CN114260887A - 一种四轴式叉挑机械手 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种四轴式叉挑机械手，包括X运行导轨和设置于X运行导轨顶部的X方向运行机构，两X方向运行机构通过X运行机构横梁进行连接，X运行机构横梁的顶部滑动配合有Y方向运行机构，而Y运行机构框架的一侧滑动配合有Z方向运行机构，所述Z方向运行机构底端设置有旋转取货机构；通过挑货杆外侧套设有橡胶皮套来增加其与货物之间的摩擦力，提高运输时的稳定性，通过挑货杆可以对托盘或者带孔径的货物进行搬运，并且通过旋转电机可以带动挑货杆在180°范围内转动，有利于对不同方向上的货物进行搬运，相比于传统的机械手在实际使用过程中，取货的覆盖范围更大，实用性强。

Description

一种四轴式叉挑机械手

技术领域

本发明涉及物料搬运装置技术领域，特别涉及一种四轴式叉挑机械手。

背景技术

随着现代科技的不断进步发展，在工业4.0的旗帜下自动化设备越来越多样化、智能化和人性化。近年来三坐标机械手搬运设备作为新型的自动化设备渐渐进入了人们的视野，而且被使用在了各行各业之中。在新时代以创新为主的驱使下，人们对三坐标机械手搬运设备也有了更高的要求。

目前市场上的三坐标机械手搬运设备大都如出一辙，没有新意，结构复杂，价格昂贵，功能也比较单一，远远满足不了各行各业在实际使用中的需求。传统的三坐标搬运设备，基本都只能实现基础的搬运功能，实际的生产中，如需将货物带托盘进行存取时，传统三坐标机械搬运设备就很难实现，或是需将托盘与货物进行缠绕打包才有可能实现。当需搬运货物为类似于框绞机专用盘以及其他带孔式类货物时，传统的三坐标机械手搬运设备就不能满足实际使用要求，并且在使用过程中，传统的三坐标机械手只能在、Y、Z三个方向上进行移动，搬运范围有限。

因此，有必要提供一种四轴式叉挑机械手解决上述技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种四轴式叉挑机械手，以解决上述背景技术中目前市场上的三坐标机械手取货设备大都如出一辙，没有新意，结构复杂，价格昂贵，功能也比较单一，远远满足不了各行各业在实际使用中的需求。传统的三坐标搬运设备，基本都只能实现基础的取货功能，实际的生产中，如需将货物带托盘进行搬运时，传统三坐标机械搬运设备就很难实现，或是需将托盘与货物进行缠绕打包才有可能实现。当需搬运货物为类似于框绞机专用盘以及其他带孔式类货物时，传统的三坐标机械手搬运设备就不能满足实际使用要求，并且在使用过程中，传统的三坐标机械手只能在、Y、Z三个方向上进行移动，搬运范围有限的问题。

基于上述思路，本发明提供如下技术方案：包括X运行导轨和设置于X运行导轨顶部的X方向运行机构，两X方向运行机构通过X运行机构横梁进行连接，X运行机构横梁的顶部滑动配合有Y方向运行机构，而Y运行机构框架的一侧滑动配合有Z方向运行机构，所述Z方向运行机构底端设置有旋转取货机构；

所述旋转取货机构通过旋转电机带动取货机构框架转动，进而带动取货机构上的挑货杆在180°范围内进行旋转。

作为本发明进一步的方案：所述X方向运行机构包括X运行电机和与X运行电机输出轴相连接的驱动轮组，通过X运行电机带动驱动轮组在X运行导轨上移动。

作为本发明进一步的方案：所述Y方向运行机构包括Y运行机构框架和设置于其底部的Y运行机构滑块，所述X运行机构横梁的顶部布置有Y运行导轨，使得Y运行机构滑块与Y运行导轨构成滑动配合关系

作为本发明进一步的方案：所述Y运行机构框架的顶部上布置有驱动其移动的Y运行电机，所述Y运行电机的输出轴上连接有Y运行机构同步带轮，在Y运行机构框架位于Y运行机构同步带轮的同一侧上布置有改向带轮。

作为本发明进一步的方案：所述Y运行机构框架的一侧设置有与Y运行机构同步带轮和改向带轮相配合的Y运行机构同步带，并且Y运行机构同步带呈S型的绕接方式与改向带轮和Y运行机构同步带轮相配合。

作为本发明进一步的方案：所述X运行机构横梁顶部的两端分别设置有Y运行机构同步带张紧装置，通过Y运行机构同步带张紧装置将Y运行机构同步带向两侧拉紧绷直并进行固定。

作为本发明进一步的方案：所述Z方向运行机构包括对称设置的两Z运行机构导轨，所述Z运行机构导轨的顶端和底端通过固定板进行固定，使得两Z运行机构导轨连接为一整体，而Z运行机构导轨与Y运行机构框架一侧的Z运行机构滑块构成滑动配合关系。

作为本发明进一步的方案：所述Z运行机构导轨的顶部设置有Z运行电机，在Z运行电机的输出轴上和两Z运行机构导轨之间设置有Z运行机构同步带轮，上下两个Z运行机构同步带轮之间套设有Z运行机构同步带。

作为本发明进一步的方案：所述Z运行机构同步带的首尾连接处设置有Z运行机构同步带夹板，通过Z运行机构同步带夹板使得Z运行机构同步带首尾与Y运行机构框架相连成一个整体。

作为本发明进一步的方案：所述Y运行机构框架设置为L型，其一端设置为水平段置于X运行机构导轨上与其滑动配合，而其另一端向下延伸形成竖直段，Z运行机构同步带夹板则通过Z运行机构同步带与Y运行机构框架上的竖直段相固定。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

1、挑货杆外侧套设有橡胶皮套，以此来增加其与货物之间的摩擦力，提高运输时的稳定性，同时橡胶皮套对于货物也具有一定的保护作用，防止在搬运的过程中对货物产生损伤，通过挑货杆可以对托盘或者带孔径的货物进行搬运，并且通过旋转电机可以带动挑货杆在180°范围内转动，有利于对不同方向上的货物进行搬运，相比于传统的机械手，本发明在实际使用过程中，取货的覆盖范围更大，可以对多种货物进行搬运，实用性强。

2、此装置在搬运货物时，不仅能实现X、Y、Z三个方向的直线位移，而且还能够实现绕Z轴的转动，相比于传统的搬运装置，其搬运范围更大，并且可对同一平面上任一位置的货物进行叉取，在实际使用过程中响应速度块，取货效率高。

3、Z方向运行机构主要通过驱动Z运行机构同步带带动Z运行机构导轨沿着Y运行机构框架侧面上的Z运行机构滑块上下移动，具有输出稳定，噪音小的特点，并可以提供较大的拉力，在实际使用过程中方便快捷，效率高，并且由于结构简单，便于日常维护。

4、Z运行机构同步带的配合可使得Z运行机构同步带轮对Z运行机构同步带具有稳定的驱动力。

5、Y运行机构同步带呈S型的绕接方式与改向带轮和Y运行机构同步带轮相配合，具体缠绕方式如5所示，此时通过Y运行电机的输出轴可以带动Y运行机构同步带轮转动，通过Y运行机构上的同步带轮与X运行机构两端绷直拉紧的同步带的啮合传动可以带动Y运行机构框架在Y运行导轨上移动，通过两侧设置的改向带轮使得Y运行机构同步带轮与Y运行机构同步带之间具有较大的啮合面积，从而使得Y运行机构框架的移动更加稳定有力，从而可以更加平稳地运输货物。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明的局部立体结构示意图；

图3是本发明的Y方向运行机构结构示意图；

图4是本发明的Y运行机构框架结构示意图；

图5是本发明的Y运行机构同步带缠绕结构示意图；

图6是本发明的图Z方向运行机构结构示意图；

图7是本发明的旋转取货机构结构示意图；

图8是本发明的旋转取货机构使用场景图；

图9是本发明Z方向运行机构降下取货流程图。

图中：1、X方向运行机构；2、X运行导轨；3、X运行电机；4、Y运行导轨；5、X运行机构横梁；6、Y方向运行机构；7、Z方向运行机构；8、旋转取货机构；9、Y运行机构同步带张紧装置；10、Z运行机构同步带；11、Z运行机构滑块；12、Y运行机构框架；13、Y运行电机；14、Y运行机构同步带轮；15、改向带轮；16、Y运行机构同步带；17、Z运行机构同步带夹板；18、Z运行电机；19、Z运行机构缓冲器；20、Z运行机构导轨；21、吊架安装板；22、Z运行机构同步带张紧装置；23、挑货杆；24、旋转电机；25、旋转连接座；26、套筒；27、取货机构框架；28、驱动轮组；29、Y运行机构滑块；30、Y运行机构缓冲器。

具体实施方式

如图1-2所示，一种四轴式叉挑机械手，包括X运行导轨2和设置于X运行导轨2顶部的X方向运行机构1，两X方向运行机构1通过X运行机构横梁5进行连接。

进一步地，X方向运行机构1包括X运行电机3和与X运行电机3输出轴相连接的驱动轮组28，通过X运行电机3可以带动驱动轮组28在X运行导轨2上移动，进而带动X运行机构横梁5移动，而X运行机构横梁5的顶部设置有Y方向运行机构6。

如图1-5所示，Y方向运行机构6主要包括Y运行机构框架12和设置于其底部的Y运行机构滑块29，为了便于Y方向运行机构6在X运行机构横梁5的顶部滑动，在X运行机构横梁5的顶部布置有Y运行导轨4，使得Y运行机构滑块29与Y运行导轨4构成滑动配合关系，进而促使Y方向运行机构6在其顶部稳定滑动。

而在Y运行机构框架12的顶部上布置有驱动其移动的Y运行电机13，Y运行电机13的输出轴上连接有Y运行机构同步带轮14，并且在Y运行机构框架12位于Y运行机构同步带轮14的同一侧上布置有改向带轮15，而Y运行机构框架12的一侧设置有与Y运行机构同步带轮14和改向带轮15相配合的Y运行机构同步带16，并且Y运行机构同步带16呈S型的绕接方式与改向带轮15和Y运行机构同步带轮14相配合，具体缠绕方式如5所示，此时通过Y运行电机13的输出轴可以带动Y运行机构同步带轮14转动，通过Y运行机构同步带轮14与Y运行机构同步带16的啮合传动可以带动Y运行机构框架12在Y运行导轨4上移动，通过两侧设置的改向带轮15使得Y运行机构同步带轮14与Y运行机构同步带16之间具有较大的啮合面积，从而使得Y运行机构框架12的移动更加稳定有力，从而可以更加平稳地运输货物。

与此同时，为了对Y运行机构同步带16进行张紧，使其与Y运行机构同步带轮14之间的啮合传动顺畅，保证Y运行机构的正常运行，在X运行机构横梁5顶部的两端分别设置有Y运行机构同步带张紧装置9，通过Y运行机构同步带张紧装置9可以将Y运行机构同步带16向两侧拉直绷紧并进行固定，从而使得Y运行机构同步带16固定于X运行机构横梁5的顶部并具有较大的张力，而Y运行机构同步带张紧装置9主要结构为机械领域中常见的夹板与螺杆配合的方式，通过夹板将Y运行机构同步带16的两端夹紧，并且通过螺杆带动夹板向着远离Y运行机构同步带16的方向移动，即可将其拉紧，由于此结构在机械领域中较为常见，再此不做赘述。

为了避免Y方向运行机构6在X方向运行机构1横梁上运行时超出位移极限，发生碰撞，在X运行机构横梁5上方的两端分别设置有Y运行机构缓冲器30，当Y方向运行机构6运行超出位移极限时，通过Y运行机构缓冲器30可以对其进行保护。

如图2、3、6所示，Z方向运行机构7设置于Y运行机构框架12的一侧，其主要包括对称设置的两Z运行机构导轨20，Z运行机构导轨20的顶端和底端通过固定板进行固定，使得两Z运行机构导轨20连接为一整体，而Z运行机构导轨20与Y运行机构框架12一侧的Z运行机构滑块11构成滑动配合关系，使得Z运行机构导轨20可以在垂直方向上往复移动。

进一步地，在Z运行机构导轨20的顶部设置有Z运行电机18作为动力源，其安装在固定板上，并且在Z运行电机18的输出轴上连接有Z运行机构同步带轮，同时在两Z运行机构导轨20之间也设置有Z运行机构同步带轮，在上下两个Z运行机构同步带轮之间套设有Z运行机构同步带10，同理，为了将Z运行机构同步带10拉紧，在Z运行机构导轨20上设置有Z运行机构同步带张紧装置22，有利于将Z运行机构同步带10拉紧，而位于两Z运行机构导轨20之间的Z运行机构同步带轮通过其两端的圆轴与X运行机构同步带张紧装置转动连接。

进一步地，为了通过Z运行机构同步带10可以带动Z运行机构导轨20上下移动，在Z运行机构同步带10的首尾连接处设置有Z运行机构同步带夹板17，通过Z运行机构同步带夹板17使得Z运行机构同步带10首尾与Y运行机构框架12相连成一个整体，此处的Y运行机构框架12设置为L型，其一端设置为水平段置于X运行机构导轨上与其滑动配合，而其另一端向下延伸形成竖直段，此处的Z运行机构同步带夹板17则通过Z运行机构同步带10与Y运行机构框架12上的竖直段相固定，而Z运行机构同步带10置于Y运行机构竖直段的两端，因此，当Z运行机构同步带10的一侧通过Z运行机构同步带夹板17与Y运行机构框架12相固定时，利用Z运行电机18带动Z运行机构同步带轮转动，可以带动Z运行机构同步带10转动，但是由于Z运行机构同步带10的两端与Y运行机构框架12相固定，Z运行机构同步带10与Y运行机构框架12形成了封闭的循环状，因此Z运行机构同步带10的两端在Z运行电机18带动同步带轮的运转下，会对位于两Z运行机构导轨20上滑动连接的Y运行机构框架12产生拉力，但Y运行机构不可上下位移，所以在同步带轮的正反转动下，Z运行机构导轨20将会带动Z方向运行机构7在Z运行机构滑块上往复移动。

再进一步地，Z运行机构同步带10的配合使得Z运行机构同步带轮对Z运行机构同步带10具有稳定的驱动力。

同理，为了避免当Z方向运行机构7故障时产生事故，在Z运行机构导轨20的顶端和底端均设置有Z运行机构缓冲器19，通过其与Y运行机构框架12相配合能够对Z方向运行机构7进行缓冲减速，避免其与Y运行机构框12产生碰撞，从而提高使用时的安全性。

综上所述，Z方向运行机构7主要通过驱动Z运行机构同步带10转动带动Z运行机构导轨20沿着Y运行机构框架12侧面上的滑块上下移动，具有输出稳定，噪音小的特点，并未可以提供较大的拉力，在实际使用过程中方便快捷，效率高，并且由于其结构简单，便于日常维护。

如图3、7、8、9所示，Y运行导轨4底端通过吊架安装板21安装有旋转取货装置，旋转取货装置主要包括与吊架安装板21转动连接的旋转连接座25，以此将旋转取货装置安装在Z运行机构导轨20的底端，而旋转连接座25的顶端固定布置有旋转电机24，旋转电机24的输出轴连接有旋转轴，通过旋转轴可以带动取货机构框架27转动，使其在180°范围内转动，可以适应不同的取货需求，而在旋转连接座25之上固定布置有套筒26，旋转轴穿过套筒26并与套筒26转动连接，在取货机构框架27的侧面上布置有挑货杆23，挑货杆23外侧套设有橡胶皮套，以此来增加其与货物之间的摩擦力，提高运输时的稳定性，且对货物具有一定的保护作用。如图8所示，为挑货杆23的几种应用场景，可以对托盘或者带孔径的货物进行搬运，并且通过旋转电机24可以带动挑货杆23在180°范围内转动，有利于对不同方向上的货物进行搬运，相比于传统的机械手在实际使用过程中，取货的覆盖范围更大，可以对多种货物进行搬运，实用性强。

为了提高装置整体的自动化程度，在旋转取货机构8上安装有探货开关，取货时，先是通过指令接收，旋转取货机构8上的探货开关开始检测货物，检测到货物后，各运行机构开运行接近货物，接近货物后旋转取货机构8将进行转角，调节挑货杆23的取货方位，调节完毕后，X、Y、Z运行机构进行空间运动，将货物进行叉取并送往目的地，运送过程中，X、Y、Z运行机构实现三个方向的联动，也可单个方向依次运动；当送至目的地时，旋转取货机构8可进行旋转来调节货物的放置位置，同时在，Y运行机构框架12的侧面上安装有Y运行机构检测片，可以检测Y方向运行机构6的移动位置，使得Y方向运行机构6在安全范围内移动；在Y运行机构框架12的侧面上安装有Z运行机构检测片，可以检测Z方向运行机构7的移动位置；在旋转取货机构8上设置有旋转取货机构检测片，以此来检测旋转取货机构8旋转的角度，配合探货开关可以完成对货物的叉取，此处，Y运行机构检测片、Z运行机构检测片和旋转取货机构检测片可以采用红外传感器，以此来检测各运行机构的位置，其均为常规技术手段，再此不做赘述。

综上所示，此装置在取货时，不仅能实现X、Y、Z三个方向的直线位移，而且还能够实现绕Z轴的转动，相比于传统的取货装置，其取货范围更大，并且可对同一平面上任一位置的货物进行叉取，在实际使用过程中响应速度块，取货效率高。

工作原理：取货时，先是通过指令接收，旋转取货机构8上的探货开关开始检测货物，检测到货物后，各运行机构开运行接近货物，接近货物后旋转取货机构8将进行转角，调节挑货杆23的取货方位，调节完毕后，X、Y、Z运行机构进行空间运动，将获取进行叉取并送往目的地，运送过程中，X、Y、Z运行机构实现三个方向的联动，也可单个方向依次运动。

Claims (10)

1.一种四轴式叉挑机械手，包括X运行导轨(2)和设置于X运行导轨(2)顶部的X方向运行机构(1)，两X方向运行机构(1)通过X运行机构横梁(5)进行连接，X运行机构横梁(5)的顶部滑动配合有Y方向运行机构(6)，Y运行机构框架(12)的一侧滑动配合有Z方向运行机构(7)，其特征在于：所述Z方向运行机构(7)底端设置有旋转取货机构(8)；

所述旋转取货机构(8)通过旋转电机(24)带动取货机构框架(27)转动，进而带动取货机构上的挑货杆(23)在180°范围内进行旋转。

2.根据权利要求1所述的一种四轴式叉挑机械手，其特征在于：所述X方向运行机构(1)包括X运行电机(3)和与X运行电机(3)输出轴相连接的驱动轮组(28)，通过X运行电机(3)带动驱动轮组(28)在X运行导轨(2)上移动。

3.根据权利要求1所述的一种四轴式叉挑机械手，其特征在于：所述Y方向运行机构(6)包括Y运行机构框架(12)和设置于其底部的Y运行机构滑块(29)，所述X运行机构横梁(5)的顶部布置有Y运行导轨(4)，使得Y运行机构滑块(29)与Y运行导轨(4)构成滑动配合关系。

4.根据权利要求3所述的一种四轴式叉挑机械手，其特征在于：所述Y运行机构框架(12)的顶部上布置有驱动其移动的Y运行电机(13)，所述Y运行电机(13)的输出轴上连接有Y运行机构同步带轮(14)，在Y运行机构框架(12)位于Y运行机构同步带轮(14)的同一侧上布置有改向带轮(15)。

5.根据权利要求4所述的一种四轴式叉挑机械手，其特征在于：所述Y运行机构框架(12)的一侧设置有与Y运行机构同步带轮(14)和改向带轮(15)相配合的Y运行机构同步带(16)，并且Y运行机构同步带(16)呈S型的绕接方式与改向带轮(15)和Y运行机构同步带轮(14)相配合。

6.根据权利要求5所述的一种四轴式叉挑机械手，其特征在于：所述X运行机构横梁(5)顶部的两端分别设置有Y运行机构同步带张紧装置(9)，通过Y运行机构同步带张紧装置(9)将Y运行机构同步带(16)向两侧拉直绷紧并进行固定。

7.根据权利要求3所述的一种四轴式叉挑机械手，其特征在于：所述Z方向运行机构(7)包括对称设置的两Z运行机构导轨(20)，所述Z运行机构导轨(20)的顶端和底端通过定位板进行固定，使得两Z运行机构导轨(20)连接为一整体，而Z运行机构导轨(20)与Y运行机构框架(12)一侧的Z运行机构滑块(11)构成滑动配合关系。

8.根据权利要求7所述的一种四轴式叉挑机械手，其特征在于：所述Z运行机构导轨(20)的顶部设置有Z运行电机(18)，在Z运行电机(18)的输出轴上和两Z运行机构导轨(20)之间设置有Z运行机构同步带轮，上下两个Z运行机构同步带轮之间套设有Z运行机构同步带(10)。

9.根据权利要求8所述的一种四轴式叉挑机械手，其特征在于：所述Z运行机构同步带(10)的首尾连接处设置有Z运行机构同步带夹板(17)，通过Z运行机构同步带夹板(17)使得Z运行机构同步带(10)首尾与Y运行机构框架相连成一个整体。

10.根据权利要求9所述的一种四轴式叉挑机械手，其特征在于：所述Y运行机构框架(12)设置为L型，其一端设置为水平段置于X运行机构导轨上与其滑动配合，而其另一端向下延伸形成竖直段，Z运行机构同步带夹板(17)则通过Z运行机构同步带(10)与Y运行机构框架(12)上的竖直段相固定。

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