CN204414093U - 一种基于移动平台的对称式三自由度可负载机械手 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于移动平台的对称式三自由度可负载机械手，配以传感器和控制器可以自动抓取和运载物品，可用于同层楼不同房间之间传递物品和轻载生产线以及实验教学中。其特征是该机构由抓取模块，升降、横移模块，旋转模块，驱动模块，转向模块构成；抓取模块，升降、横移模块，旋转模块自上而下连接在一起组成机械手和负载箱，可完成抓取、升降、横移、旋转运动；驱动模块，转向模块组成移动平台，可使机械手到达所需的位置，所有模块都搭在移动平台上。本实用新型的有益效果是结构简单，自由度少，运动轨迹简单，便于控制，采用伺服电机驱动，响应快，运动稳定。

Description

一种基于移动平台的对称式三自由度可负载机械手

技术领域

本实用新型涉及一种基于移动平台的对称式三自由度可负载机械手，其特征是机械手可随移动平台移动，自由度为三，机械手结构为对称式结构，同时机械手在执行任务过程中可以运载一定重量的物品。

背景技术

目前，机械手主要为应用于工业领域的固定式机械手，活动范围有限，不能执行远距离往复的任务。机械手的驱动装置90%以上都采用液压系统，价格昂贵，加工要求高，对于一般的空间范围内小载荷的性能要求而言，使得机械手成本大大增加。此外，目前机械手实现空间范围内运动自由度在四个以上，运动轨迹复杂，对控制要求高，机械手结构也为单支的形式，执行任务效率没有得到很大提高。

发明内容

为了克服现有的机械手固定不能移动，自由度多难以控制，机构单方向的问题，本实用新型提供了一种机械手，该机械手不仅能够随移动平台移动来执行任务，而且在空间范围内完成升降，横移，抓取，抓取仅需三个自由度，且机械手结构为对称式，执行任务时可大大节省时间，提高工作效率。

本实用新型为解决其技术问题所采用的技术方案是：整个机械手从上而下分为三个部分：抓取部分，升降、横移部分，旋转部分。抓取部分通过并联的曲柄摇杆机构实现机械手左右对称和前后对称，通过传动比为1的一对齿轮将运动从一边传递到另一边。升降 、横移部分采用对称式的平行四边形机构。各部分都配有1个伺服电机来提供驱动，其中旋转台部分伺服电机控制整个机械手实现旋转运动。机械手旋转台上部配有负载箱，可以容纳需要运载的物品。机械手移动平台后轮通过2个直流电机驱动，前轮通过1个伺服电机驱动对称式四杆机构来实现转向功能。当机械手执行任务时，旋转部分首先将机械手旋转至该方向，然后升降、横移部分完成机械手所需的水平和竖直方向的运动，最后由抓取部分完成物品的抓取。当被抓的物品在2个相反方向上都存在时，伺服电机只需反转相同的角度便可完成相反方向物品的抓取，不需机械手再从一边转到另一边。

本实用新型的有益效果为机械手在能够完成空间范围内的抓取任务之外，可以随移动平台移动，使之运动范围增大；机械手升降、横移仅采用1个自由度实现，减少了自由度，运动简单，便于控制；机械手抓取部分采用前后对称，左右对称方式，对中性好，便于控制，提高了工作效率；整体结构紧凑，机构简单；采用伺服电机驱动，响应快，成本低；配有负载箱，可以运载一定重量的物品，增加了机械手的功能和实用性。

附图说明

图下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

图1是本实用新型抓取模块装配图。

图2是本实用新型升降、横移模块装配图。

图3是本实用新型旋转模块装配图。

图4是本实用新型车体模块装配图1。

图5是本实用新型车体模块装配图2。

图6是本实用新型总装配图。

图中1001.齿轮，1002.手臂曲柄，1003.手臂摇杆，1004.螺栓，1005.螺母，1006.垫片，1007.手臂连杆，1008.螺钉，1009.手臂用铜柱，1010.手臂增厚板，1011.上连接板，1012.抓取电机，1013.抓取电机固定板，2014.升降、横移电机，2015.升降、横移电机固定板，2016.升降、横移曲柄，2017.升降、横移模块支撑板， 2018.下连接板，2019.升降、横移摇杆，3020.铜柱，3021.旋转电机，3022.旋转电机用固定板，3023.伺服电机帽，3024.过度板，3025. 过度板用支撑架，3026.过度板用铜柱，4027.后轮，4028.直流电机，4029. 移动平台底板，4030.控制板，4031.电池盒，4032.前轮，4033.传感器安装板，4034.负载箱，5035.直流电机固定架，5036.曲柄-连杆球副，5037.曲柄-连杆球副连杆，5038. 转向曲柄，5039.连杆-摇杆球副，5040.前轮固定架，5041. 转向伺服电机固定板，5042. 转向用伺服电机。

具体实施方式

    在图1所示的实施例中，零部件有一对齿轮（1001），一对手臂曲柄（1002），4个手臂摇杆（1003），4个手臂连杆（1007），8个手臂用铜柱（1009），4个手臂增厚板（1010），1块抓取电机固定板（1013），1个抓取电机（1012）。其中手臂曲柄（1002）夹角为直角，小孔固定都采用螺钉固定，大孔铰接通过螺栓、垫圈、螺母实现。2个齿轮都通过螺钉固定在手臂曲柄（1002）上，其中1个手臂曲柄（1002）固定在抓取电机（1012）上，另1个手臂曲柄（1002）铰接在抓取电机固定板（1013）上，2个手臂曲柄（1002）另一端与手臂连杆（1007）的一端铰接，手臂连杆（1004）的另一端与手臂摇杆（1003）铰接，4个手臂摇杆（1003）的另一端铰接在抓取电机固定板（1013）上，抓取电机（1012）固定在抓取电机固定板（1013）上，4个手臂连杆（1007）通过8个手臂用铜柱（1009）连接4个手臂增厚板（1010）以增加手臂与被抓取物品的接触面积。当抓取电机（1012）驱动1个齿轮（1001）转动时，通过曲柄摇杆机构使手臂连杆（1007）运动，由于机构对称，使得另一个手臂连杆（1007）也对称运动，实现对物品的抓取，又当一边张开时，另一边闭合，一边抓取完毕后，抓取电机（1012）向相反的方向转动，另一边便可实现抓取，从而提高作业效率。

在图2所示的实施例中，升降、横移模块零部件包括1个升降、横移支撑架（2017），1个升降、横移电机（2014），1个升降、横移曲柄（2016），3个升降、横移摇杆（2019），3个下连接板（4035），4个上连接板（1011）。其中升降、横移曲柄（2016））上端与上连接板（1011）铰接，下端固定在升降、横移电机（2014）上，升降、横移摇杆（2019）上端与上连接板（1011）铰接，下端与下连接板（4035）铰接，下连接板（4035）另一边开有与上连接板（1011）类似的通孔，通过螺栓固定在升降、横移支撑架（2017）上。当升降、横移电机（2014）驱动升降、横移曲柄（2016）旋转时，平行四边形机构运动使得机械手能够完成升降、横移运动，从而减少了自由度的使用，便于控制。

在图3所示的实施例中，旋转模块的零部件包括1个旋转电机固定板（3022），4个旋转电机用铜柱（3020），1个旋转电机（3021），1个伺服电机帽（3023），1个过度板（3024），4个过度板用铜柱（3020），2个过度板用支撑架（3025）。旋转电机（3021）通过旋转电机固定板（3022），旋转电机用铜柱（3020）固定在移动平台底板（4029）上，其上端通过伺服电机帽（3023）与过度板（3024）连接，过度板（3024）通过过度板用铜柱（3020）、过度板用支撑架（3025）与升降、横移支撑架（2017）固定在一起。旋转电机（3021）旋转可以驱动整个机械手绕平台旋转，实现机械手在空间内的运动。

在图4、5所示的实施例中，移动平台由后轮转向模块，前轮驱动模块、移动平台底板（4029），负载箱（4034），控制板（4030），电池盒（4031），传感器安装板（4033）组成。转向模块零部件由2个转动曲柄-连杆球副（5036），2个曲柄-连杆球副连杆（5037），2个前轮（4032），1个转向曲柄（5038），2个转向用铜柱（3020），1个转向用伺服电机（5042），1个转向伺服电机固定板（5041），2个连杆-摇杆球副（5039），2个前轮固定架（5040）。其中转向用伺服电机（5042）通过转向伺服电机固定板（5041）和转向用铜柱（3020）固定于移动平台上，驱动固定在其上的转向曲柄（5038）转动，转向曲柄（5038）两边对称布置曲柄摇杆机构运动，曲柄-连杆球副连杆（5037）通过球副一端与转向曲柄（5038）铰接，另一端与前轮（4032）固定在前轮固定架（5040），前轮固定架（5040）的另一端铰接在移动平台底板（4029）上。后轮驱动模块零部件有2个直流电机（4028），2个直流电机固定架（5035），2个后轮（4027），直流电机（4028）通过直流电机固定架（5035）固定在动平台底板（4029）上，另一端与后轮（4027）连接在一起。当后轮电机驱动移动平台前进时，转向模块由于机构是并联输出的，当转向用伺服电机（5042）驱动转向曲柄（5038）旋转时，使得前轮（4032）沿同一个方向转动，能够实现转向功能。负载箱（4034）通过负载箱用铜柱（3020）固定在移动平台底板（4029）上。其余的制板（4030），电池盒（4031），传感器安装板（4033）都通过螺钉（1008）固定在移动平台底板（4029）上。

在图6所示的实施例中，本实用新型分为以下五个模块：抓取模块，升降、横移模块，旋转模块，后轮驱动模块，前轮转向模块。各模块之间协调配合，共同完成任务。其中抓取模块由抓取电机（1012）驱动，升降、横移模块由升降、横移电机（2014），旋转模块由旋转电机（3021），后轮驱动模块由2个型号相同的直流电机（4028）驱动，转向模块由1个伺服电机（5042）驱动。抓取模块和升降、横移模块由4个上连接板（1011）连接，上连接板开4个螺钉孔，一边通过螺钉与抓取电机固定板（1013）固定，另一边开2个销轴空，通过螺栓（1004）、螺母（1005）、垫片（1006）与升降、横移曲柄（2016），升降、横移摇杆（2019）铰接。升降、横移曲柄（2016）下端与升降、横移电机（2014）铰接，升降、横移摇杆（2019）下端通过下连接板（2018）与升降、横移支撑架（2017）连接，连接方式与上连接板（1011）连接方式一样。旋转模块通过旋转电机固定板（3022），4根旋转电机用铜柱（3020）固定在移动平台底板（4029）上，其上端与升降、横移模块连接。后轮驱动模块通过2个相同型号的直流电机（4028）作为动力源，来驱动整个机械手平台，使得机械手能够到达预定的位置。转向模块由转向用伺服电机（5042）实现移动平台的转向，其通过2个转向用铜柱（3020）、转向伺服电机固定板（5041）固定在移动平台底板（4029）上，通过转向模块实现整个移动平台的转向功能。

本实用新型是基于移动平台的对称式三自由度可负载机械手，在机械手上加上传感器和控制器，可以应用于办公室之间传递文件或物品，还可应用于两条平行的生产线之间，机械手实现两边同时抓取物品，使得工作效率提高；本实用新型还可应用于教育，作为学生学习机构运动以及机器人知识的模型。此外，本实用新型还可用于轻载工作场合，可以降低成本，便于控制。

Claims (7)

1.一种基于移动平台的对称式三自由度可负载机械手，将机械手搭在移动平台上，配以传感器、控制器，输入程序后即可自动、独立的执行抓取任务；其特征是 ：其由抓取模块，升降、横移模块，旋转模块，转向模块，驱动模块五个模块组成，抓取模块，升降、横移模块，旋转模块自上而下组成机械手部分，机械手部分和转向模块，驱动模块共同搭在四轮移动平台上；其中抓取模块由一个抓取电机（1012）控制，通过一对传动比为1的齿轮（1001）将运动平行输出给两个对称的四杆机构，每个四杆机构也自身对称；升降、横移模块通过一个升降、横移电机（2014）驱动对称的平行四边形机构完成升降、横移运动；旋转部分通过一个旋转电机（3021）旋转实现整个机械手部分的旋转运动；整个机械手自上而下，从前到后协调配合完成任务。

2.根据权利要求1所述的基于移动平台的对称式三自由度可负载机械手，其特征是：抓取模块由抓取电机（1012）驱动，传动比为1的一对齿轮（1001），一个与抓取电机（1012）固定，另一个固定在手臂曲柄（1002）上，两个齿轮将运动平行输出到两个对称的四杆机构，每个四杆机构自身对称。

3.根据权利要求1所述的基于移动平台的对称式三自由度可负载机械手，其特征是：升降、横移模块通过升降、横移电机（2014）对称的平行四边形机构实现机械手的升降，横移运动，简少了伺服电机的使用，运动轨迹简单，便于控制，运动稳定。

4.根据权利要求1所述的基于移动平台的对称式三自由度可负载机械手，其特征是：旋转电机（3021）旋转输出实现整个机械手的旋转运动；旋转电机（3021）通过旋转电机用固定板（3022）和旋转电机用铜柱（3020）固定在移动平台底板（4029）上，上端支撑抓取模块，升降、横移模块，实现整个机械手的旋转运动。

5.根据权利要求1所述的基于移动平台的对称式三自由度可负载机械手，其特征是：转向模块通过转向用伺服电机（5042）驱动对称的四杆机构控制两个前轮（4032）实现转向，控制整个移动平台的转向功能，转向模块置于移动平台底板（4029）的最前端。

6.根据权利要求1所述的基于移动平台的对称式三自由度可负载机械手，其特征是：驱动模块通过两个直流电机（4028）驱动两个后轮（4027）旋转，实现整个移动平台的前进；两个直流电机（4028）通过直流电机固定架（5035）固定在移动平台底板（4029）上，两个直流电机对称布置在移动平台的两端。

7.根据权利要求1所述的基于移动平台的对称式三自由度可负载机械手，其特征是：抓取模块通过抓取电机固定板（1013）和上连接板（1011）与升降、横移模块铰接，升降、横移模块通过下连接板（2018）铰接在升降、横移模块支撑板(2017)上，升降、横移模块支撑板(2017)下端与过度板（3024）通过过度板用铜柱 （3020）和过度板用支撑架（3025）固定在一起；过度板（3024）固定在伺服电机帽（3023）上，整个机械手部分通过旋转电机用固定板（3022）和旋转电机用铜柱（3020）固定在移动平台底板（4029）上。