CN105983963A - 三次元送料机械手 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种三次元送料机械手，包括机架、控制装置、驱动执行装置以及末端执行器，所述控制装置与所述驱动执行装置均安装在所述机架上，所述控制装置与所述驱动执行装置电连接，所述末端执行器安装在所述驱动执行装置上，所述控制装置控制所述驱动执行装置带动所述末端执行器分别沿X方向、Y方向与Z方向运动；其中，所述末端执行器包括平行设置的机械臂以及对应设置在所述机械臂上的夹爪；所述驱动执行装置包括X方向驱动组件、Y方向驱动组件和Z方向驱动组件，以实现X轴方向、Y轴方向和Z轴方向三轴联动输送工件，保证产品的品质，提高生产效率、降低生产成本。

Description

三次元送料机械手

技术领域

本发明涉及送料设备领域，特别是涉及一种多工位送料机械手的三次元送料机械手。

背景技术

在当今的工业发展，自动化已经应用到各个领域。随着人工劳动成本的增加，用机器人替换人工的现象已经越来越普遍。在科技的推动下，工业机器人已经如火如荼的应用到各个行业，通过模仿人的手关节、臂关节的动作进行作业。通过用机器人替换人工的方式减少了人工作业繁重重复的劳动，减少了在生产加工过程中出现的安全事故。机械手属于工业机器人的一种，已经广泛应用到制造业、医疗、航空航天、电子等行业。

目前，一些汽车零部件的工厂的生产模式还以单冲床、单送料设备为主，甚至有一些工厂还在以人工作业。落后的工业生产设备，导致废品率高、产量低下以及劳动力不足的现象。随着工业化程度的越来越高，传统的生产工艺已经不能满足市场需求。而现有的机械手也存在机械结构过于复杂、生产率较低、产品品质不稳定、达不到高速高精的送料的要求等问题，不利于满足工厂生产的自动化需求。

发明内容

基于此，有必要针对现有的机械手的结构复杂、送料的精度与速度不高、生产效率较低的问题，提供一种能够简化结构、提高送料的精度与速度、提高生产效率的三次元送料机械手。

上述目的通过下述技术方案实现：

一种三次元送料机械手，包括机架、控制装置、驱动执行装置以及末端执行器，所述控制装置与所述驱动执行装置均安装在所述机架上，所述控制装置与所述驱动执行装置电连接，所述末端执行器安装在所述驱动执行装置上，所述控制装置控制所述驱动执行装置带动所述末端执行器分别沿X轴方向、Y轴方向与Z轴方向运动；

其中，所述末端执行器包括平行设置的机械臂以及对应设置在所述机械臂上的夹爪，所述机械臂沿X轴方向设置，所述X方向驱动组件的输出端与所述机械臂的端部连接，所述Y方向驱动组件的输出端与所述机械臂连接；

所述驱动执行装置包括X方向驱动组件、Y方向驱动组件和Z方向驱动组件，所述X方向驱动组件带动所述机械臂沿X轴方向运动，所述Y方向驱动组件带动所述机械臂相互靠近或者相互远离，所述Z方向驱动组件带动所述机械臂沿Z轴方向同步运动。

在其中一个实施例中，所述X方向驱动组件包括X方向伺服电机、X方向传动机构、X方向滑块固定板、导柱和连接板，所述X方向伺服电机的输出端与所述X方向传动机构连接，所述X方向传动机构与所述X方向滑块固定板连接，所述导柱沿Z轴方向安装在X方向滑块固定板上，所述导柱通过所述连接板与所述机械臂的一端连接。

在其中一个实施例中，所述X方向驱动组件还包括X方向滑轨和X方向滑块，所述X方向滑轨沿X轴方向平行设置在所述机架上，所述X方向滑块的一端安装在所述X方向滑块固定板上，所述X方向滑块的另一端分别安装在所述X方向滑轨上。

在其中一个实施例中，所述X方向驱动组件还包括端部直线轴承，所述连接板通过所述端部直线轴承安装在所述导柱上。

在其中一个实施例中，所述X方向传动机构包括X方向滚珠丝杆、X方向丝杆固定座和X方向丝杆螺母，所述X方向伺服电机的输出端与所述X方向滚珠丝杆连接，所述X方向滚珠丝杆通过所述X方向丝杆固定座安装在所述机架上，所述X方向丝杆螺母套装在所述X方向滚珠丝杆上，所述X方向丝杆螺母沿所述X方向滚珠丝杆运动，所述X方向丝杆螺母上安装所述X方向滑块固定板。

在其中一个实施例中，所述三次元送料机械手还包括移动平台，所述Y方向驱动组件和所述Z方向驱动组件通过所述移动平台带动所述机械臂运动；

所述移动平台包括移动平台滑轨固定板、移动平台滑轨、移动平台滑块和移动平台滑块固定板，所述移动平台滑轨平行设置在所述移动平台滑轨固定板上，且所述移动平台滑轨与所述机械臂平行，所述移动平台滑块的一端安装在所述移动平台滑块固定板上，所述移动平台滑块的另一端安装在所述移动平台滑轨上，所述移动平台滑轨固定板安装在所述机械臂上，所述移动平台滑块固定板安装在所述Y方向驱动组件上。

在其中一个实施例中，所述Y方向驱动组件的数量为两个，两个所述Y方向驱动组件分别位于所述机械臂的下方；

所述Y方向驱动组件包括Y方向伺服电机、Y方向传动机构、导向轴和万向轴承，所述Y方向伺服电机的输出端与所述Y方向传动机构连接，所述导向轴的一端安装在所述Y方向传动机构上，所述导向轴的另一端通过所述万向轴承安装在所述移动平台滑块固定板上。

在其中一个实施例中，所述Y方向传动机构包括Y方向滚珠丝杆、Y方向丝杆螺母、光轴、法兰直线轴承和螺母直线轴承固定座，所述Y方向伺服电机的输出端与所述Y方向滚珠丝杆连接，所述Y方向滚珠丝杆沿Y轴方向设置，所述Y方向滚珠丝杆与所述光轴平行设置，且所述光轴分别安装在所述Y方向滚珠丝杆的两侧，所述Y方向滚珠丝杆垂直于所述机械臂，所述Y方向滚珠丝杆与所述光轴分别穿过所述螺母直线轴承固定座，且所述Y方向滚珠丝杆的两端分别通过Y方向丝杆固定座固定在所述机架上，所述光轴的两端分别通过光轴固定座固定在所述机架上。

在其中一个实施例中，所述Y方向驱动组件还包括Y方向第一滑轨和Y方向第一滑块，所述Y方向第一滑轨沿Y轴方向设置，所述Y方向第一滑轨安装在所述Z方向驱动组件上，所述Y方向第一滑块的一端安装在所述Y方向第一滑轨上，所述Y方向第一滑块的另一端与所述螺母直线轴承固定座连接。

在其中一个实施例中，所述Y方向驱动组件还包括Y方向第二滑轨和Y方向第二滑块，所述Y方向第二滑轨沿Y轴方向设置，所述Y方向第二滑轨固定在所述X方向滑块固定板上，所述Y方向第二滑块的一端安装在所述Y方向第二滑轨上，所述Y方向第二滑块的另一端安装在所述导柱上。

在其中一个实施例中，所述Z方向驱动组件的数量为两个，两个所述Z方向驱动组件分别安装在所述Y方向驱动组件的下方；

所述Z方向驱动组件包括Z方向伺服电机、Z方向传动机构和Z方向滑块固定板，所述Z方向伺服电机的输出端与所述Z方向传动机构连接，所述Z方向传动机构与所述Z方向滑块固定板连接。

在其中一个实施例中，所述Z方向驱动组件还包括Z方向滑轨和Z方向滑块，Z方向滑轨沿Z轴方向设置在所述机架上，所述Z方向滑块的一端安装在所述Z方向滑块固定板上，所述Z方向滑块的另一端安装在Z方向滑轨上。

在其中一个实施例中，所述Z方向传动机构包括Z方向丝杆固定座、Z方向滚珠丝杆和Z方向丝杆螺母，所述Z方向伺服电机的输出端与所述Z方向滚珠丝杆连接，所述Z方向滚珠丝杆通过所述Z方向丝杆固定座固定在所述机架上，所述Z方向丝杆螺母套装在所述Z方向滚珠丝杆上，所述Z方向丝杆沿所述Z方向滚珠丝杆运动，所述Z方向丝杆螺母上安装所述Z方向滑块固定板。

在其中一个实施例中，所述三次元送料机械手还包括检测装置，所述检测装置安装在所述机架上，所述控制装置与所述检测装置电连接。

在其中一个实施例中，所述三次元送料机械手还包括循环装置，所述循环装置位于所述机械臂的下方，所述控制装置与所述循环装置电连接；

所述循环装置包括循环电机、循环皮带轮、传送带、导引轴、升降气缸和气缸连接顶杆，所述循环电机安装在所述机架上，所述循环皮带轮分别安装在所述机架上，且所述循环皮带轮的连线平行于所述机械臂，所述传送带套装在所述循环皮带轮上，所述导引轴安装在所述传送带的两侧，所述升降气缸固定在所述机架上，所述升降气缸的端部安装所述气缸连接顶杆，所述气缸连接顶杆通过支撑固定板连接所述导引轴。

在其中一个实施例中，所述夹爪包括翻转夹爪和普通夹爪。

在其中一个实施例中，所述驱动执行装置还包括限位牛筋接近开关，所述限位牛筋接近开关分别设置在所述X方向滑轨的两端、所述移动平台滑轨的两端、所述Y方向第一滑轨的两端、所述Y方向第二滑轨的两端和所述Z方向滑轨的两端。

本发明的有益效果是：

本发明的三次元送料机械手，结构设计简单合理，通过控制装置控制驱动执行装置带动末端执行器进行输送工件，结构紧凑，末端执行器的机械臂平行设置，驱动执行装置中的X方向驱动组件、Y方向驱动组件和Z方向驱动组件共同作用带动机械臂运动，实现机械臂在水平方向上夹取与松开工件、沿平行于机械臂的方向移动，在竖直方向上升降，机械臂上的夹爪夹取工件，并通过X方向驱动组件、Y方向驱动组件和Z方向驱动组件带动机械臂将工件输送至指定位置，实现X轴方向、Y轴方向和Z轴方向三轴联动，高速、高精度输送工件，保证产品的品质，提高生产效率、降低生产成本。

附图说明

图1为本发明一实施例的三次元送料机械手的主视图；

图2为图1所示的三次元送料机械手中驱动执行装置、末端执行装置和循环装置的立体图；

图3为图1所示的三次元送料机械手中驱动执行装置、末端执行装置的局部示意图；

图4为图3所示的驱动执行装置、末端执行装置的一个局部示意图；

图5为图3所示的驱动执行装置、末端执行装置的另一局部示意图；

图6为图2所示循环装置的立体图；

其中：

100-机架；

200-驱动执行装置；

210-X方向驱动组件；211-X方向伺服电机；212-X方向滑块固定板；213-X方向滑轨；214-X方向滑块；215-导柱；216-连接板；217-X方向滚珠丝杆；218-X方向丝杆固定座；219-X方向丝杆螺母；221-滑轨挡板；222-移动平台滑块固定板；223-移动平台滑轨；224-移动平台滑块；225-X方向滑轨固定板；226-端部直线轴承；227-顶板；

240-Y方向驱动组件；241-Y方向伺服电机；242-Y方向电机机座；243-Y方向第一滑轨；244-Y方向第一滑块；245-导向轴；246-万向轴承；247-Y方向滚珠丝杆；248-Y方向丝杆固定座；249-Y方向丝杆螺母；251-光轴；252-光轴固定座；253-螺母直线轴承固定座；254-法兰直线轴承；255-Y方向同步带；256-Y方向张紧轮；257-Y方向第二滑轨；258-Y方向第二滑块；

270-Z方向驱动组件；271-Z方向伺服电机；272-Z方向滑块固定板；273-Z方向滑轨；274-Z方向滑块；275-Z方向电机机座；276-Z方向同步带；277-Z方向滚珠丝杆；278-Z方向丝杆螺母；

300-末端执行器；

310-机械臂；

320-夹爪；321-普通夹爪；322-翻转夹爪；

400-循环装置；

410-循环电机；420-循环皮带轮；430-传送带；440-导引轴；450-升降气缸；

500-工件。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下通过实施例，并结合附图，对本发明的三次元送料机械手进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参见图1至图6，本发明一实施例的三次元送料机械手，适用于冲床等机械设备的送料装置，也可以为单送料装置，用于对工件500进行多工位输送。本发明的三次元送料机械手包括机架100、控制装置、驱动执行装置200以及末端执行器300。控制装置与驱动执行装置200均安装在机架100上，控制装置与驱动执行装置200电连接，末端执行器300安装在驱动执行装置200上，工件500安装在末端执行器300上，控制装置控制驱动执行装置200带动末端执行器300分别沿X轴方向、Y轴方向与Z轴方向运动(如图1所示的呈相互垂直的X轴方向、Y轴方向及Z轴方向，X轴方向与Y轴方向相互垂直，Z轴方向垂直于X轴方向与Y轴方向形成的平面)，将工件500输送至指定位置。

其中，驱动执行装置200包括X方向驱动组件210、Y方向驱动组件240和Z方向驱动组件270，X方向驱动组件210与Z方向驱动组件270均安装在机架100上，Z方向驱动组件270安装在Y方向驱动组件240上。控制装置能够控制X方向驱动组件210、Y方向驱动组件240与Z方向驱动组件270中的一个或几个同时运动，进而带动末端执行器300运动，实现X轴方向、Y轴方向和Z轴方向三轴联动，高速、高精度输送工件500。末端执行器300包括平行设置的机械臂310以及对应设置在机械臂310上的夹爪320，机械臂310沿X方向设置，X方向驱动组件210的输出端与机械臂310的端部连接，Y方向驱动组件240的输出端与机械臂310连接。夹爪320对应安装在机械臂310上，平行设置的机械臂310相对运动，能够实现夹爪320夹取工件500，X方向驱动组件210、Y方向驱动组件240与Z方向驱动组件270带动机械臂310运动，实现本发明的三次元送料机械手对工件500三自由度的输送，即实现三轴联动输送工件500，动作灵活，能够满足不同加工设备的使用需求。进一步地，驱动执行装置200中的X方向驱动组件210、Y方向驱动组件240与Z方向驱动组件270均设置在机架100的内侧，避免操作人员触及受到伤害。

通过控制装置控制X方向驱动组件210带动机械臂310实现X轴方向移送的动作；通过控制装置控制Y方向驱动组件240带动机械臂310实现Y轴方向的夹张动作；控制装置控制Z方向驱动组件270带动机械臂310实现Z轴方向的升降动作。X方向驱动组件210带动机械臂310在水平方向上向平行于机械臂310的方向运动，X方向驱动组件210实现输送工件500，X方向驱动组件210沿X轴方向运动，进而带动机械臂310运动，将夹爪320上的工件500运送到指定位置；Y方向驱动组件240带动机械臂310在水平方向上相互靠近或者相互远离，Y方向驱动组件240实现夹取或者松开工件500，Y方向驱动组件240带动机械臂310在Y轴方向上相互靠近，夹爪320能够夹取工件500，Y方向驱动组件240带动机械臂310在Y轴方向上相互远离，夹爪320能够松开工件500；Z方向驱动组件270带动Y方向驱动组件240和机械臂310沿Z轴方向同步运动，Z方向驱动组件270实现升降工件500，Y方向驱动组件240安装在Z方向驱动组件270上，Z方向驱动组件270运动时能够带动Y方向驱动组件240一同运动。具体的，对应图1中的坐标系，X方向驱动组件210带动机械臂310沿X方向同步运动，Y方向驱动组件240带动同步机械臂310沿Y方向运动，Z方向驱动组件270带动机械臂310沿Z方向同步运动，这样能够保证输送工件500的精度，保证产品的品质。

目前，机械手存在机械结构过于复杂、生产率较低、产品品质不稳定、达不到高速高精的送料的要求等问题，不利于满足工厂生产的自动化需求。本发明的三次元送料机械手通过控制装置控制驱动执行装置200带动末端执行器300进行输送工件500，结构紧凑，末端执行器300的机械臂310平行设置，驱动执行装置200中的X方向驱动组件210、Y方向驱动组件240和Z方向驱动组件270共同作用带动机械臂310运动，快速输送工件500，实现机械臂310在水平方向上夹取与松开工件500、沿平行于机械臂310的方向移动、在竖直方向上升降，机械臂310上的夹爪320夹取工件500，并通过X方向驱动组件210、Y方向驱动组件240和Z方向驱动组件270相互配合带动机械臂310将工件500输送至指定位置，实现X轴方向、Y轴方向和Z轴方向三轴联动，高速、高精度输送工件500，保证产品的品质，提高生产效率、降低生产成本，节约生产时间。

参见图1至图4，作为一种可实施方式，X方向驱动组件210包括X方向伺服电机211、X方向传动机构、X方向滑块固定板212、导柱215和连接板216。具体的，X方向伺服电机211的输出端与X方向传动机构连接，X方向传动机构与X方向滑块固定板212连接，导柱215沿Z方向安装在X方向滑块固定板212上，导柱215通过连接板216与机械臂310的一端连接。导柱215位于竖直面上(即与Z轴方向平行)。进一步地，X方向驱动组件270还包括X方向滑轨213和X方向滑块214，X方向滑轨213沿X轴方向平行设置在机架100上，X方向滑轨213与机械臂310平行(即X轴方向)设置，X方向滑块214的一端安装在X方向滑块固定板212上，X方向滑块214的另一端分别安装在X方向滑轨213上。通过X方向滑轨213和X方向滑块214来保证X方向传动机构带动X方向滑块固定板212运动时能够沿X轴方向运动。

X方向伺服电机211的输出端带动X方向传动机构运动，进而带动X方向滑块固定板212运动，X方向滑块固定板212带动X方向滑块214沿X方向滑轨213往复运动，X方向滑块固定板212还带动导柱215运动，导柱215通过连接板216带动机械臂310运动。更进一步地，X方向驱动组件270还包括端部直线轴承226，连接板216通过端部直线轴承226安装在导柱215上。在导柱215和连接板216之间安装端部直线轴承226，通过端部直线轴承226使得连接板216能够沿导柱215在竖直方向(即Z轴方向)上运动。当Z方向驱动组件270运动时，Z方向驱动组件270能够带动机械臂310上下运动，进而机械臂310通过连接板216沿导柱215运动，保证Z方向驱动组件270运动时不会与X方向驱动组件210发生干涉，保证运动平稳。当然，导柱215和连接板216之间为间隙配合也能够保证连接板216沿导柱215运动。

当然，X方向驱动组件210还可以包括滑轨挡板221和顶板227。在本发明中，X方向滑轨213对称放置，X方向滑块214的数量与X方向滑轨213的数量相同，以保证每个X方向滑轨213上均安装X方向滑块214，同时设置在X方向滑轨213上的X方向滑块214通过一个X方向滑块固定板212连接，以保证运动的同步性。滑轨挡板221与X方向滑轨213平行，且滑轨挡板221分别安装在X方向滑轨213的两侧，也成对称设置。导柱215通过顶板227安装在X方向滑块固定板212，以提高导柱215的可靠性。这样X方向滑块214在沿X方向滑轨213运动时能够保证X方向滑块214平稳滑动，保证与X方向滑块214连接的X方向滑块固定板212运动平稳，进而保证机械臂310运动平稳，降低机械臂310的振动，提高输送工件500的精度。同时，顶板227还能够在X方向滑块固定板212上移动，当Y方向驱动组件240运动时，Y方向驱动组件240能够带动机械臂310相互靠近或者相互远离，进而机械臂310带动连接板216和导柱215通过运动顶板227沿X方向滑块固定板212运动，保证Y方向驱动组件240运动时不会与X方向驱动组件210发生干涉，保证运动平稳。

进一步地，X方向传动机构包括X方向同步带、X方向电机机座、X方向电机齿轮、X方向张紧轮、X方向滚珠丝杆217、X方向丝杆固定座218和X方向丝杆螺母219。X方向伺服电机211的输出端通过X方向电机齿轮和X方向同步带与X方向滚珠丝杆217连接。X方向伺服电机211通过X方向电机机座固定在机架100上，X方向电机齿轮分别安装在X方向伺服电机211的输出端上和X方向滚珠丝杆217上，X方向同步带套装在X方向电机齿轮上，X方向同步带的输出端与X方向滚珠丝杆217连接。X方向张紧轮安装在X方向同步带的内侧或外侧，当X方向同步带松弛时，X方向张紧轮能够提高X方向同步带的张紧力，保证安全，提高使用寿命。X方向滚珠丝杆217通过X方向丝杆固定座218安装在机架100上，X方向丝杆螺母219套装在X方向滚珠丝杆217上，X方向丝杆螺母219沿X方向滚珠丝杆217运动，X方向丝杆螺母219上安装X方向滑块固定板。当然，X方向传动机构中也可以通过齿轮齿条传动或蜗轮蜗杆传动等将回转运动转化成直线运动的传动方式。在本实施例中，采用滚珠丝杆的传动方式将回转运动转化成直线运动。当然，在X方向伺服电机211的输出端与X方向滚珠丝杆217之间也可以安装减速器，用减速器替换X方向传动机构，以达到减速、传动平稳的目的。

在本实施例中，控制装置控制X方向伺服电机211运动，X方向伺服电机211通过X方向电机齿轮配合X方向同步带带动X方向滚珠丝杆217进行减速运动，滑轨挡板221和X方向直线导轨对称放置保证X方向滑块214运行平稳，进而保证X方向滑块固定板212水平移动，X方向滚珠丝杆217配合X方向丝杆螺母219带动X方向滑块固定板212运动，再通过顶板227和导柱215带动连接板216连接到机械臂310运动，进而机械臂310带动夹爪320实现移送工序。为保证机械臂310能够沿着X轴方向水平移动，采用两组移动平台，保证机械臂310不会脱轨。

作为一种可实施方式，三次元送料机械手还包括移动平台，Y方向驱动组件240和Z方向驱动组件270通过移动平台与机械臂310连接。移动平台包括移动平台滑轨固定板225、移动平台滑轨223、移动平台滑块224和移动平台滑块固定板222，移动平台滑轨223平行设置在移动平台滑轨固定板225上，且移动平台滑轨223与机械臂310平行，移动平台滑块224的一端安装在移动平台滑块固定板222上，移动平台滑块224的另一端安装在移动平台滑轨223上，移动平台滑轨固定板安装在机械臂310上，移动平台滑块固定板222安装在Y方向驱动组件240上。移动平台能够保证机械臂310在沿X轴方向移动时不会脱轨，移动平台还能够保证X方向驱动组件210在运动时不会与Y方向驱动组件240和Z方向运动组件发生干涉，也就是说X方向驱动组件210在控制机械臂310沿X轴方向运动时，通过移动平台滑块固定板222带动移动平台滑轨223在移动平台滑块224上滑动，不会带动Y方向驱动组件240和Z方向运动组件运动，保证工件500输送的精度。同时，Y方向驱动组件240和Z方向运动组件在运动时能够通过移动平台带动机械臂310一同运动，Y方向驱动组件240和Z方向运动组件还通过移动平台实现机械臂310在X轴方向的辅助运动。

参见图1至图5，作为一种可实施方式，Y方向驱动组件240的数量为两个，两个Y方向驱动组件240分别位于机械臂310的下方。机械臂310上的夹爪320相互靠近或者相互远离由两个结构相同的Y方向驱动组件240控制，两个结构相同的Y方向驱动组件240分别安装在机械臂310下方的两侧，以保证Y轴方向的运动平稳，精度高。Y方向驱动组件240包括Y方向伺服电机241、Y方向传动机构、导向轴245和万向轴承246。具体的，Y方向伺服电机241的输出端与Y方向传动机构连接，导向轴245的一端安装在Y方向传动机构上，导向轴245的另一端通过万向轴承246安装在移动平台滑块固定板222上。导向轴245位于竖直面上(即与Z轴方向平行)，Y方向伺服电机241的输出端带动Y方向传动机构运动，进而带动导向轴245运动，导向轴245带动移动平台滑块固定板222沿Y轴方向运动。Y方向驱动组件240带动机械臂310相互靠近时，万向轴承246能够保证机械臂310之间能够存在一个预设距离，保证平行设置的机械臂310不会触及彼此，以免损坏机械臂310及其上的夹爪320。

进一步地，Y方向传动机构包括Y方向电机齿轮、Y方向电机机座242、Y方向同步带255、Y方向张紧轮256、Y方向滚珠丝杆247、Y方向丝杆螺母249、光轴251、法兰直线轴承254和螺母直线轴承固定座253。Y方向伺服电机241的输出端通过Y方向电机齿轮和Y方向同步带255与Y方向滚珠丝杆247连接。Y方向伺服电机241通过Y方向电机机座242安装在Z方向驱动组件270上，Y方向电机齿轮分别安装在Y方向伺服电机241的输出端上和Y方向滚珠丝杆247上，Y方向同步带255套装在Y方向电机齿轮上，Y方向张紧轮256安装在Y方向同步带255的内侧或外侧，当Y方向同步带255松弛时，Y方向张紧轮256能够提高Y方向同步带255的张紧力，保证安全，提高使用寿命。

Y方向滚珠丝杆247沿Y轴方向设置，Y方向滚珠丝杆247与光轴251平行设置，且光轴251分别安装在Y方向滚珠丝杆247的两侧，Y方向滚珠丝杆247垂直于机械臂310(即沿Y轴方向设置)，Y方向滚珠丝杆247与光轴251分别穿过螺母直线轴承固定座253，且Y方向滚珠丝杆247的两端分别通过Y方向丝杆固定座248固定在机架100上，光轴251的两端分别通过光轴固定座252固定在机架100上，Y方向滚珠丝杆247与螺母直线轴承固定座253之间安装Y方向丝杆螺母249，光轴251与螺母直线轴承固定座253之间安装法兰直线轴承254，导向轴245安装在螺母直线轴承固定座253上。当然，在Y方向伺服电机241的输出端与Y方向滚珠丝杆247之间也可以安装减速器，用减速器替换Y方向传动机构，以达到减速、传动平稳的目的。

在本实施例中，控制装置控制Y方向伺服电机241通过Y方向电机齿轮和Y方向同步带255连接到Y方向滚珠丝杆247上进行减速。Y方向滚珠丝杆247能够带动螺母直线轴承固定座253通过导向轴245带动平行设置的机械臂310进行同时加紧或同时张开的运动。两根光轴251连接螺母直线轴承固定座253，为螺母直线轴承固定座253带动机械臂310运动时提供平衡支撑，导向轴245连接万向轴承246并固定于移动平台滑块固定板222上，同时，Y方向驱动组件240在运动时，移动平台还能够辅助机械手进行X轴方向的移送。

由于两个Y方向驱动组件240的结构相同，动作过程也相同，因此，以其中一个Y方向驱动组件240为例，说明Y方向驱动组件240的工作过程。Y方向伺服电机241的输出端通过Y方向电机齿轮和Y方向同步带255将运动传递给Y方向滚珠丝杆247，Y方向丝杆螺母249沿Y方向滚珠丝杆247运动，进而带动螺母直线轴承固定座253沿Y方向滚珠丝杆247运动，螺母直线轴承固定座253通过法兰直线轴承254沿光轴251运动，螺母直线轴承固定座253带动导向轴245运动。为了保证两个Y方向驱动组件240的同步性能，控制装置同步控制两个Y方向驱动组件240中的Y方向伺服电机241，同时在机械结构上采用Y方向滚珠丝杆247能够进一步保证两个Y方向驱动组件240的同步性能。

更进一步地，Y方向驱动组件240还包括Y方向第一滑轨243和Y方向第一滑块244，Y方向第一滑轨243沿Y轴方向设置，Y方向第一滑轨243安装在Z方向驱动组件270上，Y方向第一滑块244的一端安装在Y方向第一滑轨243上，Y方向第一滑块244的另一端与螺母直线轴承固定座253连接；螺母直线轴承固定座253运动带动导向轴245运动时还能够带动Y方向第一滑块244沿Y方向第一滑轨243运动。Y方向第一滑轨243和Y方向第一滑块244能够保证Y方向驱动组件240在运动时不会与Z方向驱动组件270发生干涉。Y方向驱动组件240在控制机械臂310相互靠近或者相互远离时，通过螺母直线轴承固定座253运动带动导向轴245运动，导向轴245带动移动平台沿Y方向运动；同时螺母直线轴承固定座253还能够带动Y方向第一滑块244沿Y方向第一滑轨243运动，Y方向第一滑轨243不运动，不会带动Z方向驱动组件270运动，保证工件500输送的精度。

同时，Y方向驱动组件240还包括设置有Y方向第二滑轨257和Y方向第二滑块258，Y方向第二滑轨257沿Y轴方向设置，Y方向第二滑轨257固定在X方向滑块固定板212上，Y方向第二滑块258的一端安装在Y方向第二滑轨257上，Y方向第二滑块258的另一端通过顶板227安装在导柱215上。顶板227通过Y方向第二滑轨257和Y方向第二滑块258在X方向滑块固定板212上移动。当Y方向驱动组件240运动时，Y方向驱动组件240能够带动机械臂310相互靠近或者相互远离，进而机械臂310带动连接板216和导柱215通过顶板227带动Y方向第二滑块258沿X方向滑块固定板212上的Y方向第二滑轨257运动，保证Y方向驱动组件240运动时不会与X方向驱动组件210发生干涉，保证运动平稳。同时，X方向驱动组件210在运动时，Y方向第二滑轨和Y方向第二滑块还能够辅助机械手进行Y轴方向的移送。

作为一种可实施方式，Z方向驱动组件270的数量为两个，两个Z方向驱动组件270分别安装在Y方向驱动组件240的下方。Z方向驱动组件270时安装在Y方向驱动组件240上的，相应的，Z方向驱动组件270的数量也为两个，机械臂310上的夹爪320在竖直方向上的升降由两个结构相同的Z方向驱动组件270控制，两个结构相同的Z方向驱动组件270分别安装在Y方向驱动组件240的下方，以保证Y方向的运动平稳，精度高。

Z方向驱动组件270包括Z方向伺服电机271、Z方向传动机构和Z方向滑块固定板272。具体的，Z方向伺服电机271的输出端与Z方向传动机构连接，Z方向传动机构与Z方向滑块固定板272连接，Z方向滑块固定板272上安装Y方向第一滑轨243。进一步地，Z方向驱动组件270还包括Z方向滑轨273和Z方向滑块275，Z方向滑轨273沿Z轴方向(即竖直方向)设置在机架100上，Z方向滑块275的一端安装在Z方向滑块固定板272上，Z方向滑块275的另一端安装在Z方向滑轨273上。通过Z方向滑轨273和Z方向滑块275保证Z方向滑块固定板272沿Z轴方向运动。

Z方向伺服电机271的输出端带动Z方向传动机构运动，进而带动Z方向滑块固定板272运动，Z方向滑块固定板272带动Z方向滑块275沿Z方向滑轨273往复运动，Z方向滑块固定板272还带动Y方向第一滑轨243运动，Y方向第一滑轨243通过Y方向第一滑块244带动螺母直线轴承固定座253沿Z方向运动，进而通过导向轴245带动移动平台滑块固定板222沿Z轴方向运动。在本发明中，螺母直线轴承固定座253、导向轴245与移动平台滑块固定板222为Y方向驱动组件240和Z方向驱动组件270共同控制，通过螺母直线轴承固定座253、导向轴245与移动平台滑块固定板222能够分别实现机械臂310向Y轴方向或者Z轴方向运动。同时，Z方向驱动组件270安装在Y方向驱动组件240上，还能够保证本发明的三次元送料机械手的结构紧凑。

更进一步地，Z方向传动机构包括Z方向电机机座276、Z方向电机齿轮、Z方向同步带277、Z方向张紧轮、Z方向丝杆固定座、Z方向滚珠丝杆277和Z方向丝杆螺母278。Z方向伺服电机271的输出端通过Z方向电机齿轮和Z方向同步带277与Z方向滚珠丝杆277连接。Z方向伺服电机271通过Z方向电机机座276安装在机架100上，Z方向电机齿轮分别安装在Z方向伺服电机271的输出端上和Z方向滚珠丝杆277上，Z方向同步带277套装在Z方向电机齿轮上，Z方向同步带277的输出端与Z方向滚珠丝杆277连接。Z方向张紧轮安装在Z方向同步带277的内侧或外侧，当Z方向同步带277松弛时，Z方向张紧轮能够提高Z方向同步带277的张紧力，保证安全，提高使用寿命。在本实施例中，Z方向滚珠丝杆277通过Z方向丝杆固定座固定在机架100上，Z方向丝杆螺母278套装在Z方向滚珠丝杆277上，Z方向丝杆沿Z方向滚珠丝杆277运动，Z方向丝杆螺母278上安装Z方向滑块固定板272。

当然，Z方向传动机构中也可以通过齿轮齿条传动或蜗轮蜗杆传动等将回转运动转化成直线运动的传动方式。在本实施例中，采用滚珠丝杆的传动方式将回转运动转化成直线运动。当然，在Z方向伺服电机271的输出端与Z方向滚珠丝杆277之间也可以安装减速器，用减速器替换Z方向传动机构，以达到减速、传动平稳的目的。

在本实施例中，控制装置控制Z方向伺服电机271通过Z方向电机齿轮和Z方向同步带277连接到Z方向滚珠丝杆277上进行减速。Z方向滚珠丝杆277通过Z方向丝杆螺母278带动Z方向滑块固定板272运动，进而使得Z方向滑块固定板272带动Z方向滑块275沿Z轴方向运动，以保证Z方向滑块固定板272沿Z方向垂直升降。同时，Z方向滑块固定板272上设置Y方向第一滑轨243，Z方向驱动组件270在运动时，Y方向第一滑轨243还能够辅助机械臂310辅助实现相互靠近或者相互远离的夹取或者松开工件500动作。

由于两个Z方向驱动组件270的结构相同，动作过程也相同，因此，以其中一个Z方向驱动组件270为例，说明Z方向驱动组件270的工作过程。Z方向伺服电机271的输出端通过Z方向电机齿轮和Z方向同步带277将运动传递给Z方向滚珠丝杆277，Z方向滚珠丝杆277带动Z方向滑块固定板272运动，同时，Z方向滑块固定板272带动Z方向滑块275沿Z方向滑轨273往复运动，Z方向滑块固定板272还带动Y方向第一滑轨243运动沿Z方向运动，Y方向第一滑轨243通过Y方向第一滑块244带动螺母直线轴承固定座253沿Z方向运动，进而通过导向轴245带动移动平台滑块固定板222沿Z轴方向运动。为了保证两个Z方向驱动组件270的同步性能，控制装置同步控制两个Z方向驱动组件270中的Z方向伺服电机271，同时在机械结构上采用Z方向滚珠丝杆277能够进一步保证两个Z方向驱动组件270的同步性能。

参见图2和图4，作为一种可实施方式，三次元送料机械臂310还包括循环装置400，循环装置400位于机械臂310的下方。当工件500在加工后出现废品时，可以通过循环系统将废品的工件500循环输送到机械臂310上，直至出现工件500合格。同时，三次元送料机械臂310还应该包括检测装置，检测装置安装在机架100上，控制装置与检测装置电连接。检测装置用于检测工件500加工后是否合格。检测装置检测工件500合格，则工件500开始进行下一道工序；检测装置检测工件500不合格(即为废品)，循环系统开始工作，将不合格的工件500疏导到机械臂310上进行再次输送。

循环装置400包括循环电机410、循环同步带、循环皮带轮420、循环电机齿轮、传送带430、导引轴440、升降气缸450和气缸连接顶杆。循环电机410安装在机架100上，同时在循环电机410的外侧安装电机外罩，保证安全。循环电机410齿轮安装在循环电机410的输出轴上，通过循环同步带将运动传递给循环皮带轮420。循环皮带轮420分别安装在机架100上，且循环皮带轮420的连线平行于机械臂310，传送带430套装在循环皮带轮420上，导引轴440安装在传送带430的两侧。循环电机410、循环同步带、循环电机齿轮、循环皮带轮420、传送带430和导引轴440构成一个皮带传输装置，不合格的工件500通过该皮带传输装置输送至机械臂310上。导引轴440起导向作用，使不合格工件500呈一字型传输。升降气缸450固定在机架100上，升降气缸450的端部安装气缸连接顶杆，气缸连接顶杆通过支撑固定板连接导引轴440。升降气缸450与气缸连接顶杆构成升降装置，用于将不合格的工件500顶起至机械臂310的夹爪320中。

循环电机410的输出端通过循环同步带和循环电机齿轮将运动传递给皮带轮，循环皮带轮420带动传动带运动，升降气缸450运动带动气缸连接顶杆沿导引轴440运动，不合格工件500运动到气缸连接顶杆，升降气缸450动作，将不合格工件500顶起，实现不合格工件500的再次输送。在本发明中，传送带430为两个窄平皮带，不合格工件500就是通过与窄平皮带之间的静摩擦实现传输。升降气缸450能够将不合格工件500顶起，将送料工序与循环工序结合起来，实现工件500的循环加工工序。本发明的三次元送料机械手既完成了工件500的输送工序，又可以在输送末端出现不合格工件500时的情况下通过循环装置400进行再次输送，提高了生产效率，保证产品品质。

作为一种可实施方式，夹爪320包括普通夹爪321和翻转夹爪322。夹爪320安装在机械臂310上，夹爪320用于夹取工件500，X方向驱动组件210、Y方向驱动组件240和Z方向驱动组件270共同作用带动机械臂310将工件500输送到指定位置。普通夹爪321用于夹取方向正确的工件500，翻转组件用于将方向不正确的工件500进行翻转，省去人工翻转工件500的工序，再通过机械臂310进行输送。夹爪320通过夹爪板安装在机械臂310上，以保证夹爪320能够成一字型排开。

作为一种可实施方式，在X方向滑轨213、移动平台滑轨223、Y方向第一滑轨243、Y方向第二滑轨257和Z方向滑轨273的两端均设置限位牛筋接近开关，保证本发明的三次元送料机械手能够安全运行，限位牛筋接近开关能够保证三次元送料机械手回零点、程序出错急停。X方向滑轨213的两端安装有限位牛筋接近开关，通过安装限位牛筋接近开关实现X方向的归零、机械故障停机。移动平台滑轨223接近开关的两端安装有限位牛筋接近开关，通过安装限位牛筋接近开关实现X方向的归零、机械故障停机。Y方向第一滑轨243的两端安装有限位牛筋接近开关，通过安装限位牛筋接近开关实现Y方向的归零、机械故障停机。Z方向滑轨273的两端安装有限位牛筋接近开关，通过安装限位牛筋接近开关实现Z方向的归零、机械故障停机。

本发明中，至少包括两个机械臂310、一个X方向驱动组件210、两个Y方向驱动组件240和两个Z方向驱动组件270，其中X方向驱动组件210带动两个机械臂310同时沿X轴方向运动，两个Y方向驱动组件240带动两个机械臂相互靠近或远离，Z方向驱动组件270带动两个机械臂同时上升或下降。需要说明的是，一个X方向驱动组件210、两个Y方向驱动组件240和两个Z方向驱动组件270同时安装在两个机械臂310上。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种三次元送料机械手，其特征在于，包括机架、控制装置、驱动执行装置以及末端执行器，所述控制装置与所述驱动执行装置均安装在所述机架上，所述控制装置与所述驱动执行装置电连接，所述末端执行器安装在所述驱动执行装置上，所述控制装置控制所述驱动执行装置带动所述末端执行器分别沿X轴方向、Y轴方向与Z轴方向运动；

其中，所述末端执行器包括平行设置的机械臂以及对应设置在所述机械臂上的夹爪，所述机械臂沿X轴方向设置，所述X方向驱动组件的输出端与所述机械臂的端部连接，所述Y方向驱动组件的输出端与所述机械臂连接；

所述驱动执行装置包括X方向驱动组件、Y方向驱动组件和Z方向驱动组件，所述X方向驱动组件带动所述机械臂沿X轴方向运动，所述Y方向驱动组件带动所述机械臂相互靠近或者相互远离，所述Z方向驱动组件带动所述机械臂沿Z轴方向同步运动。

2.根据权利要求1所述的三次元送料机械手，其特征在于，所述X方向驱动组件包括X方向伺服电机、X方向传动机构、X方向滑块固定板、导柱和连接板，所述X方向伺服电机的输出端与所述X方向传动机构连接，所述X方向传动机构与所述X方向滑块固定板连接，所述导柱沿Z轴方向安装在X方向滑块固定板上，所述导柱通过所述连接板与所述机械臂的一端连接。

3.根据权利要求2所述的三次元送料机械手，其特征在于，所述X方向驱动组件还包括X方向滑轨和X方向滑块，所述X方向滑轨沿X轴方向平行设置在所述机架上，所述X方向滑块的一端安装在所述X方向滑块固定板上，所述X方向滑块的另一端分别安装在所述X方向滑轨上。

4.根据权利要求1所述的三次元送料机械手，其特征在于，所述三次元送料机械手还包括移动平台，所述Y方向驱动组件和所述Z方向驱动组件通过所述移动平台带动所述机械臂运动；

所述移动平台包括移动平台滑轨固定板、移动平台滑轨、移动平台滑块和移动平台滑块固定板，所述移动平台滑轨平行设置在所述移动平台滑轨固定板上，且所述移动平台滑轨与所述机械臂平行，所述移动平台滑块的一端安装在所述移动平台滑块固定板上，所述移动平台滑块的另一端安装在所述移动平台滑轨上，所述移动平台滑轨固定板安装在所述机械臂上，所述移动平台滑块固定板安装在所述Y方向驱动组件上。

5.根据权利要求4所述的三次元送料机械手，其特征在于，所述Y方向驱动组件的数量为两个，两个所述Y方向驱动组件分别位于所述机械臂的下方；

所述Y方向驱动组件包括Y方向伺服电机、Y方向传动机构、导向轴和万向轴承，所述Y方向伺服电机的输出端与所述Y方向传动机构连接，所述导向轴的一端安装在所述Y方向传动机构上，所述导向轴的另一端通过所述万向轴承安装在所述移动平台滑块固定板上。

6.根据权利要求5所述的三次元送料机械手，其特征在于，所述Y方向传动机构包括Y方向滚珠丝杆、Y方向丝杆螺母、光轴、法兰直线轴承和螺母直线轴承固定座，所述Y方向伺服电机的输出端与所述Y方向滚珠丝杆连接，所述Y方向滚珠丝杆沿Y轴方向设置，所述Y方向滚珠丝杆与所述光轴平行设置，且所述光轴分别安装在所述Y方向滚珠丝杆的两侧，所述Y方向滚珠丝杆垂直于所述机械臂，所述Y方向滚珠丝杆与所述光轴分别穿过所述螺母直线轴承固定座，且所述Y方向滚珠丝杆的两端分别通过Y方向丝杆固定座固定在所述机架上，所述光轴的两端分别通过光轴固定座固定在所述机架上。

7.根据权利要求1所述的三次元送料机械手，其特征在于，所述Z方向驱动组件的数量为两个，两个所述Z方向驱动组件分别安装在所述Y方向驱动组件的下方；

所述Z方向驱动组件包括Z方向伺服电机、Z方向传动机构和Z方向滑块固定板，所述Z方向伺服电机的输出端与所述Z方向传动机构连接，所述Z方向传动机构与所述Z方向滑块固定板连接。

8.根据权利要求7所述的三次元送料机械手，其特征在于，所述Z方向传动机构包括Z方向丝杆固定座、Z方向滚珠丝杆和Z方向丝杆螺母，所述Z方向伺服电机的输出端与所述Z方向滚珠丝杆连接，所述Z方向滚珠丝杆通过所述Z方向丝杆固定座固定在所述机架上，所述Z方向丝杆螺母套装在所述Z方向滚珠丝杆上，所述Z方向丝杆沿所述Z方向滚珠丝杆运动，所述Z方向丝杆螺母上安装所述Z方向滑块固定板。

9.根据权利要求1至8任一项所述的三次元送料机械手，其特征在于，所述三次元送料机械手还包括循环装置，所述循环装置位于所述机械臂的下方，所述控制装置与所述循环装置电连接；

所述循环装置包括循环电机、循环皮带轮、传送带、导引轴、升降气缸和气缸连接顶杆，所述循环电机安装在所述机架上，所述循环皮带轮分别安装在所述机架上，且所述循环皮带轮的连线平行于所述机械臂，所述传送带套装在所述循环皮带轮上，所述导引轴安装在所述传送带的两侧，所述升降气缸固定在所述机架上，所述升降气缸的端部安装所述气缸连接顶杆，所述气缸连接顶杆通过支撑固定板连接所述导引轴。

10.根据权利要求3所述的三次元送料机械手，其特征在于，所述驱动执行装置还包括限位牛筋接近开关，所述限位牛筋接近开关分别设置在所述X方向滑轨的两端。