CN109773772A - 一种多轴机械手组件及多轴机械手 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多轴机械手组件及多轴机械手，其特点是包括组装框、直线电机和直线导轨；组装框包括左侧板、右侧板和连接板，左侧板、右侧板由所述连接板连接；直线电机的固定端和直线导轨平行设置并安装在组装框内，直线电机的运动端与直线导轨的滑块在竖直方向由过渡板连接，过渡板在直线电机的带动以及直线导轨的支撑和引导下做往复运动。本发明的优点是采用模块化设计理念，实现多轴机械手的模块化组装，节省生产成本，提高组装效率，运行稳定可靠，多轴机械手组件可根据实际生产需要进行轴向组件的拓展，以适应不断变化的生产工艺需求，节省设备制造成本；本发明可根据需要进行多种多轴机械手短时间内的搭建。

Description

一种多轴机械手组件及多轴机械手

技术领域

本发明属于多轴机器人领域，尤其涉及一种模块化设计的多轴机械手组件，可按照需求组装成悬臂式多轴机械手或其他结构形式的多轴机械手。

背景技术

多轴机器人又称单轴机械手，工业机械臂，电缸等，是以XYZ直角坐标系统为基本数学模型，以伺服电机、步进电机为驱动的单轴机械臂为基本工作单元，以滚珠丝杆、同步皮带、齿轮齿条为常用的传动方式所架构起来的机器人系统，可以完成在XYZ三维坐标系中任意一点的到达和遵循可控的运动轨迹。多轴机器人采用运动控制系统实现对其的驱动及编程控制，直线、曲线等运动轨迹的生成为多点插补方式，操作及编程方式为引导示教编程方式或坐标定位方式。多轴机器人的特点是：1.自由度运动，每个运动自由度之间的空间夹角为直角；2.自动控制，可重复编程，所有的运动均按程序运行；3.一般由控制系统、驱动系统、机械系统、操作工具等组成；4.灵活，多功能，因操作工具不同其功能也不同；5.高可靠性、高速度、高精度；6.可用于恶劣环境，可长期工作，便于操作维修。作为一种成本低廉、系统结构简单的自动化机器人系统解决方案，多轴机器人可以被应用于点胶、滴塑、喷涂、码垛、分拣、包装、焊接、金属加工、搬运、上下料、装配、印刷等常见的工业生产领域，在替代人工，提高生产效率，稳定产品质量等方面都具备显著的应用价值。针对不同的应用场合，对多轴机器人有不同的设计要求，比如根据对精度、速度的要求选择不同的传动方式，根据特定的工艺要求为末端工作头选择不同的夹持设备(夹具、爪手、安装架、电动螺丝刀等)，以及对于示教编程，坐标定位、视觉识别等工作模式的设计选择等，从而使之能满足于不同领域、不同工况的应用要求。现有技术中公开了悬臂式多轴机械手，但结构复杂，每轴设计均不相同，且精度上达不到工艺要求，不能满足现有生产需求。

中国专利申请，申请号CN201711193948.3，申请日20171124，申请公布号CN108107532A，申请公布日20180601，公开了“一种用于快速频繁启停的超精密三轴调整装置”，属于超精密调整技术领域。X轴导轨座及两个X轴直线电机定子安装在花岗岩底座上面，花岗岩底座上面固定有呈矩形布置的四个X轴限位组件，X轴光栅尺安装在X轴导轨座的通槽内；X轴直线电机线圈通过X轴直线电机线圈座安装在X轴溜板上，X轴溜板滑动设置在花岗岩底座上面，Y轴导轨座固定在X轴直线电机线圈座上面，Y轴光栅尺安装在Y轴导轨座的通槽内，通槽内的两个支架上安装有Y轴限位组件，Y轴直线电机定子固定在X轴溜板上，Y轴直线电机线圈通过Y轴直线电机线圈座与Y轴溜板相对应侧面连接，Y轴溜板滑动设置在Y轴导轨座上面；Z轴精密升降台固定在Y轴溜板上面。本发明用于超精密加工中。

中国专利申请，申请号CN201610495580.5，申请日20160629，申请公布号CN106112923A，申请公布日20161116，公开了“一种高精度三轴运动平台”，包括由下至上依次设置的基板、X轴托板和Y轴托板，所述基板与X轴托板之间通过基板直线滚珠导轨连接，X轴托板与Y轴托板之间通过X直线滚珠导轨连接，所述X轴托板一侧设有第一直线电机，基板直线滚珠导轨包括第一滚珠丝杠，第一直线电机连接到第一滚珠丝杠，所述Y轴托板一侧设有第二直线电机，X直线滚珠导轨包括第二滚珠丝杠，第二直线电机连接到第二滚珠丝杠，所述基板中部设有竖直的第三滚珠丝杠，第三滚珠丝杠连接Z轴导轨，Z轴导轨连接Z轴升降杆，Z轴升降杆固定连接到载物台底部，第三滚珠丝杠连接到伺服电机。

中国专利申请，申请号CN200710181804.6，申请日20071012，授权公告号CN101409112B，授权公告日20121003，公开了一种“三轴运动平台”，包括底座，组装于所述底座两端的Y轴运动系统，架设于所述底座中部的X轴运动系统，以及固定于X轴运动系统上的Z轴运动系统，其中，所述X轴运动系统、Y轴运动系统以及Z轴运动系统分别包括直线电机及滑动装置，该滑动装置包括导轨和滑块；所述X轴运动系统还包括一横梁，所述用于驱动该X轴运动系统的直线电机和所述导轨固定于该横梁上；所述Z轴运动系统还包括一固定架，所述用于驱动该Z轴运动系统的直线电机和所述导轨安装于所述固定架上。本发明三轴运动平台不但可以提高系统运行平稳性和准确性，而且可以实现负载的高速、准确定位。

上述公开的现有技术都是由电机带动滚珠丝杆为基础搭建的三轴机械结构，其共同点还在于都是桥式龙门结构，这种桥式龙门结构能够做到高精度控制，其受各自应用领域的限制不能实现互相替换，而且其运动自由度受龙门长度限制，拓展性较低，某些三轴机械结构在面临生产线或生产工艺调整时不得不面临废弃淘汰，造成资源的浪费。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种多轴机械手组件及多轴机械手，采用模块化设计理念，根据实际生产需要进行多轴机械手结构的组装，模块之间组装方便，运行稳定可靠，节省设备制造成本，极大的减少了占地空间，提高的空间利用率。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种多轴机械手组件，其特点是包括组装框、直线电机和直线导轨；所述组装框包括左侧板、右侧板和连接板，所述左侧板、右侧板由所述连接板连接；所述直线电机的固定端和直线导轨平行设置并安装在组装框内，直线电机的运动端与直线导轨的滑块在竖直方向由过渡板连接，所述过渡板在直线电机的带动以及直线导轨的支撑和引导下做精确往复运动。

进一步地，所述直线电机至少设置一个。

进一步地，所述直线电机为滑杆式直线电机。滑杆式直线电机的优点是滑杆的杆体长度可进行轴向延申，这种结构可以根据实际需要自由拓展左侧板和右侧板的距离而不受直线电机本身自带滑杆(设于组状框内的固定端)的限制，使多轴机械手组件组装成的多轴机械手能够在X/Y/Z轴之一或多轴上进行运动长度的二次拓展，延长或缩小直线电机的运动轨迹，适应生产工艺的需求。

进一步地，所述直线导轨至少设置一个。

进一步地，所述直线导轨与直线电机组对安装，所述直线导轨设于直线电机下侧。

进一步地，所述左侧板、右侧板、连接板中的一个或多个预置连接结构，所述过渡板上设预置连接结构，所述预置连接结构方便地将所述多轴机械手组件与机械结构或基座实现快速连接；所述预置连接结构包括螺栓孔和与螺栓孔匹配的螺栓。

一种悬臂式三轴机械手，其特点是包括X轴和Y轴，所述X轴和Y轴均由上述多轴机械手组件构成；为了表示区分以及叙述的方便，本申请按如下规则命名，在多轴机械手组件的相应部件名称前加X轴或Y轴以示所属组件；X轴多轴机械手组件的X轴过渡板上的X轴预置连接结构与Y轴悬臂式多轴机械手组件的Y轴左侧板上的Y轴预置连接结构连接；Y轴过渡板的Y轴预置连接结构连接作为Z轴的末端工作头。

进一步地，所述末端工作头为夹具、爪手、安装架、电动螺丝刀。

一种悬臂式六轴机械手，其特点是包括X’轴、Y’轴和Y”轴，所述Y’轴和Y”轴均由多轴机械手组件构成，为了表示区分以及叙述的方便，本申请按如下规则命名，在多轴机械手组件的相应部件名称前加Y’轴或Y”轴以示所属组件；所述X’轴包括X’轴组装框、X’轴直线电机和X’轴直线导轨；所述X’轴组装框包括X’轴左侧板、X’轴右侧板和X’轴连接板，所述X’轴左侧板、X’轴右侧板由所述X’轴连接板连接；所述X’轴直线电机和X’轴直线导轨为一组平行设置，安装在X’轴组装框内，在X’轴组装框内上下并列设置两组X’轴直线电机和X’轴直线导轨的组合，每组所述X’轴直线电机和X’轴直线导轨均由X’轴过渡板连接；所述X’轴过渡板上设X’轴预置连接结构，所述两个X’轴预置连接结构分别连接Y’轴左侧板和Y”左侧板；Y’轴过渡板通过Y’轴预置连接结构与作为Z’轴的连接末端工作头连接，Y”轴过渡板通过Y”轴预置连接结构与作为Z”轴的连接末端工作头连接。

进一步地，所述末端工作头为夹具、爪手、安装架、电动螺丝刀。

与现有技术相比，本发明的优点是采用模块化设计理念，实现多轴机械手的模块化组装，节省生产成本，提高组装效率，运行稳定可靠，多轴机械手组件可根据实际生产需要进行轴向组件的拓展，以适应不断变化的生产工艺需求，节省设备制造成本，减少设备占地空间；本发明可根据需要进行多种多轴机械手短时间内的搭建。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步说明。

图1是本发明实施例1左侧立体图(左侧板连接过渡板)。

图2是本发明实施例1右侧主视图(左侧板连接过渡板)。

图3是本发明实施例2三轴机械手右侧立体图。

图4是本发明实施例2三轴机械手左侧正视图。

图5是本发明实施例3六轴机械手正视图。

图6是本发明实施例3三轴机械手右侧立体图。

图7是本发明实施例3六轴机械手左侧立体图。

图中：1-直线电机 2-直线导轨 3-左侧板 4-右侧板 5-连接板 6-滑块 7-过渡板8-预置连接结构 9-拖链 10-拖链动力支架 11-X轴 12-Y轴 13-Z轴 14-X’轴 15-Y’轴16-Y”轴 17-Z’轴 18-Z”轴。

具体实施方式

为使本发明的内容更加清楚易懂，以下结合说明书附图，对本发明的内容作进一步说明。当然本发明并不局限于该具体实施例，本领域内的技术人员所熟知的一般替换也涵盖在本发明的保护范围内。其次，本发明利用示意图进行了详细的表述，在详述本发明实例时，为了便于说明，示意图不依照一般比例局部放大，不应以此作为对本发明的限定。

实施例1

本实施例提供一种用于组装悬臂式多轴机械手的模块化组件。

如图1-3所示，一种多轴机械手组件，其特点是包括组装框、直线电机1和直线导轨2；组装框包括左侧板3、右侧板4和连接板5，左侧板3、右侧板4由连接板5连接；直线电机1的固定端6和直线导轨2平行设置并安装在组装框内，直线电机1的运动端7与直线导轨2的滑块8在竖直方向由过渡板9连接，过渡板9在直线电机1的带动以及直线导轨2的支撑和引导下做往复运动。

直线电机1至少设置一个。

直线电机1为滑杆式直线电机。滑杆式直线电机的优点是滑杆的杆体可进行轴向延申，这种结构可以拓展左侧板和右侧板的距离而不受直线电机本身自带滑杆(设于组状框内的固定端)的限制，使多轴机械手组件组装成的多轴机械手能够在X/Y/Z轴之一或多轴上进行运动长度的二次拓展，延长直线电机的运动轨迹，适应生产工艺的需求。

直线导轨2至少设置一个。直线导轨又称线轨、滑轨、线性导轨、线性滑轨，是在直线往复运动场合用来支撑和引导运动的部件，拥有比直线轴承更高的额定负载，同时可以承担一定的扭矩，可在高负载的情况下实现高精度的直线运动。

直线导轨2与直线电机1组对安装，直线导轨2中的至少一根设于直线电机1下侧，本实施例1的图纸中设置两根。直线导轨2设于对应的直线电机1下侧，通过过渡板9连接，过渡板9与载荷连接，载荷为另一多轴机械手组件或末端工作头，直线电机1不具备承载能力或承载能力低，而直线导轨2起到很好的辅助作用。

左侧板3、右侧板4、连接板5中的一个或多个预置连接结构10，过渡板9上设预置连接结构9，所述预置连接结构10方便地将多轴机械手组件与机械结构或基座或末端工作头实现快速连接；预置连接结构10包括螺栓孔和与螺栓孔匹配的螺栓(图中未标示)。在过渡板9上，左侧板3、右侧板4、连接板5中的一个或多个上面预先设置螺栓孔(图中未标示)，实现装置的模块化拼接组装。

为了实现多轴控制，在多轴机械手组件的组状框上还设置拖链11和拖链11配套的拖链动力支架12，拖链动力支架12与直线电机运动端6连接，为了不影响过渡板9的功能，通常设置在过渡板9相对的组状框的另一侧。

实施例2

如图3-4所示，将上述实施例1的多轴机械手组件应用于悬臂式三轴机械手组装时，包括X轴11和Y轴12，X轴11和Y轴1均由多轴机械手组件构成；为了表示区分以及叙述的方便，本申请按如下规则命名，在实施例1多轴机械手组件的相应部件名称前加X轴或Y轴以示所属组件；例如X轴11包括X轴组装框、X轴直线电机和X轴直线导轨；X轴组装框包括X轴左侧板、X轴右侧板和X轴连接板，X轴左侧板、X轴右侧板由X轴连接板连接；X轴直线电机与X轴直线导轨平行设置并安装在X轴组装框内，X轴直线电机的运动端与X轴直线导轨的X轴滑块在竖直方向由X轴过渡板连接，X轴过渡板在X轴直线电机的带动以及X轴直线导轨的支撑和引导下做往复运动；Y轴12部件名称参照上述命名规则。

X轴多轴机械手组件的X轴过渡板上X轴预置连接结构与Y轴多轴机械手组件的Y轴左侧板上Y轴预置连接结构连接；Y轴过渡板的Y轴预置连接结构连接作为Z轴13的末端工作头。

X轴1和Y轴12的直线电机设置数量都是一个，直线导轨至少在直线电机的下方设置一个。

末端工作头为夹具、爪手、安装架、电动螺丝刀。

实施例3

如图5-7所示，将上述实施例1的多轴机械手组件应用于悬臂式六轴机械手时，包括X’轴14、Y’轴15和Y”轴16，其中实施例1中所述多轴机械手设置两个，分别命名为Y’轴15和Y”轴16，为了表示区分以及叙述的方便，本申请按如下规则命名，在多轴机械手组件的相应部件名称前加Y’轴或Y”轴以示所属组件；例如Y’轴15包括Y’轴组装框、Y’轴直线电机和Y’轴直线导轨；Y’轴组装框包括Y’轴左侧板、Y’轴右侧板和Y’轴连接板，Y’轴左侧板、Y’轴右侧板由Y’轴连接板连接；Y’轴直线电机与Y’轴直线导轨平行设置并安装在Y’轴组装框内，Y’轴直线电机的运动端与Y’轴直线导轨的滑块在竖直方向由Y’轴过渡板连接，Y’轴过渡板在Y’轴直线电机的带动以及Y’轴直线导轨的支撑和引导下做往复运动；Y”轴部件名称参照上述命名规则。

X’轴14的结构是在实施例1所述多轴机械手组件的基础上进行改进，X’轴14包括X’轴组装框、X’轴直线电机和X’轴直线导轨；X’轴组装框包括X’轴左侧板、X’轴右侧板和X’轴连接板，X’轴左侧板、X’轴右侧板由所述X’轴连接板连接；X’轴直线电机和X’轴直线导轨分别设置两个，一个X’轴直线电机和X’轴直线导轨为一组，两组在竖直方向上下平行设置并安装在X’轴组装框内，每组X’轴直线电机和X’轴直线导轨均由X’轴过渡板连接；X’轴过渡板上设X’轴预置连接结构，两个X’轴预置连接结构分别连接Y’轴左侧板和Y”轴左侧板；Y’轴过渡板通过Y’轴预置连接结构与作为Z’轴17的连接末端工作头连接，Y”轴过渡板通过Y”轴预置连接结构与作为Z”轴18的连接末端工作头连接。为避免Y’轴15与Y”轴16在运动时发生碰撞，可将Y’轴15和Y”轴16分设于X’轴14的左右两侧。

末端工作头为夹具、爪手、安装架、电动螺丝刀。Z’轴17和Z”轴18的末端工作头根据生产需要进行设计组装，可以相同也可以不同。

本发明还可以根据实施例2启示，在Y轴右侧板上连接另一X轴组装成桥式龙门多轴机械手；同理在实施例3的基础上，分别将Y’轴右侧板和Y”轴右侧板连接X’轴多轴机械手组件组装成桥式龙门多轴机械手。

上述的实施例仅例示性说明本发明创造的原理及其功效，以及部分运用的实施例，而非用于限制本发明；应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种多轴机械手组件，其特征在于：包括组装框、直线电机和直线导轨；所述组装框包括左侧板、右侧板和连接板，所述左侧板、右侧板由所述连接板连接；所述直线电机的固定端和直线导轨平行设置并安装在组装框内，直线电机的运动端与直线导轨的滑块在竖直方向由过渡板连接，所述过渡板在直线电机的带动以及直线导轨的支撑和引导下做往复运动。

2.根据权利要求1所述一种多轴机械手组件，其特征在于：所述直线电机至少设置一个。

3.根据权利要求1或2所述一种多轴机械手组件，其特征在于：所述直线电机为滑杆式直线电机。

4.根据权利要求1或2所述一种多轴机械手，其特征在于：所述直线导轨至少设置一个。

5.根据权利要求4所述一种多轴机械手，其特征在于：所述直线导轨与直线电机组对安装，所述直线导轨设于直线电机下侧。

6.根据权利要求1所述一种多轴机械手，其特征在于：所述左侧板、右侧板、连接板中的一个或多个预置连接结构，所述过渡板上设预置连接结构；所述预置连接结构包括螺栓孔和与螺栓孔匹配的螺栓。

7.一种悬臂式三轴机械手，其特点是包括X轴和Y轴，所述X轴和Y轴均权利要求1-6任一项所述上述多轴机械手组件构成；X轴多轴机械手组件的X轴过渡板上的X轴预置连接结构与Y轴悬臂式多轴机械手组件的Y轴左侧板上的Y轴预置连接结构连接；Y轴过渡板的Y轴预置连接结构连接作为Z轴的末端工作头。

8.根据权利要求7所述一种悬臂式三轴机械手，其特征在于：所述末端工作头为夹具、爪手、安装架、电动螺丝刀。

9.一种悬臂式六轴机械手，其特点是包括X’轴、Y’轴和Y”轴，所述Y’轴和Y”轴均由权利要求1-6任一项所述多轴机械手组件构成；所述X’轴包括X’轴组装框、X’轴直线电机和X’轴直线导轨；所述X’轴组装框包括X’轴左侧板、X’轴右侧板和X’轴连接板，所述X’轴左侧板、X’轴右侧板由所述X’轴连接板连接；所述X’轴直线电机和X’轴直线导轨为一组平行设置，安装在X’轴组装框内，在X’轴组装框内上下并列设置两组X’轴直线电机和X’轴直线导轨的组合，每组所述X’轴直线电机和X’轴直线导轨均由X’轴过渡板连接；所述X’轴过渡板上设X’轴预置连接结构，所述两个X’轴预置连接结构分别连接Y’轴左侧板和Y”左侧板；Y’轴过渡板通过Y’轴预置连接结构与作为Z’轴的连接末端工作头连接，Y”轴过渡板通过Y”轴预置连接结构与作为Z”轴的连接末端工作头连接。

10.根据权利要求9所述一种悬臂式三轴机械手，其特征在于：所述末端工作头为夹具、爪手、安装架、电动螺丝刀。