CN110587572A - 机械手 - Google Patents

Abstract

本发明属于机械加工设备技术领域，尤其涉及一种机械手，包括X轴移动机构、旋转机构、旋转臂、Z轴移动机构和末端工具件，X轴移动机构的驱动端与旋转机构连接；旋转臂的第一端与旋转机构的驱动端连接并用于带动旋转臂转动，旋转臂的延伸方向与旋转机构的旋转轴线垂直设置，旋转臂的第二端与Z轴移动机构连接，旋转机构的旋转轴线方向与Z轴移动机构的移动方向平行设置，末端工具件与Z轴移动机构的驱动端连接。与现有的机械手相比，该机械手在Y轴方向上的尺寸减小一半，实现了机械手尺寸上的大幅度减小，并且X轴移动机构驱动旋转机构位于其行程的极限位置以及旋转臂转动到与X轴方向平行，增加了X轴方向的行程范围，使其更广的移动范围。

Description

机械手

技术领域

本发明属于机械加工设备技术领域，尤其涉及一种机械手。

背景技术

现有的机械手，广泛应用于点胶、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中，实现工业生产的自动化生产，提高生产效率。目前的机械手的末端工具件通常由多个依次连接并相互垂直的线形模组驱动，通过几个线形模组之间的相互移动配合，从而实现末端工具件的三维空间内的移动，但是几个线形模组所占用的空间大，并且末端工具件移动范围小。

发明内容

本发明的目的在于提供一种机械手，旨在解决现有技术中的机械手所占用的空间大，并且末端工具件移动范围小技术问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种机械手，包括X轴移动机构、旋转机构、旋转臂、Z轴移动机构和末端工具件，所述X轴移动机构的驱动端与所述旋转机构连接；所述旋转臂的第一端与所述旋转机构的驱动端连接并用于带动所述旋转臂转动，所述旋转臂的延伸方向与所述旋转机构的旋转轴线垂直设置，所述旋转臂的第二端与所述Z轴移动机构连接，所述旋转机构的旋转轴线方向与所述Z轴移动机构的移动方向平行设置，所述末端工具件与所述Z轴移动机构的驱动端连接。

可选地，所述旋转机构包括旋转平台和旋转电机，所述旋转平台的固定端安装于所述X轴移动机构的驱动端上，所述旋转臂的第一端与所述旋转平台的旋转端连接，所述旋转电机的输出端与所述旋转平台连接以用于带动所述旋转平台的旋转端旋转。

可选地，所述旋转平台为中空旋转平台。

可选地，所述旋转平台的固定端设有第一限位块，所述旋转臂的第一端设有第二限位块，所述第一限位块与所述第二限位块抵接以用于限制所述旋转臂转动。

可选地，所述旋转平台的固定端上设有旋转感应片，所述旋转臂的第一端上设有旋转接近开关，当所述旋转臂转动到预设位置时，所述旋转接近开关的检测端正对所述旋转感应片。

可选地，所述X轴移动机构为线形模组。

可选地，所述Z轴移动机构包括Z轴电机、齿条和Z轴固定板，所述齿条安装于所述Z轴固定板上并沿所述Z轴方向延伸，所述Z轴电机安装于所述旋转机构的驱动端上，所述Z轴电机的输出轴上设有轮齿，所述轮齿与所述齿条啮合，所述末端工具件与所述Z轴固定板连接。

可选地，所述机械手还包括第一转动机构，所述第一转动机构与所述Z轴移动机构的驱动端连接，所述第一转动机构的旋转中心轴与所述Z轴方向平行设置，所述末端工具件与所述第一转动机构的驱动端连接。

可选地，所述第一转动机构和所述Z轴移动机构之间设有用于限制所述第一转动机构沿Z轴方向运动的缓冲装置。

可选地，所述机械手还包括第二转动机构，所述第二转动机构与所述Z轴移动机构的驱动端连接，所述第二转动机构的旋转中心轴与所述Z轴方向呈夹角设置；所述末端工具件与所述第二转动机构的驱动端连接。

本发明提供的机械手中的上述一个或多个技术方案至少具有如下技术效果之一：在使用时，X轴移动机构和Z轴移动机构分别用于带动末端工具件在X轴方向和Z轴方向上移动；启动旋转机构，旋转机构带动旋转臂转动，那么该机械手在Y轴方向的行程为2倍的旋转臂的长度，与现有的机械手相比，该机械手在Y轴方向上的尺寸减小一半，实现了机械手尺寸上的大幅度减小，并且，X轴移动机构驱动旋转机构位于其行程的极限位置时，旋转臂可以转动到与X轴方向平行，旋转臂的长度可以提高X轴方向的行程范围，从而使末端工具件的移动范围更广；同时，旋转臂可以直接驱动末端工具件在X轴方向和Y轴方向所确定的XY平面内或者平行于XY平面内移动，该末端工具件的调节简单方便快捷。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的机械手的结构示意图。

图2为沿图1中A-A线的剖切视图。

图3为图1所示的机械手的一个视角的爆炸图。

图4为图1所示的机械手的另一个视角的爆炸图。

图5为图4中B处的局部放大图。

图6为图1所示的机械手的Z轴移动机构的爆炸图。

其中，图中各附图标记：

10—X轴移动机构 20—旋转机构 21—旋转平台

22—旋转电机 30—旋转臂 31—旋转接近开关

32—第一滑块 33—Z轴接近开关 34—第二限位块

40—Z轴移动机构 41—Z轴电机 42—齿条

43—Z轴固定板 50—末端工具件 60—拖链

70—第一转动机构 71—转动电机 72—转动安装座

73—中空管 74—电机罩 80—缓冲装置

81—缓冲感应片 82—缓冲接近开关 83—第二导轨

84—第二滑块 85—第四限位块 90—摆台气缸

211—旋转安装座 212—旋转盘 213—中空轴

214—第一限位块 215—旋转感应片 216—X轴接近开关

431—第一导轨 432—第三限位块 433—Z轴感应片

721—第五限位块。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图1～6描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1～6所示，在本发明的一个实施例中，提供一种机械手，包括X轴移动机构10、旋转机构20、旋转臂30、Z轴移动机构40和末端工具件50，X轴移动机构10的驱动端与旋转机构20连接；旋转臂30的第一端与旋转机构20的驱动端连接并用于带动旋转臂30转动，旋转臂30的延伸方向与旋转机构20的旋转轴线垂直设置，旋转臂30的第二端与Z轴移动机构40连接，旋转机构20的旋转轴线方向与Z轴移动机构40的移动方向平行设置，末端工具件50与Z轴移动机构40的驱动端连接，其中，X轴、Y轴和Z轴的方向参阅图1所示。

具体地，本发明实施例的机械手，在使用时，X轴移动机构10和Z轴移动机构40分别用于带动末端工具件50在X轴方向和Z轴方向上移动；启动旋转机构20，旋转机构20带动旋转臂30转动，那么该机械手在Y轴方向的行程为2倍的旋转臂30的长度，与现有的机械手相比，该机械手在Y轴方向上的尺寸减小一半，实现了机械手尺寸上的大幅度减小，并且，X轴移动机构10驱动旋转机构20位于其行程的极限位置时，旋转臂30可以转动到与X轴方向平行，旋转臂30的长度可以提高X轴方向的行程范围，从而使末端工具件50的移动范围更广；同时，旋转臂30可以直接驱动末端工具件50在X轴方向和Y轴方向所确定的XY平面内或者平行于XY平面内移动，该末端工具件50的调节简单方便快捷。

进一步地，该机械手包括控制装置，X轴移动机构10、旋转机构20和Z轴移动机构40均与控制装置电性连接，X轴移动机构10、旋转机构20和Z轴移动机构40在控制装置的协调下，可以有效地提高该机械手的工作效率和精度。

在本发明的另一个实施例中，参阅图1和图3所示，提供的该机械手的旋转机构20包括旋转平台21和旋转电机22，旋转平台21的固定端安装于X轴移动机构10的驱动端上，旋转臂30的第一端与旋转平台21的旋转端连接，旋转电机22的输出端与旋转平台21连接以用于带动旋转平台21的旋转端旋转。具体地，旋转电机22作为旋转平台21的驱动源，旋转平台21的结构简单，其带动旋转臂30转动的精度高，旋转臂30的转动稳定，使得末端工具件50的移动精度高，定位准确，使得末端工具件50的加工更为稳定可靠。

在本发明的另一个实施例中，参阅图2所示，提供的该机械手的旋转平台21为中空旋转平台。具体地，中空旋转平台包括旋转安装座211、旋转盘212和中空轴213，安装盘固定在X轴移动机构10上，旋转盘212与旋转臂30连接，旋转盘212可转动地安装于旋转安装座211上，旋转电机22的输出端通过齿轮与旋转盘212外的轮齿，旋转电机22带动旋转盘212转动从而实现旋转臂30的转动，中空轴213可转动地安装于旋转盘212的中部，这样可以后续的Z轴移动机构40以及后续的电缆线和气管可以直接从中空轴213内走线，使得该机械手的外形更加整洁和紧凑。

在本发明的另一个实施例中，参阅图1、图3和图4所示，提供的该机械手的旋转平台21的固定端设有第一限位块214，旋转臂30的第一端设有第二限位块34，第一限位块214与第二限位块34抵接以用于限制旋转臂30转动。具体地，旋转臂30在转动的过程中，通过第一限位块214和第二限位块34抵接，从而防止旋转臂30发生360°的回转，进而避免中空管73内的电缆线和气管发生折断。

在本发明的另一个实施例中，参阅图1、图3和图4所示，提供的该机械手的旋转平台21的固定端上设有旋转感应片215，旋转臂30的第一端上设有旋转接近开关31，当旋转臂30转动到预设位置时，旋转接近开关31的检测端正对旋转感应片215。具体地，预设位置为第一限位块214和第二限位块34抵接时，旋转接近开关31正对旋转感应片215，这样旋转接近开关31可以将信号反馈至控制装置，以便于控制装置发出指令控制旋转臂30的转动，避免旋转臂30转动过大，而导致电缆线或者气管折断。

在本发明的另一个实施例中，提供的该机械手的X轴移动机构10为线形模组。具体地，旋转平台21的旋转安装座211安装在线形模组的滑台上，采用线形模组带动旋转平台21移动，进而带动末端工具件50移动，其结构简单，末端工具件50的移动稳定可靠，且便于末端工具件50的控制。

进一步地，线形模组的行程的大小可通过所需行程而确定，该机械手的线形模组使用的行程为480mm，并且该新线形模组水平安装，并选用200W的伺服电机驱动时，其最大负载30kg，电机与线形模组内的丝杠之间通过同步带轮间接传递动力，丝杆的导程为5mm。

进一步地，线形模组上装有拖链60，以便于电缆线和气管的走线，也可以有效地避免移动时，电缆线或者气管发生折断现象。

进一步地，参阅图1、图3和图4所示，在线形模组行程的起点和终点之间安装两个X轴接近开关216，防止旋转平台21移动出在X轴方向的起点和终点外，避免电缆线或者气管折断，其中一个安装在旋转平台21上，另一个则固定在线形模组上。

在本发明的另一个实施例中，参阅图3、图4和图6所示，提供的该机械手的Z轴移动机构40包括Z轴电机41、齿条42和Z轴固定板43，齿条42安装于Z轴固定板43上并沿Z轴方向延伸，Z轴电机41安装于旋转机构20的驱动端上，Z轴电机41的输出轴上设有轮齿，轮齿与齿条42啮合。具体地，Z轴电机41的输出轴转动，从而带动齿条42沿Z轴方向移动，进而带动Z轴固定板43以及安装在Z轴固定板43上的末端工具件50沿Z轴方向移动，从而实现末端工具件50在Z轴方向上移动。

进一步地，Z轴固定板43上设有沿Z轴方向延伸的第一导轨431，旋转臂30上设有第一滑块32，第一滑块32滑动安装在第一导轨431上，在第一导轨431和第一滑块32的导向作用下，使得Z轴固定板43沿Z轴方向的移动更为稳定可靠，可以有效地避免末端末端工具件50出现倾斜或者偏移的问题，使得末端工具件50的移动稳定可靠。

进一步地，Z轴电机41安装在旋转臂30内，Z轴电机41的输出轴伸出旋转臂30外后与齿条42啮合连接，使得该机械手的外形更加整洁和紧凑。

进一步地，Z轴固定板43还装有沿Z轴方向上间隔设置的两个第三限位块432，旋转臂30位于两个第三限位块432之间，通过该第三限位块432的限位作用，可以避免末端工具件50在Z轴方向上的行程过大，而造成机械手损坏。Z轴固定板43还装有拖链60，电缆线和气管发从拖链60内穿过，从而避免末端工具件50运动时电缆线和气管发生缠绕而破损。

进一步地，旋转臂30的第二端上设有沿Z轴方向上间隔设置的两个Z轴接近开33关，Z轴固定板43还装有沿Z轴方向上间隔设置的两个Z轴感应片433，两个Z轴接近开33关靠近设置，那么当Z轴固定板43沿Z轴方向上移动时，两个Z轴接近开33关分别与对应的Z轴感应片433正对时，从而Z轴接近开33关反馈信号给控制装置，以便于控制装置获取Z轴固定板43以及安装在Z轴固定板43上的末端工具件50的位置，以避免末端工具件50运动到Z轴方向上的行程，避免该机械手的损坏。

在本发明的另一个实施例中，参阅图2、图3和图4所示，提供的该机械手还包括第一转动机构70，第一转动机构70与Z轴移动机构40的驱动端连接，第一转动机构70的旋转中心轴与Z轴方向平行设置。具体地，第一转动机构70可以直接带动末端工具件50自转，从而达到多角度工件的加工。

进一步地，第一转动机构70包括转动电机71、转动安装座72和中空管73，中空管73可转动安装于转动安装座72内并于安装座内转动，转动安装座72安装在Z轴固定板43上，中空管73与末端工具件50连接，转动电机71安装在转动安装座72上，并转动电机71通过齿轮与中空管73连接以带动转动中空管73转动，以实现末端工具件50的自转，同时，后续的电缆线和气管也可以从中空管73内穿过，便于电缆线和气管的走线，使得该机械手的外形结构整洁和紧凑。

进一步地，转动电机71的外部设有电机罩74，避免加工的灰尘和杂质影响转动电机71的运转。

进一步地，Z轴固定板43和转动安装座72之间安装有缓冲装置80，缓冲装置80包括缓冲感应片81和缓冲接近开关82，缓冲感应片81安装于转动安装座72上，缓冲接近开关82安装于Z轴固定板43上，当转动安装座72背向缓冲感应片81移动时，缓冲接近开关82离开缓冲感应片81的感应范围外，从而使得控制装置发生警报，防止末端工具件50移出Z轴方向的行程外，保证末端工具件50移动的稳定性和安全性。

在本发明的另一个实施例中，参阅图2、图3、图4和图5所示，提供的该机械手的第一转动机构70和Z轴移动机构40之间设有用于限制第一转动机构70沿Z轴方向运动的缓冲装置80。具体地，缓冲装置80包括第二导轨83、第二滑块84、第五限位块721和两个第四限位块85，第二滑块84安装在Z轴固定板43，第二导轨83安装在转动安装座72上并沿Z轴方向延伸，两个第四限位块85沿Z轴方向间隔设置，第五限位块721安装于转动安装座72上，第五限位块721位于两个第四限位块85之间，那么转动安装座72在重力的作用下，自然下落，第五限位块721和第四限位块85抵接，从而使得第四限位块85支撑着第一转动机构70和末端工具件50，缓冲感应片81也承担着第一转动机构70和末端工具件50一部分的重力，第二导轨83和第二滑块84用于导向，避免第一转动机构70和末端工具件50发生翻转。

在本发明的另一个实施例中，参阅图2、图3和图4所示，提供的该机械手还包括第二转动机构，第二转动机构与Z轴移动机构40的驱动端连接，第二转动机构的旋转中心轴与Z轴方向呈夹角设置。具体地，第一转动机构70包括摆台气缸90，摆台气缸90的缸体与中空管73连接，摆台气缸90的活塞杆上设有末端安装座，末端安装座上设有多个末端工具件50，末端工具件50的数量可以为两个、三个或者三个以上，并且多个末端工具件50之间呈夹角设置，这样可以通过转动末端安装座从而更换不同的末端工具件50，可以实现不同的加工方式的快速更换，提高该机械手的工作效率和适用范围。

进一步地，摆台气缸90的活塞杆的轴线与Z轴方向呈45°夹角设置，末端工具件50的数量为两个，两个末端工具件50之间呈90°的夹角设置，这样通过启动摆台气缸90，可以实现末端工具件50的自动化更换，两个末端工具件50可以将其中一个设置为用于安装工件的末端工具件50，另一个设置为用于旋转工件的末端工具件50，可同时夹取已加工工件和未加工工件，通过旋转角度可实现加工台上加工工件和未加工工件的转换，提高生产效率。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种机械手，其特征在于：包括X轴移动机构、旋转机构、旋转臂、Z轴移动机构和末端工具件，所述X轴移动机构的驱动端与所述旋转机构连接；所述旋转臂的第一端与所述旋转机构的驱动端连接并用于带动所述旋转臂转动，所述旋转臂的延伸方向与所述旋转机构的旋转轴线垂直设置，所述旋转臂的第二端与所述Z轴移动机构连接，所述旋转机构的旋转轴线方向与所述Z轴移动机构的移动方向平行设置，所述末端工具件与所述Z轴移动机构的驱动端连接。

2.根据权利要求1所述的机械手，其特征在于：所述旋转机构包括旋转平台和旋转电机，所述旋转平台的固定端安装于所述X轴移动机构的驱动端上，所述旋转臂的第一端与所述旋转平台的旋转端连接，所述旋转电机的输出端与所述旋转平台连接以用于带动所述旋转平台的旋转端旋转。

3.根据权利要求2所述的机械手，其特征在于：所述旋转平台为中空旋转平台。

4.根据权利要求2所述的机械手，其特征在于：所述旋转平台的固定端设有第一限位块，所述旋转臂的第一端设有第二限位块，所述第一限位块与所述第二限位块抵接以用于限制所述旋转臂转动。

5.根据权利要求2所述的机械手，其特征在于：所述旋转平台的固定端上设有旋转感应片，所述旋转臂的第一端上设有旋转接近开关，当所述旋转臂转动到预设位置时，所述旋转接近开关的检测端正对所述旋转感应片。

6.根据权利要求1～5任一项所述的机械手，其特征在于：所述X轴移动机构为线形模组。

7.根据权利要求1～5任一项所述的机械手，其特征在于：所述Z轴移动机构包括Z轴电机、齿条和Z轴固定板，所述齿条安装于所述Z轴固定板上并沿所述Z轴方向延伸，所述Z轴电机安装于所述旋转机构的驱动端上，所述Z轴电机的输出轴上设有轮齿，所述轮齿与所述齿条啮合，所述末端工具件与所述Z轴固定板连接。

8.根据权利要求1～5任一项所述的机械手，其特征在于：所述机械手还包括第一转动机构，所述第一转动机构与所述Z轴移动机构的驱动端连接，所述第一转动机构的旋转中心轴与所述Z轴方向平行设置，所述末端工具件与所述第一转动机构的驱动端连接。

9.根据权利要求8所述的机械手，其特征在于：所述第一转动机构和所述Z轴移动机构之间设有用于限制所述第一转动机构沿Z轴方向运动的缓冲装置。

10.根据权利要求1～5任一项所述的机械手，其特征在于：所述机械手还包括第二转动机构，所述第二转动机构与所述Z轴移动机构的驱动端连接，所述第二转动机构的旋转中心轴与所述Z轴方向呈夹角设置；所述末端工具件与所述第二转动机构的驱动端连接。