CN102717382B - 多机械手同步抱抓机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多机械手同步抱抓机构，属于自动化设备领域。本设备包括机械手同步抱抓平台，同步架垂直升降平台，同步架横向移动平台，其特征是机械手同步抱抓平台通过无杆气缸滑块和直线导轨滑块固定在同步架垂直升降平台上，同步架垂直升降平台中直线导轨上下端固定于同步架升降平台上。同步抱抓平台实现机械手的对作业对象的抱抓动作。垂直升降平台机械手对工作对象的抓起和放置。同步架横向移动平台实现机械手对作业对象的横向搬运转移。其特点在于以机器代替手工操作，自动完成对多个作业对象的同步抱抓夹持和搬运转移，结构简单、方便、实用，环保节能，自动化程度高，性能可靠。

Description

多机械手同步抱抓机构

技术领域

本发明涉及一种多机械手同步抱抓机构，可以自动完成对多个作业对象的同步抱抓夹持和搬运转移，属于自动化设备领域。

背景技术

机械手作为机器人的一个重要分支，随着工业自动化水平的不断提高，其自动化生产设计在近几十年来发展迅速。机械手可代替人的繁重劳动以实现生产的机械和自动化，能在各种环境下完成指定的工作任务，因而被广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能的部门。由于作业对象的形状、大小、成分存在差异，因此要求机械手的有一定的适应性，同时作业效率是设备重要性能指标，因此要求在最小的功耗和最简单的结构条件下，实现最大的工作效能输出。针对机械手工作过程中易失稳、作业效率低等问题，研发较为简单的机构实现机械手对作业对象的抓取和抱紧，且在一次作业过程中完成对多个作业对象的同步作业，对于作业效率将会有很大程度的提高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是具有同步抱抓动作的多机械手同步抱抓机构的设计。该设计不仅结构简单，功能完善，通过同步装置还提高了作业效率和质量。机械手采用侧面抱抓作业对象的方式，机械手末端夹持块具有一定的弹性和硬度，确保机械手能够对作业对象进行很好的保护，减少对作业对象的破坏。同时利用新型结构实现机械手对作业对象的起落搬运动作。

通过对机械手同步抱抓机构的功能模块划分，本发明主要采用如下的技术方案来实现：

能够实现对作业对象抱抓动作的机械手同步抱抓平台1，机械手同步抱抓平台1包括有：机械手4、两个同步装置滑块(5_a、5_b)、气缸6、同步架7、两条拉绳(8_a、8_b)、两个小滑轮((9_a、9_b)、气缸活塞10、两条同步装置滑块轨道(11_a、11_b)、夹持块12。同步架7上安装有两条平行同步装置滑块轨道(11_a、11_b)，两个同步装置滑块(5_a、5_b)分别沿同步装置滑块轨道(11_a、11_b)运动。拉绳(8_a、8_b)通过小滑轮(9_a、9_b)分别连接两个同步装置滑块(5_a、5_b)左右两端，实现两个同步装置滑块同步相对运动，小滑轮(9_a、9_b)安装在同步架7左右两端内侧上，拉绳穿过小滑轮。机械手4左机械臂4_a安装在一个同步装置滑块5_a上，机械手4右机械臂4_b安装在另一个同步装置滑块5_b上，左右机械手臂相隔固定距离在同步装置滑块(5_a、5_b)上阵列布置，机械手臂在运动过程中互不干涉。机械手4末端水平固定有橡胶材质的夹持块12。气缸6安装在同步架7一侧，气缸活塞10平行连接在安装左机械臂的同步装置滑块5_a上，气缸活塞10直线带动同步装置滑块5_a沿同步装置滑块轨道11_a运动，同时通过同步装置滑块(5_a、5_b)两侧拉绳(8_a、8_b)作用，实现机械手左右机械手臂相对运动，从而实现机械手的抱紧和松开动作。

②能够实现作业对象垂直升降的同步架垂直升降平台2，包括有：无杆气缸13、两条直线导轨(14_a、14_b)、横向导轨滑块连接架15、无杆气缸滑块16、两个直线导轨滑块(17_a、17_b)、两条直线导轨固定架(18_a、18_b)。无杆气缸13固定在横向导轨滑块连接架15后侧，与地面垂直安装，无杆气缸滑块16连接同步架7侧面，无杆气缸13负责驱动。直线导轨(14_a、14_b)一端固定在横向导轨滑块连接架15上，另一端通过直线导轨固定架(18_a、18_b)固定在横向导轨滑块上24上。两个直线导轨滑块(17_a、17_b)分别连接在同步架7左右两端，直线导轨(14_a、14_b)负责机械手同步抱抓平台1的垂直升降导向，无杆气缸滑块16垂直上下运动，带动同步抱抓平台1沿直线导轨垂直升降运动。可以共同调节无杆气缸13和直线导轨(14_a、14_b)的行程控制同步抱抓平台1的垂直升降行程。

③能够实现作业对象横向移动的同步架横向移动平台3，包括有：横向导轨电机19、导轨座20、横向导轨传动轴21，横向导轨22，齿形同步带23，横向导轨滑块24，三个限位开关(25_a、25_b、25_c)。横向电机19固定在导轨座20上，横向电机导轨传动轴21实现齿形同步带23传动，同步齿形带23固接横向导轨滑块24，横向导轨滑块24随齿形同步带23一起运动，横向导轨滑块24沿横向导轨22运动，带动垂直升降平台2和同步抱抓平台1共同横向移动。限位开关(25_a、25_b、25_c)安装在横向导轨22上，完成对横向导轨滑块24的定位。

本发明可以取得如下有益效果：

①提出了不同于通过楔形块或者凸轮结构实现机械手夹紧的结构方式，利用机械手同步抱抓平台中同步装置滑块(5_a、5_b)和气缸6等共同作用实现同步夹紧，不仅保证了机械手同步抱抓机构抱抓工作的一致性，也减少了结构体积和动力需求，提高工作效率同时降低了制造成本。

②所设计的机械手突破传统意义上的至上而下抓取的方式，通过对人工夹持和搬运动作的分析，从而机械理论设计和建模仿真设计出了更加贴近实际生产要求的侧面抱抓的方案，机械手4由两个机械臂组成，机械臂具有一定弯曲，分别安装在同步装置滑块(5_a、5_b)上，机械手4末端水平固定有橡胶材质的夹持块12，减免机械手在抱抓过程中对作业对象的伤害，同时可以调节机械手臂和夹持块12的尺寸配合不同的作业对象。

③利用无杆气缸13具有快速高效，结构精简，能够承受一定的负载的特点，直线导轨(14_a、14_b)具有很好的导向作用。将无杆气缸13和直线导轨(14_a、14_b)运用于机械手同步抱抓机构的垂直升降平台中，在保证工作稳定性的前提下，减少了机械手同步抱抓机构的体积，同时提高了作业效率。

本发明具有如下效果：机械手通过同步架的夹紧装置自动实现对作业对象的夹紧，同时可以实现多个手爪同时作业，垂直升降平台实现了机械手抱抓作业对象完成快速起落，横向移动平台实现了机械手抱抓作业对象从起始处水平移动至目的地。机械手同步抱抓机构结构紧凑，运作稳定，功能完善，自动化程度高，提高了作业效率，同时降低了生产成本。

附图说明

附图1本发明的整体结构示意图

附图2机械手同步抱抓平台结构示意图

附图3同步架垂直升降平台结构示意图

附图4同步架横向移动平台结构示意图

附图(5_a、5_b)机械手夹紧示意图

附图6机械手松开示意图

图中：1、机械手同步抱抓平台，2、同步架垂直升降平台，3、同步架横向移动平台，4、机械手，(5_a、5_b)、同步装置滑块，6、气缸，7、同步架，(8_a、8_b)、拉绳，(9_a、9_b)、小滑轮，10、气缸活塞，(11_a、11_b)、同步装置滑块轨道，12、夹持块，13、无杆气缸，(14_a、14_b)、直线导轨，15、横向导轨滑块连接架，16、无杆气缸滑块，(17_a、17_b)、直线导轨滑块，(18_a、18_b)、直线导轨固定架，19、横向导轨电机，20、导轨座，21、横向导轨传动轴，22、横向导轨，23、齿形同步带，24、横向导轨滑块，(25_a、25_b、25_c)限位开关。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的说明：

如图1所示，本发明主要包括机械手同步抱抓平台1，同步架垂直升降平台2，同步架横向移动平台3。

如图2所示，一组机械手4分为左机械臂4_a和右机械臂4_b，图中共有8组机械手4，同步装置滑块(5_a、5_b)分为左同步装置滑块5_a和右同步装置滑块5_b，左机械臂4_a固定在同步装置滑块5_a上，右机械臂4_b固定在同步装置滑块5_b上。气缸6固定在同步架7上，气缸6驱动同步装置滑块5_a运动，拉绳(8_a、8_b)通过小滑轮(9_a、9_b)分别将两同步装置滑块(5_a、5_b)左右两端连接在一起。当机械手4需要夹紧作业对象时，气缸活塞10缩回，带动同步装置滑块5_a沿同步装置滑块轨道5_a向右运动，同时拉绳(8_a、8_b)拉着同步装置滑块5_b沿同步装置滑块轨道11_b向左运动，从而实现机械手4的夹紧。为保证夹持过程中对作业对象尽可能的保护，机械手4末端部分固定橡胶材质的夹持块12。

如图3所示，无杆气缸上端固定于横向移动平台导轨滑块连接架15上，垂直安装。无杠气缸滑块16连接与同步架7后侧面，无杠气缸驱动滑块16实现同步架7沿直线导轨垂直升降运动，直线导轨下端通过直线导轨固定架(18_a、18_b)固定在横向导轨滑块24上，直线导轨滑块(17_a、17_b)固定在同步架左右两侧，直线导轨(14_a、14_b)起导向作用。通过无杠气缸13驱动和直线导轨(14_a、14_b)导向共同实现机械手4对作业对象的抓取和放置。

如图4所示，横向导轨电机19和导轨座20连接在一起，并将动力传入到横向导轨传动轴21。齿形同步带23和横向导轨滑块24固定在一起，当横向导轨电机19带动横向导轨传动轴21转动时，齿形同步带23在横向导轨传动轴21的传动下带动横向导轨滑块24在横向导轨22上滑动。限位开关25控制横向导轨电机19的通断，从而实现横向导轨滑块24停留在指定的工作位置。通过横向导轨滑块运动实现机械手4对作业对象的横向搬运。

如图5和图6所示，通过气缸活塞10的伸缩运动，在拉绳(8_a、8_b)的牵引下，同步装置滑块(5_a、5_b)进行空间水平错位运动，从而实现机械手的夹紧和松开动作。图5为机械手4夹紧前状态，图6为机械手4夹紧后状态。

本发明的工作流程如下:横向导轨滑块24左端位于限位开关25_a处，此时同步架7位于作业对象一侧，无杆气缸滑块处16最底端，机械手4处于松开状态，位于作业对象外侧，正对作业对象，横向导轨滑块23横向运动至限位开关25_b，夹持块12到达作业对象左右两侧，气缸活塞10缩回，左右机械臂4靠近，夹持块12抱紧作业对象合适部位。无杆气缸滑块16上升，同步架7上升，机械手4将作业对象抬起。横向导轨滑块24横向运动至限位开关25_c处，即作业对象处于目的地正上方，无杆气缸滑块16下降至底端带动同步架7下降，气缸活塞10伸出，机械手4松开，将作业对象安全放置于目的地。横向导轨横向23运动回到初始位置限位开关25_a处，如此完成一次工作流程。

本发明中仅通过一个气缸6驱动实现了机械手4的夹紧动作，一个无杆气缸13驱动实现机械手的升降，同步装置实现了对多个作业对象同时作业，可通过调节机械手安装位置和机械臂形态，适应不同类型的作业对象。相对于目前已应用于多机械手自动化设备，本发明减少了动力源的数目，并极大地简化了传动机构，优化了控制方案，降低了制造成本，提高了生产效率。

Claims (2)

1.一种多机械手同步抱抓机构，包括机械手同步抱抓平台(1)，同步架垂直升降平台(2)，同步架横向移动平台(3)：机械手同步抱抓平台(1)上固定有无杆气缸滑块(16)和两个直线导轨滑块(17_a、17_b)，无杆气缸滑块(16)和所述的两个直线导轨滑块(17_a、17_b)分别与同步架垂直升降平台(2)上垂直固定的无杆气缸(13)和两个直线导轨(14_a、14_b)滑动连接，同步架垂直升降平台(2)上所述两个直线导轨(14_a、14_b)上下端分别固接于横向移动平台(3)的横向导轨滑块连接架(15)和横向导轨滑块(24)；

两个八组机械手臂(4_a、4_b)、两个同步装置滑块(5_a、5_b)、气缸(6)、同步架(7)、两条拉绳(8_a、8_b)、两个小滑轮(9_a、9_b)、气缸活塞(10)、两条同步装置滑块轨道(11_a、11_b)、夹持块(12)；同步架(7)上安装有两条平行同步装置滑块轨道(11_a、11_b)，两个同步装置滑块(5_a、5_b)分别沿所述两条同步装置滑块轨道(11_a、11_b)运动；两条拉绳(8_a、8_b)通过两个小滑轮(9_a、9_b)分别连接平行的两个同步装置滑块(5_a、5_b)同一端，实现两个同步装置滑块同步相对运动，两个小滑轮(9_a、9_b)固定安装在同步架(7)两端内侧，所述两条拉绳(8_a、8_b)穿过所述两个小滑轮(9_a、9_b)；机械手主要由左机械手臂和右机手械臂组成，所有机械手的左机械手臂(4_a)安装在一个同步装置滑块(5_a)上，所有机械手的右机械手臂(4_b)安装在另一个同步装置滑块(5_b)上，左右机械手臂相隔固定距离在所述两个同步装置滑块(5_a、5_b)上阵列布置，机械手臂在运动过程中互不干涉；气缸(6)安装在同步架(7)一侧，气缸(6)的气缸活塞(10)连接在安装左机械手臂的同步装置滑块(5_a)上，气缸活塞(10)与所述两个同步装置滑块(5_a、5_b)平行，气缸活塞(10)直线带动其中一个同步装置滑块(5_a)沿其中一条同步装置滑块轨道(11_a)运动，同时通过所述两个同步装置滑块(5_a、5_b)两侧拉绳(8_a、8_b)作用，实现机械手左机械手臂(4_a)和右机械手臂(4_b)相对运动，从而实现机械手的抱紧和松开动作；

无杆气缸(13)、两条直线导轨(14_a、14_b)、横向导轨滑块连接架(15)、无杆气缸滑块(16)、两个直线导轨滑块(17_a、17_b)、两条直线导轨固定架(18_a、18_b)；无杆气缸(13)固定在横向导轨连接架(15)后侧，与地面垂直安装，无杆气缸滑块(16)固定在同步架(7)侧面，无杆气缸(13)驱动无杆气缸滑块(16)带动同步架(7)沿垂直方向运动；两条直线导轨(14_a、14_b)一端固定在横向导轨滑块连接架(15)上，另一端通过直线导轨固定架(18_a、18_b)固定在横向导轨滑块(24)上；两个直线导轨滑块(17_a、17_b)分别固定在同步架(7)左右两端，所述的两条直线导轨(14_a、14_b)负责机械手同步抱抓平台(1)的垂直升降导向，无杆气缸滑块(16)垂直上下运动，带动同步抱抓平台(1)沿直线导轨垂直升降运动,共同调节无杆气缸(13)和所述的两条直线导轨(14_a、14_b)的行程控制同步抱抓平台(1)的垂直升降行程，垂直升降平台(2)完成机械手(4)对作业对象的抓起和放置；

所述的同步架横向移动平台(3)包括有：横向导轨电机(19)、导轨座(20)、横向导轨传动轴(21)，横向导轨(22)，齿形同步带(23)，横向导轨滑块(24)，三个限位开关(25_a、25_b、25_c)；横向导轨(22)水平布置，齿形同步带(23)横向水平布置，横向电机(19)固定在导轨座(20)上，横向电机(19)的横向电机导轨传动轴(21)上连接有齿形同步带(23)实现齿形同步带(23)传动，齿形同步带(23)固接横向导轨滑块(24)，横向导轨滑块(24)随齿形同步带(23)同步运动，横向导轨滑块(24)沿横向导轨(22)运动，带动同步抱抓平台(1)和垂直升降平台(2)共同横向移动；三个限位开关(25_a、25_b、25_c)安装在横向导轨(22)上，对横向导轨滑块(24)的定位；同步架横向移动平台(3)通过以上动作完成机械手(4)对作业对象的横向搬运。

2.根据权利要求1所述的一种多机械手同步抱抓机构，其特征在于：机械手(4)末端固定有橡胶材质的夹持块(12)；调节机械手(4)和夹持块(12)的尺寸可以适应不同的作业对象。