CN105500379A - 一种伸缩式机械手 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种伸缩式机械手，其特征是：至少包括主动手臂组件、从动手臂组件和穿墙管组件三大部分；主动手臂组件和从动手臂组件分别铰接于穿墙管组件的主动端和从动端；所述的主动手臂组件至少包括配重管组件、钢丝绳锁紧机构、主手定滑轮组件、操作手钳、手腕组件、主手内管组件、电气控制盒、上管座组件、主手动滑轮组件、上顶板组件、连接座组件、配重座组件、Y向电机组件、X向电机组件、Y向锁紧机构。本发明主动臂组件采用伸缩管在双柱管中间上下移动结构，Z向动作两个平衡锤在双柱管内随主动伸缩管伸缩而上升、下降，具有刚度好、外形美观的优点；设有X、Y向电机组件，可扩大从动臂的操作范围同时便于安装、拆除。

Description

一种伸缩式机械手

技术领域

本发明涉及一种伸缩式机械手。

背景技术

由于核能利用受到全世界的重视，国内核电及核后处理事业得到了国家大力支持。根据核工业使用环境和工况的特殊性，提出了一种操作轻巧、结构简单、多自由度、故障率低和便于维护维修的伸缩式机械手。

机械手是根据仿生原理，可代替人在高温、高压、有毒气体或放射性等恶劣环境下操作的一种设备。因而广泛应用于冶金、化工、医疗和核后处理等行业中。

已申请的专利中公开了一种XAJ10伸缩式机械手，XAJ10型机械手结构复杂、传动形式多样、操作维护困难。

发明内容

本发明的目的是提供一种操作轻巧、结构简单、运动范围广、故障率低和便于维护维修的伸缩式机械手。

本发明的目的是这样实现的，一种伸缩式机械手，其特征是：至少包括主动手臂组件、从动手臂组件和穿墙管组件三大部分；主动手臂组件和从动手臂组件分别铰接于穿墙管组件的主动端和从动端；所述的主动手臂组件至少包括配重管组件、钢丝绳锁紧机构、主手定滑轮组件、操作手钳、手腕组件、主手内管组件、电气控制盒、上管座组件、主手动滑轮组件、上顶板组件、连接座组件、配重座组件、Y向电机组件、 X向电机组件、 Y向锁紧机构；配重管组件有两套，两套配重管组件下端分别安装在主手定滑轮组件的安装座左右侧，上端分别与上顶板组件相连接，相对于安装座形成对称的固定框架结构；上管座组件为空腔型结构件，配重管组件通过顶丝锁紧安装在上管座组件的圆形内空腔内，上管座组件下部安装有7个自由度运动传导的丝轮组件，上管座组件上部开设有与连接座组件铰接的销轴安装孔；连接座组件通过销轴上的轴承与上管座组件实现灵活旋转；连接座组件和配重座组件之间采用转接轴承座连接，转接轴承座为滚珠式结构；X向电机组件安装在配重座组件上，X向电机组件用于驱动主动齿轮在X方向上左右运动。

所述的主手动滑轮组件上安装有沿配重管组件外壁上下滑动的导向轴承和钢丝绳轮；钢丝绳一端绕在上顶板组件上的丝轮架上，另一端连接在手腕组件上，钢丝绳中间缠绕过主手动滑轮组件上的钢丝绳轮，使主手动滑轮组件形成一个通过钢丝绳拉力悬浮连接在上顶板组件和手腕组件之间的滑动结构件。

所述的主手内管组件在主手定滑轮组件腔体内，沿主手定滑轮组件腔体内的导向机构实现上下行走，用于实现机械手Z向运动；利用传动机构，通过钢丝绳的作用力实现从动手臂组件上的从动臂中管组件和从动臂内管组件的Z向伸缩。

所述的手腕组件通过螺钉安装在主手内管组件内管的下端，操作手钳与手腕组件相连接；手腕组件传动腔体内安装有机械手7个自由度运动的传动轮和钢丝绳张紧机构；通过操作手钳的运动带动手腕组件的传动轮，实现机械手的7个自由度运行。

所述的主动手臂组件分别设有钢丝绳锁紧机构和X向锁紧机构；在上顶板组件和配重座组上分别安装有配重块，配重块的作用是分别对机械手各个方向上的运动进行重力平衡，在配重座组件左右摆臂上分别安装有配重块，保证了机械手X向运动时可随意位置稳定停留。

所述的从动手臂组件至少包括从动臂上支座组件、从动臂外管组件、从动臂中管组件、从动臂内管组件、从动手腕组件和夹钳组件；从动臂上支座组件的与穿墙管组件通过连接轴和轴承铰接，形成一个活动连接体；从动臂外管组件的上端与从动臂上支座组件通过螺钉连接，从动臂外管组件的下端安装有限位和调整中心轴线的安装座，安装座用于从动臂中管组件运行时始终沿中心轴线方向运动；7个自由度传动的丝轮组件安装在从动臂外管组件的安装座上。

所述的从动臂中管组件上端有导向支座，导向支座以90°为分度对称安装有偏心滚轮；当从动臂中管组件沿从动臂外管组件的管内腔体上下滑动时，调整从动臂中管组件上的导向支座上的偏心滚轮以保其与从动臂外管组件的管内腔体完全贴合，从而有效的消除了由于运行过程中配合间隙过大出现晃动现象；从动臂中管组件的下端安装有导向限位座，导向限位座的作用是对从动臂内管组件上下运行时实现径向的导向和限位作用。

所述的从动臂内管组件下端安装有从动手腕组件，从动手腕组件左右传动壳体内安装有机械手夹钳组件俯仰、旋转和夹紧几个自由度运行的齿轮副；主手操作的动作通过丝轮组件和钢丝绳的传递作用于从动手腕组件的齿轮副上，实现机械手夹钳的各项动作。

所述的穿墙管组件至少包括X向锁紧机构、穿墙管子、滚动支座组件和屏蔽铅；X向锁紧机构通过螺钉安装在墙体内的预埋管上，用于实现对X向运动锁紧；屏蔽铅通过螺钉安装在穿墙管子内腔，穿墙管子外壁上套装有两个滚动支撑座组件，滚动支撑座组件沿轴线方向均布开设有四个对称的滚轮安装孔，通过销轴安装有四个滚轮，用于安装过程中当穿墙管组件穿进预埋管时，滚动支撑座组件上的滚轮沿预埋管内腔向里滑动。

所述的穿墙管子前段与机械手主动手臂组件的配重座组件相连接，后端与从动手臂组件的从动臂上支座组件相连接，传动拉杆穿过穿墙管子一段固定在配重座组件上，另一段固定在从动臂上支座组件上，实现对机械手Y向运动作用力的传递。

本发明的优点是：

(1) 主动臂组件采用伸缩管在双柱管中间上下移动结构，Z向动作两个平衡锤在双柱管内随主动伸缩管伸缩而上升、下降，具有刚度好、外形美观的优点。

(2) 从动臂组件采用双伸缩三重套管结构，即可减小从动臂组件内中管的长度又可增加该两管全伸时的重叠长度，改善受力状况。同时增大了机械手的有效操作范围。

(3)夹钳是四联杆平行移动式，可远距离更换夹爪，适应性较大。手把为轻巧摩托车式手把，其上设有锁紧夹钳和调整夹钳开度机构及控制 X、Y向电动调整动作的按钮。

(4)设有X、Y向电动调整装置，可扩大从动臂的操作范围同时便于安装、拆除。

附图说明

下面结合实施例附图对本发明作进一步说明：

图1是本发明实施例整体结构示意图；

图2是主动手臂组件示意图；

图3是从动手臂组件示意图；

图4是穿墙管组件示意图。

图中，1、主动手臂组件；2、从动手臂组件；3、穿墙管组件。

具体实施方式

如图1所示，一种伸缩式机械手，包括主动手臂组件1、从动手臂组件2和穿墙管组件3三大部分。主动手臂组件1和从动手臂组件分别铰接于穿墙管组件3的主动端和从动端。

如图2所示，所述的主动手臂组件1至少包括配重管组件101、钢丝绳锁紧机构102、主手定滑轮组件103、操作手钳104、手腕组件105、主手内管组件106、电气控制盒107、上管座组件108、主手动滑轮组件109、上顶板组件110、连接座组件111、配重座组件112、Y向电机组件113、 X向电机组件114、 Y向锁紧机构115。

配重管组件101有两套，两套配重管组件101下端分别安装在主手定滑轮组件103的安装座左右侧，上端分别与上顶板组件110相连接，相对于安装座形成对称的固定框架结构。

上管座组件108为空腔型结构件，配重管组件101通过顶丝锁紧安装在上管座组件108的圆形内空腔内，上管座组件108下部安装有7个自由度运动传导的丝轮组件108A，上管座组件108上部开设有与连接座组件111铰接的销轴安装孔；连接座组件111通过销轴上的轴承与上管座组件108实现灵活旋转。

为减小X向运动传动阻力，连接座组件111和配重座组件112之间采用转接轴承座连接，转接轴承座为滚珠式结构。

X向电机组件114安装在配重座组件112上，X向电机组件114用于驱动主动齿轮在X方向上左右运动。

主手动滑轮组件109上安装有沿配重管组件101外壁上下滑动的导向轴承和钢丝绳轮；钢丝绳一端绕在上顶板组件110上的丝轮架上，另一端连接在手腕组件105上，钢丝绳中间缠绕过主手动滑轮组件109上的钢丝绳轮，使主手动滑轮组件109形成一个通过钢丝绳拉力悬浮连接在上顶板组件110和手腕组件105之间的滑动结构件。

主手内管组件106在主手定滑轮组件103腔体内，沿主手定滑轮组件103腔体内的导向机构实现上下行走，用于实现机械手Z向运动。利用传动机构，通过钢丝绳的作用力实现从动手臂组件2上的从动臂中管组件203和从动臂内管组件204的Z向伸缩。

手腕组件105通过螺钉安装在主手内管组件106内管的下端，操作手钳104与手腕组件105相连接。手腕组件105传动腔体内安装有机械手7个自由度运动的传动轮和钢丝绳张紧机构。通过操作手钳104的运动带动手腕组件105的传动轮，实现机械手的7个自由度运行。

为保证机械手使用的安全性，机械手在主动手臂端分别设有钢丝绳锁紧机构102和X向锁紧机构115。在上顶板组件110和配重座组件111上分别安装有配重块，配重块的作用是分别对机械手各个方向上的运动进行重力平衡，保证机械手各项运动的摩擦力满足设计参数的要求。在配重座组件112左右摆臂上分别安装有配重块，保证了机械手X向运动时可随意位置稳定停留。

电气控制盒107通过螺钉安装在上管座组件108上。

如图3所示，所述的从动手臂组件2至少包括从动臂上支座组件201、

从动臂外管组件202、从动臂中管组件203、从动臂内管组件204、从

动手腕组件205和夹钳组件206。

从动臂上支座组件201的与穿墙管组件通过连接轴和轴承铰接，形成

一个活动连接体。从动臂外管组件202的上端与从动臂上支座组件201通过螺钉连接，从动臂外管组件202的下端安装有限位和调整中心轴线的安装座，安装座用于从动臂中管组件203运行时始终沿中心轴线方向运动。7个自由度传动的丝轮组件安装在从动臂外管组件202的安装座上。

从动臂中管组件203上端有导向支座，导向支座以90°为分度对称安装有偏心滚轮。当从动臂中管组件203沿从动臂外管组件202的管内腔体上下滑动时，调整从动臂中管组件203上的导向支座上的偏心滚轮以保其与从动臂外管组件202的管内腔体完全贴合，从而有效的消除了由于运行过程中配合间隙过大出现晃动现象。从动臂中管组件203的下端安装有导向限位座，导向限位座的作用是对从动臂内管组件204上下运行时实现径向的导向和限位作用。

从动臂内管组件204下端安装有从动手腕组件205，从动手腕组件205左右传动壳体内安装有机械手夹钳组件206俯仰、旋转和夹紧几个自由度运行的齿轮副。主手操作的动作通过丝轮组件和钢丝绳的传递作用于从动手腕组件205的齿轮副上，实现机械手夹钳的各项动作。

如图4所示，所述的穿墙管组件3至少包括X向锁紧机构301、穿墙管子302、滚动支座组件303和屏蔽铅304。

X向锁紧机构301通过螺钉安装在墙体内的预埋管上，用于实现对X向运动锁紧。屏蔽铅304通过螺钉安装在穿墙管子302内腔，其作用有两个：一、为了有效的阻挡热室内射线对操作人员的伤害；二、为机械手传递Y向运动的传动拉杆起固定支撑作用。穿墙管子302外壁上套装有两个滚动支撑座组件303，滚动支撑座组件303沿轴线方向均布开设有四个对称的滚轮安装孔，通过销轴安装有四个滚轮，用于安装过程中当穿墙管组件3穿进预埋管时，滚动支撑座组件303上的滚轮沿预埋管内腔向里滑动。同时由于滚动支撑座组件303钢制结构件，有效的填补了预埋管与穿墙管子302之间的间隙，达到防护屏蔽要求。

穿墙管子302前段与机械手主动手臂组件1的配重座组件112相连接，后端与从动手臂组件的从动臂上支座组件201相连接，传动拉杆穿过穿墙管子302一段固定在配重座组件112上，另一段固定在从动臂上支座组件201上，实现对机械手Y向运动作用力的传递。

进行工位、工步操作时，从平衡状态开始打开钢丝绳锁紧机构102、X向锁紧机构301和Y向锁紧机构115。操作手钳104，通过手腕组件105、主手定滑轮组件103、上管座组件108、穿墙管组件3，将力传递至从动臂上支座组件201的丝轮组件、从动臂手腕组件205的齿轮副，最后实现夹钳组件2206的俯仰、旋转、夹紧四个自由度的动作。主手内管组件106的旋转和伸缩，通过主动定滑轮组件103、主手动滑轮组件109、上管座组件108、穿墙管组件3、从动臂上支座组件201的丝轮组件、从动臂中管组件203和从动臂内管组件204的丝轮组件实现夹钳组件206整体的旋转、从动臂中管组件203和从动臂内管组件204的伸缩三个自由度的动作。

机械手七个自由度的运行和平衡系统完全通过图中①～⑭根钢丝绳实现，将操作手钳4的力传送至夹钳23处。由于传动形式单一，从而简化了整个机械手的设计结构、操作轻巧，在满足同样使用要求的前提下同时也降低了生产成本。

本发明实施例的主要技术参数

1）操作能力，夹钳任意位置可操作7Kg的物体，利用吊钩可垂直起吊15Kg的物体；

2）7个自由度角度参数：

X向：手动±30°，电动±30°；

Y向：手动向后30°，电动向前80°，向后25°，手动+电动向前90°。

方位旋转：±174°，手腕俯仰（以水平线为基准）向上44°，向下120°，手腕扭转±175°。

本实施例没有详细叙述的部件和结构属本行业的公知部件和常用结构或常用手段，这里不一一叙述。

Claims (10)

1.一种伸缩式机械手，其特征是：至少包括主动手臂组件（1）、从动手臂组件（2）和穿墙管组件（3）三大部分；主动手臂组件（1）和从动手臂组件分别铰接于穿墙管组件（3）的主动端和从动端；所述的主动手臂组件（1）至少包括配重管组件（101）、钢丝绳锁紧机构（102）、主手定滑轮组件（103）、操作手钳（104）、手腕组件（105）、主手内管组件（106）、电气控制盒（107）、上管座组件（108）、主手动滑轮组件（109）、上顶板组件（110）、连接座组件（111）、配重座组件（112）、Y向电机组件（113）、 X向电机组件（114）、 Y向锁紧机构（115）；配重管组件（101）有两套，两套配重管组件（101）下端分别安装在主手定滑轮组件（103）的安装座左右侧，上端分别与上顶板组件（110）相连接，相对于安装座形成对称的固定框架结构；上管座组件（108）为空腔型结构件，配重管组件（101）通过顶丝锁紧安装在上管座组件（108）的圆形内空腔内，上管座组件（108）下部安装有7个自由度运动传导的丝轮组件（108），上管座组件（108）上部开设有与连接座组件（111）铰接的销轴安装孔；连接座组件（111）通过销轴上的轴承与上管座组件（108）实现灵活旋转；连接座组件（111）和配重座组件（112）之间采用转接轴承座连接，转接轴承座为滚珠式结构；X向电机组件（114）安装在配重座组件（112）上，X向电机组件（114）用于驱动主动齿轮在X方向上左右运动。

2.根据权利要求1所述的一种伸缩式机械手，其特征是：所述的主手动滑轮组件（109）上安装有沿配重管组件（101）外壁上下滑动的导向轴承和钢丝绳轮；钢丝绳一端绕在上顶板组件（110）上的丝轮架上，另一端连接在手腕组件（105）上，钢丝绳中间缠绕过主手动滑轮组件（109）上的钢丝绳轮，使主手动滑轮组件（109）形成一个通过钢丝绳拉力悬浮连接在上顶板组件（110）和手腕组件（105）之间的滑动结构件。

3.根据权利要求1所述的一种伸缩式机械手，其特征是：所述的主手内管组件（106）在主手定滑轮组件（103）腔体内，沿主手定滑轮组件（103）腔体内的导向机构实现上下行走，用于实现机械手Z向运动；利用传动机构，通过钢丝绳的作用力实现从动手臂组件（2）上的从动臂中管组件（203）和从动臂内管组件（204）的Z向伸缩。

4.根据权利要求1所述的一种伸缩式机械手，其特征是：所述的手腕组件（105）通过螺钉安装在主手内管组件（106）内管的下端，操作手钳（104）与手腕组件（105）相连接；手腕组件（105）传动腔体内安装有机械手7个自由度运动的传动轮和钢丝绳张紧机构；通过操作手钳（104）的运动带动手腕组件（105）的传动轮，实现机械手的7个自由度运行。

5.根据权利要求1所述的一种伸缩式机械手，其特征是：所述的主动手臂组件（1）分别设有钢丝绳锁紧机构（102）和X向锁紧机构（115）；在上顶板组件（110）和配重座组件（111）上分别安装有配重块，配重块的作用是分别对机械手各个方向上的运动进行重力平衡，在配重座组件（112）左右摆臂上分别安装有配重块，保证了机械手X向运动时可随意位置稳定停留。

6.根据权利要求1所述的一种伸缩式机械手，其特征是：所述的从动手臂组件（2）至少包括从动臂上支座组件（201）、从动臂外管组件（202）、从动臂中管组件（203）、从动臂内管组件（204）、从动手腕组件（205）和夹钳组件（206）；从动臂上支座组件（201）的与穿墙管组件通过连接轴和轴承铰接，形成一个活动连接体；从动臂外管组件（202）的上端与从动臂上支座组件（201）通过螺钉连接，从动臂外管组件（202）的下端安装有限位和调整中心轴线的安装座，安装座用于从动臂中管组件（203）运行时始终沿中心轴线方向运动；7个自由度传动的丝轮组件安装在从动臂外管组件（202）的安装座上。

7.根据权利要求6所述的一种伸缩式机械手，其特征是：所述的从动臂中管组件（203）上端有导向支座，导向支座以90°为分度对称安装有偏心滚轮；当从动臂中管组件（203）沿从动臂外管组件（202）的管内腔体上下滑动时，调整从动臂中管组件（203）上的导向支座上的偏心滚轮以保其与从动臂外管组件（202）的管内腔体完全贴合，从而有效的消除了由于运行过程中配合间隙过大出现晃动现象；从动臂中管组件（203）的下端安装有导向限位座，导向限位座的作用是对从动臂内管组件（204）上下运行时实现径向的导向和限位作用。

8.根据权利要求6所述的一种伸缩式机械手，其特征是：所述的从动臂内管组件（204）下端安装有从动手腕组件（205），从动手腕组件（205）左右传动壳体内安装有机械手夹钳组件（206）俯仰、旋转和夹紧几个自由度运行的齿轮副；主手操作的动作通过丝轮组件和钢丝绳的传递作用于从动手腕组件（205）的齿轮副上，实现机械手夹钳的各项动作。

9.根据权利要求1所述的一种伸缩式机械手，其特征是：所述的穿墙管组件（3）至少包括X向锁紧机构（301）、穿墙管子（302）、滚动支座组件（303）和屏蔽铅（304）；X向锁紧机构（301）通过螺钉安装在墙体内的预埋管上，用于实现对X向运动锁紧；屏蔽铅（304）通过螺钉安装在穿墙管子（302）内腔，穿墙管子（302）外壁上套装有两个滚动支撑座组件（303），滚动支撑座组件（303）沿轴线方向均布开设有四个对称的滚轮安装孔，通过销轴安装有四个滚轮，用于安装过程中当穿墙管组件（3）穿进预埋管时，滚动支撑座组件（303）上的滚轮沿预埋管内腔向里滑动。

10.根据权利要求9所述的一种伸缩式机械手，其特征是：所述的穿墙管子（302）前段与机械手主动手臂组件（1）的配重座组件（112）相连接，后端与从动手臂组件的从动臂上支座组件（201）相连接，传动拉杆穿过穿墙管子（302）一段固定在配重座组件（112）上，另一段固定在从动臂上支座组件（201）上，实现对机械手Y向运动作用力的传递。