CN107097245A - 一种适应任意抓手位置的单电机驱动多抓手的机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适应任意抓手位置的单电机驱动多抓手的机构，其安装在XY平面运动机构上，包括有固定架和多个抓手机构，固定架上设置带有编码器的、可对抓手机构旋转位置进行示教的驱动电机，驱动电机输出轴驱动连接有主动带轮，主动带轮通过同步带连接有从动带轮，从动带轮可通过同步带连接下一级的从动带轮，每个从动带轮均驱动连接有连接轴，连接轴通过联接件与抓手机构连接，本发明通过一个驱动电机实现多个抓手机构的旋转，可以大大减少整个机构的体积重量和降低生产的成本，改善设备的物料抓取性能，而且本发明通过同步带传动，可以适应任意距离的抓手机构间的传动连接，具有很高的实用价值。

Description

一种适应任意抓手位置的单电机驱动多抓手的机构

技术领域

本发明涉及机器人抓手技术领域，尤其涉及一种适应任意抓手位置的单电机驱动多抓手的机构。

背景技术

在工业生产中为了代替人手上料的工序，使用大量的XY平面定位机构，而且在定位机构上安装上料单元。而工业现场里上料单元上安装抓手机构是很常见的，而且为了提高抓取物料的效率，多抓手轮流作业的方式也是很常见的。然而物料存在各种复杂的形状和姿态，因此机器人抓手不仅仅对平面位置有严格要求，而且还要求抓手能够进行自由旋转。这不仅要求物料在世界X-Y坐标系里的位置进行控制，还要对物料跟世界坐标系的XY平面的角度进行控制。在现有的技术方案中，采用在同一个载具上安装多个机器人抓手并且每一个抓手都采用一个电机驱动进行旋转来实现，上述方案简称为单电机驱动单抓手机构。单电机驱动单抓手机构，这种机构的特点是通过电机和抓手一对一的控制方式，实现抓手的自由旋转的。抓手的XY平面位置则是通过XY二维运动机构来实现。由于电机和手抓是一一对应的，因此随着抓手数目的增加，电机的数目也在相对应增加。因此现有技术方案的抓手旋转机构体积重量较大，而且成本昂贵，较大的重量和体积不利于整体机构加速度的提高，严重制约了整体机构的性能；另外，面对不同形状的物料而且物料存在不同位置的情况下，不同抓手可能为了对应不同的物料，要求他们必须具备不同的形状，也对应着不同的安装位置，同时为了满足旋转的姿态调整要求，又必须安装至少一个电机进行驱动旋转。于是，申请人研究开发了一种能够适应抓手不同形状和安装位置的并且单电机驱动多抓手旋转的机构。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种适应任意抓手位置的单电机驱动多抓手的机构。

本发明所采用的技术方案主要是：一种适应任意抓手位置的单电机驱动多抓手的机构，其安装在XY平面运动机构上，包括有固定架和多个抓手机构，所述固定架上设置带有编码器的、可对抓手机构旋转位置进行示教的驱动电机，所述驱动电机输出轴驱动连接有主动带轮，所述主动带轮通过同步带连接有从动带轮，所述从动带轮可通过同步带连接下一级的从动带轮，每个从动带轮均驱动连接有连接轴，所述连接轴通过联接件与抓手机构连接。

作为上述技术方案的改进，所述从动带轮为二级带轮，其包括上下分布的上级带轮和下级带轮，所述上级带轮和下级带轮的其中一级通过同步带与上一级的从动带轮或者主动带轮连接、另一级通过同步带与下一级的从动带轮相同的一级连接，下一级的从动带轮的另一级与再下一级的从动带轮的相同一级连接，从而通过主动带轮可带动各个从动带轮同步传动。

作为上述技术方案的进一步改进，所述多个二级带轮的安装高度相同。

进一步，所述固定架包括有固定盘，所述固定盘上设置有多个通孔，所述通孔内安装有轴承，所述连接轴安装于轴承上。

进一步，所述固定盘上还设置有紧贴连接同步带的涨紧轮，所述同步带通过涨紧轮调节压轴力。

进一步，所述同步带为啮合齿同步带。

进一步，所述驱动电机为伺服电机，所述伺服电机输出轴连接有减速器，所述主动齿轮连接减速器。

本发明的有益效果是：

本发明的一种适应任意抓手位置的单电机驱动多抓手的机构，其通过XY平面运动机构实现抓手机构在XY位置上的运动，然后通过一个驱动电机同时驱动多个抓手机构的旋转运动，同时将每个抓手机构的旋转位置通过编码器进行示教，从而将多个抓手机构的旋转功能汇集到同一个驱动电机上，将机械的复杂度转化为电机控制的复杂度来实现，从而降低成本，提高硬件的性能，本发明通过一个驱动电机实现多个抓手机构的旋转，采用一个电机即可实现传统技术中需要多个电机才能完成的功能，可以大大减少整个机构的体积重量和降低生产的成本，改善设备的物料抓取性能，具有很高的实用价值；而且本发明通过同步带传动，很好的解决了大范围的两个抓手机构间的传动问题。并且任意选择不同长度的同步带，就可以适应任意距离的抓手机构间的传动连接，由于每个从动带轮大小相同，当需要增加新的抓手机构时，机构整体增加的体积重量几乎是固定的，非常适合机械机构设计的模块化；由于旋转摩擦力很小，因此同步带负载也很轻，从动带轮的半径可以选择得非常小，对整体机构性能的影响很低；单电机控制多个抓手同步旋转时需要的控制角度的量衡单位是统一的，有利于控制部分的设计。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1的俯视示意图

图3是本发明的立体结构示意图；

图4是固定盘盘体的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

参照图1至图4，本发明的一种适应任意抓手位置的单电机驱动多抓手的机构，其安装在XY平面运动机构上，从而可以通过XY平面运动机构实现其在XY位置上的运动，具体的，本发明包括有固定架和多个抓手机构7，本发明可以通过固定架安装在XY平面运动机构上，也可以是其他安装方式，所述固定架上设置带有编码器的、可对抓手机构7旋转位置进行示教的驱动电机1，所述驱动电机1输出轴驱动连接有主动带轮2，所述主动带轮2通过同步带11连接有从动带轮4，所述从动带轮4可通过同步带11连接下一级的从动带轮4，各级从动带轮4的半径大小均相同，所述从动带轮4驱动连接有连接轴5，所述连接轴5连接有联接件6，联接件6优选为联轴器，连接轴5通过联轴器可以方便的与抓手机构7进行连接。

本发明通过XY平面运动机构实现抓手机构在XY位置上的运动，然后通过一个驱动电机1同时驱动多个抓手机构7的旋转运动，同时将每个抓手机构7的旋转位置通过编码器进行示教，从而将多个抓手机构7的旋转功能汇集到同一个驱动电机1上，将机械的复杂度转化为电机控制的复杂度来实现，从而降低成本，提高硬件的性能，本发明通过一个驱动电机1实现多个抓手机构7的旋转，采用一个电机即可实现传统技术中需要多个电机才能完成的功能，可以大大减少整个机构的体积重量和降低生产的成本，改善设备的物料抓取性能，具有很高的实用价值；而且本发明通过同步带传动，很好的解决了大范围的两个抓手机构7间的传动问题。并且任意选择不同长度的同步带 11，就可以适应任意距离的抓手机构7间的传动连接，由于每个从动带轮4大小相同，当需要增加新的抓手机构7时，机构整体增加的体积重量几乎是固定的，非常适合机械机构设计的模块化；由于旋转摩擦力很小，因此同步带11负载也很轻，从动带轮4的半径可以选择得非常小，对整体机构性能的影响很低；单电机控制多个抓手同步旋转时需要的控制角度的量衡单位是统一的，有利于控制部分的设计。

具体的，所述从动带轮4优选为二级带轮，其包括上下分布的上级带轮41和下级带轮42，所述上级带轮41和下级带轮42的其中一级通过同步带11与上一级的从动带轮4或者主动带轮2连接、另一级通过同步带11与下一级的从动带轮4相同的一级连接，下一级的从动带轮4的另一级与再下一级的从动带轮4的相同一级连接，依次类推，可以根据实际需要选择安装合适数目的从动带轮4，通过上述设置，使得主动带轮2通过同步带11可以带动各个从动带轮4同步传动。本发明中，由于主动带轮2只会与第一级的从动带轮4连接、最后一级的从动带轮4只会与上一级的从动带轮4连接，因此为了减少成本，主动带轮2和最后一级的从动带轮4可以是只有一级带轮的结构。

优选地，为了使得带轮之间的传动更加平稳，所述多个从动带轮 4的安装高度相同，从而使得同步带11的传动更加平稳，保证机构工作的稳定性。

工作时，当驱动电机1带动主动带轮2旋转时，主动带轮2通过同步带11带动从动带轮4的下级带轮42转动，主动带轮2的高度优选与上述的下级带轮42高度相同，从而提高传动的稳定性，然后从动带轮4的上级带轮41通过同步带11带动下一级的从动带轮4的上级带轮41传动，下一级的从动带轮4的下级带轮42通过同步带11 带动再下一级的从动带轮4的下级带轮42传动，以此类推，从而一个驱动电机可以通过上下交错的带传动带动多个从动带轮4的同步转动，从而实现一个驱动电机1驱动多个抓手机构7转动。

本实施例中，抓手机构7优选为气缸驱动的气缸抓手，抓手机构 7设置有四个，即一个驱动电机1同时驱动四个抓手机构7旋转，当驱动电机1旋转时，所有的抓手机构7都会同时旋转。因此，必须通过示教四个不同的电机编码器位置来保证四个抓手机构7运动的角度。由于每一个抓手机构7夹取物料不是同时的，即同一时间只有一个抓手机构7需要完成夹取动作，因此可以通过对驱动电机1分别示教四个不同的旋转角度来实现这个功能。以下为采用本发明进行抓取物料的实施例：

假设抓手机构一取料位置(x11,y11,z11)，下料位置 (x21,y21,z21)，旋转角度Φ1；

抓手机构二取料位置(x21,y21,z21)，下料位置(x22,y22,z22)，旋转角度Φ2；

抓手机构三取料位置(x31,y31,z31)，下料位置(x32,y32,z32)，旋转角度Φ3；

抓手机构四取料位置(x41,y41,z41)，下料位置(x42,y42,z42)，旋转角度Φ4；

本发明的动作流程是：

抓手机构一先通过XY平面运动机构运动到平面位置 (x11,y11,z11)，然后抓手机构一气缸动作，抓取物料，XY平面运动机构运动到(x12,y12,z12),驱动电机旋转到角度Φ1，

抓手机构二先通过XY平面运动机构运动到平面位置 (x21,y21,z21)，然后抓手机构二气缸动作，抓取物料，XY平面运动机构运动到(x22,y22,z22),驱动电机旋转到角度Φ2，

抓手机构三先通过XY平面运动机构运动到平面位置 (x31,y31,z31)，然后抓手机构三气缸动作，抓取物料，XY平面运动机构运动到(x32,y32,z32),驱动电机旋转到角度Φ3，

抓手机构四先通过XY平面运动机构运动到平面位置 (x41,y41,z41)，然后抓手机构四气缸动作，抓取物料，XY平面运动机构运动到(x42,y42,z42),驱动电机旋转到角度Φ4，

完成一次取料动作，进入下一次流程。

具体的，所述固定架包括有固定盘3，所述固定盘3上设置有多个通孔31，所述通孔31内安装有轴承8，所述连接轴5安装于轴承 8上，通过将连接轴5安装在轴承8上，使得连接轴5旋转更加稳定。

上述技术方案中，所述固定盘3上还设置有紧贴连接同步带11 的涨紧轮10，从而可以通过调节涨紧轮10的位置而调节同步带11 的压轴力，可以根据实际的情况将涨紧轮10设置为内涨紧轮或是外涨紧轮，同时固定盘3上还设置有多个用于安装涨紧轮10的穿孔32。

本发明中，所述同步带11优选为啮合齿同步带，其可以实现大范围位置的传动，同时具有较高的传动精度，当然也可以选择其他类型的传送带，比如V型带等。

本发明中，所述驱动电机1优选为伺服电机，伺服电机自带有编码器，可以实现示教功能，所述伺服电机输出轴连接有减速器9，所述主动齿轮2连接减速器9，通过减速器9可以调节驱动电机1输出的转速，以适应不同的转速要求。

本发明具有以下优点：

1、本发明采用的啮合齿同步带进行抓手机构7的旋转传动，很好的解决了大范围的多个抓手机构7间的传动问题。并且任意选择不同长度的同步带11，就可以适应任意距离的抓手机构7间的传动连接。

2、本发明采用等半径同材质的从动带轮4进行新抓手机构7扩展，因此新增加一个新抓手机构7，整体机构增加的体积重量几乎是固定的，非常适合机械机构设计的模块化；由于旋转摩擦力很小，因此同步带负载也很轻，从动带轮4的半径可以选择得非常小，对整体机构性能的影响很低；单电机控制多个抓手同步旋转时需要的控制角度的量衡单位是统一的，有利于控制部分的设计。

3、本发明采用等半径二级带轮方式进行同步带平行连接，这种传动方式能够无穷扩展抓手机构7的数目。

4、本发明每扩展一个新抓手机构7时，整体机构新增加的重量和体积较小而且是固定的，也不受抓手机构7固定安装位置的影响。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，只要以基本相同手段实现本发明目的的技术方案都属于本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种适应任意抓手位置的单电机驱动多抓手的机构，其安装在XY平面运动机构上，其特征在于：包括有固定架和多个抓手机构，所述固定架上设置带有编码器的、可对抓手机构旋转位置进行示教的驱动电机，所述驱动电机输出轴驱动连接有主动带轮，所述主动带轮通过同步带连接有从动带轮，所述从动带轮可通过同步带连接下一级的从动带轮，每个从动带轮均驱动连接有连接轴，所述连接轴通过联接件与抓手机构连接。

2.根据权利要求1所述的一种适应任意抓手位置的单电机驱动多抓手的机构，其特征在于：所述从动带轮为二级带轮，其包括上下分布的上级带轮和下级带轮，所述上级带轮和下级带轮的其中一级通过同步带与上一级的从动带轮或者主动带轮连接、另一级通过同步带与下一级的从动带轮相同的一级连接，下一级的从动带轮的另一级与再下一级的从动带轮的相同一级连接，从而通过主动带轮可带动各个从动带轮同步传动。

3.根据权利要求2所述的一种适应任意抓手位置的单电机驱动多抓手的机构，其特征在于：所述多个二级带轮的安装高度相同。

4.根据权利要求1至3任一所述的一种适应任意抓手位置的单电机驱动多抓手的机构，其特征在于：所述固定架包括有固定盘，所述固定盘上设置有多个通孔，所述通孔内安装有轴承，所述连接轴安装于轴承上。

5.根据权利要求4所述的一种适应任意抓手位置的单电机驱动多抓手的机构，其特征在于：所述固定盘上还设置有紧贴连接同步带的涨紧轮，所述同步带通过涨紧轮调节压轴力。

6.根据权利要求1所述的一种适应任意抓手位置的单电机驱动多抓手的机构，其特征在于：所述同步带为啮合齿同步带。

7.根据权利要求1所述的一种适应任意抓手位置的单电机驱动多抓手的机构，其特征在于：所述驱动电机为伺服电机，所述伺服电机输出轴连接有减速器，所述主动带轮连接减速器。