CN106903716A - 曲线伸缩式机械手 - Google Patents

Abstract

本发明涉及机械手。一种曲线伸缩式机械手，包括若干节依次连接在一起的手臂，手臂包括中轴，中轴的一端转动连接有内第一杆和外第一杆、另一端转动连接有内第二杆和外第二杆；相邻两节手臂，一节手臂的内第一杆同另一节手臂的外第一杆球面铰接在一起、一节手臂的内第二杆同另一节手臂的外第二杆球面铰接在一起、一节手臂的外第一杆同另一节手臂的内第一杆球面铰接在一起、一节手臂的外第二杆同另一节手臂的内第二杆球面铰接在一起，内第一杆的两个铰接点之间的距离小于内第二杆的两个铰接点之间的距离。本发明具有只需要一个驱动结构即能够驱动各节手臂进行伸缩的优点，解决了现有的多节结构的机械手的各节手臂之间不能够通用驱动结构的问题。

Description

曲线伸缩式机械手

技术领域

本发明涉及机械手，尤其涉及一种曲线伸缩式机械手。

背景技术

进行自动化生产时，为了实现物体的转移都会用到机械手。机械手进行物体的转移时只有有两种方式：一种为多轴轴单节手臂的结构形式，通过驱动手臂的转动和/或平移来完成物体的转移，该方式需要的动作空间较大，防止周边物体会干涉机械手的运动；另一种为多节手臂的结构形式，比如挖机的安装挖斗的挖臂。现有的多节手臂的机械手存在以下不足：相邻的各节手臂之间为独立地设计驱动机构比如油缸进行驱动，为了引人油给油缸需要铺设油路，因此驱动结构多且后节手臂的驱动机构构成了前节手臂的负载，各节手臂进行驱动时控制麻烦；各节手臂不能够紧凑地折叠在一起。

发明内容

本发明提供了一种只需要一个驱动结构即能够驱动各节手臂进行伸缩的曲线伸缩式机械手，解决了现有的多节结构的机械手的各节手臂之间不能够通用驱动结构的问题。

以上技术问题是通过下列技术方案解决的：一种曲线伸缩式机械手，包括若干节依次连接在一起的手臂，所述手臂包括中轴，所述中轴的一端转动连接有内第一杆和外第一杆、另一端转动连接有内第二杆和外第二杆；相邻两节手臂，一节手臂的内第一杆同另一节手臂的外第一杆球面铰接在一起、一节手臂的内第二杆同另一节手臂的外第二杆球面铰接在一起、一节手臂的外第一杆同另一节手臂的内第一杆球面铰接在一起、一节手臂的外第二杆同另一节手臂的内第二杆球面铰接在一起，所述内第一杆的两个铰接点之间的距离小于所述内第二杆的两个铰接点之间的距离。使用时，使最后一节手臂同被驱动的物体连接在一起，通过驱动机构驱动第一手臂的内第二杆与外第二杆的不同其它手臂连接的一端合拢和/或驱动第一手臂的内第一杆与外第一杆的不同其它手臂连接的一端合拢，即能够使得各节手臂以朝向内第一杆所在侧弯曲的方式分开而实现伸长，从而实现物体的输送。反之驱动第一手臂的内第二杆与外第二杆的不同其它手臂连接的一端分开和/或驱动第一手臂的内第一杆与外第一杆的不同其它手臂连接的一端分开，即能够使得各节手臂以内第一杆层叠在一起、内第二杆层叠在一起、外第一杆层叠在一起和外第二杆层叠在一起的方式收拢在一起而实现收缩。

作为优选，所述手臂还包括位于所述中轴一端的两个第一限位块和位于主轴另一端的两个第二限位块，所述内第一杆和外第一杆位于所述两个第一限位块之间，所述内第二杆和外第二杆位于所述两个第二限位块之间。能够有效第一杆和第二杆沿中轴的轴向产生移位而卡死。

作为优选，所述中轴的一端还设有第一隔离块、另一端设有第二隔离块，所述第一隔离块位于所述内第一杆和外第一杆之间，所述第二隔离块位于所述内第二杆和外第二杆之间。能够降低内第一杆和外第一杆以中轴为轴转动时的阻力，降低内第二杆和外第二杆以中轴为轴转动时的阻力。

作为优选，所述外第一杆的两端都球面铰接有连接头，所述连接头设有螺纹头，所述外第一杆的两端通过所述连接头同相邻的手臂的内第一杆的螺纹孔螺纹连接在一起，所述内第一杆的螺纹孔的轴线同内第一杆所在的中轴的轴线平行，所述外第二杆的两端都球面铰接有连接头，所述连接头设有螺纹头，所述外第二杆的两端通过所述连接头同相邻的手臂的内第二杆的螺纹孔螺纹连接在二起，所述内第二杆的螺纹孔的轴线同内第二杆所在的中轴的轴线平行。能够使得各节手臂更为紧凑地收拢。

本发明还包括两个连接座总成，所述连接座总成包括固定座、设置在固定座上的滑轨和滑动连接在滑轨上的活动座；所述两个连接座总成中的一个连接座总成的固定座同所述手臂中的第一节手臂的内第一杆和内第二杆连接在一起、活动座同所述手臂中的第一节手臂的外第一杆和外第二杆连接在一起，所述两个连接座总成中的另一个连接座总成的固定座同所述手臂中的最后一节手臂的内第一杆和内第二杆连接在一起、活动座同所述手臂中的最后一节手臂的外第一杆和外第二杆连接在一起。使用时本发明通过一个连接座总成的固定座进行固定、本输送的物体通过另一个连接座总成的固定住进行固定。

作为优选，所述两个连接座总成中的一个连接座总成设有驱动所述活动座在所述滑轨上滑动的驱动机构。

作为优选，所述驱动机构为气缸。

作为另一优选，所述驱动机构包括过载位设定弹簧、过载位检测开关、控制单元、驱动电机和螺纹连接在所述活动座的沿滑轨延伸方向延伸的丝杆，所述丝杆上设有从动斜齿轮，所述驱动电机的动力输出轴上轴向可滑动地套设有主动斜齿轮，所述从动斜齿轮同主动斜齿轮啮合在一起，所述主动斜齿轮的两端通过所述过载位设定弹簧支撑在所述驱动电机的动力输出轴上，当丝杆所驱动的载荷达到设定上限值时主动斜齿轮所处的位置为过载位；所述过载位检测开关检测主动斜齿轮是否位于过载位；所述第一控制单元用于当过载位检测开关检测到主动斜齿轮位于过载位时使驱动电机停止；所述主动斜齿轮位于所述过载位时、主动斜齿轮和从动斜齿轮啮合在一起。使用时，通过驱动电机驱动丝杆转动，丝杆转动时驱动活动座在滑轨上平移，从而实现手臂的收缩。该驱动机构过载后能够自动停止，即实现了过载保护。“所述主动斜齿轮位于所述过载位时、主动斜齿轮和从动斜齿轮啮合在一起”，能够产生运行时的平稳性好的有益效果，过载位时如果脱开，则脱开与合上的过程中会产生较大的抖动，容易导致齿轮损坏且噪音大。

本发明还包括给所述滑轨添加润滑油的加油嘴，所述加油嘴包括柱形结构的加油嘴本体，所述加油嘴本体内设有流道，所述流道内设有过滤板，所述过滤板设有若干过孔，所述过滤板朝向流道的进口端的一侧设有锥形凹坑、另一侧设有清污电机，所述过孔设置在所述锥形凹坑内，所述清污电机的转轴伸入到所述锥形凹坑内且连接有若干毛刷固定杆，所述毛刷固定杆设有若干可伸入到所述过孔内的弹性刷毛。使用时使加油嘴的流道进口端同输油装置连接在一起，来实现对滑轨的润滑。本加油嘴输油过滤板，能够防止润滑油中的固体杂物输送到滑轨上而影响润滑效果。设置凹坑，能够对拦截的载物进行收集。设置电机驱动毛刷灯机构，能够起到疏通过孔而防止堵塞的作用。

作为优选，所述过孔沿毛刷固定杆转动方向的前方设有泄污杆，所述泄污杆同所述锥形凹坑的壁之间形成拉环，所述弹性刷毛的末端设有钩头，所述弹性刷毛经过所述泄污杆时所述钩头可以钩到所述拉环。钩头的设置，使得过孔内的污物能够更好地被钩出。设置拉环，起到将钩头勾出的污水在刷毛进入下一个过孔前清理下的作用。清理效果好。

本发明具有下述优点：设置多节手臂时，只需要一个驱动机构驱动首节手臂动作即能够实现对其他手臂的驱动；从而能够降低驱动机构的数量使得结构更为简洁；能够紧凑地将各节手臂合拢在一起。

附图说明

图1为实施例一的处于伸长状态时的示意图。

图2为实施例二的连接座总成意图。

图3为加油嘴的剖视放大示意图。

图4为过滤板的俯视示意图。

图5为图3的A处的局部放大示意图。

图6为实施例三中的丝杆和驱动电机的连接关系示意图。

图中：连接座总成1、首段连接座总成1-1、末段连接座总成1-2、固定座11、滑轨12、活动座13、手臂2、首节手臂2-1、中间节手臂2-2、末节手臂2-3、中轴21、内第一杆22、外第一杆23、内第二杆24、外第二杆25、第一限位块26、第一隔离块27、第二限位块28、第二隔离块29、驱动机构3、轴承座31、丝杆32、从动斜齿轮322、驱动电机33、驱动电机的动力输出轴331、主动斜齿轮332、棱柱段333、控制单元37、过载位检测开关38、过载位设定弹簧39、调节块391、连接头4、螺纹头41、螺纹孔42、加油嘴9、加油嘴本体91、流道911、流道的进口端912、流道的出口端913、过滤板92、锥形凹坑921、过孔922、泄污杆924、拉环925、清污电机94、毛刷固定杆944、弹性刷毛945、清污电机的动力输出轴946、钩头947、内第一杆的两个铰接点之间的距离L1、内第二杆的两个铰接点L2。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步的说明。

实施例一，参见图1，一种曲线伸缩式机械手，包括连接座总成1和手臂2。

连接座总成1有两个。两个连接座总成1分别为首段连接座总成1-1和末段连接座总成1-2。首段连接座总成1-1和末段连接座总成1-2都包括固定座11、设置在固定座上的滑轨12和滑动连接在滑轨上的活动座13。首段连接座总成1-1还包括驱动活动座在滑轨上滑动的驱动机构（图中没有画出驱动机构），驱动机构为气缸。

手臂2有3节。3节手臂2分别为首节手臂2-1、中间节手臂2-2和末节手臂2-3。手臂2包括中轴21内第一杆22、外第一杆23、内第二杆24、外第二杆25、第一限位块26、第一隔离块27、第二限位块28和第二隔离块29。内第一杆22和外第一杆23转动连接在中轴21的一端。第一限位块26和第一隔离块27连接在中轴21的一端。第一限位块26有两个。内第一杆22和外第一杆23位于两个第一限位块26之间而被定位。第一隔离块27位于内第一杆22和外第一杆23之间而阻止内第一杆22和外第一杆23抵接在一起。内第二杆24和外第二杆25转动连接在中轴21的另一端。第二限位块28和第二隔离块29连接在中轴21的另一端。第二限位块28有两个。内第二杆24和外第二杆25位于两个第二限位块28之间而被定位。第二隔离块29位于内第二杆24和外第二杆25之间而阻止内第二杆24和外第二杆25抵接在一起。外第二杆25、内第二杆24、内第一杆22和外第一杆23沿中轴的轴向依次分布。外第一杆24和外第二杆25的两端都球面铰接有连接头4。连接头4设有螺纹头41。

相邻两节手臂之间的连接方式相同，现就首节手臂和中间手臂的具体连接方式说明为：首节手臂2-1的内第一杆22同中间节手臂2-2手臂的外第一杆23的连接头的螺纹头41连接在一起而实现球面铰接、首节手臂2-1的内第二杆24同中间节手臂2-2的外第二杆25的连接头的螺纹头41螺纹连接在一起而实现球面铰接、首节手臂2-1的外第一杆23的连接头的螺纹头41同中间节手臂2-2的内第一杆22螺纹连接在一起而实现球面铰接、首节手臂2-1的外第二杆25的连接头的螺纹头41同中间节手臂2-2的内第二杆24螺纹连接在一起而实现球面铰接在一起。连接好后，同一节手臂的内第二杆的螺纹孔42（也即相邻的螺纹头的轴线）的轴线同中轴21的轴线平行。所有的手臂的中轴相互平行。

内第一杆的两个铰接点之间的距离L1小于内第二杆的两个铰接点L2之间的距离。

末段连接座总成1-2同末节手臂2-3的不同其他手臂连接的一端连接在一起。具体为：末节手臂2-3的内第一杆和内第二杆同活动座13固接在一起、外第一杆和外第二杆的连接头的螺纹头同固定座11固定在一起。滑杆12的延伸方向同中轴的延伸方向垂直。

首节手臂2-1同首段连接座总成1-1连接在一起，连接方式同末段连接座总成1-2同末节手臂2-3的连接方式相同。

使用时，通过首段连接座总成1-1的固定座11实现本发明的固定、被输送的物体固定在末段连接座总成1-2的固定座11上，然后通过驱动机构即气缸驱动活动座13在滑轨12上滑动而实现：首节手臂2-1的内第一杆22和外第一杆23以中轴为轴转动而进行分合、内第二杆24和外第二杆25以中轴为轴转动而进行分合，如果为合拢则使得各节手臂2分开而伸长的同时朝向内第一杆所在侧进行倾斜弯曲，实现将物体送出去；如果为合拢则使得各节手臂合拢，完成合拢后所有的手臂的内第一杆22叠接在一起、外第一杆23叠接在一起、内第二杆24叠接在一起、外第二杆25叠接在一起。

实施例二，同实施例一的不同之处为：

参见图2，设置在首段连接座总成1上的驱动机构3包括丝杆32和驱动电机33。丝杆32的一端螺纹穿设在活动座13上、另一端同驱动电机的动力输出轴331通过连接器固定在一起。固定座11上还设有支撑住丝杆32的轴承座31。连接座总成1上还设有朝向滑杆12注油的加油嘴9。使用时通过驱动电机33驱动丝杆32转动，丝杆32驱动活动座13在滑轨12上滑动。

参见图3，加油嘴9包括加油嘴本体91和过滤板92。加油嘴本体91为沿上下方向延伸的柱形结构。加油嘴本体91内设有流道911。流道911沿加油嘴本体91从加油嘴本体91的上端面贯通到下端面。流道的进口端912位于加油嘴本体91的上端面上、流道的出口端913位于加油嘴本体91的下端面上。过滤板92设置在流道911内。过滤板92同流道911固接在一起。过滤板92朝向进口端的一端即图中上端设有锥形凹坑921。锥形凹坑921内设有若干沿锥形凹坑921周向分布的过孔922。过孔922将流道911位于过滤板两侧的部分连通。过滤板92朝向流道出口端的一端设有清污电机94。清污电机的动力输出轴946穿到锥形凹坑921内。清污电机的动力输出轴上连接有若干毛刷固定杆944。毛刷固定杆944设有若干可伸入到过孔922内的弹性刷毛945。过孔922沿锥形凹坑的周向的一端设有泄污杆924。

参见图4，使用时，毛刷固定杆944安装顺时针方向转动。泄污杆924位于过孔922沿毛刷固定杆转动方向的前方。弹性刷毛945的末端设有钩头947。弹性刷毛945经过过孔922时能够伸入到过孔922内。

参见图5，泄污杆924同锥形凹坑921的壁之间形成拉环925。弹性刷毛945经过泄污杆924时其上的钩头能够钩到拉环925。

参见图4和图5，使用时清污电机94驱动毛刷固定杆944转动，弹性刷毛945伸入到过孔922时将堵塞在过孔内的污染钩出，钩头经过泄污杆924时钩住拉环925，泄污杆924使得钩头产生弹性伸直而将钩头上的污物取下防止带入下一个过孔中，钩头移开泄污杆924上在弹性作用下重新弯曲形成钩头。

实施例三，同实施例二的不同之处为：

参见图6，驱动机构还设有控制单元37和过载位检测开关38。丝杆32上设有从动斜齿轮322和挡在从动斜齿轮322两端的卡簧，以阻挡从动斜齿轮322产生轴向移动。。驱动电机的动力输出轴331上轴向可滑动地套设有主动斜齿轮332。从动斜齿轮322同主动斜齿轮332啮合在一起。驱动电机的动力输出轴331上设有棱柱段333。主动斜齿轮332设有同棱柱段匹配的多边形孔。主动斜齿轮332可轴向移动地套设在驱动电机的动力输出轴331上且通过多边形孔配合棱柱段333进行滑动与转动时传力。主动斜齿轮332的两端各同一根过载位设定弹簧39的一端抵接在一起。过载位设定弹簧39的另一端同调节块391连接在一起。调节块391可沿驱动电机的动力输出轴331轴向可移动地螺纹连接在驱动电机的动力输出轴331上。

过载位检测开关38有两个，分别用于当主动斜齿轮332正向转动到过载位和反向转动到过载位时被检测到而反馈给控制单元37。

本实施例中通过转动调节块391来改变过载位设定弹簧39的初始力大小和收缩量来改变过载位，丝杆32驱动的负载刚好超出设定载荷也即刚好过载时主动斜齿轮332和从动斜齿轮322仍旧是啮合在一起的、也即位于过载位时主动斜齿轮332和从动斜齿轮322仍旧是啮合在一起的。

具体进行过载保护的过程为：驱动电机的动力输出轴331驱动主动斜齿轮332转动，主动斜齿轮332驱动从动斜齿轮322转动，主动斜齿轮332转动时还产生轴向移动而挤压过载位设定弹簧39。主动斜齿轮332轴向移动距离的大小也即过载位设定弹簧39被压缩的量随着负载的增大而增大。当负载增大到设定的最大载荷量也即开始过载时被过载位检测开关38到而反馈给控制单元37。当控制单元37得到过载位检测开关38的过载反馈信息时使驱动电机停止。过载后当驱动主动斜齿轮332以过载时的反向转动时，在过载位设定弹簧39的作用下主动斜齿轮332能够复位。

Claims (10)

1.一种曲线伸缩式机械手，其特征在于，包括若干节依次连接在一起的手臂，所述手臂包括中轴，所述中轴的一端转动连接有内第一杆和外第一杆、另一端转动连接有内第二杆和外第二杆；相邻两节手臂，一节手臂的内第一杆同另一节手臂的外第一杆球面铰接在一起、一节手臂的内第二杆同另一节手臂的外第二杆球面铰接在一起、一节手臂的外第一杆同另一节手臂的内第一杆球面铰接在一起、一节手臂的外第二杆同另一节手臂的内第二杆球面铰接在一起，所述内第一杆的两个铰接点之间的距离小于所述内第二杆的两个铰接点之间的距离。

2.根据权利要求1所述的曲线伸缩式机械手，其特征在于，所述手臂还包括位于所述中轴一端的两个第一限位块和位于主轴另一端的两个第二限位块，所述内第一杆和外第一杆位于所述两个第一限位块之间，所述内第二杆和外第二杆位于所述两个第二限位块之间。

3.根据权利要求2所述的曲线伸缩式机械手，其特征在于，所述中轴的一端还设有第一隔离块、另一端设有第二隔离块，所述第一隔离块位于所述内第一杆和外第一杆之间，所述第二隔离块位于所述内第二杆和外第二杆之间。

4.根据权利要求1或2或3所述的曲线伸缩式机械手，其特征在于，所述外第一杆的两端都球面铰接有连接头，所述连接头设有螺纹头，所述外第一杆的两端通过所述连接头同相邻的手臂的内第一杆的螺纹孔螺纹连接在一起，所述内第一杆的螺纹孔的轴线同内第一杆所在的中轴的轴线平行，所述外第二杆的两端都球面铰接有连接头，所述连接头设有螺纹头，所述外第二杆的两端通过所述连接头同相邻的手臂的内第二杆的螺纹孔螺纹连接在二起，所述内第二杆的螺纹孔的轴线同内第二杆所在的中轴的轴线平行。

5.根据权利要求1或2或3所述的曲线伸缩式机械手，其特征在于，还包括两个连接座总成，所述连接座总成包括固定座、设置在固定座上的滑轨和滑动连接在滑轨上的活动座；所述两个连接座总成中的一个连接座总成的固定座同所述手臂中的第一节手臂的内第一杆和内第二杆连接在一起、活动座同所述手臂中的第一节手臂的外第一杆和外第二杆连接在一起，所述两个连接座总成中的另一个连接座总成的固定座同所述手臂中的最后一节手臂的内第一杆和内第二杆连接在一起、活动座同所述手臂中的最后一节手臂的外第一杆和外第二杆连接在一起。

6.根据权利要求5所述的曲线伸缩式机械手，其特征在于，所述两个连接座总成中的一个连接座总成设有驱动所述活动座在所述滑轨上滑动的驱动机构。

7.根据权利要求6所述的曲线伸缩式机械手，其特征在于，所述驱动机构为气缸。

8.根据权利要求6所述的曲线伸缩式机械手，其特征在于，所述驱动机构包括过载位设定弹簧、过载位检测开关、控制单元、驱动电机和螺纹连接在所述活动座的沿滑轨延伸方向延伸的丝杆，所述丝杆上设有从动斜齿轮，所述驱动电机的动力输出轴上轴向可滑动地套设有主动斜齿轮，所述从动斜齿轮同主动斜齿轮啮合在一起，所述主动斜齿轮的两端通过所述过载位设定弹簧支撑在所述驱动电机的动力输出轴上，当丝杆所驱动的载荷达到设定上限值时主动斜齿轮所处的位置为过载位；所述过载位检测开关检测主动斜齿轮是否位于过载位；所述第一控制单元用于当过载位检测开关检测到主动斜齿轮位于过载位时使驱动电机停止；所述主动斜齿轮位于所述过载位时、主动斜齿轮和从动斜齿轮啮合在一起。

9.根据权利要求5所述的曲线伸缩式机械手，其特征在于，还包括给所述滑轨添加润滑油的加油嘴，所述加油嘴包括柱形结构的加油嘴本体，所述加油嘴本体内设有流道，所述流道内设有过滤板，所述过滤板设有若干过孔，所述过滤板朝向流道的进口端的一侧设有锥形凹坑、另一侧设有清污电机，所述过孔设置在所述锥形凹坑内，所述清污电机的转轴伸入到所述锥形凹坑内且连接有若干毛刷固定杆，所述毛刷固定杆设有若干可伸入到所述过孔内的弹性刷毛。

10.根据权利要求9所述的曲线伸缩式机械手，其特征在于，所述过孔沿毛刷固定杆转动方向的前方设有泄污杆，所述泄污杆同所述锥形凹坑的壁之间形成拉环，所述弹性刷毛的末端设有钩头，所述弹性刷毛经过所述泄污杆时所述钩头可以钩到所述拉环。