CN104385267B - 一种四关节机械手 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种四关节机械手，能保证手腕上的抓取机构在移动过程中只发生平移而不发生自转。定向下杆的一端用五号铰链与转台铰接；定向下杆的另一端用六号铰链与转角铰接；定向上杆的一端用七号铰链与手腕铰接；定向上杆的另一端用八号铰链与转角铰接；一号铰链铰链轴线所在的直线、五号铰链铰链轴线所在的直线、六号铰链铰链轴线所在的直线、二号铰链铰链轴线所在的直线这四条直线分别为一个平行六面体的四条侧棱所在的直线；二号铰链铰链轴线所在的直线、八号铰链铰链轴线所在的直线、七号铰链铰链轴线所在的直线、四号铰链铰链轴线所在的直线这四条直线分别为另一个平行六面体的四条侧棱所在的直线。
Description
技术领域
本发明涉及一种四关节机械手。
背景技术
多关节机械手广泛用于各种领域中。如申请号为201210106092.2、名称为仿生多关节搬运机械手臂的中国专利。
现有技术的这种机械手，在机械臂转动的时候，由于结构的联动原因，其手腕也会在移动的过程中本身再发生转动，而要使手腕上的抓取机构能抓取工件，机械臂带动手腕到达抓取工位后，手腕往往需要再转动而使得抓取机构转到合适的角度，这样的话在手腕上就需要额外配设一套动力装置。而对于一些工作场合，工件从一个工位由机械手搬到另一个工位，工件只是在这两个工位之间平移，这样的话，机械手在这两个工位中，抓取机构与工件之间的相对角度是固定的。比如圆盘锯片的研磨工序，圆盘锯片放到磨床之前的搬运过程中，圆盘锯片从一个工位由机械手搬到另一个工位，在这两个工位上，圆盘锯片与抓取机构都是保持同一个角度。这样的工作场合，只要保证手腕上的抓取机构在移动过程中只发生平移而不发生自转，就不但能满足功能，而且手腕上不需要再额外配设一套动力装置，减少了成本。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种结构设计合理的四关节机械手，能保证手腕上的抓取机构在移动过程中只发生平移而不发生自转。
本发明解决上述问题所采用的技术方案是：一种四关节机械手，包括转台、一号电动缸、大机械臂、小机械臂、二号电动缸、手腕、机架、电机；转台竖向设置，并且转动连接在机架上；电机与转台连接，并可驱动转台在机架上转动；大机械臂的尾部用一号铰链与转台铰接，大机械臂可绕一号铰链的铰链轴线转动；大机械臂的头部用二号铰链与小机械臂铰接，大机械臂和小机械臂可绕二号铰链的铰链轴线相对转动；一号电动缸的缸体铰接在大机械臂上，其活塞用三号铰链与小机械臂铰接；手腕用四号铰链与小机械臂的头部铰接，手腕和小机械臂可绕四号铰链的铰链轴线相对转动；二号电动缸的缸体铰接在大机械臂上，其活塞与转台铰接；其特征在于：还包括定向下杆、定向上杆、转角；转角与二号铰链连接，转角可绕二号铰链的铰链轴线转动；定向下杆的一端用五号铰链与转台铰接，定向下杆可绕五号铰链的铰链轴线转动；定向下杆的另一端用六号铰链与转角铰接，定向下杆和转角可绕六号铰链的铰链轴线相对转动；定向上杆的一端用七号铰链与手腕铰接，定向上杆和手腕可绕七号铰链的铰链轴线相对转动；定向上杆的另一端用八号铰链与转角铰接，定向上杆和转角可绕八号铰链的铰链轴线相对转动；一号铰链铰链轴线所在的直线、五号铰链铰链轴线所在的直线、六号铰链铰链轴线所在的直线、二号铰链铰链轴线所在的直线这四条直线分别为一个平行六面体的四条侧棱所在的直线；二号铰链铰链轴线所在的直线、八号铰链铰链轴线所在的直线、七号铰链铰链轴线所在的直线、四号铰链铰链轴线所在的直线这四条直线分别为另一个平行六面体的四条侧棱所在的直线。
本发明所述的三号铰链、二号铰链、四号铰链依次排列。
本发明在所述的手腕底部固定有电磁铁。
本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：结构设计合理。一号铰链铰链轴线所在的直线、五号铰链铰链轴线所在的直线、六号铰链铰链轴线所在的直线、二号铰链铰链轴线所在的直线这四条直线分别为一个平行六面体的四条侧棱所在的直线。二号铰链铰链轴线所在的直线、八号铰链铰链轴线所在的直线、七号铰链铰链轴线所在的直线、四号铰链铰链轴线所在的直线这四条直线分别为另一个平行六面体的四条侧棱所在的直线。通过该结构，能保证手腕上的抓取机构在移动过程中只发生平移而不发生自转，而且只需要一台电机和两台电动缸作为动力系统，手腕上不需要再额外配设一套动力装置，减少了成本。
附图说明
图1为本发明实施例的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。
参见图1，本发明实施例包括转台1、一号电动缸2、大机械臂3、小机械臂4、二号电动缸5、手腕6、定向下杆7、定向上杆8、转角9、机架10、电机11。
转台1竖向设置，并且转动连接在机架10的顶部，转台1在机架10上轴向固定，周向转动。该结构使本发明具有了一个关节。
电机11的机体安装在机架10上，电机轴通过皮带轮机构与转台1连接。电机11可驱动转台1在机架11上转动。
大机械臂3的尾部用一号铰链12与转台1铰接，大机械臂3可绕一号铰链12的铰链轴线转动。大机械臂3的头部用二号铰链13与小机械臂4铰接，大机械臂3和小机械臂4可绕二号铰链13的铰链轴线相对转动。一号铰链12和二号铰链13分别使本发明具有了一个关节。
一号电动缸2的缸体铰接在大机械臂3上，其活塞用三号铰链14与小机械臂4的尾部铰接。
手腕6用四号铰链15与小机械臂4的头部铰接，手腕6和小机械臂4可绕四号铰链15的铰链轴线相对转动。四号铰链15使本发明具有了一个关节。手腕6上可根据需要安装各式抓取机构20，抓取机构20可采用夹持型、托持型和吸附型等，本实用例中，抓取机构20为电磁铁，可吸附金属工件，成本低、使用方便、效果非常好。
三号铰链14、二号铰链13、四号铰链15依次排列，这样一号电动缸2可以更加有效地推动小机械臂4相对于大机械臂3绕二号铰链13的铰链轴线转动。
二号电动缸5的缸体铰接在大机械臂3上，其活塞与转台1铰接。
转角9与二号铰链13连接，转角9可绕二号铰链13的铰链轴线转动。
定向下杆7一端用五号铰链16与转台1铰接，定向下杆7可绕五号铰链16的铰链轴线转动。定向下杆7另一端用六号铰链17与转角9铰接，定向下杆7和转角9可绕六号铰链17的铰链轴线相对转动。
定向上杆8一端用七号铰链18与手腕6铰接，定向上杆8和手腕6可绕七号铰链18的铰链轴线相对转动；定向上杆8另一端用八号铰链19与转角9铰接，定向上杆8和转角9可绕八号铰链19的铰链轴线相对转动。
本发明工作过程如下：
过程1：电机11动作，其电机轴驱动转台1转动，转台1带动大机械臂3转动，大机械臂3带动小机械臂4转动，小机械臂4带动手腕6转动。
过程2：二号电动缸5动作，其活塞伸缩，二号电动缸5推动大机械臂3绕一号铰链12的铰链轴线转动，大机械臂3带动小机械臂4转动，小机械臂4带动手腕6转动。
过程3：一号电动缸2动作，其活塞伸缩，二号电动缸5推动小机械臂4相对于大机械臂3绕二号铰链13的铰链轴线转动，小机械臂4带动手腕6转动。
上述过程2中，定向下杆7先产生联动，其绕五号铰链16的铰链轴线转动。定向下杆7另一端通过六号铰链17推拉转角9，并且转角9和定向下杆7绕六号铰链17的铰链轴线相对转动。转角9通过八号铰链19推拉定向上杆8，并且定向上杆8和转角9绕八号铰链19的铰链轴线相对转动。定向上杆8通过七号铰链18推拉手腕6，并且定向上杆8和手腕6绕七号铰链18的铰链轴线相对转动，手腕6和小机械臂4绕四号铰链15的铰链轴线相对转动。
上述过程3中，定向上杆8产生联动，通过七号铰链18推拉手腕6，并且定向上杆8和手腕6绕七号铰链18的铰链轴线相对转动，手腕6和小机械臂4绕四号铰链15的铰链轴线相对转动。转角9不动，并且通过杠杆原理，定向上杆8和转角9绕八号铰链19的铰链轴线相对转动。
一号铰链12铰链轴线所在的直线、五号铰链16铰链轴线所在的直线、六号铰链17铰链轴线所在的直线、二号铰链13铰链轴线所在的直线这四条直线分别为一个平行六面体的四条侧棱所在的直线。二号铰链13铰链轴线所在的直线、八号铰链19铰链轴线所在的直线、七号铰链18铰链轴线所在的直线、四号铰链15铰链轴线所在的直线这四条直线分别为另一个平行六面体的四条侧棱所在的直线。作为公知常识的，平行六面体的定义为：底面是平行四边形的四棱柱叫做平行六面体。在这种结构下，根据连杆机构原理，在上述过程2和过程3中，无论大机械臂3和小机械臂4如何转动，六号铰链17铰链轴线所在的直线和二号铰链13铰链轴线所在的直线这两条直线所在的平面（简称平面A）始终平行于一号铰链12铰链轴线所在的直线和五号铰链16铰链轴线所在的直线这两条直线所在的平面（简称平面B），而一号铰链12和五号铰链16安装后在转台1上的位置不会变化，因此平面B在转台1上的位置是固定的，这样的话，转角9与平面B的夹角是固定的（两者的相对位置会发生变化）。同样的原理，七号铰链18铰链轴线所在的直线和四号铰链15铰链轴线所在的直线这两条直线所在的平面（简称平面C）始终平行于二号铰链13铰链轴线所在的直线和八号铰链19铰链轴线所在的直线这两条直线所在的平面（简称平面D），而由于转角9相对于平面B的角度是固定的，即平面D与平面B的夹角是固定的，平面C与平面B的夹角也是固定的（两者的相对位置会发生变化），这种情况下，手腕6与平面B的夹角也是固定的（两者的相对位置会发生变化），即在上述过程2和过程3中，无论大机械臂3和小机械臂4如何转动，手腕6与平面B的夹角是固定的（两者的相对位置会发生变化），这样的话，手腕6上的抓取机构在移动过程中只发生平移而不发生自转。
此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同，本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例说明。
Claims (3)
1.一种四关节机械手，包括转台、一号电动缸、大机械臂、小机械臂、二号电动缸、手腕、机架和电机；转台竖向设置，并且转动连接在机架上；电机与转台连接，并可驱动转台在机架上转动；大机械臂的尾部用一号铰链与转台铰接，大机械臂可绕一号铰链的铰链轴线转动；大机械臂的头部用二号铰链与小机械臂铰接，大机械臂和小机械臂可绕二号铰链的铰链轴线相对转动；一号电动缸的缸体铰接在大机械臂上，其活塞用三号铰链与小机械臂铰接；手腕用四号铰链与小机械臂的头部铰接，手腕和小机械臂可绕四号铰链的铰链轴线相对转动；二号电动缸的缸体铰接在大机械臂上，其活塞与转台铰接；其特征在于：还包括定向下杆、定向上杆和转角；转角与二号铰链连接，转角可绕二号铰链的铰链轴线转动；定向下杆的一端用五号铰链与转台铰接，定向下杆可绕五号铰链的铰链轴线转动；定向下杆的另一端用六号铰链与转角铰接，定向下杆和转角可绕六号铰链的铰链轴线相对转动；定向上杆的一端用七号铰链与手腕铰接，定向上杆和手腕可绕七号铰链的铰链轴线相对转动；定向上杆的另一端用八号铰链与转角铰接，定向上杆和转角可绕八号铰链的铰链轴线相对转动；一号铰链铰链轴线所在的直线、五号铰链铰链轴线所在的直线、六号铰链铰链轴线所在的直线、二号铰链铰链轴线所在的直线这四条直线分别为一个平行六面体的四条侧棱所在的直线；二号铰链铰链轴线所在的直线、八号铰链铰链轴线所在的直线、七号铰链铰链轴线所在的直线、四号铰链铰链轴线所在的直线这四条直线分别为另一个平行六面体的四条侧棱所在的直线；
过程1：电机动作，其电机轴驱动转台转动，转台带动大机械臂转动，大机械臂带动小机械臂转动，小机械臂带动手腕转动；
过程2：二号电动缸动作，其活塞伸缩，二号电动缸推动大机械臂绕一号铰链的铰链轴线转动，大机械臂带动小机械臂转动，小机械臂带动手腕转动；该过程2中，定向下杆产生联动，定向下杆绕五号铰链的铰链轴线转动；定向下杆另一端通过六号铰链推拉转角，并且转角和定向下杆绕六号铰链的铰链轴线相对转动；转角通过八号铰链推拉定向上杆，并且定向上杆和转角绕八号铰链的铰链轴线相对转动；定向上杆通过七号铰链推拉手腕，并且定向上杆和手腕绕七号铰链的铰链轴线相对转动，手腕和小机械臂绕四号铰链的铰链轴线相对转动；
过程3：一号电动缸动作，其活塞伸缩，二号电动缸推动小机械臂相对于大机械臂绕二号铰链的铰链轴线转动，小机械臂带动手腕转动；该过程3中，定向上杆产生联动，通过七号铰链推拉手腕，并且定向上杆和手腕绕七号铰链的铰链轴线相对转动，手腕和小机械臂绕四号铰链的铰链轴线相对转动；转角不动，定向上杆和转角绕八号铰链的铰链轴线相对转动。
2.根据权利要求1所述的四关节机械手，其特征在于：所述的三号铰链、二号铰链、四号铰链依次排列。
3.根据权利要求1所述的四关节机械手，其特征在于：在所述的手腕底部固定有抓取机构，抓取机构为电磁铁。
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