CN208179541U - 一种圆柱凸轮-平面沟槽凸轮式步进驱动型机械手 - Google Patents

Abstract

本实用新型一种圆柱凸轮‑平面沟槽凸轮式步进驱动型机械手，输入主轴安装在安装座上，第一平面沟槽凸轮、圆柱凸轮和第二平面沟槽凸轮装配在输入主轴上；第一平面沟槽凸轮通过从动件与横杆一端连接，第二平面沟槽凸轮通过从动件与横杆另一端连接，两从动件分别与固定的两升降滑轨滑动连接，保证将两平面沟槽凸轮的周期性旋转转化为机械手的周期性升降(纵向)运动；圆柱凸轮通过从动件与运动分解块连接，运动分解块与固定的两进退滑轨滑动连接，输出杆与运动分解块连接；输出杆与横杆连接且能够相对横杆横向滑动；故圆柱凸轮通过带动运动分解块沿进退滑轨做周期性进退(横向)运动，进而带动输出杆以及外接的机械手沿着横杆做周期性进退运动。

Description

一种圆柱凸轮-平面沟槽凸轮式步进驱动型机械手

技术领域

本实用新型涉及一种机械传动机械手，特别涉及一种圆柱凸轮-平面沟槽凸轮式步进驱动型机械手。

背景技术

主动件作常规不间断的输入运动时，输出执行件作定周期性的动作循环，这样的机构称之为步进机构。它在众多自动化生产线中得到广泛的使用，用来满足进退、制动、分度等工作。为了能够实现这种运动，设计人员采用多种驱动方式的步进驱动型机械手，常见的三类有：气(液)压驱动的机械手、电机驱动的机械手及凸轮驱动的机械手。采用哪种方式由实际应用工作情况决定。

气动装置在气动动作结束时冲击较大，并且气缸装置的生产速度不能太高。此外，气缸装置工作效率低下，能量利用率很低。伺服电机具有强大的适应性与可变性。

凸轮机构结构紧凑，可靠性高，可以实现高速自动化，且凸轮机构可以获得平稳的运动，当速度改变时也可以保持同步。凸轮机构的动作行程、同步和运动特性是不变的，无论负荷发生了多少的变化，其运动状态一般是不会发生变化的。

凸轮式机械手为纯机械传动控制，正确的工作曲面可保证其与主机的动作步调保持一致，因此大大提高了整套机器的安全性和工作节奏性。并且很适用于从动件作间歇运动的场合。因此在机床、纺织机械、轻工机械、印刷机械、机电一体化装配中大量应用。

在专利CN205572425U中，杨芙莲提出了圆柱式凸轮驱动的机械手设计方案，其中传动系统共有三根轴，再加一对圆柱凸轮机构增大了机械手的体积，并且动力转递环节较多会造成一定误差，降低整套设备的运动稳定性和运动精度。

实用新型内容

本实用新型目的在于提供一种圆柱凸轮-平面沟槽凸轮式步进驱动型机械手，对于升降或进退平移运动，都有两个导向装置或导轨，充分保证了运动稳定性，提高了运动精度；同时结构紧凑，将三个凸轮都装在一个主轴上，使设备体积大为缩减。

本实用新型是通过以下技术方案来实现：

一种圆柱凸轮-平面沟槽凸轮式步进驱动型机械手，包括安装座、第一平面沟槽凸轮、圆柱凸轮、第二平面沟槽凸轮、输入主轴、第一升降滑轨、横杆、第一进退滑轨、第二进退滑轨、输出杆、第二升降滑轨以及与输出杆连接的机械手；

输入主轴安装在安装座上，第一平面沟槽凸轮、圆柱凸轮和第二平面沟槽凸轮装配在输入主轴上；第一平面沟槽凸轮和第二平面沟槽凸轮背对背安装并且轮廓曲线相同；

第一平面沟槽凸轮通过第一从动件与横杆的一端连接，第二平面沟槽凸轮通过第二从动件与横杆的另一端连接，第一从动件和第二从动件分别与固定在安装座上的第一升降滑轨和第二升降滑轨滑动连接；输出杆与横杆连接且能够相对横杆横向滑动，横杆的轴向与输入主轴的方向平行；

圆柱凸轮通过第三从动件与运动分解块连接，运动分解块与固定在安装座上的第一进退滑轨和第二进退滑轨滑动连接，且第一进退滑轨和第二进退滑轨的轴向与输入主轴的轴向平行；输出杆与运动分解块连接且能够相对运动分解块纵向滑动。

优选的，第一从动件包括第一推杆，第二从动件包括第二推杆；第一平面沟槽凸轮上端与第一推杆的一端连接，第一推杆的另一端与横杆的一端连接；第二平面沟槽凸轮上端与第二推杆的一端连接，第二推杆的另一端与横杆的另一端连接。

进一步的，第一推杆一端装有第一平面沟槽凸轮滚子，第一平面沟槽凸轮滚子能够在第一平面沟槽凸轮中滚动，第一推杆的另一端与横杆的一端固定连接；第二推杆一端装有第二平面沟槽凸轮滚子，第二平面沟槽凸轮滚子能够在第二平面沟槽凸轮中滚动，第二推杆的另一端与横杆的另一端固定连接。

进一步的，第一推杆通过第一升降滑块与第一升降滑轨连接，第二推杆通过第二升降滑块与第二升降滑轨连接。

优选的，第三从动件包括U型连接板，圆柱凸轮与U型连接板的U型底部连接，U型连接板的U型开口端夹持固定运动分解块。

进一步的，U型连接板的U型底部装有一个圆柱凸轮滚子，圆柱凸轮滚子能够在圆柱凸轮中滚动。

优选的，输出杆通过滑轨和滑块与横杆连接，滑轨固定设置在横杆上，滑块安装在滑轨上，滑块上固定设置输出杆。

优选的，第一平面沟槽凸轮、圆柱凸轮和第二平面沟槽凸轮依次装配在输入主轴上。

进一步的，输出杆沿纵向从运动分解块中穿过。

进一步的，安装座为箱体。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益的技术效果：

本实用新型的圆柱凸轮-平面沟槽凸轮式步进驱动型机械手，通过平面沟槽凸轮和圆柱凸轮分别组成凸轮式往复直线运动机构来向前传递动力和运动，采用两个平面沟槽凸轮通过对推杆的推动实现与推杆固定的横杆的直线升降(纵向)运动，进而实现与横杆连接的输出杆及与输出杆连接的机械手的直线升降运动；并且输出杆安装在运动分解块内可以相对滑动，采用圆柱凸轮通过从动件驱动运动分解块做进退(横向)平移，从而运动分解块带动输出杆做直线进退运动，外接在输出杆上的机械手便做同样的进退运动。进退运动与升降运动通过有规律的运动组合使机械手实现“提升-前进-下降-后退”定周期性的运动。在输出杆做进退运动时，横杆与进退滑轨一起导向，保证了进退运动的稳定性和精度；输出杆做升降运动时，第一升降滑轨、第二升降滑轨一起导向，保证了升降运动的稳定性和精度。同时结构紧凑，将3个凸轮都装在一个输入主轴上，使设备体积大为缩减；并且平面沟槽凸轮与圆柱凸轮都是直动型滚子从动件凸轮，所以承载能力很强，并且设计的结构比较简单，设备整体体积也较小。

进一步的，输出杆与滑块固定连接，滑块又滑动连接在滑轨上，进而输出杆可沿着滑轨做直线进退运动。滑轨固定在横杆上，横杆与进退滑轨相平行，则在输出杆做进退运动时，滑轨与进退滑轨一起导向，保证进退运动的稳定性和精度。

进一步的，输出杆从运动分解块中穿过，能进一步保证升降运动的稳定性。

附图说明

图1为本实用新型卧倒放置轴测图。

图2为本实用新型工作位置主视图。

其中：1-箱体，2-第二平面沟槽凸轮，3-圆柱凸轮，4-第一平面沟槽凸轮，5-左侧箱盖，6-轴承端盖，7-输入主轴，8-第一平面沟槽凸轮滚子，9-第一推杆，10-第一升降滑块，11-第一升降滑轨，12-横杆，13-滑轨，14-滑块，15-第一进退滑轨，16-第二进退滑轨，17-输出杆，18-输出端口，19-上箱盖，20-运动分解块，21-U型连接板，22-圆柱凸轮滚子，23-第二升降滑轨，24-第二升降滑块，25-第二推杆，26-第二平面沟槽凸轮滚子。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。但不应将此理解为本实用新型上述主题的范围仅限于以下实施例，凡基于上述实用新型内容所实现的技术均属于本实用新型的范围。

参见图1、图2，本实用新型所述的圆柱凸轮-平面沟槽凸轮式步进驱动型机械手，包括安装座、第二平面沟槽凸轮2、圆柱凸轮3、第一平面沟槽凸轮4、左侧箱盖5、轴承端盖6、输入主轴7、第一平面沟槽凸轮滚子8、第一推杆9、第一升降滑块10、第一升降滑轨11、横杆12、滑轨13、滑块14、第一进退滑轨15、第二进退滑轨16、输出杆17、上箱盖19、运动分解块20、U型连接板21、圆柱凸轮滚子22、第二升降滑轨23、第二升降滑块24、第二推杆25、第二平面沟槽凸轮滚子26以及与输出杆17外接的机械手。

输入主轴7通过轴承安装在安装座上，轴承外圈安装轴承端盖6。第二平面沟槽凸轮2、圆柱凸轮3和第一平面沟槽凸轮4通过键连接依次装配在输入主轴7上。第二平面沟槽凸轮2和第一平面沟槽凸轮4背对背安装并且轮廓曲线完全一样。

第一推杆9为第一平面沟槽凸轮4的从动件，第一推杆9后端装有第一平面沟槽凸轮滚子8，第一平面沟槽凸轮滚子8能够在第一平面沟槽凸轮4中滚动，第一推杆9的前端与横杆12的一端固定连接，横杆12轴向与输入主轴7的轴向平行。同时第一推杆9固定于第一升降滑块10上，第一升降滑块10又连接于第一升降滑轨11上，第一升降滑轨11通过螺钉固定在安装座上，所以第一推杆9只能沿着第一升降滑轨11在升降方向做直线运动。

第二推杆25为第二平面沟槽凸轮2的从动件，第二推杆25后端装有第二平面沟槽凸轮滚子26，第二平面沟槽凸轮滚子26能够在第二平面沟槽凸轮2中滚动，第二推杆25前端与横杆12的另一端固定连接，同时第二推杆25固定于第二升降滑块24上，第二升降滑块24又连接于第二升降滑轨23上，第二升降滑轨23通过螺钉固定在安装座上，所以第二推杆25只能沿着第二升降滑轨23在升降方向做直线运动。

第一平面沟槽凸轮4和第二平面沟槽凸轮2、第一平面沟槽凸轮滚子8和第二平面沟槽凸轮滚子26、第一推杆9和第二推杆25、第一升降滑块10和第二升降滑块24、第一升降滑轨11和第二升降滑轨23的形状与尺寸分别对应一致，并且安装位置左右对称。

所以第一推杆9在第一平面沟槽凸轮4驱动下做升降直线运动，第二推杆25在第二平面沟槽凸轮2驱动下做升降直线运动，从而第一推杆9和第二推杆25共同推动横杆12做升降直线运动，横杆12上固定设置滑轨13，滑轨13上连接滑块14，滑块14上固定输出杆17。横杆12通过滑块14带动输出杆17也做升降直线运动，并且输出杆17的位移与横杆12或者第一推杆9或者第二推杆25的位移一样，输出杆17带动外接的机械手做升降直线运动。

圆柱凸轮3、圆柱凸轮滚子22和U型连接板21组成从动件做往复直线运动的圆柱凸轮机构。U型连接板21为圆柱凸轮3的从动件，U型连接板21的U型底部装有一个圆柱凸轮滚子22，圆柱凸轮滚子22可以在圆柱凸轮3中滚动。横杆12和滑轨13从U型连接板21的U型开口内穿过。U型连接板21的U型开口端夹持固定有运动分解块20，运动分解块20上穿设第一进退滑轨15和第二进退滑轨16，第一进退滑轨15和第二进退滑轨16的两端均通过螺钉固定在安装座上，且第一进退滑轨15和第二进退滑轨16的轴向与输入主轴7的轴向平行。U型连接板21在圆柱凸轮3驱动下拖动运动分解块20做往复直线进退运动，因而圆柱凸轮3的旋转运动便转换为运动分解块20的往复直线进退运动。输出杆17从运动分解块20中穿过，且与运动分解块20滑动连接，运动分解块20可沿着第一进退滑轨15和第二进退滑轨16做直线进退运动，因而运动分解块20又带动输出杆17做往复直线进退运动，输出杆17带动外接的机械手做同样的往复直线进退运动。

输出杆17穿过运动分解块20的中心，与运动分解块20滑动连接，所以输出杆17既可以穿过运动分解块20做直线升降运动，也可以被运动分解块20带动着做直线进退运动。输出杆17与滑块14固定连接，滑块14又滑动连接在滑轨13上，进而输出杆17可沿着滑轨13做直线进退运动。滑轨13固定在横杆12上，横杆12与第一进退滑轨15或16相平行，保证了输出杆17进退运动的实现。

输出杆做升降运动时，第一升降滑轨11、第二升降滑轨23一起导向，同时输出杆17从运动分解块20中穿过，保证了升降运动的稳定性。

本实例中，安装座为箱体1，箱体1的上箱盖19和左侧箱盖5是可以打开的，除输出杆17部分伸出箱体1外，其他部件均位于箱体1内，箱体1上有输出端口18，输出杆17从输出端口18中穿出，与机械手连接。

本实用新型的工作原理为：外部电机通过输入主轴7驱动第二平面沟槽凸轮2和第一平面沟槽凸轮4及圆柱凸轮3旋转，第二平面沟槽凸轮2和第一平面沟槽凸轮4在第一升降滑轨11和第二升降滑轨23的导向作用下分别推动第二推杆25和第一推杆9做直线升降运动，从而实现推动与第二推杆25和第一推杆9固定连接的横杆12、横杆12上的滑轨13、滑轨13上的滑块14的直线升降运动，滑块14与输出杆17固定连接，进而实现输出杆17及其外接的机械手的直线升降运动；同时，输出杆17安装在运动分解块20内且可以相对运动分解块20纵向滑动，通过圆柱凸轮3驱动从动件U型连接板21做往复直线进退运动，U型连接板21带动运动分解块20做间歇性进退平移，从而运动分解块20在第一进退滑轨15和第二进退滑轨16的导向作用下带动输出杆17做直线进退运动，外接在输出杆17上的机械手便做同样的进退运动。以此实现外接机械手的升降和进退运动。

进退运动与升降运动通过有规律的运动组合使机械手实现“提升-前进-下降-后退”定周期性的运动：其中圆柱凸轮3的动程角(推程角、回程角)分别与两个平面沟槽凸轮的两段停歇角相等，且初始相位分别对应一致；圆柱凸轮3的两段停歇角分别与两个平面沟槽凸轮的动程角(推程角、回程角)相等，且初始相位分别对应一致。

本实用新型通过凸轮联合动作及后续构件的运动转换，来实现机械手臂的升降直动与进退直动运动组合。由凸轮的廓线形成机械手的复合运动并对其进行控制，而凸轮曲线是根据机械手的动作要求设计给定的。本实用新型通过平面沟槽凸轮和圆柱凸轮3分别组成凸轮式往复直线运动机构来向前传递动力和运动：两个平面沟槽凸轮通过对推杆的推动实现与推杆固定的横杆12、横杆12上的滑轨13、滑轨13上的滑块14的直线升降运动，进而实现输出杆17及其外接的机械手的直线升降运动；圆柱凸轮3驱动从动件U型连接板21，使运动分解块20做进退平移，从而分解块20带动输出杆17做直线进退运动，外接在输出杆17上的机械手便做同样的进退运动。进退运动与升降运动通过有规律的运动组合使机械手实现“提升-前进-下降-后退”定周期性的运动。

本实用新型采用平面沟槽凸轮与圆柱凸轮3相结合进行驱动，它具有运动稳定、结构简单、承载能力强、操作简单等独特优点，本设计对于升降或进退平移运动，都有两个导向装置或导轨，充分保证了运动稳定性；同时结构紧凑，将3个凸轮都装在一个主轴上，使设备体积大为缩减；并且平面沟槽凸轮与圆柱凸轮3都是直动型滚子从动件凸轮，所以承载能力很强，并且设计的结构比较简单，设备整体体积也较小。此外，圆柱凸轮的制造成本和加工难度都比弧面凸轮低。

Claims (10)

1.一种圆柱凸轮-平面沟槽凸轮式步进驱动型机械手，其特征在于，包括安装座、第一平面沟槽凸轮(4)、圆柱凸轮(3)、第二平面沟槽凸轮(2)、输入主轴(7)、第一升降滑轨(11)、横杆(12)、第一进退滑轨(15)、第二进退滑轨(16)、输出杆(17)、第二升降滑轨(23)以及与输出杆(17)连接的机械手；

输入主轴(7)安装在安装座上，第一平面沟槽凸轮(4)、圆柱凸轮(3)和第二平面沟槽凸轮(2)装配在输入主轴(7)上；第一平面沟槽凸轮(4)和第二平面沟槽凸轮(2)背对背安装并且轮廓曲线相同；

第一平面沟槽凸轮(4)通过第一从动件与横杆(12)的一端连接，第二平面沟槽凸轮(2)通过第二从动件与横杆(12)的另一端连接，第一从动件和第二从动件分别与固定在安装座上的第一升降滑轨(11)和第二升降滑轨(23)滑动连接；输出杆(17)与横杆(12)连接且能够相对横杆(12)横向滑动，横杆(12)的轴向与输入主轴(7)的轴向平行；

圆柱凸轮(3)通过第三从动件与运动分解块(20)连接，运动分解块(20)与固定在安装座上的第一进退滑轨(15)和第二进退滑轨(16)滑动连接，且第一进退滑轨(15)和第二进退滑轨(16)的轴向与输入主轴(7)的轴向平行；输出杆(17)与运动分解块(20)连接且能够相对运动分解块(20)纵向滑动。

2.根据权利要求1所述的圆柱凸轮-平面沟槽凸轮式步进驱动型机械手，其特征在于，第一从动件包括第一推杆(9)，第二从动件包括第二推杆(25)；第一平面沟槽凸轮(4)上端与第一推杆(9)的一端连接，第一推杆(9)的另一端与横杆(12)的一端连接；第二平面沟槽凸轮(2)上端与第二推杆(25)的一端连接，第二推杆(25)的另一端与横杆(12)的另一端连接。

3.根据权利要求2所述的圆柱凸轮-平面沟槽凸轮式步进驱动型机械手，其特征在于，第一推杆(9)一端装有第一平面沟槽凸轮滚子(8)，第一平面沟槽凸轮滚子(8)能够在第一平面沟槽凸轮(4)中滚动，第一推杆(9)的另一端与横杆(12)的一端固定连接；第二推杆(25)一端装有第二平面沟槽凸轮滚子(26)，第二平面沟槽凸轮滚子(26)能够在第二平面沟槽凸轮(2)中滚动，第二推杆(25)的另一端与横杆(12)的另一端固定连接。

4.根据权利要求2所述的圆柱凸轮-平面沟槽凸轮式步进驱动型机械手，其特征在于，第一推杆(9)通过第一升降滑块(10)与第一升降滑轨(11)连接，第二推杆(25)通过第二升降滑块(24)与第二升降滑轨(23)连接。

5.根据权利要求1所述的圆柱凸轮-平面沟槽凸轮式步进驱动型机械手，其特征在于，第三从动件包括U型连接板(21)，圆柱凸轮(3)与U型连接板(21)的U型底部连接，U型连接板(21)的U型开口端夹持固定运动分解块(20)。

6.根据权利要求5所述的圆柱凸轮-平面沟槽凸轮式步进驱动型机械手，其特征在于，U型连接板(21)的U型底部装有一个圆柱凸轮滚子(22)，圆柱凸轮滚子(22)能够在圆柱凸轮(3)中滚动。

7.根据权利要求1所述的圆柱凸轮-平面沟槽凸轮式步进驱动型机械手，其特征在于，输出杆(17)通过滑轨(13)和滑块(14)与横杆(12)连接，滑轨(13)固定设置在横杆(12)上，滑块(14)安装在滑轨(13)上，滑块(14)上固定设置输出杆(17)。

8.根据权利要求1所述的圆柱凸轮-平面沟槽凸轮式步进驱动型机械手，其特征在于，第一平面沟槽凸轮(4)、圆柱凸轮(3)和第二平面沟槽凸轮(2)依次装配在输入主轴(7)上。

9.根据权利要求8所述的圆柱凸轮-平面沟槽凸轮式步进驱动型机械手，其特征在于，输出杆(17)沿纵向从运动分解块(20)中穿过。

10.根据权利要求1所述的圆柱凸轮-平面沟槽凸轮式步进驱动型机械手，其特征在于，安装座为箱体(1)。