CN202318302U - 一种具有两维平动和一维转动的三自由度机械手 - Google Patents

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李克天
欧阳祥波
陈新
何卫锋
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Guangdong University of Technology
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Abstract

本实用新型公开了一种具有两维平动和一维转动的三自由度机械手，由移动电机、联轴器、丝杆、摆动电机、升降电机、滑块、底座、中心轴、基座、第四同步轮、第三同步轮、空间凸轮、法兰、机械臂、吸嘴、弹簧、法兰、第二同步轮、第一同步轮、调节螺母及皮带组成；该机械手具有拾取和装载铆柱的功能，即具有两维平动和一维转动的三自由度；其中一维平动实现机械手在铆柱站之间移动，以选择不同的品种的铆柱；另一维平动是垂直运动，以便机械臂上的吸嘴实现拾取和装载铆柱的动作；一维转动使机械臂在铆柱站和旋铆头之间往返，实现铆柱的传送。

Description

一种具有两维平动和一维转动的三自由度机械手
技术领域
本实用新型涉及一种具有两维平动和一维转动的三自由度机械手。
背景技术
在金属薄板零件上用铆合的方式装配铆柱、细杆或细轴类零件是常见的装配工序，主要用于机械电子产品，例如：CD播放机、光盘驱动器等。铆柱、细杆或细轴等零件是帮助实现零件运动的重要部分，常常具有零件数量多、品种复杂、安装精度要求高等特点。需要通过旋铆使铆柱头局部变形而形成同金属薄板壳体的铆合。目前放置待铆金属薄板零件、取铆柱、装载铆柱和操作旋铆头一般都是手工劳动。故生产效率低下，装配质量难以保证。因此提出一种具有两维平动和一维转动的三自由度机械手，该机械手对避免人工操作，实现自动化生产是十分有意义的。
实用新型内容
    本实用新型的目的是提出一种具有两维平动和一维转动的三自由度机械手，本实用新型是通过以下技术方案实现的：以旋铆头为中心，安装工作台，薄板工件被夹持在工作台伸出的悬臂上，工作台带工件相对于旋铆头作X和Y方向的移动。若干个铆柱站纵向并排安装在旋铆头的侧面，实现各种铆柱的贮存和自动排序。机械手安装在旋铆头和铆柱站之间，并可沿纵向移动，以便从每个铆柱站拾取铆柱。机械手能够垂直上下移动，以便拾取和装载铆柱。机械手还能够沿立柱作旋转运动，往返于铆柱站和旋铆头之间。
本实用新型提供的一种具有两维平动和一维转动的三自由度机械手，由移动电机1、联轴器2、丝杆3、摆动电机4、升降电机12、滑块17、底座18、中心轴19、基座16、第四同步轮15、第三同步轮14、空间凸轮13、法兰9、机械臂7、吸嘴6、弹簧8、法兰9、第二同步轮10、第一同步轮5、调节螺母及皮带组成；
所述移动电机1与丝杆3通过联轴器2连接，并固定在底座18的端部；所述滑块17安装于丝杆3的上方，滑块17上的螺母连接丝杆3；移动电机1的转动带动滑块17沿丝杆3在底座18中的导轨上作滑动；
所述摆动电机4通过螺钉固定于滑块17上面的一端，摆动电机4连接第一同步轮5，第一同步轮5通过皮带与第四同步轮15连接；
所述升降电机12也通过螺钉固定于滑块17上面的另一端，升降电机12连接第二同步轮10，第二同步轮10通过皮带与第三同步轮14连接；所述基座16通过螺钉固定于滑块17上面的中间位置。 
所述中心轴19由基座16中安装的一对轴承支撑，垂直竖立的中心轴19相对基座转动；所述第四同步轮15、第三同步轮14、空间凸轮13、法兰9、机械臂7的一端、弹簧8和调节螺母自下而上依次安装在中心轴19上；所述机械臂7的另一端安装吸嘴6。
所述法兰9与中心轴19通过键连接，法兰9相对中心轴19不可转动，但可以沿轴向移动；所述法兰9圆柱侧面装有一根轴，轴上装一滑轮。
所述空间凸轮13固定在第三同步轮14上，可沿中心轴19转动；所述空间凸轮13的上端面轮廓为空间曲面，该曲面与法兰9上的滑轮接触；所述空间凸轮13转动时，法兰9相对空间凸轮13作垂直方向运动。 
所述机械臂7固定在法兰9的上端面，既可随法兰9沿中心轴19转动，也可随法兰9沿中心轴19垂直移动。
所述调节螺母与中心轴19上面端部的螺纹连接，调节弹簧，以调节法兰9与空间凸轮13的接触力。 
所述第四同步轮15与中心轴19通过键连接，两者同步转动。
所述摆动电机4和升降电机12的固定板上开有腰圆孔11，以供调节所述电机与中心轴的距离，从而调整皮带的松紧度。
本实用新型的有益效果是，操作人员仅需要将金属薄板的工件装在工作台的悬臂上，夹具夹持工件。机械手自动在相应的铆柱站中拾取一只铆柱，并装载到旋铆头的下模中。工作台带动工件移动到旋铆头下，将工件上的铆柱孔对准下模中的铆柱，并装配好。旋铆头沿Z轴旋转并同时垂直下行，完成工件和铆柱的铆合。然后旋铆头上行复位，工作台带动工件离开旋铆头。开始下一只铆柱的拾取、装载、和与工件铆合的动作，直到工件上同一平面的所有铆合工作完成。可以人工取下工件，进行下一工件与铆柱的铆合。
附图说明
图1是本实用新型的机构示意图。
图2是本实用新型机构的中心轴结构示意图。
图3是本实用新型机构的空间凸轮结构示意图。
其中: 1. 移动电机  2.联轴器 3.丝杠  4. 摆动电机  5. 第一同步轮  6.吸嘴  7.机械臂  8.弹簧  9.法兰  10. 第二同步轮  11.腰圆孔  12. 升降电机  13.空间凸轮  14. 第三同步轮  15. 第四同步轮  16.基座  17.滑块  18.底座  19.中心轴。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型做进一步地详细说明。
移动电机1为步进电机，固定在底座18的端部，通过联轴器2同丝杆3连接。移动电机1带动丝杆旋转。丝杆上有螺母同滑块17固定，导致滑块只能在底座18中的导轨上滑动。摆动电机4也是步进电机，固定在滑块17上，通过第一同步轮 5带动第四同步轮15旋转，第四同步轮15再带动中心轴旋转，从而带动机械臂7旋转。在此摆动电机4只作正反方向的转旋运动，带动机械臂作180度角的往返运动。升降电机12也是步进电机，通过第二同步轮10带动第三同步轮14旋转，第三同步轮14的上端面固定有一个空间凸轮13，通过该空间凸轮的旋转带动法兰9在垂直方向往复运动，机械臂7固定在法兰盘上，随之在垂直方向上下移动。法兰盘套装在中心轴19上，法兰盘的中心孔和中心轴19上均有键槽，由于长键的限制，法兰盘不可以沿中心轴19转动，只能沿中心轴19移动。故第四同步轮15带动中心轴19转动，机械臂也转动；第三同步轮14带动空间凸轮转动，机械臂便上下移动。弹簧8的作用是施加弹簧力给机械臂，使法兰盘与空间凸轮紧密接触并随空间凸轮旋转而垂直返程移动。
摆动电机4和升降电机12的固定板上开有腰圆孔11，以供调节电机与中心轴的距离，从而调整皮带的松紧度。
底座安装在一字排开的几个铆柱站和旋铆头之间，底座到铆柱站出口的距离和到旋铆头的距离相等，即等于机械臂的有效长度。
移动电机1的转动，带动机械臂作直线往复运动，一方面在铆柱站之间移动并定位停留，以便机械臂拾取各种规格的铆柱，另一方面可以移动并定位停留在旋铆头附近，以便机械臂装载铆柱。
摆动电机4的往复转动，通过同步轮带动中心轴转动，从而使机械臂在铆柱站和旋铆头之间往返摆动并在此两处停留，以便从铆柱站往旋铆头运送铆柱。
升降电机12的往复转动，通过同步轮带动空间凸轮转动，从而使机械臂垂直上下移动，以便吸嘴6能够拾取和装载铆柱。
吸嘴6可根据实际需要采用机械力、磁力或真空吸力拾取铆柱。
机座内孔两端装有轴承，中心轴19由这两轴承支承，基座固定在滑块17上，确保中心轴的垂直状态。

Claims (7)

1. 一种具有两维平动和一维转动的三自由度机械手，其特征在于：由移动电机（1）、联轴器（2）、丝杆（3）、摆动电机（4）、升降电机（12）、滑块（17）、底座（18）、中心轴（19）、基座（16）、第四同步轮（15）、第三同步轮（14）、空间凸轮（13）、法兰（9）、机械臂（7）、吸嘴（6）、弹簧（8）、法兰（9）、第二同步轮（10）、第一同步轮（5）、调节螺母及皮带组成；
所述移动电机（1）与丝杆（3）通过联轴器（2）连接，并安装在底座（18）的端部；所述滑块（17）安装于丝杆（3）的上方，滑块（17）上的螺母连接丝杆（3）；移动电机（1）的转动带动滑块（17）沿丝杆（3）在底座（18）中的导轨上滑动；
所述摆动电机（4）通过螺钉固定于滑块（17）上面的一端，摆动电机（4）连接第一同步轮（5），第一同步轮（5）通过皮带与第四同步轮（15）连接；
所述升降电机（12）也通过螺钉固定于滑块（17）上面的另一端，升降电机（12）连接第二同步轮（10），第二同步轮（10）通过皮带与第三同步轮（14）连接；所述基座（16）通过螺钉固定于滑块（17）上面的中间位置；
所述中心轴（19）由基座（16）中安装的一对轴承支撑，垂直竖立的中心轴（19）相对基座转动；所述第四同步轮（15）、第三同步轮（14）、空间凸轮（13）、法兰（9）、机械臂（7）的一端、弹簧（8）和调节螺母自下而上依次安装在中心轴（19）上；所述机械臂（7）的另一端安装吸嘴（6）。
2.根据权利要求1所述的机械手，其特征在于：所述法兰（9）与中心轴（19）通过键连接，法兰（9）相对中心轴（19）不可转动，但可以沿轴向移动；所述法兰（9）圆柱侧面装有一根轴，轴上装一滑轮。
3.根据权利要求2所述的机械手，其特征在于：所述空间凸轮（13）固定在第三同步轮（14）上，可沿中心轴（19）转动；所述空间凸轮（13）的上端面轮廓为空间曲面，该曲面与法兰（9）上的滑轮接触；所述空间凸轮（13）转动时，法兰（9）相对空间凸轮（13）作垂直方向运动。
4.根据权利要求1所述的机械手，其特征在于：所述机械臂（7）固定在法兰（9）的上端面，既可随法兰（9）沿中心轴（19）转动，也可随法兰（9）沿中心轴（19）垂直移动。
5.根据权利要求1所述的机械手，其特征在于：所述调节螺母与中心轴（19）上面端部的螺纹连接。
6.根据权利要求1所述的机械手，其特征在于：所述第四同步轮（15）与中心轴（19）通过键连接，两者同步转动。
7.根据权利要求1所述的机械手，其特征在于：所述摆动电机（4）和升降电机（12）的固定板上开有腰圆孔（11）。
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