CN105751213B - 吸盘式多自由度机器人机械手机构 - Google Patents

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Abstract

吸盘式多自由度机器人机械手机构，包括固定工作台、旋转工作板、直线工作板、伸缩旋转调节机构和吸盘式机械手；固定工作台的中心处设有第一步进电机，第一步进电机的主轴向上通过连接法兰与旋转工作板中心部位相连接，旋转工作板的底部与固定工作台的顶部之间通过推力轴承转动连接，推力轴承与旋转工作板同心设置；直线工作板位于旋转工作板正上方，直线工作板的底部前侧和后侧分别设有一条固定条，每条固定条底面开设有滑槽，旋转工作板上表面前侧和后侧分别设有一条与滑槽相对应的滑动导轨；本发明结构简单、易于操作，并且能够在特殊环境下多角度高空作业，安全性高，实用性强。

Description

吸盘式多自由度机器人机械手机构
技术领域
本发明属于机械动力设备领域，具体涉及一种吸盘式多自由度机器人机械手机构。
背景技术
随着现代科学技术水平的快速发展，人们对于自动化设备的应用越来越广泛，自动化设备应用于各种领域；例如在火灾现场，消防员难以突入火场搬开障碍物救人，人们也无法拿取高空房间内的物品，物品只能被烧毁，当工人在高空擦拭高楼外边玻璃时，危险性大，面对这样的情形人们在很多时候都束手无策，因此针对以上情况，如何解决在特殊情况下，能够快速方便安全的抓取物件作业，成为亟需解决的技术问题。
发明内容
本发明为了解决现有技术中的不足之处，提供一种结构简单、操作方便、能够多角度进行作业的吸盘式多自由度机器人机械手机构。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：吸盘式多自由度机器人机械手机构，包括固定工作台、旋转工作板、直线工作板、伸缩旋转调节机构和吸盘式机械手；固定工作台的中心处设有第一步进电机，第一步进电机的主轴向上通过连接法兰与旋转工作板中心部位相连接，旋转工作板的底部与固定工作台的顶部之间通过推力轴承转动连接，推力轴承与旋转工作板同心设置；直线工作板位于旋转工作板正上方，直线工作板的底部前侧和后侧分别设有一条固定条，每条固定条底面开设有滑槽，旋转工作板上表面前侧和后侧分别设有一条与滑槽相对应的滑动导轨，旋转工作板前侧的滑动导轨滑动连接在直线工作板前侧的滑槽内，旋转工作板后侧的滑动导轨滑动连接在直线工作板后侧的滑槽内；旋转工作板的上表面右侧固定有电机支撑座，电机支撑座固定有第二步进电机，第二步进电机的主轴与滑动导轨平行，第二步进电机的主轴向左通过联轴器连接有滚珠丝杠，直线工作板的底部固定有与滑动导轨平行的导向螺纹套，滚珠丝杠与导向螺纹套螺纹连接；伸缩旋转调节机构固定在直线工作板上表面，吸盘式机械手固定在伸缩旋转调节机构上。
伸缩旋转调节机构包括固定支座、第三步进电机、机械臂板、支撑液压缸和伸缩臂；固定支座固定在直线工作板的上表面，第三步进电机固定在固定支座上，第三步进电机的主轴位于水平方向上；机械臂板的一端与第三步进电机的主轴垂直固定连接，机械臂板的另一端固定有第四步进电机，第四步进电机的主轴位于水平方向上，第四步进电机的主轴与伸缩臂垂直固定连接；支撑液压缸的缸体端部铰接在固定支座上，支撑液压缸的活塞杆铰接在伸缩臂上。
伸缩臂包括伸缩筒和伸缩杆，伸缩筒左端敞口右端封堵，伸缩筒的右端部与第四步进电机的主轴垂直固定连接，支撑液压缸的活塞杆铰接在伸缩筒的右侧底部；伸缩杆自左向右滑动插设在伸缩筒内，伸缩杆与伸缩筒内壁密封连接；伸缩筒右端部设有与伸缩筒内腔连通的出油孔和进油孔；伸缩杆的左端与吸盘式机械手连接。
吸盘式机械手包括抽气液压缸、套筒和吸盘，套筒的左端和右端均敞口；抽气液压缸的缸体端部同轴向固定在伸缩杆的左端，套筒的右侧部密封套设在抽气液压缸的左侧部且与抽气液压缸固定连接，抽气液压缸的活塞杆向左伸入到套筒内固定连接有圆形的塞块，塞块外缘与套筒内壁滑动密封连接；吸盘呈外大内小的锥壳形且其内端固定套设在套筒上。
采用上述技术方案，本发明具有以下有益效果：吸盘式机械手可绕固定工作台360度旋转，便于抓取不同位置的物件；第一步进电机用于带动旋转工作板及旋转工作板以上的设备转动；推力轴承用于支撑旋转工作板；第二步进电机用于调整直线工作板的位置，具体调整工作原理为：通过第二步进电机带动滚珠丝杠转动，滚珠丝杠与直线工作板底部的导向螺纹套螺纹连接，直线工作板通过滑槽滑动连接在滑动导轨上，在滚珠丝杠的作用下，直线工作板沿滑动导轨直线运动；
吸盘式机械手抓取物件的具体工作原理为，同时启动第三步进电机和支撑液压缸，使机械臂板到合适位置，启动第四步进电机，旋转伸缩臂到合适位置，然后启动油泵并由进油孔向伸缩筒内注入油液，油液推动伸缩杆，伸缩杆另一端的吸盘式机械手缓慢靠近被抓取的物件，直至吸盘紧贴物件；接着启动抽气液压缸，抽气液压缸的活塞杆移动，活塞杆的塞块与套筒密封滑动连接，塞块将吸盘与物件之间的空气抽走，在大气压力的作用下，吸盘会紧贴物件表面，紧紧抓取住物件。
综上所述，本发明结构简单、易于操作，并且能够在特殊环境下多角度高空作业，安全性高，实用性强。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是图1的右视图；
图3是本发明伸缩臂的液压原理图。
具体实施方式
如图1-3所示，以图1中正对看图人的方向为前向，以图1中的左方为左向，以图1中的的右方为右向，本发明的吸盘式多自由度机器人机械手机构，包括固定工作台1、旋转工作板2、直线工作板3、伸缩旋转调节机构和吸盘式机械手；固定工作台1的中心处设有第一步进电机4，第一步进电机4的主轴向上通过连接法兰5与旋转工作板2的中心部位相连接，旋转工作板2的底部与固定工作台1的顶部之间通过推力轴承6转到连接，推力轴承6与旋转工作板2同心设置；直线工作板3位于旋转工作板2正上方，直线工作板3的底部前侧和后侧分别设有一条固定条30，每条固定条30底面开设有滑槽7，旋转工作板2上表面前侧和后侧分别设有一条与滑槽7相对应的滑动导轨8，旋转工作板2前侧的滑动导轨8滑动连接在直线工作板3前侧的滑槽7内，旋转工作板2后侧的滑动导轨8滑动连接在直线工作板3后侧的滑槽7内；旋转工作板2的上表面右侧固定有电机支撑座9，电机支撑座9上固定有第二步进电机10，第二步进电机10的主轴与滑动导轨8平行，第二步进电机10的主轴向右通过联轴器11连接有滚珠丝杠12，直线工作板3的底部固定设有与滑动导轨8平行的导向螺纹套35，滚珠丝杠12与导向螺纹套35螺纹连接；伸缩旋转调节机构固定在直线工作板3上表面，吸盘式机械手固定在伸缩旋转调节机构上。
伸缩旋转调节机构包括固定支座13、第三步进电机14、机械臂板15、支撑液压缸16和伸缩臂；固定支座13固定在直线工作板3的上表面，第三步进电机14固定在固定支座13上，第三步进电机14的主轴位于水平方向上；机械臂板15的一端与第三步进电机14的主轴垂直固定连接，机械臂板15的另一端固定有第四步进电机17，第四步进电机17的主轴位于水平方向上，第四步进电机17的主轴与伸缩臂垂直固定连接；支撑液压缸16的缸体端部铰接在固定支座13上，支撑液压缸16的活塞杆铰接在伸缩臂上。
伸缩臂包括伸缩筒18和伸缩杆19，伸缩筒18左端敞口右端封堵，伸缩筒18的右端部与第四步进电机17的主轴垂直固定连接，支撑液压缸16的活塞杆铰接在伸缩筒18的右侧底部；伸缩杆19自左向右滑动插设在伸缩筒18内，伸缩杆19与伸缩筒18内壁密封连接；伸缩筒18右端部设有与伸缩筒18内腔连通的出油孔20和进油孔21；伸缩杆19的左端与吸盘式机械手连接。
使用中出油孔20和进油孔21需要配合油泵32和油箱31进行工作，油泵32的进油口通过第一两位三通阀33选择连通油箱31或者出油孔20，油泵32的出油口通过第二两位三通阀34选择连通油箱31或者进油孔21。
油泵32向进油孔21注油时，油泵32的进油口连通油箱31且其出油口连接进油孔21；出油孔20出油时，油泵32的进油口连通出油孔20且其出油口连通油箱31。
吸盘式机械手包括抽气液压缸22、套筒23和吸盘24，套筒23的左端和右端均敞口；抽气液压缸22的缸体端部同轴向固定在伸缩杆19的左端，套筒23的右侧部密封套设在抽气液压缸22的左侧部且与抽气液压缸22固定连接，抽气液压缸22的活塞杆向左伸入到套筒23内并固定连接有圆形的塞块25，塞块25外缘与套筒23内壁滑动密封连接；吸盘24呈外大内小的锥壳形且其内端固定套设在套筒23上。
图1和图2中，旋转工作板2以上的部件均可随旋转工作板2旋转，本实施例中对于旋转工作板2以上的部件所采用的“左”、“右”的限定，仅出于便于描述结构的目的，在实际使用过程中，旋转工作板2以上的部件均可随旋转工作板2旋转并改变方向。
本装置在抓取物件时，第一步调整吸盘式机械手的角度，使吸盘式机械手正对被抓取的物件，具体调整方法为：启动固定工作台1中心处的第一步进电机4，第一步进电机4通过连接法兰5带动旋转工作板2转动，旋转工作板2转动到机械手正对被抓取的物件时，停止第一步进电机4，完成机械手角度调整；第二步移动直线工作板3到最佳位置，具体移动方法为，启动第二步进电机10，第二步进电机10的主轴通过联轴器11带动滚珠丝杠12转动，滚珠丝杠12与直线工作板3底部的导向螺纹套35螺纹连接，直线工作板3通过滑槽7滑动连接在滑动导轨8上，在滚珠丝杠12的作用下，直线工作板3沿滑动导轨8直线运动，直至抓取物件的最佳位置，停止第二步进电机10；第三步将吸盘式机械手的吸盘24紧贴被抓取物件上，具体操作为，同时启动第三步进电机14和支撑液压缸16，使机械臂板15转到到合适位置，启动第四步进电机17，旋转伸缩臂到合适位置，然后启动油泵32并由进油孔21向伸缩筒18内注入油液，油液推动伸缩杆19，伸缩杆19另一端的吸盘式机械手缓慢靠近被抓取的物件，直至吸盘24紧贴物件并与被抓取的物件相吸附；第四步抓取物件；启动抽气液压缸22，抽气液压缸22的活塞杆移动，活塞杆上的塞块25与套筒23密封滑动连接，塞块25将吸盘24与物件之间的空气抽走，在大气压力的作用下，吸盘24会更加紧密地与被抓取的物件相吸附，从而紧紧抓取住物件，然后通过调整第一步进电机4、第二步进电机10、第三步进电机14和第三步进电机14，将物件移动到放置位置再次启动抽气液压缸22，塞块25推动套筒23内的空气，使空气压入吸盘24内，使吸盘24与物件分离，最终物件脱离，完成拿取物件动作。
本实施例并非对本发明的形状、材料、结构等作任何形式上的限制，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，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (3)

1.吸盘式多自由度机器人机械手机构，其特征在于：包括固定工作台、旋转工作板、直线工作板、伸缩旋转调节机构和吸盘式机械手；固定工作台的中心处设有第一步进电机，第一步进电机的主轴向上通过连接法兰与旋转工作板中心部位相连接，旋转工作板的底部与固定工作台的顶部之间通过推力轴承转动连接，推力轴承与旋转工作板同心设置；直线工作板位于旋转工作板正上方，直线工作板的底部前侧和后侧分别设有一条固定条，每条固定条底面开设有滑槽，旋转工作板上表面前侧和后侧分别设有一条与滑槽相对应的滑动导轨，旋转工作板前侧的滑动导轨滑动连接在直线工作板前侧的滑槽内，旋转工作板后侧的滑动导轨滑动连接在直线工作板后侧的滑槽内；旋转工作板的上表面右侧固定有电机支撑座，电机支撑座固定有第二步进电机，第二步进电机的主轴与滑动导轨平行，第二步进电机的主轴向左通过联轴器连接有滚珠丝杠，直线工作板的底部固定有与滑动导轨平行的导向螺纹套，滚珠丝杠与导向螺纹套螺纹连接；伸缩旋转调节机构固定在直线工作板上表面，吸盘式机械手固定在伸缩旋转调节机构上；
伸缩旋转调节机构包括固定支座、第三步进电机、机械臂板、支撑液压缸和伸缩臂；
伸缩臂包括伸缩筒和伸缩杆，
吸盘式机械手包括抽气液压缸、套筒和吸盘，套筒的左端和右端均敞口；抽气液压缸的缸体端部同轴向固定在伸缩杆的左端，套筒的右侧部密封套设在抽气液压缸的左侧部且与抽气液压缸固定连接，抽气液压缸的活塞杆向左伸入到套筒内固定连接有圆形的塞块，塞块外缘与套筒内壁滑动密封连接；吸盘呈外大内小的锥壳形且其内端固定套设在套筒上。
2.根据权利要求1所述的吸盘式多自由度机器人机械手机构，其特征在于：固定支座固定在直线工作板的上表面，第三步进电机固定在固定支座上，第三步进电机的主轴位于水平方向上；机械臂板的一端与第三步进电机的主轴垂直固定连接，机械臂板的另一端固定有第四步进电机，第四步进电机的主轴位于水平方向上，第四步进电机的主轴与伸缩臂垂直固定连接；支撑液压缸的缸体端部铰接在固定支座上，支撑液压缸的活塞杆铰接在伸缩臂上。
3.根据权利要求2所述的吸盘式多自由度机器人机械手机构，其特征在于：伸缩筒左端敞口右端封堵，伸缩筒的右端部与第四步进电机的主轴垂直固定连接，支撑液压缸的活塞杆铰接在伸缩筒的右侧底部；伸缩杆自左向右滑动插设在伸缩筒内，伸缩杆与伸缩筒内壁密封连接；伸缩筒右端部设有与伸缩筒内腔连通的出油孔和进油孔；伸缩杆的左端与吸盘式机械手连接。
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