CN104526692A - 全自动数控机械手 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种全自动数控机械手，包括两节或多节旋转臂、升降架、回转架、配重架和抓手，各旋转臂的首、尾通过伺服旋转机构Ⅰ连接，第一节旋转臂的臂体通过伺服旋转机构Ⅱ安装于立柱上，所述升降架通过伺服升降机构安装于末节旋转臂的尾端，所述回转架通过伺服回转机构安装于升降架上，两抓手安装于回转架上并左、右对称于回转架的回转中心，所述配重架通过伺服移动机构安装于第一节旋转臂的首端，第一节旋转臂的工作段臂体长度大于配重段臂体长度。本发明的工作范围可以根据需求设计，用改变立柱的高度和旋转臂的长度和节数来满足对工作范围的要求。

Description

全自动数控机械手

(一)技术领域：

本发明涉及机械手，具体为一种全自动数控机械手。

(二)背景技术：

随着我国工业技术的发展，在机械加工和其它加工领域，已经逐步走向自动化控制，这是社会发展的需要，同时也科学技术发展的必然趋势。特别在我国目前需要从事各种由人来操作的设备会不断减少，最后会被自动化控制所取代。自动化控制基于自动机械手而实现其功能，目前生产中使用两种自动机械手。

第一种是珩架式机械自动上料机械手，它的运行轨迹只能是平行沿直线运行，所有加工位置必须是在一条直线上才能使用，在物料初始的安放加工位置变更时只能采用人或者其它辅助设备来保证物料安放在其能抓取的位置，运行轨迹局限性大。

第二种是进口机器人，目前主要是依靠进口，价格昂贵。这种机器人是用机械手臂的曲伸来完成工作要求的动作，它在上、下高度和工作区域的宽度范围只限于机械手臂长度能够曲伸到达的地方，工作范围十分有限，只能提供给一个工位作业。

(三)发明内容：

针对现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是提出了一种可大范围作业的全自动数控机械手。

能够解决所述技术问题的全自动数控机械手，其技术方案包括两节或多节旋转臂、升降架、回转架、配重架和抓手，各旋转臂的首、尾通过伺服旋转机构Ⅰ连接，第一节旋转臂的臂体通过伺服旋转机构Ⅱ安装于立柱上，所述升降架通过伺服升降机构安装于末节旋转臂的尾端，所述回转架通过伺服回转机构安装于升降架上，两抓手安装于回转架上并左、右对称于回转架的回转中心，所述配重架通过伺服移动机构安装于第一节旋转臂的首端，第一节旋转臂的工作段臂体长度大于配重段臂体长度。

上述结构中，在大范围的空间内，通过数控系统多轴(四轴以上)灵活控制抓手，可实现抓手远距离、高低位的复杂动作(提升、下落、定位、转移等)，从而完成在不同工位之间对工件的抓取和放置。

所述伺服旋转机构Ⅱ的一种结构包括转轴、轴套、相互啮合的主动小齿轮和从动大齿轮以及伺服电机，所述转轴竖直固装于立柱顶部的支架上，安装于第一节旋转臂臂体上的轴套通过轴承安装于转轴上，所述从动大齿轮安装于轴套上，所述主动小齿轮安装于伺服电机的输出轴上，所述伺服电机安装于支架上；伺服电机通过齿轮传动带动轴套转动，从而实现第一节旋转臂的旋转。

所述伺服升降机构Ⅰ的一种结构包括转轴、轴套、相互啮合的主动小齿轮和从动大齿轮以及伺服电机，所述转轴竖直固装于前节旋转臂的支架上，设于下节旋转臂上的轴套通过轴承安装于转轴上，所述从动大齿轮安装于轴套上，所述主动小齿轮安装于伺服电机的输出轴上，所述伺服电机安装于支架上；伺服电机通过齿轮传动带动轴套转动，从而实现下节旋转臂的旋转。

所述伺服升降机构的一种结构包括相互啮合的齿轮和齿条、滑动配合的导向杆和导向套以及伺服电机，所述导向套设于末节旋转臂的支架上，所述导向杆设于升降架上，所述齿条安装于升降架上，所述齿轮安装于伺服电机的输出轴上，所述伺服电机安装于支架上；伺服电机通过齿轮齿条的传动，带动升降架上升和下降。

所述伺服回转机构的一种结构包括伺服电机，所述伺服电机通过支架安装于升降架上，所述回转架安装于伺服电机竖直向下的输出轴上；伺服电机的转动直接旋转回转架。

所述伺服移动机构的一种结构包括滑动配合的导轨和滑座、旋合的丝杆和螺母以及伺服电机，所述导轨通过支架安装于第一节旋转臂，所述配重架安装于滑座上，所述丝杆平行于导轨安装于悬架，所述螺母内置于滑座，所述伺服电机安装于支架上，其输出轴连接丝杆的一端；伺服电机的转动通过丝杆螺母传动副带动滑座于导轨上移动，从而实现配重架的位置移动。

为适应对不同工件的抓取，所述抓手采用气动钳式抓手。

常规设计中，所述旋转臂设计为两节即可满足生产要求。

本发明的有益效果：

1、本发明是一种由数控系统进行编程控制的全自动的机械手，可以按照任何需求编制程序，由PLC进行控制与任何其它机器进行连接，形成一整套理想的工作运行方式，准确无误的执行指令。

2、本发明的工作范围可以根据需求设计，用改变立柱的高度和旋转臂的长度和节数来满足对工作范围的要求。

3、本发明能在任何位置上作直线，圆弧、斜线运行；可根据工位的跨度任意设计臂长，可提供给一个加工单元的至少4台及以上机器的上、下料(根据加工节拍调整速度)。

4、本发明可运用于一些不适合人工作的工作环境，如高温工作区、低温工作区、粉尘工作区、化学品工作区、核辐射区，危险区，一切影响人体健康和安全的工作都可以采用本专利机械手来替代。

(四)附图说明：

图1为本发明一种实施方式的结构示意图。

图2为图1实施方式中的A向视图。

图号标识：1、旋转臂；2、升降架；3、回转架；4、抓手；5、立柱；6、配重架；7、转轴；8、轴套；9、主动小齿轮；10、从动大齿轮；11、伺服电机；12、齿轮；13、齿条；14、导向杆；15、导向套；16、线缆；17、悬臂。

(五)具体实施方式：

下面结合附图所示实施方式对本发明的技术方案作进一步说明。

本发明全自动数控机械手采用两节旋转臂1和两个气动钳式抓手4，所述两节旋转臂1中，第一节旋转臂1的长度和粗度均大于第二节旋转臂1的长度和粗度，第二节旋转臂1的首端通过伺服旋转机构Ⅰ连接(铰连)第一节旋转臂1的尾端，第一节旋转臂1的臂体通过伺服旋转机构Ⅱ安装(铰连)于立柱5上，铰连安装位置距离第一节旋转臂1首端约为第一节旋转臂1总长的1/3，即铰连安装位置距离第一节旋转臂1尾端约为第一节旋转臂1总长的2/3(第一节旋转臂的工作段臂体长度)，第一节旋转臂1的首端通过伺服移动机构安装有配重架6；两抓手4安装于回转架3的底部两端并左、右对称于回转架3的回转中心，所述回转架3通过伺服回转机构安装于升降架2上，所述升降架2通过伺服升降机构安装于第二节旋转臂1的尾端，如图1、图2所示。

所述伺服旋转机构Ⅱ包括转轴7、轴套8、相互啮合的主动小齿轮9和从动大齿轮10构成的齿轮箱以及伺服电机11，所述齿轮箱通过支架安装于立柱5的顶部，具体的：所述转轴7竖直固定安装，所述轴套8通过轴承安装于转轴7上，所述从动大齿轮10与轴套8同轴安装，所述主动小齿轮9安装于伺服电机11的输出轴上，所述伺服电机11安装于支架上；所述轴套8安装于第一节旋转臂1的臂体上，或所述轴套8固接第一节旋转臂1的首端，与第一节旋转臂1反方向对称，一悬臂17固接在轴套8上，如图1所示。

所述伺服移动机构包括滑动配合的导轨和滑座、旋合的丝杆和螺母以及伺服电机11，所述导轨通过支架安装于第一节旋转臂1首端(或安装于悬臂17外端)，所述配重架6安装于滑座上，所述丝杆平行于导轨安装于支架上，所述螺母内置于滑座，所述伺服电机11安装于支架，伺服电机11的输出轴连接丝杆的外端，如图1所示。

所述伺服升降机构Ⅰ包括转轴7、轴套8、相互啮合的主动小齿轮9和从动大齿轮10以及伺服电机11，所述转轴7竖直固设于第一节旋转臂1尾端的支架上，所述轴套8通过轴承安装于转轴7上，所述从动大齿轮10同轴安装于轴套8上，所述主动小齿轮9安装于伺服电机11的输出轴上，所述伺服电机11安装于支架上，轴套8设于第二节旋转臂1的首端，如图1所示。

所述伺服升降机构包括相互啮合的齿轮12和齿条13、滑动配合的导向杆14和导向套15以及伺服电机11，左、右两套上、下对齐的导向套15设于第二节旋转臂1尾端的支架上，两根导向杆14竖直设于升降架2上(对应与左、右两套导向套15滑动配合)，所述齿条13竖直安装于升降架2上，所述齿轮12安装于伺服电机11的输出轴上，所述伺服电机11安装于支架上，如图1所示。

所述伺服回转机构包括伺服电机11，所述伺服电机11通过支架安装于升降架2上，所述回转架3的回转中心位置通过支架安装于伺服电机11竖直向下的输出轴上，如图1、图2所示。

各伺服机构的伺服电机11均对应连接有各自的线路，各线路汇总于立柱5后以线缆16的形式连接控制台的数控系统，加长线缆16后控制台可远离生产设备，特别适合于各种危险、化工、粉尘、腐蚀、高温、幅射等不利于人体健康的恶劣的工作环境，如图1所示。

在数控系统的编制程序控制下，本发明通过第一节旋转臂1的转动、第二节旋转臂1的转动、升降架2的上下移动和回转架3的转动，可实现抓手4的单轴运动、或任意两轴的联动、或任意三轴的联动、或任意四轴的联动，以满足不同工况对工件的抓取要求。

本发明适用当下机械加工行业在经济实力还不足以完全购置全自动生产线，或者部分设备还不具备自动控制的条件下实现单个单元的自动控制，组成自动和半自动加工生产线。

Claims (8)

1.全自动数控机械手，其特征在于：包括两节或多节旋转臂(1)、升降架(2)、回转架(3)、配重架(6)和抓手(4)，各旋转臂(1)的首、尾通过伺服旋转机构Ⅰ连接，第一节旋转臂(1)的臂体通过伺服旋转机构Ⅱ安装于立柱(5)上，所述升降架(2)通过伺服升降机构安装于末节旋转臂(1)的尾端，所述回转架(3)通过伺服回转机构安装于升降架(2)上，两抓手(4)安装于回转架(3)上并左、右对称于回转架(3)的回转中心，所述配重架(6)通过伺服移动机构安装于第一节旋转臂(1)的首端，第一节旋转臂(1)的工作段臂体长度大于配重段臂体长度。

2.根据权利要求1所述的全自动数控机械手，其特征在于：所述伺服旋转机构Ⅱ包括转轴(7)、轴套(8)、相互啮合的主动小齿轮(9)和从动大齿轮(10)以及伺服电机(11)，所述转轴(7)竖直固设于立柱(5)顶部的支架上，安装于第一节旋转臂(1)臂体上的轴套(8)通过轴承安装于转轴(7)上，所述从动大齿轮(10)安装于轴套(8)上，所述主动小齿轮(9)安装于伺服电机(11)的输出轴上，所述伺服电机(11)安装于支架上。

3.根据权利要求1所述的全自动数控机械手，其特征在于：所述伺服升降机构Ⅰ包括转轴(7)、轴套(8)、相互啮合的主动小齿轮(9)和从动大齿轮(10)以及伺服电机(11)，所述转轴(7)竖直固设于前节旋转臂(1)的支架上，设于下节旋转臂(1)上的轴套(8)通过轴承安装于转轴(7)上，所述从动大齿轮(10)安装于轴套(8)上，所述主动小齿轮(9)安装于伺服电机(11)的输出轴上，所述伺服电机(11)安装于支架上。

4.根据权利要求1所述的全自动数控机械手，其特征在于：所述伺服升降机构包括相互啮合的齿轮(12)和齿条(13)、滑动配合的导向杆(14)和导向套(15)以及伺服电机(11)，所述导向套(15)设于末节旋转臂(1)的支架上，所述导向杆(14)设于升降架(2)上，所述齿条(13)安装于升降架(2)上，所述齿轮(12)安装于伺服电机(11)的输出轴上，所述伺服电机(11)安装于支架上。

5.根据权利要求1所述的全自动数控机械手，其特征在于：所述伺服回转机构包括伺服电机(11)，所述伺服电机(11)通过支架安装于升降架(2)上，所述回转架(3)安装于伺服电机(11)竖直向下的输出轴上。

6.根据权利要求1所述的全自动数控机械手，其特征在于：所述伺服移动机构包括滑动配合的导轨和滑座、旋合的丝杆和螺母以及伺服电机(11)，所述导轨通过支架安装于第一节旋转臂(1)，所述配重架(6)安装于滑座上，所述丝杆平行于导轨安装于悬架，所述螺母内置于滑座，所述伺服电机(11)安装于支架，其输出轴连接丝杆的一端。

7.根据权利要求1所述的全自动数控机械手，其特征在于：所述抓手(4)为气动钳式抓手。

8.根据权利要求1～7中任意一项所述的全自动数控机械手，其特征在于：所述旋转臂(1)为两节。