CN201913643U - 输入轴轴线与直动平面夹角可调的凸轮机械手 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种输入轴轴线与直动平面夹角可调的凸轮机械手，其中第一过渡件、第二过渡件及本体顶部的圆柱体的中心轴线重合，通过松开第一螺栓、第二螺栓、第三螺栓可使直动运动执行机构绕这三者中心轴线转动到需要的任何角度，再拧紧所述螺栓，从而实现该机械手的输入轴轴线与其机械手臂运动平面之间的夹角在0-360度内的任意选择。本实用新型为自动机器的开发提供了一种结构紧凑、便于布局定位、可柔性选择动力输入轴方位的低成本抓取-移位-放置装置。

Description

输入轴轴线与直动平面夹角可调的凸轮机械手

技术领域

本实用新型涉及一种凸轮机械手，具体的涉及一种输入轴轴线与直动平面夹角可调的凸轮机械手。

背景技术

目前在各种自动机械和自动生产线中，大量使用工业机械手来完成工件的抓取、移位、转位、翻转、放置等动作。机械手按驱动方式分类，有机械传动式、液压传动式、气动传动式、电机直接驱动式等。

由液压驱动的机械手，使用灵活方便、但动作速度慢，并且须配备整套液压系统，故结构复杂、成本很高；气压驱动的机械手，使用非常灵活方便，成本低，但在较高速度运行时冲击振动较大；现在被广泛使用的电机直接驱动式机械手，安装方便，但须要配备复杂的电气控制系统，如果用这类机械手完成较简单的重复性工作，就显得成本较高。

而以凸轮作为驱动机构的凸轮式机械手，它具有结构简单，动作平稳，相位准确、工作节奏快、故障率低、成本低，使用寿命长等独特优点。通常它通过两个独立的凸轮联合动作及后续连杆机构的运动转换，来实现机械手臂的直动与直动、转动与直动、转动与转动的运动组合。由这两个凸轮的廓线形成机械手的复合运动并对其进行控制，而凸轮曲线是根据机械手的动作要求由设计给定的。尤其值得指出的是由于凸轮式机械手为纯机械传动装置，只要将其输入轴与主机的主传动轴通过同步付(如链轮付，齿轮付)连接，即可保证其与主机的动作在时间相位、工作节拍上始终保持同步，因此大大提高了机器的安全性。而这点正是非纯机械传动式机械手的不足之处。凸轮机械手配以各种末 端执行器(如夹爪，吸盘)，作为上、下料装置或搬运装置，可用于各种自动机械及自动生产线，具有广阔的应用前景。

但是在机械手的应用实践中，也发现了现有的直动与直动式凸轮机械手存在明显的缺陷，即其动力输入轴的轴线与机械手臂运动平面之间的夹角是不可以由用户根据具体布局需要而柔性选择的。该缺陷严重地制约了对其的推广应用。

下面举一现有自动装配技术中存在缺陷的代表性的案例。

在自动装配机器设计中广泛使用类似如图1所示的总体传动布局。工件通过振动送料盘(101)定向排列后进入轨道(102)，再由直动式凸轮机械手(103)将工件从轨道中夹住、提升、前移、下降，放入主机转塔(110)中的工件座。主机转塔(110)由凸轮间歇机构驱动，间歇机构输入轴与主传动轴通过链轮付连接。如果能将图中的7个凸轮机械手的输入轴与主传动轴通过链轮付连接，则整台机器中所有凸轮机械手的动作即可与主转塔的运动在时间相位、工作节拍上始终保持同步。

显然机械手(105)、(108)的输入轴与主传动轴平行，很容易通过链传动将它们与主传动轴(111)连接。而其余的机械手的输入轴与主传动轴都是不平行的，并且夹角多数不一致。显而易见要想将动力从主传动轴(111)传送到它们的输入轴就很困难。当然通过一系列的机械变换还是能将动力传输过去的，但其结构复杂，成本高。实用新型内容

为了解决上述技术问题，实现上述技术目的，本实用新型通过如下技术方案实现：

一种输入轴轴线与直动平面夹角可调的凸轮机械手，具有：输出臂；通过第四带柄滚动承轴与所述输出臂连接的第一摇杆；通过第五带柄滚动轴承与所述第一摇杆连接的水平方向驱动块；通过第三带柄滚动承轴与双轴连接板连接的竖直方向驱动块，双轴连接板与所述输出臂连接；与所述竖直方向驱动块连接的第一从动杆；与所述水平方向驱动块连接的第二从动杆；通过所述第一带柄滚动轴承与所述第一从动杆连接的第一平面槽形凸轮；通过所述第二带柄滚动轴承与所述第二从动杆连接的第二平面槽形凸轮；与所述第一平面槽型凸轮和第二平面槽型凸轮连接的动力输入轴。

所述第一从动杆和所述第二从动杆均采用直线滚动导轨，解决了所述从动杆的防转问题，使所述从动杆结构紧凑，从而大幅缩小了凸轮驱动箱的体积。

所述第一从动杆上联接了一个外形为圆柱体而中间开有方孔的第一过渡件，所述第一过渡件与所述第一从动杆由第一螺栓刚性连接，而所述第一过渡件与第二从动杆之间仅为滑动配合。所述第一过渡件的作用是承接所述第一从动杆的运动，将第一平面槽型凸轮所定义的运动曲线传递到后续的直动运动执行机构来实现机械手臂的竖直方向运动；同理，所述第二从动杆上也联接了一个第二过渡件，所述第二过渡件与所述第二从动杆由第二螺栓刚性连接，而所述第二过渡件与所述第一从动杆之间仅为滑动配合。所述第二过渡件的作用是承接所述第二从动杆的运动，将第二平面槽型凸轮所定义的运动曲线传递到后续的直动运动执行机构来实现机械手臂的水平方向的运动。通过尺寸设计可使所述第一过渡件和所述第二过渡件的中心轴线重合。本体的顶部设计为圆柱体，其中心轴线也被设计为与所述第一过渡件和所述第二过渡件的中心轴线重 合。

托架由第三螺栓拧紧而抱住所述本体的顶部的圆柱体。

竖直方向驱动块通过第五螺栓拧紧而抱住所述第一过渡件，这样所述第一过渡件将通过所述竖直方向驱动块经第三带柄滚动轴承带动双轴联接板实现机械手臂的竖直方向的往复直线运动。

水平方向驱动块通过第四螺栓拧紧而抱住所述第二过渡件.所述第二过渡件将通过所述水平方向驱动块带动第一摇杆摆动，从而带动机械手臂的作水平方向的往复直线运动。

直动运动执行机构部分，输出臂的运动轨迹即为由所述第一平面槽形凸轮所定义的竖直方向的运动轨迹与由所述第二平面槽形凸轮所定义的水平方向的运动轨迹的合成轨迹。竖直方向的滑动导向直接采用了宽型直线滚动导轨组合，包括第三滑块和第二滑轨，水平方向的滑动导向也采用了宽型直线滚动导轨组合，包括第四滑块和第一滑轨，所述第一滑轨直接作为机械手的输出臂，从而使整个运动执行机构结构紧凑，体积大幅缩小。

附图说明：

图1为现有技术的自动装配机器设计中广泛使用的总体传动布局图。

图2为本实用新型凸轮机械手的轴侧分解图。为便于说明，可将本凸轮机械手粗略地分为两部分：第一部分为图2所示的凸轮驱动箱(201)、第二部分为图2所示的除了凸轮驱动箱以外的直动运动执行机构(202)。

图3为本实用新型凸轮驱动箱的主视图。

图4为本实用新型凸轮机械手主视图。

图5为本实用新型凸轮机械手的左视图。

图6为图12的左视图。

图7为本实用新型凸轮机械手的副轴侧图。

图8为本实用新型的应用例之轴侧图。

图9为本实用新型的竖直方向运动行程扩大型之主视图。

图10为本实用新型的转动与直动型之轴侧图。

图中标号说明：1.动力输入轴，6.第一平面槽形凸轮，7.第一带柄滚动轴承，11.第一滑块，12.第一从动杆，13.本体，16.第一螺栓，17.第一过渡件，23.第二平面槽形凸轮，24.第二带柄滚动轴承，28.第二滑块，29.第二从动杆，33.第二螺栓，34第二过渡件，40.托架，41.第三螺栓，42.竖直方向驱动块，43.水平方向驱动块，44.第一摇杆，46.第一滑轨，50.第三滑块，51.双轴联接板，52.第二滑轨，53.第四滑块，60.第四螺栓，61.第五螺栓，62.第三带柄滚动轴承，70.第四带柄滚动轴承，71.第五带柄滚动轴承，72.转向销，81.杠杆，90.转动拨块，92.第二摇杆，94.销轴，95.中转接块，101.振动送料盘，102.轨道，103.第一直动式凸轮机械手，105.第三直动式凸轮机械手，108.第三直动式凸轮机械手，110.第一主机转塔，111.第一主传动轴，112.第一主电机，201.凸轮驱动箱，202.直动运动执行机构，301.第二主电机，302.第二主传动轴，303.第二主转塔，305.第一凸轮机械手，306.第二凸轮机械手，307.第三凸轮机械手，308.第四凸轮机械手，309.第五凸轮机械手，310.第六凸轮机械手，311.第七凸轮机械手。

具体实施方式

实施例1：

如图2、3、4、5、6、7、8所示，本实用新型的输入轴轴线与直动平面夹角可调的凸轮机械手，包括：

动力输入轴1带动第一平面槽形凸轮6转动，再通过第一带柄滚动轴承7带动第一从动杆12动作。第一从动杆12组件直接采用直线滚动导轨组合，包 括第一滑块11和第一从动杆12，由第一平面槽形凸轮6所定义的运动曲线会传递至第一从动杆12，使其作相应的上下往复直线运动。

动力输入轴1也带动第二平面槽形凸轮23转动，再通过第二带柄滚动轴承24带动第二从动杆29动作。第二从动杆29组件也直接采用直线滚动导轨组合，包括第二滑块28和第二从动杆29，由第二平面槽形凸轮23所定义的运动曲线会传递至第二从动杆29，使其作相应的上下往复直线运动。

第一从动杆12上联接了一个外形为圆柱体而中间开有方孔的第一过渡件17，第一过渡件17与第一从动杆12由第一螺栓16刚性连接，而它与第二从动杆29之间仅为滑动配合。第一过渡件17的作用是承接第一从动杆12的运动，将第一平面槽型凸轮6所定义的运动曲线传递到后续的直动运动执行机构来实现机械手臂的竖直方向运动；同理，第二从动杆29上也联接了一个第二过渡件34，第二过渡件34与第二从动杆29由第二螺栓33刚性连接，第二过渡件34与第一从动杆12之间仅为滑动配合。第二过渡件34的作用是承接第二从动杆29运动，将第二平面槽型凸轮23所定义的运动曲线传递到后续的直动运动执行机构来实现机械手臂的水平方向的运动。通过尺寸设计使第一过渡件17和第二过渡件34的中心轴线重合。本体13的顶部设计为圆柱体，其中心轴线也被设计为与第一过渡件17和第二过渡件34的中心轴线重合。

托架40由第三螺栓41拧紧而抱住本体13的顶部的圆柱体；

竖直方向驱动块42通过第五螺栓61拧紧而抱住第一过渡件17，第一过渡件17将通过竖直方向驱动块42经第三带柄滚动轴承62带动双轴联接板51实现机械手臂的竖直方向的往复直线运动。

水平方向驱动块43通过第四螺栓60拧紧而抱住第二过渡件34.第二过渡件34将通过水平方向驱动块43经第一摇杆44带动机械手臂的作水平方向的往 复直线运动。

由于第一过渡件17、第二过渡件34及本体13顶部的圆柱体的中心轴线重合，因此可通过松开第三螺栓41、第四螺栓60、第五螺栓61可使直动运动执行机构绕这三者中心轴线转动到你想要的任何角度，再拧紧这些螺栓，则整个直动运动执行机构即被调整到相应的角度，从而实现了该机械手的输入轴轴线与其机械手臂运动平面之间的夹角在0-360度内由用户的任意选择。

在直动运动执行机构202部分，作为输出臂的第一滑轨46的运动轨迹即为由第一平面槽形凸轮6所定义竖直方向的运动轨迹与由第二平面槽形凸轮23所定义水平方向的运动轨迹的合成轨迹。竖直方向的滑动导向直接采用了宽型直线滚动导轨组合，包括第三滑块50和第二滑轨52；水平方向的滑动导向也采用了宽型直线滚动导轨组合，包括第四滑块53和第一滑轨46，第一滑轨46直接作为机械手的输出臂。

下面结合附图8对本实用新型的使用方法做出说明。

图8为本实用新型的应用例之轴侧图.

图8所示为一自动装配机器的主机部的轴侧图。本实用新型的七个凸轮机械手305、306、307、308、309、310、311应相对于第二主转塔303作径向抓取-移位-放置运动。整台机器中所有凸轮机械手的动作应与主转塔的运动在时间相位、工作节拍上保持同步。

第二主电机301将动力传输至第二主传动轴302。第二主转塔303的输入轴的轴线与第二主传动轴302的轴线平行。由于本实用新型凸轮机械手的输入轴轴线与其机械手臂运动平面之间的夹角在0-360度内可由用户的任意选择，七个本实用新型凸轮机械手的输入轴轴线都能调整到与主传动轴轴线平行的方位，很容易通过链传动将它们与第二主传动轴302连接，从而可实现所有凸轮 机械手与主转塔纯机械联动。

实施例2：

(一).竖直方向运动行程扩大型凸轮机械手

图9为本实用新型的竖直方向运动行程扩大型之主视图。

竖直方向驱动块42承接第一平面槽型凸轮6所定义的运动曲线，传递到后续的直动运动执行机构来实现机械手臂的竖直方向运动。杠杆81用来放大本实用新型机械手手臂竖直方向的运动行程。

(二).由直动与直动型转换而来的直动与转动型凸轮机械手

图10为本实用新型的转动与直动型之轴侧图。

图10中转接块95与双轴联接板51联结，承接第一平面槽型凸轮6所定义的竖直方向的运动。转动拨块90与作为输出臂的第一滑轨46联结，承接第二平面槽型凸轮23所定义的水平方向的运动。转动拨块90带动第二摇杆92绕销轴94转动，这样第二摇杆92即可作为直动与转动型凸轮机械手的手臂，作竖直方向往复直线运动与水平方向往复旋转运动。

Claims (6)

1.一种输入轴轴线与直动平面夹角可调的凸轮机械手，其特征在于，具有：输出臂(46)；第一摇杆(44)，通过第四带柄滚动承轴(70)与所述输出臂(46)连接；水平方向驱动块(43)，通过第五带柄滚动轴承(71)与所述第一摇杆(44)连接；竖直方向驱动块(42)，通过第三带柄滚动承轴(62)与双轴连接板(51)连接，双轴连接板(51)与所述输出臂(46)在连接；第一从动杆(12)，与所述竖直方向驱动块(42)连接；第二从动杆(29)，与所述水平方向驱动块(43)连接；第一平面槽形凸轮(6)，通过所述第一带柄滚动轴承(7)与所述第一从动杆(12)连接；第二平面槽形凸轮(23)，通过所述第二带柄滚动轴承(24)与所述第二从动杆(29)连接；动力输入轴(1)，与所述第一平面槽型凸轮(6)和第二平面槽型凸轮(23)连接。

2.根据权利要求1所述的输入轴轴线与直动平面夹角可调的凸轮机械手，其特征在于，输出臂(46)的运动轨迹即为由所述第一平面槽型凸轮(6)所定义竖直方向的运动轨迹与由所述第二平面槽型凸轮(23)所定义水平方向的运动轨迹的合成轨迹，其中竖直方向的滑动导向直接采用宽型直线滚动导轨组合，包括第三滑块(50)和第二滑轨(52)，水平方向的滑动导向也直接采用宽型直线滚动导轨组合，包括第四滑块(53)和第一滑轨(46)，所述第一滑轨(46)直接作为所述机械手的输出臂(46)。

3.根据权利要求1所述的输入轴轴线与直动平面夹角可调的凸轮机械手，其特征在于，竖直驱动块(42)通过所述第五螺栓(61)拧紧而抱住所述第一过渡件(17)，所述第一过渡件(17)将通过所述竖直驱动块(42)经所述第三带柄滚动轴承(62)带动所述双轴联接板(51)实现机械手臂的竖直方向的往复直线运动；水平驱动块(43)通过所述第四螺栓(60)拧紧而抱住所述第二过渡件(34)，所述 第二过渡件(34)将通过所述水平驱动块(43)经所述第一摇杆(44)带动机械手臂的作水平方向的往复直线运动。

4.根据权利要求1所述的输入轴轴线与直动平面夹角可调的凸轮机械手，其特征在于，所述第一从动杆(12)上联接了一个外形为圆柱体而中间开有方孔的第一过渡件(17)，所述第一过渡件(17)与所述第一从动杆(12)由所述第一螺栓(16)刚性连接；所述第一过渡件(17)与所述第二从动杆(29)之间为滑动配合。

5.根据权利要求1所述的输入轴轴线与直动平面夹角可调的凸轮机械手，其特征在于，所述第二从动杆(29)上联接了一个第二过渡件(34)，所述第二过渡件(34)与所述第二从动杆(29)由所述第二螺栓(33)刚性连接；所述第二过渡件(34)与所述第一动杆(12)之间为滑动配合。

6.根据权利要求1所述的输入轴轴线与直动平面夹角可调的凸轮机械手，其特征在于，所述第一从动杆(12)组件和所述第二从动杆(29)组件均采用直线滚动导轨。 

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