CN103394957B - 一种机械手结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及到一种机械手结构，包括支架、设置在所述支架上的导轨和用于放置待加工工件的料盘组件；所述导轨上设有能沿导轨滑动的基座，所述基座上设有用于抓取工件的手指组件；其特征在于：所述手指组件有两套，其中第一套手指组件用于抓取未加工工件，第二套手指组件用于抓取加工后工件；所述手指组件通过转动机构设置在所述基座上，所述基座通过第一滑块连接所述导轨，所述支架上设有用于驱动所述基座沿所述导轨移动的第一气缸和第二气缸；所述横梁上还设有三个定位组件；所述基座上设有第三气缸，所述第三气缸的活塞杆驱动连接所述转动机构在90°范围内转动。与现有技术相比，本发明所提供的机械手结构动作准确、工作稳定，工作效率高，制造成本低，且能适配多种尺寸的工件。

Description

一种机械手结构

技术领域

本发明涉及一种机械手结构。

背景技术

现有的数控机床、自动车床、仪表自动车床等金属加工设备，虽然实现了工件的自动化加工，但是工件的抓取、放置等均须工人手工操作，因此工件加工的全过程实际上属于半自动化操作。为此人们研究了各种各样的机械手来代替人工操作部分。

如公开号为CN102019616A的中国发明专利申请所公开的《一种电动抓取机械手》，其包括第一轴方向移动机构、第二轴方向移动机构、第三轴方向移动机构和一个机械手部件，该机械手部件包括手指电机、上手指、下手指、丝杠和螺母，手指电机和丝杠固定连接在下手指上，上手指与螺母连接，第一轴方向移动机构包括第一轴电机、第一轴导轨、第一轴同步带和第一轴同步带压块，第一轴电机通过第一轴同步带和第一轴同步带压块驱动机械手部件沿第一轴导轨往复运动，第二轴方向移动机构包括第二轴电机、第二轴导轨、第二轴同步带和第二轴同步压块，第二轴电机通过第二轴同步带和第二轴同步压块驱动机械手部件沿第二轴导轨往复运动，第三轴方向移动机构包括第三轴电机、第三轴导轨、第三轴同步带和第三轴同步带压块驱动机械手部件沿第三轴导轨往复运动。

该专利申请中的机械手能够在平面直接坐标上的任意点定位。但是不能够在三维立体空间内定位。

授权公告号为CN102189575B的中国发明专利公开了一种《机械手》，其包括连接臂、手指组件和驱动手指组件在水平面内做直线往复运动的第一驱动机构和驱动手指组件在水平面内做圆周运动的第二驱动机构，其中，所述连接臂的第一端连接所述的手指组件，所述连接臂的第二端连接所述的第一驱动机构和第二驱动机构，其特征在于该机械手还包括驱动所述连接臂在铅垂面转动的第三驱动机构，该第三驱动机构包括第三电机、与第三电机的输出轴相连接的第三蜗杆、第三蜗轮和旋转底座，该第三蜗轮通过联轴器连接旋转底座，并且，所述的第三电机、第三蜗杆和第三蜗轮设置在第三壳体内，所述的旋转底座设置在第三壳体的侧壁上并与所述连接臂的第二端相连接；

所述的第一驱动机构包括设置在车床表面上的底座、滑块、第一电机和第一丝杆，其中，所述滑块能滑动地设置在所述底座上，所述第一丝杆的一端连接所述第一电机的输出轴，第一丝杆的另一端与所述的底座相连接，第一螺母套设在第一丝杆上，并且，该第一螺母与所述的滑块连动；

所述的第二驱动机构设置在所述的滑块上，该第二驱动机构包括第二电机、与第二电机的输出轴相连接的第二蜗杆、第二蜗轮和第二转盘，所述的第二转盘通过联轴器与所述的第二蜗轮相连接；

所述的第二转盘上设有支架，所述连接臂的一端连接该支架的一端；支架的另一端上还设有能在垂直于连接臂的方向上改变连接臂位置的第一微调机构，该第一微调机构包括第一微调电机、与该第一微调电机的输出轴相连接的第一微调丝杆，该第一微调丝杆与所述的第三壳体连动。

该机械手能够在三维空间内立体定位操作，自动化程度高，且适用性广。但是该机械手结构动作缓慢、效率低；占用空间大，制造成本高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的现状提供一种结构更加简洁、紧凑且抓取动作更准确且工作效率高的机械手机构。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：该机械手结构，包括支架、设置在所述支架上的导轨和用于放置待加工工件的料盘组件；所述导轨上设有能沿导轨滑动的基座，所述基座上设有用于抓取工件的手指组件；其特征在于：

所述手指组件有两套，其中第一套手指组件用于抓取未加工工件，第二套手指组件用于抓取加工后工件；所述手指组件通过转动机构设置在所述基座上，所述基座通过第一滑块连接所述导轨，所述支架上设有用于驱动所述基座沿所述导轨移动的第一气缸；

所述支架上还设有用于驱动所述基座沿所述导轨滑动的第二气缸；

所述第一气缸和所述第二气缸的活塞杆均连接在所述基座；所述第二气缸通过第二滑块连接所述导轨；

所述横梁上还对应于所述手指组件抓取待加工工件的位置设有第一定位组件；对应于所述手指组件向机床工位送料的位置，在所述横梁上设有第二定位组件；对应于所述手指组件抓取加工好的工件的取料位置，在所述横梁上设有第三定位组件；

第一定位组件、第二定位组件和第三定位组件的结构相同，均包括设置在所述横梁上的定位气缸，所述定位气缸的活塞杆对向所述基座，所述基座上设有用于容置定位气缸的活塞杆的定位槽；

所述基座上设有第三气缸，所述第三气缸的活塞杆驱动连接所述转动机构在90°范围内转动。

所述的手指组件包括壳体和至少两块夹板，各所述夹板间隔均匀地穿设在壳体的第一端面上，各所述夹板部分外露于壳体用于夹持工件，各所述夹板的另外部分位于壳体内通过连接块连接设置在壳体内的第一传动杆；所述第一传动杆与连接块为固定连接，所述第一传动杆铰接连接第二传动杆的一端，第二传动杆的另一端铰接连接在转接块上，转接块连接在手指气缸的活塞杆上。

所述壳体设置在防震组件上；所述防震组件包括弹簧座和设置在弹簧座内的弹簧，弹簧的上端扣盖有套盖，套盖滑动套设在弹簧座内；弹簧座固定在基板上；手指气缸固定在气缸底座上，气缸底座套设在弹簧座外，套盖抵触在气缸底座上。

所述基板上还设有用于控制手指组件伸缩的伸缩机构；所述伸缩机构包括伸缩板，所述伸缩板通过螺栓连接在基板上；所述手指组件设置在所述伸缩板上。

所述的转动机构包括固定在基座上的连接板，所述连接板上间隔设有多块凸块，这些凸块上设有轴孔；所述连接板的下方设有基板，所述基板上也间隔设有多块带有轴孔的凸块；所述基板上的凸块和所述连接板上的凸块交替穿插在一起，连接轴依次穿过这些凸块上的轴孔，将所述基板转动连接在所述连接板上；第三气缸通过擎臂定位在支架上；擎臂固定连接在支架上；第三汽缸的活塞杆通过连接块连接基板；连接块通过连接轴转动连接在基板上；第三汽缸相对于所述导轨倾斜设置，从而推动基板在90°范围内转动。

上述各方案中，所述料盘组件包括设置在所述支架上的中心轴，料盘、拨盘和齿轮盘以该中心轴为中心转动连接在该中心轴上，并且所述料盘相对于所述齿轮盘定位；所述齿轮盘的轮齿的横截面大致呈直角梯形结构，并且其斜角边缘与所述齿轮盘的外周缘之间圆滑过渡；

所述拨盘上设有顶杆，该顶杆的一端抵触在所述齿轮盘的周缘上并位于相邻两个轮齿之间；顶杆的另一端滑动连接定位杆；定位杆固定在定位支架上，定位支架固定在所述拨盘上；定位杆上套设有弹簧，并且弹簧的两端分别抵触在顶板和定位支架上；顶杆抵触在齿轮盘上的一端具有与轮齿相适配的结构，其一侧为与轮齿的直角相适配的直线结构，另一侧为与轮齿的圆滑斜边相适配的圆滑倒角结构，；拨盘气缸固定在所述支架上，拨盘气缸的活塞杆铰接连接所述拨盘；

所述料盘上设有多个用于容置工件的料套。

所述中心轴套设在轴套内并能在外力作用下沿轴套上下移动；所述轴套固定在所述支架上；所述轴套和所述中心轴之间还设有限定两者相对移动的锁紧件；中心轴内设有螺套，所述螺套螺纹连接螺杆，所述螺杆的外端位于所述轴套外并连接有手轮。

所述锁紧件包括锁紧螺杆，所述锁紧螺杆穿设在所述轴套上并且两端外露于轴套，锁紧螺杆的另一端连接锁紧螺母；锁紧螺杆上还套设有锁紧块，所述锁紧块位于所述轴套和所述中心轴之间并贴靠在所述中心轴的侧壁上。

与现有技术相比，本发明所提供的机械手结构动作准确、工作稳定，工作效率高，制造成本低，且能适配多种尺寸的工件。

附图说明

图1为本发明实施例使用状态的立体示意图；

图2为图1中A部分的局部放大图；

图3为本发明实施例中手指组件装配结构的纵向剖视图；

图4为本发明实施例中手指组件松开状态装配结构的立体示意图（松开状态，去除了壳体）；

图5为本发明实施例中手指组件松开状态装配结构的立体示意图（去除了壳体）；

图6为图1中A部分不同角度的立体示意图；

图7至图10为图1中A部分不同角度的立体示意图（旋转机构旋转后）；

图11和图12为本发明实施例不同角度的料盘组件装配结构的纵向剖视图；

图13为本发明实施例料盘组件的横向剖视图；

图14为本发明实施例料盘组件的俯视图；

图15为本发明实施例料盘组件的正视图；

图16至图18为本发明实施例中手机组件连同旋转机构、伸缩机构以及横梁、导轨和滑块装配结构的不同角度的剖视图；

图19为本发明实施例去除料盘组件和支架后的装配结构的平面示意图；

图20为本发明实施例去除料盘组件和支架后的装配结构的立体示意图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

如图1至图20所示，该机械手主要用于配合机床10加工，取、放工件101。其包括用于固定和限位机械手各部件的支架1，支架1上方的横梁11上设有导轨14，导轨14上设有多个能在外力作用下沿导轨14滑动的多个滑块。

对应于手指组件6抓取待加工工件的位置，在横梁11上设有第一定位组件15；对应于手指组件6向机床工位送料的位置，在横梁11上设有第二定位组件16；对应于手指组件6抓取加工好的工件的取料位置，在横梁上设有第三定位组件17；

第一定位组件、第二定位组件和第三定位组件的结构相同，均包括设置在横梁11上的定位气缸18，定位气缸的活塞杆对向基座4，基座上设有用于容置定位气缸的活塞杆的定位槽41。

本实施例在活塞杆的端头位置设置在锥形定位块19，定位槽41为与之相适配的锥形结构。该结构方便定位块和定位槽的插配以及两者的分离。

第一气缸3定位在支架1上，第一气缸的活塞杆抵触在基座4上。

基座4固定在第一滑块31和第二滑块32上。基座4上还固定连接有第二气缸4的活塞杆。第二气缸4固定在第三滑块33和第四滑块34上，可随第三滑块33和第四滑块34一起沿导轨14滑动。

基座4的下方设有旋转机构5。

旋转机构5包括：固定在基座4上的连接板51，连接板51上间隔设有多块凸块，这些凸块上设有轴孔。连接板51的下方设有基板52，基板52上也间隔设有多块带有轴孔的凸块。基板上的凸块和连接板上的凸块交替穿插在一起，连接轴依次穿过这些凸块上的轴孔，从而将基板52转动连接在连接板51上。第三气缸54通过擎臂53定位在支架1上；擎臂53固定连接在支架1上；第三汽缸的活塞杆55通过连接块56连接基板52；连接块56通过连接轴57转动连接在基板52上。第三汽缸54相对于导轨倾斜设置，从而推动基板52在90°范围内转动。

手指组件6设置在基板52上，并随基板52的转动而转动。

本实施例中的手指组件有两组，其中第一手指组件用于从料盘中抓取待加工工件，第二手指组件用于从机床上抓取加工好的工件。除了用于匹配所抓取工件的夹板的尺寸稍有不同，这两组手指组件的结构相同。

手指组件中用于夹持工件的夹板至少有两块，通常设置三块或四块；本实施例中的手指组件包括四块用于夹持工件的夹板62。本实施例中的手指组件还包括用于容置并保护其它手指组件的壳体61，各夹板62间隔均匀地穿设在壳体的第一端面上，部分外露于壳体用于夹持工件，部分位于壳体内通过连接块63连接设置在壳体内的第一传动杆64。第一传动杆64与连接块为固定连接，第一传动杆64铰接连接第二传动杆65的一端，第二传动杆65的另一端铰接连接在转接块66上，转接块66连接在手指气缸67的活塞杆671上，并随活塞杆671一起运动。

上述第二传动杆65、转接块66以及连接块63均设置在壳体61内。

为了防止手指组件工作时的震动影响到工作稳定性，并保证手指组件的使用寿命，本实施例还设置了防震组件68。防震组件68包括弹簧座681和设置在弹簧座681内的弹簧682，弹簧682的上端扣盖有套盖683，套盖683滑动套设在弹簧座681内。弹簧座681固定在基板57上。手指气缸67固定在气缸底座69上，气缸底座69套设在弹簧座681外，套盖683抵触在气缸底座69上。

由于两套手指组件分别负责抓取不同的工件，因此两套手指组件还需要相对于机床的工位做相对运动。该相对运动通过第二气缸的驱动来完成。

为了方便适配不同尺寸的工件，本实施例还设置了用于控制手指组件伸缩的伸缩机构7。该伸缩机构7包括伸缩板71，所述伸缩板71通过螺栓72连接在基板57上。通过拧转螺栓72即可改变伸缩板71和基板57之间的相对位置，从而改变手指组件相对于基板57的伸出长度，以方便抓取不同尺寸的工件。手指组件6设置在伸缩板71上。

支架1上还设置有料盘组件8。

料盘组件8包括料盘81，料盘81上沿料盘的周缘均布有多个用于容置待加工工件91的料套82。料盘的下方固定连接在齿轮盘83上，齿轮盘83上的轮齿大致呈直角梯形结构，并且其斜角边缘与齿轮盘的外周缘之间圆滑过渡。料盘81和齿轮盘83穿套在中心轴84上，并可在外力作用下相对于中心轴84转动。

中心轴84上还套设有能相对转动的拨盘85。拨盘上设有顶杆86，该顶杆86的一端抵触在齿轮盘上相邻的两个轮齿之间；顶杆的另一端滑动连接定位杆97；定位杆97固定在定位支架99上；定位杆97上套设有弹簧98，并且弹簧98的两端分别抵触在顶板86和定位支架99上。顶杆抵触在齿轮盘上的一端具有与轮齿相适配的结构，其一侧为与轮齿的直角相适配的直线结构，另一侧为与轮齿的圆滑斜边相适配的圆滑倒角结构，以方便顶杆在回缩使顺畅地脱离前一个轮齿的羁绊。

拨盘气缸87相对于支架1定位；本实施例在支架1上设有定位盘88，拨盘气缸固定在定位盘88上，拨盘气缸的活塞杆89通过设置在拨盘上的连接轴铰接连接拨盘85。

中心轴84套设在轴套91内并能在外力作用下沿轴套91上下移动。轴套91固定在支架1上。轴套91和中心轴84之间还设有锁紧件。锁紧件包括设置在轴套91和中心轴84之间的锁紧块92，锁紧块92套设在锁紧螺杆93上，该锁紧螺杆93穿过轴套91其两端外露于轴套91。通过拧动锁紧螺杆93，使锁紧块92挤压中心轴84，从而使中心轴84相对于轴套91定位。

中心轴84内设有螺套94，该螺套螺纹连接有螺杆95，螺杆的外端位于轴套91外并连接有手轮96。通过转动手轮，可使螺套相对于螺杆运动，从而使轴套连同中心轴一起上下位移，以适配不同尺寸的工件的抓取。

支架1上还设置有用于放置未加工工件的第一料筐12和用于放置加工后工件的第二料筐13。本实施例中第一料筐12和第二料筐13分别位于料盘的右侧和左侧。

该机械手的工作原理描述如下：

工作前，工人先将各待加工工件放到料盘组件的料套82内，启动机械手。

首先第一气缸工作，带动第一、第二滑块沿导轨运动，第一、第二滑块带动基座连同两个手指组件一起沿导轨运动。当第一手指组件运动到料盘上方时，第一气缸停止工作；与此同时，第一定位组件的定位气缸开始工作，使定位块插入到基座上的定位槽内，将基座锁死，避免工作时的震动使手指组件错位，影响工作的准确性。两个第三汽缸工作，推动基板转动90°，使夹板对向工件。

第一手指组件工作。手指气缸工作，活塞在推动转接块向外移动的同时，依次带动第二传动杆、第一传动杆动作，使连接块带动夹板在向工件方向移动的同时向外扩张，扣套在工件外侧。然后手指气缸的活塞杆回缩，上述各部件反向动作，使夹板向内缩回，从而将工件夹持在各夹板之间。

手指组件抓取工件后，第三汽缸的活塞杆回缩，使基板带动手指组件反向90°缩回。同时，第一定位组件的定位气缸工作，活塞杆缩回，取消的对基座的限位。然后第一气缸工作，推动基座沿导轨移动，使工件对向机床的工位；第二定位组件工作，第二定位气缸的活塞杆伸出，定位块插入到定位槽内，限定手指组件的位置；同时，第一手指组件的手指气缸工作，将工件送入机床工位；同时，第一手指组件的各夹板外扩，松开工件；此时手指气缸后面弹簧顶住工件，在机床工位夹紧工件前，使工件不会松动、位移。然后，手指气缸的活塞杆回缩，第一手指组件的夹板向壳体内回缩的同时向内收缩。

上述手指组件在工作时，由于设置了防震组件，所以在弹簧的缓冲作用下，手指组件的震动大大缩小，工作稳定性好。

上述第一气缸工作的同时，第二气缸在基座的推动下，带动第三、第四滑块一起沿导轨移动。

工件在机床上加工完毕后，第二定位组件的气缸回缩，取消对基座的限位；第二气缸工作，推动基座连同第一、第二滑块沿导轨移动，使第二手指组件的夹板对向已加工好的工件；此时，第三定位组件工作，使第三定位组件的定位块插入到定位槽内。第二手指组件工作，先夹持住工件，然后回缩。第一气缸工作，将基座连同两个手指组件一起沿导轨移动，使第一手指组件对向料盘，抓取待加工工件。

在第一手指组件工作的同时，第二手指组件也做同样的动作，松开加工好的工件，使加工好的工件落入第二料筐内。

料盘组件上的一个工件被抓取后，拨盘气缸工作，推动拨盘沿中心轴转动，从而使拨盘上的顶杆推动齿轮盘转动。齿轮盘带动料盘一起转动，使下一个料套内的工件位于待抓取位置。然后拨盘气缸的活塞杆回缩，将拨盘转回原位，顶杆滑过齿轮盘上圆滑斜角的轮齿，退回至原位，位于后一个轮齿和前一个轮齿之间。如此重复，可将料盘上的工件一个个地送至抓取工位。

当待加工工件改换尺寸时，可以根据工件的实际尺寸拧动手轮，使中心轴连同整个料盘组件一起上移或下移，从而适配工件尺寸。

Claims (5)

1.一种机械手结构，包括支架、设置在所述支架上的横梁上的导轨和用于放置待加工工件的料盘组件；所述导轨上设有能沿导轨滑动的基座，所述基座上设有用于抓取工件的手指组件；其特征在于：

所述手指组件有两套，其中第一套手指组件用于抓取未加工工件，第二套手指组件用于抓取加工后工件；所述手指组件通过转动机构设置在所述基座上，所述基座通过第一滑块连接所述导轨，所述支架上设有用于驱动所述基座沿所述导轨移动的第一气缸；

所述支架上还设有用于驱动所述基座沿所述导轨滑动的第二气缸；

所述第一气缸定位在所述支架上，所述第一气缸的活塞杆连接在第三滑块上，所述第二气缸的活塞杆固定连接在所述基座上；基座固定在第一滑块和第二滑块上，第二气缸固定在第三滑块和第四滑块上，可随第三滑块和第四滑块一起沿导轨滑动；

所述横梁上还对应于所述手指组件抓取待加工工件的位置设有第一定位组件；对应于所述手指组件向机床工位送料的位置，在所述横梁上设有第二定位组件；对应于所述手指组件抓取加工好的工件的取料位置，在所述横梁上设有第三定位组件；

第一定位组件、第二定位组件和第三定位组件的结构相同，均包括设置在所述横梁上的定位气缸，所述定位气缸的活塞杆对向所述基座，所述基座上设有用于容置定位气缸的活塞杆的定位槽；

所述基座上设有第三气缸，所述第三气缸的活塞杆驱动连接所述转动机构在90°范围内转动。

2.根据权利要求1所述的机械手结构，其特征在于所述的手指组件包括壳体和至少两块夹板，各所述夹板间隔均匀地穿设在壳体的第一端面上，各所述夹板部分外露于壳体用于夹持工件，各所述夹板的另外部分位于壳体内通过连接块连接设置在壳体内的第一传动杆；所述第一传动杆与连接块为固定连接，所述第一传动杆铰接连接第二传动杆的一端，第二传动杆的另一端铰接连接在转接块上，转接块连接在手指气缸的活塞杆上。

3.根据权利要求2所述的机械手结构，其特征在于所述壳体设置在防震组件上；所述防震组件包括弹簧座和设置在弹簧座内的弹簧，弹簧的上端扣盖有套盖，套盖滑动套设在弹簧座内；弹簧座固定在基板上；手指气缸固定在气缸底座上，气缸底座套设在弹簧座外，套盖抵触在气缸底座上。

4.根据权利要求3所述的机械手结构，其特征在于所述基板上还设有用于控制手指组件伸缩的伸缩机构；所述伸缩机构包括伸缩板，所述伸缩板通过螺栓连接在基板上；所述手指组件设置在所述伸缩板上。

5.根据权利要求1所述的机械手结构，其特征在于所述的转动机构包括固定在基座上的连接板，所述连接板上间隔设有多块凸块，这些凸块上设有轴孔；所述连接板的下方设有基板，所述基板上也间隔设有多块带有轴孔的凸块；所述基板上的凸块和所述连接板上的凸块交替穿插在一起，连接轴依次穿过这些凸块上的轴孔，将所述基板转动连接在所述连接板上；第三气缸通过擎臂定位在支架上；擎臂固定连接在支架上；第三汽缸的活塞杆通过连接块连接基板；连接块通过连接轴转动连接在基板上；第三汽缸(54)相对于所述导轨倾斜设置，从而推动基板在90°范围内转动。