電能表紙箱智能拆包輔助系統及方法
【技術領域】
[0001 ]本發明涉及一種電能表紙箱智能拆包輔助系統及方法。
【背景技術】
[0002]每個新的電能表都配備有紙箱，電能表紙箱體積比較大，在安裝電能表時需要拆除紙箱。目前，國內電網的電表拆包仍由人工完成，勞動強度大、生產效率低。尤其是在集中更換電能表時需要大量的勞動力拆表箱，拆電能表紙箱浪費了工作人員大量的不必要時間，耽誤了整體的安裝更換進程，造成工作效率低下。
【發明內容】
[0003]本發明的目的在于提供一種電能表紙箱智能拆包輔助系統及方法，以解決上述技術問題;本發明有效的降低了成本，并使生產線發展成為柔性制造系統，適應現代自動化大生產。
[0004]為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案:
[0005]電能表紙箱智能拆包輔助系統，包括能轉動的腰座，所述腰座的上部連接可垂直伸縮的大臂的一端，所述大臂的另一端連接能水平伸縮的小臂的一端，所述小臂的另一端通過腕部連接能夠張合的末端執行器。
[0006]進一步的，所述腰座包括基座，所述基座上固定有腰基座，所述腰基座上固定有電機;腰基座上安裝有腰部回轉軸，腰部回轉軸外周固定連接有腰部大齒輪;腰基座的內部與腰部回轉軸之間設有一對圓錐滾子軸承；電機的輸出軸上安裝有小齒輪，該小齒輪與腰部大齒輪嚙合;腰部回轉軸與大臂一端固定連接。
[0007]進一步的，所述電機采用步進電機。
[0008]進一步的，所述大臂包括第一液壓缸和三個第一導桿，第一液壓缸的第一活塞桿和三個第一導桿都垂直的連接第一連接板，大臂通過垂直連接第一連接板的第二連接板連接小臂。
[0009]進一步的，所述小臂包括第二液壓缸和兩個第二導桿，所述第二液壓缸的第二活塞桿和兩個第二導桿都垂直的連接所述第二連接板，第二活塞桿和兩個第二導桿的排列成三棱柱形。
[0010]進一步的，所述第一導桿和第二導桿為空心結構。
[0011]進一步的，所述腕部包括用于固定第二液壓缸的液壓缸支撐板，所述液壓缸支撐板通過連接梁與末端執行器連接。
[0012]進一步的，所述末端執行器包括殼體，所述殼體內設有活塞，活塞的端部通過配合工作的齒輪連接兩個手指，通過活塞的往復運動能夠帶動兩個手指張合。
[0013]進一步的，所述大臂的上部設有上限行程開關，下部設有下限行程開關，所述上限行程開關和下限行程開關都與控制器連接，控制器的輸出端連接電磁閥。
[0014]電能表紙箱智能拆包輔助系統的工作方法，包括以下步驟:
[0015]步驟一，小臂前伸，伸到設定位置后停止；
[0016]步驟二，大臂向下收縮，帶動小臂和末端執行器下降，同時末端執行器張開，下降到設定位置后，末端執行器將所要夾持的電能表紙箱夾住；
[0017]步驟三，大臂向上伸出，帶動小臂和末端執行器上升，到達設定高度后停止向上伸出，腰座逆時針轉動90° ;
[0018]步驟四，大臂向下收縮，帶動小臂和末端執行器下降，到達設定高度后，末端執行器將紙箱放到設定位置上進行拆包；
[0019]步驟五，大臂向上伸出，帶動小臂和末端執行器上升，到達設定高度后停止向上伸出，腰座順時針轉動90°回到原位；
[0020]步驟六，拆包完畢后，腰座逆時針轉動90°，大臂向下收縮，帶動小臂和末端執行器下降，同時末端執行器張開，下降到設定位置后停止下降，末端執行器將所要夾持的電能表夾住；
[0021]步驟七，大臂向上伸出，帶動小臂和末端執行器上升，到達設定高度后停止向上伸出，腰座順時針轉動90° ;
[0022]步驟八，大臂向下收縮，帶動小臂和末端執行器下降，到達設定高度后，末端執行器將電能表放到設定位置，一個分揀碼垛結束；
[0023]步驟九，大臂向上伸出，帶動小臂和末端執行器上升，到達設定高度后停止向上伸出，小臂往后收縮，末端執行器閉合，恢復到原位。
[0024]相對于現有技術，本發明具有以下有益效果:
[0025]本發明可以實現紙箱包裝帶的拆除、紙箱脫箱、電能表分揀等工序;可以拆解固定尺寸規格的紙箱，抓取不同規格的電能表;實現電能表的抓取、分揀和重新碼垛。提高了生產加工的工作效率，降低了成本，并使生產線發展成為柔性制造系統，適應現代自動化大生產。
【附圖說明】
[0026]圖1為腰座結構示意圖；
[0027]圖2為腕部結構示意圖；
[0028]圖3為末端執行器結構示意圖；
[0029]其中，1.電機，2.腰部回轉軸，3.圓錐滾子軸承，4.腰基座，5.腰部大齒輪，6.基座，
7.液壓缸支撐板，8.連接梁，9.末端執行器，10.活塞，11.手指。
【具體實施方式】
[0030]下面結合附圖與實施例對本發明作進一步說明。
[0031]請參閱圖1至圖3所示，本發明一種電能表紙箱智能拆包輔助系統，包括能轉動的腰座，腰座的上部連接可垂直伸縮的大臂的一端，大臂的另一端連接能水平伸縮的小臂的一端，小臂的另一端通過腕部連接能張合的末端執行器9。
[0032]如圖1所示，腰座包括基座6，基座6上固定有腰基座4，腰基座4上固定有電機I;腰基座4上安裝有腰部回轉軸2，腰部回轉軸2外周固定連接有腰部大齒輪5。腰基座4的內部與腰部回轉軸2之間設有一對圓錐滾子軸承3。電機I的輸出軸上安裝有小齒輪，該小齒輪與腰部大齒輪5嚙合。
[0033]電機I的輸出軸帶動水平放置的腰部大齒輪5水平轉動，腰部大齒輪5帶動腰部回轉軸2水平轉動，進而可以帶動大臂水平轉動。
[0034]電機I采用步進電機。因為電動方式控制的精度能夠很高，而且結構緊湊，不用設計另外的液壓系統及其輔助元件，因此腰座回轉的驅動形式是電機通過減速機構來實現。腰座是整個系統的第一個回轉關節，對機械手的最終精度影響大，故采用電機驅動來實現腰部的回轉運動。一般電機都不能直接驅動，考慮到轉速以及扭矩的具體要求，采用大傳動比的齒輪傳動系統進行減速和扭矩的放大。因為齒輪傳動存在著齒側間隙，影響傳動精度，故采用一級齒輪傳動，采用大的傳動比(大于100)，同時為了減小機械手的整體結構，齒輪采用高強度、高硬度的材料，高精度加工制造，盡量減小因齒輪傳動造成的誤差。
[0035]腰部回轉軸2與大臂一端通過法蘭固定連接。大臂包括第一液壓缸和三個第一導桿，第一液壓缸的第一活塞桿和三個第一導桿都垂直連接第一連接板，大臂通過垂直連接第一連接板的第二連接板連接小臂。大臂和小臂垂直設置。
[0036]小臂包括第二液壓缸和兩個第二導桿，第二液壓缸的第二活塞桿和兩個第二導桿都垂直連接第二連接板，第二活塞桿和兩個第二導桿的排列成三棱柱形。
[0037]機械手的垂直手臂(大臂)升降和水平手臂(小臂)的伸縮運動都為直線運動。直線運動的實現一般是氣動傳動，液壓傳動以及電動機驅動滾珠絲杠來實現。考慮到搬運工件的重量較大，考慮加工工件的質量達30KG，屬中型重量，同時考慮到機械手的動態性能及運動的穩定性，安全性，對手臂的剛度有較高的要求。綜合考慮，兩手臂的驅動均選擇液壓驅動方式，通過液壓缸的直接驅動，液壓缸既是驅動元件，又是執行運動件，不用再設計另外的執行件了 ；而且液壓缸實現直線運動，控制簡單，易于實現計算機的控制。因為液壓系統能提供很大的驅動力，因此在驅動力和結構的強度都是比較容易實現的，關鍵是機械手運動的穩定性和剛度的滿足。因此手臂液壓缸的設計原則是缸的直徑取得大一點(在整體結構允許的情況下)，再進行強度的校核。
[0038]為減小質量，第一導桿和第二導桿為空心結構。通過增設導桿，能顯著提高機械手的運動剛度和穩定性，比較好的解決了結構、穩定性的問題。
[0039]如圖2所示，腕部包括用于固定第二液壓缸的液壓缸支撐板7，液壓缸支撐板7通過連接梁8與末端執行器9連接。
[0040]機器人的手臂運動(包括腰座的回轉運動)，給出了機器人末端執行器9在其工作空間中的運動位置，而安裝在機器人手臂末端的手腕，則給出了機器人末端執行器在其工作空間中的運動姿態。機器人手腕是機器人操作機的最末端，它與機器人手臂配合運動，實現安裝在手腕上的末端執行器的空間運動軌跡與運動姿態，完成所需要的作業動作。
[0041]通過對機械手拆包分揀碼垛作業的具體分析，考慮機械手的具體形式及對機械手拆包分揀碼垛作業時的具體要求，在滿足系統工藝要求的前提下提高安全和可靠性，為使機械手的結構盡量簡單，降低控制的難度，本發明手腕不增加自由度，實踐證明這是完全能滿足作業要求的，3個自由度來實現機機械手拆包分揀碼垛作業完全足夠。
[0042]如圖3所示，末端執行器9包括殼體，殼體內設有活塞10，活塞10的端部通過配合工作的齒輪連接兩個手指11，通過活塞10的往復運動帶動兩個手指11張合。
[0043]末端執行器9是安裝在機器人手腕上用來進行某種操作或作業的附加裝置。機器人末端執行器的種類很多，以適應機器人的不同作業及操作要求。末端執行器可分為搬運用、加工用和測量用等。
[0044]機器人夾持器及機器人手爪。一般工業機器人手爪，多為雙指手爪。按手指的運動方式，可分為回轉型和移動型，按夾持方式來分，有外夾式和內撐式兩種。
[0045]結合具體的工作情況，本實施例中采用連桿杠桿式的手爪。驅動活塞往復移動，通過活塞桿端部齒條，中間齒條及扇形齒條使手指張開或閉合。手指的最小開度由加工工件的直徑來調定。本實施例按照工件的直徑為50_來設計。
[0046]大臂的上部設有上限行程開關，下部設有下限行程開關，上限行程開關和下限行程開關都與控制器連接，控制器的輸出端連接電磁閥。垂直升降和水平伸縮用液壓實現驅動，而液壓缸又由相應的電磁閥控制。上限行程開關和下限行程開關用于限定大臂上下升降的幅度。
[0047]電能表紙箱智能拆包輔助系統的工作方法，包括以下步驟:
[0048]步驟一，小臂前伸，伸到設定位置后停止；
[0049]步驟二，大臂向下收縮，帶動小臂和末端執行器下降，同時末端執行器張開，下降到設定位置后，末端執行器將所要夾持的紙箱夾住；
[0050]步驟三，大臂向上伸出，帶動小臂和末端執行器上升，到達設定高度后停止向上伸出，腰座逆時針轉動90° ;
[0051]步驟四，大臂向下收縮，帶動小臂和末端執行器下降，到達設定高度后，末端執行器將紙箱放到設定位置上進行拆包；
[0052]步驟五，大臂向上伸出，帶動小臂和末端執行器上升，到達設定高度后停止向上伸出，腰座順時針轉動90°回到原位；
[0053]步驟六，拆包完畢后，腰座逆時針轉動90°，大臂向下收縮，帶動小臂和末端執行器下降，同時末端執行器張開，下降到設定位置后停止下降，末端執行器將所要夾持的電能表夾住；
[0054]步驟七，大臂向上伸出，帶動小臂和末端執行器上升，到達設定高度后停止向上伸出，腰座順時針轉動90° ;
[0055]步驟八，大臂向下收縮，帶動小臂和末端執行器下降，到達設定高度后，末端執行器將電能表放到設定位置，一個分揀碼垛結束；
[0056]步驟九，大臂向上伸出，帶動小臂和末端執行器上升，到達設定高度后停止向上伸出，小臂往后收縮，末端執行器閉合，恢復到原位。
[0057]上述雖然結合附圖對本發明的【具體實施方式】進行了描述，但并非對本發明保護范圍的限制，所屬領域技術人員應該明白，在本發明的技術方案的基礎上，本領域技術人員不需要付出創造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發明的保護范圍以內。
【主權項】
1.電能表紙箱智能拆包輔助系統，其特征在于，包括能轉動的腰座，所述腰座的上部連接可垂直伸縮的大臂的一端，所述大臂的另一端連接能水平伸縮的小臂的一端，所述小臂的另一端通過腕部連接能夠張合的末端執行器。2.如權利要求1所述電能表紙箱智能拆包輔助系統，其特征在于，所述腰座包括基座，所述基座上固定有腰基座，所述腰基座上固定有電機;腰基座上安裝有腰部回轉軸，腰部回轉軸外周固定連接有腰部大齒輪;腰基座的內部與腰部回轉軸之間設有一對圓錐滾子軸承；電機的輸出軸上安裝有小齒輪，該小齒輪與腰部大齒輪嚙合;腰部回轉軸與大臂一端固定連接。3.如權利要求2所述電能表紙箱智能拆包輔助系統，其特征在于，所述電機采用步進電機。4.如權利要求1所述電能表紙箱智能拆包輔助系統，其特征在于，所述大臂包括第一液壓缸和三個第一導桿，第一液壓缸的第一活塞桿和三個第一導桿都垂直的連接第一連接板，大臂通過垂直連接第一連接板的第二連接板連接小臂。5.如權利要求4所述電能表紙箱智能拆包輔助系統，其特征在于，所述小臂包括第二液壓缸和兩個第二導桿，所述第二液壓缸的第二活塞桿和兩個第二導桿都垂直的連接所述第二連接板，第二活塞桿和兩個第二導桿的排列成三棱柱形。6.如權利要求5所述電能表紙箱智能拆包輔助系統，其特征在于，所述第一導桿和第二導桿為空心結構。7.如權利要求5所述電能表紙箱智能拆包輔助系統，其特征在于，所述腕部包括用于固定第二液壓缸的液壓缸支撐板，所述液壓缸支撐板通過連接梁與末端執行器連接。8.如權利要求1所述電能表紙箱智能拆包輔助系統，其特征在于，所述末端執行器包括殼體，所述殼體內設有活塞，活塞的端部通過配合工作的齒輪連接兩個手指，通過活塞的往復運動能夠帶動兩個手指張合。9.如權利要求1所述電能表紙箱智能拆包輔助系統，其特征在于，所述大臂的上部設有上限行程開關，下部設有下限行程開關，所述上限行程開關和下限行程開關都與控制器連接，控制器的輸出端連接電磁閥。10.電能表紙箱智能拆包輔助系統的工作方法，其特征在于，基于權利要求1至9中任一項所述的電能表紙箱智能拆包輔助系統，包括以下步驟: 步驟一，小臂前伸，伸到設定位置后停止； 步驟二，大臂向下收縮，帶動小臂和末端執行器下降，同時末端執行器張開，下降到設定位置后，末端執行器將所要夾持的電能表紙箱夾住； 步驟三，大臂向上伸出，帶動小臂和末端執行器上升，到達設定高度后停止向上伸出，腰座逆時針轉動90° ; 步驟四，大臂向下收縮，帶動小臂和末端執行器下降，到達設定高度后，末端執行器將紙箱放到設定位置上進行拆包； 步驟五，大臂向上伸出，帶動小臂和末端執行器上升，到達設定高度后停止向上伸出，腰座順時針轉動90°回到原位； 步驟六，拆包完畢后，腰座逆時針轉動90°，大臂向下收縮，帶動小臂和末端執行器下降，同時末端執行器張開，下降到設定位置后停止下降，末端執行器將所要夾持的電能表夾住； 步驟七，大臂向上伸出，帶動小臂和末端執行器上升，到達設定高度后停止向上伸出，腰座順時針轉動90° ; 步驟八，大臂向下收縮，帶動小臂和末端執行器下降，到達設定高度后，末端執行器將電能表放到設定位置，一個分揀碼垛結束； 步驟九，大臂向上伸出，帶動小臂和末端執行器上升，到達設定高度后停止向上伸出，小臂往后收縮，末端執行器閉合，恢復到原位。
【專利摘要】本發明公開了一種電能表紙箱智能拆包輔助系統及方法，所述系統包括能轉動的腰座，所述腰座的上部連接可垂直伸縮的大臂的一端，所述大臂的另一端連接能水平伸縮的小臂的一端，所述小臂的另一端通過腕部連接能夠張合的末端執行器。本發明可以實現紙箱包裝帶的拆除、紙箱脫箱、電能表分揀等工序；可以拆解固定尺寸規格的紙箱，抓取不同規格的電能表；實現電能表的抓取、分揀和重新碼垛。提高了生產加工的工作效率，降低了成本，并使生產線發展成為柔性制造系統，適應現代自動化大生產。
【IPC分類】B65B69/00, B25J9/14
【公開號】CN105710879
【申請號】CN201610228833
【發明人】羅威, 宋曉林, 孫剛, 周航, 侯云
【申請人】國家電網公司, 國網陜西省電力公司電力科學研究院, 許繼電源有限公司