CN105945901A - 卡爪式多自由度机器人机械手机构 - Google Patents

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Abstract

卡爪式多自由度机器人机械手机构，包括机架，机架上表面设有旋转工作台，旋转工作台上表面两侧分别设有一个滑轨，旋转工作台上方设有直线工作台，旋转工作台上表面设有滚珠丝杠，直线工作台上表面中心设有基座，基座上表面设有第一机械臂，第一机械臂上端设有第二机械臂，第二机械臂包括第一伸缩缸和同轴向滑动连接在第一伸缩缸内腔中的第一伸缩臂，第一伸缩臂下端连接有第二伸缩缸和同轴向滑动连接在第二伸缩缸内腔中的第二伸缩臂，第二伸缩臂自由端部的上侧和下侧均设置为齿条状结构，第二伸缩臂下端部设有机械手。本发明结构稳定、工作可靠、操作简便、夹持稳固、能够自由旋转并且可伸缩调节。

Description

卡爪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装置技术领域，尤其涉及一种卡爪式多自由度机器人机械手机构。
背景技术
机械手是一种模拟人手操作的自动机械，它可按固定程序抓取、搬运物件或操持工具完成某些特定操作。应用机械手可以代替人从事单调、重复或繁重的体力劳动，实现生产的机械化和自动化，或代替人在有害环境下的手工操作，改善劳动条件，保证人身安全。现有技术中，机械手主要由手部机构和运动机构组成，手部机构随使用场合和操作对象的不同，常见的有夹持、托持和吸附等类型，运动机构一般有液压、气动、电气装置驱动，机械手可独立地实现伸缩、旋转和升降等运动，一般有2-3个自由度。目前，机械手已经广泛应用与工业生产等领域。现有的设备还会出现抓取不牢固，易脱落现象，使得加持物品时效果差工作效率低，而且现有的机械手结构复杂，装置不够灵活。
发明内容
本发明为了解决现有技术中的不足之处，提供一种结构稳定、工作可靠、操作简便、夹持稳固、能够自由旋转并且可伸缩调节的卡爪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：卡爪式多自由度机器人机械手机构，包括机架，机架上表面通过轴向推力轴承转动连接有旋转工作台，旋转工作台与轴向推力轴承外圈固定连接，机架中心垂直设有第一步进电机，第一步进电机的输出轴向上穿出机架上表面中心，第一步进电机的输出轴上端套设有轴套，轴套上端与旋转工作台下表面固定连接，旋转工作台上表面两侧分别设有一个滑轨，两个滑轨水平设置并相互平行，旋转工作台上方设有直线工作台，直线工作台下表面两侧均固定连接有与滑轨相对应的滑块，滑块上开设有与滑轨滑动配合的滑槽，旋转工作台上表面前端中部设有第一支撑架，第一支撑架连接有第二步进电机，第二步进电机的输出轴伸入第一支撑架并通过联轴器传动连接有水平设置的滚珠丝杠，滚珠丝杠与滑轨相平行，直线工作台下表面设有与滚珠丝杠相对应的连接块，滚珠丝杠与连接块螺纹连接，直线工作台上表面中心设有基座，基座上表面设有第二支撑架，第二支撑架上设有第三步进电机，第三步进电机的输出轴上设有第一机械臂，第一机械臂下端与第三步进电机的输出轴固定连接，第一机械臂上端设有第三支撑架，第三支撑架上设有第四步进电机，第四步进电机的输出轴上固定连接有第二机械臂，第二机械臂包括与第四步进电机输出轴固定连接的第一伸缩缸和同轴向滑动连接在第一伸缩缸内腔中的第一伸缩臂，第一伸缩缸上侧开设有与第一伸缩缸内腔顶部相连通的第一出油口，第一伸缩缸下侧开设有与第一伸缩缸内腔顶部相连通的第一进油口，第一伸缩臂下端连接有第二伸缩缸和同轴向滑动连接在第二伸缩缸内腔中的第二伸缩臂，第二伸缩缸与第一伸缩臂相连接的一端上侧开设有与第二伸缩缸内腔相连通的第二出油口，第二伸缩缸与第一伸缩臂相连接的一端下侧开设有与第二伸缩缸内腔相连通的第二进油口，第一伸缩缸、第一伸缩臂、第二伸缩缸和第二伸缩臂位于同一轴线上，第二伸缩臂自由端部的上侧和下侧均设置为齿条状结构，第二伸缩臂下端部设有机械手。
机械手包括第一连接杆、第二连接杆、上卡爪和下卡爪，上卡爪包括呈一体结构的第一夹持臂和第一夹持杆，下卡爪包括呈一体结构的第二夹持臂和第二夹持杆，第一夹持臂与第二夹持臂围成圆环状结构，第一夹持臂上端一体设有第一齿轮，第二夹持臂上端一体设有第二齿轮，第一齿轮与第二伸缩臂自由端部上侧的齿条状结构相啮合，第二齿轮与第二伸缩臂自由端部下侧的齿条状结构相啮合，第一连接杆下端与第一齿轮中心处铰接，第一连接杆上端与第二伸缩缸下端部外壁固定连接，第二连接杆下端与第二齿轮中心处铰接，第二连接杆上端与第二伸缩缸下端部外壁固定连接。
基座和第二机械臂之间设有支撑液压缸，支撑液压缸包括活塞杆和缸体，活塞杆上端与第二机械臂上端部铰接，缸体底端与基座上表面铰接。
第一夹持杆下表面和第二夹持杆上表面均设置为锯齿状结构。
采用上述技术方案，本发明具有如下优点：
1、本发明通过控制第一步进电机带动旋转工作台旋转，通过控制第二步进电机带动滚珠丝杠转动，滚珠丝杠与直线工作台上的连接块螺纹连接，直线工作台通过滑轨沿旋转工作台直线滑动，工作使用时操作人员通过控制第一步进电机和第二步进电机相结合，从而将机械手调整到合适的位置；通过控制第三步进电机转动带动第一机械臂转动，通过控制第四步进电机转动带动第二机械臂转动，第一机械臂和第二机械臂相配合实现机械手的升降；采用步进电机将电脉冲信号转变为角位移或线位移，在非超载的情况下，步进电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，当步进电机接收到一个脉冲信号，它就会按设定的方向转动一个固定的角度，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的，可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的，同时可以通过控制脉冲频率来控制步进电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的；
2、本发明通过控制第一伸缩缸内进油或出油使得第一伸缩臂在第一伸缩缸内滑动，从而带动机械手的伸缩，通过控制第二伸缩缸进油或出油使得第二伸缩臂在第二伸缩缸内滑动，控制第二伸缩臂上下滑动，采用液压驱动的方式，重量轻、体积小、运动惯性小、反应速度快、操纵控制方便、可自动实现过载保护；
3、本发明的机械手在夹取物件时，控制第二伸缩臂向下滑动，由于第一齿轮与第二伸缩臂自由端部上侧的齿条状结构相啮合，第二齿轮与第二伸缩臂自由端部下侧的齿条状结构相啮合，从而使得第一齿轮和第二齿轮转动，从而带动第一夹持杆和第二夹持杆张开夹取物件，然后控制第二伸缩臂向上滑动，带动第一齿轮和第二齿轮反向转动，使得第一夹持杆和第二夹持杆合拢从而夹紧物件，调整第一机械臂、第二机械臂、旋转工作台及直线工作台，将机械手旋转调整到预定的位置，再次控制第二伸缩臂向下滑动，使得第一齿轮和第二齿轮转动，带动第一夹持杆和第二夹持杆张开从而放下物件，采用上述装置，操作简便快捷，可以实现快速稳定地夹取物件，提高工作效率。
附图说明
图1是本发明的主视结构示意图；
图2是本发明的左视结构示意图；
图3是图1中A处的放大图；
图4是图2中B处的放大图；
图5是图2中C处的放大图。
具体实施方式
本实施例中，以图1中的左侧方向为左向。
如图1-5所示，本发明的卡爪式多自由度机器人机械手机构，包括机架1，机架1上表面通过轴向推力轴承2转动连接有旋转工作台3，旋转工作台3与轴向推力轴承2外圈固定连接，机架1中心垂直设有第一步进电机4，第一步进电机4的输出轴向上穿出机架1上表面中心，第一步进电机4的输出轴上端套设有轴套5，轴套5内壁与第一步进电机4的输出轴外壁过盈配合，轴套5上端与旋转工作台3下表面固定连接，旋转工作台3上表面两侧分别设有一个滑轨6，两个滑轨6水平设置并相互平行，旋转工作台3上方设有直线工作台7，直线工作台7下表面两侧均固定连接有与滑轨6相对应的滑块8，滑块8上开设有与滑轨6滑动配合的滑槽，使直线工作台7能够沿滑轨6滑动，旋转工作台3上表面前端中部设有第一支撑架9，第一支撑架9连接有第二步进电机10，第二步进电机10的输出轴伸入第一支撑架9并通过联轴器11传动连接有水平设置的滚珠丝杠12，滚珠丝杠12与滑轨6相平行，直线工作台7下表面设有与滚珠丝杠12相对应的连接块38，滚珠丝杠12与连接块38螺纹连接，直线工作台7上表面中心设有基座13，基座13上表面设有第二支撑架14，第二支撑架14上设有第三步进电机15，第三步进电机15的输出轴上设有第一机械臂16，第一机械臂16下端与第三步进电机15的输出轴固定连接，第一机械臂16上端设有第三支撑架17，第三支撑架17上设有第四步进电机18，第四步进电机18的输出轴上固定连接有第二机械臂19，第二机械臂19包括与第四步进电机18输出轴固定连接的第一伸缩缸20和同轴向滑动连接在第一伸缩缸20内腔中的第一伸缩臂21，第一伸缩缸20上侧开设有与第一伸缩缸20内腔顶部相连通的第一出油口22，第一伸缩缸20下侧开设有与第一伸缩缸20内腔顶部相连通的第一进油口23，第一伸缩臂21下端连接有第二伸缩缸24和同轴向滑动连接在第二伸缩缸24内腔中的第二伸缩臂25，第二伸缩缸24与第一伸缩臂21相连接的一端上侧开设有与第二伸缩缸24内腔相连通的第二出油口26，第二伸缩缸24与第一伸缩臂21相连接的一端下侧开设有与第二伸缩缸24内腔相连通的第二进油口27，第一伸缩缸20、第一伸缩臂21、第二伸缩缸24和第二伸缩臂25位于同一轴线上，第二伸缩臂25自由端部的上侧和下侧均设置为齿条状结构39，第二伸缩臂25下端部设有机械手。
机械手包括第一连接杆28、第二连接杆29、上卡爪和下卡爪，上卡爪包括呈一体结构的第一夹持臂30和第一夹持杆31，下卡爪包括呈一体结构的第二夹持臂32和第二夹持杆33，第一夹持臂30与第二夹持臂32围成圆环状结构，第一夹持臂30上端一体设有第一齿轮34，第二夹持臂32上端一体设有第二齿轮35，第一齿轮34与第二伸缩臂25自由端部上侧的齿条状结构39相啮合，第二齿轮35与第二伸缩臂25自由端部下侧的齿条状结构39相啮合，第一连接杆28下端与第一齿轮34中心处铰接，第一连接杆28上端与第二伸缩缸24下端部外壁固定连接，第二连接杆29下端与第二齿轮35中心处铰接，第二连接杆29上端与第二伸缩缸24下端部外壁固定连接，第一连接杆28与第二连接杆29均呈弧形。
基座13和第二机械臂19之间设有支撑液压缸，支撑液压缸包括活塞杆36和缸体37，活塞杆36上端与第二机械臂19上端部铰接，缸体37底端与基座13上表面铰接。
第一夹持杆31下表面和第二夹持杆33上表面均设置为锯齿状结构。
其中，轴向推力轴承2、第一步进电机4、第二步进电机10、第三步进电机15、第四步进电机18、联轴器11和滚珠丝杠12均为本领域现有常规技术，其具体结构不再详述。
本发明在工作使用时，通过控制第一步进电机4带动旋转工作台3旋转，根据需要调整到合适的位置，然后通过控制第二步进电机10带动滚珠丝杠12转动，滚珠丝杠12与直线工作台7上的连接块38螺纹连接，直线工作台7通过滑轨6沿旋转工作台3直线滑动，滚珠丝杠12转动带动直线工作台7滑动并根据需要调整到合适的位置，通过控制第三步进电机15转动带动第一机械臂16转动，通过控制第四步进电机18转动带动第二机械臂19转动，第一机械臂16和第二机械臂19相配合实现机械手的升降，通过控制第一伸缩缸20内进油或出油使得第一伸缩臂21在第一伸缩缸20内滑动，从而带动机械手的伸缩，通过控制第二伸缩缸24进油或出油使得第二伸缩臂25在第二伸缩缸24内滑动。夹取物件时，控制第二伸缩臂25向下滑动，由于第一齿轮34与第二伸缩臂25自由端部上侧的齿条状结构39相啮合，第二齿轮35与第二伸缩臂25自由端部下侧的齿条状结构39相啮合，从而使得第一齿轮34和第二齿轮35转动，从而带动第一夹持杆31和第二夹持杆33张开夹取物件，然后控制第二伸缩臂25向上滑动，带动第一齿轮34和第二齿轮35反向转动，使得第一夹持杆31和第二夹持杆33合拢从而夹紧物件，调整第一机械臂16、第二机械臂19、旋转工作台3及直线工作台7，将机械手旋转调整到预定的位置，再次控制第二伸缩臂25向下滑动，使得第一齿轮34和第二齿轮35转动，带动第一夹持杆31和第二夹持杆33张开从而放下物件。
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 (4)

1.卡爪式多自由度机器人机械手机构，其特征在于：包括机架，机架上表面通过轴向推力轴承转动连接有旋转工作台，旋转工作台与轴向推力轴承外圈固定连接，机架中心垂直设有第一步进电机，第一步进电机的输出轴向上穿出机架上表面中心，第一步进电机的输出轴上端套设有轴套，轴套上端与旋转工作台下表面固定连接，旋转工作台上表面两侧分别设有一个滑轨，两个滑轨水平设置并相互平行，旋转工作台上方设有直线工作台，直线工作台下表面两侧均固定连接有与滑轨相对应的滑块，滑块上开设有与滑轨滑动配合的滑槽，旋转工作台上表面前端中部设有第一支撑架，第一支撑架连接有第二步进电机，第二步进电机的输出轴伸入第一支撑架并通过联轴器传动连接有水平设置的滚珠丝杠，滚珠丝杠与滑轨相平行，直线工作台下表面设有与滚珠丝杠相对应的连接块，滚珠丝杠与连接块螺纹连接，直线工作台上表面中心设有基座，基座上表面设有第二支撑架，第二支撑架上设有第三步进电机，第三步进电机的输出轴上设有第一机械臂，第一机械臂下端与第三步进电机的输出轴固定连接，第一机械臂上端设有第三支撑架，第三支撑架上设有第四步进电机，第四步进电机的输出轴上固定连接有第二机械臂，第二机械臂包括与第四步进电机输出轴固定连接的第一伸缩缸和同轴向滑动连接在第一伸缩缸内腔中的第一伸缩臂，第一伸缩缸上侧开设有与第一伸缩缸内腔顶部相连通的第一出油口，第一伸缩缸下侧开设有与第一伸缩缸内腔顶部相连通的第一进油口，第一伸缩臂下端连接有第二伸缩缸和同轴向滑动连接在第二伸缩缸内腔中的第二伸缩臂，第二伸缩缸与第一伸缩臂相连接的一端上侧开设有与第二伸缩缸内腔相连通的第二出油口，第二伸缩缸与第一伸缩臂相连接的一端下侧开设有与第二伸缩缸内腔相连通的第二进油口，第一伸缩缸、第一伸缩臂、第二伸缩缸和第二伸缩臂位于同一轴线上，第二伸缩臂自由端部的上侧和下侧均设置为齿条状结构，第二伸缩臂下端部设有机械手。
2.根据权利要求1所述的卡爪式多自由度机器人机械手机构，其特征在于：机械手包括第一连接杆、第二连接杆、上卡爪和下卡爪，上卡爪包括呈一体结构的第一夹持臂和第一夹持杆，下卡爪包括呈一体结构的第二夹持臂和第二夹持杆，第一夹持臂与第二夹持臂围成圆环状结构，第一夹持臂上端一体设有第一齿轮，第二夹持臂上端一体设有第二齿轮，第一齿轮与第二伸缩臂自由端部上侧的齿条状结构相啮合，第二齿轮与第二伸缩臂自由端部下侧的齿条状结构相啮合，第一连接杆下端与第一齿轮中心处铰接，第一连接杆上端与第二伸缩缸下端部外壁固定连接，第二连接杆下端与第二齿轮中心处铰接，第二连接杆上端与第二伸缩缸下端部外壁固定连接。
3.根据权利要求1或2所述的卡爪式多自由度机器人机械手机构，其特征在于：基座和第二机械臂之间设有支撑液压缸，支撑液压缸包括活塞杆和缸体，活塞杆上端与第二机械臂上端部铰接，缸体底端与基座上表面铰接。
4.根据权利要求2所述的卡爪式多自由度机器人机械手机构，其特征在于：第一夹持杆下表面和第二夹持杆上表面均设置为锯齿状结构。
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