CN110281219B

CN110281219B - 一种可定向转运对象的搬运机械手

Info

Publication number: CN110281219B
Application number: CN201910644428.2A
Authority: CN
Inventors: 姜丽丽; 于海涛; 于海军
Original assignee: Lanzhou University of Technology
Current assignee: Lanzhou University of Technology
Priority date: 2019-07-17
Filing date: 2019-07-17
Publication date: 2022-05-17
Anticipated expiration: 2039-07-17
Also published as: CN110281219A

Abstract

一种可定向转运对象的搬运机械手，主臂转动机构（II）的固定轴（2）与安装立柱（1）连接，主轴步进电机（5）和减速器（4）能驱动主臂（3）绕固定轴（2）转动；径向移动机构（III）的光杠（20）用镙钉固定在主臂（3）上，滑块（8）下端与随动转动机构（IV）固定连接；随动转动机构（IV）的随动座（12）上端与滑块（8）下端固定，随动座（12）下端与随动轴（9）通过轴承构成转动副，随动轴（9）下端与竖直移动机构（V）固定连接；竖直移动机构（V）的气缸座（14）固定在随动轴（9）下端；直线气缸（15）下端连接机械爪（VII）；四边形定向机构（VI）的固定带轮（10）固定在固定轴（2）上。

Description

一种可定向转运对象的搬运机械手

技术领域

本发明涉及搬运机械手技术，特别是适用于自动化生产线的可定向转运对象的搬运机械手，属于自动化生产线技术领域。

背景技术

随着社会的发展和科技的进步，很多行业开始应用自动化生产线，而转运物件作为自动化生产线的一种常见动作，通常是通过机械手抓取的方式实现的。在某些特定的场合，在转运的过程中，需要将转运对象的方向保持一致，以便生产线后续环节的实施，此需求采用传统的龙门机械手可以实现，但龙门机械手通常存在占地面积大，操作空间要求高等缺点。本发明在实现定向转运对象同时，对机械手安装空间及操作空间要求较低，实用性较好。

发明内容

本发明的目的是提供一种可定向转运对象的搬运机械手。

本发明是一种可定向转运对象的搬运机械手，包括安装立柱I、主臂转动机构II、径向移动机构III、随动转动机构IV、竖直移动机构V、四边形定向机构VI、机械爪VII，主臂转动机构II包括固定轴2、主臂3、减速器4、主轴步进电机5以及轴承；固定轴2与安装立柱1固定连接，主臂3与固定轴2通过轴承构成转动副，主轴步进电机5和减速器4能驱动主臂3绕固定轴2转动；径向移动机构III包括光杠20与滑块8、同步带7与带轮6、同步带卡子、径向步进电机11；光杠20用镙钉固定在主臂3上，两组滑块8通过同步带卡子与同步带7某一点固定，当径向步进电机11转动时，能够带动带轮6转动，从而同步带7带动滑块8在光杠20上直线移动，滑块8下端与随动转动机构IV固定连接；随动转动机构IV包括随动座12、随动轴9、随动带轮13以及轴承；随动座12上端与滑块8下端固定，随动座12下端与随动轴9通过轴承构成转动副，随动带轮13固定在随动轴9上，随动轴9下端与竖直移动机构V固定连接；竖直移动机构V包括气缸座14和直线气缸15；气缸座14固定在随动轴9下端，直线气缸15与气缸座14镙钉连接；直线气缸15下端连接机械爪VII，带动机械爪VII上下运动；四边形定向机构VI包括固定带轮10、随动带轮13、张紧臂18、张紧带轮19、张紧同步带17、扭簧21、对心齿轮22；固定带轮10固定在固定轴2上，保持静止。

本发明的有益效果是：本发明采用主臂转动机构配合径向移动机构实现对转运位置的平面扫描，扫描范围为以安装立柱为圆心，以主臂长度为半径的圆；采用竖直移动机构实现末端机械爪的上升和下降，即对转运对象的“向下拾取”、“向上取走”；本发明为“1转动2移动”3自由度机械手，相比于传统“3移动”3自由度机械手，对机械手安装空间及操作空间要求较低，实用性较好；本发明采用随动转动机构配合四边形定向机构能够实现在不增加系统自由度的前提下，将转运对象定向搬运。

附图说明

图1为本发明轴测图，图2为本发明主视图剖面图，图3为本发明主视图，图4为本发明俯视图，图5为本发明仰视图。附图标记及对应名称为：安装立柱1，固定轴2，主臂3，减速器4，主轴步进电机5，同步带轮6，同步带7，滑块8，随动轴9，固定带轮10，径向步进电机11，随动座12，随动带轮13，气缸座14，直线气缸15，机械爪16，张紧同步带17，张紧臂18，张紧带轮19，光杠20，扭簧21，对心齿轮22。

具体实施方式

如图1~图5所示，本发明是一种可定向转运对象的搬运机械手，包括安装立柱I、主臂转动机构II、径向移动机构III、随动转动机构IV、竖直移动机构V、四边形定向机构VI、机械爪VII，主臂转动机构II包括固定轴2、主臂3、减速器4、主轴步进电机5以及轴承；固定轴2与安装立柱1固定连接，主臂3与固定轴2通过轴承构成转动副，主轴步进电机5和减速器4能驱动主臂3绕固定轴2转动；径向移动机构III包括光杠20与滑块8、同步带7与带轮6、同步带卡子、径向步进电机11；光杠20用镙钉固定在主臂3上，两组滑块8通过同步带卡子与同步带7某一点固定，当径向步进电机11转动时，能够带动带轮6转动，从而同步带7带动滑块8在光杠20上直线移动，滑块8下端与随动转动机构IV固定连接；随动转动机构IV包括随动座12、随动轴9、随动带轮13以及轴承；随动座12上端与滑块8下端固定，随动座12下端与随动轴9通过轴承构成转动副，随动带轮13固定在随动轴9上，随动轴9下端与竖直移动机构V固定连接；竖直移动机构V包括气缸座14和直线气缸15；气缸座14固定在随动轴9下端，直线气缸15与气缸座14镙钉连接；直线气缸15下端连接机械爪VII，带动机械爪VII上下运动；四边形定向机构VI包括固定带轮10、随动带轮13、张紧臂18、张紧带轮19、张紧同步带17、扭簧21、对心齿轮22；固定带轮10固定在固定轴2上，保持静止。

以上所述的可定向转运对象的搬运机械手，随动带轮13固定在随动轴9上；张紧臂18一端与对心齿轮22固定连接，且两只对心齿轮22互相啮合，另一端与张紧带轮19构成转动副，扭簧21安装在对心齿轮22轴线上，其预紧力使张紧臂18始终保持外扩状态，且两只张紧臂18相对主臂3始终保持对称；固定带轮10、随动带轮13和两张紧带轮19共同作用于张紧同步带17；当主臂3绕固定轴2转动时，张紧同步带17能够带动随动带轮13转动，且随动带轮13与主臂3转动角度相同，即能够实现在主臂3绕固定轴2转动前后，机械爪VII不发生角度转动，也即实现对转运对象定向搬运。

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

如图1所示，本发明主要由以下几功能模块组成，包括安装立柱I、主臂转动机构II、径向移动机构III、随动转动机构IV、竖直移动机构V、四边形定向机构VI、机械爪VII；其动力系统和控制系统通过控制柜电缆提供。

安装立柱1作为本发明机械手对外的安装固定结构，一般需固定在地面；固定轴2与安装立柱1固定连接，固定轴2与主臂3通过轴承构成转动副；减速器4和主轴步进电机5的输出轴通过平键与固定轴2固定连接，壳体通过镙钉与主臂3固定连接，因此，主臂3绕安装立柱1旋转时，从外观看，减速器4和主轴步进电机5随主臂3一起旋转；径向移动机构III整体安装在主臂3上，通过同步带配合直线导轨滑块的方式将电机的旋转运动转化为滑块的直线运动；随动座12通过镙钉与两滑块8固定连接；本发明竖直移动机构V采用的是直线气缸，仅有上和下两个点行程，如果有需求，可将其换成直线电机，可在行程中间任意停止，将转运对象放置在不同高度。

本发明实施例中的主臂3长度为750mm，搬运机械手的操作范围为内径640mm，外径1440mm的圆环区域。竖直方向的提起高度为（即气缸行程）260mm。

本发明的工作过程为：首先，主臂转动机构II、径向移动机构III和竖直移动机构V协调动作，使机械爪16位于生产线上待转运对象上方。

其次，机械爪16动作抓取转运对象，竖直移动机构V向上运动，带动机械爪16及转运对象向上移动，使转运对象在竖直方向离开生产线上其它未被转运的对象。

然后，主臂转动机构II和径向移动机构III协调动作，使转运对象围绕安装立柱1发生周向和径向移动，到达转运目标点上方；在这个过程中，固定带轮10相对安装立柱1静止，随动座12相对主臂3不发生转动，只能相对移动，因此，每当主臂转动机构II转动一角度，在张紧同步带17的作用下，随动座12和随动带轮13之间将发生与主臂转动机构II转动角度方向相反，大小相等的转动，使得转运对象相对于初始状态方向保持不变，仅位置移动；两张紧臂18在扭簧21和对心齿轮22的作用下，始终使张紧同步带17处于预紧且相对主臂3镜像的状态（图4所示），不至于因径向移动机构III的动作而造成张紧同步带17过紧断裂或松弛掉落。

最后，竖直移动机构V向下运动，待转运对象接触到目标平台时停止，机械爪16打开，放置转运对象，完成单次转运。

反复以上步骤，可将多个转运对象在机械手操作范围内进行转运，且能保证转运前后，转运对象方向保持不变。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种可定向转运对象的搬运机械手，包括安装立柱（I）、主臂转动机构（II）、径向移动机构（III）、随动转动机构（IV）、竖直移动机构（V）、四边形定向机构（VI）、机械爪（VII），其特征是：主臂转动机构（II）包括固定轴（2）、主臂（3）、减速器（4）、主轴步进电机（5）以及轴承；固定轴（2）与安装立柱（I ）固定连接，主臂（3）与固定轴（2）通过轴承构成转动副，主轴步进电机（5）和减速器（4）能驱动主臂（3）绕固定轴（2）转动；径向移动机构（III）包括光杠（20）与滑块（8）、同步带（7）与带轮（6）、同步带卡子、径向步进电机（11）；光杠（20）用镙钉固定在主臂（3）上，两组滑块（8）通过同步带卡子与同步带（7）某一点固定，当径向步进电机（11）转动时，能够带动带轮（6）转动，从而同步带（7）带动滑块（8）在光杠（20）上直线移动，滑块（8）下端与随动转动机构（IV）固定连接；随动转动机构（IV）包括随动座（12）、随动轴（9）、随动带轮（13）以及轴承；随动座（12）上端与滑块（8）下端固定，随动座（12）下端与随动轴（9）通过轴承构成转动副，随动带轮（13）固定在随动轴（9）上，随动轴（9）下端与竖直移动机构（V）固定连接；竖直移动机构（V）包括气缸座（14）和直线气缸（15）；气缸座（14）固定在随动轴（9）下端，直线气缸（15）与气缸座（14）镙钉连接；直线气缸（15）下端连接机械爪（VII），带动机械爪（VII）上下运动；四边形定向机构（VI）包括固定带轮（10）、随动带轮（13）、张紧臂（18）、张紧带轮（19）、张紧同步带（17）、扭簧（21）、对心齿轮（22）；固定带轮（10）固定在固定轴（2）上，保持静止；随动带轮（13）固定在随动轴（9）上；张紧臂（18）一端与对心齿轮（22）固定连接，且两只对心齿轮（22）互相啮合，另一端与张紧带轮（19）构成转动副，扭簧（21）安装在对心齿轮（22）轴线上，其预紧力使张紧臂（18）始终保持外扩状态，且两只张紧臂（18）相对主臂（3）始终保持对称；固定带轮（10）、随动带轮（13）和两张紧带轮（19）共同作用于张紧同步带（17）；当主臂（3）绕固定轴（2）转动时，张紧同步带（17）带动随动带轮（13）转动，且随动带轮（13）与主臂（3）转动角度相同，即能够实现在主臂（3）绕固定轴（2）转动前后，机械爪（VII）不发生角度转动，也即实现对转运对象定向搬运；当径向移动机构（III）动作时，由于扭簧（21）带动张紧臂（18）的扩张作用，使张紧同步带（17）能够自适应径向移动机构（III）动作，始终保持合理的预紧状态，不至于发生过松掉落或过紧断开。

2.根据权利要求1所述的可定向转运对象的搬运机械手，其特征在于随动带轮（13）固定在随动轴（9）上；张紧臂（18）一端与对心齿轮（22）固定连接，且两只对心齿轮（22）互相啮合，另一端与张紧带轮（19）构成转动副，扭簧（21）安装在对心齿轮（22）轴线上，其预紧力使张紧臂（18）始终保持外扩状态，且两只张紧臂（18）相对主臂（3）始终保持对称；固定带轮（10）、随动带轮（13）和两张紧带轮（19）共同作用于张紧同步带（17）；当主臂（3）绕固定轴（2）转动时，张紧同步带（17）能够带动随动带轮（13）转动，且随动带轮（13）与主臂（3）转动角度相同，即能够实现在主臂（3）绕固定轴（2）转动前后，机械爪（VII）不发生角度转动，也即实现对转运对象定向搬运。