CN104589334A - 一种五轴多功能机械手 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种五轴多功能机械手，包括底座、X轴移动板、Y轴移动板、转动盘、上升架和上升移动架，上升移动架上连接有活动关节，活动关节上设有放置工件的法兰盘；本发明通过滚珠丝杆、直线导轨以及伺服减速电机的结合，可针对重型圆盘工件，进行X轴、Y轴和XY平面三轴方向的精准调姿定位，以及Z轴方向的直线运动和Z方向的摆动，从而实现机械手的五轴运动，并通过引导机构实现工件在空间内各方向的自由运动，载重能力强移动精度高，移动行程大，而且能解决机械手载重时的偏心问题，以适应不同大小圆盘工件抓取的需要，并具有良好扩展性，适用工件尺寸范围广。

Description

一种五轴多功能机械手

技术领域

本发明涉及一种机械手，具体是一种针对重型圆盘工件的五轴多功能机械手。

背景技术

机械手是现代科技发展起来的一项新型装置，其广泛应用于自动化生产线中，可提高显著提升生产效率，改善劳动条件，以及提高产品质量。

机械手可完成搬物、装配、切割、喷染等多项任务，但在船舶壳体装配线应用较少，其原因在于船舶壳体的重量范围远远超过了机械手的使用范围：普通船舶壳体总重一般在30吨以上，个别可达70吨，装配部件重量可达5吨以上。

因此，现有船舶壳体的安装生产线，往往采用行吊进行部件组装，其存在安装精度低、工作效率低、劳动条件差等问题，研究一种适用于重型圆盘工件的机械手，对于提升加工效率、提高装配质量是极其有必要的。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明解决的技术问题是提供一种既能做X、Y、Z轴方向的直线运动，又能做XY平面内的旋转运动，还能做Z方向摆动的重型圆盘工件专用五轴多功能机械手。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种五轴多功能机械手，包括底座、通过X轴滚珠丝杆安装在底座上的X轴移动板以及通过Y轴滚珠丝杆安装在X轴移动板上的Y轴移动板，所述的X轴滚珠丝杆和Y轴滚珠丝杆上分别连接有X轴伺服减速电机和Y轴伺服减速电机，底座和X轴移动板上均设有直线导轨，还包括内齿轮以及通过向心推力轴承固定在内齿轮上的圆形导轨，Y轴移动板上方设有与圆形导轨紧固连接的转动盘，转动盘上设有旋转伺服减速电机以及连接在旋转伺服减速电机输出轴上的小锥齿轮，小锥齿轮上啮合有大锥齿轮，大锥齿轮底部连接有与内齿轮啮合的直齿轮，所述的转动盘上设有上升架，上升架上设有上升移动架，上升移动架上连接有活动关节，活动关节上设有放置工件的法兰盘，上升架内设有Z轴滚珠丝杆，Z轴滚珠丝杆上安装与上升移动架连接的滑块，Z轴滚珠丝杆端部连接有Z轴伺服减速电机。

所述的一种五轴多功能机械手，其Y轴移动板中心开有孔，内齿轮位于所述的孔内，所述的圆形导轨套设于内齿轮外，内齿轮通过螺栓固结于转动盘上。

所述的一种五轴多功能机械手，其上升移动架上固定有转动伺服减速电机，转动伺服减速电机输出轴上连接有第一连杆，第一连杆上活动连接有第二连杆，第二连杆上活动连接有第三连杆，第三连杆端部与活动关节紧固连接，所述的法兰盘上装有与旋转伺服减速电机和转动伺服减速电机连接的角度传感器。

所述的一种五轴多功能机械手，其上升架底部固定有连接板，连接板底部连接有夹持在圆形导轨内外两侧的V形滚轮。

所述的一种五轴多功能机械手，其法兰盘由固定板和设于固定板中心的平面螺旋转盘组成，固定板上设有沿平面螺旋转盘径向延伸的多个滑槽，滑槽内设有抓紧手指，抓紧手指设有与平面螺旋转盘啮合的齿条，活动关节上设有驱动平面螺旋转盘的抓紧伺服减速电机。

所述的一种五轴多功能机械手，其上升架侧壁设有T形槽，所述的滑块通过滚子轴承在T形槽内滑动。

所述的一种五轴多功能机械手，其上升移动架与上升架之间设有多个轴承。

所述的一种五轴多功能机械手，其上升架上安装有多个加强筋。

本发明的有益效果是：通过滚珠丝杆、直线导轨以及伺服减速电机的结合，可针对重型圆盘工件，进行X轴、Y轴和XY平面三轴方向的精准调姿定位，以及Z轴方向的直线运动和Z方向的摆动，从而实现机械手的五轴运动，并通过引导机构实现工件在空间内各方向的自由运动，载重能力强移动精度高，移动行程大，而且能解决机械手载重时的偏心问题，以适应不同大小圆盘工件抓取的需要。

附图说明

图1是本发明正面视角的结构示意图；

图2是本发明背面视角的结构示意图；

图3是本发明俯视方向的结构示意图；

图4是本发明底座部分的结构示意图；

图5是本发明底座仰视方向的结构示意图；

图6是本发明法兰盘部分的结构示意图；

图7是本发明四连杆结构部分的结构示意图；

图8是本发明法兰盘的抓紧手指部分的结构示意图。

其中各附图标记为：1—底座，2—X轴移动板，3—Y轴移动板，4—转动盘， 5—上升架，6—内齿轮，7—向心推力轴承，8—大锥齿轮，9—小锥齿轮，10—Z轴滚珠丝杆，11—Z轴伺服减速电机，12—抓紧手指，13—工件，14—固定板，15—直齿轮，16—加强筋，17—直线导轨，18—滑块，19—销轴，20—X轴滚珠丝杆，21—X轴伺服减速电机，22—上升移动架，23—转动伺服减速电机，24—丝母，25—第一连杆，26—第二连杆，27—第三连杆，28—T形槽，29—滚子轴承，30—Y轴滚珠丝杆，31—Y轴伺服减速电机，32—抓紧伺服减速电机，33—连接板，34—V形滚轮，35—活动关节，40—圆形导轨，41—旋转伺服减速电机，84—平面螺旋转盘。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

参照图1、图2和图3所示，本发明公开了一种五轴多功能机械手，包括底座1、通过X轴滚珠丝杆20安装在底座1上的X轴移动板2以及通过Y轴滚珠丝杆30安装在X轴移动板2上的Y轴移动板3，如图5所示，X轴移动板2和Y轴移动板3底部分别设有与滚珠丝杆连接的丝母24，所述的X轴滚珠丝杆20和Y轴滚珠丝杆30上分别连接有X轴伺服减速电机21和Y轴伺服减速电机31，底座1和X轴移动板2上均设有直线导轨17，在X轴伺服减速电机21的带动下X轴滚珠丝杆20通过丝母24带动X轴移动板2沿直线导轨17向X轴方向发生移动，同理在Y轴伺服减速电机31的带动下Y轴滚珠丝杆30通过丝母24沿直线导轨17带动Y轴移动板3向Y轴方向发生移动，滚珠丝杆的使用使得本机械手载重能力强，移动行程大，移动精度高，结构强度可靠，如图4所示，Y轴移动板3中心开有孔，内齿轮6位于所述的孔内，所述的圆形导轨40套设于内齿轮6外，内齿轮6通过螺栓或者销轴固结于转动盘4上，Y轴移动板3上方设有与圆形导轨40紧固连接的转动盘4，转动盘4上设有旋转伺服减速电机41以及连接在旋转伺服减速电机4输出轴上的小锥齿轮9，小锥齿轮9上啮合有大锥齿轮8，大锥齿轮8底部连接有与内齿轮6啮合的直齿轮15，旋转伺服减速电机41转动时就能通过小锥齿轮9带动大锥齿轮8进而带动内齿轮6转动，再通过内齿轮6带动转动盘4沿圆形导轨40转动。

这样本发明的机械手可针对重型圆盘工件，进行X轴、Y轴和XY平面三轴方向的精准调姿定位，并通过引导机构实现工件在空间内各方向的自由运动。

所述的转动盘4上设有上升架5，上升架5上安装有多个加强筋16，上升架5上设有上升移动架22，上升移动架22与上升架5之间设有多个滚子或其他类型的轴承，可将机械手载重的偏心力加到滚子轴承上以减小摩擦，上升移动架22上通过销轴19连接有活动关节35，活动关节35上设有用来放置工件13的法兰盘，上升架5内设有Z轴滚珠丝杆10，Z轴滚珠丝杆10上安装与上升移动架22连接的滑块18，其中，上升架5侧壁设有T形槽28，即截面为T字形的开槽，所述的滑块18通过滚子轴承29在T形槽28内滑动，能有效的减小摩擦、抵抗偏心力，增加机械手的使用寿命，Z轴滚珠丝杆10端部连接有Z轴伺服减速电机11，L型的Z轴伺服减速电机11安装在上升架5上，便于装配与维修，Z轴滚珠丝杆10在Z轴伺服减速电机11的带动下转动，通过滑块18带动上升移动架22上下移动，由于工件在Z轴方向的移动采用滚珠丝杆与伺服电机相接合，上升精度高，行程大，便于安装与维修。

如图7所示，所述的上升移动架22上固定有转动伺服减速电机23，转动伺服减速电机23输出轴上连接有第一连杆25，第一连杆25上活动连接有第二连杆26，第二连杆26上活动连接有第三连杆27，第三连杆27端部与活动关节35紧固连接，这样第一连杆25、第二连杆26、第三连杆27和活动关节35构成了四连杆结构并由转动伺服减速电机23驱动，该四连杆结构简单所需空间小，结构简单，调整角度大，转动伺服减速电机23后通过四连杆结构推动活动关节35上下转动时活动关节35带动法兰盘上下转动，从而带动工件13进行角度的调整，这样Z轴方向能保证较大的上下旋转角度，所述的法兰盘上装有与旋转伺服减速电机41和转动伺服减速电机23连接的角度传感器，工件13放在法兰盘上后角度传感器将信号传给旋转伺服减速电机41，旋转伺服减速电机41通过两个锥齿轮带动直齿轮15转动，直齿轮15在内齿轮6内绕其中心转动，内齿轮6再通过销轴或螺栓带动转动盘4转动，进而带动工件13转动，通过内齿轮6带动转动盘4转动可实现工件13的正负90°的转角，结构简单，转角范围大，所述的上升架5底部固定有连接板33，连接板33底部连接有夹持在圆形导轨40内外两侧的V形滚轮34，V形滚轮34四个一组固定在连接板33底部，总共有四组均匀分别在圆形导轨40上，转动盘4压在V形滚轮34上，V形滚轮34与圆形导轨40相配合，既可减小旋转时的摩擦又可以抵抗机械手在抓取工件后的偏心力，结构简单，这样当转动盘4沿圆形导轨40转动时上升架5随同连接板33通过V形滚轮34绕圆形导轨40滑动，由于承重组件采用圆形导轨40与向心推力轴承7相接合的结构，圆形导轨40既可以支撑转动盘4，与向心推力轴承7配合时也可承担机械手载重时的偏心力，向心推力轴承7还能承载机械手抓取工件后的径向受力，旋转动力组件采用内齿轮6与伺服电机相接合的结构，旋转角度大，电机扭矩小，解决了机械手载重时的偏心问题，有较小的旋转摩擦力，向心推力轴承7与V形滚轮34共同作用能很好的解决机械手Z方向上的偏心力，增加机械手的精度和使用寿命。

这样本发明的机械手还可针对重型圆盘工件，进行Z轴方向的直线运动以及Z方向的摆动，从而实现机械手的五轴运动。

如图6和图8所示，所述的法兰盘由固定板14和设于固定板14中心的平面螺旋转盘84组成，固定板14上设有沿平面螺旋转盘84径向往外延伸的多个滑槽，滑槽内设有抓紧手指12，抓紧手指12端部设有与平面螺旋转盘84啮合的齿条，活动关节35上设有驱动平面螺旋转盘84的抓紧伺服减速电机32，抓紧伺服减速电机32带动平面螺旋转盘84转动，平面螺旋转盘84带动抓紧手指12向中间靠拢，从而抓紧固定工件13，平面螺旋转盘84能同步带动三个机械手指来夹紧工件13，精度高结构简单，由于法兰盘采用平面螺旋转盘84与齿条相结合的结构，占用空间小，结构简单，便于更换。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，以及部分运用的实施例，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种五轴多功能机械手，包括底座（1）、通过X轴滚珠丝杆（20）安装在底座（1）上的X轴移动板（2）以及通过Y轴滚珠丝杆（30）安装在X轴移动板（2）上的Y轴移动板（3），所述的X轴滚珠丝杆（20）和Y轴滚珠丝杆（30）上分别连接有X轴伺服减速电机（21）和Y轴伺服减速电机（31），底座（1）和X轴移动板（2）上均设有直线导轨（17），其特征在于：还包括内齿轮（6）以及通过向心推力轴承（7）固定在内齿轮（6）上的圆形导轨（40），Y轴移动板（3）上方设有与圆形导轨（40）紧固连接的转动盘（4），转动盘（4）上设有旋转伺服减速电机（41）以及连接在旋转伺服减速电机（41）输出轴上的小锥齿轮（9），小锥齿轮（9）上啮合有大锥齿轮（8），大锥齿轮（8）底部连接有与内齿轮（6）啮合的直齿轮（15），所述的转动盘（4）上设有上升架（5），上升架（5）上设有上升移动架（22），上升移动架（22）上连接有活动关节（35），活动关节（35）上设有放置工件（13）的法兰盘，上升架（5）内设有Z轴滚珠丝杆（10），Z轴滚珠丝杆（10）上安装与上升移动架（22）连接的滑块（18），Z轴滚珠丝杆（10）端部连接有Z轴伺服减速电机（11）。

2.根据权利要求1所述的一种五轴多功能机械手，其特征在于，所述的Y轴移动板（3）中心开有孔，内齿轮（6）位于所述的孔内，所述的圆形导轨（40）套设于内齿轮（6）外，内齿轮（6）通过螺栓固结于转动盘（4）上。

3.根据权利要求1或2所述的一种五轴多功能机械手，其特征在于，所述的上升移动架（22）上固定有转动伺服减速电机（23），转动伺服减速电机（23）输出轴上连接有第一连杆（25），第一连杆（25）上活动连接有第二连杆（26），第二连杆（26）上活动连接有第三连杆（27），第三连杆（27）端部与活动关节（35）紧固连接，所述的法兰盘上装有与旋转伺服减速电机（41）和转动伺服减速电机（23）连接的角度传感器。

4.根据权利要求3所述的一种五轴多功能机械手，其特征在于，所述的上升架（5）底部固定有连接板（33），连接板（33）底部连接有夹持在圆形导轨（40）内外两侧的V形滚轮（34）。

5.根据权利要求4所述的一种五轴多功能机械手，其特征在于，所述的法兰盘由固定板（14）和设于固定板（14）中心的平面螺旋转盘（84）组成，固定板（14）上设有沿平面螺旋转盘（84）径向延伸的多个滑槽，滑槽内设有抓紧手指（12），抓紧手指（12）设有与平面螺旋转盘（84）啮合的齿条，活动关节（35）上设有驱动平面螺旋转盘（84）的抓紧伺服减速电机（32）。

6.根据权利要求5所述的一种五轴多功能机械手，其特征在于，所述的上升架（5）侧壁设有T形槽（28），所述的滑块（18）通过滚子轴承（29）在T形槽（28）内滑动。

7.根据权利要求6所述的一种五轴多功能机械手，其特征在于，所述的上升移动架（22）与上升架（5）之间设有多个轴承。