CN101451598A - 一种复合运动连杆机构 - Google Patents

Abstract

一种复合运动连杆机构，包括滑杆、滑块，摆杆和铰接件，滑块沿固定滑杆作直线往复运动，摆杆I的后端与滑块铰接，摆杆II的前端与摆杆I铰接，摆杆II的后端与固定铰轴铰接，固定铰轴的固定点与滑杆之间的垂直距离大于零，摆杆I与滑块铰接点到摆杆I与摆杆II铰接点之间的长度和固定铰轴的固定点与滑块之间的长度之和大于摆杆II的长度。优点是：仅对滑块上施以外力使其沿滑杆做往复直线运动即可使摆杆产生伸缩、摆动的同步偶合，本连杆机构用于机器人抓手和工件的定位、夹紧装置，可简化机器人抓手实现上述偶合动作所需的复杂机构，增加机器人末端的自由度，扩大抓手的活动空间，而且可使工件实现快速、准确地定位夹紧，提高工效。

Description

一种复合运动连杆机构

技术领域

本发明涉及直线运动与摆动复合的连杆机构，尤其涉及三连杆复合运动机构，适用于工业机器人末端的机械手抓取物体或汽车白车身零部件制造中对工件的定位夹紧。

背景技术

目前，公知的工业机器人末端的机械手，抓取物体是通过由气缸驱动连杆组成的摆动机构来实现的，使用范围小，外形体积大，无法实现对外形复杂工件的抓取，机器人末端必须运动到使物体位于机械手内部特定位置时，通过气缸驱动机械手的连杆摆动将物体夹持，完成抓取过程；汽车白车身零部件制造中，对工件的定位夹紧有时需要气缸夹具进行直线伸缩和旋转夹紧两个动作才能完成，通常的做法是用两个气缸分别驱动连杆分步进行，工件需置于夹具内部才能进行定位、加紧，工件的放置、取出受到夹具周边空间的限制；不仅机构复杂，而且成本高、可靠性低；对于大部分单缸杆摆夹具，其摆动角度小于90度，工件需放置在摆杆下方，夹具有碍于工件的放置与取出。

发明内容

本发明的目的是：

1、设计出一种连杆结构，将直线运动与旋转运动合成为一次完成的复合运动，应用于机械手，以克服现有机器人末端的机械手使用范围小，外形体积大，无法实现对外形复杂工件的抓取的缺点。

2、简化需要用两个气缸分别进行直线伸缩和旋转夹紧的机构，仅用一个气缸驱动一种三连杆复合运动机构以实现直线伸缩和旋转夹紧两个运动过程，不仅机构大大简化，而且降低制造成本、提高夹具的可靠性。

3、根据该机构设计的夹具，其打开状态时，连杆结构处位于工件的下方，有利于工件的放置与取出，而且该机构易于实现多规格、多工步的柔性夹具的设计。

本发明的技术方案是：一种复合运动连杆机构，包括滑杆、滑块，摆杆和铰接件，滑块沿固定滑杆作直线往复运动，摆杆I的后端与滑块铰接，这一点为A点，摆杆II的前端与摆杆I铰接，这一点为B点，摆杆II的后端与固定铰轴铰接，固定铰轴铰接点为C点，其结构在于：所述的摆杆II与摆杆I铰接的绞接点，即B点，在摆杆I上的位置是在摆杆I后端与滑块的铰接点到摆杆I前端之间的杆体上，所述的固定铰轴的固定点不在滑块直线运动轨迹线及其延长线上，固定铰轴的固定点与滑杆之间的垂直距离大于零，即AC之间的长度大于零(AC>0)，摆杆I与滑块铰接点到摆杆I与摆杆II铰接点之间的长度和固定铰轴的固定点与滑块之间的长度之和大于摆杆II的长度，即AB+AC>BC。

本发明所述的复合运动连杆机构，其结构在于所述的摆杆II一端与摆杆I铰接的绞接点在摆杆I上的位置，即B点的位置在从摆杆I前端至摆杆I长度的5/6处。

本发明所述的复合运动连杆机构，其特征在于：所述的摆杆I是以铰接点B为支点的杠杆。

本发明所述的复合运动连杆机构，其结构在于所述的复合运动连杆机构的外力作用点在滑块上。

本发明的原理是：滑块沿滑杆做往复直线运动，带动摆杆I沿滑杆轴线方向作往复直线运动并沿滑块和摆杆II上的铰接点摆动，固定铰接轴与滑杆的距离大于零，使摆杆I围绕摆杆II上的铰接点(B)摆动，摆杆II围绕固定铰轴铰接点(C)摆动，摆杆I和摆杆II分别作不同角度的摆动，形成摆杆I沿滑杆轴线方向的往复直线运动与沿铰接点(B)摆动的复合运动；摆杆I同时起到杠杆的作用，用以夹持物体或夹紧工件。本发明关键在于：A、C两点的距离在机构运动中不断变化，最小值必须大于零，且为避免运动中的死点，A、B两点的距离与A、C两点的距离之和大于B、C两点的距离，即本发明成立的两个基本条件是：

1)AC>0；

2)AB+AC>BC；

本发明不同于曲柄—滑块机构，曲柄—滑块机构是：滑块沿滑杆往复直线运动，摆杆做摆动，连杆沿固定铰接轴做圆周运定，两者区别在于：

本发明是将其中一连杆沿直线伸出的同时实现摆动，以夹持物体或压紧工件；曲柄一滑块机构是用曲柄和滑块来实现圆周转动和直线往复移动相互转换。

本发明中做直线往复移动的滑块的轨迹线不经过固定铰接轴，且二者的距离必须大于零；曲柄—滑块机构中的固定铰接轴圆心位于滑块做直线往复移动轨迹线的延长线上。

本发明的优点是：仅在滑块上施以外力使其沿滑杆做往复直线运动即可使摆杆I产生伸缩、摆动的同步偶合，可简化机器人抓手实现上述偶合动作所需的复杂机构。

附图说明

本发明共有附图8幅，其中

图1是本发明原理图；

图2是曲柄—滑块机构的原理图：

图3是本发明机构运动的分步示意图：

图4是本发明机构分步运动的叠加示意图；

图5—1是本发明应用于机器人抓手的状态一示意图

图5—2是本发明应用于机器人抓手的状态二示意图；

图6—1是本发明应用于工件定位、加紧的状态一示意图；

图6—2是本发明应用于工件定位、加紧的状态二示意图。

附图中，1、滑杆  2、滑块  3、摆杆I  4、摆杆II  5、固定铰轴  6、曲柄—滑块机构的滑杆  7、曲柄—滑块机构的滑块  8、曲柄—滑块机构的摆杆  9、曲柄—滑块机构的摆杆  10、曲柄—滑块机构的固定铰轴  11、转接器  12、工件  13、工件  14、夹具平台

具体实施方式

具体实施例1：

附图5-1～5-2是应用于机器人抓手的实施例，包括滑杆1、滑块2、摆杆I3、摆杆II4和铰接件5，滑杆1是直线钢制滑轨，滑轨长368mm，滑块2沿滑轨运动，滑块上设绞轴，摆杆I 3和摆杆II 4均为钢制杆，摆杆I 3长度为150mm，摆杆I 3的一端与滑块2上的绞轴铰接，摆杆II 4长155mm，摆杆II 4的一端与摆杆I 3在摆杆I的B点处铰接，B点至滑块上绞轴点的长度为112mm，摆杆II 4的另一端与固定铰轴5铰接，固定铰轴铰接点为C点，C点与滑轨之间的垂直距离为112mm。本实施例应用于机器人抓取物体。图5-1、5-2分别表示根据本发明设计的机器人抓手在抓取物体的两种状态，图5-1中，机器人抓手通过转接器11与机器人末端联结，机器人末端只需运动到物体11的上方时，通过气缸驱动抓手的连杆，或者通过蜗轮蜗杆驱动抓手的连杆，同步进行伸出——摆动动作，将物体夹持，完成抓取过程，增加了机器人末端的自由度，扩大了其运动空间。

具体实施例2：

附图6-1～6-2是应用于夹紧装置的实施例，连杆包括滑杆1、滑块2，摆杆I3、摆杆II4和铰接件5，滑杆1是直线钢制滑轨，滑轨长160mm，滑块2沿滑轨运动，滑块上设绞轴，摆杆I 3和摆杆II 4均为钢制杆，摆杆I 3长度为100mm，摆杆I 3的一端与滑块2上的绞轴铰接，摆杆II 4长50mm，摆杆II 4的一端与摆杆I3在摆杆I的B点处铰接，B点至滑块上绞轴点的长度为40mm，摆杆II 4的另一端与固定铰轴5铰接，固定铰轴铰接点为C点，C点与滑轨之间的垂直距离为40mm。本实施例应用于零部件加工中的定位、加紧：图6-1、6-2分别示意根据本发明设计的夹具工作状态，工件13放置于夹具的上方，夹具的连杆在汽缸的驱动下，同步进行伸出到位和摆动夹紧的动作，工件的取放不受夹具周边空间的限制，简化取放工件的操作过程，实现工件快速、准确的定位、夹紧，提高功效。

Claims (4)

1、一种复合运动连杆机构，包括滑杆(1)、滑块(2)、摆杆(3、4)和铰接件(5)，滑块(2)沿固定滑杆(1)作直线往复运动，摆杆I(3)的后端与滑块(2)铰接，这一点为A点，摆杆II(4)的前端与摆杆I(3)铰接，这一点为B点，摆杆II(4)的后端与固定铰轴(5)铰接，固定铰轴(5)铰接点为C点，其特征在于：所述的摆杆II(4)与摆杆I(3)铰接的绞接点，即B点，在摆杆I(3)上的绞接点位置是在摆杆I(3)后端与滑块(2)的铰接点到摆杆I(3)前端之间的杆体上，所述的固定铰轴(5)的固定点不在滑块(2)直线运动轨迹线及其延长线上，固定铰轴(5)的固定点与滑杆(1)之间的垂直距离大于零，即AC之间的长度大于零(AC>0)，摆杆I(3)后端与滑块(2)铰接点到摆杆I(3)与摆杆II(4)铰接点之间的长度和固定铰轴(5)的固定点与滑块(2)之间的长度之和大于摆杆II(4)的长度，即AB+AC>BC。

2、根据权利要求1所述的一种复合运动连杆机构，其特征在于所述的摆杆II(4)与摆杆I(3)铰接的绞接点在摆杆I(3)上的位置，即B点的位置在从摆杆I(3)前端至摆杆I长度的5/6处。

3、根据权利要求2所述的一种复合运动连杆机构，其特征在于：所述的摆杆I(3)是以与摆杆II(4)铰接的铰接点B为支点的杠杆。

4、根据权利要求1所述的一种复合运动连杆机构，其特征在于所述的复合运动连杆机构的外力作用点在滑块(2)上。

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