一種機(jī)械手送料過載保護(hù)技術(shù)

王 偉，李江國，王國娟，嚴(yán)冬梅

（揚(yáng)州鍛壓機(jī)床股份有限公司，江蘇 揚(yáng)州225128）

0 引言

機(jī)械手送料動(dòng)作往往會(huì)因?yàn)樽陨砟p或外部機(jī)械干涉等原因，機(jī)械手送料力劇增，使機(jī)械手出現(xiàn)變形、折斷甚至打模等故障。目前市場(chǎng)上應(yīng)用于步進(jìn)式送料機(jī)械手送料過載保護(hù)的裝置主要是扭矩限制器。將扭矩限制器安裝于機(jī)械手的動(dòng)力輸入軸上，通過控制輸入扭矩大小來實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)。當(dāng)送料出故障時(shí)，送料力增大，輸入扭矩增大，扭矩限制器就會(huì)打滑報(bào)警停機(jī)。扭矩限制器又分兩種，一種為非定位摩擦型扭矩限制器，另一種為定位鋼珠型扭矩限制器。非定位摩擦型扭矩限制器可以起到很好的過載保護(hù)作用，但一旦過載保護(hù)后無法復(fù)位，需要通過調(diào)節(jié)機(jī)械手外部的聯(lián)軸器才能使機(jī)械手送料角度回復(fù)，效率低。定位鋼珠型扭矩限制器可以在過載保護(hù)后使機(jī)床反轉(zhuǎn)即可復(fù)位，但該扭矩限制器成本較高。本文提出一種送料過載保護(hù)裝置，可有效降低機(jī)械手和模具、機(jī)床損壞率，提高設(shè)備可靠性。本技術(shù)適用于送料機(jī)械手，尤其是步進(jìn)式送料機(jī)械手。

本文所述送料機(jī)械手，包括動(dòng)力傳輸裝置、送料軸和送料部件，送料部件安裝在送料軸上，送料機(jī)械手還包括送料過載保護(hù)裝置。與使用扭矩限制器等已有技術(shù)中的機(jī)械手相比，本技術(shù)的送料機(jī)械手簡(jiǎn)單可靠、不易損壞。

1 技術(shù)方案

送料過載保護(hù)裝置包括位移式過載檢測(cè)部件、過載調(diào)節(jié)部件和保護(hù)觸發(fā)部件；位移式過載檢測(cè)部件具有觸頭和斜面；當(dāng)送料出現(xiàn)故障過載時(shí)，送料力增大，觸頭在斜面上移動(dòng)，并且觸頭或斜面產(chǎn)生徑向位移，當(dāng)徑向位移達(dá)到一確定值時(shí)，送料部件與動(dòng)力源相脫離，并且作用桿動(dòng)作保護(hù)觸發(fā)部件，保護(hù)觸發(fā)部件被觸發(fā)，進(jìn)而機(jī)械手和沖床停止動(dòng)作；過載調(diào)節(jié)部件被設(shè)置在送料部件上，并且包括作用桿和儲(chǔ)能腔；作用桿的第一端部與觸頭或斜面連接在一起；儲(chǔ)能腔中的能量對(duì)作用桿和觸頭施加一作用力，并且設(shè)置成調(diào)節(jié)作用力大小即可調(diào)節(jié)送料部件承受的送料力的大小。

保護(hù)觸發(fā)部件包括電路開關(guān)，電路開關(guān)能夠接通或斷開機(jī)械手和沖床與電源的連接。

采用上述技術(shù)方案，使機(jī)械手在送料過載或送料出現(xiàn)卡死故障時(shí)，將動(dòng)力源與機(jī)械手臂等移動(dòng)部分脫開，并觸動(dòng)接近開關(guān)使沖床和機(jī)械手停機(jī)，以便保護(hù)機(jī)械手傳動(dòng)件不被損壞。從而可以在產(chǎn)生故障時(shí)有效保護(hù)機(jī)械手不損壞，便于檢查過載原因，降低維修率，節(jié)約成本。

2 工作原理

如圖1、2 所示，機(jī)械手上的連桿通過銷軸和軸承與連接件相連接，連桿將驅(qū)動(dòng)力傳遞給連接件使之做左右往復(fù)運(yùn)動(dòng)。導(dǎo)向軸與銅套起導(dǎo)向作用，左右往復(fù)送料力通過送料軸傳給送料部件。正常情況下，氣缸活塞在圖示位置，處于下壓狀態(tài)，活塞頭部錐面與送料軸上的錐孔相貼合。當(dāng)送料出現(xiàn)故障過載時(shí)，送料力增大到可以克服氣缸活塞的下壓力，迫使氣缸活塞往回壓縮，最終使得活塞頭部錐面也就是送料部件與送料軸錐孔相脫離，活塞頭部錐面在徑向上移動(dòng)確定的徑向位移，這樣動(dòng)力源就與機(jī)械手送料部件分離，從而保護(hù)了機(jī)械手。由于氣缸被迫動(dòng)作，這時(shí)接近開關(guān)感應(yīng)到活塞桿，使得機(jī)械手和沖床停止動(dòng)作，從而起到過載保護(hù)作用。當(dāng)故障排除時(shí)，將機(jī)械手送料部件手動(dòng)移動(dòng)到合適位置，使氣缸活塞頭部錐面與送料軸錐孔重新結(jié)合，即可完成復(fù)位工作。

圖1 機(jī)械手俯視圖

圖2 送料過載保護(hù)裝置

3 實(shí)施方式

如圖1 所示，送料機(jī)械手包括動(dòng)力傳輸裝置、送料軸、送料部件和送料過載保護(hù)裝置，送料部件安裝在送料軸上。送料過載保護(hù)裝置能夠在送料部件遇到較大阻力時(shí)，脫開送料部件與送料軸之間的動(dòng)力連接。

如圖2 所示，在送料部件與送料軸之間還安裝有銅套，銅套用于送料部件在送料軸上的沿軸向方向L 的運(yùn)動(dòng)導(dǎo)向。當(dāng)送料部件與送料軸脫開動(dòng)力連接時(shí)，送料部件就能夠在送料軸上沿軸向方向L 移動(dòng)，因此銅套的導(dǎo)向有助于減輕送料部件的磨損。

動(dòng)力傳輸裝置包括連桿、銷軸、軸承、連接件和導(dǎo)向軸；連桿通過銷軸和軸承與連接件相連接，并驅(qū)動(dòng)導(dǎo)向軸和送料軸做左右往復(fù)運(yùn)動(dòng)L。正常情況下，送料部件與送料軸保持動(dòng)力連接，因而也能夠隨送料軸做左右往復(fù)運(yùn)動(dòng)L。

送料軸在一端部設(shè)置有擋塊，用以阻止送料部件意外從送料軸上滑落。

根據(jù)本技術(shù)的主要實(shí)施方式，送料過載保護(hù)裝置包括位移式過載檢測(cè)部件、過載調(diào)節(jié)部件和保護(hù)觸發(fā)部件。

位移式過載檢測(cè)部件具有觸頭和斜面；當(dāng)送料出現(xiàn)故障過載時(shí)，送料部件遇到阻力，所需送料力增大，導(dǎo)致觸頭在斜面上移動(dòng)，觸頭或斜面由此產(chǎn)生徑向位移。當(dāng)徑向位移達(dá)到一確定值時(shí)，送料部件與動(dòng)力源脫離，作用桿觸動(dòng)保護(hù)觸發(fā)部件，進(jìn)而機(jī)械手和沖床停止動(dòng)作。

“斜面”在這里可理解為斜面體或者具有斜面的實(shí)體或凹空，例如錐體的側(cè)面、梯形體的腰面、錐孔的內(nèi)表面、梯形凹空的腰面、具有凸輪表面的實(shí)體或凹空。在這里，送料力就是指機(jī)械手驅(qū)動(dòng)送料部件軸向往復(fù)運(yùn)動(dòng)所施加的作用力。

如圖2，徑向方向T 是相對(duì)于送料軸而言，也就是與送料軸的徑向一致。動(dòng)力源可理解為：相對(duì)于動(dòng)力傳遞方向而言，以連桿為基準(zhǔn)，在連桿的上游的部件統(tǒng)稱為動(dòng)力源。徑向位移的確定值可理解為：為了送料部件能夠在送料軸上軸向自由移動(dòng)，觸頭或斜面在徑向上必須移動(dòng)的距離。簡(jiǎn)言之，就是斜面的徑向高度值?！八土喜考c動(dòng)力源相脫離”狹義上是指送料部件能夠在送料軸上軸向自由移動(dòng)。

過載調(diào)節(jié)部件被設(shè)置在送料部件上，并且包括作用桿和儲(chǔ)能腔；作用桿的第一端部與觸頭或者斜面連接在一起；儲(chǔ)能腔中的能量對(duì)作用桿和觸頭施加一作用力，并且設(shè)置成調(diào)節(jié)作用力的大小就能夠調(diào)節(jié)送料部件承受的送料力的大小。儲(chǔ)能腔可理解為：在一封閉或者不封閉的腔室內(nèi)充滿各向同性壓力或各向異性壓力。作為實(shí)例，在封閉的腔室內(nèi)充滿壓力氣體或壓力液體，對(duì)觸頭或者斜面施加一徑向作用力分量；或者在不封閉的腔室內(nèi)設(shè)置壓縮彈簧或拉伸彈簧，對(duì)觸頭或者斜面施加一徑向作用力分量。過載調(diào)節(jié)部件對(duì)觸頭或斜面施加一徑向作用力分量，使得在正常工作情況下，送料部件與送料軸接合在一起，尤其是在軸向方向L 方面可傳遞動(dòng)力地接合在一起，亦即，送料軸進(jìn)行左右送料運(yùn)動(dòng)時(shí)，送料部件隨同送料軸作軸向往復(fù)運(yùn)動(dòng)。在正常工作情況下，送料軸與送料部件在軸向方向L 上被徑向作用力分量鎖定在一起。當(dāng)送料出現(xiàn)故障過載時(shí)，送料部件亦即觸頭或者斜面受到的軸向作用力分量足以克服其受到的徑向作用力分量的鎖定作用，觸頭或者斜面發(fā)生軸向位移和徑向位移，送料軸與送料部件之間的軸向鎖定被逐步解除，并且，當(dāng)觸頭或斜面的徑向位移達(dá)到確定值時(shí)，這種軸向鎖定被完全解除，送料部件在軸向作用力分量的作用下，可以在送料軸上自由移動(dòng)，從而與動(dòng)力源完全脫開，保護(hù)送料部件不受這種送料過載阻力的損害。

保護(hù)觸發(fā)部件包括電路開關(guān)，電路開關(guān)能夠接通或斷開機(jī)械手和沖床與電源的連接，確保機(jī)械手在發(fā)生過載故障時(shí)立即停機(jī)，將對(duì)機(jī)器受到損害的風(fēng)險(xiǎn)降至最低。

有保護(hù)觸發(fā)部件可以設(shè)置在送料部件或者過載調(diào)節(jié)部件上，當(dāng)然也可根據(jù)使用觸發(fā)方式的不同而安置在任何合適的位置。優(yōu)選保護(hù)觸發(fā)部件設(shè)置在過載調(diào)節(jié)部件上，并且還包括接近開關(guān)，當(dāng)作用桿移動(dòng)確定的徑向位移時(shí)，作用桿的第二端部觸碰到接近開關(guān)，保護(hù)觸發(fā)部件被觸發(fā)，進(jìn)而機(jī)械手和沖床停止動(dòng)作。

4 結(jié)論

采用本文技術(shù)方案，使機(jī)械手在送料過載或送料出現(xiàn)卡死故障時(shí)，將動(dòng)力源與機(jī)械手臂等移動(dòng)部分脫開，并觸動(dòng)接近開關(guān)使沖床和機(jī)械手停機(jī)，以保護(hù)機(jī)械手傳動(dòng)件不被損壞。本技術(shù)方案可在產(chǎn)生故障時(shí)有效保護(hù)機(jī)械手，便于檢查過載原因，降低維修率，節(jié)約成本。

[1]權(quán)修華.沖壓自動(dòng)化與壓力機(jī)改造[M].合肥：安徽科學(xué)技術(shù)出版社，1992.

[2]肖南峰.工業(yè)機(jī)器人[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011.

[3]郭洪紅.工業(yè)機(jī)器人技術(shù)[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2012.

[4]孫樹棟.工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)[M].西安：西北工業(yè)大學(xué)出版社，2010.