CN205734910U - 三维卡爪式机器人机械手机构 - Google Patents

Abstract

三维卡爪式机器人机械手机构，包括机架，机架上设有旋转工作台，旋转工作台上方设有直线工作台，旋转工作台上表面设有滚珠丝杠，直线工作台上表面中心设有基座，基座上表面设有第一机械臂，第一机械臂上端设有第二机械臂，第二机械臂下端连接有机械手；机械手包括第二伸缩缸和第二伸缩臂，第二伸缩缸的外壁固定连接有三根连接杆，每根连接杆的下部均开设有安装槽，每个安装槽内通过铰轴铰接有一根卡爪；卡爪包括呈一体结构的夹持臂和夹持杆，夹持臂上端一体设有齿轮。本实用新型操作简便、夹持稳固、结构紧凑、工作稳定、能够稳固地夹持表面为光滑曲面的物件、安全可靠性强、能够自由旋转并且可伸缩调节。

Description

三维卡爪式机器人机械手机构

技术领域

本实用新型属于机械动力装置技术领域，尤其涉及一种三维卡爪式机器人机械手机构。

背景技术

机械手是一种模拟人手操作的自动机械，它可按固定程序抓取、搬运物件或操持工具完成某些特定操作。应用机械手可以代替人从事单调、重复或繁重的体力劳动，实现生产的机械化和自动化，或代替人在有害环境下的手工操作，改善劳动条件，保证人身安全。现有技术中，机械手主要由手部机构和运动机构组成，手部机构随使用场合和操作对象的不同，常见的有夹持、托持和吸附等类型，运动机构一般有液压、气动、电气装置驱动，机械手可独立地实现伸缩、旋转和升降等运动，一般有2-3个自由度。目前，机械手已经广泛应用与工业生产等领域。现有机械手的手部机构多为两个卡爪组成的平面机构，只能抓取物件的两个面，抓取物件时容易出现抓取不牢固，易脱落的现象，特别是对于表面为光滑曲面的物件，如光滑的圆柱体，采用平面的手部机构难以夹持，存在安全隐患，抓取物件的工作效率低，而且结构复杂，装置不够灵活。

实用新型内容

本实用新型为了解决现有技术中的不足之处，提供一种操作简便、夹持稳固、结构紧凑、工作稳定、能够稳固地夹持表面为光滑曲面的物件、安全可靠性强、能够自由旋转并且可伸缩调节的三维卡爪式机器人机械手机构。

为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：三维卡爪式机器人机械手机构，包括机架，机架上表面通过轴向推力轴承转动连接有旋转工作台，旋转工作台与轴向推力轴承外圈固定连接，机架中心垂直设有第一步进电机，第一步进电机的输出轴向上穿出机架上表面中心，第一步进电机的输出轴上端套设有轴套，轴套上端与旋转工作台下表面固定连接，旋转工作台上表面两侧分别设有一个滑轨，两个滑轨水平设置并相互平行，旋转工作台上方设有直线工作台，直线工作台下表面两侧均固定连接有与滑轨相对应的滑块，滑块上开设有与滑轨滑动配合的滑槽，旋转工作台上表面边沿中部设有位于两个滑轨之间第一支撑架，第一支撑架连接有第二步进电机，第二步进电机的输出轴伸入第一支撑架并通过联轴器传动连接有水平设置的滚珠丝杠，滚珠丝杠与滑轨相平行，直线工作台下表面设有与滚珠丝杠相对应的固定块，滚珠丝杠与固定块螺纹连接，直线工作台上表面中心设有基座，基座上表面设有第二支撑架，第二支撑架上设有第三步进电机，第三步进电机的输出轴上固定连接有第一机械臂，第一机械臂上端设有第三支撑架，第三支撑架上设有第四步进电机，第四步进电机的输出轴上固定连接有第二机械臂，第二机械臂包括与第四步进电机输出轴固定连接的第一伸缩缸和同轴向滑动连接在第一伸缩缸内腔中的第一伸缩臂，第一伸缩缸上开设有第一进油口和第一出油口,第一进油口和第一出油口均与第一伸缩缸内腔顶部相连通，第一进油口和第一出油口相对设置，第一伸缩臂下端连接有机械手；

机械手包括第二伸缩缸和沿轴向滑动连接在第二伸缩缸内腔中的第二伸缩臂，第二伸缩缸上端与第一伸缩臂下端相连接，第一伸缩缸、第一伸缩臂、第二伸缩缸和第二伸缩臂位于同一轴线上，第二伸缩缸上部开设有第二进油口和第二出油口，第二进油口和第二出油口均与第二伸缩缸内腔相连通，第二进油口和第二出油口相对设置，第二伸缩臂的自由端固定连接有连接块，第二伸缩缸的外壁沿圆周方向均匀间隔固定连接有三根连接杆，三根连接杆均朝下向外倾斜设置，每根连接杆的下部均开设有安装槽，每个安装槽内通过铰轴铰接有一根卡爪；卡爪包括呈一体结构的夹持臂和夹持杆，夹持杆上端与夹持臂下端相连，夹持臂呈圆弧状结构并且圆弧向外突出，夹持臂上端一体设有齿轮，齿轮插设在安装槽内，铰轴穿过齿轮中心；齿轮外沿与连接块接触，连接块外壁与齿轮外沿接触处对应设置为齿条状结构，齿轮与齿条状结构相啮合。

基座和第二机械臂之间设有支撑液压缸，支撑液压缸包括活塞杆和缸体，活塞杆上端与第二机械臂上端部铰接，缸体底端与基座上表面铰接。

所述夹持杆的内侧面为夹持面，夹持面设置为锯齿状结构。

采用上述技术方案，本实用新型具有如下优点：

1、本实用新型的机械手采用三根卡爪夹取物件，在空间上形成三维结构，针对表面为光滑曲面的物体，可以方便快捷地夹取，提高了工作效率，并且夹取稳固，避免发生安全事故；每根卡爪的夹持杆的夹持面均设置为锯齿状结构使得夹取物件更加稳固，避免出现物件脱落的情况，使得工作更加稳定。

2、本实用新型通过控制第一步进电机带动旋转工作台旋转，通过控制第二步进电机带动滚珠丝杠转动，滚珠丝杠与直线工作台上的固定块螺纹连接，直线工作台通过滑轨沿旋转工作台直线滑动，工作使用时操作人员通过控制第一步进电机和第二步进电机相结合，从而将机械手调整到合适的位置；通过控制第三步进电机转动带动第一机械臂转动，通过控制第四步进电机转动带动第二机械臂转动，第一机械臂和第二机械臂相配合实现机械手的升降；采用步进电机将电脉冲信号转变为角位移或线位移，在非超载的情况下，步进电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，当步进电机接收到一个脉冲信号，它就会按设定的方向转动一个固定的角度，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的，可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的，同时可以通过控制脉冲频率来控制步进电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。

3、本实用新型采用液压驱动形式，通过液压油泵控制第一伸缩缸内进油或出油使得第一伸缩臂在第一伸缩缸内沿轴向上下滑动，从而带动机械手的伸缩，通过液压油泵控制第二伸缩缸内进油或出油使得第二伸缩臂在第二伸缩缸内沿轴向上下滑动，具有重量轻、体积小、操纵方便快捷等特点。

4、本实用新型的机械手在夹取物件时，控制伸缩臂沿轴向向下滑动，并带动连接块向下移动，由于三根卡爪的齿轮对应与连接块上的齿条状结构相啮合，连接块向下移动使得齿轮通过铰轴发生转动，从而使得三根卡爪张开，然后使待夹取的物件位于三根卡爪的夹持杆之间，此时，控制伸缩臂沿轴向向上滑动，连接块向上移动，带动齿轮通过铰轴反向转动，带动三根卡爪合拢，从而使得三根卡爪的夹持杆夹紧物件；调整第一机械臂、第二机械臂、旋转工作台及直线工作台，将机械手旋转调整到预定的位置，再次控制伸缩臂沿轴向向下滑动，连接块向下移动，带动齿轮转动，使得三根卡爪张开，从而放下物件；采用上述装置，结构紧凑，操作便捷，可以实现快速稳定地夹取物件，提高了工作效率。

附图说明

图1是本实用新型的主视结构示意图；

图2是本实用新型的左视结构示意图；

图3是图1中A处的放大图；

图4是图2中B处的放大图；

图5是本实用新型中机械手的结构示意图。

具体实施方式

如图1-5所示，本实用新型的三维卡爪式机器人机械手机构，包括机架1，机架1上表面通过轴向推力轴承2转动连接有旋转工作台3，旋转工作台3与轴向推力轴承2外圈固定连接，机架1中心垂直设有第一步进电机4，第一步进电机4的输出轴向上穿出机架1上表面中心，第一步进电机4的输出轴上端套设有轴套5，轴套5上端与旋转工作台3下表面固定连接，旋转工作台3上表面两侧分别设有一个滑轨6，两个滑轨6水平设置并相互平行，旋转工作台3上方设有直线工作台7，直线工作台7下表面两侧均固定连接有与滑轨6相对应的滑块8，滑块8上开设有与滑轨6滑动配合的滑槽，旋转工作台3上表面边沿中部设有位于两个滑轨6之间第一支撑架9，第一支撑架9连接有第二步进电机10，第二步进电机10的输出轴伸入第一支撑架9并通过联轴器11传动连接有水平设置的滚珠丝杠12，滚珠丝杠12与滑轨6相平行，直线工作台7下表面设有与滚珠丝杠12相对应的固定块13，滚珠丝杠12与固定块13螺纹连接，直线工作台7上表面中心设有基座14，基座14上表面设有第二支撑架15，第二支撑架15上设有第三步进电机16，第三步进电机16的输出轴上固定连接有第一机械臂17，第一机械臂17上端设有第三支撑架18，第三支撑架18上设有第四步进电机19，第四步进电机19的输出轴上固定连接有第二机械臂，第二机械臂包括与第四步进电机19输出轴固定连接的第一伸缩缸20和同轴向滑动连接在第一伸缩缸20内腔中的第一伸缩臂21，第一伸缩缸20上开设有第一进油口22和第一出油口23,第一进油口22和第一出油口23均与第一伸缩缸20内腔顶部相连通，第一进油口22和第一出油口23相对设置，第一伸缩臂21下端连接有机械手24；

机械手24包括第二伸缩缸25和沿轴向滑动连接在第二伸缩缸25内腔中的第二伸缩臂26，第二伸缩缸25上端与第一伸缩臂21下端相连接，第一伸缩缸20、第一伸缩臂21、第二伸缩缸25和第二伸缩臂26位于同一轴线上，第二伸缩缸25上部开设有第二进油口27和第二出油口28,第二进油口27和第二出油口28均与第二伸缩缸25内腔相连通，第二进油口27和第二出油口28相对设置，第二伸缩臂26的自由端固定连接有连接块29，第二伸缩缸25的外壁沿圆周方向均匀间隔固定连接有三根连接杆30，三根连接杆30均朝下向外倾斜设置，每根连接杆30的下部均开设有安装槽31，每个安装槽31内通过铰轴32铰接有一根卡爪；卡爪包括呈一体结构的夹持臂33和夹持杆34，夹持杆34上端与夹持臂33下端相连，夹持臂33呈圆弧状结构并且圆弧向外突出，夹持臂33上端一体设有齿轮35，齿轮35插设在安装槽31内，铰轴32穿过齿轮35中心；齿轮35外沿与连接块29接触，连接块29外壁与齿轮35外沿接触处对应设置为齿条状结构36，齿轮35与齿条状结构36相啮合。

基座14和第二机械臂之间设有支撑液压缸，支撑液压缸包括活塞杆37和缸体38，活塞杆37上端与第二机械臂上端部铰接，缸体38底端与基座14上表面铰接。

所述夹持杆34的内侧面为夹持面，夹持面设置为锯齿状结构39。

本实用新型的工作过程为：通过控制第一步进电机4带动旋转工作台3旋转，根据需要调整到合适的位置，然后通过控制第二步进电机10带动滚珠丝杠12转动，滚珠丝杠12与直线工作台7上的固定块13螺纹连接，直线工作台7通过滑轨6沿旋转工作台3直线滑动，滚珠丝杠12转动带动直线工作台7滑动并根据需要调整到合适的位置，通过控制第三步进电机16转动带动第一机械臂17转动，通过控制第四步进电机19转动带动第二机械臂转动，第一机械臂17和第二机械臂相配合实现机械手24的升降；将第一伸缩缸20的第一进油口22和第一出油口23分别通过油管与液压油泵相连通，将第二伸缩缸25的第二进油口27和第二出油口28分别通过油管与液压油泵相连通，通过液压油泵控制第一伸缩缸20内进油或出油使得第一伸缩臂21在第一伸缩缸20内沿轴向上下滑动，从而带动机械手24的伸缩，通过液压油泵控制第二伸缩缸25内进油或出油使得第二伸缩臂26在第二伸缩缸25内沿轴向上下滑动。夹取物件时，控制伸缩臂沿轴向向下滑动，并带动连接块29向下移动，由于三根卡爪的齿轮35对应与连接块29上的齿条状结构36相啮合，连接块29向下移动使得齿轮35通过铰轴32发生转动，从而使得三根卡爪张开，然后使待夹取的物件位于三根卡爪的夹持杆34之间，此时，控制伸缩臂沿轴向向上滑动，连接块29向上移动，带动齿轮35通过铰轴32反向转动，带动三根卡爪合拢，从而使得三根卡爪的夹持杆34夹紧物件；调整第一机械臂17、第二机械臂、旋转工作台3及直线工作台7，将机械手24旋转调整到预定的位置，再次控制伸缩臂沿轴向向下滑动，连接块29向下移动，带动齿轮35转动，使得三根卡爪张开，从而放下物件。

本实施例并非对本实用新型的形状、材料、结构等作任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本实用新型技术方案的保护范围。

Claims (3)

1.三维卡爪式机器人机械手机构，其特征在于：包括机架，机架上表面通过轴向推力轴承转动连接有旋转工作台，旋转工作台与轴向推力轴承外圈固定连接，机架中心垂直设有第一步进电机，第一步进电机的输出轴向上穿出机架上表面中心，第一步进电机的输出轴上端套设有轴套，轴套上端与旋转工作台下表面固定连接，旋转工作台上表面两侧分别设有一个滑轨，两个滑轨水平设置并相互平行，旋转工作台上方设有直线工作台，直线工作台下表面两侧均固定连接有与滑轨相对应的滑块，滑块上开设有与滑轨滑动配合的滑槽，旋转工作台上表面边沿中部设有位于两个滑轨之间第一支撑架，第一支撑架连接有第二步进电机，第二步进电机的输出轴伸入第一支撑架并通过联轴器传动连接有水平设置的滚珠丝杠，滚珠丝杠与滑轨相平行，直线工作台下表面设有与滚珠丝杠相对应的固定块，滚珠丝杠与固定块螺纹连接，直线工作台上表面中心设有基座，基座上表面设有第二支撑架，第二支撑架上设有第三步进电机，第三步进电机的输出轴上固定连接有第一机械臂，第一机械臂上端设有第三支撑架，第三支撑架上设有第四步进电机，第四步进电机的输出轴上固定连接有第二机械臂，第二机械臂包括与第四步进电机输出轴固定连接的第一伸缩缸和同轴向滑动连接在第一伸缩缸内腔中的第一伸缩臂，第一伸缩缸上开设有第一进油口和第一出油口,第一进油口和第一出油口均与第一伸缩缸内腔顶部相连通，第一进油口和第一出油口相对设置，第一伸缩臂下端连接有机械手；

机械手包括第二伸缩缸和沿轴向滑动连接在第二伸缩缸内腔中的第二伸缩臂，第二伸缩缸上端与第一伸缩臂下端相连接，第一伸缩缸、第一伸缩臂、第二伸缩缸和第二伸缩臂位于同一轴线上，第二伸缩缸上部开设有第二进油口和第二出油口，第二进油口和第二出油口均与第二伸缩缸内腔相连通，第二进油口和第二出油口相对设置，第二伸缩臂的自由端固定连接有连接块，第二伸缩缸的外壁沿圆周方向均匀间隔固定连接有三根连接杆，三根连接杆均朝下向外倾斜设置，每根连接杆的下部均开设有安装槽，每个安装槽内通过铰轴铰接有一根卡爪；卡爪包括呈一体结构的夹持臂和夹持杆，夹持杆上端与夹持臂下端相连，夹持臂呈圆弧状结构并且圆弧向外突出，夹持臂上端一体设有齿轮，齿轮插设在安装槽内，铰轴穿过齿轮中心；齿轮外沿与连接块接触，连接块外壁与齿轮外沿接触处对应设置为齿条状结构，齿轮与齿条状结构相啮合。

2.根据权利要求1所述的三维卡爪式机器人机械手机构，其特征在于：基座和第二机械臂之间设有支撑液压缸，支撑液压缸包括活塞杆和缸体，活塞杆上端与第二机械臂上端部铰接，缸体底端与基座上表面铰接。

3.根据权利要求1或2所述的三维卡爪式机器人机械手机构，其特征在于：所述夹持杆的内侧面为夹持面，夹持面设置为锯齿状结构。