CN110181493A - 一种折叠伸缩式结构的直角坐标机械手 - Google Patents

Abstract

一种折叠伸缩式结构的直角坐标机械手，包括y轴伸缩装置，y轴伸缩装置包括多块相互叠加的叠加板，叠加板外围角落分别设置有多个同步带轮，同步带轮环设有同步带，同步带环绕在叠加板外围；叠加板的正面板体中部设置有滑轨，滑轨上安装有滑块；y轴伸缩装置还包括同步带刚性连接块，每层叠加板设置有上下两个同步带刚性连接块，同步带刚性连接块呈现半工字型夹持在叠加板背部，下一层的叠加板背部的同步带刚性连接块安装在上一层的叠加板的滑块上，多个叠加板依次叠加。本发明采用同步带传动和一个电机作为动力源，实现动力在不同层叠加板之间逐层传递，朝两个相反的方向做伸缩运动，通过x轴、y轴和z轴三个方向的移动实现物料存取。

Description

一种折叠伸缩式结构的直角坐标机械手

技术领域

本发明涉及物料仓储机械设备技术领域，尤其涉及一种折叠伸缩式结构的直角坐标机械手。

背景技术

一些产品在自动存取物料的时候，由于产品生产线的空间比较紧凑，各个工位比较狭窄，无法放置较大的工业机器人来进行存取物料，因此多采用折叠伸缩结构的机械手来进行存取，目前市面上主要有直线模组叠加结构的机械手和交叉剪刀式结构的机械手，如图1所示，采用多个直线运动模组叠加在一起，上层的直线运动模组的模座连接到其下一层的直线运动模组的滑块上，此类结构由于每一层都由完整的直线运动模组组成，每一层都具有驱动电机和传动结构，以及每一层都要配备单独的电机驱动器，不仅成本高，而且结构冗余，对运动控制比较复杂和浪费；再图2所示，对于交叉式剪刀式结构的机械手，由于存在最小剪刀角，因此此类结构只能往一个方向作伸缩运动，并且容易在最大或最小行程时剪切分力过大，出现卡死的情况。

发明内容

本发明的目的在于针对背景技术中的缺陷，提出一种折叠伸缩式结构的直角坐标机械手，采用同步带传动和一个电机作为动力源，实现动力在不同层叠加板之间逐层传递，朝两个相反的方向做伸缩运动，通过x轴、y轴和z轴三个方向的移动实现物料存取。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种折叠伸缩式结构的直角坐标机械手，包括y轴伸缩装置，所述y轴伸缩装置包括多块相互叠加的叠加板，所述叠加板外围角落分别设置有多个同步带轮，所述同步带轮环设有同步带，所述同步带环绕在所述叠加板外围；

所述叠加板的正面板体中部设置有滑轨，所述滑轨上安装有滑块；

所述y轴伸缩装置还包括同步带刚性连接块，每层叠加板设置有上下两个所述同步带刚性连接块，所述同步带刚性连接块呈现半工字型夹持在所述叠加板背部，下一层的所述叠加板背部的同步带刚性连接块安装在上一层的所述叠加板的滑块上，多个所述叠加板依次叠加。

优选的，每一层所述叠加板的运动时间、运动速度和运动位移完全同步。

优选的，所述y轴伸缩装置有且只有一个驱动电机，用于驱动所述同步带在所述同步带轮上转动；

所有所述叠加板上的同步带的转动方向完全一种，转动速率相同且转动方向包括顺时针转动或逆时针转动，

优选的，所述叠加板的尺寸逐层减小，第一层所述叠加板的尺寸最大；

下一层叠加板的运动行程是上一层叠加板的滑轨的一半。

优选的，直角坐标机械手还包括z轴升降装置，所述z轴升降装置还包括安装在最后一层所述叠加板上的升降固定板，所述升降固定板上固定安装有且只有一个驱动电机；

所述驱动电机下方固定连接垂直升降的机械手安装板，所述机械手安装板下方安装有吸料装置，所述吸料装置上设置有多个吸盘。

优选的，直角坐标机械手还包括x轴滑动装置，所述x轴滑动装置包括伸缩装置安装柱和滑动架，所述滑动架上设置有滑轨，所述伸缩装置安装柱底部滑动安装在所述滑动架的滑轨上，所述伸缩装置沿所述滑动架的滑轨往复滑动。

优选的，夹持在第一层所述叠加板背面的同步带刚性连接块固定安装在所述伸缩装置安装柱上；

所述伸缩装置安装柱的底部设置有三角稳固板。

优选的，所述滑动架的侧旁设置有拖链，所述拖链与所述伸缩装置安装柱的底部侧边连接，所述拖链的长度与所述伸缩装置安装柱在所述滑动架上滑动的行程成正比。

优选的，所述叠加板外围正反面的板体上设置有多个同步带轮安装条，所述同步带轮安装条的末端固定住所述同步带轮的中心点；

所述叠加板靠近所述同步带轮的位置处设置有弧度且两者之间存在间隙。

优选的，所述同步带刚性连接块上设置有穿孔，所述同步带穿过所述穿孔绕所述叠加板的外围转动。

附图说明

图1是本发明的整体设备结构示意图；

图2是本发明的y轴伸缩装置的结构示意图；

图3是本发明的y轴伸缩装置的传动工作原理图；

图4是本发明的y轴展开后的结构示意图。

其中：叠加板1、同步带轮11、同步带12、滑轨13、滑块14、同步带刚性连接块15、同步带轮安装条16、直线运动执行器17、驱动电机2、升降固定板31、机械手安装板32、吸料装置33、吸盘34、伸缩装置安装柱41、滑动架42、三角稳固板43。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

本实施例的一种折叠伸缩式结构的直角坐标机械手，如图1和图2所示，包括y轴伸缩装置，所述y轴伸缩装置包括多块相互叠加的叠加板1，所述叠加板1外围角落分别设置有多个同步带轮11，所述同步带轮11环设有同步带12，所述同步带12环绕在所述叠加板1外围；

每一层叠加板1的四周均设置有多个同步带轮11，并且利用同步带12环绕每一层的叠加板1，通过同步带轮11与同步带12的配合，带动每一层的叠加板1朝同一方向运动，通过多层叠加板1的叠加，实现y轴方向的长度伸缩。每一层同步带12在进行张紧之后，各个叠加板1之间的传动误差有效的减少了，对于整个y轴伸缩装置来说，对运动精度起到了很好的保证。

所述叠加板1的正面板体中部设置有滑轨13，所述滑轨13上安装有滑块14；

所述y轴伸缩装置还包括同步带刚性连接块15，每层叠加板1设置有上下两个所述同步带刚性连接块15，所述同步带刚性连接块15呈现半工字型夹持在所述叠加板1背部，下一层的所述叠加板1背部的同步带刚性连接块15安装在上一层的所述叠加板1的滑块14上，多个所述叠加板1依次叠加。

下一层叠加板1与上一层叠加板1之间通过滑块14进行刚性连接，利用滑块14在滑轨13上的滑动，实现多层叠加板1的展开来延伸或收缩y轴方向的长度。

优选的，每一层所述叠加板1的运动时间、运动速度和运动位移完全同步。

优选的，所述y轴伸缩装置有且只有一个驱动电机2，用于驱动所述同步带12在所述同步带轮11上转动；

所有所述叠加板1上的同步带12的转动方向完全一种，转动速率相同且转动方向包括顺时针转动或逆时针转动。

由于只采用一个驱动电机2作为动力源，通过叠加板1之间的折叠与伸展，实现了不同动力在不同叠加板1之间逐层传递，且各层叠加板1的运动速度、运动时间和运动位移都是完全同步的，及时叠加再多层，上述特性仍然维持不变，结构设计紧凑，体积较小，运动控制简单，并能向两个相反的方向做伸缩运动，运动阻力小不容易卡死，并且由于只有一个驱动电机2作为动力源，控制起来非常简单，运动行程也很好计算且通过PLC编程来实现。

优选的，所述叠加板1的尺寸逐层减小，第一层所述叠加板1的尺寸最大；

下一层叠加板1的运动行程是上一层叠加板1的滑轨13的一半。

针对传统的直线运动单元而言，本发明突破了其运动形成的长度不能超过直线运动单元本身长度，而且有效行程的长度只为本身长度的80％这一结构的局限性，对于本发明而言，如果叠加板1的数量足够多，其行程长度可以达到自身收缩状态下长度尺寸的无限多倍。

优选的，直角坐标机械手还包括z轴升降装置，所述z轴升降装置还包括安装在最后一层所述叠加板1上的升降固定板31，所述升降固定板31上固定安装有且只有一个驱动电机2；

所述驱动电机2下方固定连接垂直升降的机械手安装板32，所述机械手安装板32下方安装有吸料装置33，所述吸料装置33上设置有多个吸盘34。

在y轴伸缩装置完全张开之后，z轴升降装置通过驱动电机2的驱动，所述升降固定板31进行上下方向，即z轴方向的升降，并且由于升降固定板31下方安装有机械手安装板32，机械手安装板32安装有吸料装置33，随之也带动吸料装置33上下升降，并且利用吸料装置33上的吸盘34吸取物料，实现物料的存取功能。

优选的，直角坐标机械手还包括x轴滑动装置，所述x轴滑动装置包括伸缩装置安装柱41和滑动架42，所述滑动架42上设置有滑轨13，所述伸缩装置安装柱41底部滑动安装在所述滑动架42的滑轨13上，所述伸缩装置沿所述滑动架42的滑轨13往复滑动。

优选的，夹持在第一层所述叠加板1背面的同步带刚性连接块15固定安装在所述伸缩装置安装柱41上；

由于z轴升降装置是安装在y轴伸缩装置上，而y轴伸缩装置固定在伸缩装置安装柱41上，因此伸缩装置安装柱41在滑动架42上的移动，即实现y轴伸缩装置和z轴升降装置的整体移动，且该移动方向即为x轴方向，这样便实现x轴、y轴和z轴三个方向的移动，实现全方位的物料存取。

所述伸缩装置安装柱41的底部设置有三角稳固板43。

由于整个y轴伸缩装置是安装在伸缩装置安装柱41的上部分，伸缩装置安装柱41的整体承重较大，为了减轻负担和稳固整体设备，在伸缩装置安装柱41的底部设置了三角稳固板43来进行稳固。

并且x轴滑动装置是在y轴完全收缩之后再进行运动，不仅可以避免在运动中与周边设备等装置出现干涉从而发生危险，而且可以减少机械手的侧面扭力，提高运动的平稳性和使用寿命。

优选的，所述滑动架42的侧旁设置有拖链，所述拖链与所述伸缩装置安装柱41的底部侧边连接，所述拖链的长度与所述伸缩装置安装柱41在所述滑动架42上滑动的行程成正比。

拖链在附图摘要中并未画出，利用拖链来实现伸缩装置安装柱41在滑动架42上的移动距离，根据不同工位和空间的大小，可以更换不同长度的拖链来实现x轴方向的滑动距离。

优选的，所述叠加板1外围正反面的板体上设置有多个同步带轮安装条16，所述同步带轮安装条16的末端固定住所述同步带轮11的中心点；

所述叠加板1靠近所述同步带轮11的位置处设置有弧度且两者之间存在间隙。

为了防止同步带12在同步带轮11上转动时不会受到叠加板1的影响，因此在叠加板1靠近同步带轮11的位置处设置了弧度，并且两者之间设置了间隙。

优选的，所述同步带刚性连接块15上设置有穿孔，所述同步带12穿过所述穿孔绕所述叠加板1的外围转动。并且同步带刚性连接块15上方设置有直线运动执行器17，可以使得同步带12在转动的时候，不会受到同步带刚性连接块15的影响。

y轴伸缩装置的工作原理：如图3和图4所示，

第一层叠加板1在驱动电机2的推动作用下，整体从右向左运动，其上面的同步带12由于上侧与伸缩装置安装柱41刚性连接，不能随着第一层叠加板1从右向左运动，因此就会相对于第一层叠加板1的中心从左到右产生位移，就会带动同步带12沿着顺时针转动，第一层叠加板1下侧的同步带刚性连接块15于是沿着顺时针方向从右向左移动，移动的速度和位移和直线运动执行器17一模一样。那么第一层叠加板1下侧的同步带刚性连接块15就会带动和其成刚性连接关系的第二层叠加板1一起从右向左运动，这个时候第一层叠加板1和第二层叠加板1之间就会产生相对位移，位移的大小也和直线运动执行器17的位移相同。以此类推，后面每一层叠加板1同前面一层叠加板1之间的连接及传动方式，都与第一层叠加板1和第二层之间的连接及传动方式类似。在整体结构强度和刚度允许的情况下，即使再长的行程需求，也可以通过增加叠加板1的数量来实现。但是事实上由于叠加板1自身及其相关刚性连接零件的强度和刚度有限，叠加板1的数量越多，刚度和强度也会变得越弱。

以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种折叠伸缩式结构的直角坐标机械手，其特征在于：包括y轴伸缩装置，所述y轴伸缩装置包括多块相互叠加的叠加板，所述叠加板外围角落分别设置有多个同步带轮，所述同步带轮环设有同步带，所述同步带环绕在所述叠加板外围；

所述叠加板的正面板体中部设置有滑轨，所述滑轨上安装有滑块；

所述y轴伸缩装置还包括同步带刚性连接块，每层叠加板设置有上下两个所述同步带刚性连接块，所述同步带刚性连接块呈现半工字型夹持在所述叠加板背部，下一层的所述叠加板背部的同步带刚性连接块安装在上一层的所述叠加板的滑块上，多个所述叠加板依次叠加。

2.根据权利要求1所述一种折叠伸缩式结构的直角坐标机械手，其特征在于：

每一层所述叠加板的运动时间、运动速度和运动位移完全同步。

3.根据权利要求1所述一种折叠伸缩式结构的直角坐标机械手，其特征在于：

所述y轴伸缩装置有且只有一个驱动电机，用于驱动所述同步带在所述同步带轮上转动；

所有所述叠加板上的同步带的转动方向完全一种，转动速率相同且转动方向包括顺时针转动或逆时针转动。

4.根据权利要求1所述一种折叠伸缩式结构的直角坐标机械手，其特征在于：

所述叠加板的尺寸逐层减小，第一层所述叠加板的尺寸最大；

下一层叠加板的运动行程是上一层叠加板的滑轨的一半。

5.根据权利要求3所述一种折叠伸缩式结构的直角坐标机械手，其特征在于：

直角坐标机械手还包括z轴升降装置，所述z轴升降装置还包括安装在最后一层所述叠加板上的升降固定板，所述升降固定板上固定安装有且只有一个驱动电机；

所述驱动电机下方固定连接垂直升降的机械手安装板，所述机械手安装板下方安装有吸料装置，所述吸料装置上设置有多个吸盘。

6.根据权利要求1所述一种折叠伸缩式结构的直角坐标机械手，其特征在于：

直角坐标机械手还包括x轴滑动装置，所述x轴滑动装置包括伸缩装置安装柱和滑动架，所述滑动架上设置有滑轨，所述伸缩装置安装柱底部滑动安装在所述滑动架的滑轨上，所述伸缩装置沿所述滑动架的滑轨往复滑动。

7.根据权利要求6所述一种折叠伸缩式结构的直角坐标机械手，其特征在于：

夹持在第一层所述叠加板背面的同步带刚性连接块固定安装在所述伸缩装置安装柱上；

所述伸缩装置安装柱的底部设置有三角稳固板。

8.根据权利要求6所述一种折叠伸缩式结构的直角坐标机械手，其特征在于：

所述滑动架的侧旁设置有拖链，所述拖链与所述伸缩装置安装柱的底部侧边连接，所述拖链的长度与所述伸缩装置安装柱在所述滑动架上滑动的行程成正比。

9.根据权利要求1所述一种折叠伸缩式结构的直角坐标机械手，其特征在于：

所述叠加板外围正反面的板体上设置有多个同步带轮安装条，所述同步带轮安装条的末端固定住所述同步带轮的中心点；

所述叠加板靠近所述同步带轮的位置处设置有弧度且两者之间存在间隙。

10.根据权利要求1所述一种折叠伸缩式结构的直角坐标机械手，其特征在于：

所述同步带刚性连接块上设置有穿孔，所述同步带穿过所述穿孔绕所述叠加板的外围转动。