CN115256460A - 一种四轴伸缩机械手 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种四轴伸缩机械手，包括基座、竖直臂总成、水平臂总成、摆动臂总成和转动臂总成，所述基座上端面设有竖直臂总成，所述竖直臂总成和水平臂总成滑动连接，所述水平臂总成能够带动法兰伸出和缩回，所述水平臂总成一端设有摆动臂总成，所述摆动臂总成能够带动法兰以转轴为半径进行转动，所述摆动臂总成一端设有转动臂总成，所述转动臂总成能够带动法兰以自身轴线为圆心转动，以第一伸缩臂、第二伸缩臂和第三伸缩臂能够相互嵌套的特性，使机械手能够安装在加工设备侧面不会占用过多空间，从而在检修调试时人员可以在加工设备的正面更为方便的操作。

Description

一种四轴伸缩机械手

技术领域

本发明涉及多轴机械手技术领域，特别是涉及一种四轴伸缩机械手。

背景技术

随着机械自动化的普及应用，机械驱动装置已经广泛使用，机械手常备用于自动化生产，利用机械手抓取加工设备生产的零部件，从而在产品生产时缩减生产时间，提升了自动化生产的效率，但是现有的六轴机械手臂通常是安装在加工设备的前方或吊装在加工设备的上方，而安装在加工设备的前方会造成设备占用场地面积过大，吊装在加工设备的上方需要重新安装固定支架，从而导致成本增加，并且六轴机械手对加工设备内工加工完成的零部件转移时，是通过驱动多个关节的转动来完成零部件的转移，这种方式运动需要的动作空间较大，而在空间不充裕的情况下六轴机械手难以高效运行。

发明内容

针对现有机械手的不足，本发明的目的是提供一种四轴伸缩机械手，具有灵活度高、占用空间小、动作空间小、能够在空间不充裕的情况下高效运行等优点。

为达到上述目的，本发明采用的一个技术方案是：一种四轴伸缩机械手，包括基座、竖直臂总成、水平臂总成、摆动臂总成和转动臂总成，所述基座上端面设有竖直臂总成，所述竖直臂总成包括竖直臂、竖直滑轨和竖直齿条，所述竖直臂一侧设有竖直滑轨和竖直齿条，所述竖直滑轨垂直于安装水平面设置，所述竖直齿条平行于竖直滑轨设置；

所述水平臂总成包括固定板、竖直滑块、竖直电机、第一减速机、第一齿轮、伸缩臂组件、水平电机、第二减速机、第二齿轮和第一润滑齿轮组，所述固定板一端设有第一润滑齿轮组，所述第一润滑齿轮组和竖直齿条啮合，所述固定板一侧设有多个竖直滑块，所述竖直滑块和竖直滑轨滑动连接，所述固定板另一侧设有第一减速机、竖直电机、第二减速机、水平电机和伸缩臂组件，所述第一减速机、第二减速机和固定板固定连接，所述第一减速机输入端设有竖直电机，所述第一减速机输出端设有第一齿轮，所述第一齿轮和竖直齿条啮合，所述第二减速机输入端设有水平电机，所述第二减速机输出端设有第二齿轮，所述伸缩臂组件一端设有摆动臂总成，所述摆动臂总成一端设有转动臂总成；

优选的，所述伸缩臂组件包括同步轮、第一同步带、第二同步带、第一伸缩臂、第二伸缩臂、第三伸缩臂、水平滑轨、水平滑块、水平齿条和第二润滑齿轮组，所述第一伸缩臂外部设有多个水平滑轨和水平齿条，所述水平滑轨垂直于竖直滑轨设置，所述水平齿条平行于水平滑轨设置，所述水平齿条和第二齿轮啮合，所述第二润滑齿轮组和水平齿条啮合，所述第二润滑齿轮组和固定板转动连接，所述水平滑轨和设置在固定板一侧的水平滑块滑动连接，所述第一伸缩臂内部设有第二伸缩臂，所述第二伸缩臂外部设有多个水平滑轨，所述水平滑轨和固定在第一伸缩臂内部的水平滑块滑动连接，所述第二伸缩臂一侧固定有第一同步带，所述第一同步带同时和固定板固定连接，所述第一同步带通过转动连接在第一伸缩臂两端的同步轮绷直，所述第二伸缩臂内部设有第三伸缩臂，所述第三伸缩臂外部设有多个水平滑轨，所述水平滑轨和固定在第二伸缩臂内部的水平滑块滑动连接，所述第三伸缩臂一侧固定有第二同步带，所述第二同步带同时固定在第一伸缩臂内部，所述第二同步带通过转动连接在第二伸缩臂两端的同步轮绷直；

进一步优选的，所述第一伸缩臂、第二伸缩臂和第三伸缩臂为空心管状结构，所述第三伸缩臂外径小于第二伸缩臂内径，所述第二伸缩臂外径小于第一伸缩臂内径；

进一步优选的，所述第一润滑齿轮组和第二润滑齿轮组结构相同，均包括注油杆和润滑齿轮，所述注油杆和润滑齿轮转动连接，所述注油杆具有注油口和第一油路，所述第一油路沿注油杆轴线设置，所述润滑齿轮具有第二油路、进油口和出油口，所述润滑齿轮圆心设有注油口，所述齿轮圆周等角度设有多个出油口，所述第一油路和第二油路将注油口和出油口联通；

优选的，所述摆动臂总成包括摆动支架、摆动电机，第三减速机、第一锥齿、第二锥齿、连接板、摆臂和转轴，所述摆动支架和第三伸缩臂一端固定连接，所述第三减速机和摆动支架固定连接，所述第三减速机输入端设有摆动电机，所述第三减速机输出端设有第一锥齿，所述第二锥齿和转轴固定连接，所述转轴和摆动之支架转动连接，所述第一锥齿轴线和第二锥齿轴线垂直，所述第一锥齿轴和第二锥齿啮合，所述转轴两端设有连接板，所述连接板和摆臂一端固定连接；

优选的，所述转动臂总成包括转动电机、第四减速机、旋转座、第一旋转齿轮、第二旋转齿轮和法兰，所述旋转座和摆臂一端固定连接，所述第四减速机和旋转座固定连接，所述第四减速机输入端设有转动电机，所述第四减速机输出端设有第一旋转齿轮，所述第一旋转齿轮和第二旋转齿轮啮合，所述第二旋转齿轮和旋转座转动连接，所述法兰和第二旋转齿轮固定连接，所述法兰轴线和旋转齿轮轴线同轴；

进一步优选的，所述第一减速机、第二减速机、第三减速机、第四减速机转速输入输出比为1：1～100:1；

本发明的有益效果是：1、以第一伸缩臂、第二伸缩臂和第三伸缩臂能够相互嵌套的特性，使机械手能够安装在加工设备侧面不会占用过多空间，从而在检修调试时人员可以在加工设备的正面更为方便的操作；2、在第三伸缩臂一端设有摆动臂总成，摆动臂总成一端设有转动臂总成，从而在动作空间不充裕的加工设备内也能够高效运行；3、所有驱动电机均采用直流伺服电机，使得设备整体动作响应速度快，并且伺服电机输出的动力经减速机放大扭矩，减速机采用行星齿轮减速机，通过上述设置使法兰最大负载可达20kg。

附图说明

图1为本发明整体结构视图；

图2为本发明竖直臂安装状态视图；

图3、4、5为本发明水平臂总成结构视图；

图6为本发明水平臂总成侧视图；

图7为本发明图6中I区域局部放大视图；

图8为本发明摆动臂总成和转动臂总成结构视图；

图9为本发明图8中II区域局部放大视图；

图10为本发明润滑齿轮正面视图；

图11为本发明图10中A-A方向剖视图；

图12为本发明图10中B-B方向剖视图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“设有”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

请参阅图1至图12，本发明实施例包括：

一种四轴伸缩机械手，包括基座1、竖直臂总成2、水平臂总成3、摆动臂总成4和转动臂总成5，所述基座1上端面设有竖直臂总成2，所述竖直臂总成2包括竖直臂21、竖直滑轨22和竖直齿条23，所述竖直臂21一侧设有多个竖直滑轨22和竖直齿条23，所述竖直滑轨22垂直于安装水平面设置，所述竖直齿条23平行于竖直滑轨22设置；

所述水平臂总成3包括固定板31、竖直滑块32、竖直电机33、第一减速机34、第一齿轮35、伸缩臂组件36、水平电机37、第二减速机38、第二齿轮39和第一润滑齿轮组6，所述固定板31一端设有第一润滑齿轮组6，所述第一润滑齿轮组6和竖直齿条23啮合，所述固定板31一侧设有多个竖直滑块32，所述竖直滑块32和竖直滑轨22滑动连接，所述固定板31另一侧设有第一减速机34、竖直电机33、第二减速机38、水平电机37和伸缩臂组件36，所述第一减速机34、第二减速机38和固定板31固定连接，所述第一减速机34输入端设有竖直电机33，所述第一减速机34输出端设有第一齿轮35，所述第一齿轮35和竖直齿条23啮合，所述第二减速机38输入端设有水平电机37，所述第二减速机38输出端设有第二齿轮39，所述伸缩臂组件36一端设有摆动臂总成4，所述摆动臂总成4一端设有转动臂总成5；

所述伸缩臂组件36包括同步轮361、第一同步带362、第二同步带363、第一伸缩臂364、第二伸缩臂365、第三伸缩臂366、水平滑轨367、水平滑块368、水平齿条369和第二润滑齿轮组7，所述第一伸缩臂364外部设有多个水平滑轨367和水平齿条369，所述水平滑轨367垂直于竖直滑轨22设置，所述水平齿条369平行于水平滑轨367设置，所述水平齿条369和第二齿轮39啮合，所述第二润滑齿轮组7和水平齿条369啮合，所述第二润滑齿轮组7和固定板31转动连接，所述水平滑轨367和设置在固定板31一侧的水平滑块368滑动连接，所述第一伸缩臂364内部设有第二伸缩臂365，所述第二伸缩臂365外部设有多个水平滑轨367，所述水平滑轨367和固定在第一伸缩臂364内部的水平滑块368滑动连接，所述第二伸缩臂365一侧固定有第一同步带362，所述第一同步带362同时和固定板31固定连接，所述第一同步带362通过转动连接在第一伸缩臂364两端的同步轮361绷直，所述第二伸缩臂365内部设有第三伸缩臂366，所述第三伸缩臂366外部设有多个水平滑轨367，所述水平滑轨367和固定在第二伸缩臂365内部的水平滑块368滑动连接，所述第三伸缩臂366一侧固定有第二同步带363，所述第二同步带363同时固定在第一伸缩臂364内部，所述第二同步带363通过转动连接在第二伸缩臂365两端的同步轮361绷直；

所述第一伸缩臂364、第二伸缩臂365和第三伸缩臂366为空心管状结构，所述第三伸缩臂366外径小于第二伸缩臂365内径，所述第二伸缩臂365外径小于第一伸缩臂364内径；

所述第一润滑齿轮组6和第二润滑齿轮组7结构相同，均包括注油杆61和润滑齿轮62，所述注油杆61和润滑齿轮62转动连接，所述注油杆61具有注油口611和第一油路612，所述第一油路612沿注油杆61轴线设置，所述润滑齿轮62具有第二油路621、进油口622和出油口623，所述润滑齿轮62圆心设有进油口622，所述润滑齿轮62圆周等角度设有多个出油口623，所述第二油路621将进油口622和出油口623联通，所述第一油路612和第二油路621将注油口611和出油口623联通，在机械手运行时油泵将润滑介质泵入第一润滑齿轮组6和第二润滑齿轮组7，使第一齿轮35和竖直齿条23运行时能够充分润滑，第二齿轮39和水平齿条369在运行时能够充分润滑，从而能够延缓齿条和齿轮的磨损速度；

所述摆动臂总成4包括摆动支架41、摆动电机42，第三减速机43、第一锥齿44、第二锥齿45、连接板46、摆臂47和转轴48，所述摆动支架41和第三伸缩臂366一端固定连接，所述第三减速机43和摆动支架41固定连接，所述第三减速机43输入端设有摆动电机42，所述第三减速机43输出端设有第一锥齿44，所述第二锥齿45和转轴48固定连接，所述转轴48和摆动之支架转动连接，所述第一锥齿44轴线和第二锥齿45轴线垂直，所述第一锥齿44轴和第二锥齿45啮合，所述转轴48两端设有连接板46，所述连接板46和摆臂47一端固定连接；

所述转动臂总成5包括转动电机51、第四减速机52、旋转座53、第一旋转齿轮54、第二旋转齿轮55和法兰56，所述旋转座53和摆臂47一端固定连接，所述第四减速机52和旋转座53固定连接，所述第四减速机52输入端设有转动电机51，所述第四减速机52输出端设有第一旋转齿轮54，所述第一旋转齿轮54和第二旋转齿轮55啮合，所述第二旋转齿轮55和旋转座53转动连接，所述法兰56和第二旋转齿轮55固定连接，所述法兰56轴线和旋转齿轮轴线同轴；

所述第一减速机34、第二减速机38、第三减速机43、第四减速机52输入输出比为1：1～100:1；

通过上述设置，在实际工作过程中，其具体工作原理如下：首先将气动夹具通过螺栓和法兰56进行固定，随后将机械手放置在加工设备的侧面，再使用化学螺栓将基座1固定在水平面；

竖直臂总成2运行状态：当控制器控制竖直臂21运行时，竖直电机33启动，竖直电机33带动固定板31沿竖直滑轨22运行，通过控制竖直电机33正反转，从而能够控制固定板31沿竖直滑轨22运动方向，由于固定板31上设有水平臂总成3、摆动臂总成4和转动臂总成5，从而在竖直电机33的带动下，与法兰56连接的气动夹具同时沿着竖直滑轨22延伸方向运动；

水平臂总成3运行状态：当控制器控制水平臂运行时，水平电机37启动，水平电机37带动第一伸缩臂364向一侧运动，第一伸缩臂364伸出过程中，第二伸缩臂365通过第一同步带362带动伸出，第三伸缩臂366通过第二同步带363带动伸出，通过控制水平电机37正反转，从而能够控制第一伸缩臂364伸出或收回，使得在水平电机37的带动下，与法兰56连接的气动夹具同时沿第三伸缩臂366伸出或缩回方向运动；

摆动臂总成4运行状态：当控制器控制摆动臂运行时，摆动电机42启动，摆动电机42带动摆臂47以转轴48为半径进行转动，通过控制摆动电机42正反转，从而够控制摆臂47以转轴48为圆心的转动角度；

转动臂总成5运行状态：当控制器控制转动臂运行时，转动电机51启动，转动电机51带动法兰56以自身轴为圆心转动，通过控制转动电机51正反转，从而够控制法兰56以自身轴线为圆心的转动角度；

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种四轴伸缩机械手，其特征在于，包括基座、竖直臂总成、水平臂总成、摆动臂总成和转动臂总成，所述基座上端面设有竖直臂总成，所述竖直臂总成包括竖直臂、竖直滑轨和竖直齿条，所述竖直臂一侧设有竖直滑轨和竖直齿条，所述竖直滑轨垂直于安装水平面设置，所述竖直齿条平行于竖直滑轨设置；

所述水平臂总成包括固定板、竖直滑块、竖直电机、第一减速机、第一齿轮、伸缩臂组件、水平电机、第二减速机、第二齿轮和第一润滑齿轮组，所述固定板一端设有第一润滑齿轮组，所述第一润滑齿轮组和竖直齿条啮合，所述固定板一侧设有多个竖直滑块，所述竖直滑块和竖直滑轨滑动连接，所述固定板另一侧设有第一减速机、竖直电机、第二减速机、水平电机和伸缩臂组件，所述第一减速机、第二减速机和固定板固定连接，所述第一减速机输入端设有竖直电机，所述第一减速机输出端设有第一齿轮，所述第一齿轮和竖直齿条啮合，所述第二减速机输入端设有水平电机，所述第二减速机输出端设有第二齿轮，所述伸缩臂组件一端设有摆动臂总成，所述摆动臂总成一端设有转动臂总成。

2.根据权利要求1所述的一种四轴伸缩机械手，其特征在于，所述伸缩臂组件包括同步轮、第一同步带、第二同步带、第一伸缩臂、第二伸缩臂、第三伸缩臂、水平滑轨、水平滑块、水平齿条和第二润滑齿轮组，所述第一伸缩臂外部设有多个水平滑轨和水平齿条，所述水平滑轨垂直于竖直滑轨设置，所述水平齿条平行于水平滑轨设置，所述水平齿条和第二齿轮啮合，所述第二润滑齿轮组和水平齿条啮合，所述第二润滑齿轮组和固定板转动连接，所述水平滑轨和设置在固定板一侧的水平滑块滑动连接，所述第一伸缩臂内部设有第二伸缩臂，所述第二伸缩臂外部设有多个水平滑轨，所述水平滑轨和固定在第一伸缩臂内部的水平滑块滑动连接，所述第二伸缩臂一侧固定有第一同步带，所述第一同步带同时和固定板固定连接，所述第一同步带通过转动连接在第一伸缩臂两端的同步轮绷直，所述第二伸缩臂内部设有第三伸缩臂，所述第三伸缩臂外部设有多个水平滑轨，所述水平滑轨和固定在第二伸缩臂内部的水平滑块滑动连接，所述第三伸缩臂一侧固定有第二同步带，所述第二同步带同时固定在第一伸缩臂内部，所述第二同步带通过转动连接在第二伸缩臂两端的同步轮绷直。

3.根据权利要求2所述的一种四轴伸缩机械手，其特征在于，所述第一伸缩臂、第二伸缩臂和第三伸缩臂为空心管状结构，所述第三伸缩臂外径小于第二伸缩臂内径，所述第二伸缩臂外径小于第一伸缩臂内径。

4.根据权利要求1、2中任意一项所述的一种四轴伸缩机械手，其特征在于，所述第一润滑齿轮组和第二润滑齿轮组结构相同，均包括注油杆和润滑齿轮，所述注油杆和润滑齿轮转动连接，所述注油杆具有注油口和第一油路，所述第一油路沿注油杆轴线设置，所述润滑齿轮具有第二油路、进油口和出油口，所述润滑齿轮圆心设有注油口，所述齿轮圆周等角度设有多个出油口，所述第一油路和第二油路将注油口和出油口联通。

5.根据权利要求1所述的一种四轴伸缩机械手，其特征在于，所述摆动臂总成包括摆动支架、摆动电机，第三减速机、第一锥齿、第二锥齿、连接板、摆臂和转轴，所述摆动支架和第三伸缩臂一端固定连接，所述第三减速机和摆动支架固定连接，所述第三减速机输入端设有摆动电机，所述第三减速机输出端设有第一锥齿，所述第二锥齿和转轴固定连接，所述转轴和摆动之支架转动连接，所述第一锥齿轴线和第二锥齿轴线垂直，所述第一锥齿轴和第二锥齿啮合，所述转轴两端设有连接板，所述连接板和摆臂一端固定连接。

6.根据权利要求1所述的一种四轴伸缩机械手，其特征在于，所述转动臂总成包括转动电机、第四减速机、旋转座、第一旋转齿轮、第二旋转齿轮和法兰，所述旋转座和摆臂一端固定连接，所述第四减速机和旋转座固定连接，所述第四减速机输入端设有转动电机，所述第四减速机输出端设有第一旋转齿轮，所述第一旋转齿轮和第二旋转齿轮啮合，所述第二旋转齿轮和旋转座转动连接，所述法兰和第二旋转齿轮固定连接，所述法兰轴线和旋转齿轮轴线同轴。

7.根据权利要求1、5、6任意一项所述的一种四轴伸缩机械手，其特征在于，所述第一减速机、第二减速机、第三减速机、第四减速机转速输入输出比为1：1～100:1。

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