CN107414804A - 一种具有空间全覆盖作业能力的机械手 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有空间全覆盖作业能力的机械手，通过大车和小车的配合实现了再平面空间内任意调节机械臂的工作位置的功能，同时通过电动葫芦实现机械臂的上升运动，并带动机械臂实现上升运动，而由于伸缩筒与回转筒之间通过滑动连接，因此通过机械臂自身的重力实现了机械臂的下降运动，从而实现了机械臂在全空间范围内的大范围空间位置调整，同时通过机械臂的多个自由度实现了对工作位置的精确调整；回转筒可以相对于固定筒做平面内的旋转运动则进一步提高了机械臂对复杂环境的适应能力，提高了机械臂工位调节的精确性。
Description
技术领域
本发明涉及工业机器人技术领域，具体涉及一种具有空间全覆盖作业能力的机械手。
背景技术
机械手是一种能够模仿人手的某些动作功能，用以按照固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置，其特点是可以通过编程来完成各种预期的作业；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，它可以替代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、轻工和原子能等部门。但是现有的机械手一般为6个自由度，其肩关节固定在地面或由轨道搭载相对底面移动，运动范围较小，无法实现在大范围空间的全覆盖运动，同时其各个关节均为旋转关节，末端无法自由伸缩，对狭小空间的适应性较差。
公开号为CN105252549A的中国专利于2016年1月20日公开了一种核辐射环境下的吊挂伸缩筒与机械手臂快速拆装系统，主要包括行车架、伸缩筒装置、机械手和拆装装置，行车架为大型立方体框架结构，安装有连接两相对长边并且可以沿相对长边平移的导轨，伸缩筒装置主要包括固定座、伸缩筒、吊装链条、吊装滑轮和滑轮驱动装置，机械手包括上下结构固定的连接部分、盘状挡板与动力部分，连接部分为一机械手臂，拆装装置主要由拆装对接机构和储存卡座组成，拆装对接机构主要包括一对卡设对接块和配重块。
发明内容
针对现有技术中存在的机械手作业空间有限的缺陷，本发明公开了一种具有空间全覆盖作业能力的机械手，本发明大大拓宽了机械手的作业空间，使其应用范围得到了扩大，提高了机械手的适用范围。
本发明通过以下技术方案实现上述目的：
一种具有空间全覆盖作业能力的机械手，包括行车、回转伸缩筒和机械臂，其特征在于：所述行车包括大车和小车；所述大车上设置轨道、运动电机和大车行走轮，所述运动电机与大车行走轮相互连接；所述小车通过小车行走轮安装于轨道上，所述小车上还设置有与小车行走轮相连的运动电机；所述回转伸缩筒包括固定筒、回转筒和伸缩筒，所述固定筒安装于小车上，回转筒通过滚动轴承安装于固定筒内，所述伸缩筒滑动安装于回转筒内；所述固定筒上还设置有电动葫芦和回转电机，所述电动葫芦与伸缩筒相连；所述回转筒上固定安装有回转齿轮，所述回转电机通过回转行星减速器与回转齿轮相连；所述机械臂包括通过机电一体接口依次连接的肩关节、大臂、小臂回转关节、小臂、腕关节，所述腕关节末端通过机械接口连接有末端工具；所述肩关节与伸缩筒末端固定连接。
所述机械臂包括通过机电一体接口依次连接的肩关节、大臂、小臂和腕关节，所述腕关节末端通过机械接口连接有末端工具；所述肩关节与伸缩筒末端固定连接。
所述肩关节、大臂和小臂的一端均设置有固定连接头，另一端设置有旋转连接轴，所述肩关节、大臂和小臂内均设置有旋转电机，旋转连接轴上设置有蜗轮，所述旋转电机输出端设置有行星减速器，所述行星减速器输出端通过蜗杆与涡轮连接。
所述小臂回转关节一端设置有固定连接头，另一端固定安装有滚动轴承，所述滚动轴承内圈固定安装有回转接头；所述小臂回转关节内设置有回转电机，所述回转电机与回转接头之间依次连接有行星减速器、回转齿轮和摆线针轮减速器连接。
所述腕关节包括支撑壳，支撑壳内转动设置有回转体和回转电机，所述回转体通过回转齿轮和行星减速器与回转电机相连；所述回转体内滑动安装有伸缩体，所述回转体内设置有伸缩电机，伸缩电机的输出端设置有行星减速器，所述行星减速器输出端通过传动螺母和传动丝杠与伸缩体相连。
所述回转体通过滚动轴承转动安装于支撑壳内。
所述末端工具包括工具主体，所述工具主体一端设置有连接头，另一端设置有夹钳；所述工具主体上滑动安装有调节螺母，调节螺母与夹钳之间通过连杆连接；所述调节螺母上套置有传动丝杠。
所述回转电机和旋转电机上均设置有电机制动器。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明包括大车和小车，所述小车通过小车行走轮安装于大车上，小车上安装有回转伸缩筒，所述回转伸缩筒底端设置有机械臂；通过大车和小车的配实现了在平面空间内任意调节机械臂的工作位置的功能，其调节位置精确，控制方便；同时通过电动葫芦的拉伸实现伸缩臂的上升运动，并带动机械臂实现上升运动，而由于伸缩筒与回转筒之间通过滑动连接，因此只需保持电动葫芦静止，通过机械臂自身的重力就可以实现机械臂的下降运动，从而实现了机械臂在全空间范围内的工位调整，而回转筒可以相对于固定筒做平面内的旋转运动则进一步提高了机械臂对复杂环境的适应能力，降低了机械臂的调节难度，提高了机械臂工位调节的精确性。
2、本发明的机械臂包括肩关节、大臂、小臂、腕关节和末端工具，使机械臂具有了大臂旋转、小臂旋转、腕关节旋转、腕关节回转、腕关节伸缩和工具驱动等多个自由度，大大提高了机械臂的可调节性，使机械臂能够被精确的调整到作业空间内的任意工作位置，提高了机械臂工作的准确性。
3、本发明的机械臂包括肩关节、大臂、小臂回转关节、小臂、腕关节和末端工具，使机械臂具有了大臂旋转、小臂旋转、小臂回转、腕关节旋转、腕关节回转、腕关节伸缩和工具驱动等多个自由度，大大提高了机械臂的可调节性，使机械臂能够被精确的调整到作业空间内的任意工作位置，提高了机械臂工作的准确性。
4、本发明的肩关节、大臂和小臂内均单独设置有旋转电机，旋转电机通过行星减速器、蜗杆和蜗轮与旋转连接轴相连，一方面提高了对各个运动关节控制的精确性，同时避免了不同关节之间的相互干扰，提高了机械臂运动的可靠性；另一方面通过行星减速器、蜗杆和蜗轮能够有效减小设备的体积，同时提高传动的准确性和平稳性，从而提高机械臂工作位置调节的可靠性。
5、本发明还设置有小臂回转关节，所述小臂回转关节内设置有回转电机和回转接头，所述回转电机通过行星减速器、回转齿轮和摆线针轮减速器，方便调整腕关节及末端工具的工作角度，一方面增加了机械臂的自由度，使操作更加简便、高效，另一方面能够有效避免在狭小作业空间中发生碰撞，提高了设备工作的安全性。
6、本发明的腕关节内设置有回转体，回转体内设置有伸缩体，使腕关节同时具有了伸缩自由度和回转自由度，提高了对末端工具的调节控制能力，机械臂的空间位置调整更加方便、高效，保证末端工具能够调整到作业空间的任意位置。
7、本发明的末端工具通过调节螺母和传动丝杠控制夹钳的开启和闭合，其传动接头得到简化，提高了工具端工作的可靠性。
8、本发明在回转电机上设置有电机制动器，方便及时使电机停止运转，提高了对机械臂运动控制的精确性。
附图说明
图1为本发明实施例1结构示意图；
图2为本发明实施例2结构示意图；
图3为本发明回转伸缩筒传动结构示意图；
图4为本发明肩关节传动结构图；
图5为本发明大臂传动结构图；
图6为本发明小臂回转关节结构示意图；
图7为本发明小臂传动结构图；
图8为本发明腕关节传动结构图；
图9为本发明末端工具结构示意图；
附图标记：1、大车，2、小车，3、轨道，4、运动电机，5、大车行走轮，6、小车行走轮，7、固定筒，8、回转筒，9、伸缩筒，10、滚动轴承，11、电动葫芦，12、回转电机，13、回转齿轮，14、行星减速器，15、肩关节，16、大臂，17、小臂回转关节，18、小臂，19、腕关节，20、末端工具，21、固定连接头，22、旋转连接轴，23、旋转电机，24、蜗轮，25、蜗杆，26、回转连接头，27、摆线针轮减速器，28、支撑壳，29、回转体，30、伸缩体，31、伸缩电机，32、传动螺母，33、传动丝杠，34、工具主体，35、连接头，36、夹钳，37、调节螺母，38、连杆，39、机械接口，40、电机制动器，41、传动轴,42、传动齿轮，43、滑槽。
具体实施例
下面将通过具体实施例对本发明做进一步说明
实施例1
本实施例作为本发明的最佳实施例，其公开了一种具有空间全覆盖作业能力的机械手，其具体结构图如1和图2所示，包括行车、回转伸缩筒和机械臂，所述行车包括大车1和小车2，所述大车1底部设置有大车行走轮5，大车1顶部设置有轨道3和运动电机4，所述运动电机4通过传动轴41与大车行走轮5相连，所述轨道3通过小车行走轮6与小车2连接，所述小车2上也设置有运动电机4，所述小车2底部与回转伸缩筒相连，所述回转伸缩筒包括固定筒7、回转筒8和伸缩筒9，所述固定筒8固定安装于小车2底部，固定筒8内固定安装有滚动轴承10，所述滚动轴承10的内环固定安装有回转筒7；所述回转筒7的一端设置有回转齿轮13，固定筒7内还设置有回转电机12，所述回转电机12通过行星减速器14与回转齿轮13相连；所述回转筒8的另一端通过滑动副连接有伸缩筒9，所述伸缩筒9的底端与设置于固定筒7上的电动葫芦11连接；所述伸缩筒9的末端与机械臂固定连接，所述机械臂包括通过机电一体化接口依次连接的肩关节15、大臂16、小臂18、小臂回转关节17和腕关节19，其肩关节15与伸缩筒9的末端固定连接，所述腕关节19末端通过连接头35连接有末端工具20。
如图3、图4和图6所示所述肩关节15、大臂16和小臂18的一端均设置有与上级关节固定连接的固定连接头21，另一端设置有与下级关节连接的旋转连接轴22，所述肩关节15、大臂16和小臂18内均设置有旋转电机23，旋转连接轴22上设置有蜗轮24，所述旋转电机23输出端设置有行星减速器14，所述行星减速器14输出端通过蜗杆25与涡轮24连接。
如图5所示所述小臂回转关节17一端设置有固定连接头21，另一端固定安装有滚动轴承10，滚动轴承10的内圈固定安装有回转连接头26；所述小臂回转关节17内固定安装有回转电机12，回转电机12的输出端连接有行星减速器14，所述行星减速器14的输出端与回转齿轮13相连，所述回转齿轮13与摆线针轮减速器27相连；所述回转连接头26与摆线针轮减速器27的输出端相连。
如图7所述腕关节19包括支撑壳28，支撑壳28内固定安装有滚动轴承10，所述滚动轴承10的内圈固定安装有回转体29，所述支撑壳28内还固定安装有回转电机12，所述回转体29外圆周上设置有回转齿轮13，所述回转电机12通过行星减速器14与回转齿轮13相连；所述回转体29内通过滑动副安装有伸缩体30，所述回转体29内设置有伸缩电机31、传动螺母32和传动丝杠33，伸缩电机31的输出端设置有行星减速器14，所述传动螺母32通过滚动轴承10固定安装于回转体29内，传动螺母32上还设置有与行星减速器14输出端相匹配的传动齿轮42，所述传动螺母32和传动丝杠33丝扣连接，传动丝杠33一端与伸缩体30固定相连。
如图8所述末端工具20包括工具主体34，所述工具主体34一端设置有与腕关节19上的伸缩体30相连的连接头35，另一端铰接有夹钳36；所述工具主体34上设置有滑槽43，滑槽43内滑动安装有调节螺母37，调节螺母37与夹钳36之间通过连杆38连接；所述工具主体34上还设置有滚动轴承10，滚动轴承10的内圈固定安装有传动丝杠33，传动丝杠33通过螺纹套置于调节螺母37内，所述传动丝杠33的另一端设置有机械接口39，所述机械接口39与伸缩体30内的行星减速器14的输出端相连。
所述回转电机12和旋转电机23上均设置有电机制动器40。
实施例2
本实施例作为本发明的又一较佳实施例，其公开的机械臂包括依次连接的肩关节15、大臂16、小臂17和腕关节18，其肩关节15与伸缩筒9的末端固定连接，所述腕关节18末端通过连接头35连接有末端工具20。
本发明通过大车和小车的配合移动可以精确调整机械臂在空间内的具体作业位置，同时通过电动葫芦的调节和机械臂自身的重力实现了对机械臂在空间内的上下运动，进而实现了机械臂在作业空间内的工作位置的调整，同时机械臂具有大臂旋转、小臂旋转、小臂回转、腕关节旋转、腕关节回转、腕关节伸缩和工具驱动等多个自由度，实现了对末端工具工作位置的精确调整，使该机械手具有能够精确的定位与作业空间内的任意位置，提高了机械手的作业能力；同时通过回转筒的回转功能，方便了机械臂对非规则空间的适应能力，同时降低了机械臂空间位置调节的难度，有利于机械臂在大空间作业范围内的推广应用。
Claims (8)
1.一种具有空间全覆盖作业能力的机械手，包括行车、回转伸缩筒和机械臂，其特征在于：所述行车包括大车（1）和小车（2）；所述大车（1）上设置轨道（3）、运动电机（4）和大车行走轮（5），所述运动电机（4）和大车行走轮（5）相互连接；所述小车（2）通过小车行走轮（6）安装于轨道（3）上，所述小车（2）上还设置有与小车行走轮（6）相连的运动电机（4）；所述回转伸缩筒包括固定筒（7）、回转筒（8）和伸缩筒（9），所述固定筒（7）安装于小车（2）上，回转筒（8）通过滚动轴承（10）安装于固定筒（7）内，所述伸缩筒（9）滑动安装于回转筒（8）内；所述固定筒（7）上还设置有电动葫芦（11）和回转电机（12），所述电动葫芦（11）与伸缩筒（9）相连；所述回转筒（8）上固定安装有回转齿轮（13），所述回转电机（12）通过行星减速器（14）与回转齿轮（13）相连；所述机械臂包括通过机电一体接口依次连接的肩关节（15）、大臂（16）、小臂回转关节（17）、小臂（18）和腕关节（19），所述腕关节（19）末端通过机械接口连接有末端工具（20）；所述肩关节（15）与伸缩筒（9）末端固定连接。
2.根据权利要求1所述的一种具有空间全覆盖作业能力的机械手，其特征在于：所述机械臂包括通过机电一体接口依次连接的肩关节（15）、大臂（16）、小臂（18）和腕关节（19），所述腕关节（19）末端通过机械接口连接有末端工具（20）；所述肩关节（15）与伸缩筒（9）末端固定连接。
3.根据权利要求1所述的一种具有空间全覆盖作业能力的机械手，其特征在于：所述肩关节（15）、大臂（16）和小臂（18）的一端均设置有固定连接头（21），另一端设置有旋转连接轴（22），所述肩关节（15）、大臂（16）和小臂（18）内均设置有旋转电机（23），旋转连接轴（22）上设置有蜗轮（24），所述旋转电机（23）输出端设置有行星减速器（14），所述行星减速器（14）输出端通过蜗杆（25）与涡轮（24）连接。
4.根据权利要求1所述的一种具有空间全覆盖作业能力的机械手，其特征在于：所述小臂回转关节（17）一端设置有固定连接头（21），另一端固定安装有滚动轴承（10），所述滚动轴承（10）内圈固定安装有回转接头（26）；所述小臂回转关节（17）内设置有回转电机（12），所述回转电机（12）与回转连接头（26）之间依次连接有行星减速器（14）、回转齿轮（13）和摆线针轮减速器（27）。
5.根据权利要求1所述的一种具有空间全覆盖作业能力的机械手，其特征在于：所述腕关节（19）包括支撑壳（28），支撑壳（28）内转动设置有回转体（29）和回转电机（12），所述回转体（29）通过回转齿轮（13）和行星减速器（14）与回转电机（12）相连；所述回转体（29）内滑动安装有伸缩体（30），所述回转体（29）内设置有伸缩电机（31），伸缩电机（31）的输出端设置有行星减速器（14），所述行星减速器（14）输出端通过传动螺母（32）和传动丝杠（33）与伸缩体（30）相连。
6.根据权利要求1所述的一种具有空间全覆盖作业能力的机械手，其特征在于：所述回转体（29）通过滚动轴承（10）转动安装于支撑壳（28）内。
7.根据权利要求1所述的一种具有空间全覆盖作业能力的机械手，其特征在于：所述末端工具（20）包括工具主体（34），所述工具主体（34）一端设置有连接头（35），另一端设置有夹钳（36）；所述工具主体（34）上滑动安装有调节螺母（37），调节螺母（37）与夹钳（36）之间通过连杆（38）连接；所述调节螺母（37）上套置有传动丝杠（33），所述传动丝杠上设置有机械接口（39）。
8.根据权利要求1所述的一种具有空间全覆盖作业能力的机械手，其特征在于：所述回转电机（12）和旋转电机（23）上均设置有电机制动器（40）。
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