CN101811303A - 平面关节机械手 - Google Patents

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李�浩
方磊
包仕林
李怀刚
谢烽
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Wuhan Rentian Packaging Technology Co Ltd
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Wuhan Rentian Packaging Technology Co Ltd
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/10—Programme-controlled manipulators characterised by positioning means for manipulator elements
    • B25J9/106—Programme-controlled manipulators characterised by positioning means for manipulator elements with articulated links
    • B25J9/1065—Programme-controlled manipulators characterised by positioning means for manipulator elements with articulated links with parallelograms
    • B25J9/107—Programme-controlled manipulators characterised by positioning means for manipulator elements with articulated links with parallelograms of the froglegs type

Abstract

本发明涉及一种平面关节机械手，连接如下：安装架与机架连接在一起，两件摆臂一端分别连接在安装架上，两件摆臂另一端分别与一件摆杆相连，两件摆杆的另一端分别连接在抓手架上，抓手架与吸盘组件连接；三角臂的一个支点通过短连接杆与安装架相连，三角臂的另一个支点通过长连接杆与抓手架相连，三角臂的又一个支点连接在一摆臂和一摆杆的连接处；两台伺服电机分别安装在安装架上，每台伺服电机并与一摆臂相连。本发明利用并联机构较高的刚度质量比，易于提高运动精度，相对能获得简单的机构运动学和动力学模型的优点。同时，2台伺服电机固定在与机架相连的安装板上，降低了机构的转动惯量和电机间的惯性耦合。

Description

平面关节机械手
技术领域
本发明涉及一种用于抓取式装箱的平面关节机械手。
背景技术
目前世界上对装箱机的分类大体为三种：跌落式、侧推式和抓取式。前两种装箱机由于涉及难度小，成本相对较低，因此应用较为广泛，但是，随着顾客对外包装的个性化需求，以及物料形状的多样性，跌落式、侧推式装箱机在许多物料装箱中难以实现功能性要求，顾客对抓取式装箱机的渴望与日俱增，但由于抓取式装箱机的核心部分——抓取机械手或机器人成本较高，技术含量高，导致抓取式装箱机的推广应用存在局限性。
发明内容
本发明的目的为了克服上述现有技术存在的问题及缺点，而提供一种基于平面连杆机构的机械原理的平面关节机械手，本发明利用并联机构较高的刚度质量比，易于提高运动精度，相对能获得简单的机构运动学和动力学模型的优点，同时，2台伺服电机固定在与机架相连的安装板上，降低了机构的转动惯量和电机间的惯性耦合。
本发明技术方案为：
平面关节机械手，包括机架、安装架、两件摆臂、两件摆杆、三角臂、短连接杆、长连接杆、抓手架、吸盘组件、两台伺服电机，其特征在于：安装架与机架连接在一起，两件摆臂一端分别连接在安装架上，两件摆臂另一端分别与一件摆杆相连，两件摆杆的另一端分别连接在抓手架上，安装架、两件摆臂、两件摆杆、抓手架组成一个近似平面五连杆机构；抓手架与吸盘组件连接，吸盘组件用以吸取所要抓取的物体；三角臂的一个支点通过短连接杆与安装架相连，并且使安装架、一摆臂、短连接杆、三角臂的连接形成一个平行四边形，三角臂的另一个支点通过长连接杆与抓手架相连，三角臂的又一个支点连接在一摆臂和一摆杆的连接处，并且使三角臂、长连接杆、摆杆、抓手架连接形成另一个平行四边形；两台伺服电机分别安装在安装架上，每台伺服电机并与一摆臂相连并直接驱动摆臂作旋转运动，从而使吸盘组件处于不同的位置以实现吸取和抓放物体的功能。
本发明还包括另一伺服电机、安装支架、主动带轮、同步带、传动带轮、旋转轴，安装支架安装在所述的抓手架上，另一伺服电机、主动带轮、传动带轮分别安装在安装支架上，同步带套在主动带轮、传动带轮上，另一伺服电机与主动带轮相连，吸盘组件通过旋转轴安装在抓手架上。主动带轮、同步带、传动带轮组成一个传动系统，另一伺服电机通过所述的传动系统驱动旋转轴作旋转运动，从而实现吸盘组件的旋转转向。采用伺服电机驱动，能够快速准确地实现吸盘组件的旋转定位
所述的安装架、两件摆臂、两件摆杆、抓手架组成一个近似平面五连杆机构，2台伺服电机分别与2件摆臂连接并带动摆臂作旋转运动。所述的五连杆机构的末端——吸盘组件从运动学原理上讲，其运动轨迹具有多样性，但控制系统采用高性能的运动控制器，通过建立数学模型，使得吸盘抓手在任意瞬间的运动状态与相应的运动轨迹均有对应的关系，从而使吸盘组件能够按照预定的轨迹曲线实现抓放功能。
针对现有串联机械手较低的刚度质量比、滚珠丝杆驱动的直线工作台运动惯量较大，加速度有限的缺点，本发明利用并联机构较高的刚度质量比，易于提高运动精度，相对能获得简单的机构运动学和动力学模型的优点。同时，2台伺服电机固定在与机架相连的安装板上，降低了机构的转动惯量和电机间的惯性耦合。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明的主视图。
图3是本发明的另一结构的左视图。
图4是本发明在实际应用中吸盘组件运动的预定轨迹路线图。
具体实施方式
结合附图对本发明作进一步的描述。
如图1、图2所示，本发明包括机架1、安装架2、两件摆臂3、两件摆杆7、三角臂5、短连接杆4、长连接杆6、抓手架8、吸盘组件9、两台伺服电机10，安装架2与机架1连接在一起，两件摆臂3一端分别连接在安装架2上，两件摆臂3另一端分别与一件摆杆7相连，两件摆杆7的另一端分别连接在抓手架8上，安装架2、两件摆臂3、两件摆杆7、抓手架8组成一个近似平面五连杆机构；抓手架8与吸盘组件9连接，吸盘组件9用以吸取所要抓取的物体；三角臂5的一个支点D通过短连接杆4与安装架2相连，并且使安装架2、一摆臂3、短连接杆4、三角臂5的连接点A、B、C、D形成一个平行四边形，三角臂5的另一个支点E通过长连接杆6与抓手架8相连，三角臂5的又一个支点C连接在一摆臂3和一摆杆7的连接处，并且使三角臂5、长连接杆6、摆杆7、抓手架8连接点C、E、F、G形成另一个平行四边形；两台伺服电机10分别安装在安装架2上，每台伺服电机10并与一摆臂3相连并直接驱动摆臂作旋转运动，从而使吸盘组件处于不同的位置以实现吸取和抓放物体的功能。双平行四边形机构限制了抓手架8及吸盘组件9的转动自由度，确保了抓手架8及吸盘组件9在运动的过程中始终作纯平动。
如图3所示，本发明还包括另一伺服电机11、安装支架12、主动带轮13、同步带14、传动带轮15、旋转轴16，安装支架12安装在所述的抓手架8上，另一伺服电机11、主动带轮13、传动带轮15分别安装在安装支架12上，同步带14套在主动带轮13、传动带轮15上，另一伺服电机11与主动带轮13相连，吸盘组件9通过旋转轴16安装在抓手架8上。在抓手端扩展一根旋转轴，使抓取可以实现360°的旋转。主动带轮13、同步带14、传动带轮15组成一个传动系统，另一伺服电机11通过所述的传动系统驱动旋转轴16作旋转运动，从而实现吸盘组件9的旋转转向。采用伺服电机驱动，能够快速准确地实现吸盘组件9的旋转定位。
吸盘组件在抓取过程中的运动轨迹如图4所示，在X点抓取(放开)物料，在Y点放开(抓取)物料。处于五连杆末端(工作端)的吸盘组件的运动空间具有多样性，采用高性能的运动控制器，通过建立数学模型，使得吸盘抓手在任意瞬间的运动状态与相应的运动轨迹均有对应的关系，从而使吸盘组件能够按照预定的轨迹曲线实现抓放功能。

Claims (2)

1.平面关节机械手，包括机架、安装架、两件摆臂、两件摆杆、三角臂、短连接杆、长连接杆、抓手架、吸盘组件、两台伺服电机，其特征在于：安装架与机架连接在一起，两件摆臂一端分别连接在安装架上，两件摆臂另一端分别与一件摆杆相连，两件摆杆的另一端分别连接在抓手架上，安装架、两件摆臂、两件摆杆、抓手架组成一个近似平面五连杆机构；抓手架与吸盘组件连接；三角臂的一个支点通过短连接杆与安装架相连，并且使安装架、一摆臂、短连接杆、三角臂的连接形成一个平行四边形，三角臂的另一个支点通过长连接杆与抓手架相连，三角臂的又一个支点连接在一摆臂和一摆杆的连接处，并且使三角臂、长连接杆、摆杆、抓手架连接形成另一个平行四边形；两台伺服电机分别安装在安装架上，每台伺服电机并与一摆臂相连。
2.根据权利要求1所述的平面关节机械手，其特征在于：还包括另一伺服电机、安装支架、主动带轮、同步带、传动带轮、旋转轴，安装支架安装在所述的抓手架上，另一伺服电机、主动带轮、传动带轮分别安装在安装支架上，同步带套在主动带轮、传动带轮上，另一伺服电机与主动带轮相连，吸盘组件通过旋转轴安装在抓手架上。
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PB01 Publication
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Open date: 20100825