CN105538304A - 轨迹驱动式机械手 - Google Patents

Abstract

本发明涉及工业自动化设备，更具体地说，涉及一种自动化机械手。轨迹驱动式机械手，包括伺服电机、机架、凸轮机构、拨叉、运动组件，所述伺服电机固连于所述机架，所述伺服电机的输出轴上固连联轴器，所述联轴器的末端固连拨叉，所述运动组件活动连接于所述机架，所述拨叉活动连接于所述运动组件。本发明适用于机械制造过程中，实现物料的搬运传输；本发明轨迹驱动式机械手实现了轻量化设计，利用一个伺服电机作为驱动源，使机械手产生预想的二维运动空间；通过改变凸轮槽中心线，可以快速改变机械手的运动轨迹。

Description

轨迹驱动式机械手

技术领域

本发明涉及工业自动化设备，更具体地说，涉及一种自动化机械手。

背景技术

机械手是指能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。

机械手主要由手部、运动机构和控制系统三大部分组成。手部是用来抓持工件(或工具)的部件，根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式，如夹持型、托持型和吸附型等。运动机构，使手部完成各种转动(摆动)、移动或复合运动来实现规定的动作，改变被抓持物件的位置和姿势。运动机构的升降、伸缩、旋转等独立运动方式，称为机械手的自由度。控制系统是通过对机械手每个自由度的电机的控制，来完成特定动作。

然而，现有的机械手指往往由多个电机驱动，结构复杂，价格昂贵。

现有的机械手指的寿命不长。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种轨迹驱动式机械手，本发明适用于机械制造过程中，实现物料的搬运传输；本发明轨迹驱动式机械手实现了轻量化设计，利用一个伺服电机作为驱动源，使机械手产生预想的二维运动空间；通过改变凸轮槽中心线，可以快速改变机械手的运动轨迹。

一种轨迹驱动式机械手，包括伺服电机、机架、凸轮机构、拨叉、运动组件，所述伺服电机固连于所述机架，所述伺服电机的输出轴上固连联轴器，所述联轴器的末端固连拨叉，所述运动组件活动连接于所述机架，所述拨叉活动连接于所述运动组件；

所述运动组件包括：机械手臂、转台、滚子、滑块、调节板，所述转台上设置方块体、转轴，所述转轴通过所述轴承活动连接于所述支架，所述滑块固连于所述方块体上，所述机械手臂活动连接于所述滑块上；所述机械手臂的一端为手臂末端，所述滚子固连于所述机械手臂上；

所述凸轮机构包括：上凸轮、下凸轮，所述上凸轮和下凸轮固连于所述机架上，在所述上凸轮、下凸轮上设置凸轮槽，所述凸轮槽的槽宽和所述滚子的外径相匹配；所述凸轮槽的凸轮槽中心线为一段光滑连续的曲线。

优选地，所述机械手臂的一端固连所述调节板，在所述调节板上设置下微调螺栓、上微调螺栓；在所述机架上固连下限位板、上限位板，所述下限位板和所述下微调螺栓相匹配，所述上限位板和所述上微调螺栓相匹配。

优选地，所述滑块上固连盖板，所述机械手臂位于所述滑块和所述盖板之间。

优选地，所述联轴器包括：配合面、连接段，所述连接段固连于所述伺服电机的输出轴上，所述配合面和所述拨叉相匹配，所述拨叉通过铰制孔螺栓固连于所述配合面上。

优选地，所述凸轮槽中心线包括：所述起始端、过渡段、终止端，所述起始端和所述终止端为直线，所述过渡段为曲线。

优选地，所述拨叉的一段固连于所述联轴器，另一端设置两条支腿，所述支腿之间活动连接所述滚子，所述支腿的距离和所述滚子的直径相匹配。

本发明的提供了一种轨迹驱动式机械手，和传统技术相比本发明具有的有益效果如下：

轨迹驱动式机械手，所述伺服电机固连于所述机架，所述伺服电机的输出轴上固连联轴器，所述联轴器的末端固连拨叉，所述运动组件活动连接于所述机架，所述拨叉活动连接于所述运动组件，所述支腿之间活动连接所述滚子，所述支腿的距离和所述滚子的直径相匹配。所述伺服电机的输出轴驱动所述联轴器、拨叉做同步转动，所述拨叉驱动所述滚子在所述凸轮槽中，沿所述凸轮槽中心线的轨迹运动。

所述转轴通过所述轴承活动连接于所述支架，所述转台可以绕所述轴承转动。所述机械手臂活动连接于所述滑块上，所述机械手臂可以相对所述滑块滑动。所述滚子固连于所述机械手臂的一端，所述滚子沿所述凸轮槽中心线运动时，所述机械手臂带动所述转轴发生转动。

所述上凸轮和下凸轮通过螺栓固连于所述机架上，所述上凸轮和下凸轮组合成所述凸轮机构，所述凸轮机构上设置凸轮槽，所述凸轮槽的槽宽和所述滚子的外径相匹配；所述凸轮槽的凸轮槽中心线为一段光滑连续的曲线。所述凸轮槽中心线包括：所述起始端、过渡段、终止端，所述起始端和所述终止端为直线，所述过渡段为曲线，所述起始端、过渡段、终止端构成光滑连接。

所述运动组件处于起始位置时，所述滚子位于凸轮起点的位置，所述手臂末端位于机械手起点的位置，所述滚子沿所述凸轮槽中心线点由所述凸轮起点运动至凸轮终点，所述手臂末端到达机械手终点的位置，所述手臂末端产生运动轨迹。所述起始端和所述终止端为直线，使所述手臂末端发生直线运动。

手爪机构固连于所述手臂末端，用于执行抓取物体和搬运物体的动作。

所述机械手臂的一端固连所述调节板，在所述调节板上设置下微调螺栓、上微调螺栓；在所述机架上固连下限位板、上限位板，所述下限位板和所述下微调螺栓相匹配，所述上限位板和所述上微调螺栓相匹配。调节所述下微调螺栓、上微调螺栓，可以调节所述手臂末端的位置。

所述联轴器包括：配合面、连接段，所述连接段固连于所述伺服电机的输出轴上，所述配合面和所述拨叉相匹配，所述联轴器以紧凑的结构设计，实现了多重功能。所述拨叉通过铰制孔螺栓固连于所述配合面上，通过铰制孔螺栓连接，保证了所述拨叉和所述配合面之间的可靠连接，不会发生相对滑动。

本发明轨迹驱动式机械手由单一的驱动力——所述伺服电机作为输入，实现了理想的末端轨迹，在所述手臂末端上设置手爪机构可以达到抓取于搬运物体的功能。传统的手臂为了达到二维的运动轨迹，至少需要两个伺服电机作为动力输入，且两个伺服电机为了达到两轴联动的目的，需要配套的多轴运动控制系统，增加了控制系统的负担。其次，本发明轨迹驱动式机械手实现了轻量化设计，使得可以在紧凑型机械手结构中，或者航空航天领域中得到广阔的应用。传统的机械手，两个伺服电机需要占用更大的空间，增加更大的重量，导致机械手的体积庞大和重量增加。

本发明轨迹驱动式机械手通过所述凸轮槽中心线控制所述末端轨迹，通过调节所述上凸轮和下凸轮的相对位置，可以改变所述末端轨迹。同时，通过微调所述下微调螺栓、上微调螺栓，可以改变所述末端轨迹。

附图说明

图1是本发明轨迹驱动式机械手的立体结构示意图；

图2是本发明轨迹驱动式机械手在另一个视角下的结构示意图；

图3是本发明轨迹驱动式机械手在另一个视角下的结构示意图；

图4、5是本发明轨迹驱动式机械手的凸轮机构的结构示意图；

图6、7是本发明轨迹驱动式机械手的运动组件的结构示意图；

图8是本发明轨迹驱动式机械手的运动轨迹的结构示意图；

图9是本发明轨迹驱动式机械手的凸轮槽中心线的结构示意图；

图10是本发明轨迹驱动式机械手的联轴器的结构示意图。

1机械手臂、2手臂末端、3伺服电机、4机架、5凸轮机构、6联轴器、7拨叉、8滑块、9调节板、10下限位板、11上限位板、12下微调螺栓、13上微调螺栓、14转台、15滚子、16支腿、17配合面、18连接段、19轴承、20盖板、21运动组件、22方块体、23转轴、24上凸轮、25下凸轮、26凸轮槽、27末端轨迹、28凸轮起点、29凸轮终点、30机械手起点、31机械手终点。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步地详细说明，但不构成对本发明的任何限制，附图中类似的元件标号代表类似的元件。如上所述，本发明提供了一种轨迹驱动式机械手，用于实现物料的抓取和转移。

图1是本发明轨迹驱动式机械手的立体结构示意图，图2是本发明轨迹驱动式机械手在另一个视角下的结构示意图，图3是本发明轨迹驱动式机械手在另一个视角下的结构示意图，图4、5是本发明轨迹驱动式机械手的凸轮机构的结构示意图，图6、7是本发明轨迹驱动式机械手的运动组件的结构示意图，图8是本发明轨迹驱动式机械手的运动轨迹的结构示意图，图9是本发明轨迹驱动式机械手的凸轮槽中心线的结构示意图，图10是本发明轨迹驱动式机械手的联轴器的结构示意图。

一种轨迹驱动式机械手，包括伺服电机3、机架4、凸轮机构5、拨叉7、运动组件21，所述伺服电机3固连于所述机架4，所述伺服电机3的输出轴上固连联轴器6，所述联轴器的末端固连拨叉7，所述运动组件21活动连接于所述机架4，所述拨叉7活动连接于所述运动组件21；

所述运动组件包括：机械手臂1、转台14、滚子15、滑块8、调节板9，所述转台14上设置方块体22、转轴23，所述转轴23通过所述轴承19活动连接于所述支架4，所述滑块8固连于所述方块体22上，所述机械手臂1活动连接于所述滑块8上；所述机械手臂1的一端为手臂末端2，所述滚子15固连于所述机械手臂1上；

所述凸轮机构5包括：上凸轮24、下凸轮25，所述上凸轮24和下凸轮25固连于所述机架4上，在所述上凸轮24、下凸轮25上设置凸轮槽26，所述凸轮槽26的槽宽和所述滚子15的外径相匹配；所述凸轮槽26的凸轮槽中心线32为一段光滑连续的曲线。

更具体地，所述机械手臂1的一端固连所述调节板9，在所述调节板9上设置下微调螺栓12、上微调螺栓13；在所述机架4上固连下限位板10、上限位板11，所述下限位板10和所述下微调螺栓12相匹配，所述上限位板11和所述上微调螺栓13相匹配。

更具体地，所述滑块8上固连盖板20，所述机械手臂1位于所述滑块8和所述盖板20之间。

更具体地，所述联轴器6包括：配合面17、连接段18，所述连接段18固连于所述伺服电机3的输出轴上，所述配合面17和所述拨叉7相匹配，所述拨叉7通过铰制孔螺栓固连于所述配合面17上。

更具体地，所述凸轮槽中心线32包括：所述起始端33、过渡段34、终止端35，所述起始端33和所述终止端35为直线，所述过渡段34为曲线。

更具体地，所述拨叉7的一段固连于所述联轴器6，另一端设置两条支腿16，所述支腿16之间活动连接所述滚子15，所述支腿16的距离和所述滚子15的直径相匹配。

以下结合图1至10，进一步描述本发明轨迹驱动式机械手的工作原理和工作过程：

轨迹驱动式机械手，所述伺服电机3固连于所述机架4，所述伺服电机3的输出轴上固连联轴器6，所述联轴器的末端固连拨叉7，所述运动组件21活动连接于所述机架4，所述拨叉7活动连接于所述运动组件21，所述支腿16之间活动连接所述滚子15，所述支腿16的距离和所述滚子15的直径相匹配。所述伺服电机3的输出轴驱动所述联轴器6、拨叉7做同步转动，所述拨叉7驱动所述滚子15在所述凸轮槽26中，沿所述凸轮槽中心线32的轨迹运动。

所述转轴23通过所述轴承19活动连接于所述支架4，所述转台14可以绕所述轴承19转动。所述机械手臂1活动连接于所述滑块8上，所述机械手臂1可以相对所述滑块8滑动。所述滚子15固连于所述机械手臂1的一端，所述滚子15沿所述凸轮槽中心线32运动时，所述机械手臂1带动所述转轴23发生转动。

所述上凸轮24和下凸轮25通过螺栓固连于所述机架4上，所述上凸轮24和下凸轮25组合成所述凸轮机构5，所述凸轮机构5上设置凸轮槽26，所述凸轮槽26的槽宽和所述滚子15的外径相匹配；所述凸轮槽26的凸轮槽中心线32为一段光滑连续的曲线。所述凸轮槽中心线32包括：所述起始端33、过渡段34、终止端35，所述起始端33和所述终止端35为直线，所述过渡段34为曲线，所述起始端33、过渡段34、终止端35构成光滑连接。

所述运动组件21处于起始位置时，所述滚子15位于凸轮起点28的位置，所述手臂末端2位于机械手起点30的位置，所述滚子15沿所述凸轮槽中心线32点由所述凸轮起点28运动至凸轮终点29，所述手臂末端2到达机械手终点31的位置，所述手臂末端2产生运动轨迹27。所述起始端33和所述终止端35为直线，使所述手臂末端2发生直线运动。

手爪机构固连于所述手臂末端2，用于执行抓取物体和搬运物体的动作。

所述机械手臂1的一端固连所述调节板9，在所述调节板9上设置下微调螺栓12、上微调螺栓13；在所述机架4上固连下限位板10、上限位板11，所述下限位板10和所述下微调螺栓12相匹配，所述上限位板11和所述上微调螺栓13相匹配。调节所述下微调螺栓12、上微调螺栓13，可以调节所述手臂末端2的位置。

所述联轴器6包括：配合面17、连接段18，所述连接段18固连于所述伺服电机3的输出轴上，所述配合面17和所述拨叉7相匹配，所述联轴器6以紧凑的结构设计，实现了多重功能。所述拨叉7通过铰制孔螺栓固连于所述配合面17上，通过铰制孔螺栓连接，保证了所述拨叉7和所述配合面17之间的可靠连接，不会发生相对滑动。

本发明轨迹驱动式机械手由单一的驱动力——所述伺服电机3作为输入，实现了理想的末端轨迹27，在所述手臂末端2上设置手爪机构可以达到抓取于搬运物体的功能。传统的手臂为了达到二维的运动轨迹，至少需要两个伺服电机作为动力输入，且两个伺服电机为了达到两轴联动的目的，需要配套的多轴运动控制系统，增加了控制系统的负担。其次，本发明轨迹驱动式机械手实现了轻量化设计，使得可以在紧凑型机械手结构中，或者航空航天领域中得到广阔的应用。传统的机械手，两个伺服电机需要占用更大的空间，增加更大的重量，导致机械手的体积庞大和重量增加。

本发明轨迹驱动式机械手通过所述凸轮槽中心线32控制所述末端轨迹27，通过调节所述上凸轮24和下凸轮25的相对位置，可以改变所述末端轨迹27。同时，通过微调所述下微调螺栓12、上微调螺栓13，可以改变所述末端轨迹27。

最后，应当指出，以上实施例仅是本发明较有代表性的例子。显然，本发明不限于上述实施例，还可以有许多变形。凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均应认为属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种轨迹驱动式机械手，其特征在于组成如下：包括伺服电机、机架、凸轮机构、拨叉、运动组件，所述伺服电机固连于所述机架，所述伺服电机的输出轴上固连联轴器，所述联轴器的末端固连拨叉，所述运动组件活动连接于所述机架，所述拨叉活动连接于所述运动组件；

所述运动组件包括：机械手臂、转台、滚子、滑块、调节板，所述转台上设置方块体、转轴，所述转轴通过所述轴承活动连接于所述支架，所述滑块固连于所述方块体上，所述机械手臂活动连接于所述滑块上；所述机械手臂的一端为手臂末端，所述滚子固连于所述机械手臂上；

所述凸轮机构包括：上凸轮、下凸轮，所述上凸轮和下凸轮固连于所述机架上，在所述上凸轮、下凸轮上设置凸轮槽，所述凸轮槽的槽宽和所述滚子的外径相匹配；所述凸轮槽的凸轮槽中心线为一段光滑连续的曲线。

2.根据权利要求1所述的轨迹驱动式机械手，其特征在于，所述机械手臂的一端固连所述调节板，在所述调节板上设置下微调螺栓、上微调螺栓；在所述机架上固连下限位板、上限位板，所述下限位板和所述下微调螺栓相匹配，所述上限位板和所述上微调螺栓相匹配。

3.根据权利要求1所述的轨迹驱动式机械手，其特征在于，所述滑块上固连盖板，所述机械手臂位于所述滑块和所述盖板之间。

4.根据权利要求1所述的轨迹驱动式机械手，其特征在于，所述联轴器包括：配合面、连接段，所述连接段固连于所述伺服电机的输出轴上，所述配合面和所述拨叉相匹配，所述拨叉通过铰制孔螺栓固连于所述配合面上。

5.根据权利要求1所述的轨迹驱动式机械手，其特征在于，所述凸轮槽中心线包括：所述起始端、过渡段、终止端，所述起始端和所述终止端为直线，所述过渡段为曲线。

6.根据权利要求1所述的轨迹驱动式机械手，其特征在于，所述拨叉的一段固连于所述联轴器，另一端设置两条支腿，所述支腿之间活动连接所述滚子，所述支腿的距离和所述滚子的直径相匹配。