定位基准，保证抓取头部两边关于中心线对称，便精准定位实现抓取放置环节。

进一步的，x向传动装置为滚珠丝杠传动，其传动平稳，且精度较高；适用于本装置的抓取手将工件从一个工位平稳且精准地转移至另一个工位的设计要求。

进一步的，有别于第二滚珠丝杠，第一滚珠丝杠为x向滚珠丝杠传动装置的驱动元件；其精度高于第二滚珠丝杠，承载力较第二滚珠丝杠弱；第一滚珠丝杠起转移工件的作用，第二滚珠丝杠为伺服电动缸固有设计，其本身承载力强。

进一步的，挂件与导杆均是为了防止抓取平台在x向与z向运动时由于重心的变化引起小幅的受力不均导致颠簸与震动而设计的；挂件与导杆相互配合，提高了平台在z方向的运动平稳度，也保证在遇到不可测的振动时平台能保持设计的运动精度。

进一步的，y向传动机构设置的目的是为了实现抓取手机构的往复直线运动，采用直线气缸传动的优点在于工作介质易得、便于集中供气、动作迅速反应快且环境适应性好。

进一步的，横向基座是零件装配的基体，由于要有足够的空间来安装气动元件及管路，其结构设计为槽型，两端的空间用来安装柔性手指模块，下方中间的通孔用于连接电机轴，而通孔两侧的螺栓孔用于连接升降支撑台。

进一步的，z向传动装置可承载上面装置的z向移动，采用伺服电动缸可保证运动过程中的平稳性。

进一步的，缸体采用法兰和螺栓与基座相连，基座用地脚螺栓与地面连接的目的是为了增加整体装置的稳定性，避免在工作过程中产生晃动或偏移。

综上所述，本发明将输送与夹取定位放置二者合二为一，既具有流水线连续输送物料的能力，又避免了使用昂贵工业机器人，拥有精准夹取定位放置物料的能力，简化了自动化生产线，降低了成本，具有一定的工程应用价值。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为抓取手图；

图2为第一连接构件图；

图3为第二连接构件图；

图4为v型调节固定块图；

图5为v型定位件图；

图6为主体固定块图；

图7为y向传动图；

图8为管路放大图；

图9为直线气缸滑块图；

图10为横向基座图；

图11为工作台图；

图12为滚珠丝杠连接图；

图13为x向装置俯视图；

图14为z向装置图；

图15为伺服电动缸图；

图16为本发明抓取平台示意图；

图17为底板俯视图；

图18为x向传动装置与z向传动装置的组合图；

图19为x向传动装置与z向传动装置连接图。

其中：1.双向抓取装置；2.第一连接构件；3.第二连接构件；4.v型调节固定块；5.v型块定位件；6.主体固定块；7.柔性手指；8.工作台；10.第一滚珠丝杠；11.x向传动装置；12.z向传动装置；13.伺服电机；14.缸体；15.前端盖；16.直线位移传感器；17.第二滚珠丝杠；18.y向传动装置；19.底板；20.轴承座；21.角接触球轴承；22.挂件；23.导杆；31.直线气缸；32.横向基座；33.三位五通电磁阀；34.管路；35.风琴保护罩。

具体实施方式

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“一侧”、“一端”、“一边”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在附图中示出了根据本发明公开实施例的各种结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。

请参阅图16，本发明一种基于流水线的抓取平台，包括双向抓取装置1、工作台8、x向传动装置11、y向传动装置18和z向传动装置12。

y向传动装置18设置在工作台8上，双向抓取装置1设置在y向传动装置18上用于实现y向传动，z向传动装置12设置在工作台8的下方，通过x向传动装置11与工作台8连接，z向传动装置12通过伺服电动缸驱动工作台进行z向传动，x向传动装置11用于带动工作台8实现x向传动，y向传动装置18通过支撑板与x向传动装置11连接，通过第一滚珠丝杠10带动支撑板沿x向导轨运动。

请参阅图1，双向抓取装置1采用柔性机械手，负责抓取工件或将工件放回下一工位，包括：第一连接构件2、第二连接构件3、v型调节固定块4、v型块定位件5、主体固定块6和柔性手指7。

请参阅图2、图3和图6，第一连接构件2设置在主体固定块6的两侧，分别与第二连接构件3的一侧连接，第二连接构件3的另一侧中心设置有v型调节固定块4，v型调节固定块4的端部设置有v型块定位件5，v型调节固定块4和v型块定位件5的两侧对称设置有柔性手指7。

请参阅图4和图5，v型块调节固定块4与v型块定位件5配合使用，v型块调节固定块4通过四个螺栓与第二连接构件3紧固；v型块定位件5的圆柱部分能够在v型块调节固定块4正中间的圆柱孔中上下移动以调节距离。

v型块定位件5的圆柱部分标有刻度，根据抓取工件不同，调到对应位置。调节好距离位置后，通过v型块调节固定块4侧面的一个紧固螺钉，紧固v型块定位件5，使其稳固不动。

柔性手指7的间距调节属于电机带动的自动调节，v型调节固定块4属于手动调节；调节好两柔性手指和v型块组合后，即可抓取指定类型工件，抓取不同类型工件需重新调节。

双向抓取装置1初始状态下处于张开位置，左右对称的两个柔性手指7通过同一个动力源双轴电机带动的螺栓原地旋转使第一连接构件2左右移动，使得与第一连接构件2通过螺栓固定的柔性手指左右移动；第一连接构件2在第二连接构件3上的固定矩形轨道上限制自由度，因此只能左右滑动，而不会旋转。

抓取时，通过安装在第二连接构件3上方的红外线距离感应器，检测两柔性手指7之间是否有待抓取工件，当检测到工件后，柔性手指7通过其配套的控制器，控制柔性手指7内气腔气压为负压，使其弯曲抱拢工件，工件被抱拢时，一侧与v型块定位件5接触，通过v型块定位件5使工件位置确定；

抓取过程如同人手抓杯子，抓取到指定位置后，放开工件过程如下：

两个柔性手指7通过配套的控制器控制柔性手指7内的气腔气压为正压，是其恢复初始状态，即两柔性手指伸直，这时被抓取的工件被放开；双向抓取装置1通过第二连接构件3上的v形突起和v形凹陷进行定位，通过主体固定块6用四个螺栓进行固定，组装成一整体使用，也可单独使用。

请参阅图19，x向传动装置11通过底板19上的轴承座20与z向传动装置12连接，轴承座20内嵌在底板19的底面，z向传动轴为阶梯轴，阶梯轴轴肩与轴承座阶梯面相配合，角接触球轴承21内圈与z向传动轴配合，外圈与轴承座内表面配合，轴承外用弹簧挡圈做轴向固定。

请参阅图11和图12，x向传动装置11采用第一滚珠丝杠10进行传动，负责沿流水线方向将工件从某一工位移动到下一工位。

滚珠丝杠10为长轴，由两个轴承座固定，轴承座由螺栓连接在底板上。为了保证第一滚珠丝杠10运动的平稳性，在轴承座两边各设置矩形导轨，以起到导引丝杠运动的目的。

六角头螺栓通过工作台8上的连接孔与y向传动装置18螺栓连接，工作台8上设置有对称分布连接孔，通过连接孔将工作台8与滑块与滚珠螺母座螺栓连接，使得工作台8和滚珠丝杠传动系统连接起，滚珠螺母座的作用是连接滚珠丝杠10与工作台8的结构零件。

请参阅图7和图8，y向传动装置18采用直线气缸传动，负责沿垂直于流水线的方向将工件从工位取出或放回。

y向传动装置18包括直线气缸31、横向基座32、三位五通电磁阀33和管路34。

由于本装置为左右对称结构，因此需要两个对称布置的直线气缸31以及两个三位五通电磁阀33，其中，直线气缸31布置在横向基座32的两端，通过螺栓固定到横向基座32的底部，依靠滑块的移动带动双向抓取装置1运动，三位五通电磁阀33布置在横向基座32中间的两侧，同样采用螺钉固定在基座壁上，每个三位五通电磁阀33控制一个直线气缸31。

请参阅图9，双向抓取装置1整体连接到直线气缸31的滑块上，通过螺栓固定，双向抓取装置1的头部固定块与气缸滑块之间设置有一个增高垫块，在具体实施时可根据需要调节垫块的厚度。

请参阅图10，横向基座32采用槽型结构，其是零件装配的基体，直线气缸31与三位五通电磁阀33均装配到横向基座32里面，内部须有足够的空间来安装气动元件及管路。直线气缸31的滑块与双向抓取装置1相连，要求横向基座32的两侧有一定的空间来安装双向抓取装置1，因此两侧的高度较中间部分相对低一些。同时横向基座32也是一个连接件，横向基座32的下面通过螺栓与工作台8固连，可在其带动下实现x向平移与z向升降。由于横向基座32内具有众多电气元件，在实际生产中为实现防尘、防水，需采用风琴保护罩35，连接在横向基座上部，风琴保护罩35可以在上方的导轨滑动。

横向基座32的内部具有四个螺钉孔，用于与下板固定连接，中间具有一个通孔用于连接电机轴，在其右侧开有一个圆孔，其目的为将气管以及一些电气连接线通过此孔通入横向基座32中。

三位五通电磁阀33的作用在于控制气体的流动方向、流量、速度和其他的参数，由于本装置需实现伸缩功能，具有两个极限位置，且为防止在运行中途突然停电而导致位置的不确定，还需要一个位置，因此需采用三位五通电磁阀33加以控制执行机构。

请参阅图8，压缩气体从工厂配置的气源管路经外部的三联件传输到本装置，经由一个三通的管路34将压缩空气分配给两个三位五通电磁阀33，分别控制两侧的直线气缸31，压缩空气从进气口流进气缸，推动内部的活塞运动，从而带动外部的滑块移动，直线气缸31中排出的气体则由排气口回流到三位五通电磁阀33，实现一个循环，此为正向运动即伸出，三位五通电磁阀33控制气流反向流动，可实现反向运动即缩回，因此直线气缸31的进气口与排气口相对设置。

z向传动装置12采用伺服电动缸，负责竖直方向的移动并避免z向传送过程中发生剧烈碰撞。

请参阅图14，z向传动装置12起到支撑上面所有装置且上下移动的动作要求，为了保证传动的平稳性和承载能力，选择伺服电机的缸体14作为驱动元件，要求z方向的底端固定，并支撑整套装置，故设计了一个基座，将缸体14通过法兰和螺栓固定在基座上，并用地脚螺栓将基座牢牢固定在地面。

请参阅图18，为了维持x向传动装置11的平衡，在基座底板两侧中部打了4个孔，x向传动装置11通过导杆23与基座连接避免倾斜。

请参阅图15，伺服电动缸是将伺服电机与滚珠丝杠一体化设计的模块化产品，包括伺服电机13、缸体14、前端盖15、直线位移传感器16和第二滚珠丝杠17，伺服电机13与第二滚珠丝杠17连接，第二滚珠丝杠17设置在缸体14内，缸体14的前端设置有前端盖15和直线位移传感器16。

将伺服电机13的旋转运动通过第二滚珠丝杠17-螺母传动副转换成直线运动，同时将伺服电机13的特点：精确的转速控制、精确的转数控制和精确的扭矩控制转变成精确的速度控制、精确的位置控制和精确的推力控制，是实现了高精度直线运动控制的全新革命性产品。

请参阅图13，整个传动系统的动力源由伺服电机fanuc∝8/3000i型电机驱动，伺服电机13通过膜片弹性联轴器与第二滚珠丝杠17轴连接，为了保证伺服电机13与联轴器传动的平稳性，也为了加强电机在底板上固定的稳定性，设计了电机座，电机座右侧面与电机螺栓连接，下底面与底板上的孔螺栓连接。

请参阅图15，传动装置的运动顺序如下：

伺服电机13旋转带动联轴器旋转，联轴器将运动传递到第二滚珠丝杠17，第二滚珠丝杠17旋转通过滚珠螺母使工作台8平移运动，工作台8平移带动双向抓取装置1和y向传动装置18运动。

请参阅图13，因为工作台8的平移过程中整个装置会发生x方向的移动，整个装置的质心在平移过程中会发生变化，这对装置运动平稳性造成一定的影响。为了解决这个问题，在底板19的两个侧面安装连接挂件22，挂件22通过螺栓连接固结在底板19的侧面。

z向传动装置12伸出导杆23，导杆23通过挂件22的中心孔上下移动，以此提高整个装置在运动过程中的平稳性。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中的描述和所示的本发明实施例的组件可以通过各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

随着市场竞争日益激烈，企业要想在激烈的竞争中立足，除了产品的质量、产品的更新之外，还必须靠规模化大生产降低成本和提供充裕的资源保证，这就为工业自动化生产流水线的发展提供了基础。

当今世界人口多达70多亿人，仅中国人口就多达14亿以上。2015年我国不锈钢真空保温器皿市场保有量达到6.25亿只，人均保有量达到0.45亿只。可见市场对保温杯的需求量巨大。本发明作为一种保温杯内胆、外壳工件自动化流水线加工生产的工作平台，具有一定的市场需求。本设计实现了将传统工厂的人工操作改成了自动化流水线生产模式，将工人从重复的劳动中解放出来，可以不间断的进行24小时加工生产，缩短生产周期有效的提高产量。

表1主要标准产品的价格表

在上表中，单价2800元的两台伺服电动缸是按照6台设备串联工作模式选取的，平均到单个工作平台的价格为930元左右。本设计中的自主设计制作零件，以及连接所使用的内六角螺钉、气管及气缸接头等标准件未出现在上表中，根据初略估计，非标零件价格大致为1600元。综上所述，单个工作平台的成本在5800元左右。采用本设计取代传统的人工操作方式可以实现24小时无间断生产，一个完整运动周期在8秒左右。与工人每天工作8小时，月工资3500元左右相比具有较好的竞争优势。可以有效的降低企业生产成本，提高生产效率，提高市场竞争力。

本发明主要解决的技术关键问题为以下几个方面：

1、设计满足柔性生产需求，适应各种大小型号的保温杯内胆、外壳精确定位、抓取、放置机构；

2、实现“一线双机”的高效生产方式；

3、利用伺服驱动和气动驱动，实现空间位置的精准定位移动；

4、利用单片机控制实现一系列动作的自动化；

5、合理的机械结构设计，实现现场安装调试时定位精度的微调；

6、实现模块化设计，根据实际需求连接模块，加长、缩短流水线。

本发明结合plc技术、伺服驱动技术、气动驱动技术实现机械结构的自动化运行，以实现“机器换人”，提高生产效率，降低生产成本，实现安全生产；将输送系统与机械手夹取、定位、放置系统合二为一，以更低的成本取代工业机器人，实现自动化流水线生产；实现各工作平台的平行同步输送模块化设计，更符合实际生产需求，适应柔性生产。

综上所述，本发明一种基于流水线的抓取平台，设计满足柔性生产需求，适应各种大小型号的保温杯内胆、外壳精确定位、抓取、放置机构。实现“一线双机”的高效生产方式。利用伺服驱动和气动驱动，实现空间位置的精准定位移动。合理的机械结构设计，实现现场安装调试时定位精度的微调。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。