CN111085991A - 双动力源三维精准机械手 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双动力源三维精准机械手，包括基座，竖转驱动机构A，竖转配合机构B，升降机构C，横转驱动机构D，横向伸缩机构E，横推机构F和机械手机构G。竖转配合机构B是包括配油盘芯罩和配油盘芯轴，两者通过轴承密封套装在一起，所述油盘芯罩固定在所述基座上端，所述配油盘芯轴的下端延伸进入所述基座内并安装有末端大带轮，该末端大带轮与所述末级小齿轮啮合，配油盘芯轴的的上端固定连接升降机构C的竖缸体。本发明能够提供机械手输出端在三维空间内任一点位的转运功能，不需要再与其他机械手配合就能实现必要的转运功能，而且各动作在执行时不干扰生产线正常运行，双动力相互配合完成的动作运行配合合理，运转精度高，不易出现抖动或偏差。

Description

双动力源三维精准机械手

技术领域

本发明属于工业机械加工机械手技术领域，具体涉及一种适合于智能化的双动力源三维精准机械手。

背景技术

机械手是在机械化、自动化生产过程中发展起来的一种新型装置，机械手虽然目前还不如人手那样灵活，但它具有能不断重复工作和劳动、不知疲劳、不怕危险、抓举重物的力量比人手大等特点。生产线中需要用机械臂抓取工件，同时并提升或旋转以及推送将工件送达目标位置再平稳卸下，通过机械爪模仿人手和臂的某些动作功能，按固定程序的自动操作装置，实现反复和精准的转运工作。

但现有机械手种类繁多，但多数不同时具有将升级、转动、伸出和抓取的三维转运功能，仅以较少改变两端转移已经能够达到使用目的的机械手，不能用于复杂转运环境。对于需要从三维任意位置通过编程能赢得到达的现有机械手技术中，往往结构复杂，成本较高，例如公开号为CN 208866636 U的自动焊接机械手，包括机座、焊枪、X轴运动机构、Y轴运动机构、Z轴运动机构和R轴运动机构，X轴运动机构安装于机座，Z轴运动机构安装于X轴运动机构，Y轴运动机构安装于Z轴运动机构，R轴运动机构安装于Y轴运动机构，焊枪连接于R轴运动机构。该技术方案目的是提供一种能够在三维转运和提高操作精度的机械手，但实际上这种结构虽然能够在三维任意点运动而且可通过编程控制，但其需要支持的三维结构框架过于庞大，不适合应用于生产线操作。其他一些关于三维运动的机械手技术方案中，也分别存在例如结构复杂，或极限伸展长度不足，或摆臂自身运转时与生产线重合会干扰生产线等问题，或者部分技术实质上存在精度差的问题。

发明内容

本发明针对目前各种机械手普遍存在的以下技术问题，提供一种双动力源三维精准机械手，仅通过单机械手就能完成对工件的升降、转动、伸缩和抓取动作，而且各动作在执行时不干扰生产线正常运行，双动力相互配合完成的动作运行配合合理，运转精度高，不易出现抖动或偏差。

本发明解决其技术问题所采用的方案是：一种双动力源三维精准机械手，包括基座，竖转驱动机构A，竖转配合机构B，升降机构C，横转驱动机构D，横向伸缩机构E，横推机构F和机械手机构G。

所述的竖转驱动机构A位于基座内，其输出端安装有末级小齿轮。

所述的竖转配合机构B是包括配油盘芯罩和配油盘芯轴，两者通过轴承密封套装在一起，所述油盘芯罩固定在所述基座上端，所述配油盘芯轴的下端延伸进入所述基座内并安装有末端大带轮，该末端大带轮与所述末级小齿轮啮合，配油盘芯轴的的上端固定连接升降机构C的竖缸体。

所述的升降机构C是包括竖缸体和活塞，以及密封压盖和导向缸，活塞密封套装于竖缸体内，活塞的上端依次穿过密封压盖和导向缸后固定有伸缩框，活塞将竖缸体分割为上油腔和下油腔，两油腔分别通过供油通道与液压系统的供油管路连接。

所述的横转驱动机构D为伺服电机，固定在所述伸缩框的一侧，且其转轴位于伸缩框内。

所述的横向伸缩机构E是在伸缩框内的伺服电机转轴上通过联轴器安装有螺杆，同时在螺杆外侧套装有导向框，其中导向框内设置有螺孔，所述螺杆与螺孔为螺纹连接关系，在所述伸缩框与的侧面垂直固定有导向杆，并在导向框侧面设置有轴套，所述导向杆匹配安装于轴套能，从而导向框能够横向滑动。

所述的横推机构F是在所述导向框的端部固定连接有横缸体，其内匹配套装有横活塞并连接有横活塞杆，横活塞杆的前端固定连接机械手机构G。

所述的机械手机构G包括手爪、动手体和定手体，其中手爪固定在横缸体端部，定手体固定在手爪前端，动手体通过圆柱销铰接在手抓上侧，所述横活塞杆铰接在手体的后端，动手体和定手体的前端为相扣的两个半圆弧所组成圆弧状构造。

所述的竖转驱动机构A是在基座内设置固定的垫板，垫板上同时固定有步进电机和传动支架，步进电机的转轴安装有首级传送带轮，传动支架内通过轴承安装有中间轴，中间轴的下端安装有中间传动轴，该中间传动轴与所述首级传送带轮通过同步齿形带传动连接，所述中间轴的上端安装有末级小齿轮。

在配油盘芯罩和配油盘芯轴之间套装有垫板，垫板内沿横向设置进油回油通道及接头，所述供油通道沿竖向分布于所述配油盘芯罩内壁中，并在上油腔和下油腔有油孔。

所述定手体为上下两个半圆弧板，所述动手体为卡装在定手体上下两个半圆弧板之间的一个半圆弧板。

在伸缩框位于私服电机一侧的壁上垂直固定有横撑杆，横撑杆上套装有配重体，改变配重体在横撑杆上滑动距离并锁定，用以提高伸缩框顶部的受力均衡性。

本发明的有益效果：本发明分别通过电机实现竖转驱动机构、通过内置于垫板和配油盘芯轴的供油通路实现液压控制升降运动，通过私服电机控制臂端伸缩和通过末端横缸体实现机械操控，分别是以电机和油缸相互配合完成机械运动过程，相互之间不存在因针对或干扰造成的机械偏差问题，双动力源能够提供机械手输出端在三维空间内任一点位的转运功能。本发明仅通过单机械手就能完成对工件的升降、转动、伸缩和抓取动作，不需要再与其他机械手配合就能实现必要的转运功能，而且各动作在执行时不干扰生产线正常运行，双动力相互配合完成的动作运行配合合理，运转精度高，不易出现抖动或偏差。结构简化且成本低，能减轻人们的劳动强度，节省人工成本，提高作业效率。

机械手手体要有足够的加紧力，为使手指夹紧工件，除考虑被抓持工件的重量之外，还应该考虑工件在传递过程中所产生的动载荷，本实施例通过定手体能够提供稳定的承重要求，动手体仅提供夹持的力度即可。

附图说明

图1是本发明外观结构示意图。

图2是竖转驱动机构A的结构示意图。

图3是竖转配合机构B的结构示意图。

图4是升降机构C的结构示意图。

图5是横转驱动机构D和横向伸缩机构E的结构示意图。

图6是横推机构F和机械手机构G的结构示意图。

图中标号：1为基座，2为末端大带轮，3为螺钉，4为中间传动轴，5为传动支架，6为螺钉，7为轴承一，8为中间轴，9为轴承外盖，10为同步齿形带，11为带轮外盖，12为螺钉，13为首级传送带，15为螺栓，16为末级小带轮，17为步进电机18为垫板，19为配油盘芯罩，20为配油盘芯轴，21为O型橡胶密封圈，22为轴承二，23为垫板，24为螺钉，25为竖缸体，26为活塞，27为密封压盖，28为弹簧垫圈，29为导向缸，30为导向套，31为伸缩框，32为私服电机，33为螺钉，34为联轴器，35为六棱螺母，36为圆锥销，37为止推螺母，38为导向杆，39为轴套，40为螺钉，41为活塞密封，42为横缸体，43为导向套，44为活塞杆密封，45为横活塞杆，46为扁孔，47为动手体，48为导向框，49为油缸后法兰盘，50为螺母，51为密封压紧螺母，52为油缸前法兰盘，53为螺钉，54为密封压盖，55为手爪，56为圆柱销，57为定手体。

具体实施方式

实施例1：如图1所示的双动力源三维精准机械手，包括基座，竖转驱动机构A，竖转配合机构B，升降机构C，横转驱动机构D，横向伸缩机构E，横推机构F和机械手机构G。

其中的竖转驱动机构A位于基座内，其输出端安装有末级小齿轮，如图2所示。在图2纵可以看出，竖转驱动机构A是在基座内设置固定的垫板，垫板上同时固定有步进电机（选取45BF003-Ⅱ步进电机）和传动支架，步进电机的转轴安装有首级传送带轮，传动支架内通过轴承安装有中间轴，中间轴的下端安装有中间传动轴，该中间传动轴与所述首级传送带轮通过同步齿形带传动连接，所述中间轴的上端安装有末级小齿轮。底座是整个机体重量的最终承受者，同时，机械手的转动部分就是在在机作内部实现的。当机身转动时，为了不影响机身的油缸内不通油，运用了配油盘。

机身是支撑臂部的部件。升降，回转和俯仰运动机构等都安装在机身上。采用升降油缸，实现了升降运动。如图3所示的竖转配合机构B是包括配油盘芯罩和配油盘芯轴，两者通过轴承密封套装在一起，所述油盘芯罩固定在所述基座上端，所述配油盘芯轴的下端延伸进入所述基座内并安装有末端大带轮，该末端大带轮与所述末级小齿轮啮合，配油盘芯轴的的上端固定连接升降机构C的竖缸体。其中，在配油盘芯罩和配油盘芯轴之间套装有垫板，垫板内沿横向设置进油回油通道及接头，所述供油通道沿竖向分布于所述配油盘芯罩内壁中，并在上油腔和下油腔有油孔。

如图4所示的升降机构C是包括竖缸体和活塞，以及密封压盖和导向缸，活塞密封套装于竖缸体内，活塞的上端依次穿过密封压盖和导向缸后固定有伸缩框，活塞将竖缸体分割为上油腔和下油腔，两油腔分别通过供油通道与液压系统的供油管路连接；

如图5所示的横转驱动机构D为伺服电机，固定在所述伸缩框的一侧，且其转轴位于伸缩框内。横转驱动机构D采用了丝杠螺母传动机构，图5中可以看出伺服电机的输出端通过联轴器固定连接丝杠丝母传动机构，有一个电机经过联轴器直接带动丝杠轴，实现了伸缩运动。由于设计进度要求很高，力比较小，因此选取sl系列伺服电机。选用的是梅花形弹性联轴器，特点是结构简单，具有良好的缓冲、减振能力，补偿两轴相对位移量大，工作温度范围广，适用范围也广，可以用于各种中小功率传动的轴系。

臂部是机械手的主要执行部件，其作用是支撑手体，主要用来改变工件的位置，手部在空间的活动范围主要取决于臂部的运动形式。本发明中不仅设置了结构稳定的伸缩框，并通过平行导向杆用以支撑导向框平移，伸缩框、导向杆和导向框采用较好的刚度材料，并合理的选择臂部的截面形状和轮廓尺寸，为了解决这个问题，在机械手的臂部，用了钢管作为导向杆。偏重力矩要小，所以在手部的油缸的设计中，用了一个小的油缸，在臂部的一段安装了一个较大的私服电机，而且该段还可以在私服电机一端加铁块进行重量平衡，例如在伸缩框位于私服电机一侧的壁上垂直固定有横撑杆，横撑杆上套装有配重体，改变配重体在横撑杆上滑动距离并锁定，用以提高伸缩框顶部的受力均衡性。其中在臂部设计中，用了四根导向柱，用来提高他的导向定位精度。如图5所示的横向伸缩机构E是在伸缩框内的伺服电机转轴上通过联轴器安装有螺杆，同时在螺杆外侧套装有导向框，其中导向框内设置有螺孔，所述螺杆与螺孔为螺纹连接关系，在所述伸缩框与的侧面垂直固定有导向杆，并在导向框侧面设置有轴套，所述导向杆匹配安装于轴套能，从而导向框能够横向滑动。

如图6所示的横推机构F是在所述导向框的端部固定连接有横缸体，其内匹配套装有横活塞并连接有横活塞杆，横活塞杆的前端固定连接机械手机构G。

其中，所采用的机械手机构G包括手爪、动手体和定手体，其中手爪固定在横缸体端部，定手体固定在手爪前端，动手体通过圆柱销铰接在手抓上侧，所述横活塞杆铰接在手体的后端，动手体和定手体的前端为相扣的两个半圆弧所组成圆弧状构造。

实施例2：在实施例1基础上，对于机械手机构G的结构有所调整，所采用的定手体为上下两个半圆弧板，所述动手体为卡装在定手体上下两个半圆弧板之间的一个半圆弧板。机械手的手部的横油缸的活塞后退时抓紧工件，缸活塞前进时松开工件。是以动手体相对于定手体的张开和闭合来抓持工件，它对抓取各种形状的工件具有较大的适应性，故应用最广。

本发明搬运机械手是按照一定的轨迹实现的运动，要求机械手工作速度快，运动平稳，尤其要求定位精度高。

机械手手体要有足够的加紧力。为使手指夹紧工件，除考虑被抓持工件的重量之外，还应该考虑工件在传递过程中所产生的动载荷，本实施例通过定手体能够提供稳定的承重要求，动手体仅提供夹持的力度即可。对于机械手的手体设计，要求抓持工件的迅速，准确和牢固程度都将直接影响机械手的工作性能，根据手部所抓持工件的形状、尺寸、重量、材料和表面状况的不同，设计动手体和定手体组合形成适合于工件外形结构的类型。

Claims (5)

1.一种双动力源三维精准机械手，包括基座，竖转驱动机构A，竖转配合机构B，升降机构C，横转驱动机构D，横向伸缩机构E，横推机构F和机械手机构G，其特征在于，所述的竖转驱动机构A位于基座内，其输出端安装有末级小齿轮，所述的竖转配合机构B是包括配油盘芯罩和配油盘芯轴，两者通过轴承密封套装在一起，所述油盘芯罩固定在所述基座上端，所述配油盘芯轴的下端延伸进入所述基座内并安装有末端大带轮，该末端大带轮与所述末级小齿轮啮合，配油盘芯轴的的上端固定连接升降机构C的竖缸体，所述的升降机构C是包括竖缸体和活塞，以及密封压盖和导向缸，活塞密封套装于竖缸体内，活塞的上端依次穿过密封压盖和导向缸后固定有伸缩框，活塞将竖缸体分割为上油腔和下油腔，两油腔分别通过供油通道与液压系统的供油管路连接；所述的横转驱动机构D为伺服电机，固定在所述伸缩框的一侧，且其转轴位于伸缩框内，所述的横向伸缩机构E是在伸缩框内的伺服电机转轴上通过联轴器安装有螺杆，同时在螺杆外侧套装有导向框，其中导向框内设置有螺孔，所述螺杆与螺孔为螺纹连接关系，在所述伸缩框与的侧面垂直固定有导向杆，并在导向框侧面设置有轴套，所述导向杆匹配安装于轴套能，从而导向框能够横向滑动；所述的横推机构F是在所述导向框的端部固定连接有横缸体，其内匹配套装有横活塞并连接有横活塞杆，横活塞杆的前端固定连接机械手机构G，所述的机械手机构G包括手爪、动手体和定手体，其中手爪固定在横缸体端部，定手体固定在手爪前端，动手体通过圆柱销铰接在手抓上侧，所述横活塞杆铰接在手体的后端，动手体和定手体的前端为相扣的两个半圆弧所组成圆弧状构造。

2.根据权利要求1所述的双动力源三维精准机械手，其特征在于，所述的竖转驱动机构A是在基座内设置固定的垫板，垫板上同时固定有步进电机和传动支架，步进电机的转轴安装有首级传送带轮，传动支架内通过轴承安装有中间轴，中间轴的下端安装有中间传动轴，该中间传动轴与所述首级传送带轮通过同步齿形带传动连接，所述中间轴的上端安装有末级小齿轮。

3.根据权利要求1所述的双动力源三维精准机械手，其特征在于，在配油盘芯罩和配油盘芯轴之间套装有垫板，垫板内沿横向设置进油回油通道及接头，所述供油通道沿竖向分布于所述配油盘芯罩内壁中，并在上油腔和下油腔有油孔。

4.根据权利要求1所述的双动力源三维精准机械手，其特征在于，所述定手体为上下两个半圆弧板，所述动手体为卡装在定手体上下两个半圆弧板之间的一个半圆弧板。

5.根据权利要求1所述的双动力源三维精准机械手，其特征在于，在伸缩框位于私服电机一侧的壁上垂直固定有横撑杆，横撑杆上套装有配重体，改变配重体在横撑杆上滑动距离并锁定，用以提高伸缩框顶部的受力均衡性。

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