CN210818658U

CN210818658U - 五轴机械手装置

Info

Publication number: CN210818658U
Application number: CN201921655905.7U
Authority: CN
Inventors: 孔晓武; 苏岚
Original assignee: Wuchuang Zhida Technology Hangzhou Co ltd
Current assignee: Wuchuang Zhida Technology Hangzhou Co ltd
Priority date: 2019-09-30
Filing date: 2019-09-30
Publication date: 2020-06-23
Anticipated expiration: 2029-09-30

Abstract

本实用新型公开了一种五轴机械手装置，包括支撑架和机械手，还包括：Z轴移动机构、X轴移动机构、R轴旋转机构、Y轴移动机构和W轴旋转机构；Z轴移动机构包括：Z轴导轨、Z轴移动部件、第一电机、第一减速机和Z轴齿条；X轴移动机构包括：X轴导轨、第二电机、第二减速机和X轴齿条；R轴旋转机构包括：R轴旋转支架、第三减速机法兰、第三电机和第三减速机；Y轴移动机构包括：Y轴安装板、Y轴导轨、第四电机、第四减速机和Y轴齿条；W轴旋转机构包括：W轴安装架、旋转气缸和W轴固定架。五轴机械手装置能够实现全方位多自由度且高精度点位进行上下料，减少因为机床机构不同造成的大量非标设计量，操作更加简单方便。

Description

五轴机械手装置

技术领域

本实用新型涉及一种五轴机械手装置。

背景技术

传统的机械手大致分为桁架机械手和六关节机械手两种。桁架机械手是一种建立在直角 X，Y，Z三坐标系统基础上，对工件进行工位调整，或实现工件的轨迹运动等功能的全自动工业设备。其控制核心通过工业控制器(如：PLC，运动控制，单片机等)实现。通过控制器对各种输入(各种传感器，按钮等)信号的分析处理，做出一定的逻辑判断后，对各个输出元件(继电器，电机驱动器，指示灯等)下达执行命令，完成X，Y，Z三轴之间的联合运动，以此实现一整套的全自动作业流程。但是这种机械手设计与机床机构特点有很大关系，无法标准化、系列化。同时这样的机械手还存在大量非标设计，成本高、周期长，以及调试安装和实际工作夹取物料对中难度大的问题。

六关节机械手是六个由可360°旋转的基础单元组合而成的空间六杆开链结构机器人。而这样的机械手的肘关节和肩关节轴线是平行的，当大小臂舒展成一直线时，其结构刚度比较低，作业空间大，所需防护面积加大。同时这样的机械手提供的工人可操作空间小，对清理垃圾，更换刀具以及维修造成不方便，成本很高。

实用新型内容

本实用新型提供了一种五轴机械手装置，采用如下的技术方案：

一种五轴机械手装置，包括支撑架和机械手，五轴机械手装置还包括：Z轴移动机构、X 轴移动机构、R轴旋转机构、Y轴移动机构和W轴旋转机构；Z轴移动机构包括：Z轴导轨、Z 轴移动部件、第一电机、第一减速机和Z轴齿条；Z轴导轨支撑于支撑架；Z轴移动部件滑动安装至Z轴导轨；第一电机和第一减速机安装至Z轴移动部件；Z轴齿条固定至Z轴导轨；第一电机的电机轴连接至第一减速机的输入端；第一减速机的输出轴与Z轴齿条啮合；X轴移动机构包括：X轴导轨、第二电机、第二减速机和X轴齿条；X轴导轨滑动连接至Z轴移动部件；第二电机和第二减速机安装至Z轴移动部件；X轴齿条安装至X轴导轨；第二电机的输出轴与X轴齿条啮合；R轴旋转机构包括：R轴旋转支架、第三减速机法兰、第三电机和第三减速机；R轴旋转支架固定至X轴导轨的一端；第三减速机法兰转动连接至R轴旋转支架；第三减速机固定至第三减速机法兰；第三电机固定至第三减速机且第三电机的输出轴连接至第三减速机；第三减速机的输出轴与R轴旋转架啮合；Y轴移动机构包括：Y轴安装板、Y轴导轨、第四电机、第四减速机和Y轴齿条；Y轴安装板固定至第四减速机法兰盘；Y轴导轨滑动连接至Y轴安装板；第四电机和第四减速机安装至Y轴安装板；Y轴齿条安装至Y轴导轨；第四电机的电机轴连接至第四减速机；第四减速机的输出轴与Y轴齿条啮合；W轴旋转机构包括：W轴安装架、旋转气缸和W轴固定架；W轴安装架一端固定至Y轴导轨的一端；旋转气缸一端固定至W轴安装架；W轴固定架旋转连接至旋转气缸的另一端；机械手固定至W轴固定架。

进一步地，X轴导轨、Z轴导轨和Y轴导轨相互垂直。

进一步地，W轴固定架形成有两个安装面；机械手包含两个气缸夹爪；两个气缸夹爪分别安装至两个安装面。

进一步地，两个安装面相互垂直；W轴固定架的旋转轴线与两个安装面的夹角均为45°。

进一步地，W轴固定架的旋转轴线与Y轴导轨的延伸方向的夹角为45°。

进一步地，第三减速机法兰的旋转轴线与Y轴导轨的滑动方向平行。

进一步地，Z轴移动机构还包括Z轴移动拖链和Z轴拖链支架；Z轴拖链支架固定至Z轴导轨且与Z轴导轨平行设置；Z轴移动拖链的两端分别连接至Z轴移动部件和Z轴拖链支架。

进一步地，X轴移动机构还包括X轴移动拖链；X轴移动拖链的两端分别连接至Z轴移动部件和X轴导轨。

进一步地，Y轴移动机构还包括Y轴移动拖链；Y轴移动拖链的两端分别连接至Y轴安装板和Y轴导轨。

进一步地，Y轴安装板固定有Y轴连接件；Y轴移动拖链的两端分别连接至Y轴连接件和 Y轴导轨。

本实用新型的有益之处在于提供的五轴机械手装置采用Z轴移动机构、X轴移动机构、R 轴旋转机构、Y轴移动机构和W轴旋转机构协同控制机械手进行抓取操作，能够实现全方位多自由度且高精度点位进行上下料，减少因为机床机构不同造成的大量非标设计量，操作更加简单方便。同时，这样的结构使得产品能够模式化生产，降低人员成本，增加台班产量。

附图说明

图1是本实用新型的一种五轴机械手装置的示意图；

图2是图1中的五轴机械手装置去除栅栏保护框和货物储藏箱的示意图；

图3是图2中的五轴机械手装置的Z轴移动机构、X轴移动机构、Y轴移动机构和W轴旋转机构的示意图；

图4是图3中的五轴机械手装置的W轴旋转机构的放大图；

图5是图2中的五轴机械手装置的R轴旋转机构的示意图。

五轴机械手装置10，支撑架11，机械手100，气缸夹爪101，Z轴移动机构12，Z轴导轨121，Z轴移动部件122，第一电机(图中未示出)，第一减速机(图中未示出)，Z轴齿条125，Z轴移动拖链126，Z轴拖链支架127，X轴移动机构13，X轴导轨131，第二电机132，第二减速机133，X轴齿条134，X轴移动拖链135，R轴旋转机构14，R轴旋转支架141，第三减速机法兰142，第三电机143，第三减速机144，Y轴移动机构15，Y轴安装板151，Y轴导轨152，第四电机153，第四减速机154，Y轴齿条155，Y轴连接件156，Y轴移动拖链157， W轴旋转机构16，W轴安装架161，旋转气缸162，W轴固定架163，安装面164，栅栏保护框 17，料仓18。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本实用新型作具体的介绍。

如图1至图5所示，一种五轴机械手装置10，包括支撑架11和机械手100，五轴机械手装置10还包括：Z轴移动机构12、X轴移动机构13、R轴旋转机构14、Y轴移动机构15和W 轴旋转机构16。Z轴移动机构12、X轴移动机构13、R轴旋转机构14、Y轴移动机构15和W 轴旋转机构16能够调节机械手100分别在Z轴、X轴、R轴、Y轴和W轴方向上的位置。作为具体的实施方式，本方案中的X轴、Z轴和Y轴相互垂直。

五轴机械手装置10采用Z轴移动机构12、X轴移动机构13、R轴旋转机构14、Y轴移动机构15和W轴旋转机构16协同控制机械手100进行抓取操作，能够实现全方位多自由度且高精度点位进行上下料，减少因为机床机构不同造成的大量非标设计量，操作更加简单方便。同时，这样的结构使得产品能够模式化生产，降低人员成本，增加台班产量。

具体地实施方案如下：

Z轴移动机构12包括：Z轴导轨121、Z轴移动部件122、第一电机、第一减速机和Z轴齿条125。Z轴导轨121支撑于支撑架11。Z轴移动部件122滑动安装至Z轴导轨121。第一电机和第一减速机安装至Z轴移动部件122。Z轴齿条125固定至Z轴导轨121。第一电机的电机轴连接至第一减速机的输入端。第一减速机的输出轴与Z轴齿条125啮合。

具体而言，机械手100连接Z轴移动部件122从而能够跟随Z轴移动部件122沿Z轴导轨121互动进而调节机械手100在Z轴方向上的位置。具体地，第一电机的电机轴带动第一减速机的输出轴进行转动。由于第一减速机的输出轴与Z轴齿条125啮合，Z轴移动部件122 滑动连接至Z轴导轨121且Z轴齿条125固定至Z轴导轨121，所以第一减速机的输出轴在转动时驱动Z轴移动部件122整体沿Z轴导轨121滑动从而能够根据实际需求调节机械手100 在Z轴方向上的位置。

X轴移动机构13包括：X轴导轨131、第二电机132、第二减速机133和X轴齿条134。 X轴导轨131滑动连接至Z轴移动部件122。第二电机132和第二减速机133安装至Z轴移动部件122。X轴齿条134安装至X轴导轨131。第二电机132的输出轴与X轴齿条134啮合。

具体而言，机械手100连接至X轴导轨131的一端从而能够跟随X轴导轨131一起沿X轴进行移动。具体地，第二电机132的电机轴带动第二减速机133的输出轴进行转动。由于 X轴导轨131滑动连接至Z轴移动部件122，X轴齿条134固定至X轴导轨131，第一电机固定至Z轴移动部件122且第二减速机133的输出轴与X轴齿条134啮合，所以第二减速机133 的输出轴在转动时通过X轴齿条134驱动X轴导轨131带动机械手100一起沿X轴导轨131 滑动从而能够根据实际需求调节机械手100在X轴方向上的位置。

R轴旋转机构包括：R轴旋转支架141、第三减速机144法兰142、第三电机143和第三减速机144。R轴旋转支架141固定至X轴导轨131的一端。第三减速机144法兰142转动连接至R轴旋转支架141。第三减速机144固定至第三减速机144法兰142。第三电机143固定至第三减速机144且第三电机143的输出轴连接至第三减速机144。第三减速机144的输出轴与R轴旋转架啮合。

具体而言，机械手100通过第三减速机144法兰142旋转连接至R轴旋转支架141，并在第三电机143的驱动作用下绕R轴进行圆周运动从而能够调节机械手100在R轴的周向方向上的位置。具体地，在本方案中，R轴旋转架形成有齿轴，且第三减速机144的输出轴与R轴旋转架的齿轴啮合。第三电机143驱动第三减速机144的输出轴进行转动。由于第三减速机144的输出轴与R轴旋转架的齿轴啮合且R轴旋转架固定至X轴导轨131的一端，所以第三减速机144的输出轴在转动时通过齿轴驱动第三减速机144法兰142以R轴为转动轴线进行转动从而调节带动机械手100在R轴周向方向上的位置。本方案中的R轴即为第三减速机144法的转动轴线。

Y轴移动机构15包括：Y轴安装板151、Y轴导轨152、第四电机153、第四减速机154和Y轴齿条155。Y轴安装板151固定至第四减速机154法兰盘。Y轴导轨152滑动连接至Y 轴安装板151。第四电机153和第四减速机154安装至Y轴安装板151。Y轴齿条155安装至 Y轴导轨152。第四电机153的电机轴连接至第四减速机154。第四减速机154的输出轴与Y 轴齿条155啮合。

具体而言，机械手100连接至Y轴导轨152的一端从而能够跟随Y轴导轨152一起沿Y轴进行移动。具体地，第四电机153的电机轴带动第四减速机154的输出轴进行转动。由于 Y轴导轨152滑动连接至Y轴安装板151，Y轴齿条155固定至Y轴导轨152，第四电机153 固定至Y轴安装板151且第四减速机154的输出轴与Y轴齿条155啮合，所以第四减速机154 的输出轴在转动时通过Y轴齿条155驱动Y轴导轨152带动机械手100一起沿Y轴移动从而能够根据实际需求调节机械手100在Y轴方向上的位置。

W轴旋转机构包括：W轴安装架161、旋转气缸162和W轴固定架163。W轴安装架161一端固定至Y轴导轨152的一端。旋转气缸162一端固定至W轴安装架161。W轴固定架163 旋转连接至旋转气缸162的另一端。机械手100固定至W轴固定架163。

进一步地，W轴固定架163形成有两个安装面164。机械手100包含两个气缸夹爪101。两个气缸夹爪101分别安装至两个安装面164。这样两个气缸夹爪101能够实现交替工作，从而延长机械手100的使用寿命。

更进一步地，两个安装面164相互垂直。W轴固定架163的旋转轴线与两个安装面164 的夹角均为45°。W轴固定架163的旋转轴线与Y轴导轨152的延伸方向的夹角为45°。

具体而言，旋转气缸162驱动W轴固定架163绕以W轴为转动轴线进行180°旋转。W轴固定架163每次在进行180°旋转时能够带动两个气缸夹爪101绕W轴转动。通过这样的方式能够实现转换两个气缸夹爪101，从而使得两个气缸夹爪101能够实现交替工作。

作为一种具体的实施方式，第三减速机144法兰142的旋转轴线与Y轴导轨152的滑动方向平行。

作为一种具体的实施方式，Z轴移动机构12还包括：Z轴移动拖链126和Z轴拖链支架 127。Z轴拖链支架127固定至Z轴导轨121且与Z轴导轨121平行设置。Z轴移动拖链126 的两端分别连接至Z轴移动部件122和Z轴拖链支架127。Z轴移动拖链126内部为中空结构，可用于供Z轴移动机构12的线路从该中空结构穿过，从而对线路进行防护并使线路整洁。

作为一种具体的实施方式，X轴移动机构13还包括X轴移动拖链135。X轴移动拖链135 的两端分别连接至Z轴移动部件122和X轴导轨131。X轴移动拖链135内部为中空结构，可用于供X轴移动机构13的线路从该中空结构穿过，从而对线路进行防护并使线路整洁。

作为一种具体的实施方式，Y轴移动机构15还包括Y轴移动拖链157。Y轴移动拖链157 的两端分别连接至Y轴安装板151和Y轴导轨152。Y轴移动拖链157内部为中空结构，可用于供Y轴移动机构15的线路从该中空结构穿过，从而对线路进行防护并使线路整洁。具体地， Y轴安装板151固定有Y轴连接件156。Y轴移动拖链157的两端分别连接至Y轴连接件156和Y轴导轨152。

作为具体地结构，五轴机械手装置10还包括：栅栏保护框17和料仓18。栅栏保护框17 安装至支撑架11并将Z轴移动机构12、X轴移动机构13、R轴旋转机构14、Y轴移动机构 15和W轴旋转机构16包围在栅栏保护框17内，从而对Z轴移动机构12、X轴移动机构13、 R轴旋转机构14、Y轴移动机构15和W轴旋转机构16进行防护。料仓18为双层料盘，可用于储存更多的物料，提高了五轴机械手装置10的工作效率。机械手100将抓取的物料放置在料仓18上，直至料仓18的两层料盘均放满了可以更换另一个料盘。具体地，料仓18设置于机械手100的下方。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本实用新型，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本实用新型的保护范围内。

Claims

1.一种五轴机械手装置，包括支撑架和机械手，其特征在于，所述五轴机械手装置还包括：Z轴移动机构、X轴移动机构、R轴旋转机构、Y轴移动机构和W轴旋转机构；所述Z轴移动机构包括：Z轴导轨、Z轴移动部件、第一电机、第一减速机和Z轴齿条；所述Z轴导轨支撑于所述支撑架；所述Z轴移动部件滑动安装至所述Z轴导轨；所述第一电机和所述第一减速机安装至所述Z轴移动部件；所述Z轴齿条固定至所述Z轴导轨；所述第一电机的电机轴连接至所述第一减速机的输入端；所述第一减速机的输出轴与所述Z轴齿条啮合；所述X轴移动机构包括：X轴导轨、第二电机、第二减速机和X轴齿条；所述X轴导轨滑动连接至所述Z轴移动部件；所述第二电机和所述第二减速机安装至所述Z轴移动部件；所述X轴齿条安装至所述X轴导轨；所述第二电机的输出轴与所述X轴齿条啮合；所述R轴旋转机构包括：R轴旋转支架、第三减速机法兰、第三电机和第三减速机；所述R轴旋转支架固定至所述X轴导轨的一端；所述第三减速机法兰转动连接至所述R轴旋转支架；所述第三减速机固定至所述第三减速机法兰；所述第三电机固定至所述第三减速机且所述第三电机的输出轴连接至所述第三减速机；所述第三减速机的输出轴与所述R轴旋转架啮合；所述Y轴移动机构包括：Y轴安装板、Y轴导轨、第四电机、第四减速机和Y轴齿条；所述Y轴安装板固定至所述第四减速机法兰盘；所述Y轴导轨滑动连接至所述Y轴安装板；所述第四电机和所述第四减速机安装至所述Y轴安装板；所述Y轴齿条安装至所述Y轴导轨；所述第四电机的电机轴连接至所述第四减速机；所述第四减速机的输出轴与所述Y轴齿条啮合；所述W轴旋转机构包括：W轴安装架、旋转气缸和W轴固定架；所述W轴安装架一端固定至所述Y轴导轨的一端；所述旋转气缸一端固定至所述W轴安装架；所述W轴固定架旋转连接至所述旋转气缸的另一端；所述机械手固定至所述W轴固定架。

2.根据权利要求1所述的五轴机械手装置，其特征在于，

所述X轴导轨、所述Z轴导轨和所述Y轴导轨相互垂直。

3.根据权利要求1所述的五轴机械手装置，其特征在于，

所述W轴固定架形成有两个安装面；所述机械手包含两个气缸夹爪；两个所述气缸夹爪分别安装至两个所述安装面。

4.根据权利要求3所述的五轴机械手装置，其特征在于，

两个所述安装面相互垂直；所述W轴固定架的旋转轴线与两个所述安装面的夹角均为45°。

5.根据权利要求4所述的五轴机械手装置，其特征在于，

所述W轴固定架的旋转轴线与所述Y轴导轨的延伸方向的夹角为45°。

6.根据权利要求1所述的五轴机械手装置，其特征在于，

所述第三减速机法兰的旋转轴线与Y轴导轨的滑动方向平行。

7.根据权利要求1所述的五轴机械手装置，其特征在于，

所述Z轴移动机构还包括Z轴移动拖链和Z轴拖链支架；所述Z轴拖链支架固定至所述Z轴导轨且与所述Z轴导轨平行设置；所述Z轴移动拖链的两端分别连接至所述Z轴移动部件和所述Z轴拖链支架。

8.根据权利要求1所述的五轴机械手装置，其特征在于，

所述X轴移动机构还包括X轴移动拖链；所述X轴移动拖链的两端分别连接至所述Z轴移动部件和所述X轴导轨。

9.根据权利要求1所述的五轴机械手装置，其特征在于，

所述Y轴移动机构还包括Y轴移动拖链；所述Y轴移动拖链的两端分别连接至所述Y轴安装板和所述Y轴导轨。

10.根据权利要求9所述的五轴机械手装置，其特征在于，

所述Y轴安装板固定有Y轴连接件；所述Y轴移动拖链的两端分别连接至所述Y轴连接件和所述Y轴导轨。