CN103568006A - 一种机械手 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机械手，包括两组旋转机械手臂，其中一组机械手臂的末端连接有夹持装置，连接有夹持装置的机械手臂称为小臂，另一组机械手臂称为大臂，大臂与小臂之间为活动链接，大臂与小臂通过一种可以使小臂在以大臂与小臂连接处为旋转中心的平面上自由旋转的连接结构相连。大臂的起始端通过耳板与滑块相连，滑块安装于导轨上，可在导轨上自由滑动。本发明所公开机械手可以实现自动取、放坯料，自动放置坯料于工作平台指定工作区域，并且待加工完成后再夹持放置于指定料盒内区域，结构简单，不仅节约了劳动力，而且提高了加工效率。

Description

一种机械手

技术领域

本发明涉及工业制造领域，更具体地，涉及一种能够自动上料和下料的机械手。

背景技术

现有的通用工业机器手大多结构复杂、体积庞大、整体质量较重，而且由于这些机械手通常有多轴的结构，其设计及制造要求较高，联动控制系统异常的复杂，产品成本较大，环境适应差，市场推广较为困难。

2011年5月18日公开的，申请号为201020545201.7，公开号为201833368U的中国实用新型专利公开了一种工业机械手，包括底座，与所述底座相连接的至少一组旋转臂，以及与所述旋转臂相连接的夹具头，所述夹具头上设置有至少一组夹持机构，所述旋转臂与所述夹具头通过控制系统进行控制，通过本实用新型所提供的一种上料机械手，可以实现自动安装端子，不仅节约了劳动力，而且提高了工作效率。实际上，这种机械手要实现所述的功能，通常需要三组旋转机械手臂，该种三种机械手臂的连接结构，会使得末端夹持装置不能在当前平面内实现竖直的平面运动，更不能实现末端夹持装置在工作平面上的360°旋转，另外该种结构依靠腰关节实现的运动轨迹为一系列球面，这就不适用于对空间要求较小的工况下使用。

现在很多机床，工作平台区域较为紧凑。比如普通雕刻机床，在进行上、下料操作时，机床的操作平台长宽尺寸为550×485mm，平台操作空间限高100mm，上述申请号为201020545201.7的中国实用新型专利公开的机械手，以及其他通用的机械手实现的是球面轨迹运动，不仅结构复杂，而且因为体积庞大，在此种工况下将不能使用。另外，在哈尔滨工业大学出版社2006年9月出版的《机器人技术基础》一书公布的多种机械手臂形式中，均是只能实现球面轨迹运动的形式，对于结构要求较为紧凑的情况下并不适用。因此，这种工况急需一款结构简单、体积较小的专用的机械手。

发明内容

针对上述机械手存在的局限性，本发明的目的在于提供一种结构简单，易于控制，高效率，适合于多种平台环境下使用的上、下料的工业机械手。

本发明的技术方案为：一种机械手，包括两组旋转机械手臂，其中一组机械手臂的末端连接有夹持装置，连接有夹持装置的机械手臂称为小臂，另一组机械手臂称为大臂，大臂末端与小臂初始端之间为活动链接，大臂末端与机械手安装耳板相连，其特征在于：大臂与小臂通过一种可以使小臂能在以大臂与小臂连接处为旋转中心的平面上自由旋转的连接结构相连，大臂与耳板通过使大臂能在以耳板与大臂的连接处为中心的旋转平面内自由转动的连接方式相连接。

本发明的机械手的两组旋转机械手臂是活动连接的，该结构中大臂、小臂与夹持装置回转中心线均是相互平行的，可以方便实现在任意平面内竖直的平面运动。活动连接的小臂能在独立平面实现360°旋转，使得机械手的大臂与小臂可完全折叠摆放，并且这种连接的机械手使得小臂和连接于其上的夹持装置可以在以大臂与耳板连接处为圆心，以大臂和小臂的不同组合长度下为半径的圆面上自由运动，最大操作空间能实现两倍于其整体结构尺寸的操作空间，该种机械手整体结构尺寸较小，结构较为紧凑。

为实现小臂在以大臂与小臂连接处为旋转中心的平面上自由旋转，大臂与小臂的连接方式可以是通过一根通轴依次对装。该通轴为大臂末端及小臂初始端的安装轴，运动通过该轴由大臂传递到小臂。

作为本发明的一种改进，可以将大臂的起始端通过耳板与滑块相连，滑块安装于导轨上，滑块可在导轨上自由滑动。这种结构使得机械手的旋转手臂可以沿导轨运动，这样就可以实现不同工位的操作，可以有效的扩充操作空间，更加有效的利用工作台面。如果没有滑块带动旋转手臂运动，则夹持装置只能在小臂的旋转平面上运动，工作范围也只限制于一个平面。

本发明中所述夹持装置包括两个开合件，和两个分别与开合件相连接的夹持板，两个开合件分别各自连接一个不相同的夹持板。

针对不同规格尺寸的坯料，可以通过更换末端夹持装置中的两个夹持板的尺寸，实现它们的上、下料操作。

作为驱动方式的一种选择，本发明的机械手，其滑块在导轨上运动时的驱动装置可以为电机，大臂和小臂的运动也可以通过电机驱动。

本发明的夹持装置的开合件优选气动夹持器，气动夹持器包括两个气动手指，两夹持板分别固定连接于两手指上，两个开合件分别各自连接一个不相同的夹持板。通过两夹持板的开合实现对坯料的夹持与释放。

附图说明

图1为本发明所公开的一种机械手的结构示意图，其中1及1’为夹持板，2及2’为气动手指，3为小臂，4为大、小臂连接关节，5为夹持装置驱动电机，6为大臂，7为小臂驱动电机，8为大臂驱动电机，9为耳板。

图2为本发明所公开的一种大臂与小臂连接关节结构示意图，其中10为末端夹持装置驱动同步带轮，11为末端夹持装置驱动轴，12为小臂驱动同步带轮，13为大臂与小臂连接通轴。

图3为本发明公开的一种末端夹持装置的结构示意图。

图4为本发明所公开的一种用于放置坯料的料盒，其中14为料盒安装板，15为坯料，16为料盒。

图5为本发明专利的一种改进示意图，其中17为直线导轨，18为工作台面，19为导轨上的滑块。

具体实施方式

下面结合本发明中的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。

图1为本发明所公开的机械手的结构示意图。该机械手包括小臂3和大臂6，小臂3与大臂6通过连接关节4相连，大臂6与小臂3通过一种可以使小臂3能在以大臂6与小臂3连接处4为旋转中心的平面上自由旋转的连接结构相连，连接关节4能使小臂3在旋转平面内实现360°自由转动，小臂3的末端连接有夹持装置，夹持装置由夹持板1和1’和气动手指2和2‘组成，夹持板1和1’分别安装在气动手指2和2’上，气动手指2和2’带动两夹持板1和1’运动，实现对坯料的夹持与释放，大臂6末端安装于耳板9上，大臂6与耳板9通过使大臂能在以耳板与大臂的连接处为中心的旋转平面内自由转动的连接方式相连接，大臂6上安装有夹持装置驱动电机5、小臂驱动电机7及大臂驱动电机8。

图2为本发明所公开的一种大臂与小臂连接关节结构示意图。大臂6与小臂3的连接方式为采用通轴13进行连接，通轴末端13与小臂固定连接，另一端安装于大臂内，并且其上安装有同步带轮12，小臂的驱动即是来自于该同步带轮。在通轴13内部装有连接轴11，连接轴11一端安装有同步带轮10，另一端与电机5固定连接。由此分别实现了夹持装置与小臂的独立驱动，结构设计较为紧凑。

以上大臂6与小臂3连接结构的一种，当然还可以通过其他类似的结构来实现大臂与小臂的连接。大臂和耳板的连接可以采用与大臂和小臂的连接类似的结构。

图3为一种末端夹持装置的结构示意图。该部分主要包括末端夹持板1和1’与气动手指2和2’，气动手指2和2’带动夹持板1和1’运动，实现对坯料的夹持与释放。根据不同坯料的大小改变两夹持板的之间的结构尺寸，例如可以通过改变夹持板1’的宽度，可以实现相应的夹持操作。另外，夹持板上设计有V型沟槽，当对坯料进行夹持时由于V型结构的特征，可以对坯料进行对中夹持，坯料在V型沟槽的夹持范围内依靠其结构特性，坯料会向指定槽底位置移动，方便实现高精度的夹持要求。

图4为本发明所公开的一种用于放置坯料的料盒。料盒16中装有坯料15，再通过安装板14进行安装。每一个料盒16包括左右两片板，每片板上加工有沟槽，在加工时保证沟槽的结构尺寸是完全相同的，在安装时要求具有较高的安装对称精度，保证坯料能在左右沟槽内自由进出。

图5为本发明专利的一种改进示意图。将机械手通过耳板9安装于滑块19上，滑块19与直线导轨17相配合安装，通过导轨17的转动带动滑块19直线运动，实现耳板9的运动，进而实现机械手在空间上的整体直线运动。为了保证较高的操作基准，将导轨17与料盒16均统一安装于安装板14上，然后再定位安装于工作台面18上。

本发明的工作原理如下：预先通过控制系统设定程序，使机械手的旋转机械手臂及夹持装置能够按照设定的程序进行运动。启动机械手进行工作，首先导轨驱动滑块运动，滑块带动耳板在控制程序控制下运动至设定位置，而后旋转手臂在控制程序控制下带动夹持装置移向料盒，夹持装置在控制程序控制下进行动作，待运动至指定位置后，夹持装置开始动作，通过夹持板夹紧坯料，而后机械手在控制程序控制下沿着设定轨迹进行动作，带动加持装置运动，直到把坯料放置在指定位置，然后机械手与夹持装置在控制程序控制下再沿着设定轨迹收回，从而完成了一次坯料的转移。本发明的机械手不仅节约了劳动力成本，而且大大提高了生产效率。

Claims (10)

1.一种机械手，包括两组旋转机械手臂，其中一组机械手臂的末端连接有夹持装置，连接有夹持装置的机械手臂称为小臂，另一组机械手臂称为大臂，大臂末端与小臂初始端之间为活动链接，大臂末端与机械手安装耳板相连，其特征在于：大臂与小臂通过一种可以使小臂能在以大臂与小臂连接处为旋转中心的平面上自由旋转的连接结构相连，大臂与耳板通过使大臂能在以耳板与大臂的连接处为中心的旋转平面内自由转动的连接方式相连接。

2.按照权利要求1所述的机械手，其特征在于：所述大臂与小臂的连接结构为通过一根通轴依次对装。

3.按照权利要求1所述的机械手，其特征在于：所述大臂的起始端通过耳板与滑块相连，滑块安装于导轨上，滑块可以在导轨上自由滑动。

4.按照权利要求2所述的机械手，其特征在于：所述大臂的起始端通过耳板与滑块相连，滑块安装于导轨上，滑块可以在导轨上自由滑动。

5.按照权利要求1、2、3或4所述的机械手，其特征在于：所述夹持装置包括两个开合件，和两个分别与开合件相连接的夹持板。

6.按照权利要求5所述的机械手，其特征在于：所述夹持装置包括两个开合件，和两个分别与开合件相连接的夹持板。

7.按照权利要求6所述的机械手，其特征在于：所述夹持装置的开合件为气动夹持器，气动夹持器包括两个气动手指，两个夹持板分别固定连接于两手指上。

8.按照权利要求1、2、3或4所述的机械手，其特征在于：所述大臂、小臂、末端夹持装置以及滑块的运动都是通过电机来实现的。

9.按照权利要求8所述的一种机械手，其特征在于：所述实现大臂、小臂及末端夹持装置的驱动电机均安装于大臂上。

10.按照权利要求8所述的一种机械手，其特征在于：所述夹持板上有可实现对坯料进行对中夹持的V型沟槽。

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