CN109353813A - 单一动力驱动的多向联动机械手 - Google Patents

Abstract

本发明涉及机械制造领域，更具体地说，涉及一种在工业制造过程中用于搬运工业产品的机械手。一种单一动力驱动的多向联动机械手，包括：用于提供支撑的支架、用于输出动力的动力源、用于输送工件的料槽机构、用于推动工件做横向运动的横向推动机构、用于推动工件做间歇式进给运动的间歇搬运机构、用于将动力源的动力输出给所述横向推动机构和间歇搬运机构的凸轮离合机构；所述动力源的动力输出至所述凸轮离合机构，所述间歇搬运机构驱动工件在所述料槽机构做间歇式进给，所述横向推动机构推动工件脱离所述间歇搬运机构进入到输送带，工件从所述输送带上连续输出。本发明单一动力驱动的多向联动机械手，动力源简单，依靠凸轮实现多个机械运动的严格配合，具有传动速度快、出错率低的优点。

Description

单一动力驱动的多向联动机械手

技术领域

本发明涉及机械制造领域，更具体地说，涉及一种在工业制造过程中用于搬运工业产品的机械手。

背景技术

工业自动化是在工业生产中广泛采用自动控制、自动调整装置，用以代替人工操纵机器和机器体系进行加工生产的趋势。在工业生产自动化条件下，人只是间接地照管和监督机器进行生产。工业自动化，按其发展阶段可分为：(1)半自动化。即部分采用自动控制和自动装置，而另一部分则由人工操作机器进行生产。(2)全自动化。指生产过程中全部工序，包括上料、下料、装卸等，都不需要人直接进行生产操作(人只是间接地看管和监督机器运转)，而由机器连续地、重复地自动生产出一个或一批产品。

工业自动化技术是一种运用控制理论、仪器仪表、计算机和其他信息技术，对工业生产过程实现检测、控制、优化、调度、管理和决策，达到增加产量、提高质量、降低消耗、确保安全等目的综合性高技术，包括工业自动化软件、硬件和系统三大部分。工业自动化技术作为20世纪现代制造领域中最重要的技术之一，主要解决生产效率与一致性问题。无论高速大批量制造企业还是追求灵活、柔性和定制化企业，都必须依靠自动化技术的应用。自动化系统本身并不直接创造效益，但它对企业生产过程起着明显的提升作用：

(1)提高生产过程的安全性；

(2)提高生产效率；

(3)提高产品质量。

利用单一动力源，采用多层凸轮结构，将单一动力分解为多相动力输出，实现对工件的搬运，具有高速、简洁的运动效果，是工业自动化技术新的发展方向。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种单一动力驱动的多向联动机械手，应用在工业制造领域。本发明公开了一种单一动力驱动的多向联动机械手，利用单一动力源驱动电机实现对多个机械结构的联动，实现对工件的自动化传输和搬运，利用间歇搬运机构实现对工件的间歇式输送，利用横向推动机构推动工件做横向移动，利用输送带实现对工件的连续输出。

一种单一动力驱动的多向联动机械手，包括：用于提供支撑的支架、用于输出动力的动力源、用于输送工件的料槽机构、用于推动工件做横向运动的横向推动机构、用于推动工件做间歇式进给运动的间歇搬运机构、用于将动力源的动力输出给所述横向推动机构和间歇搬运机构的凸轮离合机构；所述动力源、料槽机构、凸轮离合机构、横向推动机构、间歇搬运机构固连于所述支架，所述动力源的动力输出至所述凸轮离合机构，所述凸轮离合机构将动力分别输送给横向推动机构、间歇搬运机构，所述间歇搬运机构驱动工件在所述料槽机构做间歇式进给，所述横向推动机构推动工件脱离所述间歇搬运机构进入到输送带，工件从所述输送带上连续输出。

优选地，所述凸轮离合机构包括：从动同步带轮、凸轮轴、离合器主动轮、离合器从动轮、拨叉、拨叉销、离合气缸、纵向驱动凸轮、水平驱动凸轮、横向驱动凸轮，所述凸轮轴活动连接于所述支架，所述从动同步带轮、离合器主动轮活动连接于所述凸轮轴，所述从动同步带轮固连于所述离合器主动轮；所述离合器从动轮、纵向驱动凸轮、水平驱动凸轮、横向驱动凸轮固连于所述凸轮轴；所述离合器主动轮、离合器从动轮相匹配，所述拨叉通过所述拨叉销活动连接于所述支架，所述离合气缸的气缸体固连于所述支架，所述离合气缸的活塞杆的末端连接于所述拨叉的末端，所述拨叉活动连接于所述离合器从动轮。

优选地，所述纵向驱动凸轮、水平驱动凸轮为盘形凸轮，所述横向驱动凸轮为圆柱凸轮。

优选地，所述横向推动机构包括：横向摆杆、横向棍子、摆杆转轴、横向推杆，所述横向摆杆可转动地连接于所述摆杆转轴，所述横向棍子活动连接于所述横向摆杆的中部，所述横向棍子贴于所述凸轮离合机构的横向驱动凸轮表面；所述横向推杆的一端活动连接于所述横向摆杆的末端，所述横向推杆另一端活动连接于所述横推滑块，所述横推滑块上设置有用于容纳工件的工件容腔。

优选地，所述间歇搬运机构包括：水平摆杆、转动座、水平凸轮滚子、水平驱动杆、水平支撑板、水平直线导轨、水平滑台、纵向摆杆销、纵向摆杆、纵向滚子、中间连杆、纵向驱动杆、摆动销、纵向末端滚子、纵向滑块、纵向导轨、纵向滑块、多齿移动板；

所述转动座可转动地连接于所述支架上的摆杆连接座，所述水平摆杆固连于所述转动座，所述水平凸轮滚子活动连接于所述水平摆杆的末端，所述水平摆杆的另一端活动连接于所述水平驱动杆的一端，所述水平驱动杆的末端活动连接于所述水平滑台，所述水平凸轮滚子贴于所述水平驱动凸轮；所述水平支撑板固连于所述支架上的搬运机构安装座，所述水平直线导轨水平固连于所述水平支撑板，所述水平滑台通过滑块活动连接于所述水平直线导轨；

所述纵向摆杆可转动地连接于所述纵向摆杆销，所述纵向滚子活动连接于所述纵向摆杆，所述纵向滚子贴于所述纵向驱动凸轮的表面；所述中间连杆的一端活动连接于所述纵向摆杆的末端，所述中间连杆的另一端活动连接于所述纵向驱动杆的中部，所述纵向驱动杆可转动地连接于所述摆动销，所述纵向末端滚子活动连接于所述纵向驱动杆的末端；所述纵向末端滚子贴于所述纵向滑块的下表面；所述纵向滑块固连于所述纵向滑块，所述纵向导轨竖直固连于所述水平滑台，所述纵向滑块和纵向导轨相匹配。

优选地，所述多齿移动板固连于所述纵向滑块，所述多齿移动板的下部设置有用于容纳工件的容腔，所述多次移动板和所述料槽机构相匹配。

优选地，所述支架包括：下层板、上层板、四角立柱、凸轮轴安装座、搬运机构安装座、摆杆连接座、气缸安装座，所述下层板、上层板之间通过所述四角立柱实现固定连接，所述凸轮轴安装座固连于所述上层板的下部，所述气缸安装座固连于所述下层板，所述搬运机构安装座、摆杆连接座固连于所述上层板的上部。

优选地，所述动力源包括：驱动电机、皮带驱动盘、主动同步带轮、同步带、皮带，所述皮带驱动盘、主动同步带轮固连于所述驱动电机的输出轴，所述同步带连接于所述主动同步带轮和从动同步带轮，所述皮带连接于所述皮带驱动盘和输送带之间，用于驱动所述输送带运动。

优选地，所述料槽机构包括：进料料槽、横推滑块、输送带，所述进料料槽的输出口连接至所述横推滑块，所述横推滑块连接于所述输送带的起始端。

附图说明

图1、8是本发明单一动力驱动的多向联动机械手的装配设备的结构示意图；

图2是本发明单一动力驱动的多向联动机械手在另一角度下的结构示意图及局部结构放大图；

图3、4、5、7是本发明单一动力驱动的多向联动机械手在另一角度下的结构示意图及局部结构放大图；

图6是本发明单一动力驱动的多向联动机械手的局部结构示意图。

1支架、2动力源、3料槽机构、4凸轮离合机构、5横向推动机构、6间歇搬运机构、10下层板、11上层板、12四角立柱、13凸轮轴安装座、14搬运机构安装座、15摆杆连接座、16气缸安装座、20驱动电机、21皮带驱动盘、22主动同步带轮、23同步带、24皮带、30进料料槽、31横推滑块、32输送带、33工件、40从动同步带轮、41凸轮轴、42离合器主动轮、43离合器从动轮、44拨叉、45拨叉销、46离合气缸、47纵向驱动凸轮、48水平驱动凸轮、49横向驱动凸轮、50横向摆杆、51横向棍子、52摆杆转轴、53横向推杆、60水平摆杆、61转动座、62水平凸轮滚子、63水平驱动杆、64水平支撑板、65水平直线导轨、66水平滑台、70纵向摆杆销、71纵向摆杆、72纵向滚子、73中间连杆、74纵向驱动杆、75摆动销、76纵向末端滚子、77纵向滑块、78纵向导轨、79纵向滑块、80多齿移动板、81容腔。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步地详细说明，但不构成对本发明的任何限制，附图中类似的元件标号代表类似的元件。如上所述，本发明提供了一种单一动力驱动的多向联动机械手，应用在工业制造领域。本发明单一动力驱动的多向联动机械手，利用单一动力源驱动电机实现对多个机械结构的联动，实现对工件的自动化传输和搬运，利用间歇搬运机构实现对工件的间歇式输送，利用横向推动机构推动工件做横向移动，利用输送带实现对工件的连续输出。本发明单一动力驱动的多向联动机械手，动力源简单，依靠凸轮实现多个机械运动的严格配合，具有传动速度快、出错率低的优点。

图1、8是本发明单一动力驱动的多向联动机械手的装配设备的结构示意图，图2是本发明单一动力驱动的多向联动机械手在另一角度下的结构示意图及局部结构放大图，图3、4、5、7是本发明单一动力驱动的多向联动机械手在另一角度下的结构示意图及局部结构放大图，图6是本发明单一动力驱动的多向联动机械手的局部结构示意图。

一种单一动力驱动的多向联动机械手，所述动力源2、料槽机构3、凸轮离合机构4、横向推动机构5、间歇搬运机构6固连于所述支架1，所述动力源2的动力输出至所述凸轮离合机构4，所述凸轮离合机构4将动力分别输送给横向推动机构5、间歇搬运机构6，所述间歇搬运机构6驱动工件3在所述料槽机构3做间歇式进给，所述横向推动机构5推动工件33脱离所述间歇搬运机构6进入到输送带32，工件33从所述输送带32上连续输出。

更具体地，所述离合器主动轮42、离合器从动轮43相匹配，所述拨叉44通过所述拨叉销45活动连接于所述支架1，所述离合气缸46的气缸体固连于所述支架1，所述离合气缸46的活塞杆的末端连接于所述拨叉44的末端，所述拨叉44活动连接于所述离合器从动轮43。

更具体地，所述纵向驱动凸轮47、水平驱动凸轮48为盘形凸轮，所述横向驱动凸轮49为圆柱凸轮。

更具体地，所述横向摆杆50可转动地连接于所述摆杆转轴52，所述横向棍子51活动连接于所述横向摆杆50的中部，所述横向棍子51贴于所述凸轮离合机构4的横向驱动凸轮49表面；所述横向推杆53的一端活动连接于所述横向摆杆50的末端，所述横向推杆53另一端活动连接于所述横推滑块31，所述横推滑块31上设置有用于容纳工件33的工件容腔。

更具体地，所述转动座61可转动地连接于所述支架1上的摆杆连接座15，所述水平摆杆60固连于所述转动座61，所述水平凸轮滚子62活动连接于所述水平摆杆60的末端，所述水平摆杆60的另一端活动连接于所述水平驱动杆63的一端，所述水平驱动杆63的末端活动连接于所述水平滑台66，所述水平凸轮滚子62贴于所述水平驱动凸轮48；所述水平支撑板64固连于所述支架1上的搬运机构安装座14，所述水平直线导轨65水平固连于所述水平支撑板64，所述水平滑台66通过滑块活动连接于所述水平直线导轨65；

所述纵向摆杆71可转动地连接于所述纵向摆杆销70，所述纵向滚子72活动连接于所述纵向摆杆71，所述纵向滚子72贴于所述纵向驱动凸轮47的表面；所述中间连杆73的一端活动连接于所述纵向摆杆71的末端，所述中间连杆73的另一端活动连接于所述纵向驱动杆74的中部，所述纵向驱动杆74可转动地连接于所述摆动销75，所述纵向末端滚子76活动连接于所述纵向驱动杆74的末端；所述纵向末端滚子76贴于所述纵向滑块77的下表面；所述纵向滑块77固连于所述纵向滑块79，所述纵向导轨78竖直固连于所述水平滑台66，所述纵向滑块79和纵向导轨78相匹配。

更具体地，所述多齿移动板80固连于所述纵向滑块77，所述多齿移动板80的下部设置有用于容纳工件33的容腔81，所述多次移动板80和所述料槽机构3相匹配。

更具体地，所述下层板10、上层板11之间通过所述四角立柱12实现固定连接，所述凸轮轴安装座13固连于所述上层板11的下部，所述气缸安装座16固连于所述下层板10，所述搬运机构安装座14、摆杆连接座15固连于所述上层板11的上部。

更具体地，所述皮带驱动盘21、主动同步带轮22固连于所述驱动电机20的输出轴，所述同步带23连接于所述主动同步带轮22和从动同步带轮40，所述皮带24连接于所述皮带驱动盘21和输送带32之间，用于驱动所述输送带32运动。

更具体地，所述进料料槽30的输出口连接至所述横推滑块31，所述横推滑块31连接于所述输送带32的起始端。

接下来，结合图1-8进一步描述本发明单一动力驱动的多向联动机械手的工作过程和工作原理：

本发明单一动力驱动的多向联动机械手利用所述动力源2的单一动力输出，实现对工件33的三种移动方式包括：间歇式的搬运、横向推动、输送带的连续输出，这三种移动方式在多个凸轮机构的配合下实现有条不紊地有序动作。由于动力的来源单一，使得本发明单一动力驱动的多向联动机械手的电气控制系统获得了极大地简化，整体动作时序、工件的移动方式由凸轮机构来严格保证。

所述动力源2的动力输出依靠所述皮带驱动盘21带动所述皮带24运动，所述皮带24带动所述输送带32运动，所述输送带32带动工件33连续输出。

所述动力源2的动力输出依靠所述主动同步带轮22通过所述同步带23驱动从动同步带轮40转动。所述从动同步带轮40、离合器主动轮42活动连接于所述凸轮轴41，所述从动同步带轮40固连于所述离合器主动轮42。所述离合器从动轮43、纵向驱动凸轮47、水平驱动凸轮48、横向驱动凸轮49固连于所述凸轮轴41。所述驱动电机20驱动所述从动同步带轮40、离合器主动轮42绕所述凸轮轴41转动，当所述离合器从动轮43和离合器主动轮42处于脱离状态的情况下，由于所述离合器从动轮43、纵向驱动凸轮47、水平驱动凸轮48、横向驱动凸轮49和凸轮轴41没有动力输入而处于静止的状态。同样地，所述多齿移动板80处于静止状态；当所述离合器从动轮43和离合器主动轮42处于结合状态的情况下，由于所述离合器从动轮43、纵向驱动凸轮47、水平驱动凸轮48、横向驱动凸轮49和凸轮轴41拥有动力输入而处于旋转的状态，动力通过所述横向推动机构5和间歇搬运机构6的配合驱动所述多齿移动板80运动。

离合气缸46的活塞杆伸出，驱动所述拨叉44绕所述拨叉销45转动，使所述离合器从动轮43和离合器主动轮42处于结合状态；离合气缸46的活塞杆缩回，驱动所述拨叉44绕所述拨叉销45转动，使所述离合器从动轮43和离合器主动轮42处于脱离状态。

所述横向推动机构5的工作过程是：所述横向驱动凸轮49的转动，推动所述横向棍子51及横向摆杆50绕所述摆杆转轴52转动，所述横向摆杆50推动所述横向推杆53运动，所述横向推杆53推动所述横推滑块31做横向移动。这种横向移动的效果是：工件33由进料料槽30进入所述横推滑块31中，所述横推滑块31做横向移动至所述输送带32处，工件33由所述输送带32进行连续输出。

所述间歇搬运机构6的工作过程包括驱动多齿移动板80水平运动和纵向运动。

所述间歇搬运机构6驱动所述多齿移动板80做水平运动的过程是：所述水平滑台66通过滑块活动连接于所述水平直线导轨65，所述水平驱动杆63的末端推动所述水平滑台66、多齿移动板80做水平运动。所述水平摆杆60固连于所述转动座61，所述水平凸轮滚子62活动连接于所述水平摆杆60的末端，所述水平摆杆60的另一端活动连接于所述水平驱动杆63的一端，所述水平凸轮滚子62贴于所述水平驱动凸轮48，所述水平驱动凸轮48推动所述所述水平摆杆60、水平驱动杆63联动。

所述间歇搬运机构6驱动所述多齿移动板80做纵向运动的过程是：所述纵向滑块77通过所述纵向滑块79活动连接于所述纵向导轨78。所述纵向末端滚子76贴于所述纵向滑块77的下表面，所述纵向末端滚子76活动连接于所述纵向驱动杆74的末端，所述纵向驱动杆74推动所述纵向滑块77做纵向运动。所述纵向摆杆71可转动地连接于所述纵向摆杆销70，所述纵向滚子72活动连接于所述纵向摆杆71，所述纵向滚子72贴于所述纵向驱动凸轮47的表面。所述纵向驱动凸轮47驱动所述纵向摆杆71、中间连杆73、纵向驱动杆74联动。

所述间歇搬运机构6驱动所述多齿移动板80周而复始地做水平运动和纵向运动，实现对工件33的间歇式搬运，具体地搬运过程如下：

工件33在所述进料料槽30中。所述多齿移动板80做方向向下的纵向运动，使工件33进入到容腔81中；接着，所述多齿移动板80水平运动，所述容腔81推动工件33在所述进料料槽30中水平移动一段距离；接着，所述多齿移动板80做方向向上的纵向运动，使工件33脱离所述容腔81；接着，所述多齿移动板80水平运动，此时，工件33保持不动。

最后，应当指出，以上实施例仅是本发明单一动力驱动的多向联动机械手较有代表性的例子。显然，本发明单一动力驱动的多向联动机械手不限于上述实施例，还可以有许多变形。凡是依据本发明单一动力驱动的多向联动机械手的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均应认为属于本发明单一动力驱动的多向联动机械手的保护范围。

Claims (10)

1.一种单一动力驱动的多向联动机械手，包括：用于提供支撑的支架、用于输出动力的动力源、用于输送工件的料槽机构、用于推动工件做横向运动的横向推动机构、用于推动工件做间歇式进给运动的间歇搬运机构、用于将动力源的动力输出给所述横向推动机构和间歇搬运机构的凸轮离合机构；所述动力源、料槽机构、凸轮离合机构、横向推动机构、间歇搬运机构固连于所述支架，所述动力源的动力输出至所述凸轮离合机构，所述凸轮离合机构将动力分别输送给横向推动机构、间歇搬运机构，所述间歇搬运机构驱动工件在所述料槽机构做间歇式进给，所述横向推动机构推动工件脱离所述间歇搬运机构进入到输送带，工件从所述输送带上连续输出。

2.根据权利要求1所述的单一动力驱动的多向联动机械手，其特征在于，所述凸轮离合机构包括：从动同步带轮、凸轮轴、离合器主动轮、离合器从动轮、拨叉、拨叉销、离合气缸、纵向驱动凸轮、水平驱动凸轮、横向驱动凸轮，所述凸轮轴活动连接于所述支架，所述从动同步带轮、离合器主动轮活动连接于所述凸轮轴，所述从动同步带轮固连于所述离合器主动轮；所述离合器从动轮、纵向驱动凸轮、水平驱动凸轮、横向驱动凸轮固连于所述凸轮轴；所述离合器主动轮、离合器从动轮相匹配，所述拨叉通过所述拨叉销活动连接于所述支架，所述离合气缸的气缸体固连于所述支架，所述离合气缸的活塞杆的末端连接于所述拨叉的末端，所述拨叉活动连接于所述离合器从动轮。

3.根据权利要求1所述的单一动力驱动的多向联动机械手，其特征在于，所述纵向驱动凸轮、水平驱动凸轮为盘形凸轮，所述横向驱动凸轮为圆柱凸轮。

4.根据权利要求1所述的单一动力驱动的多向联动机械手，其特征在于，所述横向推动机构包括：横向摆杆、横向棍子、摆杆转轴、横向推杆，所述横向摆杆可转动地连接于所述摆杆转轴，所述横向棍子活动连接于所述横向摆杆的中部，所述横向棍子贴于所述凸轮离合机构的横向驱动凸轮表面；所述横向推杆的一端活动连接于所述横向摆杆的末端，所述横向推杆另一端活动连接于所述横推滑块，所述横推滑块上设置有用于容纳工件的工件容腔。

5.根据权利要求1所述的单一动力驱动的多向联动机械手，其特征在于，所述间歇搬运机构包括：水平摆杆、转动座、水平凸轮滚子、水平驱动杆、水平支撑板、水平直线导轨、水平滑台、纵向摆杆销、纵向摆杆、纵向滚子、中间连杆、纵向驱动杆、摆动销、纵向末端滚子、纵向滑块、纵向导轨、纵向滑块、多齿移动板；

所述转动座可转动地连接于所述支架上的摆杆连接座，所述水平摆杆固连于所述转动座，所述水平凸轮滚子活动连接于所述水平摆杆的末端，所述水平摆杆的另一端活动连接于所述水平驱动杆的一端，所述水平驱动杆的末端活动连接于所述水平滑台，所述水平凸轮滚子贴于所述水平驱动凸轮；所述水平支撑板固连于所述支架上的搬运机构安装座，所述水平直线导轨水平固连于所述水平支撑板，所述水平滑台通过滑块活动连接于所述水平直线导轨；

所述纵向摆杆可转动地连接于所述纵向摆杆销，所述纵向滚子活动连接于所述纵向摆杆，所述纵向滚子贴于所述纵向驱动凸轮的表面；所述中间连杆的一端活动连接于所述纵向摆杆的末端，所述中间连杆的另一端活动连接于所述纵向驱动杆的中部，所述纵向驱动杆可转动地连接于所述摆动销，所述纵向末端滚子活动连接于所述纵向驱动杆的末端；所述纵向末端滚子贴于所述纵向滑块的下表面；所述纵向滑块固连于所述纵向滑块，所述纵向导轨竖直固连于所述水平滑台，所述纵向滑块和纵向导轨相匹配。

6.根据权利要求1所述的单一动力驱动的多向联动机械手，其特征在于，所述多齿移动板固连于所述纵向滑块，所述多齿移动板的下部设置有用于容纳工件的容腔，所述多次移动板和所述料槽机构相匹配。

7.根据权利要求1所述的单一动力驱动的多向联动机械手，其特征在于，所述支架包括：下层板、上层板、四角立柱、凸轮轴安装座、搬运机构安装座、摆杆连接座、气缸安装座，所述下层板、上层板之间通过所述四角立柱实现固定连接，所述凸轮轴安装座固连于所述上层板的下部，所述气缸安装座固连于所述下层板，所述搬运机构安装座、摆杆连接座固连于所述上层板的上部。

8.根据权利要求1所述的单一动力驱动的多向联动机械手，其特征在于，所述动力源包括：驱动电机、皮带驱动盘、主动同步带轮、同步带、皮带，所述皮带驱动盘、主动同步带轮固连于所述驱动电机的输出轴，所述同步带连接于所述主动同步带轮和从动同步带轮，所述皮带连接于所述皮带驱动盘和输送带之间，用于驱动所述输送带运动。

9.根据权利要求1所述的单一动力驱动的多向联动机械手，其特征在于，所述料槽机构包括：进料料槽、横推滑块、输送带，所述进料料槽的输出口连接至所述横推滑块，所述横推滑块连接于所述输送带的起始端。

10.根据权利要求1所述的单一动力驱动的多向联动机械手，其特征在于，离合气缸的活塞杆伸出，驱动所述拨叉绕所述拨叉销转动，使所述离合器从动轮和离合器主动轮处于结合状态；离合气缸的活塞杆缩回，驱动所述拨叉绕所述拨叉销转动，使所述离合器从动轮和离合器主动轮处于脱离状态。