CN112407938A - 一种手部气动式驱动的搬运机械臂 - Google Patents

Abstract

一种手部气动式驱动的搬运机械臂，包括肩部、大臂、小臂及手部；大臂一端与肩部相连，小臂一端与大臂另一端相连，手部连接在小臂另一端；肩部用于驱动大臂进行水平回转运动和俯仰摆转运动；大臂用于驱动小臂进行俯仰摆转运动；小臂用于驱动手部进行俯仰摆转运动；手部作为末端执行器用于抓取物体，手部采用气动式驱动结构；肩部包括大臂水平回转驱动单元和大臂俯仰摆转驱动单元；小臂及手部摆转姿态调整采用电机驱动和蜗轮蜗杆传动结构形式；大臂的俯仰摆转和水平回转姿态调整均采用电机驱动和齿轮传动结构形式。本发明的搬运机械臂，具有工作范围广的特点，可以完成大范围内的物体抓取和搬运，搬运物体时具有良好的灵活性，具备快速反应的能力。

Description

一种手部气动式驱动的搬运机械臂

技术领域

本发明属于工业机器人技术领域，特别是涉及一种手部气动式驱动的搬运机械臂。

背景技术

随着科技的发展，以机械臂为代表的工业机器人越来越多的被制造和应用，通过机械臂来替代人工执行各自搬运等动作，大幅度提高了产品的生产效率和生产质量。根据搬运物体的重量不同，机械臂可分为重型机械臂和轻型机械臂，而对于轻型机械臂而言，现有的机械臂仍存在一些结构设计上的不足，其中一部分机械臂存在工作范围有限的缺点，这部分机械臂甚至无法抓取地面上的物体，还有一部分机械臂在搬运物体时存在灵活性差的缺点，无法在抓取物体时做出快速反应。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种手部气动式驱动的搬运机械臂，具有工作范围广的特点，可以完成大范围内的物体抓取和搬运，而且搬运物体时具有良好的灵活性，并且具备快速反应的能力。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种手部气动式驱动的搬运机械臂，包括肩部、大臂、小臂及手部；所述肩部设置在地面上，所述大臂一端与肩部相连，所述小臂一端与大臂另一端相连，所述手部连接在小臂另一端；所述肩部用于驱动大臂进行水平回转运动和俯仰摆转运动；所述大臂用于驱动小臂进行俯仰摆转运动；所述小臂用于驱动手部进行俯仰摆转运动；所述手部作为末端执行器用于抓取物体，且手部采用气动式驱动结构。

所述肩部包括大臂水平回转驱动单元和大臂俯仰摆转驱动单元；所述大臂水平回转驱动单元包括支撑底座、大臂水平回转驱动电机、大臂水平回转主动齿轮、大臂水平回转从动齿轮、大臂水平回转驱动轴、传力法兰盘及大臂水平回转驱动转板；所述大臂俯仰摆转驱动单元包括支撑箱体、大臂俯仰摆转驱动电机、大臂俯仰摆转主动轴、大臂俯仰摆转从动轴、大臂俯仰摆转主动齿轮及大臂俯仰摆转从动齿轮；所述支撑底座固装在地面上，所述大臂水平回转驱动电机竖着固装在支撑底座内部，大臂水平回转驱动电机的电机轴朝下，所述大臂水平回转主动齿轮固装在大臂水平回转驱动电机的电机轴上；所述大臂水平回转驱动轴通过轴承竖直安装在支撑底座内部，所述大臂水平回转从动齿轮固装在大臂水平回转驱动轴的底端，大臂水平回转从动齿轮与大臂水平回转主动齿轮相啮合；所述传力法兰盘水平固设在大臂水平回转驱动轴的顶端，所述大臂水平回转驱动转板水平固装在传力法兰盘上表面；所述支撑箱体固装在大臂水平回转驱动转板上表面，所述大臂俯仰摆转驱动电机水平固装在大臂水平回转驱动转板上表面且位于支撑箱体外部；所述大臂俯仰摆转主动轴通过轴承水平安装在支撑箱体内部，且大臂俯仰摆转主动轴的一端延伸至支撑箱体外部，所述大臂俯仰摆转驱动电机的电机轴通过联轴器与大臂俯仰摆转主动轴的外伸端同轴固连；所述大臂俯仰摆转从动轴通过轴承水平安装在支撑箱体内部，大臂俯仰摆转从动轴与大臂俯仰摆转主动轴相平行，且大臂俯仰摆转从动轴的一端延伸至支撑箱体外部；所述大臂俯仰摆转主动齿轮固装在大臂俯仰摆转主动轴上，所述大臂俯仰摆转从动齿轮固装在大臂俯仰摆转从动轴上，大臂俯仰摆转从动齿轮与大臂俯仰摆转主动齿轮相啮合。

所述大臂和小臂结构相同，均包括悬臂杆体、悬臂摆转动力箱体、悬臂摆转驱动电机、悬臂摆转驱动蜗杆、悬臂摆转驱动蜗轮及悬臂摆转驱动轴；所述悬臂摆转动力箱体固连在悬臂杆体一端，所述悬臂摆转驱动电机固装在悬臂摆转动力箱体内，且悬臂摆转驱动电机与悬臂杆体同轴设置；所述悬臂摆转驱动蜗杆通过轴承安装在悬臂摆转动力箱体内部，悬臂摆转驱动蜗杆的一端通过联轴器与悬臂摆转驱动电机的电机轴同轴固连；所述悬臂摆转驱动轴通过轴承水平安装在悬臂摆转动力箱体内部，悬臂摆转驱动轴与悬臂摆转驱动蜗杆相垂直，且悬臂摆转驱动轴的一端延伸至悬臂摆转动力箱体外部；所述悬臂摆转驱动蜗轮固定套装在悬臂摆转驱动轴上，悬臂摆转驱动蜗轮与悬臂摆转驱动蜗杆相啮合；在所述大臂内，悬臂杆体另一端固连在大臂俯仰摆转从动轴的外伸端；在所述小臂内，悬臂杆体另一端固连在大臂的悬臂摆转驱动轴的外伸端。

所述手部包括手掌杆体、手掌支架、夹持驱动气缸、传力板、第一夹持手指、第二夹持手指、第一传力连杆及第二传力连杆；所述手掌支架固连在手掌杆体一端，所述夹持驱动气缸固装在手掌支架内，且夹持驱动气缸与夹持驱动气缸同轴设置；所述夹持驱动气缸的活塞杆端部固连在传力板的中部，传力板与夹持驱动气缸的活塞杆相垂直；所述第一夹持手指与第二夹持手指左右对称设置在手掌支架最前端；所述第一夹持手指的根部铰接在手掌支架上，所述第一传力连杆一端铰接在第一夹持手指背面中后部，第一传力连杆另一端铰接在传力板一端；所述第二夹持手指的根部铰接在手掌支架上，所述第二传力连杆一端铰接在第二夹持手指背面中后部，第二传力连杆另一端铰接在传力板另一端。

本发明的有益效果：

本发明的手部气动式驱动的搬运机械臂，具有工作范围广的特点，可以完成大范围内的物体抓取和搬运，而且搬运物体时具有良好的灵活性，并且具备快速反应的能力。

附图说明

图1为本发明的一种手部气动式驱动的搬运机械臂的正视图；

图2为本发明的一种手部气动式驱动的搬运机械臂的俯视图；

图3为本发明的肩部的正视图；

图4为本发明的肩部的俯视图；

图5为本发明的大臂/小臂的正视图；

图6为本发明的大臂/小臂的俯视图；

图7为本发明的手部的正视图；

图8为本发明的手部的俯视图；

图中，1—肩部，2—大臂，3—小臂，4—手部，5—支撑底座，6—大臂水平回转驱动电机，7—大臂水平回转主动齿轮，8—大臂水平回转从动齿轮，9—大臂水平回转驱动轴，10—传力法兰盘，11—大臂水平回转驱动转板，12—支撑箱体，13—大臂俯仰摆转驱动电机，14—大臂俯仰摆转主动轴，15—大臂俯仰摆转从动轴，16—大臂俯仰摆转主动齿轮，17—大臂俯仰摆转从动齿轮，18—悬臂杆体，19—悬臂摆转动力箱体，20—悬臂摆转驱动电机，21—悬臂摆转驱动蜗杆，22—悬臂摆转驱动蜗轮，23—悬臂摆转驱动轴，24—手掌杆体，25—手掌支架，26—夹持驱动气缸，27—传力板，28—第一夹持手指，29—第二夹持手指，30—第一传力连杆，31—第二传力连杆。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。

如图1～8所示，一种手部气动式驱动的搬运机械臂，包括肩部1、大臂2、小臂3及手部4；所述肩部1设置在地面上，所述大臂2一端与肩部1相连，所述小臂3一端与大臂2另一端相连，所述手部4连接在小臂3另一端；所述肩部1用于驱动大臂2进行水平回转运动和俯仰摆转运动；所述大臂2用于驱动小臂3进行俯仰摆转运动；所述小臂3用于驱动手部4进行俯仰摆转运动；所述手部4作为末端执行器用于抓取物体，且手部4采用气动式驱动结构。

所述肩部1包括大臂水平回转驱动单元和大臂俯仰摆转驱动单元；所述大臂水平回转驱动单元包括支撑底座5、大臂水平回转驱动电机6、大臂水平回转主动齿轮7、大臂水平回转从动齿轮8、大臂水平回转驱动轴9、传力法兰盘10及大臂水平回转驱动转板11；所述大臂俯仰摆转驱动单元包括支撑箱体12、大臂俯仰摆转驱动电机13、大臂俯仰摆转主动轴14、大臂俯仰摆转从动轴15、大臂俯仰摆转主动齿轮16及大臂俯仰摆转从动齿轮17；所述支撑底座5固装在地面上，所述大臂水平回转驱动电机6竖着固装在支撑底座5内部，大臂水平回转驱动电机6的电机轴朝下，所述大臂水平回转主动齿轮7固装在大臂水平回转驱动电机6的电机轴上；所述大臂水平回转驱动轴9通过轴承竖直安装在支撑底座5内部，所述大臂水平回转从动齿轮8固装在大臂水平回转驱动轴9的底端，大臂水平回转从动齿轮8与大臂水平回转主动齿轮7相啮合；所述传力法兰盘10水平固设在大臂水平回转驱动轴9的顶端，所述大臂水平回转驱动转板11水平固装在传力法兰盘10上表面；所述支撑箱体12固装在大臂水平回转驱动转板11上表面，所述大臂俯仰摆转驱动电机13水平固装在大臂水平回转驱动转板11上表面且位于支撑箱体12外部；所述大臂俯仰摆转主动轴14通过轴承水平安装在支撑箱体12内部，且大臂俯仰摆转主动轴14的一端延伸至支撑箱体12外部，所述大臂俯仰摆转驱动电机13的电机轴通过联轴器与大臂俯仰摆转主动轴14的外伸端同轴固连；所述大臂俯仰摆转从动轴15通过轴承水平安装在支撑箱体12内部，大臂俯仰摆转从动轴15与大臂俯仰摆转主动轴14相平行，且大臂俯仰摆转从动轴15的一端延伸至支撑箱体12外部；所述大臂俯仰摆转主动齿轮16固装在大臂俯仰摆转主动轴14上，所述大臂俯仰摆转从动齿轮17固装在大臂俯仰摆转从动轴15上，大臂俯仰摆转从动齿轮17与大臂俯仰摆转主动齿轮16相啮合。

所述大臂2和小臂3结构相同，均包括悬臂杆体18、悬臂摆转动力箱体19、悬臂摆转驱动电机20、悬臂摆转驱动蜗杆21、悬臂摆转驱动蜗轮22及悬臂摆转驱动轴23；所述悬臂摆转动力箱体19固连在悬臂杆体18一端，所述悬臂摆转驱动电机20固装在悬臂摆转动力箱体19内，且悬臂摆转驱动电机20与悬臂杆体18同轴设置；所述悬臂摆转驱动蜗杆21通过轴承安装在悬臂摆转动力箱体19内部，悬臂摆转驱动蜗杆21的一端通过联轴器与悬臂摆转驱动电机20的电机轴同轴固连；所述悬臂摆转驱动轴23通过轴承水平安装在悬臂摆转动力箱体19内部，悬臂摆转驱动轴23与悬臂摆转驱动蜗杆21相垂直，且悬臂摆转驱动轴23的一端延伸至悬臂摆转动力箱体19外部；所述悬臂摆转驱动蜗轮22固定套装在悬臂摆转驱动轴23上，悬臂摆转驱动蜗轮22与悬臂摆转驱动蜗杆21相啮合；在所述大臂2内，悬臂杆体18另一端固连在大臂俯仰摆转从动轴15的外伸端；在所述小臂3内，悬臂杆体18另一端固连在大臂2的悬臂摆转驱动轴23的外伸端。

所述手部4包括手掌杆体24、手掌支架25、夹持驱动气缸26、传力板27、第一夹持手指28、第二夹持手指29、第一传力连杆30及第二传力连杆31；所述手掌支架25固连在手掌杆体24一端，所述夹持驱动气缸26固装在手掌支架25内，且夹持驱动气缸26与夹持驱动气缸26同轴设置；所述夹持驱动气缸26的活塞杆端部固连在传力板27的中部，传力板27与夹持驱动气缸26的活塞杆相垂直；所述第一夹持手指28与第二夹持手指29左右对称设置在手掌支架25最前端；所述第一夹持手指28的根部铰接在手掌支架25上，所述第一传力连杆30一端铰接在第一夹持手指28背面中后部，第一传力连杆30另一端铰接在传力板27一端；所述第二夹持手指29的根部铰接在手掌支架25上，所述第二传力连杆31一端铰接在第二夹持手指29背面中后部，第二传力连杆31另一端铰接在传力板27另一端。

下面结合附图说明本发明的一次使用过程：

当需要将目标物体从A点移动到B点时，首先调整机械臂的空间姿态，将手部4移动到目标物体所在的A点，具体的，启动大臂水平回转驱动单元的大臂水平回转驱动电机6，可依次带动大臂水平回转主动齿轮7、大臂水平回转从动齿轮8、大臂水平回转驱动轴9、传力法兰盘10及大臂水平回转驱动转板11转动，进而带动大臂水平回转驱动转板11上的大臂俯仰摆转驱动单元同步转动，最终可实现大臂2、小臂3及手部4的整体水平回转姿态调整。

当大臂2、小臂3及手部4整体完成水平回转姿态调整后，启动大臂俯仰摆转驱动单元的大臂俯仰摆转驱动电机13，可依次带动大臂俯仰摆转主动轴14、大臂俯仰摆转主动齿轮16、大臂俯仰摆转从动齿轮17及大臂俯仰摆转从动轴15转动，进而带动大臂2、小臂3及手部4整体完成俯仰摆转姿态调整。

当大臂2、小臂3及手部4整体完成的俯仰摆转姿态调整后，启动大臂2内的悬臂摆转驱动电机20，并依次带动悬臂摆转驱动电机20、悬臂摆转驱动蜗杆21、悬臂摆转驱动蜗轮22及悬臂摆转驱动轴23转动，进而带动小臂3及手部4整体完成摆转姿态调整。

当小臂3及手部4整体完成摆转姿态调整后，启动小臂3内的悬臂摆转驱动电机20，并依次带动悬臂摆转驱动电机20、悬臂摆转驱动蜗杆21、悬臂摆转驱动蜗轮22及悬臂摆转驱动轴23转动，进而带动手部4整体完成摆转姿态调整。

经过上述姿态调整后，可将手部4移动到目标物体所在的A点，之后启动手部4的夹持驱动气缸26，控制夹持驱动气缸26的活塞杆伸出，带动传力板27向前移动，进而带动第一传力连杆30及第二传力连杆31运动，最终带动第一夹持手指28及第二夹持手指29彼此靠近，从而通过第一夹持手指28与第二夹持手指29将目标物体夹住。

再次调整机械臂的空间姿态，将A点的目标物体转移到B点，当目标物体移动到B点后，控制夹持驱动气缸26的活塞杆回缩，带动传力板27向后移动，进而通过移动的第一传力连杆30及第二传力连杆31带动第一夹持手指28及第二夹持手指29彼此远离，目标物体脱离第一夹持手指28与第二夹持手指29的夹持。

本发明的手部4作为机械臂的末端执行器，采用了气动式驱动结构，直接由夹持驱动气缸26驱动夹持手指的开合，具有传动速度高和响应速度快的优点。关于本发明的小臂3及手部4的摆转姿态调整，采用了电机驱动和蜗轮蜗杆传动的结构形式，既可以保证结构紧凑的要求，又可以降低结构的自重，同时蜗轮蜗杆传动还具有良好的自锁性，可以使小臂3及手部4在任意摆转位置停止，同时也具有较高的传动比。关于大臂2的俯仰摆转姿态调整，并未采用蜗轮蜗杆传动形式，因为大臂2的俯仰摆转需要带动小臂3、手部4及目标物体，因此大臂2所需的扭矩相对较大，而蜗轮蜗杆传动形式会导致发热量过大且机械效率低下，为此采用了齿轮传动形式。对于大臂2的水平回转姿态调整，由于肩部1整体对机械臂的转动惯量影响较小，为了保证机械效果，也采用了电机驱动和齿轮传动的结构形式。

实施例中的方案并非用以限制本发明的专利保护范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均包含于本案的专利范围中。

Claims (4)

1.一种手部气动式驱动的搬运机械臂，其特征在于：包括肩部、大臂、小臂及手部；所述肩部设置在地面上，所述大臂一端与肩部相连，所述小臂一端与大臂另一端相连，所述手部连接在小臂另一端；所述肩部用于驱动大臂进行水平回转运动和俯仰摆转运动；所述大臂用于驱动小臂进行俯仰摆转运动；所述小臂用于驱动手部进行俯仰摆转运动；所述手部作为末端执行器用于抓取物体，且手部采用气动式驱动结构。

2.根据权利要求1所述的一种手部气动式驱动的搬运机械臂，其特征在于：所述肩部包括大臂水平回转驱动单元和大臂俯仰摆转驱动单元；所述大臂水平回转驱动单元包括支撑底座、大臂水平回转驱动电机、大臂水平回转主动齿轮、大臂水平回转从动齿轮、大臂水平回转驱动轴、传力法兰盘及大臂水平回转驱动转板；所述大臂俯仰摆转驱动单元包括支撑箱体、大臂俯仰摆转驱动电机、大臂俯仰摆转主动轴、大臂俯仰摆转从动轴、大臂俯仰摆转主动齿轮及大臂俯仰摆转从动齿轮；所述支撑底座固装在地面上，所述大臂水平回转驱动电机竖着固装在支撑底座内部，大臂水平回转驱动电机的电机轴朝下，所述大臂水平回转主动齿轮固装在大臂水平回转驱动电机的电机轴上；所述大臂水平回转驱动轴通过轴承竖直安装在支撑底座内部，所述大臂水平回转从动齿轮固装在大臂水平回转驱动轴的底端，大臂水平回转从动齿轮与大臂水平回转主动齿轮相啮合；所述传力法兰盘水平固设在大臂水平回转驱动轴的顶端，所述大臂水平回转驱动转板水平固装在传力法兰盘上表面；所述支撑箱体固装在大臂水平回转驱动转板上表面，所述大臂俯仰摆转驱动电机水平固装在大臂水平回转驱动转板上表面且位于支撑箱体外部；所述大臂俯仰摆转主动轴通过轴承水平安装在支撑箱体内部，且大臂俯仰摆转主动轴的一端延伸至支撑箱体外部，所述大臂俯仰摆转驱动电机的电机轴通过联轴器与大臂俯仰摆转主动轴的外伸端同轴固连；所述大臂俯仰摆转从动轴通过轴承水平安装在支撑箱体内部，大臂俯仰摆转从动轴与大臂俯仰摆转主动轴相平行，且大臂俯仰摆转从动轴的一端延伸至支撑箱体外部；所述大臂俯仰摆转主动齿轮固装在大臂俯仰摆转主动轴上，所述大臂俯仰摆转从动齿轮固装在大臂俯仰摆转从动轴上，大臂俯仰摆转从动齿轮与大臂俯仰摆转主动齿轮相啮合。

3.根据权利要求2所述的一种手部气动式驱动的搬运机械臂，其特征在于：所述大臂和小臂结构相同，均包括悬臂杆体、悬臂摆转动力箱体、悬臂摆转驱动电机、悬臂摆转驱动蜗杆、悬臂摆转驱动蜗轮及悬臂摆转驱动轴；所述悬臂摆转动力箱体固连在悬臂杆体一端，所述悬臂摆转驱动电机固装在悬臂摆转动力箱体内，且悬臂摆转驱动电机与悬臂杆体同轴设置；所述悬臂摆转驱动蜗杆通过轴承安装在悬臂摆转动力箱体内部，悬臂摆转驱动蜗杆的一端通过联轴器与悬臂摆转驱动电机的电机轴同轴固连；所述悬臂摆转驱动轴通过轴承水平安装在悬臂摆转动力箱体内部，悬臂摆转驱动轴与悬臂摆转驱动蜗杆相垂直，且悬臂摆转驱动轴的一端延伸至悬臂摆转动力箱体外部；所述悬臂摆转驱动蜗轮固定套装在悬臂摆转驱动轴上，悬臂摆转驱动蜗轮与悬臂摆转驱动蜗杆相啮合；在所述大臂内，悬臂杆体另一端固连在大臂俯仰摆转从动轴的外伸端；在所述小臂内，悬臂杆体另一端固连在大臂的悬臂摆转驱动轴的外伸端。

4.根据权利要求3所述的一种手部气动式驱动的搬运机械臂，其特征在于：所述手部包括手掌杆体、手掌支架、夹持驱动气缸、传力板、第一夹持手指、第二夹持手指、第一传力连杆及第二传力连杆；所述手掌支架固连在手掌杆体一端，所述夹持驱动气缸固装在手掌支架内，且夹持驱动气缸与夹持驱动气缸同轴设置；所述夹持驱动气缸的活塞杆端部固连在传力板的中部，传力板与夹持驱动气缸的活塞杆相垂直；所述第一夹持手指与第二夹持手指左右对称设置在手掌支架最前端；所述第一夹持手指的根部铰接在手掌支架上，所述第一传力连杆一端铰接在第一夹持手指背面中后部，第一传力连杆另一端铰接在传力板一端；所述第二夹持手指的根部铰接在手掌支架上，所述第二传力连杆一端铰接在第二夹持手指背面中后部，第二传力连杆另一端铰接在传力板另一端。

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