CN103737587B - 智能五轴机械手 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种智能五轴机械手，包括机械臂和五个运动机构，其中，摆臂运动机构承载于垂直运动机构上，并能够在垂直运动机构的带动下作上下移动定位；翻转运动机构承载于摆臂运动机构上，并能够在摆臂运动机构的带动下旋转；水平运动机构和执行端旋转运动机构均承载于翻转运动机构上，并能够在翻转运动机构的带动下一起旋转，且水平运动机构能够带动伸缩臂沿主臂的长度方向往复移动，执行端旋转运动机构能够带动法兰盘绕其中心旋转；通过对该五个运动机构的安装位置进行合理配置，减轻了摆臂运动机构、以及水平运动机构的承载量，从而使得该五轴机械手不仅动作速度快、惯量小、操作灵活，而且定位精度高、平稳性、安全性好。
Description
技术领域
本发明涉及机械手技术领域，具体提供一种智能五轴机械手。
背景技术
现有的智能机械手，通常包括五个运动机构，分别是：垂直运动机构、摆臂运动机构、翻转运动机构、水平运动机构和执行端旋转运动机构。但是现有的技术方案中，大多是由摆臂运动机构作为其它四个运动机构的支撑机构，这样在摆臂运动机构运动时就必须带动其它四个运动机构一起运动，从而承受着很大的重量，导致摆臂运动机构的转动惯量很大，进而使水平面上的定位精度较差，影响机械手整体设备的精度。
发明内容
为了克服上述缺陷，本发明提供了一种智能五轴机械手，该机械手结构合理、紧凑，定位精度高，操作灵活且安全。
本发明为了解决其技术问题所采用的技术方案是：一种智能五轴机械手，包括机台、以及定位设置在所述机台上的机械臂、垂直运动机构、摆臂运动机构、翻转运动机构、水平运动机构和执行端旋转运动机构，所述机械臂包括主臂和承载于所述主臂上的伸缩臂，且所述伸缩臂的一端上还活动设置有一供吸盘或夹爪安装的法兰盘；所述摆臂运动机构承载于所述垂直运动机构上，并能够在所述垂直运动机构的带动下相对所述机台作上下移动定位；所述翻转运动机构承载于所述摆臂运动机构上，并能够在所述摆臂运动机构的带动下旋转；所述水平运动机构和所述执行端旋转运动机构均承载于所述翻转运动机构上，并能够在所述翻转运动机构的带动下一起旋转，且所述水平运动机构能够带动所述伸缩臂沿所述主臂的长度方向往复移动，所述执行端旋转运动机构能够带动所述法兰盘绕其中心旋转。
作为本发明的进一步改进，所述垂直运动机构包括有定位内置于所述机台内部的第一伺服马达、第一滚珠螺杆组件、第一齿轮组和第一同步齿形带，所述第一滚珠螺杆组件包括第一螺杆和滑设于所述第一螺杆上的第一螺帽，所述第一齿轮组由一对第一齿轮组成，该对第一齿轮分别固定套设于所述第一伺服马达的输出轴和所述第一螺杆的一轴端上，且该对第一齿轮还通过所述第一同步齿形带传动连接；
所述摆臂运动机构包括有亦定位内置于所述机台内部的第二伺服马达和少齿差行星齿轮减速机，所述第二伺服马达能够驱动所述少齿差行星齿轮减速机运转；
所述摆臂运动机构承载于所述垂直运动机构上，并能够在所述垂直运动机构的带动下作上下移动定位的结构为：在所述机台内部还活动设置有一竖向导向板，所述第一螺帽与所述导向板的底端固连，所述第二伺服马达与所述导向板的上端固连。
作为本发明的进一步改进，在所述机台内部还定位设置有竖向第一滑轨，所述导向板与所述第一滑轨相滑动配合连接。
作为本发明的进一步改进，所述垂直运动机构还包括有定位内置于所述机台内部的升降气缸，所述升降气缸的输出轴与所述导向板固连。
作为本发明的进一步改进，所述翻转运动机构承载于所述摆臂运动机构上，并能够在所述摆臂运动机构的带动下旋转的结构为：在所述机台的顶端上还活动设有一用以承载所述翻转运动机构的基座，所述少齿差行星齿轮减速机的输出轴与所述基座固连。
作为本发明的进一步改进，所述翻转运动机构包括定位设置于所述基座上端的第三伺服马达、以及定位设置于所述基座内部的第二齿轮组和中空翻转主轴，所述第二齿轮组由一对相互啮合的第二齿轮组成，且该对第二齿轮分别固定套设于所述第三伺服马达的输出轴和所述翻转主轴的外侧上。
作为本发明的进一步改进，所述水平运动机构和所述执行端旋转运动机构均承载于所述翻转运动机构上，并能够在所述翻转运动机构的带动下一起旋转的结构为：所述主臂由横截面均呈方形框体的第一主臂和第二主臂组成，所述第一主臂和第二主臂分设于所述基座的两侧，分别对应与所述翻转主轴的两轴端固定连接，且所述第一主臂、第二主臂和翻转主轴相贯通并共同形成一用以容置所述水平运动机构和所述执行端旋转运动机构的容置腔。
作为本发明的进一步改进，所述伸缩臂的横截面亦呈方形框体，且所述伸缩臂的一端通过所述水平运动机构沿所述第一主臂的长度方向滑设于所述第一主臂中，所述伸缩臂的另一端伸出所述第一主臂背向所述翻转主轴的一端外；其中：
所述伸缩臂的一端通过所述水平运动机构沿所述第一主臂的长度方向滑设于所述第一主臂中的结构为：所述水平运动机构包括第四伺服马达、第一传动轴和第二滚珠螺杆组件，其中，所述第四伺服马达定位容置于所述第二主臂中，且所述第四伺服马达的输出轴通过联轴器与所述第一传动轴的一轴端固连，所述第二滚珠螺杆组件包括定位容置于所述第一主臂中的第二螺杆和滑设于所述第二螺杆上的第二螺帽，所述第二螺杆的一轴端通过联轴器与所述第一传动轴的另一轴端固连，所述第二螺帽与所述伸缩臂固连。
作为本发明的进一步改进，所述执行端旋转运动机构能够带动所述法兰盘绕其中心旋转的结构为：所述执行端旋转运动机构包括第五伺服马达、第一转向齿轮机构、涡轮减速机、配对齿轮组、第二传动轴、传动套筒和第二转向齿轮机构，其中，所述第五伺服马达定位容置于所述第二主臂中，且所述第五伺服马达的输出轴通过所述第一转向齿轮机构能够驱动所述涡轮减速机运转，所述配对齿轮组定位容置于所述第一主臂中，且所述配对齿轮组中的一个齿轮固定套设于所述涡轮减速机的输出轴上，其另一个齿轮通过万向节联轴器固定连接于所述第二传动轴的一端，所述传动套筒活动容置于所述伸缩臂中并与所述第二传动轴构成花键传动，且所述传动套筒背向所述第二传动轴的一端还伸出所述伸缩臂外，并通过所述第二转向齿轮机构定位连接于所述法兰盘。
作为本发明的进一步改进，在所述第一主臂内部还水平固设有第二滑轨，所述伸缩臂与所述第二滑轨相滑动配合连接；另所述第一转向齿轮机构和第二转向齿轮机构均由两个相互啮合并呈90度的齿轮组成。
本发明的有益效果是：本发明通过对该五个运动机构的安装位置进行合理配置，减轻了摆臂运动机构、以及水平运动机构的承载量，从而使得该五轴机械手不仅动作速度快、惯量小、操作灵活，而且定位精度高、平稳性、安全性好，此外还有效节约了生产成本。
附图说明
图1为本发明所述五轴机械手的结构示意图；
图2为本发明所述五轴机械手中各运动机构的连接关系结构示意图；
图3为本发明所述垂直运动机构的结构示意图；
图4为本发明所述摆臂运动机构的结构示意图；
图5为本发明所述翻转运动机构的结构示意图；
图6为本发明所述水平运动机构的结构示意图；
图7为本发明所述执行端旋转运动机构的结构示意图。
结合附图，作以下说明：
1——机台2——导向板
3——主臂4——伸缩臂
5——法兰盘6——基座
10——第一伺服马达11——第一滚珠螺杆组件
12——第一同步齿形带13——升降气缸
20——第二伺服马达21——少齿差行星齿轮减速机
30——第三伺服马达31——翻转主轴
40——第四伺服马达41——第一传动轴
42——第二滚珠螺杆组件50——第五伺服马达
51——涡轮减速机52——配对齿轮组
53——第二传动轴54——传动套筒
具体实施方式
下面参照图对本发明的优选实施例进行详细说明。
本发明所述的一种智能五轴机械手，包括机台1、以及定位设置在所述机台1上的机械臂、垂直运动机构Z1、摆臂运动机构Z2、翻转运动机构Z3、水平运动机构Z4和执行端旋转运动机构Z5，所述机械臂包括主臂3和承载于所述主臂上的伸缩臂4，且所述伸缩臂4的一端上还活动设置有一供吸盘或夹爪安装的法兰盘5；所述摆臂运动机构Z2承载于所述垂直运动机构Z1上，并能够在所述垂直运动机构Z1的带动下相对所述机台1作上下移动定位；所述翻转运动机构Z3承载于所述摆臂运动机构Z2上，并能够在所述摆臂运动机构Z2的带动下旋转；所述水平运动机构Z4和所述执行端旋转运动机构Z5均承载于所述翻转运动机构Z3上，并能够在所述翻转运动机构Z3的带动下一起旋转，且所述水平运动机构Z4能够带动所述伸缩臂4沿所述主臂3的长度方向往复移动，所述执行端旋转运动机构Z5能够带动所述法兰盘5绕其中心旋转。
在本实施例中，所述垂直运动机构Z1包括有定位内置于所述机台1内部的第一伺服马达10、第一滚珠螺杆组件11、第一齿轮组和第一同步齿形带12，所述第一滚珠螺杆组件11包括第一螺杆和滑设于所述第一螺杆上的第一螺帽，所述第一齿轮组由一对第一齿轮组成，该对第一齿轮分别固定套设于所述第一伺服马达10的输出轴和所述第一螺杆的一轴端上，且该对第一齿轮还通过所述第一同步齿形带12传动连接；
所述摆臂运动机构Z2包括有亦定位内置于所述机台1内部的第二伺服马达20和少齿差行星齿轮减速机21，所述第二伺服马达20能够驱动所述少齿差行星齿轮减速机21运转；
所述摆臂运动机构Z2承载于所述垂直运动机构Z1上，并能够在所述垂直运动机构Z1的带动下作上下移动定位的结构为：在所述机台1内部还活动设置有一竖向导向板2，所述第一螺帽与所述导向板2的底端固连，所述第二伺服马达20与所述导向板2的上端固连。
优选的，在所述机台1内部还定位设置有竖向第一滑轨，所述导向板2与所述第一滑轨相滑动配合连接。
优选的，所述垂直运动机构Z1还包括有定位内置于所述机台1内部的升降气缸13，所述升降气缸13的输出轴与所述导向板2固连，从而减轻第一伺服马达10的负荷。
在本实施例中，所述翻转运动机构Z3承载于所述摆臂运动机构Z2上，并能够在所述摆臂运动机构Z2的带动下旋转的结构为：在所述机台1的顶端上还活动设有一用以承载所述翻转运动机构Z3的基座6，所述少齿差行星齿轮减速机21的输出轴通过旋转主轴与所述基座6固连。
在本实施例中，所述翻转运动机构Z3包括定位设置于所述基座上端的第三伺服马达30、以及定位设置于所述基座内部的第二齿轮组和中空翻转主轴31，所述第二齿轮组由一对相互啮合的第二齿轮组成，该对第二齿轮的外径大小不等，且该对第二齿轮分别固定套设于所述第三伺服马达30的输出轴和所述翻转主轴31的外侧上。
在本实施例中，所述水平运动机构Z4和所述执行端旋转运动机构Z5均承载于所述翻转运动机构Z3上，并能够在所述翻转运动机构Z3的带动下一起旋转的结构为：所述主臂3由横截面均呈方形框体的第一主臂和第二主臂组成，所述第一主臂和第二主臂分设于所述基座6的两侧，分别对应与所述翻转主轴31的两轴端固定连接，且所述第一主臂、第二主臂和翻转主轴31相贯通并共同形成一用以容置所述水平运动机构Z4和所述执行端旋转运动机构Z5的容置腔。
在本实施例中，所述伸缩臂4的横截面亦呈方形框体，且所述伸缩臂4的一端通过所述水平运动机构Z4沿所述第一主臂的长度方向滑设于所述第一主臂中，所述伸缩臂4的另一端伸出所述第一主臂背向所述翻转主轴31的一端外；其中：
所述伸缩臂4的一端通过所述水平运动机构Z4沿所述第一主臂的长度方向滑设于所述第一主臂中的结构为：所述水平运动机构Z4包括第四伺服马达40、第一传动轴41和第二滚珠螺杆组件42，其中，所述第四伺服马达40定位容置于所述第二主臂中，且所述第四伺服马达40的输出轴通过联轴器与所述第一传动轴41的一轴端固连，所述第二滚珠螺杆组件42包括定位容置于所述第一主臂中的第二螺杆和滑设于所述第二螺杆上的第二螺帽，所述第二螺杆的一轴端通过联轴器与所述第一传动轴41上并穿设过所述翻转主轴31的另一轴端固连，所述第二螺帽与所述伸缩臂4固连。
所述执行端旋转运动机构Z5能够带动所述法兰盘5绕其中心旋转的结构为：所述执行端旋转运动机构Z5包括第五伺服马达50、第一转向齿轮机构、涡轮减速机51、配对齿轮组52、第二传动轴53、传动套筒54和第二转向齿轮机构，其中，所述第五伺服马达50定位容置于所述第二主臂中，且所述第五伺服马达50的输出轴通过所述第一转向齿轮机构能够驱动所述涡轮减速机51运转，所述配对齿轮组52定位容置于所述第一主臂中，且所述配对齿轮组52中的一个齿轮固定套设于所述涡轮减速机51的输出轴上，其另一个齿轮通过万向节联轴器固定连接于所述第二传动轴53的一端，所述传动套筒54活动容置于所述伸缩臂4中并与所述第二传动轴53构成花键传动，且所述传动套筒54背向所述第二传动轴53的一端还伸出所述伸缩臂4外，并通过所述第二转向齿轮机构定位连接于所述法兰盘5。
优选的，在所述第一主臂内部还水平固设有第二滑轨，所述伸缩臂4与所述第二滑轨相滑动配合连接；另所述第一转向齿轮机构和第二转向齿轮机构均由两个相互啮合并呈90度的齿轮组成。
Claims (9)
1.一种智能五轴机械手，包括机台(1)、以及定位设置在所述机台(1)上的机械臂、垂直运动机构(Z1)、摆臂运动机构(Z2)、翻转运动机构(Z3)、水平运动机构(Z4)和执行端旋转运动机构(Z5)，所述机械臂包括主臂(3)和承载于所述主臂上的伸缩臂(4)，且所述伸缩臂(4)的一端上还活动设置有一供吸盘或夹爪安装的法兰盘(5)；其特征在于：所述摆臂运动机构(Z2)承载于所述垂直运动机构(Z1)上，并能够在所述垂直运动机构(Z1)的带动下相对所述机台(1)作上下移动定位；所述翻转运动机构(Z3)承载于所述摆臂运动机构(Z2)上，并能够在所述摆臂运动机构(Z2)的带动下旋转；所述水平运动机构(Z4)和所述执行端旋转运动机构(Z5)均承载于所述翻转运动机构(Z3)上，并能够在所述翻转运动机构(Z3)的带动下一起旋转，且所述水平运动机构(Z4)能够带动所述伸缩臂(4)沿所述主臂(3)的长度方向往复移动，所述执行端旋转运动机构(Z5)能够带动所述法兰盘(5)绕其中心旋转；
所述垂直运动机构(Z1)包括有定位内置于所述机台(1)内部的第一伺服马达(10)、第一滚珠螺杆组件(11)、第一齿轮组和第一同步齿形带(12)，所述第一滚珠螺杆组件(11)包括第一螺杆和滑设于所述第一螺杆上的第一螺帽，所述第一齿轮组由一对第一齿轮组成，该对第一齿轮分别固定套设于所述第一伺服马达(10)的输出轴和所述第一螺杆的一轴端上，且该对第一齿轮还通过所述第一同步齿形带(12)传动连接；
所述摆臂运动机构(Z2)包括有亦定位内置于所述机台(1)内部的第二伺服马达(20)和少齿差行星齿轮减速机(21)，所述第二伺服马达(20)能够驱动所述少齿差行星齿轮减速机(21)运转；
所述摆臂运动机构(Z2)承载于所述垂直运动机构(Z1)上，并能够在所述垂直运动机构(Z1)的带动下作上下移动定位的结构为：在所述机台(1)内部还活动设置有一竖向导向板(2)，所述第一螺帽与所述导向板(2)的底端固连，所述第二伺服马达(20)与所述导向板(2)的上端固连。
2.根据权利要求1所述的智能五轴机械手，其特征在于：在所述机台(1)内部还定位设置有竖向第一滑轨，所述导向板(2)与所述第一滑轨相滑动配合连接。
3.根据权利要求1所述的智能五轴机械手，其特征在于：所述垂直运动机构(Z1)还包括有定位内置于所述机台(1)内部的升降气缸(13)，所述升降气缸(13)的输出轴与所述导向板(2)固连。
4.根据权利要求1所述的智能五轴机械手，其特征在于：所述翻转运动机构(Z3)承载于所述摆臂运动机构(Z2)上，并能够在所述摆臂运动机构(Z2)的带动下旋转的结构为：在所述机台(1)的顶端上还活动设有一用以承载所述翻转运动机构(Z3)的基座(6)，所述少齿差行星齿轮减速机(21)的输出轴与所述基座(6)固连。
5.根据权利要求4所述的智能五轴机械手，其特征在于：所述翻转运动机构(Z3)包括定位设置于所述基座上端的第三伺服马达(30)、以及定位设置于所述基座内部的第二齿轮组和中空翻转主轴(31)，所述第二齿轮组由一对相互啮合的第二齿轮组成，且该对第二齿轮分别固定套设于所述第三伺服马达(30)的输出轴和所述翻转主轴(31)的外侧上。
6.根据权利要求5所述的智能五轴机械手，其特征在于：所述水平运动机构(Z4)和所述执行端旋转运动机构(Z5)均承载于所述翻转运动机构(Z3)上，并能够在所述翻转运动机构(Z3)的带动下一起旋转的结构为：所述主臂(3)由横截面均呈方形框体的第一主臂和第二主臂组成，所述第一主臂和第二主臂分设于所述基座(6)的两侧，分别对应与所述翻转主轴(31)的两轴端固定连接，且所述第一主臂、第二主臂和翻转主轴(31)相贯通并共同形成一用以容置所述水平运动机构(Z4)和所述执行端旋转运动机构(Z5)的容置腔。
7.根据权利要求6所述的智能五轴机械手，其特征在于：所述伸缩臂(4)的横截面亦呈方形框体，且所述伸缩臂(4)的一端通过所述水平运动机构(Z4)沿所述第一主臂的长度方向滑设于所述第一主臂中，所述伸缩臂(4)的另一端伸出所述第一主臂背向所述翻转主轴(31)的一端外；其中：
所述伸缩臂(4)的一端通过所述水平运动机构(Z4)沿所述第一主臂的长度方向滑设于所述第一主臂中的结构为：所述水平运动机构(Z4)包括第四伺服马达(40)、第一传动轴(41)和第二滚珠螺杆组件(42)，其中，所述第四伺服马达(40)定位容置于所述第二主臂中，且所述第四伺服马达(40)的输出轴通过联轴器与所述第一传动轴(41)的一轴端固连，所述第二滚珠螺杆组件(42)包括定位容置于所述第一主臂中的第二螺杆和滑设于所述第二螺杆上的第二螺帽，所述第二螺杆的一轴端通过联轴器与所述第一传动轴(41)的另一轴端固连，所述第二螺帽与所述伸缩臂(4)固连。
8.根据权利要求7所述的智能五轴机械手，其特征在于：所述执行端旋转运动机构(Z5)能够带动所述法兰盘(5)绕其中心旋转的结构为：所述执行端旋转运动机构(Z5)包括第五伺服马达(50)、第一转向齿轮机构、涡轮减速机(51)、配对齿轮组(52)、第二传动轴(53)、传动套筒(54)和第二转向齿轮机构，其中，所述第五伺服马达(50)定位容置于所述第二主臂中，且所述第五伺服马达(50)的输出轴通过所述第一转向齿轮机构能够驱动所述涡轮减速机(51)运转，所述配对齿轮组(52)定位容置于所述第一主臂中，且所述配对齿轮组(52)中的一个齿轮固定套设于所述涡轮减速机(51)的输出轴上，其另一个齿轮通过万向节联轴器固定连接于所述第二传动轴(53)的一端，所述传动套筒(54)活动容置于所述伸缩臂(4)中并与所述第二传动轴(53)构成花键传动，且所述传动套筒(54)背向所述第二传动轴(53)的一端还伸出所述伸缩臂(4)外，并通过所述第二转向齿轮机构定位连接于所述法兰盘(5)。
9.根据权利要求8所述的智能五轴机械手，其特征在于：在所述第一主臂内部还水平固设有第二滑轨，所述伸缩臂(4)与所述第二滑轨相滑动配合连接；另所述第一转向齿轮机构和第二转向齿轮机构均由两个相互啮合并呈90度的齿轮组成。
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