CN110587645A - 一种三自由度柔性机械装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种三自由度柔性机械装置，包括旋转台、柔性柱升降装置、悬臂和手抓，柔性柱升降装置下端安装在旋转台上，悬臂一端固定连接在柔性柱升降装置上端，手抓固定连接在伸缩气缸的缸杆上，伸缩气缸固定连接在悬臂的另一端。本发明采用旋转台、柔性柱升降装置、悬臂和气动的手抓，能够快速实现物品的指定位置的吸取和指定位置的放置，避免人工操作导致的放置位置不准确，提高物品扫码包装质量，省时省力，降低劳动强度，柔性柱升降装置能够确保传动部件传动过程中弯曲，提高设备的柔性。

Description

一种三自由度柔性机械装置

技术领域

本发明涉及一种三自由度柔性机械装置，属于柔性机械设备技术领域。

背景技术

对于柔性机械臂在国内外研究的人比较小，现在国内外接触到的机械臂全大部分都是刚性的，这些刚性机械臂大都是体积大，而且比较笨重的，可工作的范围小，工作起来慢不灵活，电机大部分功率用在了机械的重量运转上，效率低，成本高。而在我们许多高精密行业例如：加工制造手机芯片，手表，喷漆等已经不能满足要求了，迫使我们要研究结构较轻，灵活性强，操作灵活的柔性机械臂，这些柔性机械臂要有以下特点，构轻巧，使用于各种场合，耗能低，响应的速度要快。柔性机械臂的研究，在国内外还是处于开始阶段，在外国人已经对柔性机械臂结构做出几种仿生型机器人，仿大象鼻子的象鼻柔性关节机器人，仿蛇的蛇形机器人等国内我国清华大学研究设计出一种类似于章鱼手一样的机械臂，是由柔性螺杆连接传动的，它能够很多自由度的旋转和弯曲，上个世纪末开始柔性机器人不断出现在很多工业，航空，生活等方面，人们也迫切的需要柔性机械臂，由于柔性机械臂的定位控制比较比较困难，所以大部分柔性机械臂都还只是停留在理论阶段，未来还需要攻克更多未知的难题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种三自由度柔性机械装置，以解决上述现有技术中存在的问题。

本发明采取的技术方案为：一种三自由度柔性机械装置，包括旋转台、柔性柱升降装置、悬臂和手抓，柔性柱升降装置下端安装在旋转台上，悬臂一端固定连接在柔性柱升降装置上端，手抓固定连接在伸缩气缸的缸杆上，伸缩气缸固定连接在悬臂的另一端。

优选的，上述伸缩气缸通过缸座连接到悬臂，缸座上安装有两直线轴承，直线轴承一端固定连接在手抓上。

优选的，上述旋转台包括箱座、涡轮蜗杆变速器、驱动座臂和旋转电机，涡轮蜗杆变速器固定连接在箱座上，涡轮蜗杆变速器的蜗杆轴连接驱动电机，驱动电机固定连接在涡轮蜗杆变速器上，驱动座臂固定连接在涡轮蜗杆变速器的竖直涡轮轴上端，驱动座臂固定连接柔性升降机。

优选的，上述涡轮蜗杆变速器包括涡轮箱，竖直涡轮轴上下两端分别可旋转地连接涡轮箱上法兰和涡轮箱下法兰上，涡轮箱上法兰和涡轮箱下法兰分别固定连接在涡轮箱上端的箱盖和下端上，涡轮箱下端通过法兰与箱座固定连接。

优选的，上述柔性柱升降装置包括底座板、导轨立柱、直线导轨、滑动板和升降驱动机构，导轨立柱采用四根，下端固定连接在底座板上，滑动板通过四根直线导轨连接到四根导轨立柱，滑动板连接有升降驱动机构。

优选的，上述升降驱动机构包括升降电机、驱动链轮、驱动链条箱、弧形导轨以及两组十字交叉的内连杆和外连杆，升降电机固定连接在电机架上，驱动链轮固定连接在升降电机的电机轴上，驱动链轮箱采用多个，相邻两个驱动链轮箱间铰接，竖直后两个驱动链轮箱间端面保持接触对接，每个驱动链轮箱背面连接在弧形导轨上，另一侧开口，内部设置有与其铰接的两个小链节，驱动链轮能与每个驱动链轮箱内的两个小链节相啮合，弧形导轨固定连接在存储箱的侧壁上，为直角折弯结构，折弯处圆弧过渡，存储箱固定连接在底座板上，每组内连杆和外连杆活动铰接，上下两端分别铰接短连接杆一和短连接杆二，短连接杆一和短连接杆二分别铰接在滑动板和底座板上，最上端的驱动链轮箱上端面固定连接在滑动板底部。

优选的，上述滑动板通过上部的工字型连接座固定连接悬臂。

本发明的有益效果：与现有技术相比，本发明的效果如下：

（1）本发明采用旋转台、柔性柱升降装置、悬臂和气动的手抓，能够快速实现物品的指定位置的吸取和指定位置的放置，避免人工操作导致的放置位置不准确，提高物品扫码包装质量，省时省力，降低劳动强度，柔性柱升降装置能够确保传动部件传动过程中弯曲，提高设备的柔性；

（2）采用两直线轴承对手抓伸缩进行定向导向，定向精度更高；

（3）采用链轮啮合驱动链条箱，驱动链条线在弧形导轨上行走，且处于链轮上方竖直方向的相邻两驱动链条箱能够承载滑动板的竖向支撑力，链轮旋转，实现滑动板的快速升降，折弯链条的升降驱动机构，结构紧凑，交叉的十字连杆机构，能够确保滑动板传动过程中的稳定性；

（4）该旋转台的装置结构紧凑，运动平稳，可以负载比较大的重物，其的运动精度还很高，采用上下法兰方式连接涡轮轴，连接方便，制造容易，安装容易。

附图说明

图1是本发明的立体结构示意图；

图2是本发明的俯视结构示意图；

图3是图2中A-A剖面结构示意图；

图4是本发明的旋转台剖视结构示意图；

图5是本发明的左视结构示意图；

图6是图3中A向结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体的实施例对本发明进行进一步介绍。

实施例1：如图1-图6所示，一种三自由度柔性机械装置，包括旋转台1、柔性柱升降装置2、悬臂3和手抓4，柔性柱升降装置2下端安装在旋转台1上，悬臂3一端固定连接在柔性柱升降装置2上端，手抓4固定连接在伸缩气缸5的缸杆上，伸缩气缸5固定连接在悬臂3的另一端。

优选的，上述伸缩气缸5通过缸座6连接到悬臂3，缸座6上安装有两直线轴承7，直线轴承7一端固定连接在手抓4上。

优选的，上述旋转台1包括箱座8、涡轮蜗杆变速器9、驱动座臂10和旋转电机11，涡轮蜗杆变速器9固定连接在箱座8上，涡轮蜗杆变速器9的蜗杆轴12连接驱动电机11，驱动电机11固定连接在涡轮蜗杆变速器9上，驱动座臂10固定连接在涡轮蜗杆变速器9的竖直涡轮轴13上端，驱动座臂10固定连接柔性升降机2；涡轮蜗杆变速器9包括涡轮箱14，竖直涡轮轴13上下两端分别可旋转地连接涡轮箱上法兰15和涡轮箱下法兰16上，涡轮箱上法兰15和涡轮箱下法兰16分别固定连接在涡轮箱14上端的箱盖17和下端上，采用上下法兰的连接方式，加工方便，安装容易，调节对中也容易，涡轮箱14下端通过法兰与箱座1固定连接，旋转台中沿着竖直涡轮轴的底端往上看，用的是法兰盘和一个法兰轴承与涡轮轴连接，法兰与箱底底座进行连接，法兰轴承与涡轮轴进行连接，法兰轴承起的是定位和受轴向力的作用，因为底座的转速不是太快，但是负载比较大，在底下法兰盘的上端安装一个推力球轴承与涡轮轴连接，推力球轴承可以受轴向载荷，此轴承可以大大的满足这个要求，沿此轴承的上端是涡轮蜗杆与涡轮盘进行啮合，底座涡轮轴用普通的三个平键与涡轮盘进行连接，增加负载的能力，轴承的上部采用的是深沟球轴承，沿着深沟球轴承的上端是底座上法兰，整位传动过程是在涡轮箱进行的，在底座上法兰和涡轮轴的最上端的连接处是添加了一个密封挡圈，可以防止水渗透下去对下面各个零部件腐蚀，整个底座传动装置的顶部是驱动座臂和涡轮轴进行连接，驱动座臂承载柔性柱装置、悬臂和抓取重物的重量，这个旋转台的装置结构紧凑，运动平稳，可以负载比较大的重物，其的运动精度还很高。

优选的，上述柔性柱升降装置2包括底座板18、导轨立柱19、直线导轨20、滑动板21和升降驱动机构，导轨立柱19采用四根，下端固定连接在底座板18上，滑动板21通过四根直线导轨20连接到四根导轨立柱19，滑动板21连接有升降驱动机构；升降驱动机构包括升降电机22、驱动链轮23、驱动链条箱24、弧形导轨25以及两组十字交叉的内连杆26和外连杆27，升降电机22固定连接在电机架28上，驱动链轮23固定连接在升降电机22的电机轴上，驱动链轮箱24采用多个，相邻两个驱动链轮箱24间铰接，竖直后两个驱动链轮箱24间端面保持接触对接，每个驱动链轮箱24背面连接在弧形导轨25上，另一侧开口，内部设置有与其铰接的两个小链节28，驱动链轮23能与每个驱动链轮箱24内的两个小链节28相啮合，弧形导轨25固定连接在存储箱29的侧壁上，为直角折弯结构，折弯处圆弧过渡，存储箱29固定连接在底座板18上，每组内连杆26和外连杆27活动铰接，上下两端分别铰接短连接杆一30和短连接杆二31，短连接杆一30和短连接杆二31分别铰接在滑动板21和底座板18上，最上端的驱动链轮箱24上端面固定连接在滑动板21底部，柔性柱装置是在链轮的在链传动基础上，经过改变链条的形式，把完整的链条拆开成单节链，再用活动铰链将每个单节连接在放在弧形轨道上，将柔性的链节变为具有单向刚性的柔性柱装置，但是它的承载的能力和行程能力确是大大的增强，由图可知，滑动板通过与四个滑块连接，四个滑块和四个导轨连接，以此用来使滑动板定位只能在导轨上下移动，避免了滑动板承载着重物左右移动，重物压着滑动板，将负载往下传给驱动链条箱，驱动链条箱里有两个小链节，两个小链节通过四个滚子链轴和四块侧板和驱动链条箱连接，相邻两个驱动链条箱通过活动铰链相连接，在将每一个驱动链条箱用螺钉连接在v型轨道面的弧形轨道上，多个串接的驱动链条箱可以在弧形轨道上实现水平方向、垂直方向运动和一个曲线运动，在驱动电机连接的链轮与驱动链条箱里的链节相互啮合，将滑动板负载的力通过驱动链条箱传递到链轮，链轮通过电机轴和电机连接实现整个柔性柱的驱动，交叉的十字连杆机构，能够确保滑动板传动过程中的稳定性。

优选的，上述滑动板21通过上部的工字型连接座32固定连接悬臂3。

本发明为三个自由度的机械手，第一个自由度为旋转台采用涡轮蜗杆实现360度的转动，第二个自由度：腰部采用柔性柱装置实现上下升降，升降的距离在0-60厘米，第三个自由度采用悬臂，悬臂上末端上安装一个伸缩气缸，伸缩气缸在垂直方向实现移动，移动的距离为0-30厘米，整个结构机械臂可以应用于搬运，实现抓取运动

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内，因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种三自由度柔性机械装置，其特征在于：包括旋转台（1）、柔性柱升降装置（2）、悬臂（3）和手抓（4），柔性柱升降装置（2）下端安装在旋转台（1）上，悬臂（3）一端固定连接在柔性柱升降装置（2）上端，手抓（4）固定连接在伸缩气缸（5）的缸杆上，伸缩气缸（5）固定连接在悬臂（3）的另一端。

2.根据权利要求1所述的一种三自由度柔性机械装置，其特征在于：伸缩气缸（5）通过缸座（6）连接到悬臂（3），缸座（6）上安装有两直线轴承（7），直线轴承（7）一端固定连接在手抓（4）上。

3.根据权利要求1所述的一种三自由度柔性机械装置，其特征在于：旋转台（1）包括箱座（8）、涡轮蜗杆变速器（9）、驱动座臂（10）和旋转电机（11），涡轮蜗杆变速器（9）固定连接在箱座（8）上，涡轮蜗杆变速器（9）的蜗杆轴（12）连接驱动电机（11），驱动电机（11）固定连接在涡轮蜗杆变速器（9）上，驱动座臂（10）固定连接在涡轮蜗杆变速器（9）的竖直涡轮轴（13）上端，驱动座臂（10）固定连接柔性升降机（2）。

4.根据权利要求3所述的一种三自由度柔性机械装置，其特征在于：涡轮蜗杆变速器（9）包括涡轮箱（14），竖直涡轮轴（13）上下两端分别可旋转地连接涡轮箱上法兰（15）和涡轮箱下法兰（16）上，涡轮箱上法兰（15）和涡轮箱下法兰（16）分别固定连接在涡轮箱（14）上端的箱盖（17）和下端上，涡轮箱（14）下端通过法兰与箱座（1）固定连接。

5.根据权利要求1所述的一种三自由度柔性机械装置，其特征在于：柔性柱升降装置（2）包括底座板（18）、导轨立柱（19）、直线导轨（20）、滑动板（21）和升降驱动机构，导轨立柱（19）采用四根，下端固定连接在底座板（18）上，滑动板（21）通过四根直线导轨（20）连接到四根导轨立柱（19），滑动板（21）连接有升降驱动机构。

6.根据权利要求5所述的一种三自由度柔性机械装置，其特征在于：升降驱动机构包括升降电机（22）、驱动链轮（23）、驱动链条箱（24）、弧形导轨（25）以及两组十字交叉的内连杆（26）和外连杆（27），升降电机（22）固定连接在电机架（28）上，驱动链轮（23）固定连接在升降电机（22）的电机轴上，驱动链轮箱（24）采用多个，相邻两个驱动链轮箱（24）间铰接，竖直后两个驱动链轮箱（24）间端面保持接触对接，每个驱动链轮箱（24）背面连接在弧形导轨（25）上，另一侧开口，内部设置有与其铰接的两个小链节（28），驱动链轮（23）能与每个驱动链轮箱（24）内的两个小链节（28）相啮合，弧形导轨（25）固定连接在存储箱（29）的侧壁上，为直角折弯结构，折弯处圆弧过渡，存储箱（29）固定连接在底座板（18）上，每组内连杆（26）和外连杆（27）活动铰接，上下两端分别铰接短连接杆一（30）和短连接杆二（31），短连接杆一（30）和短连接杆二（31）分别铰接在滑动板（21）和底座板（18）上，最上端的驱动链轮箱（24）上端面固定连接在滑动板（21）底部。

7.根据权利要求5所述的一种三自由度柔性机械装置，其特征在于：滑动板（21）通过上部的工字型连接座（32）固定连接悬臂（3）。