CN108972526A - 一种具有双末端执行机构三自由度机械手结构及控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种具有双末端执行机构三自由度机械手结构及控制系统，包括腰部回转机构（1）、手臂平台升降机构（2）、手臂伸缩机构（3）、末端执行机构（4）以及控制系统（5）；所述的腰部回转机构（1）回转时，实现腰部回转机盖（106）的转动，进而带动腰部回转机盖（106）上安装的装置转动；所述的手臂平台升降机构（2）由丝杠（202）与法兰螺母（209所构成的滚珠丝杠副驱动沿着导杆（206）实现上下运动，所述的手臂伸缩机构（3）固连在手臂平台（207）上，手臂伸缩机构（3）伸缩时，可带动2个末端执行机构（4）前后移动；其优点在于：本发明结构简洁，有利于提高对内孔薄壁零件进行夹持的效率，便于推广应用。
Description
技术领域
本发明涉及智能机械制造技术领域，特别涉及一种机械手装置，尤指一种具有双末端执行机构三自由度机械手结构及控制系统。
背景技术
机械手是一种能模仿人手和臂的某些动作功能，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。其特点是可以通过编程来完成各种预期的作业，构造和性能上兼有人和机械手机器各自的优点。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，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。
机械手的研究对人类的生活也起到很大的改善作用。机械手结构简单灵活，易于操作，安全可靠等优点对相关人员学习起到极大帮助作用，为以后研发更加复杂化、人性化、智能化的仿生机器人奠定基础。但现有机械手均采用单一的末端执行机构，在夹持内孔薄壁零件时，存在效率低下，且易出现受力不均等现象，进而造成物体损坏，给实际使用的过程中带来了一定的影响，为此，我们提出一种具有双末端执行机构的三自由度机械手结构，提高对内孔薄壁零件进行夹持的效率。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种具有双末端执行机构三自由度机械手结构及控制系统，可以有效解决背景技术中的问题。
为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：
一种具有双末端执行机构三自由度机械手结构及控制系统包括腰部回转机构、手臂平台升降机构、手臂伸缩机构、末端执行机构以及控制系统，所述的末端执行机构有2个，2个末端执行机构固连在伸缩机构上，2个末端执行机构在气缸的作用下实现同步运动；所述的腰部回转机构通过轴承固连在基座上，所述的手臂平台升降机构由丝杠与法兰螺母构成的滚珠丝杠副驱动沿着导杆实现上下运动，所述的导杆防止手臂平台及安装于手臂平台上的机构在滚珠丝杠上转动，所述的丝杠、导杆固连在腰部回转机构上，所述的腰部回转机构回转时，在轴承的作用下，实现腰部回转机盖的转动，进而带动腰部回转机盖上安装的装置转动；所述的手臂伸缩机构固连在手臂平台上，手臂伸缩机构动力来自于液压缸，所述的末端执行机构固定在手臂伸缩机构的液压杆上，手臂伸缩机构的液压杆伸缩时，带动2个末端执行机构前后移动；所述的2个末端执行机构推杆的运动方向与手臂平台升降机构的运动方向相同，且与手臂伸缩机构的运动方向垂直；所述的控制系统安装在电机座上，采用单片机为核心处理器，通过硬件电路实现对电机、液压缸以及气缸的控制，实现机械手夹持、释放工件的目的。
所述的腰部回转机构包括基座、电机I、电机座I、轴承端盖I、深沟球轴承I、腰部回转机盖、轴套I、键I；所述的手臂平台升降机构包括锁紧螺母I、丝杠、轴套II、圆锥滚子轴承、轴承端盖II、导杆、手臂平台、导向套、法兰螺母、顶板、锁紧螺钉I、轴承端盖III、锁紧螺钉II、毡圈、电机座II、电机II、联轴器、锁紧螺母II、轴套III、深沟球轴承II；所述的手臂伸缩机构包括液压缸、液压缸支架、直线轴承、活塞杆、紧定螺母、连接套筒；所述的末端执行机构包括气缸、执行机构固定板、钳爪、弹簧、推杆、弹性爪。
所述的基座固定在地面上，所述的电机I通过电机座固连在基座上，所述的腰部回转机盖通过轴承固连在基座上，所述的轴承端盖将轴承与基座、腰部回转机盖固连在一起，防止腰部回转机盖从基座上脱离；所述的电机I的输出轴，与轴套固连在一起，轴套固连在腰部回转机盖上，所述的电机I转动时，在轴承的作用下，实现腰部回转机盖的转动，进而带动腰部回转机盖上安装的装置转动；所述的回转基座上安装有圆锥滚子轴承，便于将圆锥滚子轴承与滚珠丝杠副固连在一起。
所述的导杆穿过安有导向套的手臂平台，所述的导杆一端固连在腰部回转机盖上，一端通过键固连在顶板上，滚珠丝杠副穿过手臂平台、顶板，一端固定在腰部回转机盖上，一端经过联轴器与安装固定在电机座的电机II固连在一起，所述的顶板上安有深沟球轴承，深沟球轴承的内圈穿过丝杠，深沟球轴承的外圈通过由轴承端盖固定，所述的轴承端盖固连在顶板上；所述的电机II转动时，滚珠丝杠副驱动手臂平台及安装于手臂平台上的机构沿着导杆移动。
所述的手臂伸缩机构中的液压缸通过液压缸支架固连在手臂平台上，所述的液压缸的活塞杆穿过直线轴承并在液压缸活塞杆的端部安有连接套筒，所述的直线轴承通过轴承座固连在手臂平台上，所述的连接套筒通过螺栓与执行机构固定板固连在一起，执行机构固定版上安有2个末端执行机构，所述的液压缸活塞杆伸长或缩短时，在直线轴承的作用下，带动执行机构固定板及安装于其上的末端执行机构前后移动；所述的末端执行机构驱动来自于气缸，气缸的活塞杆伸长缩短时，通过连杆带动内撑式夹持器动作，内撑式夹持器采用四连杆机构传递撑紧力，所述的气缸伸出时，活塞杆向下运动，使两钳爪向外撑开，从而带动弹性爪夹紧内孔薄壁的工件；所述的两钳爪间安有弹簧，当弹性爪工作时，由于夹紧过程具有弹力作用，避免易损零件被抓伤，变形和破损。
本发明的有益效果在于：与现有技术相比，本发明结构简洁，各部分连接可靠；有利于提高对内孔薄壁零件进行夹持的效率，使用效果好，便于推广应用。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明具有双末端执行机构的三自由度机械手结构组成示意图；
图2为本发明具有双末端执行机构的三自由度机械手结构主视图；
图3为本发明手臂平台及液压伸缩机构与末端执行机构俯视图；
图4为本发明图1中A处局部放大图；
图5为本发明图1中B处局部放大图；
图6为本发明图1中末端执行机构放大视图。
图中：1、腰部回转机构、2、手臂平台升降机构、3、手臂伸缩机构、4、末端执行机构、5、控制系统、101、基座、102、电机I、103、电机座I、104、轴承端盖I、105、深沟球轴承I、106、腰部回转机盖、107、轴套I、108、键I、201、锁紧螺母I、202、丝杠、203、轴套II、204、圆锥滚子轴承、205、轴承端盖II、206、导杆、207、手臂平台、208、导向套、209、法兰螺母、210、顶板、211、锁紧螺钉I、212、轴承端盖III、213、锁紧螺钉II、214、毡圈、215、电机座II、216、电机II、217、联轴器、218、锁紧螺母II、219、轴套III、220、深沟球轴承II、301、液压缸、302、液压缸支架、303、直线轴承、304、活塞杆、305、紧定螺母、306、连接套筒、401、气缸、402、执行机构固定板、403、钳爪、404弹簧、405推杆、406弹性爪。
具体实施方式
下面结合附图进一步说明本发明的详细内容及其具体实施方式。
参见图1、图2、图3、图4、图5、图6，一种具有双末端执行机构三自由度机械手结构及控制系统包括腰部回转机构1、手臂平台升降机构2、手臂伸缩机构3、末端执行机构4以及控制系统5，所述的腰部回转机构1包括基座101、电机I102、电机座I103、轴承端盖I 104、深沟球轴承I 105、腰部回转机盖106、轴套I 107、键I 108；所述的手臂平台升降机构2包括锁紧螺母I201、丝杠202、轴套II203、圆锥滚子轴承204、轴承端盖II205、导杆206、手臂平台207、导向套208、法兰螺母209、顶板210、锁紧螺钉I211、轴承端盖III212、锁紧螺钉II213、毡圈214、电机座II215、电机II216、联轴器217、锁紧螺母II218、轴套III219、深沟球轴承II220；所述的手臂伸缩机构3包括液压缸301、液压缸支架302、直线轴承303、活塞杆304、紧定螺母305、连接套筒306；所述的末端执行机构包括气缸401、执行机构固定板402、钳爪403、弹簧404、推杆405、弹性爪406；所述的末端执行机构4有2个，2个末端执行机构4固连在伸缩机构3上，2个末端执行机构4在气缸401的作用下实现同步运动；所述的控制系统5安装在电机座II215上，采用单片机为核心处理器，通过硬件电路实现对电机I、II102、216、液压缸301以及气缸401的控制，实现机械手夹持、释放工件的目的；所述的腰部回转机构1通过深沟球轴承I105固连在基座101上，所述的手臂平台升降机构2由丝杠202与法兰螺母209所构成的滚珠丝杠副驱动沿着导杆206实现上下运动，所述的导杆206防止手臂平台207及安装于手臂平台207上的机构在丝杠202上转动，所述的丝杠202、导杆206固连在腰部回转机构1上，所述的腰部回转机构1回转时，在深沟球轴承I105的作用下，实现腰部回转机盖106的转动，进而带动腰部回转机盖106上安装的装置转动；所述的手臂伸缩机构3固连在手臂平台207上，手臂伸缩机构3动力来自于液压缸301，所述的末端执行机构4固定在手臂伸缩机构3的液压杆304上，手臂伸缩机构3的液压杆304伸缩时，带动2个末端执行机构4前后移动；所述的2个末端执行机构4推杆405的运动方向与手臂平台升降机构3的运动方向相同，且与手臂伸缩机构3的运动方向垂直。
参见图1、图2、图4，所述的基座101固定在地面上，所述的电机I102通过电机座I103固连在基座101上，所述的腰部回转机盖106通过深沟球轴承I105固连在基座101上，所述的轴承端盖I104将深沟球轴承I105与基座101、腰部回转机盖106固连在一起，防止腰部回转机盖106从基座101上脱离；所述的电机I102的输出轴，与轴套I107通过键I108固连在一起，轴套I107固连在腰部回转机盖106上，所述的电机I102转动时，在深沟球轴承I105的作用下，实现腰部回转机盖106的转动，进而带动腰部回转机盖106上安装的装置转动，实现回转；所述的腰部回转机盖106上安装有圆锥滚子轴承204，便于将圆锥滚子轴承204与丝杠202固连在一起。
参见图1、图2、图5，所述的导杆206穿过安有导向套208的手臂平台，所述的导杆206一端固连在腰部回转机盖106上，所述的导杆206的另一端通过键II固连在顶板210上，丝杠202与法兰螺母209构成滚珠丝杠副，法兰螺母209安装于手臂平台207内，所述的滚珠丝杠副的一端穿过圆锥滚子轴承204、轴套II203，并通过锁紧螺母I201与腰部回转机盖106固连在一起，所述的轴承端盖II205固定在腰部回转机盖106上，防止圆锥滚子轴承204沿丝杠轴向运动，所述的滚珠丝杠副的另一端穿过深沟球轴承II220、轴套III219，并通过锁紧螺母II218锁紧国连在顶板210上，所述的轴承端盖III212通过紧定螺钉II213固定在顶板210上，防止深沟球轴承II220沿丝杠轴向运动，所述的电机II216固定在电机座II215上，电机座II215通过紧定螺钉I211固定在顶板210上，电机II216的输出轴通过联轴器207与丝杠202固连在一起；所述的电机II转动时，所述的滚珠丝杠副驱动手臂平台207及安装于手臂平台上207的机构沿着导杆206移动。
参见图1、图2、图3、图6，所述的手臂伸缩机构3中的液压缸301通过液压缸支架302固连在手臂平台207上，所述的液压缸301的活塞杆304穿过直线轴承303，并在液压缸活塞杆304的端部安有连接套筒306，所述的直线轴承303通过轴承座IV固连在手臂平台207上，所述的紧定螺母305具有定位作用，所述的连接套筒306通过螺栓与执行机构固定板402固连在一起，执行机构固定版402上安有2个末端执行机构4，所述的液压缸303的活塞杆304伸长、缩短时，在直线轴承303的作用下，带动执行机构固定板402及安装于其上的末端执行机构4前后移动；所述的末端执行机构4驱动来自于气缸401，所述的气缸401的推杆405伸长、缩短时，通过连杆带动内撑式夹持器动作，内撑式夹持器采用四连杆机构传递撑紧力，所述的气缸伸出时，推杆405向下运动，使两钳爪403向外撑开，从而带动弹性爪406撑紧内孔薄壁工件；所述的气缸401的推杆405缩短时，推杆405向上运动，使两钳爪403向内合拢，从而带动弹性爪406释放内孔薄壁工件；所述的两钳爪403间安有弹簧，当弹性爪406工作时，由于弹簧具有弹力作用，避免易损零件被抓伤，变形和破损。
以上所述仅为本发明的优选实例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡对本发明所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种具有双末端执行机构三自由度机械手结构及控制系统包括腰部回转机构（1）、手臂平台升降机构（2）、手臂伸缩机构（3）、末端执行机构（4）以及控制系统（5），其特征在于：所述的腰部回转机构（1）包括基座（101）、电机I（102）、电机座I（103）、轴承端盖I（104）、深沟球轴承I（105）、腰部回转机盖（106）、轴套I（107）、键I （108）；所述的手臂平台升降机构（2）包括锁紧螺母I（201）、丝杠（202）、轴套II（203）、圆锥滚子轴承（204）、轴承端盖II（205）、导杆（206）、手臂平台（207）、导向套（208）、法兰螺母（209）、顶板（210）、锁紧螺钉I（211）、轴承端盖III（212）、锁紧螺钉II（213）、毡圈（214）、电机座II（215）、电机II（216）、联轴器（217）、锁紧螺母II（218）、轴套III（219）、深沟球轴承II（220）；所述的手臂伸缩机构（3）包括液压缸（301）、液压缸支架（302）、直线轴承（303）、活塞杆（304）、紧定螺母（305）、连接套筒（306）；所述的执行机构包括气缸（401）、执行机构固定板（402）、钳爪（403）、弹簧（404）、推杆（405）、弹性爪（406）；所述的末端执行机构（4）有2个，2个末端执行机构（4）固连在伸缩机构（3）上，2个末端执行机构（4）在气缸（401）的作用下实现同步运动；所述的控制系统（5）安装在电机座II（215上，采用单片机为核心处理器，通过硬件电路实现对电机I、II（102、216）、液压缸（301）以及气缸（401）的控制，实现机械手夹持、释放工件的目的；所述的腰部回转机构（1）通过深沟球轴承I（105）固连在基座（101）上，所述的手臂平台升降机构（2）由丝杠（202）与法兰螺母（209）所构成的滚珠丝杠副驱动沿着导杆（206）实现上下运动，所述的导杆（206）防止手臂平台（207）及安装于手臂平台（207）上的机构在丝杠（202）上转动，所述的丝杠（202）、导杆（206）固连在腰部回转机构（1）上，所述的腰部回转机构（1）回转时，在深沟球轴承I（105）的作用下，实现腰部回转机盖（106）的转动，进而带动腰部回转机盖（106）上安装的装置转动；所述的手臂伸缩机构（3）固连在手臂平台（207）上，手臂伸缩机构（3）动力来自于液压缸（301），所述的末端执行机构（4）固定在手臂伸缩机构（3）的液压杆（304）上，手臂伸缩机构（3）的液压杆（304）伸缩时，带动2个末端执行机构（4）前后移动；所述的2个末端执行机构（4）的推杆（405）的运动方向与手臂平台升降机构（3）的运动方向相同，且与手臂伸缩机构（3）的运动方向垂直。
2.根据权利要求1所述的一种具有双末端执行机构三自由度机械手结构及控制系统，其特征在于：所述的基座（101）固定在地面上，所述的电机I（102）通过电机座I（103）固连在基座（101）上，所述的腰部回转机盖（106）通过深沟球轴承I（105）固连在基座（101）上，所述的轴承端盖I（104）将深沟球轴承I（105）与基座（101）、腰部回转机盖（106）固连在一起，防止腰部回转机盖（106）从基座（101）上脱离；所述的电机I（102）的输出轴，与轴套I（107）通过键I（108）固连在一起，轴套I（107）固连在腰部回转机盖（106）上，所述的电机I（102）转动时，在深沟球轴承I（105）的作用下，实现腰部回转机盖（106）的转动，进而带动腰部回转机盖（106）上安装的装置转动，实现回转；所述的腰部回转机盖（106）上安装有圆锥滚子轴承（204），便于将圆锥滚子轴承（204）与丝杠（202）固连在一起。
3.根据权利要求1所述的一种具有双末端执行机构三自由度机械手结构及控制系统，其特征在于：所述的导杆（206）穿过安有导向套（208）的手臂平台，所述的导杆（206）一端固连在腰部回转机盖（106）上，所述的导杆（206）的另一端通过键II固连在顶板（210）上，丝杠（202）与法兰螺母（209）构成滚珠丝杠副，法兰螺母（209）安装于手臂平台（207）内，所述的滚珠丝杠副的一端穿过圆锥滚子轴承（204）、轴套II（203），并通过锁紧螺母I（201）与腰部回转机盖（106）固连在一起，所述的轴承端盖II（205）固定在腰部回转机盖（106）上，防止圆锥滚子轴承（204）沿丝杠轴向运动，所述的滚珠丝杠副的另一端穿过深沟球轴承II（220）、轴套III（219），并通过锁紧螺母II（218）锁紧国连在顶板（210）上，所述的轴承端盖III（212）通过紧定螺钉II（213）固定在顶板（210）上，防止深沟球轴承II（220）沿丝杠轴向运动，所述的电机II（216）固定在电机座II（215）上，电机座II（215）通过紧定螺钉I（211）固定在顶板（210）上，电机II的输出轴通过联轴器（207）与丝杠（202）固连在一起；所述的电机II（216）转动时，所述的滚珠丝杠副驱动手臂平台（207）及安装于手臂平台上（207）的机构沿着导杆（206）移动。
4.根据权利要求1所述的一种具有双末端执行机构三自由度机械手结构及控制系统，其特征在于：所述的手臂伸缩机构（3）中的液压缸（301）通过液压缸支架（302）固连在手臂平台（207）上，所述的液压缸（301）的活塞杆（304）穿过直线轴承（303），并在液压缸活塞杆（304）的端部安有连接套筒（306），所述的直线轴承（303）通过轴承座IV固连在手臂平台（207）上，所述的紧定螺母（305）具有定位作用，所述的连接套筒（306）通过螺栓与执行机构固定板（402）固连在一起，执行机构固定版（402）上安有2个末端执行机构（4），所述的液压缸（303）的活塞杆（304）伸长、缩短时，在直线轴承（303）的作用下，带动执行机构固定板（402）及安装于其上的末端执行机构（4）前后移动；所述的末端执行机构（4）驱动来自于气缸（401），所述的气缸（401）的推杆（405）伸长、缩短时，通过连杆带动内撑式夹持器动作，内撑式夹持器采用四连杆机构传递撑紧力，所述的气缸伸出时，推杆（405）向下运动，使两钳爪（403）向外撑开，从而带动弹性爪（406）撑紧内孔薄壁工件；所述的气缸（401）的推杆（405）缩短时，推杆（405）向上运动，使两钳爪（403）向内合拢，从而带动弹性爪（406）释放内孔薄壁工件；所述的两钳爪（403）间安有弹簧，当弹性爪（406）工作时，由于弹簧具有弹力作用，避免易损零件被抓伤，变形和破损。
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