CN205238050U - 一种四自由度机械手 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种四自由度机械手，包括从上往下依次设置的小车、支架和抓手，支架水平设置；支架和小车之间设置有用于带动小车在支架上移动的前后行程机构以及左右行程机构；小车上安装有竖直且能够上下伸缩的伸缩装置，伸缩装置穿过支架；抓手的上端连接用于控制抓手张合的气压缸，气压缸连接用于带动气压缸和抓手旋转的旋转步进电机，旋转步进电机连接在伸缩装置的底部。本实用新型中抓手能够前后移动、左右移动、上下移动和旋转，实现了四自由度移动，增强了本实用新型的自由性和灵活性，且调节方便，利于抓手在气压缸的作用下进行张合，以准确抓取放置在不同位置的货物，适用范围广。

Description

一种四自由度机械手

【技术领域】

本实用新型涉及工业机械手技术领域，尤其涉及一种四自由度机械手。

【背景技术】

一般的包装企业，运输、搬运物体都需要大量的劳动人员，并且效率低；随着我国经济技术的发展，机械手在生产应用中变得越来越重要，在很多的工业技术领域可以代替人的很大的劳动强度，实现生产自动化。目前的工业机械手大多都采用关节臂机械手，其机构较复杂，且体积较大，在某些小空间中使用不方便甚至无法使用；而且维修较为复杂，成本高。

【发明内容】

本实用新型的目的在于克服现有技术中存在的问题，提供一种四自由度机械手，能够实现四自由度移动，体积小，且便于维护。

为了达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

包括从上往下依次设置的小车、支架和抓手，支架水平设置；支架和小车之间设置有用于带动小车在支架上移动的前后行程机构以及左右行程机构；小车上安装有竖直且能够上下伸缩的伸缩装置，伸缩装置穿过支架；抓手的上端连接用于控制抓手张合的气压缸，气压缸连接用于带动气压缸和抓手旋转的旋转步进电机，旋转步进电机连接在伸缩装置的底部。

进一步地，前后行程机构安装在左右行程机构的上侧。

进一步地，支架的左右两侧分别设置左右行程开关；左右行程机构的前后两侧分别设置前后行程开关。

进一步地，前后行程机构包括两根并排的横梁、两块前后滑板和竖直的前后行程步进电机，其中，小车固定安装在两根横梁的上侧；两根横梁的下侧同时连接前后滑板，形成第一矩形框架结构；前后滑板并排安装在左右行程机构上且能够在左右行程机构的上侧前后滑动；前后行程步进电机固定安装在一块前后滑板上，且前后行程步进电机的输出轴上套接第一齿轮；第一齿轮位于前后滑板的下侧，且与小车齿条相啮合，小车齿条固定安装在左右行程机构的侧边上。

进一步地，左右行程机构包括两根纵梁、两块左右滑板和竖直的左右行程步进电机，两根纵梁的上侧分别设置第一导轨连接前后滑板，两根纵梁的下侧同时连接左右滑板，形成第二矩形框架结构；左右滑板的下侧安装在支架上且能够在支架上左右滑动；左右行程步进电机固定安装在一块左右滑板上，且左右行程步进电机的输出轴上套接第二齿轮，第二齿轮与支架齿条相啮合，支架齿条安装在支架的侧边上。

进一步地，伸缩装置包括相连的螺母和丝杠，螺母连接用于带动螺母旋转的升降步进电机，丝杠的底部连接旋转步进电机。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益的技术效果：

本实用新型中将抓手安装在气压缸上，气压缸通过旋转步进电机安装在伸缩装置的底部，伸缩装置安装在小车上，通过设置前后行程机构以及左右行程机构，能够带动小车以及抓手在支架上前后移动以及左右移动；伸缩装置通过旋转步进电机和气压缸带动抓手上下移动；同时旋转步进电机能够带动气压缸和抓手旋转，从而实现抓手的四自由度移动，大大增强了本实用新型的自由性和灵活性，且调节方便，更利于抓手在气压缸的作用下进行张合，以准确抓取放置在不同位置的货物，有效提高工作效率；本实用新型结构简单，便于维护；体积小，适用范围广，尤其是小型包装企业。

进一步地，本实用新型通过设置左右行程开关和前后行程开关，防止小车和抓手由于出现故障而掉落下来，降低损失。

进一步地，本实用新型中前后行程机构和左右行程机构均为齿轮和齿条啮合结构，运动精度高，使用寿命长。

进一步地，本实用新型中的伸缩装置采用螺母丝杠结构，运动精度高。

【附图说明】

图1为本实用新型的主视图；

图2为图1中A处的局部放大图；

图3为本实用新型的局部后视图；

图4为本实用新型的右视图；

图5为本实用新型伸缩装置剖面结构示意图。

图中标记：1、支架；2、左右行程开关；3、支架齿条；4、小车齿条；5、齿轮；6、伸缩装置；7、左右行程步进电机；8、抓手；9、气压缸；10、前后行程开关；11、上下行程开关；12、升降步进电机；13、前后行程步进电机；14、旋转步进电机；15、小车；16、螺母；17、轴承；18、丝杠；19、横梁；20、前后滑板；21、纵梁；22、左右滑板。

【具体实施方式】

下面结合附图对本实用新型做进一步详细说明。

如图1至图4所示，本实用新型包括从上往下依次设置的小车15、支架1和抓手8，支架1水平设置；支架1和小车15之间设置有用于带动小车15在支架1上移动的前后行程机构以及左右行程机构，前后行程机构安装在左右行程机构的上侧；小车15上安装有竖直的伸缩装置6，伸缩装置6穿过支架1；抓手8的上端连接用于控制抓手8张合的气压缸9，气压缸9连接用于带动气压缸9和抓手8旋转的旋转步进电机14，旋转步进电机14连接在伸缩装置6的底部。

前后行程机构包括两根并排的横梁19、两块前后滑板20和竖直的前后行程步进电机13，其中，小车15固定安装在两根横梁19的上侧；两根横梁19的下侧同时连接前后滑板20，形成第一矩形框架结构；左右行程机构包括两根纵梁21、两块左右滑板22和竖直的左右行程步进电机7，两根纵梁21的上侧分别设置第一导轨，两根纵梁21的下侧同时连接左右滑板22，形成第二矩形框架结构。

前后滑板20的底部分别安装有两个第一滑块，第一滑块设置第一凹槽且分别安装在两根纵梁21的第一导轨上，因此前后滑板20能够在两根纵梁21的上侧前后滑动；前后行程步进电机13固定安装在一块前后滑板20上，且前后行程步进电机13的输出轴上套接第一齿轮5；第一齿轮5位于前后滑板20的下侧，且与小车齿条4相啮合，小车齿条4固定安装在一根纵梁21的侧边上。

左右滑板22的下侧分别安装有两个第二滑块，第二滑块设置第二凹槽，支架1的上侧安装有和第二凹槽相配合的第二导轨，左右滑板22安装在支架1上，因此左右滑板22能够在支架1上左右滑动；左右行程步进电机7固定安装在一块左右滑板22上，且左右行程步进电机7的输出轴上套接第二齿轮，第二齿轮与支架齿条3相啮合，支架齿条3安装在支架1的侧边上。

支架1的左右两侧分别设置左右行程开关2，左右行程机构的纵梁21上前后两侧分别设置前后行程开关10。小车15上安装有控制伸缩装置6移动轨迹的上下行程开关11，保障伸缩装置6的安全。

参见图5，伸缩装置6包括外壳和螺母16，外壳固定在小车15上，外壳上固定安装升降步进电机12，升降步进电机12连接螺母16且能够带动螺母16旋转，螺母16通过轴承17连接丝杠18，轴承17用来支撑和固定丝杠18，丝杠18套接在外壳内且底部延伸至外壳的外部，丝杠18的底部连接旋转步进电机14。

伸缩装置6是依靠升降步进电机12带动螺母16旋转，进而带动丝杠18完成升降运动。左右行程步进电机7、前后行程步进电机13、升降步进电机12、旋转步进电机14都是通过设定的程序来完成动作的，气压缸9通过压力传感器和视觉传感器来完成抓手8抓取和放开动作，保证物品完好无缺的码垛到指定的位置。

本实用新型主要的工作过程及原理：本实用新型依靠前后行程步进电机13驱动与小车齿条4啮合的第一齿轮5，从而实现小车15以及抓手8的前后移动。通过设置左右行程步进电机7驱动与支架齿条3啮合的第二齿轮，从而实现小车15以及抓手8的左右移动。抓手8安装在气压缸9上，利用丝杠18和螺母16的进给运动，实现气压缸9和抓手8的上下移动。通过安装在气压缸9上的旋转步进电机14来驱动气压缸9和抓手8旋转，可以抓取不同方向的物体，从而实现抓手8的四自由度移动。

抓手8在气压缸9的驱动下能够实现张合动作，可以实现抓取和放置物体的动作要求。支架1和左右行程机构的两端都安装有行程开关，可以防止小车15和抓手8由于出现故障而掉落下来，进而降低损失。

本实用新型适用于以PLC为主控制的自动控制方式、机器视觉定位探测技术，采用PLC自动控制方式和视觉扑捉技术相结合的方法，实现机械手的全自动码垛，在PLC的控制下准确的抓取物体，能够节省大量的人力劳动，工作时，由摄像头采集物品的图像信息，把图像信号转化成电信号传输到控制系统，控制系统控制左右行程步进电机7、前后行程步进电机13移动小车15，使小车15停在物体的正上方，接着控制系统控制升降步进电机12上下移动抓手8，同时依靠摄像机传输过来的信息分析并使旋转步进电机14旋转到适当的角度，这样一来，控制系统控制气压缸9完成抓取物体的过程。抓取后，控制系统控制左右行程步进电机7、前后行程步进电机13反方向控制抓手8移动，同时升降步进电机12也反方向旋转使抓手8提升到一定高度，使抓手8运转到码垛区，根据摄像头传输过来的图像实时的控制各个步进电机，控制抓手8到指定的位置，气压缸9完成动作，松开物体，完成码垛过程。

本实用新型采用了四自由度的抓手8，能够在机器视觉和PLC的控制下，实现对放置在不同位置的物体的准确抓取，提高了工作效率，同时降低了工人的劳动强度，实现全自动码垛的工作要求；采用气压驱动抓手8的张合，大大增强了本实用新型的自由性和灵活性；本实用新型采用了齿轮齿条啮合机构来驱动，并且利用丝杠螺母实现抓手8的升降运动，使抓手8的运动精度大大提高，同时齿轮齿条的使用寿命比较长，延长了本实用新型定期检修的时间。

Claims (6)

1.一种四自由度机械手，其特征在于，包括从上往下依次设置的小车(15)、支架(1)和抓手(8)，支架(1)水平设置；支架(1)和小车(15)之间设置有用于带动小车(15)在支架(1)上移动的前后行程机构以及左右行程机构；小车(15)上安装有竖直且能够上下伸缩的伸缩装置(6)，伸缩装置(6)穿过支架(1)；抓手(8)的上端连接用于控制抓手(8)张合的气压缸(9)，气压缸(9)连接用于带动气压缸(9)和抓手(8)旋转的旋转步进电机(14)，旋转步进电机(14)连接在伸缩装置(6)的底部。

2.根据权利要求1所述的一种四自由度机械手，其特征在于，前后行程机构安装在左右行程机构的上侧。

3.根据权利要求2所述的一种四自由度机械手，其特征在于，支架(1)的左右两侧分别设置左右行程开关(2)；左右行程机构的前后两侧分别设置前后行程开关(10)。

4.根据权利要求1或2所述的一种四自由度机械手，其特征在于，前后行程机构包括两根并排的横梁(19)、两块前后滑板(20)和竖直的前后行程步进电机(13)，其中，小车(15)固定安装在两根横梁(19)的上侧；两根横梁(19)的下侧同时连接前后滑板(20)，形成第一矩形框架结构；前后滑板(20)并排安装在左右行程机构上且能够在左右行程机构的上侧前后滑动；前后行程步进电机(13)固定安装在一块前后滑板(20)上，且前后行程步进电机(13)的输出轴上套接第一齿轮(5)；第一齿轮(5)位于前后滑板(20)的下侧，且与小车齿条(4)相啮合，小车齿条(4)固定安装在左右行程机构的侧边上。

5.根据权利要求4所述的一种四自由度机械手，其特征在于，左右行程机构包括两根纵梁(21)、两块左右滑板(22)和竖直的左右行程步进电机(7)，两根纵梁(21)的上侧分别设置第一导轨连接前后滑板(20)，两根纵梁(21)的下侧同时连接左右滑板(22)，形成第二矩形框架结构；左右滑板(22)的下侧安装在支架(1)上且能够在支架(1)上左右滑动；左右行程步进电机(7)固定安装在一块左右滑板(22)上，且左右行程步进电机(7)的输出轴上套接第二齿轮，第二齿轮与支架齿条(3)相啮合，支架齿条(3)安装在支架(1)的侧边上。

6.根据权利要求1所述的一种四自由度机械手，其特征在于，伸缩装置(6)包括相连的螺母(16)和丝杠(18)，螺母(16)连接用于带动螺母(16)旋转的升降步进电机(12)，丝杠(18)的底部连接旋转步进电机(14)。