[0001] 本发明涉及一种机械手，尤其是涉及一种标牌焊接机械手，属于工业机器人技术领域。

[0002] 随着钢铁工业及其信息化技术的迅速发展，对钢铁产品从生产到成品投放市场全过程的在线检测、产品质量跟踪、以及永久性质量追溯的要求越来越高。为生产完成的钢铁产品标记该产品的生产信息标签是钢铁产品生产工艺流程的最后一步，也是实现钢铁产品全流程可追溯最为关键的步骤。目前国内钢铁企业大多采用人工标记方式，由工人在钢材表面上通过写字、打标、喷码等方法作标记。这些常用方法所标记的标签存在容易丢失或模糊而不可识别的隐患。标牌焊接是指通过焊钉穿挂标牌焊接到钢铁产品表面，具有标记明显、焊接牢固等优点。但标牌焊接过程复杂、现场生产节奏快、钢坯表面温度很高，人工操作过程存在质量不稳定和安全问题，还容易使标号与钢坯不能一一对应而造成“混钢”的问题。

[0010] 结合图1‑8说明本发明的结构与操作。

[0011] 以特钢棒材生产为例，在特钢棒材精整生产线的成捆棒材端面焊牌工位，标牌焊接机械手应用于标牌焊接机器人系统实现自动标牌焊接。

[0012] 标牌焊接机械手，安装在工业机器人的末端，自动完成焊钉和标牌的抓取、焊钉的焊接与多余焊钉尾部掰断的动作，包括标牌吸取机构1、夹钉焊接机构2和摆动掰钉机构3。标牌吸取机构1通过法兰与工业机器人4的末端固联，夹钉焊接机构2安装在标牌吸取机构1的上面，摆动掰钉机构3安装在标牌吸取机构1的一侧。

[0013] 标牌吸取机构1包括真空吸盘1‑1、挡块1‑2、吸盘安装板1‑3、推杆气缸1‑4、行程开关挡片1‑5、弹簧1‑6、行程开关1‑7、底部支撑板1‑8、真空发生器1‑9、后支撑板1‑10、压力开关1‑11、压力开关支架1‑12、滑板1‑13、标牌吸取机构导轨1‑14、法兰1‑15和标牌吸取机构滑块1‑16。法兰1‑15的一端与工业机器人4末端固联，法兰1‑15的另一端连接底部支撑板1‑8。底部支撑板1‑8上面后侧布置有真空发生器1‑9和压力开关支架1‑12。压力开关1‑11安装在压力开关支架1‑12上。行程开关1‑7布置在底部支撑板1‑8上面中部。标牌吸取机构导轨
1‑14竖向安装在底部支撑板1‑8上面。后支撑板1‑10安装在底部支撑板1‑8的后侧。挡块1‑2的材质为橡胶，挡块1‑2固定在底部支撑板1‑8上面前侧。滑板1‑13下面固联两个标牌吸取机构滑块1‑16。标牌吸取机构滑块1‑16与标牌吸取机构导轨1‑14滑动配合。弹簧1‑6的前端连接底部支撑板1‑8、弹簧1‑6的后端连接滑板1‑13。滑板1‑13右侧中部固定安装行程开关挡片1‑5。推杆气缸1‑4安装在滑板1‑13右侧前面。吸盘安装板1‑3的一端固定真空吸盘1‑1，吸盘安装板1‑3的另一端与推杆气缸1‑4固联。

[0014] 夹钉焊接机构2包括气缸支撑块2‑1、焊钉气缸2‑2、焊钉气缸滑块2‑3、绝缘块2‑4和焊钳2‑5。气缸支撑块2‑1固定安装在标牌吸取机构1的滑板上。焊钉气缸2‑2安装在气缸支撑块2‑1上，焊钉气缸2‑2内部设有两个焊钉气缸滑块2‑3。两个绝缘块2‑4分别固定在焊钉气缸滑块2‑3上。两个焊钳2‑5分别安装在两个绝缘块2‑4上。焊钳2‑5的材质为紫铜。两个焊钳2‑5头部分别设有半圆形的凹槽，相互闭合时可以夹紧圆形焊钉的尾部、并与焊钉紧密接触。

[0015] 摆动掰钉机构3包括导轨安装板3‑1、侧支撑板3‑2、夹钉气缸下摆杆3‑3、夹钉气缸3‑4、夹钳3‑5、右复位块3‑6、夹钉气缸上摆杆3‑7、左复位块3‑8、三位置气缸3‑9、复位气缸滑块3‑10、复位气缸3‑11、复位块连接板3‑12、顶支撑板3‑13、摆动掰钉机构导轨3‑14、动滑块支撑块3‑15和摆动掰钉机构滑块3‑16。导轨安装板3‑1固定安装在标牌吸取机构1的底部支撑板上面。导轨安装板3‑1的一侧固定侧支撑板3‑2。摆动掰钉机构导轨3‑14纵向安装在导轨安装板3‑1的上面，导轨安装板3‑1的一侧固定有三位置气缸3‑9。三位置气缸3‑9伸出的活塞杆前端固联动滑块支撑块3‑15。动滑块支撑块3‑15安装在摆动掰钉机构滑块3‑16上。摆动掰钉机构滑块3‑16与摆动掰钉机构导轨3‑14形成导轨滑块配合。夹钉气缸3‑4下面与夹钉气缸下摆杆3‑3固联。夹钉气缸下摆杆3‑3搭在侧支撑板3‑2上。夹钉气缸下摆杆3‑3开设有滑槽。滑槽与动滑块支撑块3‑15上的动滑块组成滑块滑槽配合。两个夹钳3‑5安装在夹钉气缸3‑4头部的两个手指上，夹钳3‑5开有凹槽，可以通过闭合夹钳3‑5夹紧焊钉。夹钉气缸3‑4上面与夹钉气缸上摆杆3‑7固联。复位气缸3‑11安装在顶支撑板3‑13上，顶支撑板
3‑13固定在导轨安装板3‑1的上面。复位气缸3‑11内设有两个复位气缸滑块3‑10，复位气缸滑块3‑10上分别安装有两个复位块连接板3‑12，两个复位块连接板分别固定右复位块3‑6和左复位块3‑8。

[0016] 本发明标牌焊接机械手的工作过程：（1）准备过程
将标牌焊接机械手通过法兰1‑15与工业机器人4的末端安装位置相定位，然后用
螺钉将机械手安装在工业机器人4的末端。

[0017] （2）夹取焊钉由工业机器人4带动机械手到达指定取钉位置，控制焊钉气缸2‑2带动焊钳2‑5闭合夹取焊钉。

[0018] （3）吸取标牌夹取焊钉后由工业机器人4带动机械手到达指定吸取标牌位置，调整位姿带动机
械手运动，使焊钳2‑5夹紧的焊钉头部穿入标牌上部的孔内。此时真空吸盘1‑1位于标牌上方，推杆气缸1‑4通过吸盘安装板1‑3带动真空吸盘1‑1推出，使真空吸盘1‑1完全贴合标牌上表面。空气压缩机通过真空发生器1‑9控制真空吸盘1‑1操作吸取动作吸取标牌，然后推杆气缸1‑4带动真空吸盘1‑1将标牌收回到预定位置。

[0019] （4）焊接标牌机械手携带焊钉和标牌由工业机器人4带动到需要焊接的圆钢端面，使焊钉对准
圆钢端面中心，由工业机器人4带动机械手向前抵到圆钢端面上，使被夹紧的焊钉与圆钢端面紧密贴合。此时，由于存在相互作用力和导轨滑块配合，固联在滑板上的夹钉焊接机构2和标牌吸取机构1会带动滑板1‑13一起相对底部支撑板1‑8向后移动，连接滑板1‑13和底部支撑板1‑8的弹簧1‑6被拉伸，将硬接触转化为缓冲接触保护机械手。

[0020] 此时电焊机正极连接焊钳2‑5，负极与圆钢相连。控制电焊机给焊钉延时通断电使焊钉端面融化粘接在圆钢端面，标牌即被固定在圆钢端面。

[0021] （5）掰断焊钉标牌焊接结束后空气压缩机通过真空发生器1‑9控制真空吸盘1‑1释放吸力，焊钉气缸2‑2带动焊钳2‑5张开。工业机器人4带动机械手向后移动一段距离，然后控制工业机器人4使机械手位姿旋转一定角度，使摆动掰钉机构夹钉气缸3‑4所携带夹钳3‑5张开的中心对准已焊接完成的焊钉。此时复位气缸3‑11内的两个复位气缸滑块3‑10处于闭合状态，间接带动右复位块3‑6和左复位块3‑8闭合夹紧，两者夹紧来限制住夹钉气缸上摆杆3‑7的移动，进而限制夹钉气缸3‑4的位姿，保证夹钳3‑5夹钉位置准确。工业机器人4带动机械手向前水平移动，使夹钉气缸3‑4带动夹钳3‑5闭合夹住焊接完成焊钉的多余尾部。

[0022] 夹住焊钉之后，复位气缸3‑11通过两个复位气缸滑块3‑10间接带动右复位块3‑6和左复位块3‑8张开，使夹钉气缸上摆杆3‑7和夹钉气缸3‑4处于自由状态。然后由三位置气缸3‑9对动滑块支撑块3‑15做往复的推出收回运动，通过动滑块与夹钉气缸下摆杆3‑3的滑槽配合转化为夹钉气缸3‑4的摆动，摆动的中心位于焊钉上，通过摆动掰断多余的焊钉尾部。掰断焊钉后夹钉气缸3‑4带动夹钳3‑5张开，使掰断的焊钉尾部自然掉落，复位气缸3‑11通过两个复位气缸滑块3‑10间接带动右复位块3‑6和左复位块3‑8闭合，两者夹紧重新限制住夹钉气缸3‑4的位姿。所有工作完成后工业机器人4带动机械手返回初始工作状态。