CN104015198A - 关节机械手及具有该关节机械手的m形双臂机器人 - Google Patents

Abstract

关节机械手及具有该关节机械手的M形双臂机器人，该关节机械手包括，支撑竖梁，其上设置有滑动座；枢接于滑动座上的摆臂，该摆臂的两端分别形成第一转动连接端和第二转动连接端，枢轴上设置有一与摆臂同步联接的主动轮，第二转动连接端上枢接有与主动轮同步联接的从动轮；支撑连杆，其一端铰接于第一转动连接端、另一端铰接于支撑竖梁；抓料杆，其上端部枢接于第二转动连接端上并与从动轮同步联接、下端部可转动的安装有一抓料板，抓料杆上设置有用于带动抓料板相对于抓料杆转动的驱动机构，抓料板上安装有制品抓取单元。驱动组件，并用于带动主动轮转动。本发明采用两轴全伺服控制，定位精准，降低了能耗，且结构简单具有较高的可靠性。

Description

关节机械手及具有该关节机械手的M形双臂机器人

 

技术领域

本发明涉及机械手技术领域，具体涉及一种关节机械手及具有该关节机械手的M形双臂机器人。

 

背景技术

在注塑领域中，传统的制品取出采用人工取出的方式，其操作过程较为复杂，周期较长，且取出后摆放的位置不够精准，影响后续加工，同时，存在较大的安全风险。

目前，为了克服人工取出方式存在的缺陷，很多生产厂家已经开始采用自动化机械手来实现注塑制品的取出，然而，目前的自动化机械手均是采用三轴联动的结构，其在取出注塑制品时，需要三轴同时运动，结构较为复杂，需要采用控制器分别控制三个驱动单元，定位不够准确，且注塑制品的抓取过程较长，仍然不能满足注塑模具快速开模的要求。

 

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种关节机械手，其结构简单，定位精准，且能够缩短注塑制品的取出时间。

本发明的目的之二在于，提供一种具有上述关节机械手的M形双臂机器人。

为实现上述目的一，本发明采用如下技术方案：

关节机械手，包括，

支撑竖梁，该支撑竖梁上设置有可沿其高度方向滑动的滑动座；

通过一枢轴枢接于滑动座上的摆臂，该摆臂的两端分别形成一个与枢轴错开的第一转动连接端和第二转动连接端，枢轴上设置有一与摆臂同步联接的主动轮，第二转动连接端上枢接有与主动轮同步联接的从动轮；

支撑连杆，其一端铰接于第一转动连接端、另一端铰接于支撑竖梁；

抓料杆，其上端部枢接于第二转动连接端上并与从动轮同步联接、下端部可转动的安装有一抓料板，抓料杆上设置有用于带动抓料板相对于抓料杆转动的驱动机构，抓料板上安装有制品抓取单元。

驱动组件，该驱动组件设置在滑动座上并用于带动主动轮转动。

驱动机构包括固定在抓料板上并枢接在抓料杆上的驱动齿轮、与驱动齿轮啮合的驱动齿条、以及缸体部分固定在抓料杆上并用于带动驱动齿条相对于抓料杆上下活动的驱动气缸。

驱动组件包括机体部分固定在滑动座上的主动电机，主动轮同步联接在该主动电机的转轴上。

该关节机械手还包括有一辅助气缸，该辅助气缸的缸体固定在滑动座上、其伸缩杆沿支撑竖梁的高度方向朝下延伸，辅助气缸的伸缩杆下端部形成一个用于顶压支撑竖梁底端部的顶压端。

制品抓取单元为真空吸盘或抓手。

为实现上述目的二，本发明采用如下技术方案：

M形双臂机器人，包括两个上述的关节机械手、横梁以及两个驱动单元，两关节机械手的支撑竖梁均设置于横梁上方，且支撑竖梁的底端部与横梁滑动配合，两驱动单元分别用于带动两关节机械手在支撑竖梁的长度方向滑动。

驱动单元包括固定在横梁上且沿横梁长度方向延伸的传动齿条、机体部分固定在支撑竖梁上的驱动电机、同步联接在驱动电机转轴上且与传动齿条啮合的传动齿轮。

两支撑竖梁底端部相对的一侧均设置有一防止彼此碰撞的防撞杆。

本发明的有益效果在于：

相比于现有的机械手，本发明的关节机械手采用主动电机和驱动电机带动，两轴全伺服控制，从而精确的控制制品抓取单元，定位精准，将现有的三轴联动机械手的直线运动改变为曲线运动路径，降低了能耗，且结构简单具有较高的可靠性。

 

附图说明

图1为本发明关节机械手的结构示意图；

图2为图1中关节机械手的安装示意图；

图3为图1中关节机械手的一种工作状态示意图；

图4为图1中关节机械手的另一种工作状态示意图；

图5为本M形双臂机器人的结构示意图；

其中：100、关节机械手；10、支撑竖梁；11、安装板；12、滑轨；13、滑动座；131、滑块；14、防撞杆；20、摆臂；21、枢孔；22、第一转动连接端；23、第二转动连接端；24、主动带轮；25、从动带轮；26、传动皮带；27、枢轴；30、支撑连杆；40、抓料杆；41、驱动气缸；42、驱动齿条；43、驱动齿轮；44、抓料板；50、驱动组件；51、主动电机；52、减速机；60、驱动电机；61、传动齿轮；70、辅助气缸；71、顶压端；200、横梁；210、滑轨；220、传动齿条；230、支架。

 

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述：

参见图1、2所示，为本发明的一种关节机械手100，其包括支撑竖梁10、摆臂20、支撑连杆30、抓料杆40以及驱动组件50，其中，支撑竖梁10上设置有可沿其高度方向（即图示中的Z向）滑动的滑动座13，具体的是，在支撑竖梁10的两侧分别设置有沿其高度方向延伸的滑轨12，滑动座13上固定有与滑轨12滑动配合的滑块131；摆臂20通过枢轴27枢接在滑动座13上，具体的是，枢轴27枢接在摆臂20上的枢孔21中，该枢轴27的轴线与图示中的X向一致，则摆臂20可在图示中的Z向和Y向构成的平面内相对于滑动座13转动，该摆臂20的两端分别突出于滑动座13，其与滑动座13构成一个杠杆机构，摆臂20的一端形成一个第一转动连接端22、另一端形成一个第二转动连接端23，第一转动连接端22和第二转动连接端23的轴线均与枢孔21的轴线错开，枢轴27上设置有一与摆臂20同步联接的主动带轮24，第二转动连接端23上枢接有一从动带轮25，主动带轮24和从动带轮25由绕设在其二者上的传动皮带26同步联接。支撑连杆30的下端铰接于固定在支撑竖梁10底端部的安装板11上、上端部则铰接于第一转动连接端22上。抓料杆40的长度方向与高度方向（即图示中的Z向）一致，并且在机械手作动时，其始终保持沿高度方向延伸，该抓料杆40的上端部枢接于第二转动连接端23并且与从动带轮25同步联接、下端部可转动的安装有一抓料板44，该抓料板44安装有用于抓取注塑制品的抓取单元。抓料杆40的下端部设置有用于带动抓料板44转动的驱动机构，用于使抓料板44上的抓取单元能够适配注塑制品的表面，从而根据不同的注塑制品，调整抓料板44的角度。该驱动机构包括固定在抓料板44上并枢接在抓料杆40上的驱动齿轮43、与驱动齿轮43啮合的驱动齿条42、以及缸体部分固定在抓料杆40下端部的驱动气缸41，该驱动气缸41用于带动驱动齿条42在高度方向上下运动，当驱动齿条42上下运动时，驱动齿轮43带动抓料板44转动，从而，通过驱动气缸41来调整抓料板44的角度。上述带动抓料板44转动的驱动机构也可以采用其他能够实现转动的机构来实现，例如可采用电机、摆动气缸等。

需要注意的是，为了实现上述主动带轮24和从动带轮25的同步运动，并非上述皮带传动机构可实现，其还可以采用链条或齿轮传动机构来替代，总之，只要能够实现主动带轮24和从动带轮25同步、同向转动即可。

驱动组件50作为整个机械手运动的主要动力来源，其可以是包括主动电机51，主动电机51的机体固定在滑动座13上，其转轴与主动带轮24同步联接，用于驱动主动带轮24转动。为了确保机械手正常工作，还可以在主动电机51与主动带轮24之间安装一减速机52，用以输出较大的扭矩。

此外，上述的关节机械手100还包括一辅助气缸70，该辅助气缸70的缸体固定在滑动座13上、其伸缩杆延支撑竖梁10的高度方向向下延伸，且辅助气缸70的伸缩杆的下端部形成一个顶压端71，当主动电机51施加在摆臂20上的扭矩不足以使摆臂20随着滑动座13上升时，辅助气缸70带动顶压端71向下顶压安装板11的上表面，从而反向推动滑动座13向上移动。

参见图3，其示意上述的关节机械手100在工作的初始状态，抓料杆40位于支撑竖梁10的左侧，在该状态下，关节机械手100带动抓料板44上的制品抓取单元向下运动以抓取注塑制品，具体的是，在图3所示的状态，主动电机51正转，主动带轮24和从动带轮25均逆时针转动，摆臂20的第一转动连接端22相对于枢孔21具有向上运动的趋势、第二转动连接端23则相对于枢孔21具有向下运动的趋势，由于第一转动连接端22被支撑连杆30拉动，从而使支撑连杆30和摆臂20之间的夹角逐渐减小，即在支撑连杆30的拉动下，滑动座13带动摆臂20逐渐的向下移动，由于主动带轮24和从动带轮25是同步运动的，其二者在单位时间内转过的角度一致，因此，摆臂20的第二转动连接端23向下转动的角度与抓料杆40逆时针转动的角度是一致的，因此，在主动电机51带动摆臂20向下移动的过程中，抓料杆40始终保持与高度方向一致并始终向下朝向注塑制品运动，最终，使抓料板44上的制品抓取单元抓取注塑制品。当注塑制品被抓取后，主动电机51反向转动，与上述过程恰好相反，此时，由于支撑连杆30与摆臂20的夹角小于90度，主动电机51输出的扭矩可能不足以使滑动座13上升，则辅助气缸70开始作动，使滑动座13向上运动，当摆臂20摆动至与高度方向一致的位置时，抓料杆40恰好位于中间位置且其第二转动连接端23继续向右摆动，此时由于支撑连杆30位于左侧，主动电机51继续反向转动的情况下，滑动座13开始带动摆臂20向下运动至图4所示的状态，当抓料杆40向下运动到最低位置时，抓料板44上的制品抓取单元将注塑制品放置于放置工位上，完成制品的取放动作。

参见图5并结合图1和图2，本发明的一种M形双臂机器人包括两个上述的关节机械手100、横梁200以及两个驱动单元，其中，两关节机械手100的两支撑竖梁10均设置于横梁200上，横梁200的延伸方向与图示中的X向一致，横梁200的下方设置有支架230，支撑竖梁10底端部的安装板11与横梁200滑动配合，具体的是，横梁200上设置有沿其长度方向延伸的滑轨210，安装板11下方设置有与滑轨210配合的滑块，从而，两个关节机械手100能够沿着横梁200的长度方向滑动，上述的两驱动单元分别用于带动两关节机械手100沿横梁200的长度方向滑动，具体的是，驱动单元包括固定在横梁200上且沿横梁200长度方向延伸的传动齿条220、机体部分固定在安装板11上的驱动电机60、位于安装板11下方并同步联接在驱动电机60的转轴上的传动齿轮61，该传动齿轮61与传动齿条220啮合，启动驱动电机60，传动齿轮61与传动齿条220配合，即可带动关节机械手100沿横梁200的长度方向移动。

上述的两个关节机械手100在横梁200上移动，可同时抓取一个注塑制品或分别抓取两个注塑制品，在实际使用过程中，为了避免两关节机械手100发生碰撞，可以在两支撑竖梁10底部的安装板11相对一侧设置防撞杆14，用于避免两关节机械手100碰撞。

相比于现有的机械手，本发明的关节机械手100采用主动电机51和驱动电机60带动，两轴全伺服控制，从而精确的控制制品抓取单元，定位精准，将现有的三轴联动机械手的直线运动改变为曲线运动路径，降低了能耗，且结构简单具有较高的可靠性。

对本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (8)

1.关节机械手，其特征在于，包括，

支撑竖梁，该支撑竖梁上设置有可沿其高度方向滑动的滑动座；

通过一枢轴枢接于滑动座上的摆臂，该摆臂的两端分别形成一个与枢轴错开的第一转动连接端和第二转动连接端，枢轴上设置有一与摆臂同步联接的主动轮，第二转动连接端上枢接有与主动轮同步联接的从动轮；

支撑连杆，其一端铰接于第一转动连接端、另一端铰接于支撑竖梁；

抓料杆，其上端部枢接于第二转动连接端上并与从动轮同步联接、下端部可转动的安装有一抓料板，抓料杆上设置有用于带动抓料板相对于抓料杆转动的驱动机构，抓料板上安装有制品抓取单元。

驱动组件，该驱动组件设置在滑动座上并用于带动主动轮转动。

2.如权利要求1所述的关节机械手，其特征在于，驱动机构包括固定在抓料板上并枢接在抓料杆上的驱动齿轮、与驱动齿轮啮合的驱动齿条、以及缸体部分固定在抓料杆上并用于带动驱动齿条相对于抓料杆上下活动的驱动气缸。

3.如权利要求1所述的关节机械手，其特征在于，驱动组件包括机体部分固定在滑动座上的主动电机，主动轮同步联接在该主动电机的转轴上。

4.如权利要求1所述的关节机械手，其特征在于，该关节机械手还包括有一辅助气缸，该辅助气缸的缸体固定在滑动座上、其伸缩杆沿支撑竖梁的高度方向朝下延伸，辅助气缸的伸缩杆下端部形成一个用于顶压支撑竖梁底端部的顶压端。

5.如权利要求1所述的关节机械手，其特征在于，制品抓取单元为真空吸盘或抓手。

6.M形双臂机器人，其特征在于，包括两个如权利要求1所述的关节机械手、横梁以及两个驱动单元，两关节机械手的支撑竖梁均设置于横梁上方，且支撑竖梁的底端部与横梁滑动配合，两驱动单元分别用于带动两关节机械手在支撑竖梁的长度方向滑动。

7.如权利要求6所述的M形双臂机器人，其特征在于，驱动单元包括固定在横梁上且沿横梁长度方向延伸的传动齿条、机体部分固定在支撑竖梁上的驱动电机、同步联接在驱动电机转轴上且与传动齿条啮合的传动齿轮。

8.如权利要求6所述的M形双臂机器人，其特征在于，两支撑竖梁底端部相对的一侧均设置有一防止彼此碰撞的防撞杆。