CN104723326B - 一种梯次联动多轴机械手 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种梯次联动多轴机械手，包括X轴移动装置、Y轴移动装置、Z轴移动装置、机械手夹具和驱动装置，所述驱动装置与X轴移动装置相连接，所述Y轴移动装置与X轴移动装置相连接，所述Z轴移动装置与Y轴移动装置相连接，所述机械手夹具安装在所述Z轴移动装置上，所述驱动装置驱动X轴移动装置使机械手夹具作X轴方向移动，并通过Y轴移动装置及Z轴移动装置使机械手夹具作Y和Z轴方向作梯次衔接运动移动。本发明降低了机械手的复杂度，控制简单，降低了整机成本，提高了机械手的抗干扰性能，工作可靠性得到大幅提高。

Description

一种梯次联动多轴机械手

技术领域

本发明涉及工业自动化设备技术领域，具体说是工业设备和生产线上应用的一种梯次联动多轴机械手。

背景技术

在工业自动化领域，各种机械手已经得到广泛应用。机械手在生产设备和生产线上用于物料的搬运和换位，多数情况下机械手都是多轴的，其运动方式一般是复杂的三维动作。目前的机械手一般是由多个独立驱动的轴构成多自由度的复杂机械手，一般采用2个以上的驱动电机才能实现复杂的多轴三维运动。这种机械手一般采用多轴联动的复杂控制系统分别驱动机械手的各驱动轴，因而存在运转速度慢、抗干扰能力差、工作可靠性差、价格昂贵等缺点，因而在中低端设备上难以得到普及应用。

因此，目前工业自动化领域需要一种结构简单、运转速度高、抗干扰能力强、工作可靠性高、通用性强且成本经济的机械手。。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术中的不足，提供一种结构简单、运转速度高、抗干扰能力强、工作可靠性高、通用性强且成本经济的梯次联动多轴机械手。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种梯次联动多轴机械手，包括X轴移动装置、Y轴移动装置、Z轴移动装置、机械手夹具和驱动装置，所述驱动装置与X轴移动装置相连接，所述Y轴移动装置与X轴移动装置相连接，所述Z轴移动装置与Y轴移动装置相连接，所述机械手夹具安装在所述Z轴移动装置上，所述驱动装置驱动X轴移动装置使机械手夹具作X轴方向移动，并通过Y轴移动装置及Z轴移动装置使机械手夹具作Y和Z轴方向作梯次衔接运动移动。

进一步的设计方案中，所述X轴移动装置包括X轴导轨、X轴丝杆、X轴母滑块、Y轴导轨底座和X轴限位板，所述X轴导轨与X轴丝杆平行设置，两端各设有X轴端板，所述X轴母滑块由所述X轴丝杆带动可沿所述X轴丝杆往复滑动，X轴母滑块上设有与X轴丝杆平行的X轴子滑块导杆，X轴子滑块导杆上设有可沿X轴子滑块导杆作往复滑动的X轴子滑块，X轴子滑块两端设有复位弹簧，所述Y轴导轨底座垂直于X轴丝杆的角度固定在所述X轴子滑块上，所述X轴限位板固定在所述Y轴导轨底座的一端，在与X轴限位板相对的X轴端板上各对应固定有X轴限位杆。

进一步的设计方案中，所述X轴限位板或X轴限位杆的长短可伸缩调整。

进一步的设计方案中，所述Y轴移动装置包括Y轴导轨、Y轴驱动导板和Y轴驱动销钉，所述Y轴导轨设置在Y轴导轨底座且平行于Y轴导轨底座，Y轴导轨上设有可沿Y轴导轨作往复滑动的Y轴滑块，Y轴滑块两端均设有复位弹簧，所述Y轴驱动导板有2块，分别位于所述Y轴滑块的两侧并固定在所述X轴母滑块的两端，所述Y轴驱动导板上设有Y轴驱动导槽，所述Y轴驱动销钉固定在Y轴滑块上并沿所述Y轴驱动导槽滑动。

进一步的设计方案中，所述Z轴移动装置包括Z轴导轨、Z轴驱动导板和Z轴驱动导杆，所述Z轴导轨垂直于所述Y轴导轨底座及X轴丝杆的角度固定在所述Y轴滑块上，Z轴导轨上设有可沿Z轴导轨作往复滑动的Z轴滑块，Z轴滑块两端均设有复位弹簧，所述Z轴滑块下端两侧分别设有斜面向下斜倾的Z轴驱动导板，所述Z轴驱动导杆有2个，分别位于所述Z轴驱动导板的两侧并分别固定在所述Y轴驱动导板上，所述Z轴驱动导杆与Z轴驱动导板接触的一端都固定有滚轮，所述夹具安装在所述Z轴滑块上。

进一步的设计方案中，所述Z轴驱动导杆长短可伸缩调整。

进一步的设计方案中，所述驱动装置选用同步带/同步轮驱动装置或者链条/链轮驱动装置或者气压/液压驱动装置中的任一种。

本发明具有以下突出的有益效果：

本发明的梯次联动多轴机械手采用一个驱动装置，降低了机械手的复杂度，使得机械手的控制变得简单，整机成本得到降低，并且使得机械手的控制系统程序设计大大简化，同时由于机械手的电气系统得到简化，使得机械手的抗干扰性能得到提高，工作可靠性得到大幅提高。

附图说明

图1是本发明的梯次联动多轴机械手的结构示意图；

图2是本发明的梯次联动多轴机械手的局部结构示意图；

图中，1-驱动电机，2-联轴器，3- X轴导轨，4-X轴丝杆，5-X轴右端板，6- X轴右限位杆，7- X轴左端板，8- X轴左限位杆，9-X轴母滑块，10- X轴子滑块导杆，11- X轴子滑块复位弹簧，12- X轴子滑块，13- Y轴导轨底座，14-X轴限位板，17- Y轴导轨，18- Y轴滑块复位弹簧，19-Y轴滑块，20-Y轴驱动右导板，21- Y轴驱动右导槽，22- Y轴驱动右销钉，23- Z轴驱动右导杆，24- 滚轮，25- Y轴驱动左导板，26- Y轴驱动左导槽，27- Y轴驱动左销钉，28- Z轴驱动左导杆， 29-Z轴移动装置，30-Z 轴导轨底座，31-Z轴导轨，32- Z轴滑块复位弹簧，33- Z轴滑块，34- Z轴驱动右导板，35- Z轴驱动左导板， 36-夹具。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明:

参见图1和图2，本发明中的梯次联动多轴机械手，包括X轴移动装置、Y轴移动装置、Z轴移动装置、机械手夹具36和驱动电机1，其中：

X轴移动装置包括X轴导轨3、X轴丝杆4、X轴母滑块9、Y轴导轨底座13和X轴限位板14，X轴导轨3与X轴丝杆4平行设置，两端分别设有X轴左端板7和X轴右端板5，X轴母滑块9由X轴丝杆4带动可沿X轴丝杆4往复滑动，X轴母滑块9上设有与X轴丝杆4平行的X轴子滑块导杆10，X轴子滑块导杆10上设有可沿其轴向作往复滑动的X轴子滑块12，X轴子滑块12两端设有复位弹簧（即X轴子滑块复位弹簧11），Y轴导轨底座13垂直于X轴丝杆4的角度固定在X轴子滑块12上，X轴限位板14固定在Y轴导轨底座13的一端，在与X轴限位板14相对的X轴左右端板7和5上分别对应固定有长短可伸缩调整的X轴左限位杆8和X轴右限位杆6；驱动电机1通过联轴器2与X轴丝杆4相连并驱动X轴母滑块9沿X轴导轨3运动。

Y轴移动装置包括Y轴导轨17、Y轴驱动导板和Y轴驱动销钉，Y轴导轨17设置在Y轴导轨底座13且平行于Y轴导轨底座13，Y轴导轨17上设有可沿Y轴导轨17作往复滑动的Y轴滑块19，Y轴滑块19两端均设有复位弹簧（Y轴滑块复位弹簧18），Y轴驱动导板有Y轴驱动左导板25和Y轴驱动右导板20，分别位于Y轴滑块19的两侧并固定在X轴母滑块9的两端，Y轴驱动导板上设有Y轴驱动导槽分别为Y轴驱动左导槽26和Y轴驱动右导槽21，Y轴驱动销钉有2个，分别为Y轴驱动左销钉27和Y轴驱动右销钉22固定在Y轴滑块19上并沿Y轴驱动导槽滑动Y轴驱动左销钉27沿Y轴驱动左导槽26滑动、Y轴驱动右销钉22沿Y轴驱动右导槽21滑动。

Z轴移动装置包括Z轴导轨31、Z轴驱动导板和Z轴驱动导杆，Z轴导轨31垂直于Y轴导轨底座13及X轴丝杆4的角度固定在Y轴滑块19上，Z轴导轨31上设有可沿Z轴导轨31作往复滑动的Z轴滑块33，Z轴滑块33两端均设有复位弹簧（Z轴滑块复位弹簧33），Z轴滑块33下端两侧分别设有斜面向下斜倾的Z轴驱动导板Z轴驱动左导板35、Z轴驱动右导板34，Z轴驱动导杆包括Z轴驱动左导杆28和Z轴驱动右导杆23且分别位于Z轴驱动导板的两侧并分别固定在Y轴驱动导板25和20上，Z轴驱动导杆与Z轴驱动导板接触的一端都固定有滚轮24，Z轴驱动导杆长短可伸缩调整，夹具36固定在Z轴滑块33上。

本发明中的梯次联动多轴机械手在生产实际应用中，可根据功能需要选择夹具36并固定在Z轴滑块33上，并根据机械手的运动轨迹的最大包线要求设计X轴母滑块9的长度及X轴子滑块12的行程、Y轴滑块19的行程、Z轴滑块33的行程、Y轴驱动右导板20及Y轴驱动右导槽21、Y轴驱动左导板25及Y轴驱动左导槽26、Z轴驱动右导板34、 Z轴驱动左导板35，并根据机械手工作现场的具体生产工艺要求适当调节X轴右限位杆6、X轴左限位杆8、Z轴驱动右导杆23和Z轴驱动左导杆28的外伸长度以满足对机械手的运动轨迹要求。

当X轴驱动电机1通过驱动装置带动X轴母滑块9沿X轴导轨3运动时，各轴在各轴子/母滑块、复位弹簧、导槽/导板与销钉与限位顶杆的梯次传动作用下，可以实现机械手在三维空间的各轴梯次衔接运动。

以X轴母滑块9沿X轴导轨3向左运动为例说明如下：当驱动装置带动X轴母滑块9沿X轴导轨3向左运动此时机械手的夹具也随同向左运动，当X轴限位板14左端与X轴左限位杆8接触时，X轴子滑块12停止向左运动此时机械手的夹具36也停止向左运动，（此时X轴母滑块9继续向左运动）； 随着Y轴滑块19与Y轴驱动右导板20的接近，Y轴滑块19上的Y轴驱动右销钉22进入Y轴驱动右导槽21,在该导槽21的引导下, Y轴驱动右销钉22开始沿Y轴导轨17运动， Y轴滑块19也随同沿Y轴导轨17运动（此时机械手的夹具35也随同沿Y轴运动）；当X轴母滑块9沿X轴导轨3继续向左运动，直到Y轴驱动右销钉22越过Y轴驱动右导槽21的斜线段时，Y轴驱动右销钉22停止沿Y轴运动此时机械手的夹具36也随同停止沿Y轴运动；X轴母滑块9继续沿X轴导轨3向左运动，在此期间Y轴驱动右导槽21的下一段不会使Y轴驱动右销钉22发生沿Y轴和Z轴的运动；当X轴母滑块9继续沿X轴导轨3向左运动，Y轴滑块19与Y轴驱动右导板20的距离接近到Z轴驱动右导板34与Z轴驱动右导杆23上的Z轴驱动引导滚轮24接触时，Z轴驱动右导板34将引导Z轴滑块33沿Z轴运动（此时机械手的夹具也随同沿Z轴运动）。上述解释了机械手的夹具按X、Y、Z轴的顺序做梯次衔接运动。

接下来，当驱动装置带动X轴母滑块9沿X轴导轨3向右作回复运动时，在各轴引导机构和复位弹簧的作用下，机械手的夹具36将按Z、Y、X轴的反向顺序做梯次衔接运动，直到X轴子滑块12回到X轴母滑块9的中心位置。

当驱动装置带动X轴母滑块9沿X轴导轨3继续向右运动及回复时，机械手的夹具36的运动分析过程与前述类似。以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种梯次联动多轴机械手，其特征在于，包括X轴移动装置、Y轴移动装置、Z轴移动装置、机械手夹具和驱动装置，所述驱动装置与X轴移动装置相连接，所述Y轴移动装置与X轴移动装置相连接，所述Z轴移动装置与Y轴移动装置相连接，所述机械手夹具安装在所述Z轴移动装置上，所述驱动装置驱动X轴移动装置使机械手夹具作X轴方向移动，并通过Y轴移动装置及Z轴移动装置使机械手夹具作Y和Z轴方向作梯次衔接运动移动；

所述X轴移动装置包括X轴导轨、X轴丝杆、X轴母滑块、Y轴导轨底座和X轴限位板，所述X轴导轨与X轴丝杆平行设置，两端各设有X轴端板，所述X轴母滑块由所述X轴丝杆带动可沿所述X轴丝杆往复滑动，X轴母滑块上设有与X轴丝杆平行的X轴子滑块导杆，X轴子滑块导杆上设有可沿X轴子滑块导杆作往复滑动的X轴子滑块，X轴子滑块两端设有复位弹簧，所述Y轴导轨底座垂直于X轴丝杆的角度固定在所述X轴子滑块上，所述X轴限位板固定在所述Y轴导轨底座的一端，在与X轴限位板相对的X轴端板上各对应固定有X轴限位杆；

所述Y轴移动装置包括Y轴导轨、Y轴驱动导板和Y轴驱动销钉，所述Y轴导轨设置在Y轴导轨底座且平行于Y轴导轨底座，Y轴导轨上设有可沿Y轴导轨作往复滑动的Y轴滑块，Y轴滑块两端均设有复位弹簧，所述Y轴驱动导板有2块，分别位于所述Y轴滑块的两侧并固定在所述X轴母滑块的两端，所述Y轴驱动导板上设有Y轴驱动导槽，所述Y轴驱动销钉固定在Y轴滑块上并沿所述Y轴驱动导槽滑动；

所述Z轴移动装置包括Z轴导轨、Z轴驱动导板和Z轴驱动导杆，所述Z轴导轨垂直于所述Y轴导轨底座及X轴丝杆的角度固定在所述Y轴滑块上，Z轴导轨上设有可沿Z轴导轨作往复滑动的Z轴滑块，Z轴滑块两端均设有复位弹簧，所述Z轴滑块下端两侧分别设有斜面向下斜倾的Z轴驱动导板，所述Z轴驱动导杆有2个，分别位于所述Z轴驱动导板的两侧并分别固定在所述Y轴驱动导板上，所述Z轴驱动导杆与Z轴驱动导板接触的一端都固定有滚轮，所述夹具安装在所述Z轴滑块上。

2.根据权利要求1所述的梯次联动多轴机械手，其特征在于，所述X轴限位板或X轴限位杆的长短可伸缩调整。

3.根据权利要求2所述的梯次联动多轴机械手，其特征在于，所述Z轴驱动导杆长短可伸缩调整。

4.根据权利要求1-3任一权利要求中所述梯次联动多轴机械手，其特征在于，所述驱动装置选用同步带/同步轮驱动装置或者链条/链轮驱动装置或者气压/液压驱动装置中的任一种。