CN103802095B - 四自由度伺服机械手 - Google Patents

Abstract

本发明涉及工业自动化设备，更具体地说，涉及一种自动化机械手。一种四自由度伺服机械手，包括升降臂、回转手臂、伸缩臂、扭转臂、基座和手爪；所述升降臂固连于所述基座上，所述基座固定于地面上；所述手爪固连于所述扭转臂的输出端；所述伸缩臂的固定板固连于所述回转盖板；所述伸缩臂的一端固连立式法兰盘，所述立式法兰盘上固连所述扭转臂。本发明适用于机械制造过程中，实现物料的搬运传输，并且摩擦阻力小，运行平稳、精度高、寿命长，使用本发明四自由度伺服机械手可以拾取工件，本发明四自由度伺服机械手通过紧凑的结构布置，有效控制外形尺寸，并获取最大的运行空间。

Description

四自由度伺服机械手

技术领域

本发明涉及工业自动化设备，更具体地说，涉及一种自动化机械手。

背景技术

机械手是指能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。

机械手主要由手部、运动机构和控制系统三大部分组成。手部是用来抓持工件(或工具)的部件，根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式，如夹持型、托持型和吸附型等。运动机构，使手部完成各种转动(摆动)、移动或复合运动来实现规定的动作，改变被抓持物件的位置和姿势。运动机构的升降、伸缩、旋转等独立运动方式，称为机械手的自由度。控制系统是通过对机械手每个自由度的电机的控制，来完成特定动作。

然而，现有的机械手往往由电机驱动，结构复杂，价格昂贵。

现有的机械手的寿命不长。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种四自由度伺服机械手，本发明适用于机械制造过程中，实现物料的搬运传输，并且摩擦阻力小，运行平稳、精度高、寿命长，使用本发明四自由度伺服机械手可以拾取工件，并完成工件的升降、伸缩及旋转功能。

一种四自由度伺服机械手，包括升降臂、回转手臂、伸缩臂、扭转臂、基座和手爪；

所述升降臂固连于所述基座上，所述基座固定于地面上；

所述升降臂包括第一伺服电机、升降丝杠、升降螺母、同步带、导柱、基座板；所述升降丝杠的下端活动连接于所述基座板，所述第一伺服电机固连于所述基座板，所述第一伺服电机连接所述同步带，所述同步带连接所述升降丝杠的一端，所述升降丝杠活动连接所述升降螺母；所述升降螺母固连于所述回转手臂的回转架，所述升降螺母位于所述回转架的边缘处；所述导柱固连于所述基座板的边缘处，所述导柱数量为4，并且相互平行；所述回转架上设置有和所述导柱相匹配的导套；

所述回转手臂包括：回转架、第二伺服电机、回转减速器；所述回转架包括上回转架、立柱、下回转架，所述立柱的上部固连于所述上回转架的边缘处，所述立柱的下部固连于所述下回转架的边缘处；所述回转减速器的外壳固连于所述上回转架，所述回转减速器位于所述上回转架上部的中间位置；所述第二伺服电机连接于所述回转减速器，并位于所述上回转架下部的中间位置，所述升降丝杠位于所述第二伺服电机的侧边；所述回转减速器的上部固连有回转盖板；

所述伸缩臂包括底板、丝杠、长导轨、方形滑块、螺母、第三伺服电机、联轴器；所述丝杠的一端活动连接有丝杠固定座、另外一端活动连接有丝杠支撑座，所述丝杠固定座和所述丝杠支撑座固定连接于所述底板上；所述第三伺服电机的伸出轴和所述丝杠通过所述联轴器实现固定连接；所述底板的另外一面上，固定连接有所述长导轨，所述长导轨上活动连接方形滑块，所述方形滑块下方固连有固定板；所述丝杠上活动连接所述螺母，所述螺母的外部固连有螺母连接板，所述螺母连接板的两侧固连有立板，所述立板固连于所述固定板上；所述丝杠和所述长导轨平行；

所述扭转臂包括第四伺服电机和扭转减速器，所述第四伺服电机的输出轴连接至所述扭转减速器；所述手爪固连于所述扭转臂的输出端；

所述伸缩臂的固定板固连于所述回转盖板；所述伸缩臂的一端固连立式法兰盘，所述立式法兰盘上固连所述扭转臂。

和传统技术相比，本发明四自由度伺服机械手的有益效果如下：

所述基座固连于地面或者其它设备上，实现对本发明四自由度伺服机械手的安装固定。

本发明四自由度伺服机械手通过紧凑的结构布置，有效控制外形尺寸，并获取最大的运行空间。和传统的线性坐标的机器人相比，本发明四自由度伺服机械手的体积小。

所述升降臂位于最下部，所述第一伺服电机位于所述基座内部；所述升降丝杠、所述导柱和所述第二伺服电机同排布置，缩短本发明四自由度伺服机械手的高度尺寸。

所述回转手臂在所述第三伺服电机的驱动下，实现精密转动。所述第三伺服电机的输出角度经过所述回转减速器后，获取更加精密的角度；同时，所述回转减速器的输出扭矩也更大。所述回转手臂刚性高，角度准，扭矩大。

传统的机器人减速器关节价格昂贵，和传统的关节式工业机器人相比，本发明四自由度伺服机械手的所述升降臂和伸缩臂采用滚珠丝杠加导轨的结构形式，可以明显提高经济效益。

所述导柱的数量为4个，所述导套的数量为4个，导向精度高，刚性高。

对于所述伸缩手臂，所述方形滑块和所述固定板固连于所述减速器盖板，在所述第三伺服电机的驱动下，所述底板和所述丝杆一起向前伸出或向后缩回。所述方形滑块和所述长导轨之间为滚动摩擦，以减小摩擦阻力。

本发明四自由度伺服机械手的手臂包括升降臂、回转手臂、伸缩臂、扭转臂。所述升降臂位于本发明四自由度伺服机械手的下部，具有升降功能，即在所述第一伺服电机的带动下，可以驱动所述回转手臂、伸缩臂、扭转臂一起上升或者下降；所述回转手臂连接于所述升降臂，所述回转手臂具有回转功能，即在所述第二伺服电机的带动下，可以驱动所述伸缩臂、扭转臂一起做顺时针或逆时针的水平转动；所述伸缩臂连接于所述回转手臂上，所述伸缩臂具有线性伸缩功能，即在所述第三伺服电机的带动下，可以驱动所述扭转臂伸出或者缩回；所述扭转臂连接于所述伸缩臂上，所述扭转臂具备扭转功能，即在所述第四伺服电机的带动下，可以驱动所述手爪做顺时针或逆时针的转动。本发明四自由度伺服机械手的手臂具备4个自由度的运动控制。

附图说明

图1是本发明四自由度伺服机械手的结构示意图；

图2是本发明四自由度伺服机械手的结构示意图；

图3是本发明四自由度伺服机械手的结构示意图；

图4是本发明四自由度伺服机械手的升降臂的结构示意图；

图5是本发明四自由度伺服机械手的升降臂的结构示意图；

图6是本发明四自由度伺服机械手的线性手臂的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步地详细说明，但不构成对本发明的任何限制，附图中类似的元件标号代表类似的元件。如上所述，本发明提供了一种导轨式机械手，用于实现物料的抓取和转移。

图1、图2、图3是本发明四自由度伺服机械手的结构示意图，图4、图5是本发明四自由度伺服机械手的升降臂的结构示意图，图6是本发明四自由度伺服机械手的线性手臂的结构示意图。

四自由度伺服机械手，包括升降臂1001、回转手臂1002、伸缩臂1003、扭转臂1004、基座336和手爪120；

所述升降臂1001固连于所述基座336上，所述基座336固定于地面上；

所述升降臂1001包括第一伺服电机330、升降丝杠332、升降螺母335、同步带331、导柱334、基座板333；所述升降丝杠332的下端活动连接于所述基座板333，所述第一伺服电机330固连于所述基座板333，所述第一伺服电机330连接所述同步带331，所述同步带331连接所述升降丝杠332的一端，所述升降丝杠332活动连接所述升降螺母335；所述升降螺母335固连于所述回转手臂1002的回转架261，所述升降螺母335位于所述回转架261的边缘处；所述导柱334固连于所述基座板333的边缘处，所述导柱334数量为4，并且相互平行；所述回转架261上设置有和所述导柱334相匹配的导套262；

所述回转手臂1002包括：回转架262、第二伺服电机258、回转减速器259；所述回转架262包括上回转架2645、立柱2646、下回转架2647，所述立柱2646的上部固连于所述上回转架2645的边缘处，所述立柱2646的下部固连于所述下回转架2647的边缘处；所述回转减速器259的外壳固连于所述上回转架2645，所述回转减速器259位于所述上回转架2645上部的中间位置；所述第二伺服电机258连接于所述回转减速器259，并位于所述上回转架2645下部的中间位置，所述升降丝杠332位于所述第二伺服电机258的侧边；所述回转减速器259的上部固连有回转盖板260；

所述伸缩臂包括底板212、丝杠213、长导轨221、方形滑块222、螺母215、伺服电机220、联轴器219；所述丝杠213的一端活动连接有丝杠固定座218、另外一端活动连接有丝杠支撑座217，所述丝杠固定座218和所述丝杠支撑座217固定连接于所述底板212上；所述伺服电机220的伸出轴和所述丝杠213通过所述联轴器219实现固定连接；所述底板212的另外一面上，固定连接有所述长导轨221，所述长导轨221上活动连接方形滑块222，所述方形滑块222下方固连有固定板223；所述丝杠213上活动连接所述螺母215，所述螺母215的外部固连有螺母连接板214，所述螺母连接板212的两侧固连有立板216，所述立板216固连于所述固定板223上；所述丝杠213和所述长导轨221平行；

所述扭转臂1004包括第四伺服电机304和扭转减速器301，所述第四伺服电机304的输出轴连接至所述扭转减速器301；所述手爪120固连于所述扭转臂1004的输出端；

所述伸缩臂1003的固定板223固连于所述回转盖板260；所述伸缩臂1003的一端固连立式法兰盘2000，所述立式法兰盘2000上固连所述扭转臂1004。

最后，应当指出，以上实施例仅是本发明较有代表性的例子。显然，本发明不限于上述实施例，还可以有许多变形。凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均应认为属于本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种四自由度伺服机械手，包括升降臂、回转手臂、伸缩臂、扭转臂、基座和手爪；

其特征在于组成如下：

所述升降臂固连于所述基座上，所述基座固定于地面上；

所述升降臂包括第一伺服电机、升降丝杠、升降螺母、同步带、导柱、基座板；所述升降丝杠的下端活动连接于所述基座板，所述第一伺服电机固连于所述基座板，所述第一伺服电机连接所述同步带，所述同步带连接所述升降丝杠的一端，所述升降丝杠活动连接所述升降螺母；所述升降螺母固连于所述回转手臂的回转架，所述升降螺母位于所述回转架的边缘处；所述导柱固连于所述基座板的边缘处，所述导柱数量为4，并且相互平行；所述回转架上设置有和所述导柱相匹配的导套；

所述回转手臂包括：回转架、第二伺服电机、回转减速器；所述回转架包括上回转架、立柱、下回转架，所述立柱的上部固连于所述上回转架的边缘处，所述立柱的下部固连于所述下回转架的边缘处；所述回转减速器的外壳固连于所述上回转架，所述回转减速器位于所述上回转架上部的中间位置；所述第二伺服电机连接于所述回转减速器，并位于所述上回转架下部的中间位置，所述升降丝杠位于所述第二伺服电机的侧边；所述回转减速器的上部固连有回转盖板；

所述伸缩臂包括底板、丝杠、长导轨、方形滑块、螺母、第三伺服电机、联轴器；所述丝杠的一端活动连接有丝杠固定座、另外一端活动连接有丝杠支撑座，所述丝杠固定座和所述丝杠支撑座固定连接于所述底板上；所述第三伺服电机的伸出轴和所述丝杠通过所述联轴器实现固定连接；所述底板的另外一面上，固定连接有所述长导轨，所述长导轨上活动连接方形滑块，所述方形滑块下方固连有固定板；所述丝杠上活动连接所述螺母，所述螺母的外部固连有螺母连接板，所述螺母连接板的两侧固连有立板，所述立板固连于所述固定板上；所述丝杠和所述长导轨平行；

所述扭转臂包括第四伺服电机和扭转减速器，所述第四伺服电机的输出轴连接至所述扭转减速器；所述手爪固连于所述扭转臂的输出端；

所述伸缩臂的固定板固连于所述回转盖板；所述伸缩臂的一端固连立式法兰盘，所述立式法兰盘上固连所述扭转臂。