CN209966137U - 一种多自由度机械手 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于机械技术领域，具体涉及一种多自由度机械手，所述多自由度机械手包括：一个万向轮底座；一个竖向运动组件，所述竖向运动组件包括一个支架外壳、一个滚珠丝杠组件及一个步进电机，所述支架外壳固定在所述万向轮底座上，所述滚珠丝杠组件及步进电机固定在所述支架外壳上，所述步进电机提供所述滚珠丝杠组件中滑块座竖向方向移动的动力；一个旋转夹持组件，所述旋转夹持组件包括一个回转气缸及一个夹持装置，所述回转气缸固定在所述滑块座上，并所述回转气缸的输出端连接所述夹持装置，所述夹持装置用于收缩夹持重物。

Description

一种多自由度机械手

技术领域

本实用新型属于机械技术领域，具体涉及一种多自由度机械手。

背景技术

机械手是工业机器人最早的产生形式，它可代替人类完成各种各样的生产活动，也能使生产更加机械化和自动化，还能在特殊环境下操作为人类安全提供保障，因此它广泛的应用于制造业、冶金业以及核能等领域，随着我国经济的腾飞，它作为一种工业生产中十分重要的工具，对其技术的不断更新也变得越来越重要。

机器人的一个非常重要的分支就是机械手,它的特色是能够通过PLC或单片机来控制完成各类预期的任务,在构件和性能上同时具备人类和机械各自的长出，它特别体现了人的适应性的特点。机械手在结构上主要由手部结构和运动机构两部分构成，手部结构用于抓东西，基于这个东西的外形、质量、材料以及它的作业要求而有多样的构造形式，运动机构的伸缩、旋转、起落等独立运动的方式，叫做机械手的自由度，要采用几个自由度，在完成机械手的设计时需要提前拟定好。可以说机械手是人类科技进步的产物，它能代表当代社会先进劳动工具，一个国家的社会发展的水平也能通过机械手的发展水平来体现。正因为这些原因,机械手的发展越来越受到各个国家的重视。

随着城市化进程的加速，各类环境污染问题加重，人们的生活水平的保健意识持续提高，饮用水的健康要求成重点关注对象，大部分人更愿意去选择“水家电”,水家电中人们生活中最常见的便是饮水机，饮水机的使用能提高人们的生活质量，在这其中，家用饮水机也在日常生活中扮演了一个越来越重要的角色，人们主要有以下几个方面的考虑：第一，目前水资源的严重污染，人们尤为关注饮用水的健康，第二，市场等于购买人、购买欲望、购买力加在一起，我国庞大的人口基数也为饮水机市场提供了大量的消费者，第三，生活质量的提高让人们对饮水的态度和目的发生变化，所以目前，饮水机已经是千家万户普遍选用的家用电器，这种电器能实现对桶装水的降温升温，极大程度方便了人们的日常生活。

于是，桶装水的替换成为了人们日常事务，此饮水机的换水完全需要人力抬高替换，这就给人们造成了极大的不便，尤其对于力气不够大的老人、女士、孩子来说。即便是有足够的力气，安装起来也需要让桶口对准饮水机口，安装过程也极易造成矿泉水的洒出，桶口若是没有对准进水柱，会造成进水柱外泄，从而直接导致饮水机的损坏，因此现有的桶装水人力替换方式存在很大的问题亟待解决。

实用新型内容

为了有效解决上述问题，本实用新型提供一种多自由度机械手。

本实用新型的具体技术方案如下：一种多自由度机械手，所述多自由度机械手包括：

一个万向轮底座；

一个竖向运动组件，所述竖向运动组件包括一个支架外壳、一个滚珠丝杠组件及一个步进电机，所述支架外壳固定在所述万向轮底座上，所述滚珠丝杠组件及步进电机固定在所述支架外壳上，所述步进电机提供所述滚珠丝杠组件中滑块座竖向方向移动的动力；

一个旋转夹持组件，所述旋转夹持组件包括一个回转气缸及一个夹持装置，所述回转气缸固定在所述滑块座上，并所述回转气缸的输出端连接所述夹持装置，所述夹持装置用于收缩夹持重物。

进一步地，所述滚珠丝杠组件包括一个丝杠、一个所述滑块座；

所述支架外壳一侧面内凹形成一个轨道槽，在所述轨道槽的两端分别固定设置有一个上固定座及一个下固定座，并所述上、下固定座垂直固定在所述轨道槽槽内底侧面上，并相互对应设置；

所述上固定座相反于下固定座的一侧面固定所述步进电机，所述丝杠一端固定在步进电机的输出端上，另一端固定在下固定座上；

所述滑块座设置在所述丝杠上。

进一步地，在所述丝杠的两侧分别设置一个限位支杆，所述限位支杆的两端分别固定在所述上、下固定座。

进一步地，所述滑块座具有一个中心轴向贯穿孔，及对称设置在所述中心轴向贯穿孔两侧的轴向定位孔，所述中心轴向贯穿孔内设置有钢球及用于钢球通过的弯管；

所述轴向定位孔用于所述限位支杆通过，所述中心轴向贯穿孔用于配合所述丝杠使用。

进一步地，所述夹持装置包括一个夹持平台、两个夹持杆、两个传动杆，及一个活塞动力杆；

所述夹持平台的两端分别铰接两个所述夹持杆的一端，所述夹持杆的另一端相对应的侧面上分别设置夹持手指部；在两个所述夹持杆相互对应侧面的中间位置处上分别铰接两个所述传动杆的一端，两个所述传动杆的另一端铰接在所述活塞动力杆的一端上，所述活塞动力杆的另一端连接在所述夹持平台内的单作用气缸；

所述单作用气缸的输出端置于所述夹持平台铰接两个所述夹持杆的中间位置处。

进一步地，所述夹持平台整体截面呈“T”字型结构，并两个所述夹持杆的一端分别铰接所述夹持平台“T”字结构。

进一步地，所述夹持手指部整体呈“V”型机构。

进一步地，在所述轨道槽内设置有一个条状底层固定板，所述条状底层固定板自上至下贴覆固定在所述轨道槽内，并所述上固定座及下固定座固定固定在所述条状底层固定板上。

进一步地，所述万向轮底座包括一个底座盘、至少三个底座支腿，所述底座支腿均匀设置在所述底座盘的外周侧，具体为所述底座支腿一端连接在所述底座盘上，所述底座支腿的另一端下侧面设置有可转动方向的滚轮。

本实用新型的有益效果为：

本实用新型所提供的一种多自由度机械手能够实现对桶装水进行定位加紧、稳定提升、翻转180°，缓慢下降装置，松开机械手等一系列动作，同时本实用新型所提供的装置各个零(部)件之间动作协调，并无相互干涉；

本实用新型所提供的装置能够方便省力，无需人力抬高替换桶装水，只需要将桶装水放置于地面，即可通过辅助装置完成饮水机的换水工作。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构示意图；

图2为本实用新型的另一整体结构示意图；

图3为本实用新型万向轮底座的结构示意图；

图4为本实用新型竖向运动组件的结构示意图；

图5为本实用新型滑块座的结构示意图；

图6为本实用新型滑块座的内部剖视图；

图7为本实用新型夹持装置的俯视图；

图8为本实用新型夹持装置的立体示意图；

图9为本实用新型单作用气缸的电路控制图；

图10为本实用新型回转气缸的电路控制图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，并不限定本实用新型的应用范围，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据这些附图将本实用新型应用于其他类似场景；

如本说明书和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词语并非特指单数，也可以包括复数。一般来说，术语“包括”或“包含”仅提示包括已明确标识的步骤和元素，而这些步骤和元素不构成一个排它性的罗列，方法或者设备也可能包含其它的步骤或元素。术语“基于”是“至少部分地基于”。术语“一个实施例”表示“至少一个实施例”；术语“另一实施例”表示“至少一个另外的实施例”。

如图1所示，为本实用新型提供的一种多自由度机械手的整体结构示意图，所述多自由度机械手包括一个万向轮底座1、一个竖向运动组件2、一个旋转夹持组件3；

如图2、3所示，所述万向轮底座1包括一个底座盘11、至少三个底座支腿12，所述底座支腿12均匀设置在所述底座盘11的外周侧，具体为所述底座支腿12一端连接在所述底座盘11上，所述底座支腿12的另一端下侧面设置有可转动方向的滚轮13，通过至少三个的所述底座支腿12对所述底座盘11进行支撑；

所述底座盘11可以为原型盘状结构或其他形状结构，并不做具体限定；

在其他一个实施例中，所述底座支腿12数量为三个，并三个所述底座支腿12均匀相互之间成120°角分布；

在其他一个实施例中，所述底座支腿12数量为四个，并四个所述底座支腿12实现两两相互对应设置，并优选为任意一相邻支腿之间的角度为90°。

在其他一个实施例中，所述底座支腿12铰接在所述底座盘11的外周侧，并提供一个限定锁止结构，用于对所述底座支腿12进行定位锁止，实现所述底座支腿12可收缩或展开，在所述底座支腿12展开状态时为使用状态，在所述底座支腿12收缩状态时为存放状态，亦可理解为非使用状态；

如图4所示，所述竖向运动组件2包括一个支架外壳21、一个滚珠丝杠组件22及一个步进电机23；

所述支架外壳21采用铝合金外壳，并所述支架外壳21一侧面内凹形成一个轨道槽210，所述支架外壳21一端竖直固定在所述底座盘11上，所述轨道槽210在所述支架外壳21自上至下形成；

并在所述轨道槽210的上下两端分别固定上固定座211及下固定座212，所述上固定座211及所述下固定座212垂直固定在所述轨道槽210槽内底侧面上；

在所述上固定座211及下固定座212之间固定有两个限位支杆 213，两个所述限位支杆213可以理解为沿着所述轨道槽210方向铺设在所述轨道槽210内；

在其他实施例中，还提供一个条状底层固定板214，所述条状底层固定板214自上至下贴覆固定在所述轨道槽210内，并所述上固定座211及下固定座212固定固定在所述条状底层固定板214上；

所述滚珠丝杠组件22包括一个丝杠221及一个滑块座222，在所述上固定座211中心处设置有一个贯穿通孔2110，在所述下固定座212中心处内凹形成一个固定凹腔2120，所述丝杠221一端固定在所述固定凹腔2120内，并固定在所述固定凹腔2120的所述丝杠 221该端可在所述固定凹腔2120内进行转动，采用深沟球轴承固定在所述固定凹腔2120内，所述丝杠221的另一端延伸出所述贯穿通孔2110，并在所述上固定座211相反于所述下固定座212的方向上固定所述步进电机23，所述步进电机23连接所述丝杠221贯穿所述贯穿通孔2110的该端，所述步进电机23提供带动所述丝杠221转动的动力；

具体可以理解为所述丝杠221的上端与所述步进电机23连接，所述丝杠221的下端固定，及所述丝杠221布置在两个所述限位支杆 213之间；

如图5所示，所述滑块座222设置在所述丝杠221上，并所述滑块座222具有一个中心轴向贯穿孔2221，及对称设置在所述中心轴向贯穿孔2221两侧的轴向定位孔2222，在所述中心轴向贯穿孔2221 内设置钢球、及用于对钢球通过的弯管；

具体可以理解为：所述滑块座222采用回流管螺母，具体为采用将钢球按照弯管式循环方式设置；

如图6所示，为了实现本实用新型的具体技术效果，所述回流管螺母包括一个螺母基体4，在所述螺母基体4的内部设置有多个钢球 40，并钢40球内部设置有相应的配合钢球通过的弯管41，及用于固定弯管41的压板42，并在所述螺母基体4的两端设置迷宫式密封圈43，用于对所述螺母基体4进行密封。

所述丝杠221贯穿通过所述中心轴向贯穿孔2221，两个所述限位支杆213贯穿通过所述轴向定位孔2222，所述步进电机23通过在顶部带动所述丝杠221转动后，带动所述滑块座222进行在竖向方向上移动，所述限位支杆213及所述轴向定位孔2222共同作用对滑块座222进行轴向精准定位，能够灵活上下滑动；

如图7、8所示，所述旋转夹持组件3包括包括一个回转气缸31、一个夹持装置，所述回转气缸31固定在所述滑块座222上，具体为固定在所述滑块座222相反于轨道槽210底面的侧面上，所述回转气缸31相反于所述滑块座222的一侧面上具有一个旋转端，所述夹持装置固定连接在所述旋转端上；

所述夹持装置包括一个夹持平台32、两个夹持杆33、两个传动杆34、及一个活塞动力杆35；

所述夹持平台32整体截面呈“T”字型结构，并所述两个夹持杆 33的一端分别铰接在所述夹持平台32“T”字结构上处在同一直线上的两端；所述两个夹持杆33的另一端相对一侧分别设置“V”型夹持手指部330；

并在所述两个夹持杆33相互对应的侧面的中间位置处上分别铰接两个所述传动杆34的一端，所述传动杆34的另一端共同铰接在所述活塞动力杆35的一端上，在其他实施例中，所述活塞动力杆35的该端上可固定一个活动块350，并所述活动块350的两端分别与两个所述传动杆34铰接；

在所述夹持平台32内部设置有一个单作用气缸，所述单作用气缸的输出端固定连接所述活塞动力杆35的另一端，并所述单作用气缸的伸缩方向与所述“T”字型结构的同一直线上的两端的平面相互垂直；

所述旋转夹持组件3的回转气缸31带动所述夹持平台32转动，可实现180°的转动，所述单作用气缸的通过带动所述活塞动力杆35 进行伸缩动作后，带动夹持杆33的加紧或松弛动作，进而实现对水桶的夹持；

本实用新型的工作原理为：将桶装水放置于平坦地面上，控制步进电机23进行正反转，带动丝杠221顺时针或逆时针的转动，使得滑块座222以及固定在滑块座222上面的旋转夹持组件3做竖直方向上的移动，调节旋转夹持组件3至适合的高度，推动整个机械装置，让旋转夹持组件3处在水桶中间水平位置，启动单作用气缸，使得活塞动力杆35缩回，夹持杆33将水桶加紧，对桶装水水桶造成轻微形变，使得之后提升水桶不至于滑落，完成加紧动作后，启动步进电机 23，控制步进电机23正转，滑块座222以及与其相连的夹持装置缓慢上升，达到合适位置后，控制步进电机23停止运动，然后启动与夹持装置的回转气缸31，回转气缸31带动夹持装置完成旋转180°的动作，可以理解为将水桶翻转180°；翻转完成后，人为推动整个机械装置向饮水机进水口移动，要求水桶出水口对准饮水机进水口，才能让放置过程中顺利完成，放置水桶的动作依然是通过对步进电机 23的控制来实现，步进电机23带动丝杠221转动，使得与螺母座相连的夹持装置缓慢下降，随着夹持装置的下降，饮水机导水柱会戳破桶装水的塑料封盖，一直到水桶出水口完成进入饮水机的进水口，按下停止按钮，此时安装完成，接下来控制单作用气缸完成释放夹持装置的活塞动力杆35的动作，让夹持装置与水桶及饮水机完全脱离，最后控制步进反转，使得滑块座222以及相连的夹持装置缓慢下降，当下降到合适位置后，按下停止按钮，将整个机械装置归位，恢复初始工作状态，方便下一次使用。

为了实现上述的工作动作，本实用新型的步进电机23、回转气缸31及单作用气缸均通过连接线连接至一个控制板，所述控制板可固定设置在机械装置的壳体上，也可以通过无线连接一个外置的移动终端，通过移动终端进行控制，并本实用新型在相应的步进电机23、回转气缸31、及单作用气缸均预留有接线插口或接线端。

本实用新型所提供的单作用气缸采用如图9的控制电路，及本实用新型所提供的回转气缸采用了如图10的控制电路。

所述控制板在附图中未示出，所述控制板可以采用现有技术中能够实现控制信号输出的信号线即可，或其他能够实现控制的均可，在此不做具体限定。

Claims (9)

1.一种多自由度机械手，其特征在于，所述多自由度机械手包括：

一个万向轮底座；

一个竖向运动组件，所述竖向运动组件包括一个支架外壳、一个滚珠丝杠组件及一个步进电机，所述支架外壳固定在所述万向轮底座上，所述滚珠丝杠组件及步进电机固定在所述支架外壳上，所述步进电机提供所述滚珠丝杠组件中滑块座竖向方向移动的动力；

一个旋转夹持组件，所述旋转夹持组件包括一个回转气缸及一个夹持装置，所述回转气缸固定在所述滑块座上，并所述回转气缸的输出端连接所述夹持装置，所述夹持装置用于收缩夹持重物。

2.根据权利要求1所述的一种多自由度机械手，其特征在于，所述滚珠丝杠组件包括一个丝杠、一个所述滑块座；

所述支架外壳一侧面内凹形成一个轨道槽，在所述轨道槽的两端分别固定设置有一个上固定座及一个下固定座，并所述上、下固定座垂直固定在所述轨道槽槽内底侧面上，并相互对应设置；

所述上固定座相反于下固定座的一侧面固定所述步进电机，所述丝杠一端固定在步进电机的输出端上，另一端固定在下固定座上；

所述滑块座设置在所述丝杠上。

3.根据权利要求2所述的一种多自由度机械手，其特征在于，在所述丝杠的两侧分别设置一个限位支杆，所述限位支杆的两端分别固定在所述上、下固定座。

4.根据权利要求3所述的一种多自由度机械手，其特征在于，所述滑块座具有一个中心轴向贯穿孔，及对称设置在所述中心轴向贯穿孔两侧的轴向定位孔，所述中心轴向贯穿孔内设置有钢球及用于钢球通过的弯管；

所述轴向定位孔用于所述限位支杆通过，所述中心轴向贯穿孔用于配合所述丝杠使用。

5.根据权利要求1所述的一种多自由度机械手，其特征在于，所述夹持装置包括一个夹持平台、两个夹持杆、两个传动杆，及一个活塞动力杆；

所述夹持平台的两端分别铰接两个所述夹持杆的一端，所述夹持杆的另一端相对应的侧面上分别设置夹持手指部；在两个所述夹持杆相互对应侧面的中间位置处上分别铰接两个所述传动杆的一端，两个所述传动杆的另一端铰接在所述活塞动力杆的一端上，所述活塞动力杆的另一端连接在所述夹持平台内的单作用气缸；

所述单作用气缸的输出端置于所述夹持平台铰接两个所述夹持杆的中间位置处。

6.根据权利要求5所述的一种多自由度机械手，其特征在于，所述夹持平台整体截面呈“T”字型结构，并两个所述夹持杆的一端分别铰接所述夹持平台“T”字结构。

7.根据权利要求5所述的一种多自由度机械手，其特征在于，所述夹持手指部整体呈“V”型机构。

8.根据权利要求2所述的一种多自由度机械手，其特征在于，在所述轨道槽内设置有一个条状底层固定板，所述条状底层固定板自上至下贴覆固定在所述轨道槽内，并所述上固定座及下固定座固定固定在所述条状底层固定板上。

9.根据权利要求1所述的一种多自由度机械手，其特征在于，所述万向轮底座包括一个底座盘、至少三个底座支腿，所述底座支腿均匀设置在所述底座盘的外周侧，具体为所述底座支腿一端连接在所述底座盘上，所述底座支腿的另一端下侧面设置有可转动方向的滚轮。

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