CN112356043A - 一种双线宽的曲面绘写机械手 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种双线宽的曲面绘写机械手，包括纵向行走机构，包括一对纵轨道、横梁以及第一动力组件，每个纵轨道上可移动的设有第一移动座，横梁横跨一对纵轨道且其两端部固定在第一移动座上，横向行走机构，包括横轨道和第二动力组件，横轨道固定在横梁上且其上可移动的设有第二移动座，两个绘写机构，布置在第二移动座相对两侧，每个绘写机构包括沿上下可移动的设在第二移动座上的抬笔架、设在抬笔架上的装夹组件、设在第二移动座的限位组件，其中一个绘写机构的装夹组件用于装夹可绘制粗线条的绘写用具，另一个绘写机构的装夹组件用于装夹可绘制细线条的绘写用具，抬笔架上端部与第二移动座之间设有弹性件，以便向抬笔架施加一向下的弹力。

Description

一种双线宽的曲面绘写机械手

技术领域

本发明涉及绘写机器人技术领域，特别涉及一种双线宽的曲面绘写机械手。

背景技术

机械手作为工业机器人的一个重要分支，是近几十年发展起来的一种高科技自动生产设备，具有作业的准确性和环境中完成作业的能力。机械手可以减省工人、提高效率、降低成本、提高产品品质、安全性好。机械手与人类手臂的最大区别就在于灵活度与耐力度。换言之，机械手的最大优势可以重复的做同一动作也不会觉得累，因而机械手的应用也将会越来越广泛。随着网络科技的发展，机械手的联网操作问题也是以后发展的方向。

工业机器人是近几十年发展起来的一种高科技自动化生产设备。工业机械手是工业机器人的一个重要分支。它的特点是可通过编程来完成各种预期的作业任务，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，尤其体现了人的智能和适应性。机械手作业的准确性和各种环境中完成作业的能力，在各领域有着广阔的发展前景。现有的绘写机械手或写字/绘画机械手，在完成一个连续的绘写轨迹的绘制后，通过抬笔机构或手动将笔抬起，等绘图笔移动到下一个绘图轨迹的初始位置再落笔。其普遍存在以下缺陷：

1.现有的机械手通常仅配备一种绘写用具，仅能够完成一种线条的轨迹绘制，难以实现在同一张图纸上以不同粗细的线条绘制；

2.单线宽绘写机械手也只能做到在横向、纵向(或者X轴、Y轴)两个方向固定高度移动绘写，无法在上下方向上(或者Z轴)适当移动，形成灵活的高度补偿。当需要进行船舶以及海洋工程结构物的复杂的型线绘制以及在针对船模设计制造时需要在不平整的钢板及木材上(即待书写表面凹凸不平，呈高低不一的曲面状)绘制图线时就难以实现绘制功能(可能出现不连续的线条、线条痕迹粗浅不一等问题)；

3.市场上一部分绘写机械手的传动结构需要润滑，工作时为保持预定精度与稳定性需要经常维护与保养，无法适应多变的工作环境，因此针对上述问题，绘写机械手仍有很大的改进优化空间。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种能绘制粗细不同的两种线条轨迹、适于在不平整的待书写表面上进行绘制的双线宽的曲面绘写机械手。

为此，本发明提供了一种双线宽的曲面绘写机械手，包括：

纵向行走机构，包括一对纵轨道、横梁以及第一动力组件，每个纵轨道上可移动的设置有第一移动座，横梁横跨一对纵轨道且其两端部固定在第一移动座上，第一动力组件配置为驱动一对第一移动座沿纵向同步往复移动；

横向行走机构，包括横轨道和第二动力组件，横轨道固定在横梁上且其上可移动的设置有第二移动座，第二动力组件配置为驱动第二移动座沿横向往复移动；

两个绘写机构，布置在第二移动座的相对两侧，每个绘写机构包括沿上下可移动的设置在第二移动座上的抬笔架、设置在抬笔架上的装夹组件、设置在第二移动座上且用于在上下方向上限制抬笔架移动行程的限位组件，其中一个绘写机构的装夹组件用于装夹可绘制粗线条的绘写用具，另一个绘写机构的装夹组件用于装夹可绘制细线条的绘写用具，抬笔架的上端部与第二移动座之间设置有弹性件，以便向抬笔架施加一向下的弹力。

上述技术方案中，优选的，在用于装夹可绘制细线条的绘写用具的绘写机构中，抬笔架下端部与第二移动座之间设置有弹性件，以便向第二移动座施加一向上的弹力。

上述技术方案中，优选的，弹性件为弹簧。

上述技术方案中，优选的，还包括一控制单元，控制单元与第一动力组件、第二动力组件分别控制连接，控制单元配置为接收外部控制信号来控制第一动力组件和第二动力组件分别动作，以便绘写机构按照设定的移动轨迹运动。

上述技术方案中，优选的，装夹组件包括固定在抬笔架上且具有装夹孔的装夹块、设置在装夹块且连通装夹孔的螺纹孔、螺纹连接在螺纹孔内的锁紧螺钉。

上述技术方案中，优选的，限位组件包括至少一对限位块和至少一个限位杆，一对限位块固定在第二移动座上且沿上下方向相对布置，限位杆两端部固定在一对限位块之间，抬笔架串设在限位杆上。

上述技术方案中，优选的，第一动力组件包括第一电机、第一皮带轮、第一皮带以及至少一对第一滚轮，第一电机固定在第一移动座上且其输出轴同轴固定第一皮带轮，一对第一滚轮安装在第一移动座上且用于将第一移动座支撑在纵轨道上，第一滚轮具有供第一皮带穿设经过的第一带轮槽，第一皮带穿过第一带轮槽与第一皮带轮连接且其两端部固定在纵轨道两端。

上述技术方案中，优选的，第一移动座具有贯穿其的第一贯通部，纵轨道穿过第一贯通部设置，第一动力组件包括两对第一滚轮，两对第一滚轮分别位于纵轨道的上下两侧。

上述技术方案中，优选的，第二动力组件包括第二电机、第二皮带轮、第二皮带以及至少一对第二滚轮，第二电机固定在第二移动座上且其输出轴同轴固定第二皮带轮，一对第二滚轮安装在第二移动座上且用于将第二移动座支撑在横轨道上，第二滚轮具有供第二皮带穿设经过的第二带轮槽，第二皮带穿过第二带轮槽与第二皮带轮连接且其两端部固定在横轨道两端。

上述技术方案中，优选的，第二移动座具有贯穿其的第二贯通部，横轨道穿过第二贯通部设置，第二动力组件包括两对第二滚轮，两对第二滚轮分别位于横轨道的上下两侧。

与现有技术相比，本发明的优点如下：

1.设置两个绘写机构，其中一个绘写机构可用于粗线条的绘制作业，另一个绘写机构可用于细线条的绘制作业，可在同一待书写表面上完成不同粗细线条的绘制，具有双线宽的绘制功能。

2.将抬笔架沿上下可移动的设置在第二移动座上，由限位组件来限制抬笔架在上下方向上的移动行程，在抬笔架的上端部与第二移动座之间设置弹性件，以便向抬笔架施加一向下的弹力，从而使绘写机构在进行线条绘制时，即便待书写表面凹凸不平或呈高低不一的曲面状，抬笔架也能够在上下方向上自由移动，有着良好的曲面适应性和通过性，且弹性件的弹力能够确保绘写用具始终与待书写表面接触，不易出现不连续的线条、线条痕迹粗浅不一等问题。

附图说明

图1是本发明双线宽的曲面绘写机械手的结构示意图；

图2是图1中A处的局部放大图；

图3是本发明的第二动力组件的结构示意图；

图4是本发明可用于绘制粗线条的绘写机构的结构示意图；

图5是图4中所示绘写机构的工作原理示意图；

图6是本发明可用于绘制细线条的绘写机构的结构示意图；

图7是图6中所示绘写机构的工作原理示意图；

其中，附图标记如下：

100-双线宽的曲面绘写机械手；

1-纵向行走机构；11-纵轨道；12-横梁；13-第一动力组件；131-第一电机；132-第一皮带轮；133-第一滚轮；14-第一移动座；

2-横向行走机构；21-横轨道；22-第二动力组件；221-第二电机；222-第二皮带轮；223-第二滚轮；224-第二皮带；23-第二移动座；

3-绘写机构；31-抬笔架；32-装夹组件；321-装夹块；322-锁紧螺钉；33-限位组件；331-限位块；332-限位杆；34-弹性件。

具体实施方式

容易理解的是，根据本发明的技术方案，在不变更本发明实质精神下，本领域的一般技术人员可以提出可相互替换的多种结构方式以及实现方式。因此，以下具体实施方式以及附图仅是对本发明的技术方案的示例性说明，而不应当视为本发明的全部或者视为对本发明技术方案的限定或限制。

在本说明书中提到的上、下、左、右、纵向、横向、两端/侧等方位用语是相对于各附图中所示的构造进行定义的，它们是相对的概念，因此有可能会根据其所处不同位置、不同使用状态而进行相应地变化。所以，也不应当将这些或者其他的方位用语解释为限制性用语。

如图1所示，一种双线宽的曲面绘写机械手100，它包括纵向行走机构1、横向行走机构2以及两个绘写机构3。

纵向行走机构1包括一对纵轨道11、横梁12以及第一动力组件13。每个纵轨道11上可移动的设置有第一移动座14，横梁12横跨一对纵轨道11且其两端部固定在第一移动座14上，第一动力组件13配置为驱动一对第一移动座14沿纵向同步往复移动。

结合图2所示，第一动力组件13包括第一电机131、第一皮带轮132、第一皮带以及两对第一滚轮133，第一电机131固定在第一移动座14上且其输出轴同轴固定第一皮带轮132，两对第一滚轮133安装在第一移动座14上且用于将第一移动座14支撑在纵轨道11上。其中，第一移动座14具有贯穿其的第一贯通部，纵轨道11穿过第一贯通部设置，两对第一滚轮133分别位于纵轨道11的上下两侧。第一滚轮133具有供第一皮带穿设经过的第一带轮槽，第一皮带穿过第一带轮槽与第一皮带轮132连接且其两端部固定在纵轨道11两端。

再结合图1、图3所示，横向行走机构2包括横轨道21和第二动力组件22，横轨道21固定在横梁12上且其上可移动的设置有第二移动座23，第二动力组件22配置为驱动第二移动座23沿横向往复移动。

结合图4、图6所示，第二动力组件22包括第二电机221、第二皮带轮222、第二皮带224以及两对第二滚轮223，第二电机221固定在第二移动座23上且其输出轴同轴固定第二皮带轮222，两对第二滚轮223安装在第二移动座23上且用于将第二移动座23支撑在横轨道21上。其中，第二移动座23具有贯穿其的第二贯通部，横轨道21穿过第二贯通部设置，两对第二滚轮223分别位于横轨道21的上下两侧。第二滚轮223具有供第二皮带224穿设经过的第二带轮槽，第二皮带224穿过第二带轮槽与第二皮带轮222连接且其两端部固定在横轨道21两端。

本例中，纵轨道11和横轨道21的构造基本是一样的结构，为铝型材制作而成，质地较轻、强度较高，使用寿命较长，在保证轨道稳定性的同时，可降低装配难度并减轻重量，便于设备的操作与搬运。横梁12也是铝型材制成，整体为龙门式结构，强度高、刚度大，跨度长，横梁12运行时振动小、变形小，能赋予设备在各种工作条件下的稳定的工作精度。第一动力组件13和第二动力组件22在结构组成上基本是一样的，都是采用电机、皮带传动的结构来实现移动座的往复移动。皮带可选用现有技术中的同步带，例如齿形同步带，同步带传动是啮合传动，其传动准确，工作时无相对滑动，传动比恒定，基本不需要润滑，设备的环境适应能力强，可在多尘环境下连续工作且保持精度。

再结合图1所示，两个绘写机构3布置在第二移动座23的相对两侧位置，即分布在横梁12横向两侧，其中一个绘写机构3可绘制粗线条，另一个绘写机构3可绘制细线条。

结合图4、图6所示，每个绘写机构3包括沿上下可移动的设置在第二移动座23上的抬笔架31、设置在抬笔架31上的装夹组件32、设置在第二移动座23上且用于在上下方向上限制抬笔架31移动行程的限位组件33。

限位组件33包括左右对置的两对限位块331和两个限位杆332，每对限位块331固定在第二移动座23上且沿上下方向相对布置，每根限位杆332两端部固定在相应对限位块331之间。抬笔架31串设在限位杆332上。

抬笔架31的上端部与第二移动座23之间设置有弹性件34，以便向抬笔架31施加一向下的弹力。其中，弹性件34为弹簧。弹簧串设在限位杆332上。

装夹组件32包括固定在抬笔架31上且具有装夹孔的装夹块321、设置在装夹块321且连通装夹孔的螺纹孔、螺纹连接在螺纹孔内的锁紧螺钉322。操作时，可将细线笔或粗线笔穿设在相应装夹孔321内，由锁紧螺钉322紧固，方便更换不同线宽的绘写笔。

结合图6、图7所示，在用于绘制细线条的绘写机构3中，其抬笔架31下端部与第二移动座23之间设置有弹性件34(实际也是弹簧，与前述弹簧结构相同，弹性力大小相同)，以便向第二移动座23施加一向上的弹力。如此，通过在抬笔架31上下两端都安装弹簧，由下方的弹簧提供一定的支撑力抵消一部分下压力(即上侧弹簧弹力和抬笔架31重力之和)，以防细线条绘写用具(如细线型书写笔)的笔芯折断。

还包括一控制单元(图未示)，控制单元与第一动力组件13、第二动力组件22分别控制连接，控制单元配置为接收外部控制信号来控制第一动力组件13和第二动力组件22分别动作，以便绘写机构3按照设定的移动轨迹运动。本例中，控制单元的结构组成主要包括下位机，其与上位机(用户端计算机)构成通讯连接，下位机和前述两个电机控制连接。操作时，用户可利用上位机预先绘制路径或轨迹，利用上位机将控制指令发送至下位机，由下位机分别给第一电机131和第二电机221发送控制信号，从而控制第一电机131和第二电机221分别动作，驱动绘写机构3按照设定的绘制路径或轨迹移动并绘制线条。从而，绘写机构3在进行线条绘制时，即便待书写表面凹凸不平或呈高低不一的曲面状，抬笔架31也能够在上下方向上自由移动，有着良好的曲面适应性和通过性，且弹簧的弹力能够确保绘写用具始终与待书写表面接触，不易出现不连续的线条、线条痕迹粗浅不一等问题。

需要说明的是，上述所述关于上位机、下位机及其与电机之间的控制部分属于现有技术中的公知技术，旨在理解本发明，不做赘述。

本申请的技术范围不仅仅局限于上述说明书中的内容，本领域技术人员可以在不脱离本申请技术思想的前提下，对上述实施例进行多种变形和修改，而这些变形和修改均应当属于本申请的保护范围内。

Claims (10)

1.一种双线宽的曲面绘写机械手，包括：

纵向行走机构(1)，包括一对纵轨道(11)、横梁(12)以及第一动力组件(13)，每个所述纵轨道(11)上可移动的设置有第一移动座(14)，所述横梁(12)横跨所述一对纵轨道(11)且其两端部固定在所述第一移动座(14)上，所述第一动力组件(13)配置为驱动一对所述第一移动座(14)沿纵向同步往复移动；

横向行走机构(2)，包括横轨道(21)和第二动力组件(22)，所述横轨道(21)固定在所述横梁(12)上且其上可移动的设置有第二移动座(23)，所述第二动力组件(22)配置为驱动所述第二移动座(23)沿横向往复移动；其特征在于，还包括，

两个绘写机构(3)，布置在所述第二移动座(23)的相对两侧，每个所述绘写机构(3)包括沿上下可移动的设置在所述第二移动座(23)上的抬笔架(31)、设置在所述抬笔架(31)上的装夹组件(32)、设置在所述第二移动座(23)上且用于在上下方向上限制所述抬笔架(31)移动行程的限位组件(33)，其中一个所述绘写机构(3)的装夹组件(32)用于装夹可绘制粗线条的绘写用具，另一个所述绘写机构(3)的装夹组件(32)用于装夹可绘制细线条的绘写用具，所述抬笔架(31)的上端部与所述第二移动座(23)之间设置有弹性件(34)，以便向所述抬笔架(31)施加一向下的弹力。

2.根据权利要求1所述的双线宽的曲面绘写机械手，其特征在于：在用于装夹可绘制细线条的绘写用具的所述绘写机构(3)中，所述抬笔架(31)下端部与所述第二移动座(23)之间设置有所述弹性件(34)，以便向所述第二移动座(23)施加一向上的弹力。

3.根据权利要求1或2所述的双线宽的曲面绘写机械手，其特征在于：所述弹性件(34)为弹簧。

4.根据权利要求1所述的双线宽的曲面绘写机械手，其特征在于：还包括一控制单元，所述控制单元与所述第一动力组件(13)、第二动力组件(22)分别控制连接，所述控制单元配置为接收外部控制信号来控制所述第一动力组件(13)和所述第二动力组件(22)分别动作，以便所述绘写机构(3)按照设定的移动轨迹运动。

5.根据权利要求1所述的双线宽的曲面绘写机械手，其特征在于：所述装夹组件(32)包括固定在所述抬笔架(31)上且具有装夹孔的装夹块(321)、设置在所述装夹块(321)且连通所述装夹孔的螺纹孔、螺纹连接在所述螺纹孔内的锁紧螺钉(322)。

6.根据权利要求1所述的双线宽的曲面绘写机械手，其特征在于：所述限位组件(33)包括至少一对限位块(331)和至少一个限位杆(332)，一对所述限位块(331)固定在所述第二移动座(23)上且沿上下方向相对布置，所述限位杆(332)两端部固定在一对所述限位块(331)之间，所述抬笔架(31)串设在所述限位杆(332)上。

7.根据权利要求1所述的双线宽的曲面绘写机械手，其特征在于：所述第一动力组件(13)包括第一电机(131)、第一皮带轮(132)、第一皮带以及至少一对第一滚轮(133)，所述第一电机(131)固定在所述第一移动座(14)上且其输出轴同轴固定所述第一皮带轮(132)，所述一对第一滚轮(133)安装在所述第一移动座(14)上且用于将所述第一移动座(14)支撑在所述纵轨道(11)上，所述第一滚轮(133)具有供所述第一皮带穿设经过的第一带轮槽，所述第一皮带穿过所述第一带轮槽与所述第一皮带轮(132)连接且其两端部固定在所述纵轨道(11)两端。

8.根据权利要求7所述的双线宽的曲面绘写机械手，其特征在于：所述第一移动座(14)具有贯穿其的第一贯通部，所述纵轨道(11)穿过所述第一贯通部设置，所述第一动力组件(13)包括两对所述第一滚轮(133)，两对所述第一滚轮(133)分别位于所述纵轨道(11)的上下两侧。

9.根据权利要求1所述的双线宽的曲面绘写机械手，其特征在于：所述第二动力组件(22)包括第二电机(221)、第二皮带轮(222)、第二皮带(224)以及至少一对第二滚轮(223)，所述第二电机(221)固定在所述第二移动座(23)上且其输出轴同轴固定所述第二皮带轮(222)，所述一对第二滚轮(223)安装在所述第二移动座(23)上且用于将所述第二移动座(23)支撑在所述横轨道(21)上，所述第二滚轮(223)具有供所述第二皮带(224)穿设经过的第二带轮槽，所述第二皮带(224)穿过所述第二带轮槽与所述第二皮带轮(222)连接且其两端部固定在所述横轨道(21)两端。

10.根据权利要求9所述的双线宽的曲面绘写机械手，其特征在于：所述第二移动座(23)具有贯穿其的第二贯通部，所述横轨道(21)穿过所述第二贯通部设置，所述第二动力组件(22)包括两对所述第二滚轮(223)，两对所述第二滚轮(223)分别位于所述横轨道(21)的上下两侧。

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