CN109967642B - 快速上下料机械手 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种快速上下料机械手，包括机架、大臂、小臂和端拾器，大臂包括第一运动分支、第二运动分支和上滑块；第一运动分支、第二运动分支两端分别通过转动轴与机架和上滑块转动连接；大臂下端通过上滑块与小臂上端连接，小臂下端通过下滑块与端拾器固连；通过大臂中的五个直线驱动单元的驱动可实现大臂末端在空间中的三维移动和二维转动，通过小臂上电机的驱动实现端拾器的移动，通过大臂和小臂在送料方向上的运动叠加可实现快速上下料。本发明可调整能力强、运动灵活快速、承载力大，可实现自动化冲压生产线上的快速上下料。

Description

快速上下料机械手

技术领域

本发明属于机器人技术领域，具体涉及一种快速上下料机械手。

背景技术

冲压作为一种应用极为广泛的重要加工方法，其加工效率很高，在机械生产中占有重要的地位；冲压自动化生产线是冲压技术的发展趋势，上下料机械手是冲压自动化生产线上最重要的组成部分之一。目前，大部分冲压生产线上采用的是多轴串联工业机器人，其特点是控制简单、工作空间大、运动灵活，但是承载能力较差且不易调节。因此期待一种新型结构的快速上下料机械手，能够实现空间的多维运动，并保障高精度、高承载能力和较好的调节能力。

发明内容

针对以上情况，本发明提供一种快速上下料机械手，克服现有技术的不足，不仅可调整能力强、运动灵活快速，而且承载力大。

本发明所采用的技术方案是提供一种快速上下料机械手，包括机架、大臂、小臂和端拾器，所述机架两端分别固连于两个压机之间的龙门梁上，所述大臂的第一端与机架连接，所述大臂的第二端与小臂的第一端连接，所述小臂的第二端与端拾器连接；所述大臂包括第一运动分支、第二运动分支和上滑块，所述第一运动分支中，第一矩形连接件通过第三转动轴与机架转动连接，所述第一矩形连接件通过第二转动轴同时与第一H形连杆、第二H形连杆上端转动连接，所述第一H形连杆下端通过第一转动轴与第四H形连杆上端转动连接，所述第二H形连杆下端通过第四转动轴与第三H形连杆上端转动连接，所述第三H形连杆下端通过第五转动轴与第四H形连杆中部转动连接，所述第四H形连杆下端通过第六转动轴与第二矩形连接件转动连接，所述第二矩形连接件通过第七转动轴与上滑块转动连接；第一直线驱动单元和第二直线驱动单元一端通过一对第一球副分别与第一H形连杆的两侧连接，所述第一直线驱动单元和第二直线驱动单元的另一端通过一对第二球副分别与第一基座的两侧连接；所述第一基座固连于机架之上；第三直线驱动单元一端通过第四球副与第一支撑座连接，所述第一支撑座固连于第二H形连杆之上，所述第三直线驱动单元的另一端通过第三球副与第二支撑座连接，所述第二支撑座固连于第一基座之上；在所述大臂中，将所述第一运动分支去除第三直线驱动单元、第三球副和第四球副，并将第四H形连杆下端通过第一虎克铰与第八转动轴固连，第八转动轴与上滑块转动连接，即为第二运动分支；以及所述小臂中的齿形带上表面与上滑块固连在一起，所述齿形带通过齿形带轮与电机输出端连接在一起，所述电机固连于小臂机架之上，所述齿形带下表面与下滑块固连，所述下滑块与端拾器固连。

优选地，所述第一运动分支中，所述第二转动轴、第三转动轴固连在第一矩形连接件上，并且两转动轴轴线相互垂直；所述第六转动轴、第七转动轴固连在第二矩形连接件上，并且两转动轴的轴线相互垂直；所述第一H形连杆与第三H形连杆相互平行，第二H形连杆与第四H形连杆相互平行，四个所述H形连杆转动连接的所有转动轴间相互平行。

优选地，所述第一虎克铰包括第三矩形连接件、第九转动轴、第十转动轴和U形件，所述第三矩形连接件通过第十转动轴与第四H形连杆下端转动连接，所述U形件通过第九转动轴与第三矩形连接件转动连接，第八转动轴固连在U形件上；所述第九转动轴、第十转动轴固连在第三矩形连接件上，并且两转动轴轴线相互垂直，第八转动轴与第九转动轴轴线相互垂直。

进一步地，所述大臂中，第一运动分支上端、第二运动分支上端两者与机架转动连接的转动轴相互平行，两运动分支下端与上滑块转动连接的转动轴相互平行。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明可调整能力强、运动灵活快速、承载力大；

2、本发明提供的上下料机械手大臂采用两分支并联机构，结构简单紧凑、刚度大；

3、本发明大臂可实现空间中的三维移动和二维转动，小臂可实现送料方向的一维移动，具有结构简单、运动特征明确的特点，大臂和小臂在送料方向上的运动叠加可实现自动化冲压生产线上的快速上下料。

附图说明

图1为本发明的快速上下料机械手结构示意图；

图2为本发明的大臂结构示意图；

图3为本发明的第一运动分支第一轴测结构示意图；

图4为本发明的第一运动分支第二轴测结构示意图；

图5为本发明的第二运动分支结构示意图；

图6为本发明的第一虎克铰结构示意图；以及

图7为本发明的小臂结构示意图。

主要的附图标记如下：

机架1、大臂2、小臂3、端拾器4、工件5、压机6，6′、第一运动分支7、第二运动分支8、第一虎克铰9、第三矩形连接件901、第九转动轴902、第十转动轴903、U形件904、第一球副10，10′、第一直线驱动单元11、第二直线驱动单元12、第二球副13，13′、第一基座14，14′、第一H形连杆15、第三球副16、第三直线驱动单元17、第一支撑座18、第二H形连杆19、第三H形连杆20、第四H形连杆21、上滑块22、第一转动轴23、第二转动轴24、第三转动轴25、第一矩形连接件26、第二支撑座27、第四球副28、第四转动轴29、第五转动轴30、第六转动轴31、第二矩形连接件32、第七转动轴33、第八转动轴34、齿形带35、齿形带轮36、电机37、下滑块38、小臂机架39、龙门梁40，40′。

具体实施方式

为详尽本发明之技术内容、结构特征、所达成目的及功效，以下将结合说明书附图进行详细说明。

本发明提供一种快速上下料机械手，如图1～7所示，包括机架1、大臂2、小臂3和端拾器4，机架1两端分别固连于两个压机6、6′之间的龙门梁40、40′上，大臂2一端与机架1连接，另一端与小臂3一端连接，小臂3的另一端与端拾器4连接；大臂2包括第一运动分支7、第二运动分支8和上滑块22，第一运动分支7中，第一矩形连接件26通过第三转动轴25与机架1转动连接，第一矩形连接件26通过第二转动轴24同时与第一H形连杆15、第二H形连杆19上端转动连接，第一H形连杆15下端通过第一转动轴23与第四H形连杆21上端转动连接，第二H形连杆19下端通过第四转动轴29与第三H形连杆20上端转动连接，第三H形连杆20下端通过第五转动轴30与第四H形连杆21中部转动连接，第四H形连杆21下端通过第六转动轴31与第二矩形连接件32转动连接，第二矩形连接件32通过第七转动轴33与上滑块22转动连接；第一直线驱动单元11和第二直线驱动单元12一端通过一对第一球副10、10′分别与第一H形连杆15的两侧连接，第一直线驱动单元11和第二直线驱动单元12的另一端通过一对第二球副13、13′分别与第一基座14的两侧连接；第一基座14固连于机架1之上；第三直线驱动单元17一端通过第四球副28与第一支撑座18连接，第一支撑座18固连于第二H形连杆19之上，第三直线驱动单元17的另一端通过第三球副16与第二支撑座27连接，第二支撑座27固连于第一基座14′之上。

大臂2中，将第一运动分支7去除第三直线驱动单元17、第三球副16和第四球副28，并将第四H形连杆21下端通过第一虎克铰9与第八转动轴34固连，第八转动轴34与上滑块22转动连接，即为第二运动分支8；以及小臂3中的齿形带35上表面与上滑块22固连在一起，齿形带35通过齿形带轮36与电机37输出端连接在一起，电机37固连于小臂机架39之上，齿形带35下表面与下滑块38固连，下滑块38与端拾器4固连。

第一运动分支7中，第二转动轴24、第三转动轴25固连在第一矩形连接件26上，并且两转动轴轴线相互垂直；第六转动轴31、第七转动轴33固连在第二矩形连接件32上，并且两转动轴的轴线相互垂直；第一H形连杆15与第三H形连杆20相互平行，第二H形连杆19与第四H形连杆21相互平行，四个H形连杆转动连接的所有转动轴间相互平行。第一虎克铰9包括第三矩形连接件901、第九转动轴902、第十转动轴903和U形件904，第三矩形连接件901通过第十转动轴903与第四H形连杆21下端转动连接，U形件904通过第九转动轴902与第三矩形连接件901转动连接，第八转动轴34固连在U形件904上；第九转动轴902、第十转动轴903固连在第三矩形连接件901上，并且两转动轴轴线相互垂直，第八转动轴34与第九转动轴902轴线相互垂直。大臂2中，第一运动分支7上端、第二运动分支8上端两者与机架1转动连接的转动轴相互平行，第一运动分支7和第二运动分支8的下端与上滑块22转动连接的转动轴相互平行，机架1和大臂2构成了五自由度并联机构。

具体而言，本发明所提供的快速上下料机械手包括机架1、大臂2、小臂3和端拾器4；大臂2一端与机架1连接，另一端与小臂3的一端连接，小臂3的另一端与端拾器4连接，端拾器4拾取工件5，并且在程序的控制下，各个部分协调工作。

大臂2包括第一运动分支7、第二运动分支8和上滑块22；在第一运动分支7中：第一矩形连接件26通过第三转动轴25与机架1形成转动连接，第一矩形连接件26通过第二转动轴24同时与第一H形连杆15、第二H形连杆19上端转动连接，第一H形连杆15下端通过第一转动轴23与第四H形连杆上端转动连接，第二H形连杆19下端通过第四转动轴29与第三H形连杆20上端转动连接，第三H形连杆20下端通过第五转动轴30与第四H形连杆21中部转动连接，第四H形连杆21下端通过第六转动轴31与第二矩形连接件32转动连接，第二矩形连接件32通过第七转动轴33与上滑块22转动连接；第一直线驱动单元11、第二直线驱动单元12一端通过一对第一球副10、10′与第一H形连杆15两侧连接，另一端通过一对第二球副13、13′与第一基座14两侧连接，第一基座14、14′固连在机架1上；第三直线驱动单元17一端通过第四球副28与第一支撑座18连接，第一支撑座18固连在第二H形连杆19上，第三直线驱动单元17另一端通过第三球副16与第二支撑座27连接，第二支撑座27固连在第一基座14′上；在第一运动分支7中，第二转动轴24、第三转动轴25固连在第一矩形连接件26上，并且两转动轴轴线相互垂直；第六转动轴31、第七转动轴33固连在第二矩形连接件32上，并且两转动轴轴线相互垂直；第一H形连杆15与第三H形连杆20相互平行，第二H形连杆19与第四H形连杆21相互平行，与四个H形连杆转动连接的所有转动轴间相互平行。

在大臂2中，将第一运动分支7去除第三直线驱动单元17及其两端联接件，并将第四H形连杆21下端通过第一虎克铰9与第八转动轴34固连，第八转动轴34与上滑块22转动连接，即为第二运动分支8。第一虎克铰9包括第三矩形连接件901、第九转动轴902、第十转动轴903和U形件904，第三矩形连接件901通过第十转动轴903与第四H形连杆21下端转动连接，U形件904通过第九转动轴902与第三矩形连接件901转动连接，第八转动轴34固连在U形件904上；第九转动轴902、第十转动轴903固连在第三矩形连接件901上，并且两转动轴轴线相互垂直，第八转动轴34与第九转动轴902轴线相互垂直。

在大臂2中，第一运动分支7上端、第二运动分支8上端两者与机架1转动连接的转动轴相互平行，两运动分支下端与上滑块22转动连接的转动轴相互平行。

小臂3中的齿形带35上面与上滑块22固连在一起，该齿形带35通过齿形带轮36与电机37输出端连接，电机37固连在小臂机架39上，齿形带35下面与下滑块38固连，下滑块38与端拾器4固连；上滑块22与下滑块38运动方向相反，即当机械手处于左极限位置时，上滑块位于小臂3的右端，端拾器4位于小臂3的左端，当机械手处于右极限位置时，上滑块位于小臂3的左端，端拾器4位于小臂3的右端。

上下料机械手工作时，通过大臂2中的五个直线驱动单元的驱动可实现大臂2末端在空间中的三维移动与绕平行第三转动轴25的一竖直轴的转动和绕平行第二转动轴24的一水平轴的转动，通过小臂3上电机37的驱动可实现端拾器4在送料方向上的一维移动，通过大臂2和小臂3在送料方向上的运动叠加，可实现快速上下料。

在实际使用时，先将第一运动分支7和第二运动分支8的连杆部分在合适的操作地方按照上述连接方式装配好，将机架1的两端分别用螺栓连接等方式固连在两个压机6、6′之间的龙门梁40、40′上，且横跨于两梁之间，将第一运动分支7的第一矩形连接件26通过第三转动轴25连接在机架1上，且形成转动副连接，第一直线驱动单元11、第二直线驱动单元12一端通过一对第一球副10、10′与第一H形连杆15两侧连接，另一端通过一对第二球副13、13′与第一基座14两侧连接，第一基座14、14′固连在机架1上；第三直线驱动单元17一端通过第四球副28与第一支撑座18连接，第一支撑座18固连在第二H形连杆19上，第三直线驱动单元17另一端通过第三球副16与第二支撑座27连接，第二支撑座27固连在第一基座14′上。将第四H形连杆21下端通过第一虎克铰9与第八转动轴34固连，第八转动轴34与上滑块22转动连接，即为第二运动分支8。第一虎克铰9中第三矩形连接件901通过第十转动轴903与第四H形连杆21下端转动连接，U形件904通过第九转动轴902与第三矩形连接件901转动连接，第八转动轴34固连在U形件904上。

将小臂3中的齿形带35上表面与上滑块22固连在一起，齿形带35通过齿形带轮36与电机37输出端连接在一起，电机37固连于小臂机架39之上，齿形带35下表面与下滑块38固连，下滑块38与端拾器4固连，从而得到本发明所提供的机械手。开启所有驱动单元及电机37，在控制中心的控制下，按照生产流程顺序抓取工件5，以进行生产。

以上所述是本申请的优选实施方式，不以此限定本发明的保护范围，应当指出，对于该技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术原理前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (2)

1.一种快速上下料机械手，包括机架、大臂、小臂和端拾器，

所述机架两端分别固连于两个压机之间的龙门梁上，所述大臂的第一端与机架连接，所述大臂的第二端与小臂的第一端连接，所述小臂的第二端与端拾器连接；

其特征在于，所述大臂包括第一运动分支、第二运动分支和上滑块，所述第一运动分支中，第一矩形连接件通过第三转动轴与机架转动连接，所述第一矩形连接件通过第二转动轴同时与第一H形连杆、第二H形连杆上端转动连接，所述第一H形连杆下端通过第一转动轴与第四H形连杆上端转动连接，所述第二H形连杆下端通过第四转动轴与第三H形连杆上端转动连接，所述第三H形连杆下端通过第五转动轴与第四H形连杆中部转动连接，所述第四H形连杆下端通过第六转动轴与第二矩形连接件转动连接，所述第二矩形连接件通过第七转动轴与上滑块转动连接；

第一直线驱动单元和第二直线驱动单元的第一端通过一对第一球副分别与第一H形连杆的两侧连接，所述第一直线驱动单元和第二直线驱动单元的第二端通过一对第二球副分别与第一基座的两侧连接；所述第一基座固连于机架之上；第三直线驱动单元的第一端通过第四球副与第一支撑座连接，所述第一支撑座固连于第二H形连杆之上，所述第三直线驱动单元的第二端通过第三球副与第二支撑座连接，所述第二支撑座固连于第一基座之上；所述第一运动分支中，所述第二转动轴、第三转动轴固连在第一矩形连接件上，并且两转动轴轴线相互垂直；所述第六转动轴、第七转动轴固连在第二矩形连接件上，并且两转动轴的轴线相互垂直；所述第一H形连杆与第三H形连杆相互平行，第二H形连杆与第四H形连杆相互平行，四个所述H形连杆转动连接的所有转动轴间相互平行；

在所述大臂中，将所述第一运动分支去除第三直线驱动单元、第三球副和第四球副，并将第四H形连杆下端通过第一虎克铰与第八转动轴固连，第八转动轴与上滑块转动连接，即为第二运动分支；

所述小臂中的齿形带上表面与上滑块固连在一起，所述齿形带通过齿形带轮与电机输出端连接在一起，所述电机固连于小臂机架之上，所述齿形带下表面与下滑块固连，所述下滑块与端拾器固连；

大臂中，第一运动分支上端、第二运动分支上端两者与机架转动连接的转动轴相互平行，第一运动分支和第二运动分支的下端与上滑块转动连接的转动轴相互平行，机架和大臂构成了五自由度并联机构，大臂实现空间中的三维移动和二维转动，小臂实现送料方向的一维移动，大臂和小臂在送料方向上的运动叠加实现自动化冲压生产线上的快速上下料。

2.根据权利要求1所述的快速上下料机械手，其特征在于，所述第一虎克铰包括第三矩形连接件、第九转动轴、第十转动轴和U形件，所述第三矩形连接件通过第十转动轴与第四H形连杆下端转动连接，所述U形件通过第九转动轴与第三矩形连接件转动连接，第八转动轴固连在U形件上；所述第九转动轴、第十转动轴固连在第三矩形连接件上，并且两转动轴轴线相互垂直，第八转动轴与第九转动轴轴线相互垂直。

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