CN108098740A - 一种具有末端翻转功能的上下料连杆机械手 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及机械手技术领域，公开一种具有末端翻转功能的上下料连杆机械手，包括基座回转机构、机械臂、传动机构、手腕翻转机构和气动手指，机械臂包括大臂和小臂；基座回转机构包括底座、底座旋转盘、减速器、基座回转驱动电机及左安装立板和右安装立板；传动机构包括大臂驱动电机、小臂驱动电机、减速器、传动曲柄、小臂拉杆、铆座、固定拉杆、三角连接板、手腕拉杆，大、小臂驱动电机分别安坐在左、右安装立板上；手腕翻转机构包括法兰座和摆动气缸；气动手指包括气指和气指安装支架。本发明将所有驱动电机安装在基座，简化了手臂结构并降低了手臂质量；机械手运动过程中手臂末端法兰座相对于基座姿态保持不变，降低了对末端执行器的控制难度。

Description

一种具有末端翻转功能的上下料连杆机械手
技术领域
本发明涉及机械手技术领域，特别涉及一种具有末端翻转功能的上下料连杆机械手。
背景技术
目前国内应用于工业生产的串联式机械手均属于关节型工业机器人，这种工业机械手的驱动装置，包括驱动电机、减速器以及其他相关的零部件，直接安装在机械手的各个转动关节上，对各个关节进行直接驱动。这种结构和安装方式使得此类机械手的体积大、质量大，尤其是手臂部分的质量很大。其沉重的手臂和大体积，会使得机械手在快速工作的过程中产生很大惯性力，不利于机械手的控制；长时间工作后机械手臂发生较大变形造成机械手末端精度大幅度降低。同时此类工业机械手的价格昂贵，制造和维护的成本较高，不适用于国内中小型企业的自动化生产。因此，为提高我国工业生产的自动化程度，亟待发明一种新型机械手以解决上述问题。
发明内容
针对目前串联机械手尤其是手臂部分结构上存在的问题，本发明提供一种将驱动手臂的动力装置安装在底座位置，从而简化手臂结构并减轻手臂质量的连杆型上下料机械手。
为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：
一种具有末端翻转功能的上下料连杆机械手，包括基座回转机构、机械臂、传动机构、手腕翻转机构和气动手指；所述基座回转机构包括底座、底座旋转盘、减速器、基座回转驱动电机、左安装立板和右安装立板，所述底座为机架，固定于地面，所述减速器安装在底座内，减速器的输出端与底座的底部固定连接，所述底座旋转盘安装在减速器上面，与底座保持1mm的间隙，所述左安装立板和右安装立板固定安装在底座旋转盘的两侧；所述机械臂包括大臂和小臂，大臂和小臂用动轴连接形成转动副；所述传动机构包括大臂驱动电机、小臂驱动电机、减速器、传动曲柄、小臂拉杆、铆座、固定拉杆、三角连接板、手腕拉杆，所述传动机构的减速器共有两个，分别安装在所述左安装立板和右安装立板上，所述大臂驱动电机和小臂驱动电机分别与两个减速器的输入端连接，两个所述减速器的输出端分别与所述大臂和所述传动曲柄固连，所述铆座安装在左安装立板和右安装立板的后侧，所述三角连接板与固定拉杆、小臂拉杆、手腕拉铰接形成三个转动副，所述固定拉杆另一端与铆座铰接，所述传动曲柄与小臂驱动电机的输出端固连；所述手腕翻转机构包括法兰座和摆动气缸，所述法兰座的一端与小臂的末端铰接，所述摆动气缸安装在法兰座一端的外侧；所述气动手指包括气指和气指安装支架，所述气指安装支架的底部与摆动气缸的输出端固定连接，所述气指安装在气指安装支架上。
所述底座内部为圆柱形空腔，所述减速器为带有交叉滚子轴承的谐波减速器，安装在所述底座的圆柱形空腔中。
所述基座回转机构的底座旋转盘与所述减速器的壳体固定连接；底座旋转盘与减速器壳体固定连接后，可以相对于减速器的输出端相对转动；所示基座回转驱动电机与底座旋转盘固定连接，基座回转驱动电机的输出轴与所述减速器的输入端连接。
所述大臂和小臂均由左右两个手臂侧板通过手臂连接轴连接组成。
所述传动机构的大臂直接与所述大臂减速器的输出端连接；所述传动曲柄通过过渡法兰与小臂减速器连接。
所述传动机构的小臂拉杆的两端分别与传动曲柄和小臂铰接；所述三角连接板的一端与所述大臂和小臂铰接的部位铰接组成复合铰链；所述固定拉杆的两端分别与铆座和三角连接板的一端铰接；所述手腕拉杆的两端分别与所述三角连接板的一端和所述法兰座铰接。
所述手腕翻转机构的法兰座的一端与所述小臂的末端铰接；所述摆动气缸安装在法兰座一端的外侧，所述摆动气缸的输出轴由所述法兰座的外侧伸入内侧并与所述气指安装制作相连。
所述气动手指包括气指和气指安装支架；所述气指安装支架的底部与摆动气缸的输出端固定连接；所述气指安装在所述气指安装支架上；所述气指的手指由手指调整块和手指组成。
所述手腕翻转机构法兰座内部安装有限制所述摆动气缸转动行程的定位块。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明基于机构学中的相关知识，将手臂上的驱动电机都安装在旋转底座上，简化了手臂的结构并减轻了手臂的质量，大幅度降低了机械手在高速运行时产生的惯性力，可以减小机械手在运动过程中因惯性力产生的误差。
2、本发明减轻了手臂的质量并降低了机械手在工作过程中的惯性力，从减小了对手臂和基座的载荷，进而可以减小手臂和基座的变形，可以提高末端执行器的精度。
3、本发明的传动机构为多个连杆组成的三个平行四边形机构，基于平行四边形机构的特殊性，在机械手运动的过程中可保持机械手臂末端的姿态相对于基座的姿态不变，即本发明中所述手腕翻转机构的法兰座相对于基座的姿态保持不变，降低了对末端执行器的控制难度。
4、本发明的末端手腕具有手腕翻转机构，可以带动手腕末端在竖直平面内做0～180°的翻转运动，可以根据不同的工作要求适应不同姿态工件的取放料。
5、本发明的末端执行器，即气动手指的手指部位有可更换的手指调整块，可以根据不同形状大小的被夹取工件更换手指调整垫块，提高了本发明的面对不同工况的适应能力。
6、生产成本低，实用性强安全性高，易于中小型企业的快速普及和应用。
附图说明
图1为本发明一种具有末端翻转功能的上下料连杆机械手立体结构示意图。
图2为连杆型上下料机械手的主视图。
图3为连杆型机械手的俯视图。
图4为基座回转机构的半剖视图。
图5为传动机构结构图。
图6为传动曲柄与减速器的连接示意图。
附图中各部件的标记如下：1-电机座，2-小臂驱动电机，3-右安装立板，4-底座，5-底座旋转盘，6-左安装立板，7-铆座，8-大臂驱动电机，9-大臂，10-固定拉杆，11-三角连接板，12-小臂，13-气指，14-手指，15-手指调整块，16-气指安装支架，17-摆动气缸，18-法兰座，19小臂减速器，20-传动曲柄，21-大臂减速器，22-手腕拉杆，23-定位块，24-大、小臂连接动轴，25-小臂拉杆，26-基座回转驱动电机，27-基座回转减速器，28-过渡法兰，29-铜轴套，30-挡片。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征更易于被本技术领域技术人员理解。
如图1、图2、图3所示，本发明提供的一种具有末端翻转功能的上下料连杆机械手，包括基座回转机构、机械臂、传动机构、手腕翻转机构和气动手指。机械臂包括大臂9和小臂12，大臂9和小臂12均由左右两块手臂板通过手臂连接轴连接组成，大臂9和小臂12由大、小臂连接动轴24连接，形成可以绕大、小臂连接动轴24相互转动的转动副。手腕翻转机构包括摆动气缸17、法兰座18和定位块23，法兰座18的后端与小臂12的前端的连接方式为铰链连接，组成转动副；摆动气缸17固定安装在法兰座18的前端，摆动气缸17的输入端由法兰座18外侧伸入内侧，在法兰座内侧另一端安装有定位块23，用以根据工作需求限制摆动气缸17的转动行程。气动手指由气指安装支架16和气指13组成，气指13的手指部分包括手指14和手指调整块15。气指安装支架16的一端与摆动气缸17的输出端固定连接，气指13安装在气指安装支架16上，摆动气缸17通电做摆动运动，通过带动气指安装支架16带动气指13转动；通过更换手指调整块15改变气指的工作范围，以适应不同形状和大小不同的被加持零件。
如图4所示，基座回转机构包括右安装立板3、左安装立板6、底座4、底座旋转盘5、基座回转驱动电机26和基座回转减速器27。底座4为机架，相对于地面固定；基座回转减速器27为带有交叉滚子轴承的谐波减速器，减速器27安装在底座4的内部，减速器27的输出端与底座4的底部用螺钉连接固定，其壳体可绕底座4转动。底座旋转盘5安装在基座回转减速器的壳体上，两者之间用螺钉固定，底座旋转盘5与底座4之间保留1mm的间隙；基座回转驱动电机26固定在底座旋转盘5的几何中心，其输出端与基座回转减速器27的输入端用键连接；左安装立板6、右安装立板3分别安装在底座旋转盘5的左右两侧，右安装立板3、左安装立板6的中间有保持强度和刚度的直角支撑。基座回转驱动电机26和基座回转减速器27为反向安装方式，基座回转驱动电机26转动时，基座回转减速器27的输出端、输入端和基座回转驱动电机26的输出端相对于底座4保持静止，基座回转驱动电机26的机体带动底座旋转盘5和基座回转减速器27的壳体相对底座4反向转动。
如图4和图5所示，传动机构包括大臂驱动电机8、小臂驱动电机2、小臂减速器19、大臂减速器21、小臂拉杆25、铆座7、固定拉杆10、三角连接板11、手腕拉杆22。大臂9直接与大臂减速器21的输出端连接；传动曲柄20固定在减速器19的输出端；铆座7固定安装在左安装立板6和右安装立板3的内侧后端。小臂拉杆25的两端分别与传动曲柄20和小臂12的末端铰接；三角连接板11的底部一端与大、小臂连接动轴连接形成转动副，与大臂9和小臂12铰接的部位铰接组成复合铰链；固定拉杆10的两端分别与铆座7和三角连接板11的一端铰接；手腕拉杆22的两端分别与三角连接板11的一端和法兰座18铰接。传动机构的所有零部件与大臂9、小臂12和法兰座18组成3个平行四边形机构；大臂驱动电机8通过大臂减速器21直接驱动大臂9俯仰运动；小臂驱动电机2通过小臂减速器19带动传动曲柄19转动，产生的运动和力通过传动曲柄20和小臂拉杆25传递给小臂12，带动小臂12绕大、小臂连接动轴24转动。由于平行四边形运动的等效传递特性，固定拉杆10与铆座7铰接的转动副的位置相对于底座4的姿态保持不变，进而可以保证安装法兰18姿态保持不变。
图6所示，传动曲柄20通过过渡法兰28与小臂减速器19连接；过渡法兰28固定连接在小臂减速器19的输出端；传动曲柄20与过渡法兰28为键连接，二者之间有起轴向定位作用的铜轴套29；曲柄20的外侧有防止曲柄20脱落的挡片30，挡片30用小螺钉与小曲柄20连接。
与目前市场上的串联机械手相比，本发明利用机构学中的平行四边形机构的相关知识，将驱动手臂运动的零部件安装在底座上。驱动部件通过基于平行四边形机构的传动机构，将力和运动传递到大臂和小臂；基于平行四边形机构的特殊性，在机械手运动的过程中，小臂末端用于安装手爪的法兰座相对于基座的姿态保持不变，降低了对末端执行器的控制难度。此外本发明简化了手臂机构并降低了手臂质量，生产成本低，实用性强安全性高，易于中小型企业的快速普及和应用。
需要说明的是，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也不局限于上述举例，本领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加和替换，都涵盖于本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种具有末端翻转功能的上下料连杆机械手，其特征在于：包括基座回转机构、机械臂、传动机构、手腕翻转机构和气动手指；所述基座回转机构包括底座、底座旋转盘、减速器、基座回转驱动电机、左安装立板和右安装立板，所述底座为机架，固定于地面，所述减速器安装在底座内，减速器的输出端与底座的底部固定连接，所述底座旋转盘安装在减速器上面，与底座保持1mm的间隙，所述左安装立板和右安装立板固定安装在底座旋转盘的两侧；所述机械臂包括大臂和小臂，大臂和小臂用动轴连接形成转动副；所述传动机构包括大臂驱动电机、小臂驱动电机、减速器、传动曲柄、小臂拉杆、铆座、固定拉杆、三角连接板、手腕拉杆，所述传动机构的减速器共有2个，分别安装在所述左安装立板和右安装立板上，所述大臂驱动电机和小臂驱动电机分别与两个减速器的输入端连接，两个所述减速器的输出端分别与所述大臂和所述传动曲柄固连，所述铆座安装在左安装立板和右安装立板的后侧，所述三角连接板与固定拉杆、小臂拉杆、手腕拉铰接形成三个转动副，所述固定拉杆另一端与铆座铰接，所述传动曲柄与小臂驱动电机的输出端固连；所述手腕翻转机构包括法兰座和摆动气缸，所述法兰座的一端与小臂的末端铰接，所述摆动气缸安装在法兰座一端的外侧；所述气动手指包括气指和气指安装支架，所述气指安装支架的底部与摆动气缸的输出端固定连接，所述气指安装在气指安装支架上。
2.根据权利要求1所述具有末端翻转功能的上下料连杆机械手，其特征在于：所述底座内部为圆柱形空腔，所述减速器为带有交叉滚子轴承的谐波减速器，安装在所述底座的圆柱形空腔中。
3.根据权利要求1所述具有末端翻转功能的上下料连杆机械手，其特征在于，所述基座回转机构的底座旋转盘与所述减速器的壳体固定连接；底座旋转盘与减速器壳体固定连接后，可以相对于减速器的输出端相对转动；所述基座回转驱动电机与底座旋转盘固定连接，基座回转驱动电机的输出轴与所述减速器的输入端连接。
4.根据权利要求1所述具有末端翻转功能的上下料连杆机械手，其特征在于，所述大臂和小臂均由左右两个手臂侧板通过手臂连接轴连接组成。
5.根据权利要求1所述具有末端翻转功能的上下料连杆机械手，其特征在于，所述传动机构的大臂直接与所述大臂减速器的输出端连接；所述传动曲柄通过过渡法兰与小臂减速器连接。
6.根据权利要求1所述具有末端翻转功能的上下料连杆机械手，其特征在于，所述传动机构的小臂拉杆的两端分别与传动曲柄和小臂铰接；所述三角连接板的一端与所述大臂和小臂铰接的部位铰接组成复合铰链；所述固定拉杆的两端分别与铆座和三角连接板的一端铰接；所述手腕拉杆的两端分别与所述三角连接板的一端和所述法兰座铰接。
7.根据权利要求1所述具有末端翻转功能的上下料连杆机械手，其特征在于，所述手腕翻转机构的法兰座的一端与所述小臂的末端铰接；所述摆动气缸安装在法兰座一端的外侧，所述摆动气缸的输出轴由所述法兰座的外侧伸入内侧并与所述气指安装制作相连。
8.根据权利要求1所述具有末端翻转功能的上下料连杆机械手，其特征在于，所述气动手指包括气指和气指安装支架；所述气指安装支架的底部与摆动气缸的输出端固定连接；所述气指安装在所述气指安装支架上；所述气指的手指由手指调整块和手指组成。
9.根据权利要求1所述具有末端翻转功能的上下料连杆机械手，其特征在于，所述手腕翻转机构的法兰座内部安装有限制所述摆动气缸转动行程的定位块。
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