CN104440876B - 一种五轴复合运动助力臂 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种五轴复合运动助力臂，包括X方向位移运动机构、Y方向位移运动机构、Z方向位移运动机构、绕Z轴旋转运动机构、工件翻转运动机构、工件抓取机构、工件翻转保护机构以及C型悬垂梁，还包括扶手架，其中，所述的扶手架上还设置有操作按钮，工人通过扶手架可以直接操纵X和Y向的位移运动以及绕Z轴的旋转运动，通过扶手架上的操作按钮，可以直接操作沿Z向的位移运动、工件的翻转运动机构及控制翻转保护机构动作。通过上述方式，本发明的五轴复合运动助力臂，具有X、Y、Z三个方向的移动和绕Z轴的回转运动以及翻转运动，同时具有自适应的翻转保护功能，使助力臂完成更复杂的任务，而且运动更灵活、高效和可靠。

Description

一种五轴复合运动助力臂

技术领域

本发明涉及的是一种工业现场物料搬运领域的装置，具体是一种具有翻转自适应保护功能的五轴复合运动助力臂。

背景技术

工业现场的物料搬运设备是工厂生产环节必不可少的装备，特别是对大批量产品生产线来说尤其重要。目前，受到成本、场地等诸多因素限制，工业现场的物料搬运设备采用全自动化装备的还不多，工件的搬运大量采用人工助力臂的形式完成。所谓助力臂是指由人操纵、但可以极大地降低操作者劳动强度的半自动化装备。一般常见的助力臂多可实现X、Y、Z三个方向的移动和绕Z轴的旋转，同时附加翻转功能的很少，若再附加有翻转保护的助力臂在国内市场几乎没有，而在实际中对这种助力臂是有市场需求的。

经对现有技术文献的检索发现，专利号201230665867.0的专利提出了一种助力臂的外观设计申请，其助力臂采用气缸实现一定幅度的摆动，其助力臂上下高度采用螺钉限位靠人工调整，不能实现上下运动，也没有回转、翻转及翻转保护等机构，功能十分有限。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种五轴复合运动助力臂，具有X、Y、Z三个方向的移动和绕Z轴的回转运动以及翻转运动，同时具有自适应的翻转保护功能，使助力臂完成更复杂的任务，而且运动更灵活、高效和可靠。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供了一种五轴复合运动助力臂，包括X方向位移运动机构、Y方向位移运动机构、Z方向位移运动机构、绕Z轴旋转运动机构、工件翻转运动机构、工作抓取机构、工件翻转保护机构以及C型悬垂梁，所述的绕Z轴旋转运动机构安装在C型悬垂梁的顶端，所述的X方向位移运动机构横向安装在绕Z轴旋转运动机构的顶端，所述的Y方向位移运动机构安装在X方向位移运动机构的上部并与X方向位移运动机构平行垂直安装，所述的Z方向位移运动机构安装在C型悬垂梁的中部一侧，所述的工件翻转运动机构安装在C型悬垂梁的中部另一侧并与Z方向位移运动机构相连接，所述的工件抓取机构安装在工件翻转运动机构的外侧，所述的工件翻转保护机构安装在工件抓取机构上。

在本发明一个较佳实施例中，所述的X方向位移运动机构和Y方向位移运动机构包括，X向导轨、Y向导轨、X向滑动连接器、Y向滑动连接器及连接安装板，其中，所述的X向滑动连接器和Y向滑动连接器将X向导轨与Y向导轨连接在一起，连接安装板将助力臂的其他机构连接在X方向位移运动机构和Y方向位移运动机构上。

在本发明一个较佳实施例中，所述的Z方向位移运动机构包括气动平衡吊、法兰盘、悬垂梁、运动导轨、滑块、滑块连接板、复合连接板、吊钩以及吊钩安装板，其中，所述的法兰盘将C型悬垂梁与Z方向位移运动机构相连，气动平衡吊提供升降动力，吊钩通过吊钩安装板固定在运动机构上，吊钩上连接平衡吊的钢丝绳，牵引Z向运动机构沿运动导轨上下运动。

在本发明一个较佳实施例中，所述的绕Z轴旋转运动机构包括回转轴、套筒、圆锥滚子轴承、圆螺母、上端盖以及下端盖，其中，所述的回转轴绕Z轴旋转，套筒与X方向位移运动机构连接，回转轴的端部法兰盘与Z方向位移运动机构连接。

在本发明一个较佳实施例中，所述的工件翻转运动机构包括，套筒、回转气缸、联轴器、翻转轴、深沟球轴承、定位套、左端盖、右端盖、圆螺母以及弹簧卡圈，其中，所述的回转气缸为180°旋转气缸，带动翻转轴旋转，翻转轴与工件抓取机构连接，带动工件翻转。

在本发明一个较佳实施例中，所述的工件抓取机构包括梁架结构、吸盘固定架、固定块以及吸盘组件，其中，所述的梁架结构与工件翻转运动机构连接，吸盘用于工件抓取，吸盘组件固定在吸盘固定架上。

在本发明一个较佳实施例中，所述的工件翻转保护机构包括旋转气缸、安装固定板、连接法兰盘、中间连接臂以及钩形护手组件，其中，所述的旋转气缸输出轴可旋转90°，钩形护手组件用于防止工件翻转到竖直位置时产生大范围滑动甚至脱落。

在本发明一个较佳实施例中，所述的钩形护手组件包括钩形护手、伸缩轴、连接臂、弹簧以及端盖，其中，所述的伸缩轴受外力时在连接臂内可移动，带动钩形护手完成伸缩运动。

在本发明一个较佳实施例中，所述的五轴复合运动助力臂还包括扶手架，用于直接操作X和Y方向的位移运动以及绕Z轴的旋转运动，所述的扶手架安装在C型悬垂梁的一侧下部。

在本发明一个较佳实施例中，所述的扶手架上还设置有操作按钮，用于直接操作沿Z方向的位移运动、工件翻转运动机构以及控制工件翻转保护机构动作。

本发明的有益效果是：本发明的五轴复合运动助力臂，具有X、Y、Z三个方向的移动和绕Z轴的回转运动以及翻转运动，同时具有自适应的翻转保护功能，使助力臂完成更复杂的任务，而且运动更灵活、高效和可靠。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：

图1是本发明的五轴复合运动助力臂的一较佳实施例的整体结构示意图；

图2是图1中X方向位移运动机构和Y方向位移运动机构的结构示意图；

图3是图1中Z方向位移运动机构的结构示意图；

图4是图1中绕Z轴旋转运动机构的结构示意图；

图5是图1中工件翻转运动机构的结构示意图；

图6是图1中工件翻转保护机构的结构示意图；

图7是图1和图6中钩形护手组件的结构示意图；

图8是图1中工件抓取机构的结构示意图；

附件中的标记为：1、X方向位移运动机构，2、Y方向位移运动机构，3、绕Z轴旋转运动机构，4、工件翻转保护机构，5、工件抓取机构，6、工件翻转运动机构，7、Z方向位移运动机构，8、扶手架，9、C型悬垂梁，11、X向导轨，12、X向滑动连接器，13、连接安装板，14、气动平衡吊，21、Y向导轨，22、Y向滑动连接器，31、上端盖，32、圆螺母，33、圆锥滚子轴承，34套筒，35、下端盖，36、回转轴，41、钩形护手组件，42、中间连接臂，43、连接法兰盘，44、旋转气缸，45、安装固定板，46、梁架结构，51、梁架结构，52、吸盘固定架，53、固定块，54、吸盘组件，61套筒，62、回转气缸，63、联轴器，64、翻转轴，65、深沟球轴承，66、定位套，67、左端盖，68、右端盖，69、圆螺母，70、弹簧卡圈，71、法兰盘，72、复合连接板，73、吊钩，74、吊钩安装板，75、滑块，76、滑动导轨，77、钢丝绳，78、滑块连接板，411、连接臂，412、伸缩轴，413、弹簧，414、端盖，415、钩形护手。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

五轴复合运动是指工人在操作助力臂时，沿X、Y、Z三个方向的移动和绕Z轴的回转以及翻转运动既可以单独控制，也可以同时控制，即可以复合在一起。

如图1所示，本发明实施例包括：

一种五轴复合运动助力臂，包括X方向位移运动机构1、Y方向位移运动机构2、Z方向位移运动机构7、绕Z轴旋转运动机构3、工件翻转运动机构6、工件抓取机构5、工件翻转保护机构4以及C型悬垂梁9，所述的绕Z轴旋转运动机构3安装在C型悬垂梁9的顶端，所述的X方向位移运动机构1横向安装在绕Z轴旋转运动机构3的顶端，所述的Y方向位移运动机构2安装在X方向位移运动机构1的上部并与X方向位移运动机构1平行垂直安装，所述的Z方向位移运动机构7安装在C型悬垂梁9的中部一侧，所述的工件翻转运动机构6安装在C型悬垂梁9的中部另一侧并与Z方向位移运动机构7相连接，所述的工件抓取机构5安装在工件翻转运动机构6的外侧，所述的工件翻转保护机构4安装在工件抓取机构5上。

进一步的，所述的五轴复合运动助力臂还包括扶手架8，其中，所述的扶手架8上还设置有操作按钮（图未视），工人通过扶手架8可以直接操纵X和Y向的位移运动以及绕Z轴的旋转运动，通过扶手架8上的操作按钮，可以直接操作沿Z向的位移运动、工件的翻转运动机构及控制翻转保护机构动作。

具体地：

如图2所示，所述的X方向位移运动机构1和Y方向位移运动机构2包括：两个Y向导轨21、两个X向导轨11、X向滑动连接器12、Y向滑动连接器22及连接安装板13，其中，所述的X向滑动连接器12和Y向滑动连接器22将X向导轨11与Y向导轨21连接在一起，在连接安装板13上安装气动平衡吊14，并将助力臂其他机构连接在X方向位移运动机构1和Y方向位移运动机构2上。

如图3所示，所述的Z方向位移运动机构7包括：法兰盘71、复合连接板72、吊钩73、吊钩安装板74、滑块75、钢丝绳77、滑动导轨76以及滑块连接板78。其中，所述的法兰盘71将悬垂梁9与Z方向位移运动机构7相连，在悬垂梁9的两侧安装2根滑动导轨76，4个滑块75与4个滑块连接板78由螺钉固定，滑块连接板78与复合连接板72用螺钉固定，带动系统上下运动。运动由气动平衡吊14提供升降动力，吊钩73固定在吊钩安装板74上，悬垂梁9具有U形凹槽，钢丝绳77可在凹槽中顺利上下运动，从而牵引Z方向位移运动机构7沿滑动导轨76上下运动。

如图4所示，所述的绕Z轴旋转运动机构3包括：上端盖31、圆螺母32、圆锥滚子轴承33、套筒34、下端盖35以及回转轴36。其中，回转轴36在套筒34内绕Z轴旋转，套筒34上端的法兰与X方向位移运动机构1的连接安装板13通过螺纹连接，回转轴36的端部法兰盘与C型悬垂梁9端部的法兰盘71通过螺纹连接，将旋转运动传递给C型悬垂梁9。

如图5所示，所述的工件翻转运动机构6包括：套筒61、回转气缸62、联轴器63、翻转轴64、深沟球轴承65、定位套66、左端盖67、右端盖68、圆螺母69以及弹簧卡圈70。其中，联轴器63将回转气缸62的输出轴与翻转轴64连接，传递扭矩，套筒61的端部法兰与助力臂的Z方向位移运动机构7通过螺纹连接，翻转轴64的端部法兰与工件抓取机构5连接，回转气缸62为180°旋转气缸，带动翻转轴2旋转180°，完成工件的翻转运动。

如图6所示，所述的工件翻转保护机构4包括：钩形护手组件41、中间连接臂42、连接法兰盘43、旋转气缸44、安装固定板45以及梁架结构46。其中，安装固定板55将保护机构固定在梁架结构46上，旋转气缸44为90°旋转气缸，通过连接法兰盘43和中间连接臂42驱动钩形护手组件41翻转90°，防止工件翻转到竖直位置时产生大范围滑动甚至脱落。

如图7所示，所述的工件翻转保护机构4中的钩形护手组件41包括：连接臂411、伸缩轴412、弹簧413、端盖414以及钩形护手415。其中，连接臂411加工有圆形内孔，内部安装有伸缩轴412和弹簧413，当工人抓取工件操作吸盘有位置误差时，工件翻转保护机构4在进行翻转动作时钩形护手415的斜面会碰触到工件，伸缩轴412在外力作用下伸出，带动钩形护手伸出，对工人抓取工件操作的位置误差进行自适应。

如图8所示，所述的工件抓取机5构包括：梁架结构51、吸盘固定架52、固定块53以及吸盘组件54，其中，梁架结构51与工件翻转运动机构6连接，吸盘固定架52通过固定块53安装在梁架结构51上，吸盘组件54固定在吸盘固定架52上，吸盘组件54上的吸盘通过真空发生器产生真空用于工件的抓取。

本发明提供的五轴复合运动助力臂中所述的X方向位移运动机构1和Y方向位移运动机构2，实现助力臂的X方向和Y方向运动；Z方向位移运动机构7，实现助力臂的Z方向运动；绕Z轴旋转运动机构3，实现助力臂的回转运动；工件翻转运动机构6，实现助力臂抓取工件后的180°翻转运动；翻转保护机构4，其功能是当工件翻转时，对工件的意外滑落起到安全保护作用，特别是翻转保护机构4的钩形护手组件具有自适应工件抓取位置误差的功能；工件抓取机构5，用于抓取工件。以上运动机构实现了X、Y、Z的三轴位移和一个回转、一个翻转的运动，即当工人操纵操作扶手使助力臂工作时，可实现五轴复合运动。上述X、Y方向的运动由人力驱动和控制，其他运动均由气动系统驱动和控制。

综上所述，本发明的五轴复合运动助力臂，具有X、Y、Z三个方向的移动和绕Z轴的回转运动以及翻转运动，同时具有自适应的翻转保护功能，使助力臂完成更复杂的任务，而且运动更灵活、高效和可靠。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种五轴复合运动助力臂，其特征在于，包括X方向位移运动机构、Y方向位移运动机构、Z方向位移运动机构、绕Z轴旋转运动机构、工件翻转运动机构、工件抓取机构、工件翻转保护机构以及C型悬垂梁，所述的绕Z轴旋转运动机构安装在C型悬垂梁的顶端，所述的X方向位移运动机构横向安装在绕Z轴旋转运动机构的顶端，所述的Y方向位移运动机构安装在X方向位移运动机构的上部并与X方向位移运动机构垂直安装，所述的Z方向位移运动机构安装在C型悬垂梁的中部一侧，所述的工件翻转运动机构安装在C型悬垂梁的中部另一侧并与Z方向位移运动机构相连接，所述的工件抓取机构安装在工件翻转运动机构的外侧，所述的工件翻转保护机构安装在工件抓取机构上。

2.根据权利要求1所述五轴复合运动助力臂，其特征在于，所述的X方向位移运动机构和Y方向位移运动机构包括，X向导轨、Y向导轨、X向滑动连接器、Y向滑动连接器及连接安装板，其中，所述的X向滑动连接器和Y向滑动连接器将X向导轨与Y向导轨连接在一起，连接安装板将助力臂的其他机构连接在X方向位移运动机构和Y方向位移运动机构上。

3.根据权利要求1所述五轴复合运动助力臂，其特征在于，所述的Z方向位移运动机构包括法兰盘、复合连接板、吊钩、吊钩安装板、滑块、钢丝绳、滑动导轨以及滑块连接板，其中，所述的Z方向位移运动机构的法兰盘将C型悬垂梁与Z方向位移运动机构相连，在C型悬垂梁的两侧安装2根滑动导轨，4个滑块与4个滑块连接板由螺钉固定，滑块连接板与复合连接板用螺钉固定，带动系统上下运动，运动由气动平衡吊提供升降动力，吊钩固定在吊钩安装板上，C型悬垂梁具有U形凹槽，钢丝绳可在C型悬垂梁的U形凹槽中上下运动，牵引Z方向位移运动机构沿滑动导轨上下运动。

4.根据权利要求1所述五轴复合运动助力臂，其特征在于，所述的绕Z轴旋转运动机构包括回转轴、套筒、圆锥滚子轴承、圆螺母、上端盖以及下端盖，其中，所述的回转轴绕Z轴旋转，套筒与X方向位移运动机构连接，回转轴的端部法兰盘与Z方向位移运动机构连接。

5.根据权利要求1所述五轴复合运动助力臂，其特征在于，所述的工件翻转运动机构包括，套筒、回转气缸、联轴器、翻转轴、深沟球轴承、定位套、左端盖、右端盖、圆螺母以及弹簧卡圈，其中，所述的回转气缸为180°旋转气缸，带动翻转轴旋转，翻转轴与工件抓取机构连接，带动工件翻转。

6.根据权利要求1所述五轴复合运动助力臂，其特征在于，所述的工件抓取机构包括梁架结构、吸盘固定架、固定块以及吸盘组件，其中，所述的梁架结构与工件翻转运动机构连接，吸盘用于工件抓取，吸盘组件固定在吸盘固定架上。

7.根据权利要求1所述五轴复合运动助力臂，其特征在于，所述的工件翻转保护机构包括旋转气缸、安装固定板、连接法兰盘、中间连接臂以及钩形护手组件，其中，所述的旋转气缸输出轴可旋转90°，钩形护手组件用于防止工件翻转到竖直位置时产生大范围滑动甚至脱落。

8.根据权利要求7所述五轴复合运动助力臂，其特征在于，所述的钩形护手组件包括钩形护手、伸缩轴、连接臂、弹簧以及端盖，其中，所述的伸缩轴受外力时在连接臂内可移动，带动钩形护手完成伸缩运动。

9.根据权利要求1所述五轴复合运动助力臂，其特征在于，所述的五轴复合运动助力臂还包括扶手架，用于直接操作X和Y方向的位移运动以及绕Z轴的旋转运动，所述的扶手架安装在C型悬垂梁的一侧下部。

10.根据权利要求9所述五轴复合运动助力臂，其特征在于，所述的扶手架上还设置有操作按钮，用于直接操作沿Z方向的位移运动、工件翻转运动机构以及控制工件翻转保护机构动作。