CN110014417A - 基于3自由度并联工业机械手的机械搬运装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于3自由度并联工业机械手的机械搬运装置由固定基座、中间传动机构，末端执行器三个部分组成，中间传动机构由三条传动支链构成，一、二条支链设有蜗轮蜗杆机构；蜗轮蜗杆机构安装在电机的输出部位，二者共同构成此并联机械手末端执行器平行移动的驱动部分；第三条支链设有齿轮传动机构，电机通过齿轮传动，将输出的回转运动输送到外螺纹杆，以此可通过螺旋传动将内螺纹杆进行上下方向的移动，从而使末端执行器达到定轴转动的效果。本发明基于蜗轮蜗杆传动的自锁性，可以防止由于搬运物体过于沉重导致的电机等零件的损坏；且蜗轮蜗杆传动比大、结构紧凑，使本发明传动平稳，运动准确性较高，具备较大的降速比，噪声低等特点。

Description

基于3自由度并联工业机械手的机械搬运装置

技术领域

本发明涉及机械手，确切地说是一种基于3自由度并联工业机械手的机械搬运装置。

背景技术

在农业、工业、服务业等许多产业方面，运送人类、大型物品的场合越来越多，所输送的物品重量也日益增多。由于人工成本的增加及技术的进步，往往是通过机械手或设有机械手的搬运装置进行输送。

现有的技术方案存在的问题是：机械手或设有机械手的搬运装置往往承重有限，由于运送物品过于沉重，会导致电机等一些零件负荷过大而损坏的现象。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种基于3自由度并联工业机械手的机械搬运装置，该装置可以防止由于搬运物体过于沉重导致的电机等零件的损坏，并且具有传动平稳，噪声小的特点。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术手段：

一种基于3自由度并联工业机械手的机械搬运装置，包括固定基座、中间传动机构，末端执行器，所述的中间传动机构设有第一支链、第二支链、第三支链，固定基座上设有第一电机固定架、第一下支撑座、第二电机固定架、第二下支撑座、第三滚轮支撑架；末端执行器与第一滚轮支撑架、第二滚轮支撑架及第四滚轮支撑架分别连接；安装于第一支链上的第一驱动电机与安装于第二支链上的第二驱动电机的轴线均呈水平设置，且二者的轴线相互垂直；当末端执行器呈水平姿态且第一中间连杆、第二中间连杆在竖直位置时，安装于第三支链上的第三驱动电机的轴线呈竖直设置，在机构运动过程中，第三驱动电机的轴线始终与外螺纹杆轴线平行；

第一支链设有第一中间连杆，第一中间连杆的两端分别安装在第一半圆形蜗轮和第一半圆形滚轮的凹槽处，并分别用第一小型连杆、第二小型连杆连接，第一半圆形蜗轮放置在第一上支撑座中并与第一蜗杆啮合，第一驱动电机的输出端与第一蜗杆进行静联接，第一半圆形滚轮放置在已固定在末端执行器上的第一滚轮支撑架的凹槽中啮合；

第二支链设有第二中间连杆，第二中间连杆的两端分别安装在第二半圆形蜗轮和第二半圆形滚轮的凹槽处，并分别用第三小型连杆、第四小型连杆连接；第二半圆形蜗轮放置在第二上支撑座中，并与第二蜗杆啮合；第二驱动电机的输出端与第二蜗杆进行静联接，第二半圆形滚轮放置在已固定在末端执行器上的第二滚轮支撑架的凹槽中啮合；

第三支链设有外螺纹杆，第三驱动电机通过齿轮驱动外螺纹杆，外螺纹杆的顶部与内螺纹杆螺纹配合，外螺纹杆旋转进入至内螺纹杆中，内螺纹杆的顶端安装在第四半圆形滚轮的凹槽处，外螺纹杆的底端通过轴承支架安装在第三半圆形滚轮的凹槽处，并分别用第五小型连杆、第六小型连杆连接，第三半圆形滚轮放置在已固定在固定基座上的第三滚轮支撑架的凹槽中啮合，将第四半圆形滚轮放置在已固定在末端执行器上的第四滚轮支撑架的凹槽中啮合；

第一驱动电机、第二驱动电机及第三驱动电机都是正反转电机。

本实施例的工作原理如下：

（1）第一驱动电机的驱动下，第一支链中的第一半圆形蜗轮能够在第一上支撑座的凹槽中转动，带动第一半圆形滚轮在第一滚轮支撑架的凹槽中转动，除此之外，还带动第二中间连杆围绕第三小型连杆和第四小型连杆，轴承支架、内螺纹杆分别围绕第五小型连杆、第六小型连杆进行转动，带动末端执行器做前后往复平移运动。

（2）第二驱动电机的驱动下，第二支链中的第二半圆形蜗轮能够在第二上支撑座的凹槽中转动，带动第二半圆形滚轮在第二滚轮支撑架的凹槽中，第三半圆形滚轮在第三滚轮支撑架的凹槽中，第四半圆形滚轮在第四滚轮支撑架的凹槽中进行转动，除此之外，还带动第一中间连杆围绕第一小型连杆、第二小型连杆进行转动，带动末端执行器左右往复运动。

（3）第三驱动电机的驱动下，从动齿轮能够在主动齿轮的啮合下转动，带动外螺纹杆进行转动，从而通过螺旋传动使内螺纹杆在轴线方向上进行上下移动，从而在整体上促使末端执行器进行围绕定轴转动。

（4）该工业机械手在3个电机共同作用下可以实现1转2移的3自由度运动，完成运输货物的功能。

与现有技术相比，其突出的特点是：

通过对蜗轮蜗杆机构进行驱动，来达到末端执行器空间范围内的平行移动，通过齿轮传动、螺旋传动来将电机的回转运动变为直线运动，以达到末端执行器空间范围内的定轴转动。基于蜗轮蜗杆传动的自锁性，可以防止由于搬运物体过于沉重导致的电机等零件的损坏；基于蜗轮蜗杆传动的传动比大，结构紧凑的特点，使得搬运物体能较为缓慢精确地到达目的地，并且具有传动平稳，噪声小的特点。除此之外，基于螺旋传动可以方便被搬运物体的卸载，运动准确性较高，同时也具备较大的降速比、工作平稳，噪声低等特点。

进一步的优选技术方案如下：

所述的固定基座通过第一螺钉、第三螺钉与第一支链中的第一电机固定架、第一下支撑座进行连接；通过第四螺钉、第六螺钉与第二支链中的第二电机固定架、第二下支撑座进行连接；通过第八螺钉与第三支链中的第三滚轮支撑架进行连接；末端执行器通过第三螺钉与第一支链中的第一滚轮支撑架进行连接；通过第六螺钉与第二支链中的第二滚轮支撑架进行连接；通过第八螺钉与第三支链中的第四滚轮支撑架进行连接。

通过相应的螺钉的连接设置，使本装置的相关部件的连接稳定性高。

所述的第一驱动电机通过第一螺栓与第一电机固定架进行连接，并用第一螺母将其固定，第一驱动电机的输出端与第一平键啮合之后，再与第一蜗杆进行静联接，保证电机输出的驱动力能传递到蜗轮蜗杆机构；随后，将第一蜗杆的左右两端与第一轴承进行啮合，并放置在第一下支撑座的半圆形缺口处，再通过第二螺钉将第一上支撑座与第一下支撑座进行连接，使第一轴承完全安装在第一上支撑座与第一下支撑座所组成的圆形缺口中。上述设置，使第一支链的相关部件，连接稳定性高，传动性能好。

所述的第二驱动电机通过第二螺栓与第二电机固定架进行连接，并用第二螺母将其固定，第二驱动电机的输出端与第二平键啮合之后，再与第二蜗杆进行静联接，保证电机输出的驱动力能传递到蜗轮蜗杆机构；随后，将第二蜗杆的左右两端与第二轴承进行啮合，并放置在第二下支撑座的半圆形缺口处，再通过第五螺钉将第二上支撑座与第二下支撑座进行连接，使第二轴承完全安装在第二上支撑座与第二下支撑座所组成的圆形缺口中。上述设置，使第二支链的相关部件，连接稳定性高，传动性能好。

所述的电机驱动轮与第三驱动电机相连，随后通过第三螺栓、第三螺母与主动齿轮进行连接，将第三轴承放入到轴承支架中，并将从动齿轮配合至外螺纹杆的下端，随后将外螺纹杆的下部分放入第三轴承的内孔中，保证外螺纹杆能自由旋转，随后将第四轴承嵌入电机轴承连接件中，从外螺纹杆的上端自上而下放入，然后通过铜柱、第七螺钉将电机轴承连接件与轴承支架凸出部分进行连接，随后通过第四螺栓、第四螺母将电机轴承连接件与第三驱动电机连接，从而也使主动齿轮与从动齿轮正确啮合，同时也保证了运动过程中电机的轴线始终与外螺纹杆轴线平行。上述设置，使第三支链的相关部件，连接稳定性高，传动性能好。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图。

图2是本发明第一支链结构示意图。

图3是本发明第二支链结构示意图。

图4是本发明第三支链结构示意图。

附图标记说明：

1、第一支链；101、第一电机固定架；102、第一驱动电机；103、第一下支撑座；104、第一上支撑座；105、第一轴承；106、第一蜗杆；107、第一半圆形蜗轮；、第一小型连杆108；109、第二小型连杆；110、第一中间连杆；111、第一半圆形滚轮；112、第一滚轮支撑架；113、第一螺栓；114、第一螺母；115、第一螺钉；116、第二螺钉；117、第三螺钉；118、第一平键。

2、第二支链；201、第二电机固定架；202、第二驱动电机；203、第二下支撑座；204、第二上支撑座；205、第二轴承；206、第二蜗杆；207、第二半圆形蜗轮；208、第三小型连杆；209、第四小型连杆；210、第二中间连杆；211、第二半圆形滚轮；212、第二滚轮支撑架；213、第二螺栓；214、第二螺母；215、第四螺钉；216、第五螺钉；217、第六螺钉；218、第二平键。

3、第三支链；301、第三滚轮支撑架；302、第三半圆形滚轮；303、第五小型连杆；304、第四滚轮支撑架；305、第四半圆形滚轮；306、第六小型连杆；307、第三驱动电机；308、电机驱动轮；309、主动齿轮；310、从动齿轮；311、第三轴承；312、第四轴承；313、轴承支架；314、电机轴承连接件；315、铜柱；316、外螺纹杆；317、内螺纹杆；318、第三螺栓；319、第四螺栓；320、第三螺母；321、第四螺母；322、第七螺钉；323、第八螺钉。

401、固定基座；501、末端执行器。

具体实施方式

下面结合实施例，进一步说明本发明。

参见图1-图4可知，本发明的一种基于3自由度并联工业机械手的机械搬运装置，由固定基座401、中间传动机构，末端执行器501三个部分组成；且中间传动机构安装在固定基座与末端执行器501之间，中间传动机构由第一支链1、第二支链2、第三支链3组成。固定基座401通过第一螺钉115、第三螺钉117与第一支链1中的第一电机固定架101、第一下支撑座103进行连接；通过第四螺钉215、第六螺钉217与第二支链2中的第二电机固定架201、第二下支撑座203进行连接；通过第八螺钉322与第三支链3中的第三滚轮支撑架301进行连接。

末端执行器501通过第三螺钉117与第一支链1中的第一滚轮支撑架112进行连接；通过第六螺钉217与第二支链2中的第二滚轮支撑架212进行连接；通过第八螺钉323与第三支链3中的第四滚轮支撑架304进行连接。

安装于第一支链1上的第一驱动电机102与安装于第二支链2上的第二驱动电机202的轴线呈水平设置，且二者的轴线处于相互垂直的设置状态。当末端执行器501呈水平姿态且第一中间连杆110、第二中间连杆210均在竖直位置时，安装于第三支链3上的第三驱动电机307的轴线呈竖直设置，在机构运动过程中，第三驱动电机307轴线始终与外螺纹杆316轴线平行。

参见图1、图2可知，在第一支链1的构造中，第一驱动电机102通过第一螺栓113与第一电机固定架101进行连接，并用第一螺母114将其固定。第一驱动电机102的输出端与第一平键118啮合之后，再与第一蜗杆106进行静联接，保证电机输出的驱动力能传递到蜗轮蜗杆机构。随后，将第一蜗杆106的左右两端与第一轴承105进行啮合，并放置在第一下支撑座103的半圆形缺口处，再通过第二螺钉116将第一上支撑座104与第一下支撑座103进行连接，使第一轴承105完全安装在第一上支撑座104与第一下支撑座103所组成的圆形缺口中。

将第一中间连杆110的两端分别安装在第一半圆形蜗轮107和第一半圆形滚轮111的凹槽处，并分别用第一小型连杆108、第二小型连杆109将其二者进行连接。将第一半圆形蜗轮107放置在第一上支撑座104中，并与第一蜗杆106进行正确啮合。将第一半圆形滚轮111放置在已固定在末端执行器501上的第一滚轮支撑架112的凹槽中，使二者正确啮合。

参见图1、图3可知，在第二支链2的构造中，第二驱动电机202通过第二螺栓213与第二电机固定架201进行连接，并用第二螺母214将其固定。第二驱动电机202的输出端与第二平键218啮合之后，再与第二蜗杆206进行静联接，保证电机输出的驱动力能传递到蜗轮蜗杆机构。随后，将第二蜗杆206的左右两端与第二轴承205进行啮合，并放置在第二下支撑座203的半圆形缺口处，再通过第五螺钉216将第二上支撑座204与第二下支撑座203进行连接，使第二轴承205完全安装在第二上支撑座204与第二下支撑座203所组成的圆形缺口中。

将第二中间连杆210的两端分别安装在第二半圆形蜗轮207和第二半圆形滚轮211的凹槽处，并分别用第三小型连杆208、第四小型连杆209将其二者进行连接。将第二半圆形蜗轮207放置在第二上支撑座204中，并与第二蜗杆206进行正确啮合。将第二半圆形滚轮211放置在已固定在末端执行器501上的第二滚轮支撑架212的凹槽中，使二者正确啮合。

参见图1、图4可知，在第三支链3的构造中，将电机驱动轮308与第三驱动电机307相连，随后通过第三螺栓318、第三螺母320与主动齿轮309进行连接。将第三轴承311放入到轴承支架313中，并将从动齿轮310配合至外螺纹杆316的下端，随后将外螺纹杆316的下部分放入第三轴承318的内孔中，保证外螺纹杆316能自由旋转。随后将第四轴承312嵌入电机轴承连接件314中，从外螺纹杆316的上端自上而下放入，然后通过铜柱315、第七螺钉322将电机轴承连接件314与轴承支架313凸出部分进行连接，随后通过第四螺栓319、第四螺母321将电机轴承连接件314与第三驱动电机307连接，从而也使主动齿轮309与从动齿轮310正确啮合，同时也保证了运动过程中电机的轴线始终与外螺纹杆轴线平行。

随后使外螺纹杆316旋转进入至内螺纹杆317中。将内螺纹杆317、轴承支架313有通孔的一端分别安装在第三半圆形滚轮302和第四半圆形滚轮305的凹槽处，并分别用第五小型连杆303、第六小型连杆306将其二者进行连接。随后将第三半圆形滚轮302放置在已固定在固定基座401上的第三滚轮支撑架301的凹槽中，进行正确啮合。将第四半圆形滚轮305放置在已固定在末端执行器501上的第四滚轮支撑架304的凹槽中，使二者正确啮合。

第一支链1中的第一驱动电机102、第二支链2中的第二驱动电机202和第三支链3中的第三驱动电机307都是正反转电机。

本实例中，第一驱动电机102的驱动下，第一支链1中的第一半圆形蜗轮107能够在第一上支撑座104的凹槽中转动，带动第一半圆形滚轮111在第一滚轮支撑架112的凹槽中转动，除此之外，还带动第二中间连杆210围绕第三小型连杆208和第四小型连杆209，轴承支架313、内螺纹杆317分别围绕第五小型连杆303、第六小型连杆306进行转动，带动末端执行器501做前后往复平移运动。

第二驱动电机202的驱动下，第二支链2中的第二半圆形蜗轮207能够在第二上支撑座204的凹槽中转动，带动第二半圆形滚轮211在第二滚轮支撑架212的凹槽中，第三半圆形滚轮302在第三滚轮支撑架301的凹槽中，第四半圆形滚轮305在第四滚轮支撑架304的凹槽中进行转动，除此之外，还带动第一中间连杆110围绕第一小型连杆108、第二小型连杆109进行转动，带动末端执行器501左右往复运动。

第三驱动电机307的驱动下，从动齿轮310能够在主动齿轮309的啮合下转动，带动外螺纹杆316进行转动，从而通过螺旋

传动使内螺纹杆317在轴线方向上进行上下移动，从而在整体上促使末端执行器501进行围绕定轴转动。

本实施例通过对蜗轮蜗杆机构进行驱动，来达到末端执行器空间范围内的平行移动，通过齿轮传动、螺旋传动来将电机的回转运动变为直线运动，以达到末端执行器空间范围内的定轴转动。基于蜗轮蜗杆传动的自锁性，可以防止由于搬运物体过于沉重导致的电机等零件的损坏；基于蜗轮蜗杆传动的传动比大，结构紧凑的特点，使得搬运物体能较为缓慢精确地到达目的地，并且具有传动平稳，噪声小的特点。除此之外，基于螺旋传动可以方便被搬运物体的卸载，运动准确性较高，同时也具备较大的降速比、工作平稳，噪声低等特点。

该工业机械手在3个电机共同作用下可以实现1转2移的3自由度运动，完成运输货物的功能。以上所述仅为本发明较佳可行的实施例而已，并非因此局限本发明的权利范围，凡运用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变化，均包含于本发明的权利范围之内。

Claims (5)

1.一种基于3自由度并联工业机械手的机械搬运装置，包括固定基座、中间传动机构，末端执行器，其特征在于：所述的中间传动机构设有第一支链、第二支链、第三支链，固定基座上设有第一电机固定架、第一下支撑座、第二电机固定架、第二下支撑座、第三滚轮支撑架；末端执行器与第一滚轮支撑架、第二滚轮支撑架及第四滚轮支撑架分别连接；安装于第一支链上的第一驱动电机与安装于第二支链上的第二驱动电机的轴线均呈水平设置，且二者的轴线相互垂直；当末端执行器呈水平姿态且第一中间连杆、第二中间连杆在竖直位置时，安装于第三支链上的第三驱动电机的轴线呈竖直设置，在机构运动过程中，第三驱动电机的轴线始终与外螺纹杆轴线平行；

第一支链设有第一中间连杆，第一中间连杆的两端分别安装在第一半圆形蜗轮和第一半圆形滚轮的凹槽处，并分别用第一小型连杆、第二小型连杆连接，第一半圆形蜗轮放置在第一上支撑座中并与第一蜗杆啮合，第一驱动电机的输出端与第一蜗杆进行静联接，第一半圆形滚轮放置在已固定在末端执行器上的第一滚轮支撑架的凹槽中啮合；

第二支链设有第二中间连杆，第二中间连杆的两端分别安装在第二半圆形蜗轮和第二半圆形滚轮的凹槽处，并分别用第三小型连杆、第四小型连杆连接；第二半圆形蜗轮放置在第二上支撑座中，并与第二蜗杆啮合；第二驱动电机的输出端与第二蜗杆进行静联接，第二半圆形滚轮放置在已固定在末端执行器上的第二滚轮支撑架的凹槽中啮合；

第三支链设有外螺纹杆，第三驱动电机通过齿轮驱动外螺纹杆，外螺纹杆的顶部与内螺纹杆螺纹配合，外螺纹杆旋转进入至内螺纹杆中，内螺纹杆的顶端安装在第四半圆形滚轮的凹槽处，外螺纹杆的底端通过轴承支架安装在第三半圆形滚轮的凹槽处，并分别用第五小型连杆、第六小型连杆连接，第三半圆形滚轮放置在已固定在固定基座上的第三滚轮支撑架的凹槽中啮合，将第四半圆形滚轮放置在已固定在末端执行器上的第四滚轮支撑架的凹槽中啮合；第一驱动电机、第二驱动电机及第三驱动电机都是正反转电机。

2.根据权利要求1所述的基于3自由度并联工业机械手的机械搬运装置，其特征在于：所述的固定基座通过第一螺钉、第三螺钉与第一支链中的第一电机固定架、第一下支撑座进行连接；通过第四螺钉、第六螺钉与第二支链中的第二电机固定架、第二下支撑座进行连接；通过第八螺钉与第三支链中的第三滚轮支撑架进行连接；末端执行器通过第三螺钉与第一支链中的第一滚轮支撑架进行连接；通过第六螺钉与第二支链中的第二滚轮支撑架进行连接；通过第八螺钉与第三支链中的第四滚轮支撑架进行连接。

3.根据权利要求1所述的基于3自由度并联工业机械手的机械搬运装置，其特征在于：所述的第一驱动电机通过第一螺栓与第一电机固定架进行连接，并用第一螺母将其固定，第一驱动电机的输出端与第一平键啮合之后，再与第一蜗杆进行静联接；随后，将第一蜗杆的左右两端与第一轴承进行啮合，并放置在第一下支撑座的半圆形缺口处，再通过第二螺钉将第一上支撑座与第一下支撑座103进行连接，使第一轴承完全安装在第一上支撑座与第一下支撑座所组成的圆形缺口中。

4.根据权利要求1所述的基于3自由度并联工业机械手的机械搬运装置，其特征在于：所述的第二驱动电机通过第二螺栓与第二电机固定架进行连接，并用第二螺母将其固定，第二驱动电机的输出端与第二平键啮合之后，再与第二蜗杆进行静联接；随后，将第二蜗杆的左右两端与第二轴承进行啮合，并放置在第二下支撑座的半圆形缺口处，再通过第五螺钉将第二上支撑座与第二下支撑座进行连接，使第二轴承完全安装在第二上支撑座与第二下支撑座所组成的圆形缺口中。

5.根据权利要求1所述的基于3自由度并联工业机械手的机械搬运装置，其特征在于：所述的电机驱动轮与第三驱动电机相连，随后通过第三螺栓、第三螺母与主动齿轮进行连接，将第三轴承放入到轴承支架中，并将从动齿轮配合至外螺纹杆的下端，随后将外螺纹杆的下部分放入第三轴承的内孔中，保证外螺纹杆能自由旋转，随后将第四轴承嵌入电机轴承连接件中，从外螺纹杆的上端自上而下放入，然后通过铜柱、第七螺钉将电机轴承连接件与轴承支架凸出部分进行连接，随后通过第四螺栓、第四螺母将电机轴承连接件与第三驱动电机连接，从而也使主动齿轮与从动齿轮正确啮合，同时也保证了运动过程中电机的轴线始终与外螺纹杆轴线平行。