CN106002961B - 平移式五轴机械手 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种平移式五轴机械手，包括机台、机械臂、运动机构和连接于机械臂长度方向一侧上的抓取组件，该运动机构中的垂直运动机构内置于机台中，摆臂运动机构能在垂直运动机构带动下相对机台作上下移动定位，翻转运动机构连同水平运动机构、执行端运动机构及机械臂一起承接于摆臂运动机构上，并能在摆臂运动机构带动下一起进行同步水平摆动；翻转运动机构还能带动机械臂绕其长度方向的中心线旋转，水平运动机构还能带动翻转运动机构及机械臂一起沿机械臂长度方向作往复移动定位，执行端运动机构还能带动抓取组件旋转；该机械手减轻了摆臂运动机构及翻转运动机构的承载量，使得机械手的动作速度快、惯量小、操作灵活、定位精度高。

Description

平移式五轴机械手

技术领域

本发明涉及机械手技术领域，具体提供一种平移式五轴机械手。

背景技术

机械手，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、轻工和原子能部门。

目前，应用较广的机械手为四轴机械手和五轴机械手。其中五轴机械手结构中用以带动机械臂动作的五个运动机构常规为：垂直运动机构、摆臂运动机构、翻转运动机构、水平运动机构和执行端旋转运动机构。然而现有的五轴机械手技术方案存在有以下不足：①由摆臂运动机构作为其它四个运动机构的支撑机构，这样在摆臂运动机构运动时就必须带动其它四个运动机构一起运动，从而承受着很大的重量，导致摆臂运动机构的转动惯量很大，进而使水平面上的定位精度较差，影响机械手整体设备的精度；②由翻转运动机构作为水平运动机构和执行端旋转运动机构的支撑机构，这样在翻转运动机构运动时也会承受着较大的重量，进而使翻转运动机构的转动惯量较大，影响机械手的精度。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

为了克服上述缺陷，本发明提供了一种平移式五轴机械手，该机械手结构合理、紧凑，定位精度高，操作灵活且安全。

本发明为了解决其技术问题所采用的技术方案是：一种平移式五轴机械手，包括机台、以及分别设置于所述机台上的机械臂和运动机构，所述机械臂为呈横向布置的条状结构体，其长度方向的一侧上连接有一供抓取物件的抓取组件，该运动机构能够驱动所述机械臂和抓取组件动作；该运动机构包括垂直运动机构、摆臂运动机构、翻转运动机构、水平运动机构和执行端运动机构，其中，所述垂直运动机构内置于所述机台中，所述摆臂运动机构设置于所述垂直运动机构上并露出于所述机台外，且所述摆臂运动机构还能够在所述垂直运动机构的带动下相对所述机台作上下移动定位；所述翻转运动机构连同所述水平运动机构、执行端运动机构以及机械臂一起承接于所述摆臂运动机构上，并能够在所述摆臂运动机构的带动下一起进行同步水平摆动；另外，所述翻转运动机构还能够带动所述机械臂绕其长度方向的中心线旋转，所述水平运动机构还能够带动所述翻转运动机构及所述机械臂一起沿机械臂长度方向作往复移动定位，所述执行端运动机构还能够带动所述抓取组件旋转。

作为本发明的进一步改进，所述垂直运动机构包括第一伺服马达、第一滚珠螺杆组件、第一皮带轮组、第一同步皮带、第一线性滑轨和升降固定座，其中所述第一伺服马达定位内置于所述机台中，所述第一滚珠螺杆组件包括一沿竖向内置于所述机台中的第一螺杆和一滑设于所述第一螺杆上的第一螺帽，所述第一皮带轮组由一对第一皮带轮组成，该对第一皮带轮分别固定套设于所述第一伺服马达的输出轴和所述第一螺杆的下轴端上，且该对第一皮带轮还通过所述第一同步皮带传动连接；所述第一线性滑轨亦沿竖向定位内置于所述机台中，所述升降固定座承接于所述第一线性滑轨上，并与所述第一线性滑轨构成相配合滑动连接，且同时所述升降固定座还与所述第一螺帽定位连接；

另外，所述摆臂运动机构承接于所述升降固定座的顶端上。

作为本发明的进一步改进，所述摆臂运动机构包括第二伺服马达、第一减速机和旋转主轴，所述第二伺服马达定位设置于所述升降固定座的顶端上，所述旋转主轴位于所述第二伺服马达的上方，并通过所述第一减速机与所述第二伺服马达的输出轴定位连接；

还设有一呈水平布置的旋转承接座，所述旋转承接座定位连接于所述旋转主轴的上轴端上，且所述翻转运动机构连同所述水平运动机构、执行端运动机构以及机械臂一起设置于所述旋转承接座上。

作为本发明的进一步改进，所述翻转运动机构包括支撑座、第三伺服马达、第二减速机和翻转主轴，其中，所述支撑座为中空结构，其设置于所述旋转承接座上并能够在所述水平运动机构的带动下沿所述机械臂长度方向作往复移动定位；所述第三伺服马达、第二减速机和翻转主轴皆内置于所述支撑座中，且所述翻转主轴的一轴端还通过所述第二减速机与所述第三伺服马达的输出轴定位连接，所述翻转主轴的另一轴端还与所述机械臂长度方向的另一侧定位连接。

作为本发明的进一步改进，所述水平运动机构能够带动所述支撑座沿所述机械臂长度方向作往复移动定位的结构为：所述水平运动机构包括第四伺服马达、第二滚珠螺杆组件、第二皮带轮组、第二同步皮带和第二线性滑轨，其中所述第四伺服马达定位设置于所述旋转承接座上，所述第二滚珠螺杆组件包括一沿所述机械臂长度方向延伸并铺设在所述旋转承接座上的第二螺杆、以及一滑设于所述第二螺杆上的第二螺帽，所述第二皮带轮组由一对第二皮带轮组成，该对第二皮带轮分别固定套设于所述第四伺服马达的输出轴和所述第二螺杆的一轴端上，且该对第二皮带轮还通过所述第二同步皮带传动连接；所述第二线性滑轨亦沿所述机械臂长度方向延伸并铺设在所述旋转承接座上，所述支撑座承接于所述第二线性滑轨上，并与所述第二线性滑轨构成相配合滑动连接，且同时所述支撑座还与所述第二螺帽定位连接。

作为本发明的进一步改进，所述翻转运动机构还包括一为中空结构的翻转支撑座，所述翻转支撑座位于所述支撑座朝向所述机械臂的一侧外，且同时所述翻转支撑座还与所述翻转主轴的另一轴端定位连接；

所述机械臂长度方向的另一侧穿设过所述翻转支撑座后，与所述翻转主轴的另一轴端定位连接。

作为本发明的进一步改进，所述执行端运动机构还能够带动所述抓取组件旋转的结构为：所述执行端运动机构包括第五伺服马达、第三减速机、第三皮带轮组和第三同步皮带，所述第五伺服马达定位内置于所述翻转支撑座中，所述第三减速机连接于所述机械臂长度方向的一侧上，所述第三皮带轮组由一对第三皮带轮组成，该对第三皮带轮分别固定套设于所述第五伺服马达的输出轴和所述第三减速机的输入轴上，且该对第三皮带轮还通过所述第三同步皮带传动连接；另外，所述抓取组件定位安装在所述第三减速机的输出轴上。

作为本发明的进一步改进，所述机械臂为中空结构，所述第五伺服马达的输出轴和第三减速机的输入轴均自由插置于所述机械臂中；且所述第三同步皮带亦内置于所述机械臂中。

作为本发明的进一步改进，所述旋转承接座为沿所述机械臂长度方向延伸的中空条状结构体，且所述旋转承接座还上侧开口；所述第二螺杆和第二线性滑轨均分别沿所述机械臂长度方向铺设于所述旋转承接座中；

还设有两个风琴罩，该两风琴罩分别罩设于所述旋转承接座长度方向的两侧外。

作为本发明的进一步改进，分别在所述机台和所述旋转承接座上设置有用以穿设电缆的拖链；

还在所述机台的底面上设置有多个调节地脚，该多个调节地脚能够带动所述机台进行上下微幅移动定位。

本发明的有益效果是：相较于现有技术，本发明对五个运动机构的位置进行合理配置，减轻了摆臂运动机构、以及翻转运动机构的承载量，从而使得机械手的动作速度快、惯量小、操作灵活，且定位精度高，平稳性、安全性好。

附图说明

图1为本发明所述五轴机械手的立体结构示意图；

图2为本发明所述五轴机械手的主视结构示意图；

图3为本发明所述五轴机械手的俯视结构示意图；

图4为本发明所述五轴机械手的左视结构示意图；

图5为本发明所述五轴机械手的右视结构示意图；

图6为本发明所述五轴机械手中各运动机构的连接关系结构示意图；

图7为本发明所述垂直运动机构的结构示意图；

图8为图7中所示垂直运动机构的侧视结构示意图；

图9为本发明所述摆臂运动机构的结构示意图；

图10为本发明所述翻转运动机构的结构示意图；

图11为本发明所述水平运动机构的结构示意图；

图12为本发明所述执行端旋转运动机构的结构示意图。

结合附图，作以下说明：

10——第一伺服马达 11——第一螺杆

12——第一螺帽 13——第一同步皮带

14——第一线性滑轨 15——升降固定座

16——拖链 17——调节地脚

20——第二伺服马达 21——第一减速机

22——旋转主轴 23——罩壳

30——支撑座 31——第三伺服马达

32——第二减速机 33——翻转主轴

34——翻转支撑座 40——第四伺服马达

41——第二螺杆 42——第二螺帽

43——第二同步皮带 44——第二线性滑轨

45——风琴罩 46——外罩壳

50——第五伺服马达 51——第三减速机

52——第三同步皮带 6——机台

7——机械臂 9——旋转承接座

具体实施方式

下面参照图对本发明的优选实施例进行详细说明。

本发明公开了一种平移式五轴机械手，包括机台6、以及分别设置于所述机台6上的机械臂7和运动机构，所述机械臂7为呈横向布置的条状结构体，其长度方向的一侧上连接有一供抓取物件的抓取组件(如吸盘、夹爪或电磁铁组件等)，该运动机构能够驱动所述机械臂7和抓取组件动作；该运动机构包括垂直运动机构Z1、摆臂运动机构Z2、翻转运动机构Z3、水平运动机构Z4和执行端运动机构Z5，其中，所述垂直运动机构Z1内置于所述机台6中，所述摆臂运动机构Z2设置于所述垂直运动机构Z1上并露出于所述机台6外，且所述摆臂运动机构Z2还能够在所述垂直运动机构Z1的带动下相对所述机台6作上下移动定位；所述翻转运动机构Z3连同所述水平运动机构Z4、执行端运动机构Z5以及机械臂7一起承接于所述摆臂运动机构Z2上，并能够在所述摆臂运动机构Z2的带动下一起进行同步水平摆动；另外，所述翻转运动机构Z3还能够带动所述机械臂7绕其长度方向的中心线旋转，所述水平运动机构Z4还能够带动所述翻转运动机构Z3及所述机械臂7一起沿机械臂长度方向作往复移动定位，所述执行端运动机构Z5还能够带动所述抓取组件旋转。

在本实施例中，所述垂直运动机构Z1包括第一伺服马达10、第一滚珠螺杆组件、第一皮带轮组、第一同步皮带13、第一线性滑轨14和升降固定座15，其中所述第一伺服马达10定位内置于所述机台6中，所述第一滚珠螺杆组件包括一沿竖向内置于所述机台6中的第一螺杆11和一滑设于所述第一螺杆11上的第一螺帽12，所述第一皮带轮组由一对第一皮带轮组成，该对第一皮带轮分别固定套设于所述第一伺服马达10的输出轴和所述第一螺杆11的下轴端上，且该对第一皮带轮还通过所述第一同步皮带13传动连接；所述第一线性滑轨14亦沿竖向定位内置于所述机台6中，所述升降固定座15承接于所述第一线性滑轨14上，并与所述第一线性滑轨14构成相配合滑动连接，且同时所述升降固定座15还与所述第一螺帽12定位连接；

另外，所述摆臂运动机构Z2承接于所述升降固定座15的顶端上，进而实现所述摆臂运动机构Z2能够在所述垂直运动机构Z1的带动下相对所述机台6作上下移动定位。

在本实施例中，所述摆臂运动机构Z2包括第二伺服马达20、第一减速机21和旋转主轴22，所述第二伺服马达20定位设置于所述升降固定座15的顶端上，所述旋转主轴22位于所述第二伺服马达20的上方，并通过所述第一减速机21与所述第二伺服马达20的输出轴定位连接；在所述第二伺服马达20、第一减速机21和旋转主轴22外罩设有一罩壳23，且罩壳23还定位设置于升降固定座15上；

还设有一呈水平布置的旋转承接座9，所述旋转承接座9定位连接于所述旋转主轴22的上轴端上，且所述翻转运动机构Z3连同所述水平运动机构Z4、执行端运动机构Z5以及机械臂7一起设置于所述旋转承接座9上，进而实现所述翻转运动机构Z3、水平运动机构Z4、执行端运动机构Z5以及机械臂7一起进行同步水平摆动。

在本实施例中，所述翻转运动机构Z3包括支撑座30、第三伺服马达31、第二减速机32和翻转主轴33，其中，所述支撑座30为中空结构，其设置于所述旋转承接座9上并能够在所述水平运动机构Z4的带动下沿所述机械臂7长度方向作往复移动定位；所述第三伺服马达31、第二减速机32和翻转主轴33皆内置于所述支撑座30中，且所述翻转主轴33的一轴端还通过所述第二减速机31与所述第三伺服马达30的输出轴定位连接，所述翻转主轴33的另一轴端还与所述机械臂7长度方向的另一侧定位连接。

在本实施例中，所述水平运动机构Z4能够带动所述支撑座30沿所述机械臂7长度方向作往复移动定位的结构为：所述水平运动机构Z4包括第四伺服马达40、第二滚珠螺杆组件、第二皮带轮组、第二同步皮带43和第二线性滑轨44，其中所述第四伺服马达40定位设置于所述旋转承接座9上(第四伺服马达40外罩设有一外罩壳46)，所述第二滚珠螺杆组件包括一沿所述机械臂7长度方向延伸并铺设在所述旋转承接座9上的第二螺杆41、以及一滑设于所述第二螺杆41上的第二螺帽42，所述第二皮带轮组由一对第二皮带轮组成，该对第二皮带轮分别固定套设于所述第四伺服马达40的输出轴和所述第二螺杆41的一轴端上，且该对第二皮带轮还通过所述第二同步皮带43传动连接；所述第二线性滑轨44亦沿所述机械臂7长度方向延伸并铺设在所述旋转承接座9上，所述支撑座30承接于所述第二线性滑轨44上，并与所述第二线性滑轨44构成相配合滑动连接，且同时所述支撑座30还与所述第二螺帽42定位连接。

优选的，所述翻转运动机构Z3还包括一为中空结构的翻转支撑座34，所述翻转支撑座34位于所述支撑座30朝向所述机械臂7的一侧外，且同时所述翻转支撑座34还与所述翻转主轴33的另一轴端定位连接；

所述机械臂7长度方向的另一侧穿设过所述翻转支撑座34后，与所述翻转主轴33的另一轴端定位连接。

在本实施例中，所述执行端运动机构Z5还能够带动所述抓取组件旋转的结构为：所述执行端运动机构Z5包括第五伺服马达50、第三减速机51、第三皮带轮组和第三同步皮带52，所述第五伺服马达50定位内置于所述翻转支撑座34中，所述第三减速机51连接于所述机械臂7长度方向的一侧上，所述第三皮带轮组由一对第三皮带轮组成，该对第三皮带轮分别固定套设于所述第五伺服马达50的输出轴和所述第三减速机51的输入轴上，且该对第三皮带轮还通过所述第三同步皮带52传动连接；另外，所述抓取组件定位安装在所述第三减速机51的输出轴上。目前，所述抓取组件的常用结构为：包括臂架和抓取件，所述臂架为由均呈长条板状的第一连接臂和第二连接臂相连接而构成的T型结构体，且所述第一连接臂背向所述第二连接臂的一端定位连接于所述第三减速机51的输出轴上；所述抓取件为吸盘、夹爪和电磁铁中的一种，且所述抓取件定位连接于所述第二连接臂上。

优选的，所述机械臂7为中空结构，所述第五伺服马达50的输出轴和第三减速机51的输入轴均自由插置于所述机械臂7中；且所述第三同步皮带52亦内置于所述机械臂7中。

优选的，所述旋转承接座9为沿所述机械臂长度方向延伸的中空条状结构体，且所述旋转承接座9还上侧开口；所述第二螺杆41和第二线性滑轨44均分别沿所述机械臂长度方向铺设于所述旋转承接座9中；

还设有两个风琴罩45，该两风琴罩45分别罩设于所述旋转承接座9长度方向的两侧外。

优选的，分别在所述机台6和所述旋转承接座9上设置有用以穿设电缆的拖链16；

还在所述机台6的底面上设置有多个调节地脚17，该多个调节地脚能够带动所述机台6进行上下微幅移动定位。

Claims (4)

1.一种平移式五轴机械手，包括机台(6)、以及分别设置于所述机台(6)上的机械臂(7)和运动机构，所述机械臂(7)为呈横向布置的条状结构体，其长度方向的一侧上连接有一供抓取物件的抓取组件，该运动机构能够驱动所述机械臂(7)和抓取组件动作，该运动机构包括垂直运动机构(Z1)、摆臂运动机构(Z2)、翻转运动机构(Z3)、水平运动机构(Z4)和执行端运动机构(Z5)，其中，所述垂直运动机构(Z1)内置于所述机台(6)中，所述摆臂运动机构(Z2)设置于所述垂直运动机构(Z1)上并露出于所述机台(6)外，且所述摆臂运动机构(Z2)还能够在所述垂直运动机构(Z1)的带动下相对所述机台(6)作上下移动定位；所述翻转运动机构(Z3)连同所述水平运动机构(Z4)、执行端运动机构(Z5)以及机械臂(7)一起承接于所述摆臂运动机构(Z2)上，并能够在所述摆臂运动机构(Z2)的带动下一起进行同步水平摆动；另外，所述翻转运动机构(Z3)还能够带动所述机械臂(7)绕其长度方向的中心线旋转，所述水平运动机构(Z4)还能够带动所述翻转运动机构(Z3)及所述机械臂(7)一起沿机械臂长度方向作往复移动定位，所述执行端运动机构(Z5)还能够带动所述抓取组件旋转；其特征在于：所述垂直运动机构(Z1)包括第一伺服马达(10)、第一滚珠螺杆组件、第一皮带轮组、第一同步皮带(13)、第一线性滑轨(14)和升降固定座(15)，其中所述第一伺服马达(10)定位内置于所述机台(6)中，所述第一滚珠螺杆组件包括一沿竖向内置于所述机台(6)中的第一螺杆(11)和一滑设于所述第一螺杆(11)上的第一螺帽(12)，所述第一皮带轮组由一对第一皮带轮组成，该对第一皮带轮分别固定套设于所述第一伺服马达(10)的输出轴和所述第一螺杆(11)的下轴端上，且该对第一皮带轮还通过所述第一同步皮带(13)传动连接；所述第一线性滑轨(14)亦沿竖向定位内置于所述机台(6)中，所述升降固定座(15)承接于所述第一线性滑轨(14)上，并与所述第一线性滑轨(14)构成相配合滑动连接，且同时所述升降固定座(15)还与所述第一螺帽(12)定位连接；

所述摆臂运动机构(Z2)包括第二伺服马达(20)、第一减速机(21)和旋转主轴(22)，所述第二伺服马达(20)定位设置于所述升降固定座(15)的顶端上，所述旋转主轴(22)位于所述第二伺服马达(20)的上方，并通过所述第一减速机(21)与所述第二伺服马达(20)的输出轴定位连接；还设有一呈水平布置的旋转承接座(9)，所述旋转承接座(9)定位连接于所述旋转主轴(22)的上轴端上；

所述翻转运动机构(Z3)包括支撑座(30)、第三伺服马达(31)、第二减速机(32)、翻转主轴(33)和翻转支撑座(34)，其中，所述支撑座(30)为中空结构，其设置于所述旋转承接座(9)上并能够在所述水平运动机构(Z4)的带动下沿所述机械臂(7)长度方向作往复移动定位；所述第三伺服马达(31)、第二减速机(32)和翻转主轴(33)皆内置于所述支撑座(30)中，且所述翻转主轴(33)的一轴端还通过所述第二减速机(32 )与所述第三伺服马达(31 )的输出轴定位连接；所述翻转支撑座(34)亦为中空结构，所述翻转支撑座(34)位于所述支撑座(30)朝向所述机械臂(7)的一侧外，且同时所述翻转支撑座(34)还与所述翻转主轴(33)的另一轴端定位连接，所述机械臂(7)长度方向的另一侧穿设过所述翻转支撑座(34)后，与所述翻转主轴(33)的另一轴端定位连接；

实现所述水平运动机构(Z4)能够带动所述支撑座(30)沿所述机械臂(7)长度方向作往复移动定位的结构为：所述水平运动机构(Z4)包括第四伺服马达(40)、第二滚珠螺杆组件、第二皮带轮组、第二同步皮带(43)和第二线性滑轨(44)，其中所述第四伺服马达(40)定位设置于所述旋转承接座(9)上，所述第二滚珠螺杆组件包括一沿所述机械臂(7)长度方向延伸并铺设在所述旋转承接座(9)上的第二螺杆(41)、以及一滑设于所述第二螺杆(41)上的第二螺帽(42)，所述第二皮带轮组由一对第二皮带轮组成，该对第二皮带轮分别固定套设于所述第四伺服马达(40)的输出轴和所述第二螺杆(41)的一轴端上，且该对第二皮带轮还通过所述第二同步皮带(43)传动连接；所述第二线性滑轨(44)亦沿所述机械臂(7)长度方向延伸并铺设在所述旋转承接座(9)上，所述支撑座(30)承接于所述第二线性滑轨(44)上，并与所述第二线性滑轨(44)构成相配合滑动连接，且同时所述支撑座(30)还与所述第二螺帽(42)定位连接；

实现所述执行端运动机构(Z5)还能够带动所述抓取组件旋转的结构为：所述执行端运动机构(Z5)包括第五伺服马达(50)、第三减速机(51)、第三皮带轮组和第三同步皮带(52)，所述第五伺服马达(50)定位内置于所述翻转支撑座(34)中，所述第三减速机(51)连接于所述机械臂(7)长度方向的一侧上，所述第三皮带轮组由一对第三皮带轮组成，该对第三皮带轮分别固定套设于所述第五伺服马达(50)的输出轴和所述第三减速机(51)的输入轴上，且该对第三皮带轮还通过所述第三同步皮带(52)传动连接；另外，所述抓取组件定位安装在所述第三减速机(51)的输出轴上。

2.根据权利要求1所述的平移式五轴机械手，其特征在于：所述机械臂(7)为中空结构，所述第五伺服马达(50)的输出轴和第三减速机(51)的输入轴均自由插置于所述机械臂(7)中；且所述第三同步皮带(52)亦内置于所述机械臂(7)中。

3.根据权利要求1所述的平移式五轴机械手，其特征在于：所述旋转承接座(9)为沿所述机械臂长度方向延伸的中空条状结构体，且所述旋转承接座(9)还上侧开口；所述第二螺杆(41)和第二线性滑轨(44)均分别沿所述机械臂长度方向铺设于所述旋转承接座(9)中；

还设有两个风琴罩(45)，该两风琴罩(45)分别罩设于所述旋转承接座(9)长度方向的两侧外。

4.根据权利要求1所述的平移式五轴机械手，其特征在于：分别在所述机台(6)和所述旋转承接座(9)上设置有用以穿设电缆的拖链(16)；

还在所述机台(6)的底面上设置有多个调节地脚(17)，该多个调节地脚能够带动所述机台(6)进行上下微幅移动定位。