CN207747050U - 一种具有z轴升降结构的机械手 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种具有Z轴升降结构的机械手，包括支架、传动链条、移动平台和主动链轮，主动链轮位于传动链条与支架之间，所述的移动平台上设置有A从动链轮；所述的移动平台的下方设置有吸盘组件，所述的吸盘组件包括安装座、安装支架、控制机构和吸盘；所述的控制机构包括A控制机构和行程大于A控制机构的B控制机构。本实用新型的有益效果是：本实用新型能够利用链条链轮实现竖向方向的长距离大重量运输，并且使链轮具备自锁的功能，保证链轮在自重的重力作用下不会发生转动而损坏电机输出轴或发生事故，利用控制机构的行程代替一部分机械手的行程从而起到简化控制、节约能源的作用，能够减小物品降落时受到的冲击，避免产生扬尘。

Description

一种具有Z轴升降结构的机械手

技术领域

本实用新型涉及机械手领域，具体的说，是一种具有Z轴升降结构的机械手。

背景技术

机械手是一种能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。特点是可以通过编程来完成各种预期的作业，构造和性能上兼有人和机械手机器各自的优点。

机械手是最早出现的工业机器人，也是最早出现的现代机器人，它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。

机械手主要由执行机构、驱动机构和控制系统三大部分组成。手部是用来抓持工件（或工具）的部件，根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式，如夹持型、托持型和吸附型等。运动机构，使手部完成各种转动（摆动）、移动或复合运动来实现规定的动作，改变被抓持物件的位置和姿势。运动机构的升降、伸缩、旋转等独立运动方式，称为机械手的自由度。为了抓取空间中任意位置和方位的物体，需有6个自由度。自由度是机械手设计的关键参数。自由度越多，机械手的灵活性越大，通用性越广，其结构也越复杂。一般专用机械手有2～3个自由度。控制系统是通过对机械手每个自由度的电机的控制，来完成特定动作。同时接收传感器反馈的信息，行程稳定的闭环控制。控制系统的核心通常是由单片机或dsp等微控制芯片构成，通过对其编程实现所要功能。

现有技术条件下的机械手在放置物品时，一般有移动物品至与其他物品接触后再松开或移动到其他物品上方即释放而由物品在重力作用下叠放的方式。使物品移动至与其他物品接触使得机械手的行程较大，并且物品容易在机械手的驱动作用下与其他物品发生擦刮，机械手的移动控制需要考虑物品的形状特征、结构特征、精度等因素，导致控制难度较大，编程复杂。仅将物品移动到其他物品上发即释放，使得物品在重力作用下降落，不适用于易碎物品、不能承受冲击的物品等物品的移运。并且物品落地之后会发出较大的噪音，容易产生扬尘。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种具有Z轴升降结构的机械手，用于实现在Z轴方向控制机械手的移动来移运大重量的物品，并且通过减小机械手的行程来降低能耗，避免物品降落时产生扬尘。

本实用新型通过下述技术方案实现：一种具有Z轴升降结构的机械手，包括支架、设置在支架上的传动链条、滑动安装在支架上的移动平台和设置在移动平台上且与传动链条啮合的主动链轮，所述的主动链轮位于传动链条与支架之间，主动链轮圆心与支架的距离大于主动链轮的半径，所述的移动平台上设置有位于主动链轮上方且与传动链条啮合的A从动链轮，所述的A从动链轮与主动链轮分别位于传动链条的两侧；所述的移动平台的下方设置有吸盘组件，所述的吸盘组件包括与支架连接的安装座、设置在安装座上的安装支架、若干个安装在安装支架上且能够实现沿直线方向进行驱动的控制机构和与控制机构传动连接的吸盘；所述的控制机构包括A控制机构和行程大于A控制机构的B控制机构。本方案将传动链条设置在支架上，使传动链条的两端与支架固定连接，利用主动链轮与传动链条的啮合，当主动链轮转动时能够带动移动平台沿着传动链条的长度方向移动。利用A从动链轮能够使传动链条发生弯曲，使传动链条在横向与主动链轮发生接触，从而增加了传动链条与主动链轮的接触长度，以此能够提高传动链条与主动链轮的连接强度，并且增加主动链轮的承重能力。利用A从动链轮还能够张紧传动链条，防止传动链条松动而出现脱链、打滑的现象。利用吸盘抓取货物，再通过驱动机构驱动吸盘移动至合适的位置，利用行程较大的B控制机构驱动被移动物品的一部分优先降落，再解开吸盘对物品的吸取，从而使物品脱离吸盘。控制机构的重量远小于机械手的重量，对于控制机构的驱动比驱动机械手更加容易、所消耗的能量也较少。因而能够利用控制机构的行程代替一部分机械手的行程从而起到简化控制、节约能源的作用。使部分物品优先降落再释放其他部位，能够减小物品降落时受到的冲击，从而降低噪音，避免产生扬尘。尤其适用于大重量袋装粉状物品的移运。

所述的移动平台上设置有位于主动链轮下方且与传动链条啮合的B从动链轮，所述的B从动链轮与主动链轮分别位于传动链条的两侧。以此利用B从动链轮能够张紧主动链轮下方的传动链条，并且使主动链轮下方的传动链条在横向方向与主动链轮接触，从而有利于提高主动链轮的承载能力。

所述的A从动链轮的包角大于或等于90°；B从动链轮的包角大于或等于90°。利用A从动链轮与主动链轮的位置关系能够调节主动链轮的包角，使A从动链轮的包角大于或等于90°，能够增加主动链轮上半部分的包角大小至与A从动链轮的包角相同，从而增加传动链条与主动链轮的接触长度以及连接强度。利用B从动链轮能够张紧主动链轮下方的传动链条，并且使主动链轮下方的传动链条在横向方向与主动链轮接触，从而有利于提高主动链轮的承载能力。

所述的支架上设置有用于安装传动链条的链条槽；所述的链条槽内有用于对传动链条进行限位的限位块。以此使得传动链条呈内嵌式的安装，有利于减小整个装置的占用空间，使结构更加紧凑。利用限位块限制传动链条的位置，避免传动链条随意晃动而出现脱链的风险。

所述的移动平台呈环形分布在支架外侧，移动平台上设置有若干个呈环形分布在支架周围且与支架滚动连接的滚轮；移动平台上设置有驱动链轮转动的链轮驱动机构。由于加工误差的存在会导致移动平台与支架配合精度不高，在移动平台与支架相对滑动时，可能会产生碰撞、晃动，不利于传动链条与主动链轮的啮合传动，利用滚轮与支架连接，有利于避免加工误差对传动链条与主动链轮的啮合传动造成不良影响。

所述的吸盘按阵列均匀分布，B控制机构设置有两个且对角分布。以此便于对物品提供均匀的吸附力，提高物品与吸盘的连接强度，避免物品受力不均而脱落。

安装座与支架之间设置有与支架连接且能够输出转矩的控制箱，所述的控制箱传动连接有转轴，所述的转轴与安装座连接，所述的控制箱传动连接有驱动电机。利用驱动电机能够带动物品作旋转运动，从而有利于调整物品降落或码垛的角度。

所述的控制箱内设置有连接在转轴与驱动电机输出轴之间的皮带。利用皮带能够起到缓冲吸振的作用，避免驱动电机的振动使物品与吸盘松脱。

所述的吸盘为真空吸盘，所述的吸盘上设置有用于与抽真空机连通的真空吸管。以此能够提供较大的吸附力，增加物品与吸盘之间的连接强度。

所述的控制机构采用液压缸、电推缸、气压缸中的一种或多种。以此便于实现吸盘的移动控制。

本实用新型与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

本实用新型能够利用链条链轮实现竖向方向的长距离大重量运输，并且使链轮具备自锁的功能，保证链轮在自重的重力作用下不会发生转动而损坏电机输出轴或发生事故，利用控制机构的行程代替一部分机械手的行程从而起到简化控制、节约能源的作用，使部分物品优先降落再释放其他部位，能够减小物品降落时受到的冲击，从而降低噪音，避免产生扬尘。

附图说明

图1为本方案的结构示意图；

图2为主动链轮的安装示意图；

图3为吸盘组件的结构示意图；

图4为吸盘组件的主视图；

其中11-支架，12-移动平台，13-传动链条，14-主动链轮，15-A从动链轮，16-B从动链轮，17-滚轮，21-驱动电机，22-控制箱，23-皮带，24-转轴，25-安装座，26-安装支架，27-真空吸管，28-吸盘，29-A控制机构，210-B控制机构。

具体实施方式

下面结合实施例对本实用新型作进一步地详细说明，但本实用新型的实施方式不限于此。

实施例1：

如图1、图2所示，本实施例中，一种具有Z轴升降结构的机械手，包括支架11、设置在支架11上的传动链条13、滑动安装在支架11上的移动平台12和设置在移动平台12上且与传动链条13啮合的主动链轮14，所述的主动链轮14位于传动链条13与支架11之间，主动链轮14圆心与支架11的距离大于主动链轮14的半径，所述的移动平台12上设置有位于主动链轮14上方且与传动链条13啮合的A从动链轮15，所述的A从动链轮15与主动链轮14分别位于传动链条13的两侧。

如图3、图4所示，所述的移动平台12的下方设置有吸盘组件，所述的吸盘组件包括与支架11连接的安装座25、设置在安装座25上的安装支架26、若干个安装在安装支架26上且能够实现沿直线方向进行驱动的控制机构和与控制机构传动连接的吸盘28；所述的控制机构包括A控制机构29和行程大于A控制机构29的B控制机构210。

本方案将移动平台12固定，当主动链轮14转动时，通过主动链轮14与传动链条13的啮合传动带动支架11移动，从而利用支架11带动吸盘组件移动，当吸盘组件的吸盘28吸附有货物时，能够带动货物沿着传动链条13的长度方向移动。利用A从动链轮15能够增加主动链轮14与传动链条13的接触长度从而增强主动链轮14与传动链条13的连接强度，并起到防止打滑的作用，能够实现大重量物品的长距离移运。

利用A从动链轮15能够使传动链条13发生弯曲，使传动链条13在横向与主动链轮14发生接触，从而增加了传动链条13与主动链轮14的接触长度，以及在同一时间内主动链轮14与传动链条13完全啮合的齿数，以此能够提高传动链条13与主动链轮14的连接强度，并且增加主动链轮14的承重能力。避免在移动平台12与主动链轮14在自重的作用下，使移动平台12向下移动而驱动主动链轮14通过传动链带动电机主轴扭转变形。利用A从动链轮15还能够起到张紧传动链条13的作用，防止传动链条13松动而出现脱链、打滑的现象。

本实施例中，使移动平台12呈环形分布在支架11周围。即在移动平台12上开孔，使支架11穿过移动平台12上的孔。利用环形的移动平台12能够利用孔与轴的配合关系从圆周方向对移动平台12进行限位，防止移动平台12或支架11发生倾覆。

本实施例中，利用电机作为主动链轮14的动力源。所述的移动平台12上设置有用于支撑主动链轮14的支撑结构，其具体的支撑方式为本领域技术人员的惯用手段，本领域技术人员根据本方案记载的内容能够实现上述效果，此处不对支撑结构的具体结构进行赘述。

本方案利用驱动机构与安装座25传动连接，使驱动机构驱动安装座25带动吸盘28移动，利用吸盘28吸取货物而实现货物的移运。本实施例中，所述的驱动机构为本领域技术人员的惯用手段，其具体结构不作为本方案的改进点，本领域技术人员根据本方案记载的内容能够实现上述效果，此处不对驱动机构的具体结构进行赘述。

当物品被吸盘28携带至所要放置的位置上方，利用行程较大的B控制机构210驱动被移动物品的一部分优先降落至与地面或其他物品接触，再解开吸盘28对物品的吸取，从而使物品在重力的作用下脱离吸盘28。由于物品的一部分已经先触地，因而当整个物品全部放下时，能够减小物品受到的冲击，从而降低噪音，避免产生扬尘。尤其适用于大重量袋装粉状物品的移运。

控制机构的重量远小于机械手的重量，对于控制机构的驱动比驱动机械手更加容易、所消耗的能量也较少。因而能够利用控制机构的行程代替一部分机械手的形成从而起到简化控制、节约能源的作用。

实施例2：

如图2所示，在上述实施例的基础上，本实施例中，所述的移动平台12上设置有位于主动链轮14下方且与传动链条13啮合的B从动链轮16，所述的B从动链轮16与主动链轮14分别位于传动链条13的两侧。利用B从动链轮16能够张紧主动链轮14下方的传动链条13，并且使主动链轮14下方的传动链条13在横向方向与主动链轮14接触，从而有利于提高主动链轮14的承载能力以及自锁性能。所述的移动平台12上设置有用于支撑B从动链轮16的支撑结构，其具体的支撑方式为本领域技术人员的惯用手段，本领域技术人员根据本方案记载的内容能够实现上述效果，此处不对支撑结构的具体结构进行赘述。本实施例中，其他未描述的部分与上述实施例的内容相同，故不赘述。

实施例3：

在上述实施例的基础上，本实施例中，所述的A从动链轮15的包角大于或等于90°；B从动链轮16的包角大于或等于90°。使A从动链轮15的最低点与主动链轮14的最高点齐平即可使A从动链轮15的包角为90°。使A从动链轮15的最低点低于主动链轮14的最高点即可使A从动链轮15的包角大于90°。所述的包角指的是传动链条13与链轮接触弧所对应的圆心角，此处的链轮包括A从动链轮15和主动链轮14。

由此可知，利用A从动链轮15与主动链轮14的位置关系能够调节主动链轮14的包角。同理，利用B从动链轮16与主动链轮14的位置关系能够调节主动链轮14的包角.

使A从动链轮15的包角大于或等于90°，能够增加主动链轮14上半部分的包角大小至与A从动链轮15的包角相同，从而增加传动链条13与主动链轮14的接触长度以及连接强度。此处的上半部分为穿过主动链轮14圆心轴线的水平面将主动链轮14分为上半部分和下半部分。以此有利于提高移动平台12与支架11相对移动时的稳定性以及主动链轮14能够携带的重量。

通过增加主动链轮14下半部分的包角大小至与B从动链轮16的包角相同，能够增加传动链条13与主动链轮14的接触长度以及连接强度。结合A从动链轮15对主动链轮14包角的影响，利用A从动链轮15与B从动链轮16能够使主动链轮14的包角大于或等于180°。使得主动链轮14至少有一半的齿能够与传动链条13完全啮合，从而有利于提高传动链条13与主动链轮14的连接强度以及主动链轮14的承载能力。

所述的移动平台12上设置有用于支撑A从动链轮15的支撑结构，其具体的支撑方式为本领域技术人员的惯用手段，本领域技术人员根据本方案记载的内容能够实现上述效果，此处不对支撑结构的具体结构进行赘述。本实施例中，其他未描述的部分与上述实施例的内容相同，故不赘述。

实施例4：

在上述实施例的基础上，本实施例中，所述的支架11上设置有用于安装传动链条13的链条槽；所述的链条槽内有用于对传动链条13进行限位的限位块。以此使得传动链条13呈内嵌式的安装，有利于减小整个装置的占用空间，使结构更加紧凑。使A从动链轮15与B从动链轮16伸入到链条槽内，在A从动链轮15或B从动链轮16与传动链条13啮合传动时，能够利用A从动链轮15或B从动链轮16将传动链条13压入到链条槽内，防止传动链条13未啮合的部分随意晃动而引发脱链的事故。利用限位块限制传动链条13的位置，避免传动链条13随意晃动而出现脱链的风险。本实施例中，其他未描述的部分与上述实施例的内容相同，故不赘述。

实施例5：

在上述实施例的基础上，本实施例中，所述的移动平台12呈环形分布在支架11外侧，移动平台12上设置有若干个呈环形分布在支架11周围且与支架11滚动连接的滚轮17；移动平台12上设置有驱动链轮转动的链轮驱动机构。由于加工误差的存在会导致移动平台12与支架11配合精度不高，在移动平台12与支架11相对滑动时，可能会产生碰撞、晃动，不利于传动链条13与主动链轮14的啮合传动并产生较大的噪声，利用滚轮17与支架11连接，使滚轮17形成支撑以保持移动平台12位置的固定，有利于避免加工误差对传动链条13与主动链轮14的啮合传动造成不良影响。使链轮驱动机构跟随移动平台12一起移动能够简化传动链。本实施例中，利用电机与减速箱对主动链轮14进行驱动，所述的电机与减速箱设置在移动平台12上。所述的减速箱为本领域技术人员的惯用手段，本领域技术人员根据本方案记载的内容能够实现上述效果，此处不对减速箱的具体结构和设置形式进行赘述。本实施例中，其他未描述的部分与上述实施例的内容相同，故不赘述。

实施例6：

在上述实施例的基础上，本实施例中，所述的吸盘按阵列均匀分布，B控制机构210设置有两个且对角分布。以此便于利用吸盘28对物品提供均匀的吸附力，提高物品与吸盘28的连接强度，使物品的重心与安装座25的重心保持在同一竖直线上，避免物品受力不均而与吸盘28脱落。提高了本方案运输物品时的安全性能。并且在控制物品降落时，使物品对角的部分先降落，再让物品中间的部分落地，以此有利于使物品降落时能够均匀的分散冲击力，减小物品降落时受到的冲击，避免产生扬尘。本实施例中，所述的B控制机构210的数量超过两个也能够实现上述效果。本实施例中，其他未描述的部分与上述实施例的内容相同，故不赘述。

实施例7：

在上述实施例的基础上，本实施例中，安装座25与支架11之间设置有与支架11连接且能够输出转矩的控制箱22，所述的控制箱22传动连接有转轴24，所述的转轴24与安装座25连接，所述的控制箱22传动连接有驱动电机21。利用驱动电机21通过控制箱22向转轴24输出转矩，利用转轴24驱动物品作旋转运动，从而有利于调整物品降落或码垛的角度。本实施例中，其他未描述的部分与上述实施例的内容相同，故不赘述。

实施例8：

在上述实施例的基础上，本实施例中，所述的控制箱22内设置有连接在转轴24与驱动电机21输出轴之间的皮带23。利用皮带能够起到缓冲吸振的作用，避免驱动电机21的振动传递到吸盘28上，导致吸盘28振动而使物品与吸盘28松脱。本实施例中，其他未描述的部分与上述实施例的内容相同，故不赘述。

实施例9：

在上述实施例的基础上，本实施例中，所述的吸盘28为真空吸盘，所述的吸盘28上设置有用于与抽真空机连通的真空吸管27。当吸盘28与物品接触时，利用抽真空机通过真空吸管27对吸盘28与物品之间的空间抽真空，以此能够提供较大的吸附力，增加物品与吸盘28之间的连接强度。本实施例中，其他未描述的部分与上述实施例的内容相同，故不赘述。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型做任何形式上的限制，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，均落入本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种具有Z轴升降结构的机械手，包括支架（11）、设置在支架（11）上的传动链条（13）、滑动安装在支架（11）上的移动平台（12）和设置在移动平台（12）上且与传动链条（13）啮合的主动链轮（14），其特征在于：所述的主动链轮（14）位于传动链条（13）与支架（11）之间，主动链轮（14）圆心与支架（11）的距离大于主动链轮（14）的半径，所述的移动平台（12）上设置有位于主动链轮（14）上方且与传动链条（13）啮合的A从动链轮（15），所述的A从动链轮（15）与主动链轮（14）分别位于传动链条（13）的两侧；所述的移动平台（12）的下方设置有吸盘组件，所述的吸盘组件包括与支架（11）连接的安装座（25）、设置在安装座（25）上的安装支架（26）、若干个安装在安装支架（26）上且能够实现沿直线方向进行驱动的控制机构和与控制机构传动连接的吸盘（28）；所述的控制机构包括A控制机构（29）和行程大于A控制机构（29）的B控制机构（210）。

2.根据权利要求1所述的一种具有Z轴升降结构的机械手，其特征在于：所述的移动平台（12）上设置有位于主动链轮（14）下方且与传动链条（13）啮合的B从动链轮（16），所述的B从动链轮（16）与主动链轮（14）分别位于传动链条（13）的两侧。

3.根据权利要求2所述的一种具有Z轴升降结构的机械手，其特征在于：所述的A从动链轮（15）的包角大于或等于90°；B从动链轮（16）的包角大于或等于90°。

4.根据权利要求1、2、3中任一项所述的一种具有Z轴升降结构的机械手，其特征在于：所述的支架（11）上设置有用于安装传动链条（13）的链条槽；所述的链条槽内有用于对传动链条（13）进行限位的限位块。

5.根据权利要求4所述的一种具有Z轴升降结构的机械手，其特征在于：所述的移动平台（12）呈环形分布在支架（11）外侧，移动平台（12）上设置有若干个呈环形分布在支架（11）周围且与支架（11）滚动连接的滚轮（17）；移动平台（12）上设置有驱动链轮转动的链轮驱动机构。

6.根据权利要求1、2、3、5中任一项所述的一种具有Z轴升降结构的机械手，其特征在于：所述的吸盘（28）按阵列均匀分布，B控制机构（210）设置有两个且对角分布。

7.根据权利要求6所述的一种具有Z轴升降结构的机械手，其特征在于：所述的安装座（25）与支架（11）之间设置有与支架（11）连接且能够输出转矩的控制箱（22），所述的控制箱（22）传动连接有转轴（24），所述的转轴（24）与安装座（25）连接，所述的控制箱（22）传动连接有驱动电机（21）。

8.根据权利要求7所述的一种具有Z轴升降结构的机械手，其特征在于：所述的控制箱（22）内设置有连接在转轴（24）与驱动电机（21）输出轴之间的皮带（23）。

9.根据权利要求1、2、3、5、7、8中任一项所述的一种具有Z轴升降结构的机械手，其特征在于：所述的吸盘（28）为真空吸盘，所述的吸盘（28）上设置有用于与抽真空机连通的真空吸管（27）。

10.根据权利要求9所述的一种具有Z轴升降结构的机械手，其特征在于：所述的控制机构采用液压缸、电推缸、气压缸中的一种或多种。