CN106335050B - 一种抓取瓷砖牢固的机械手 - Google Patents

Abstract

一种抓取瓷砖牢固的机械手，属于自动化设备技术领域。其特征在于：瓷砖抓取机构包括夹板动力单元以及瓷砖夹板（48），夹板动力单元安装在抓取机构主体（45）内，瓷砖夹板（48）设置在抓取机构主体（45）下方，夹板动力单元与瓷砖夹板（48）相连；夹板动力单元与瓷砖夹板（48）之间设有夹板传动机构，夹板传动机构通过齿轮齿条副带动瓷砖夹板（48）夹紧或松开瓷砖。本瓷砖抓取机构的瓷砖夹板与瓷砖的接触面积大，不会对瓷砖造成损坏，夹板动力单元通过夹板传动机构推动瓷砖夹板；本抓取瓷砖牢固的机械手夹取牢固，而且工作效率高，并且夹取过程中不会对瓷砖造成损坏，工作效率高，灵活性高，从而能够根据需要对瓷砖进行码垛。

Description

一种抓取瓷砖牢固的机械手

技术领域

一种抓取瓷砖牢固的机械手，属于自动化设备技术领域。

背景技术

机械手是指能够模仿人手和臂的某些功能，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。机械手是最早出现的工业机器人，也是最早出现的现代机器人，机械手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，机械手广泛的应用于机械制造、冶金、电子、轻功和原子能等部门。

在瓷砖生产行业中，机械手主要作用是瓷砖的转运以及瓷砖的码垛，现有机械手通常能够完成x轴、y轴以及z轴的移动，x轴、y轴分别指在水平纵向以及水平横向的移动，z轴指的是在竖直方向的移动，从而实现在三维空间内对瓷砖进行转运或者码垛。现有机械手在对瓷砖进行转运或码垛时，存在如下问题：

1、无法改变瓷砖的姿态，只能按照瓷砖原有的姿态进行运输，因此在转运后对瓷砖进行码垛时，只能够按照同一个方式对瓷砖进行码垛，灵活性较差，对码垛的环境的要求较高，使用不方便；

2、机械手沿x轴、y轴、z轴的移动只能按照恒定的速度运行，为了保证在转运过程中不会对抓取的瓷砖造成破坏，需要机械手的运行速度较低，严重影响了机械手的工作效率；

3、机械手沿z轴移动时，z轴立柱会带动抓取的瓷砖升降，由于每次抓取的瓷砖的数量不同，因此会出现z轴立柱每次升降时的重量存在差异，这样一方面使机械手在工作时可能产生震动，还可能会出现由于无法精确控制移动速度而发生碰撞的问题；

4、现有机械手的动力装置通常为电机，而且电机通常是固定在机架上，在机械手行走距离过大，尤其是距离电机较远时，由于传动距离过大，会出现动力不足的问题，而且运行速度也很不稳定；

5、在对瓷砖进行码垛时，为了方便瓷砖的后续转运或装车，通常需要放置栈板，既方便了后续的操作，又能够避免对瓷砖造成损坏。现有机械手在码垛时，栈板需要人工放置。由于机械手需要与瓷砖生产线配合，因此在日常生产过程中，机械手不能停机，这就需要工人在机械手工作过程中放置栈板，存在安全隐患。而且现有机械手对栈板的位置的要求比较高，在放置时需要将栈板按照机械手工作的位置精确放置，使用很不方便。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种瓷砖夹取牢固、瓷砖夹板的同步性好、结构简单、不会损坏瓷砖的抓取瓷砖牢固的机械手。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该瓷砖抓取机构，其特征在于：包括夹板动力单元以及瓷砖夹板，夹板动力单元安装在抓取机构主体内，瓷砖夹板设置在抓取机构主体下方，夹板动力单元与瓷砖夹板相连；

夹板动力单元与瓷砖夹板之间设有夹板传动机构，夹板传动机构通过齿轮齿条副带动瓷砖夹板夹紧或松开瓷砖。

优选的，所述的夹板传动机构包括夹板开合齿轮以及夹板开合齿条，夹板开合齿轮转动安装在所述抓取机构主体上，夹板开合齿条有两个，对称设置在夹板开合齿轮两侧，并与夹板开合齿轮啮合，两个夹板开合齿条均与所述瓷砖夹板相连，所述夹板动力单元与一个夹板开合齿条相连，并推动夹板开合齿条轴向移动。

优选的，所述的夹板开合齿条的一侧设有用于将夹板开合齿条压紧在所述夹板开合齿轮上的轴承。

优选的，所述的瓷砖夹板用于夹取瓷砖的一侧设有橡胶。

优选的，所述的瓷砖夹板有多对，每对的两块瓷砖夹板的下端均向靠近另一瓷砖夹板的方向倾斜。

优选的，所述的抓取机构主体上设有瓷砖抓取限位单元。

优选的，所述的抓取机构主体上设有瓷砖感应器。

优选的，所述的夹板传动机构与瓷砖夹板之间设有夹板安装板，夹板安装板水平设置并与夹板传动机构相连，瓷砖夹板的上端与夹板安装板相连。

优选的，所述的夹板动力单元为夹板开合气缸。

一种抓取瓷砖牢固的机械手，其特征在于：包括机架、行走机构、w轴旋转机构、栈板抓取机构以及上述的瓷砖抓取机构，行走机构安装在机架上，并能够分别沿x轴、y轴以及z轴方向移动，w轴旋转机构安装在行走机构上，w轴旋转机构与抓取机构主体相连，栈板抓取机构安装在抓取机构主体上。

与现有技术相比，本发明的抓取瓷砖牢固的机械手所具有的有益效果是：

1、本瓷砖抓取机构通过瓷砖夹板来夹取瓷砖，瓷砖夹板与瓷砖的接触面积大，在夹取瓷砖时不会在瓷砖上留下印痕，不会对瓷砖造成损坏，在夹取时瓷砖夹板可以施加更大的夹紧力，对瓷砖夹紧牢固，保证瓷砖不会自由脱落；夹板动力单元通过夹板传动机构推动瓷砖夹板，使瓷砖夹板能够同步向相反的方向运动，从而松开或夹紧瓷砖，瓷砖夹板的同步性好，而且通过齿轮齿条副传动，传动精度高，而且不会出现打滑现象，抓取牢固。

2、夹板开合齿轮和夹板开合齿条相啮合，来推动瓷砖夹板同步向相反的方向运动，结构简单，同步性好。

3、夹板开合齿条通过轴承压紧在夹板开合齿轮上，从而保证夹板开合齿条和夹板开合齿轮啮合紧密，传动精确，不会出现打滑现象，从而避免了抓夹取瓷砖时夹取不牢的问题。

4、瓷砖夹板用于夹取瓷砖的一侧设有橡胶，能够避免在夹取瓷砖时对瓷砖造成损坏，而且增大了与瓷砖之间的摩擦力，使瓷砖夹板夹取牢固。

5、每对的两块瓷砖夹板的下端均向靠近另一瓷砖夹板的方向倾斜，从而保证在夹取瓷砖时整个瓷砖夹板都能够与瓷砖贴合，夹取更加牢固。

6、瓷砖抓取限位单元能够对瓷砖夹板的运动进行限位，从而保证瓷砖夹板的行程，使瓷砖夹板的行程稍大于瓷砖夹取面的厚度或宽度，避免瓷砖夹板移动的距离过大，提高了工作效率。

7、瓷砖感应器能够感应瓷砖夹板是否夹取到瓷砖，避免瓷砖抓取机构未抓取到瓷砖而影响工作效率。

8、瓷砖夹板安装在瓷砖安装板上，可以根据夹取瓷砖的尺寸以及夹取方向来调节每对的两个瓷砖夹板之间的间距，调节方便，可以夹取不同尺寸的瓷砖，还可以按照不同的夹取方向夹取瓷砖。

9、通过夹板开合气缸来推动瓷砖夹板，控制简单，且动作灵敏，工作效率高。

10、本抓取瓷砖牢固的机械手的栈板抓取机构能够独立抓取并放置栈板，瓷砖抓取机构能够独立的抓取瓷砖并对瓷砖进行码垛，夹取牢固，而且工作效率高，并且夹取过程中不会对瓷砖造成损坏，自动化程度，工作效率高，而且整个工作过程不需要人工参与，安全性能高；w轴旋转机构能够带动抓取机构绕z轴转动，更加灵活，从而使本机械手在移动瓷砖的同时，还能够对瓷砖的姿态进行变换，能够根据需要对瓷砖进行码垛，使用方便。

附图说明

图1为抓取机构的主视示意图。

图2为抓取机构的俯视示意图。

图3为抓取驱动机构的立体示意图。

图4为抓取瓷砖牢固的机械手的立体示意图。

图5为行走机构的主视示意图。

图6为y轴行走机构的主视示意图。

图7为y轴行走机构的俯视示意图。

图8为同步轴的主视示意图。

图9为x轴行走机构的主视示意图。

图10为z轴行走机构的主视示意图。

图11为z轴动力机构的立体示意图。

图12为图11中A处的局部放大图。

图13为w轴旋转机构的主视示意图。

图14为图13的B-B方向的剖视示意图。

图中：1、机架 2、y轴行走机构 3、x轴行走机构 4、z轴行走机构 5、瓷砖库6、w轴旋转机构 7、抓取机构 8、栈板库 9、可调包胶轮 10、导向轮 11、主动包胶轮12、包角调节带轮 13、包角调节同步带轮 14、y轴同步带张紧轮 15、y轴张紧轮摆臂16、y轴同步带 17、同步轴 18、y轴电机 19、x轴电机 20、行走安装架 21、x轴同步带22、x轴横梁 23、z轴立柱 24、导向轴 25、z轴同步带张紧轮 26、导向套 27、平衡气缸28、z轴同步带 29、z轴电机 30、z轴链轮 31、w轴电机 32、光电开关安装板 33、缓冲检测光电开关 34、旋转检测光电开关 35、旋转安装架 36、限位挡板 37、缓冲套 38、限位套 39、w轴立柱 40、承载套 41、w轴链条 42、栈板夹紧导向板 43、手指安装板44、夹板限位光电开关 45、抓取机构主体 46、手指导向轴承 47、栈板抓取手指 48、瓷砖夹板 49、夹板安装板 50、夹板开合气缸 51、栈板抓取气缸 52、夹板开合齿轮 53、夹板开合齿条 54、瓷砖感应器 55、栈板抓取齿轮 56、栈板抓取齿条。

具体实施方式

图1~14是本发明的最佳实施例，下面结合附图1~14对本发明做进一步说明。

一种瓷砖抓取机构：包括夹板动力单元以及瓷砖夹板48，夹板动力单元安装在抓取机构主体45内，瓷砖夹板48设置在抓取机构主体45下方，夹板动力单元与瓷砖夹板48相连；

夹板动力单元与瓷砖夹板48之间设有夹板传动机构，夹板传动机构通过齿轮齿条副带动瓷砖夹板48夹紧或松开瓷砖。

本瓷砖抓取机构通过瓷砖夹板48来夹取瓷砖，瓷砖夹板48与瓷砖的接触面积大，在夹取瓷砖时不会在瓷砖上留下印痕，不会对瓷砖造成损坏，在夹取时瓷砖夹板48可以施加更大的夹紧力，对瓷砖夹紧牢固，保证瓷砖不会自由脱落；夹板动力单元通过夹板传动机构推动瓷砖夹板48，使瓷砖夹板48能够同步向相反的方向运动，从而松开或夹紧瓷砖，瓷砖夹板48的同步性好，而且通过齿轮齿条副传动，传动精度高，而且不会出现打滑现象，抓取牢固。

具体的：如图1~2所示：瓷砖夹板48的上端安装在夹板安装板49上，另一端为自由端，夹板传动机构与夹板安装板49相连，并推动夹板安装板49水平移动，从而实现瓷砖的夹紧和松开。瓷砖夹板48与瓷砖接触的一侧设有橡胶，一方面用于增大与瓷砖的摩擦，另一方面能够产生缓冲作用，避免与瓷砖发生碰撞，从而损坏瓷砖。瓷砖夹板48的下端向中部倾斜，从而能够更好的夹紧瓷砖。

当沿厚度方向抓取瓷砖时，瓷砖夹板48可以安装在夹板安装板49靠近抓取机构主体45中部的一端，当沿宽度或长度方向抓取瓷砖时，瓷砖夹板48安装在夹板安装板49靠近抓取机构主体45外侧的一端。用于相互配合夹紧瓷砖的两块瓷砖夹板48为一对，瓷砖夹板48有两对，夹板安装板49与瓷砖夹板48一一对应。

在抓取机构主体45的上方设有瓷砖抓取限位单元。瓷砖抓取限位单元为夹板限位光电开关44，每一对夹板限位光电开关44有两个，两个夹板限位光电开关44分别用于检测夹板动力单元的起始位置和终止位置，从而完成限位。夹板限位光电开关44有两对，分别对驱动瓷砖夹板48运动的夹板动力单元进行限位。

如图3所示：夹板动力单元有两个，两个夹板动力单元分别设置在栈板抓取气缸51的两侧，并分别驱动两对瓷砖夹板48的开合。每个夹板动力单元包括有两个夹板开合气缸50，且两个夹板开合气缸50的活塞杆固定连接，并同步运动。夹板限位光电开关44通过检测夹板开合气缸50的活塞杆的位置，来对瓷砖夹板48进行限位。

夹板传动机构包括夹板开合齿轮52以及夹板开合齿条53。夹板开合齿轮52转动安装在抓取机构主体45上，且夹板开合齿轮52的轴线竖直设置。夹板开合齿条53有两个，对称设置在夹板开合齿轮52两侧，两个夹板开合齿条53分别与安装同一对瓷砖夹板48的夹板安装板49固定连接。两个夹板开合气缸50的活塞杆与一个夹板开合齿条53相连，并带动该夹板开合齿条53运动，该夹板开合齿条53通过夹板开合齿轮52带动另一个夹板开合齿条53向相反的方向运动。夹板开合齿条53的两侧分别设有推动夹板开合齿条53压紧夹板开合齿轮52的轴承。

抓取机构主体45上设有瓷砖感应器54，瓷砖感应器54用于检测瓷砖夹板48是否抓取瓷砖。

如图4所示：该抓取瓷砖牢固的机械手包括机架1、安装在机架1上的行走机构、w轴旋转机构6以及抓取机构7。行走机构安装在机架1上，w轴旋转机构6安装在行走机构上，抓取机构7安装在w轴旋转机构6上。机架1的下部固定在地面上，从而使该机械手的工作更加稳定，在工作过程中不会发生晃动。

机架1的上部为长方形框架，下部为竖向设置的支撑脚。行走机构安装在机架1上部的框架上，并分别带动抓取机构7沿x轴、y轴和z轴方向直线行走。

行走机构沿竖直方向的行走定义为沿z轴的行走，行走机构沿机架1宽度方向的行走定义为x轴方向的行走，行走机构沿机架1长度方向的行走定义为y轴方向的行走，定义绕z轴的旋转为w轴方向的运动。

机架1的底部设有用于放置栈板的栈板库8以及瓷砖库5，栈板库8用于放置栈板，瓷砖库5放置瓷砖，即该机械手将瓷砖转运到瓷砖库5内并进行码垛。栈板为在对瓷砖码垛时，垫在底部的木板，栈板一方面能够对底部的瓷砖进行保护，另一方面方便对码垛后的瓷砖进行转运。栈板库8设置在机架1的中部，瓷砖库5有两个，对称设置在栈板库8的两侧，栈板库8与两个瓷砖库5的距离相等，这样能够保证栈板库8内的栈板移动到每个瓷砖库5的距离相等，方便放置栈板。

如图5所示：行走机构包括y轴行走机构2、x轴行走机构3以及z轴行走机构4。y轴行走机构2安装在机架1上，x轴行走机构3安装在y轴行走机构2上，z轴行走机构4安装在x轴行走机构3上。w轴旋转机构6与z轴行走机构4固定连接，抓取机构7安装在w轴旋转机构6上，使抓取机构7灵活，能够在转运过程中改变转运瓷砖的姿态，从而能够满足多种形式的码垛。

y轴行走机构2包括悬挂机构，悬挂机构有两个，对称设置在x轴行走机构3的两端，x轴行走机构3通过左右两端的悬挂机构安装在机架1上。两端的悬挂机构带动x轴行走机构3同步移动，避免了由于机架1的长度过长导致y轴行走机构2在行走过程中速度不稳定的问题。y轴动力机构与两个悬挂机构相连，并带动悬挂机构沿y轴移动。

如图6所示：悬挂机构包括y轴横梁以及设置在y轴横梁上的y轴导向机构。机架1两侧的方钢上方安装有机架导轨，y轴导向机构与机架1两侧机架导轨相连，并对悬挂机构的运动进行导向，使悬挂机构沿直线运动。x轴行走机构3与y轴横梁固定连接。

y轴导向机构包括水平导向机构以及竖直导向机构。水平导向机构在水平方向上对y轴横梁的进行导向，竖直导向机构在竖直方向上对y轴横梁的运动进行导向。

y轴横梁的两端对称设有主动包胶轮11，y轴动力机构带动主动包胶轮11转动。两个主动包胶轮11上均同轴安装有同步带轮，主动包胶轮11与同步带轮同步转动，y轴横梁两端的同步带轮通过y轴同步带16相连，主动包胶轮11依靠y轴横梁的重力压紧在机架1上方。

主动包胶轮11与同步带轮一体设置。同步带轮远离主动包胶轮11的一侧通过螺栓固定有圆形挡片，圆形挡片的直径大于同步带轮的直径。圆形挡片靠近同步带轮一侧的外沿为阻挡部，主动包胶轮11靠近同步带轮的一侧也设有与圆形挡片对称的阻挡部，两个阻挡部均为中部外凸的弧形，且两个阻挡部之间的距离沿同步带轮的半径方向由内至外逐渐增大，从而避免由于两端的同步带轮的轴线不平行导致y轴同步带16与同步带轮分离，使y轴同步带16工作平稳，降低了装配误差对y轴同步带16的影响，而又不影响工作的精度和稳定性。

y轴同步带16的上方设有y轴同步带张紧机构，y轴同步带张紧机构能够调节y轴同步带16的张紧力，从而使y轴同步带16能够与同步带轮保持良好的啮合，进而保证了y轴的行走精度。

y轴同步带张紧机构包括y轴同步带张紧轮14以及y轴张紧轮摆臂15。y轴张紧轮摆臂15设置在y轴同步带16的上方，y轴张紧轮摆臂15的中部铰接在y轴横梁上，使y轴张紧轮摆臂15形成杠杆机构，y轴张紧轮摆臂15的一端转动安装y轴同步带张紧轮14，另一端通过螺栓可拆卸固定在y轴横梁上，并使y轴同步带张紧轮14压紧y轴同步带16，螺栓上套设有多个弹簧垫，在安装好y轴同步带16以后，通过螺栓对y轴同步带16进行张紧，工作一段时间后，弹簧垫对y轴同步带16的张紧力进行调节，不需要频繁的对与y轴同步带16进行张紧，而且能够避免由于y轴同步带16松弛产生冲击载荷，从而降低y轴同步带16的使用寿命，进而提高了y轴同步带16的使用寿命以及工作的稳定性。y轴同步带张紧轮14为带轮，y轴张紧轮摆臂15带动y轴同步带张紧轮14同步摆动，并压紧y轴同步带16。在y轴同步带张紧轮14压紧y轴同步带16后，通过y轴张紧轮摆臂15中部的螺栓对y轴张紧轮摆臂15进行固定。

y轴同步带张紧轮14的左侧由左至右依次设有包角调节带轮12和包角调节同步带轮13，包角调节带轮12和包角调节同步带轮13均转动安装在y轴横梁上。包角调节带轮12和包角调节同步带轮13的轴线与y轴同步带张紧轮14的轴线平行。包角调节同步带轮13设置在y轴同步带16的上方，包角调节带轮12设置在上下两侧的y轴同步带16之间，使y轴同步带16的上侧成波浪线形状，从而增大了同步带与两端同步带轮的包角，增大了同步带轮与y轴同步带16啮合处的承载能力，而且也保证了传动的平稳性。

竖直导向机构包括设置在y轴横梁下方的可调包胶轮9，可调包胶轮9有两个，对称设置在y轴横梁的两端。可调包胶轮9通过转轴安装在主动包胶轮11的下方，且在可调包胶轮9的转轴下方设有推动可调包胶轮9升降的螺栓，螺栓通过螺纹安装在y轴横梁上，并推动可调包胶轮9升降，从而实现可调包胶轮9竖直方向的调节。可调包胶轮9和主动包胶轮11分别设置在机架导轨的上下两侧，并将机架导轨夹紧，从而对在竖直方向上y轴横梁进行导向。

如图7所示：水平导向机构有两个，对称设置在y轴横梁的两端。水平导向机构包括设置在y轴横梁两侧的导向轮10，导向轮10的轴线与可调包胶轮9的轴线垂直，并转动安装在y轴横梁上。y轴横梁同一端的两个导向轮10分别设置在机架导轨的前后两侧，并将机架导轨夹紧，从而在水平方向上对y轴横梁进行导向。竖直导向机构和水平导向机构相配合，保证y轴横梁能够沿直线运动，从而保证了抓取机构7运动的精度。

如图8所示：y轴动力机构包括同步轴17以及y轴电机18。同步轴17设置在两个悬挂机构之间，同步轴17的长度与机架1沿x轴的宽度相等。同步轴17连接有y轴电机18，y轴电机18设置在同步轴17的左端，y轴电机18的输出轴与同步轴17的安装部相连，并通过齿轮传动带动同步轴17转动。同步轴17两端的传动部上还通过张紧套分别与两个y轴横梁上对应位置的同步带轮固定连接， 同步轴17能够保证两端的主动包胶轮11的转速相等，从而保证x轴行走机构3两端同步前进，不会发生倾斜。

同步轴17包括中部的钢管以及两端的轴头，轴头的一端伸进钢管内并与钢管焊接，另一端同轴安装主动包胶轮11。在同步轴17的一端安装有编码器，编码器随同步轴17同步转动，并将转速信号反馈给变频器，方便控制y轴行走机构2的行走速度，还能够检测同步轴17转过的角度，从而检测沿y轴方向行走的距离。

在机架1的前后两端设有对y轴横梁进行限位的限位块，从而避免y轴横梁在移动过程中掉落。

如图9所示：x轴行走机构3包括x轴同步带21以及x轴动力单元。x轴动力单元安装在x轴横梁22上，x轴横梁22长度与同步轴17的长度相等，x轴横梁22的两端分别与y轴横梁的中部固定连接，并随y轴横梁同步移动。x轴动力单元为x轴电机19，x轴电机19固定在x轴横梁22的左端，x轴电机19的输出轴上安装有同步带轮，在x轴横梁22的另一端也安装有同步带轮。x轴横梁22上滑动安装有行走安装架20，行走安装架20与x轴横梁22之间设有x轴导向机构，x轴导向机构能够使行走安装架20沿直线运动，从而保证了抓取机构7运动的稳定性。x轴同步带21的两端绕过x轴横梁22两端的同步带轮后均与行走安装架20固定连接，并带动行走安装架20随x轴同步带21同步移动。z轴行走机构4安装在行走安装架20上，并随行走安装架20同步移动。

行走安装架20上还设有对x轴同步带21的张紧度进行调节的x轴调节螺栓。x轴调节螺栓一端与x轴同步带21的一端相连，x轴调节螺栓通过螺母固定在行走安装架20上。

x轴电机19的输出轴朝下并安装在x轴横梁22上方，x轴横梁22的上方还设有对同步带轮的轴线进行调节的轴线调节机构，轴线调节机构为设置在x轴横梁两侧的螺栓，螺栓的下端推动同步带轮安装座上下移动，从而调节同步带轮的轴线与竖直面的角度，使同步带轮与x轴同步带21之间能够产生一个推动x轴同步带21向上移动的推力，用来抵消x轴同步带21的重力，从而避免x轴同步带21在重力作用下脱离同步带轮。

行走安装架20为由钢板通过螺栓连接而成，行走安装架20靠近x轴横梁22的一侧为两端开口的长方体箱体，行走安装架20套设在x轴横梁22的外侧，z轴行走机构4安装在行走安装架20的一侧。行走安装架20上侧的钢板上部和下侧的钢板下部均设有加强筋，且加强筋为由靠近z轴行走机构4的一侧至另一侧逐渐变窄的锥形，从而保证行走安装架20的强度，避免单侧的载荷对行走安装架20造成损坏。

x轴导向机构有两个，分别设置在x轴横梁22的上下两侧，且上侧的x轴导向机构设置远离z轴行走机构4的一侧，下侧的x轴导向机构设置在靠近z轴行走机构4的一侧，从而能够对行走安装架20受到的单侧载荷进行抵消，保证了行走安装架20的稳定性与精度。

x轴导向机构包括行走安装架20上的滑块以及设置在x轴横梁22上的滑轨。滑块与滑轨相配合，对行走安装架20的移动进行导向。滑轨可以为梯形或“T”形滑轨，滑块上设有与滑轨相配合的燕尾槽或“T”形滑槽。

在远离x轴电机19的一端的同步带轮上同轴安装有编码器，编码器能够将x轴电机19的转速信号反馈给变频器，从而通过变频器控制x轴电机19的转速，进而控制x轴行走机构3的行走速度，还能够检测x轴电机19转过的角度，从而检测沿x轴方向行走的距离。

在x轴横梁22的两端设有对行走安装架20进行限位的限位块。

如图10所示：z轴行走机构包括z轴立柱23以及带动z轴立柱23升降的升降机构。z轴立柱23滑动安装在行走安装架20上，且z轴立柱23与行走安装架20之间设有z轴导向机构，z轴导向机构能够对z轴立柱23的升降进行导向，从而保证z轴立柱23升降的稳定性。w轴旋转机构6与z轴立柱23的下端固定连接。行走安装架20上还设有重力平衡机构，重力平衡机构用于平衡z轴立柱23以及安装在z轴立柱23上的机构的重力，从而保证z轴立柱23升降的稳定。

重力平衡机构包括平衡气缸27以及z轴链条28，平衡气缸27的下端安装在行走安装架20上，平衡气缸27的轴线与z轴立柱23的轴线平行设置。z轴链条28的下端与z轴立柱23的中部固定连接，上部与平衡气缸27的活塞杆固定连接，从而对z轴立柱23的重力进行平衡，减小了升降机构承受的力，从而使升降机构的行走更加平稳，进而保证了工作的精度。平衡气缸27连接有调压阀，从而使平衡气缸27内的气压维持平衡，对z轴立柱23的重量进行平衡，而且能够避免断电时z轴立柱23掉落，使用安全。

平衡气缸27的上方安装有重力平衡张紧机构。重力平衡张紧机构包括z轴同步带张紧轮25，z轴同步带张紧轮25转动安装在平衡气缸27的活塞杆上，并随平衡气缸27的活塞杆同步升降，z轴链条28的上端绕过z轴同步带张紧轮25后与平衡气缸27的活塞杆固定连接。z轴同步带张紧轮25的下方设有调节z轴同步带张紧轮25高度的螺栓，螺栓通过z轴同步带张紧轮25的轴向上推动z轴同步带张紧轮25，并将z轴链条28张紧。

平衡气缸27和z轴立柱23之间设有用于导向的平衡导向机构。平衡导向机构包括导向轴24和导向套26，导向轴24的下端与平衡气缸27的活塞杆的上端固定连接，并随平衡气缸27的活塞杆同步升降，且导向轴24与平衡气缸27的轴线平行。导向套26与z轴立柱23固定连接，导向套26滑动套设在导向轴24外侧。导向套26对导向轴24的运动进行导向，从而保证平衡气缸27的活塞杆竖直升降，避免由于z轴立柱23在升降时发生倾斜，对平衡气缸27造成损坏。

平衡导向机构有两个，对称设置在平衡气缸27的两侧，从而更好地对平衡气缸27进行保护。

升降机构包括z轴链条以及z轴动力单元。z轴链条的上端固定在z轴立柱23的顶端，z轴链条的下端固定在z轴立柱23的底端。z轴动力单元通过z轴链轮30与z轴链条相连，并带动z轴立柱23升降。

z轴导向机构有三个，z轴导向机构分别设置在z轴立柱23相对的两侧，z轴立柱23安装z轴链条的一侧设有一个导向机构，与安装z轴链条的一侧相对的一侧安装有两个z轴导向机构，能够很好地对z轴立柱23带来的载荷进行分配，从而保证z轴立柱23运行平稳。

z轴导向机构包括设置在z轴立柱23上的滑轨以及行走安装架20上的滑块，滑块和滑轨相配合，从而对z轴立柱23的移动进行导向。

z轴立柱23的上下两端均设有限位块，从而对z轴立柱23的升降进行限位。

如图11~12所示：z轴动力单元为z轴电机29，z轴电机29通过z轴链轮30带动z轴立柱23升降。z轴电机29固定在行走安装架20上，z轴链轮30与z轴电机29的输出轴相连，z轴链轮30与z轴链条相配合，从而实现z轴立柱23的升降。z轴链条有三排。行走安装架20靠近z轴立柱23的一侧为由钢板通过螺栓固定连接而成的上下两端开口的长方体箱体，z轴立柱23设置在行走安装架20一侧内。z轴链轮30安装在行走安装架20内。行走安装架20的上侧开设有通孔，且行走安装架20上侧还通过螺栓安装有与该通孔同轴的法兰盘，z轴电机29的输出轴穿过法兰盘和通孔后与z轴链轮30相连，并通过螺栓固定在法兰盘上，既方便了z轴电机29的拆卸维护，又避免了各个机构之间相互妨碍。

z轴链轮30有竖向设置的三个，z轴电机29的输出轴与中部的z轴链轮30同轴连接，并带动中部z轴链轮30转动。上侧和下侧的z轴链轮30分别设置在z轴链条远离z轴立柱23的一侧，中部的z轴链轮30设置在z轴链条和z轴立柱23之间，上侧和下侧的z轴链轮30的轴线与z轴立柱23之间的距离相等，且小于中部的z轴链轮30的轴线与z轴立柱23的距离，增大了z轴链轮30与z轴链条之间的包角，从而提高了z轴链轮30与z轴链条之间的啮合强度，从而保证了使z轴链轮30能够通过z轴链条带动z轴立柱23升降。在中部的z轴链轮30上同轴安装有编码器，编码器能够检测z轴电机29的转速和转过的角度，从而检测z轴立柱23升降的速度和距离。

如图13所示：w轴旋转机构6包括w轴立柱39、转动安装在w轴立柱39上的转动单元以及w轴动力单元，w轴动力单元与w轴立柱39固定连接，w轴动力单元与转动单元相连，并带动转动单元转动，转动单元与w轴立柱39同轴设置；还包括用于对转动单元转过的角度进行测量和限位的检测单元。本w轴旋转机构6能够输出形式的动力为绕w轴立柱39的转动，增加了抓取机构7绕z轴转动的运动形式，增加了抓取机构7的灵活性，在对瓷砖进行转运或码垛时可以带动抓取的瓷砖转动，从而改变了瓷砖的姿态，可以根据需要进行码垛，适应范围广；检测单元能够检测转动单元转过的角度，从而保证了抓取机构7的精确度。

w轴动力单元为w轴电机31，w轴电机31安装在旋转安装架35上。旋转安装架35设置在w轴立柱39的下部，并与w轴立柱39固定连接。转动单元设置在旋转安装架35的下方。

w轴立柱39的上端设有在竖直方向进行缓冲的缓冲机构。由于w轴旋转机构6的下方安装抓取机构7，工作过程中，在抓取机构碰触到抓取的瓷砖时，缓冲机构能够允许w轴立柱39在竖直方向上进行微小的位移，一方面能够避免在抓取机构7与待抓取的瓷砖接触时对w轴旋转机构6造成损坏，另一方面能够使抓取机构7能够感应待抓取的瓷砖，从而提高了抓取机构7抓取的稳定性。

缓冲机构包括缓冲套37以及轴向限位机构，缓冲套37滑动套设在w轴立柱39的上端，轴向限位机构与缓冲套37卡固，从而对w轴立柱39的轴向运动进行限位。w轴旋转机构6的缓冲套37与z轴立柱23的下端固定连接。

缓冲套37和旋转安装架35之间设有周向限位机构，周向限位机构能够防止w轴立柱39和缓冲套37发生相对转动，从而提高了w轴旋转机构6的工作的精度，避免在工作时发生转动方向上的误差。

周向限位机构包括周向限位杆以及限位轴承，周向限位杆的横截面为长方形，周向限位杆的下端安装在旋转安装架35上，且周向限位杆竖直设置。限位轴承对称设置在周向限位杆的两侧，限位轴承通过螺栓固定在缓冲套37外侧。周向限位杆随w轴立柱39同步升降，限位轴承对周向限位杆进行限位，从而避免了w轴立柱39与缓冲套37发生相对转动。

w轴立柱39的一侧设有用于检测缓冲套37位置的缓冲检测光电开关33，缓冲检测光电开关33安装在光电开关安装板32上，光电开关安装板32的下端安装在旋转安装架35上，且光电开关安装板32竖直设置。缓冲检测光电开关33有两个，两个缓冲检测光电开关33竖向间隔设置。在w轴立柱39与缓冲套37发生轴向的相对移动时，上方的缓冲检测光电开关33检测到缓冲套37时，即表示抓取机构7接触到待抓取的物品，安装在w轴旋转机构6下方的抓取机构7停止竖直方向的运动。下方的缓冲检测光电开关33对w轴立柱39的运动进行限位保护，从而避免w轴立柱39运动的距离较大，从而对设备造成损坏。

检测单元包括旋转检测光电开关34，用于检测与转动单元相连的抓取机构7转过的角度，并对抓取机构7的转动进行限位。旋转检测光电开关34有两个，两个旋转检测光电开关34安装在旋转安装架35上，一个旋转检测光电开关34用于检测抓取机构7转过的角度，从而对抓取机构7的转动角度进行精确控制，另一个检测开关用于对抓取机构7的转动进行限位，从而避免抓取机构7的转动角度超出设定的转动角度范围。

如图14所示：轴向限位机构包括限位套38以及限位挡板36。限位挡板36为圆环状板，限位挡板36套设在缓冲套37上方的w轴立柱39外，且限位挡板36与缓冲套37固定连接。缓冲套37下部的内径小于上部的内径，从而形成限位台。限位套38的下部的外径小于上部的外径，限位套38套设在缓冲套37内的w轴立柱39上，限位套38与w轴立柱39固定连接并与w轴立柱39同步升降。w轴立柱39的外径小于缓冲套37的内径，限位套38下部伸进缓冲套37的下部，限位套38的长度小于缓冲套37的长度，限位台与限位挡板36相配合，对限位套38进行轴向的卡固，从而对w轴立柱39进行轴向的限位。

在限位挡板36上方的w轴立柱39上设有固定螺母，固定螺母与缓冲套37的限位台相配合，对w轴立柱39以及安装在w轴立柱39的旋转安装架35的重力进行抵消，从而使w轴立柱39安装在缓冲套37上。w轴旋转机构6通过缓冲套37与机械手的行走机构相连。

旋转安装架35上设有用于安装在w轴立柱39上的安装孔，且安装孔的内径大于w轴立柱39的外径。旋转安装架35下方的w轴立柱39上套设有承载套40，承载套40上部的直径小于下部的直径，承载套40的上部伸进安装孔内，旋转安装架35的下部支撑在承载套40的外侧的凸台上。w轴立柱39的下端通过固定螺母固定有推力轴承，承载套40的下部支撑在推力轴承上，旋转安装架35上部的w轴立柱39上设有螺母，并将旋转安装架35压紧在推力轴承上，完成旋转安装架35的固定安装。承载套40上部的外径小于安装孔下部的内径，且承载套40与安装孔之间设有滚动轴承，使承载套40与旋转安装架35可相对转动。

转动单元为输出链轮，输出链轮与w轴立柱39同轴设置，输出链轮的内径大于w轴立柱39的外径，且输出链轮的上部与承载套40固定连接。旋转安装架35上还安装有主动链轮，主动链轮通过w轴链条41与输出链轮相连，并带动输出链轮转动。输出链轮下部与抓取机构主体45的中部固定连接，并带动抓取机构7同步转动。

w轴电机31的输出轴水平设置，w轴电机31的输出轴通过相啮合的锥齿轮带动主动链轮转动。在主动链轮上方安装有编码器，编码器与主动链轮同步转动，编码器检测主动链轮的速度信号，并将速度信号反馈给变频器，能够实现对w轴电机31的输出转速进行调节，从而完成对输出链轮转速的调节，编码器还能检测主动链轮转过的角度。

如图1~2所示：在抓取机构主体45上还安装有栈板抓取机构，栈板抓取机构和瓷砖抓取机构共同组成该机械手的抓取机构7。

栈板抓取机构包括手指动力单元以及栈板抓取手指47，手指动力单元安装在抓取机构主体45内，栈板抓取手指47有多个，且对称设置在栈板抓取机构45两侧，手指动力单元与栈板抓取手指47相连，并带动抓取机构主体45两侧的栈板抓取手指47同步夹紧或伸开。本栈板抓取机构的手指动力单元带动栈板抓取手指47抓取用于放置瓷砖的栈板，而且能够独立的完成抓取工作，安装在机械手上以后不会对机械手的其他机构的工作产生影响，栈板抓取手指47同步夹紧或伸开，工作的同步性好，从而使对栈板的抓取牢固，安全性能高。

栈板抓取手指47为V形，且栈板抓取手指47的一端与手指动力单元相连，另一端设有用于对抓取的栈板进行阻挡的挡板，避免在抓取过程中栈板滑落，从而造成危险。栈板抓取手指47有四个，分别设置在抓取机构主体45的四个角上。栈板抓取手指47安装在手指安装板43上，手指安装板43与手指动力单元固定连接。

抓取机构主体45为长方体壳体，抓取机构主体45上设有栈板夹紧导向板42，栈板夹紧导向板42与栈板抓取手指47一一对应，栈板夹紧导向板42固定在抓取机构主体45的侧面上。栈板夹紧导向板42的自由端为由下至上逐渐内凹弧形。栈板抓取手指47铰接在手指安装板43上，且栈板抓取手指47与手指安装板43之间设有扭簧，从而使栈板抓取手指47在脱离栈板夹紧导向板42时处于张开状态。栈板抓取手指47上转动安装有手指导向轴承46，手指导向轴承46设置在铰接点与栈板夹紧导向板42之间。手指动力单元推动栈板抓取手指47分别向左右两侧运动，从而使栈板抓取手指47脱离栈板夹紧导向板42，栈板抓取手指47在扭簧和栈板抓取手指47重力的作用下处于张开状态；手指动力单元带动栈板抓取手指47由两侧向中间运动，使手指导向轴承46进入栈板夹紧导向板42的自由端，栈板夹紧导向板42对栈板抓取手指47进行导向，从而完成对栈板的抓取夹紧。

本抓取机构7既能够完成对栈板的抓取，又能够实现对瓷砖的抓取，自动化程度高，而且栈板放置的精度高，在码垛时不会使瓷砖倾斜，使用方便。

如图3所示：手指动力单元与手指安装板43之间设有栈板传动机构。手指动力单元为栈板抓取气缸51，栈板抓取气缸51有一个，且安装在抓取机构主体45的中部，栈板抓取气缸51的活塞杆与栈板传动机构相连，手指安装板43与栈板传动机构相连。

栈板传动机构包括栈板抓取齿轮55以及栈板抓取齿条56。栈板抓取齿轮55转动安装在抓取机构主体45内，且栈板抓取齿轮55的轴线竖直设置。栈板抓取齿条56有两个，对称设置在栈板抓取齿轮55的两侧，且两个栈板抓取齿条56的一端伸出抓取机构主体45并与手指安装板43固定连接。栈板抓取气缸51与一个栈板抓取齿条56固定连接，并推动该栈板抓取齿条56轴向移动，该栈板抓取齿条56通过栈板抓取齿轮55带动另一个栈板抓取齿条56向相反的方向运动，从而两侧栈板抓取手指47的同步开合。

栈板抓取齿条56的外侧设有将栈板抓取手指56压紧在栈板抓取齿轮55上的轴承，轴承通过螺栓安装在抓取机构主体45上。

瓷砖感应器54设置在栈板抓取齿轮55下方，瓷砖感应器54还能够检测栈板抓取手指47是否抓取有栈板。

该机械手的工作过程如下：首先行走机构带动抓取机构7抓取栈板，并将栈板放置在指定位置。然后行走机构再带动抓取机构7抓起瓷砖，并将瓷砖依次放置在栈板上，从而对瓷砖进行码垛。该机械手相比与传统的机械手增加了自由度，使该机械手的抓取机构能够绕z轴旋转，从而使本机械手的码垛方式多样，码垛的方式可以根据用户需求进行设定。

由于y轴行走机构2、x轴行走机构3、z轴行走机构4以及w轴旋转机构6均安装有编码器，在抓取机构7靠近瓷砖时，抓取机构7的行走或转动速度较慢，在对瓷砖转运过程中，抓取机构7的速度较快，极大地提高了工作效率，而且不会与瓷砖发生碰撞从而损坏瓷砖。此外，抓取机构7在与生产线配合时，当瓷砖的生产较快时，抓取机构7的运动也较快，当瓷砖生产较慢时，抓取机构7的运动也较慢，既配合了生产线，又避免了抓取机构7运行过快而造成能量浪费的现象。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，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、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (7)

1.一种抓取瓷砖牢固的机械手，其特征在于：包括机架（1）、行走机构、w轴旋转机构（6）、栈板抓取机构以及瓷砖抓取机构，行走机构安装在机架（1）上，并能够分别沿x轴、y轴以及z轴方向移动，w轴旋转机构（6）安装在行走机构上，w轴旋转机构（6）与抓取机构主体（45）相连，栈板抓取机构安装在抓取机构主体（45）上，栈板抓取机构包括手指动力单元以及栈板抓取手指（47），手指动力单元安装在抓取机构主体（45）内，手指动力单元与栈板抓取手指（47）相连，并带动抓取机构主体（45）两侧的栈板抓取手指（47）同步夹紧或伸开，栈板抓取手指（47）安装在手指安装板（43）上，手指安装板（43）与手指动力单元固定连接，抓取机构主体（45）上设有栈板夹紧导向板（42），栈板夹紧导向板（42）与栈板抓取手指（47）一一对应，栈板夹紧导向板（42）的自由端为由下至上逐渐内凹弧形，栈板抓取手指（47）铰接在手指安装板（43）上，且栈板抓取手指（47）与手指安装板（43）之间设有扭簧，手指动力单元推动栈板抓取手指（47）分别向左右两侧运动，栈板夹紧导向板42对栈板抓取手指47进行导向，从而完成对栈板的抓取夹紧；瓷砖抓取机构包括夹板动力单元以及瓷砖夹板（48），夹板动力单元安装在抓取机构主体（45）内，瓷砖夹板（48）设置在抓取机构主体（45）下方，夹板动力单元与瓷砖夹板（48）相连；

夹板动力单元与瓷砖夹板（48）之间设有夹板传动机构，夹板传动机构通过齿轮齿条副带动瓷砖夹板（48）夹紧或松开瓷砖，所述的瓷砖夹板（48）用于夹取瓷砖的一侧设有橡胶，所述的瓷砖夹板（48）有多对，每对的两块瓷砖夹板（48）的下端均向靠近另一瓷砖夹板（48）的方向倾斜，保证在夹取瓷砖时整个瓷砖夹板（48）与瓷砖贴合。

2.根据权利要求1所述的一种抓取瓷砖牢固的机械手，其特征在于：所述的夹板传动机构包括夹板开合齿轮（52）以及夹板开合齿条（53），夹板开合齿轮（52）转动安装在所述抓取机构主体（45）上，夹板开合齿条（53）有两个，对称设置在夹板开合齿轮（52）两侧，并与夹板开合齿轮（52）啮合，两个夹板开合齿条（53）均与所述瓷砖夹板（48）相连，所述夹板动力单元与一个夹板开合齿条（53）相连，并推动夹板开合齿条（53）轴向移动。

3.根据权利要求2所述的一种抓取瓷砖牢固的机械手，其特征在于：所述的夹板开合齿条（53）的一侧设有用于将夹板开合齿条（53）压紧在所述夹板开合齿轮（52）上的轴承。

4.根据权利要求1所述的一种抓取瓷砖牢固的机械手，其特征在于：所述的抓取机构主体（45）上设有瓷砖抓取限位单元。

5.根据权利要求1所述的一种抓取瓷砖牢固的机械手，其特征在于：所述的抓取机构主体（45）上设有瓷砖感应器（54）。

6.根据权利要求1所述的一种抓取瓷砖牢固的机械手，其特征在于：所述的夹板传动机构与瓷砖夹板（48）之间设有夹板安装板（49），夹板安装板（49）水平设置并与夹板传动机构相连，瓷砖夹板（48）的上端与夹板安装板（49）相连。

7.根据权利要求1所述的一种抓取瓷砖牢固的机械手，其特征在于：所述的夹板动力单元为夹板开合气缸（50）。

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