CN216229483U - 一种单兵非穿着的气动助力机械臂 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种单兵非穿着的气动助力机械臂，包括底座、立柱、机械臂、抓手、抓手控制箱和气控箱；其特征在于：所述的机械臂由后臂、中臂、前臂和气缸调节上臂构成；后臂的后端与旋转主轴的上端固定连接，中臂和气缸调节上臂的后端都通过后臂连接轴承架与后臂的前端相连接，中臂和气缸调节上臂的前端都通过前臂连接轴承架与前臂的后端相连接；所述的气缸调节上臂由前连杆、后连杆、一号气缸、护罩、固定铰座和定位杆构成；所述的前臂的前端通过转动支架定位轴承套水平转动设有转动支架；所述的转动支架，由转动平板、抓手定位轴、三号销轴和二号销轴构成。本实用新型能够旋转折叠，适用于狭小空间；一人即可灵活操作，适用于炮弹上膛。

Description

一种单兵非穿着的气动助力机械臂

技术领域

本实用新型涉及一种通用气动助力机械手的改进，具体地说是一种单兵非穿着的气动助力机械臂，适用于空间狭小、运转范围窄的环境下，搬运、炮弹上膛或机床上装配、装卸加工件，机械臂能自如伸展、折叠、转动，可平抓、竖放或者竖抓、斜装，操作灵活。

背景技术

目前，机械手是搬运重物、在机床上装卸工件、码垛货物等领域的常用设备，它能够大幅度的减轻工人的劳动强度，提高工作效率。目前所使用的机械手，大多为通用气动助力机械手，抓取重量为50—300Kg，它包括底座、立柱、转动轴、气缸、主臂、副臂、起重杆、配重块、抓手和控制箱，立柱垂直的固定在底座上，转动轴设在立柱的上端，机械臂安装在转动轴的上端，机械臂的后端设有配重块，机械臂的前端通过销轴连接上起重杆，在起重杆的下端连接上抓手，在机械臂的上侧通过两端的销轴固定上副臂，机械臂和副臂及其两端的连接架构成四连杆结构，控制箱固定在转动轴外壳筒体上，气缸的座端活动连接在转动轴外壳筒体的下部，气缸的活塞杆端部通过滑动套固定在机械臂的中部；以世界名牌美国英格索兰气动机械手为例，所使用的控制箱有两个，一个安装在立柱上，另一个安装在抓手操纵盘上；其转动关节位置均采用轴承。使用时，通过控制箱上的控制按钮由人工进行操作，可进行物体的抓取或放下；当使气缸的活塞杆伸缩时，机械臂的前端可升降，带动负载升降。这种气动助力机械手的优点是：不仅省时省力，人工控制轻便灵活，而且由于转动关节部位均采用轴承，省去了伺服电机、减速机，所以缩小了体积、减小了重量、降低了成本；同时省去了编程控制，操作技术难度不高。其不足之处在于：由于起吊是通过控制箱上的控制按钮来控制的，而且还必须通过两个分离的控制箱，所以控制和操作均不方便，有时还会造成不安全因素。

为了改进以上现有技术的不足，本公司设计人曾先后发明了“气动自平衡式机械手”，其中国专利号为CN201120262123.4；“气动助力工业机器人”，其中国专利号为CN201220625347.1；“小型气动自平衡挂弹机”，其中国专利号为CN201420593048.3。通过改进，由于采用了气动自动平衡，其控制箱只设一个，省去了抓手上的控制箱，且储气筒设在立柱内，其操作为手持操纵杆操作，所以能够近负载操作，不再通过控制箱上的控制按钮操作，而且起重杆被拉在什么位置，即可在什么位置悬停，使用更加方便，操作安全，而且结构简单。但通过近几年的应用，发现仍存在以下不足：1、由于抓手动作控制部分只能使抓手做水平转动、提起和落下，所以只能做到被抓物件转动平移、抓起和放下，没有使被抓物件做垂直翻转的功能，所以，不能用作炮弹装膛、机床垂直加工件的装卸，限制了抓手的应用范围；2、由于水平转动臂的转动节固定在机械臂和副臂前端的连接架上，且调节螺杆的上端高于连接架底边沿，所以水平转动臂只能转动180度，不能使适用范围尽可能的缩小，对于狭小空间应用来讲，显得不够灵活，所以不适用于空间狭小、运转范围窄的搬运、装配、炮弹上膛或机床装卸加工件。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种机械臂不仅能够沿立柱转动，而且能够伸缩、折叠，既能适用较大空间，更能适用狭窄空间，既能实现对物体平抓、移动、竖放，也能实现对物体平抓、移动、斜放，或者横抓、移动、平放，一人即可灵活操作，特别适用于炮弹上膛或机床装卸加工件的单兵非穿着的气动助力机械臂。

为了达到以上目的，本实用新型所采用的技术方案是：

该一种单兵非穿着的气动助力机械臂，包括底座、立柱、机械臂、抓手、抓手控制箱和气控箱，所述的抓手控制箱通过相应的连通管与抓手相连接；所述的立柱垂直焊接固定在底座的中部；所述的立柱上端通过法兰盘固定设有轴承套筒，轴承套筒腔内转动设有旋转主轴，旋转主轴的上端固定设有机械臂；其特征在于：所述的机械臂由后臂、中臂、前臂和气缸调节上臂构成，后臂和前臂都水平设置，气缸调节上臂位于中臂的上方；所述的后臂的后端与旋转主轴的上端固定连接，中臂和气缸调节上臂的后端都通过后臂连接轴承架与后臂的前端相连接，中臂和气缸调节上臂的前端都通过前臂连接轴承架与前臂的后端相连接；

所述的后臂连接轴承架的竖向轴承筒内的后臂固定轴垂直固定设置在后臂的前端上侧，后臂连接轴承架的两个横向轴承筒内分别设有中臂后端横向转轴和上臂后端横向转轴，中臂后端横向转轴平行设置在上臂后端横向转轴的下方，中臂后端横向转轴和上臂后端横向转轴所在的平面与后臂固定轴平行；所述的前臂连接轴承架的竖向轴承筒内的前臂固定轴垂直固定设置在前臂的后端下侧，前臂连接轴承架的两个横向轴承筒内分别设有中臂前端横向转轴和上臂前端横向转轴，中臂前端横向转轴平行设置在上臂前端横向转轴的下方，中臂前端横向转轴和上臂前端横向转轴所在的平面与前臂固定轴平行；中臂后端横向转轴和中臂前端横向转轴之间的间距与上臂后端横向转轴和上臂前端横向转轴之间的间距相等；中臂后端横向转轴和上臂后端横向转轴之间的间距与中臂前端横向转轴和上臂前端横向转轴之间的间距相等；所述的中臂的两端分别与中臂前端横向转轴和中臂后端横向转轴固定连接；

所述的气缸调节上臂由前连杆、后连杆、一号气缸、护罩、固定铰座和定位杆构成，一号气缸设置在护罩腔内，护罩的前侧板通过前连杆与上臂前端横向转轴固定连接，护罩的后侧板通过后连杆与上臂后端横向转轴固定连接，固定铰座固定设置在中臂的后端部，定位杆的前端固定设置在护罩的前侧板的内壁上，定位杆的后端与一号气缸的座端铰接，一号气缸的活塞杆的前端与固定铰座的上端铰接；气控箱通过相应的连通管与一号气缸相连通；

所述的前臂的前端固定设有转动支架定位轴承套，通过转动支架定位轴承套水平转动设有转动支架；所述的转动支架，由转动平板、抓手定位轴、三号销轴和二号销轴构成，抓手定位轴设置在转动支架定位轴承套腔内，抓手定位轴的上端固定设有转动平板，转动平板前端的凹槽内通过二号销轴铰接设有二号气缸，抓手定位轴的下端通过三号销轴与拱形拐柄的中部铰接，二号气缸的活塞杆的下端通过一号销轴与拱形拐柄的前端铰接，拱形拐柄的后端与抓手固定连接；二号气缸通过相应的连通管与抓手控制箱相连通。

本实用新型还通过如下措施实施：

所述的抓手控制箱固定设置在前臂的底部；所述的气控箱固定设置在后臂的底部；所述的转动平板的后端固定设有手柄。

所述的立柱与底座的连接部位的周边均匀分布固定设置3—4个加强三角板。

所述的后臂的长度为1180mm，中臂的长度为1078mm，前臂的长度为773 mm；所述的后臂、中臂和前臂的厚度都为40mm，宽度都为60 mm。

所述的前臂连接轴承架的上端高度高于后臂连接轴承架的上端高度。

本实用新型的有益效果在于：与现有技术相比，本实用新型由于机械臂能够旋转折叠，所以能伸、能转、能缩，可使用于多种空间，特别适用于狭小空间；由于抓手能平抓、平移、竖放，也能竖抓、平移、竖放，或多角度斜放，所以可应用于车床轴类件加工时平抓、平移、竖放，更能适用于竖抓、平移；由于机械臂采用耐高温、耐腐蚀的不锈钢材料制作，能适应各种环境和温度，一人即可灵活操作，特别适用于炮弹上膛。

附图说明

图1为本实用新型在伸展状态下的结构主视示意图；

图2为本实用新型在折叠状态下的结构主视示意图；

图3为本实用新型的中臂和气缸调节上臂的局部剖视结构放大示意图；

图4为本实用新型的抓手在平抓时的结构侧视放大示意图；

图5为本实用新型的抓手在竖放时的结构侧视放大示意图；

图6为本实用新型的转动支架的结构主视放大示意图。

图中：1、底座；2、立柱；3、机械臂；31、后臂；32、中臂；33、前臂；34、气缸调节上臂；341、前连杆；342、后连杆；343、一号气缸；344、护罩；345、固定铰座；346、定位杆；4、抓手；5、气控箱；6、加强三角板；7、旋转主轴；8、后臂连接轴承架；81、中臂后端横向转轴；82、上臂后端横向转轴；83、后臂固定轴；9、前臂连接轴承架；91、中臂前端横向转轴；92、上臂前端横向转轴；93、前臂固定轴；10、拱形拐柄；11、转动支架定位轴承套；12、二号气缸；13、转动支架；131、转动平板；132、抓手定位轴；133、三号销轴；134、二号销轴；135、手柄；14、一号销轴；15、刹车装置；16、轴承套筒；17、抓手控制箱。

具体实施方式

参照图1、图2、图3、图4、图5、图6制作本实用新型。

该一种单兵非穿着的气动助力机械臂，包括底座1、立柱2、机械臂3、抓手4、抓手控制箱17和气控箱5，所述的抓手控制箱17通过相应的连通管与抓手4相连接，以便控制抓手4的张开和闭合，此为现有技术；所述的立柱2垂直焊接固定在底座1的中部，在应用过程中，底座1固定设置在地面上；所述的立柱2上端通过法兰盘固定设有轴承套筒16，轴承套筒16腔内转动设有旋转主轴7，旋转主轴7的上端固定设有机械臂3，通过旋转主轴7实现了机械臂3围绕旋转主轴7的中心轴线作360度转动；其特征在于：所述的机械臂3由后臂31、中臂32、前臂33和气缸调节上臂34构成，后臂31和前臂33都水平设置，气缸调节上臂34位于中臂32的上方；所述的后臂31的后端与旋转主轴7的上端固定连接，中臂32和气缸调节上臂34的后端都通过后臂连接轴承架8与后臂31的前端相连接，中臂32和气缸调节上臂34的前端都通过前臂连接轴承架9与前臂33的后端相连接；

所述的后臂连接轴承架8的竖向轴承筒内的后臂固定轴83垂直固定设置在后臂31的前端上侧，以便后臂连接轴承架8在后臂31上方水平旋转，从而使气缸调节上臂34与中臂32能折叠在后臂31的上方，后臂连接轴承架8的两个横向轴承筒内分别设有中臂后端横向转轴81和上臂后端横向转轴82，中臂后端横向转轴81平行设置在上臂后端横向转轴82的下方，中臂后端横向转轴81和上臂后端横向转轴82所在的平面与后臂固定轴83平行；所述的前臂连接轴承架9的竖向轴承筒内的前臂固定轴93垂直固定设置在前臂33的后端下侧，以便前臂33能水平旋转，可以折叠在气缸调节上臂34的上方，前臂连接轴承架9的两个横向轴承筒内分别设有中臂前端横向转轴91和上臂前端横向转轴92，中臂前端横向转轴91平行设置在上臂前端横向转轴92的下方，中臂前端横向转轴91和上臂前端横向转轴92所在的平面与前臂固定轴93平行；中臂后端横向转轴81和中臂前端横向转轴91之间的间距与上臂后端横向转轴82和上臂前端横向转轴92之间的间距相等；中臂后端横向转轴81和上臂后端横向转轴82之间的间距与中臂前端横向转轴91和上臂前端横向转轴92之间的间距相等；所述的中臂32的两端分别与中臂前端横向转轴91和中臂后端横向转轴81固定连接；

所述的气缸调节上臂34由前连杆341、后连杆342、一号气缸343、护罩344、固定铰座345和定位杆346构成，一号气缸343设置在护罩344腔内，护罩344的前侧板通过前连杆341与上臂前端横向转轴92固定连接，护罩344的后侧板通过后连杆342与上臂后端横向转轴82固定连接，固定铰座345固定设置在中臂32的后端部，定位杆346的前端固定设置在护罩344的前侧板的内壁上，定位杆346的后端与一号气缸343的座端铰接，一号气缸343的活塞杆的前端与固定铰座345的上端铰接；气控箱5通过相应的连通管与一号气缸343相连通，通过气控箱5控制一号气缸343的工作状态，当一号气缸343的活塞杆伸出时，会使前臂连接轴承架9向下移动，当一号气缸343的活塞杆缩回时，会使前臂连接轴承架9向上移动，实现前臂33的上升和下降，从而实现抓取物体的升降；

所述的前臂33的前端固定设有转动支架定位轴承套11，通过转动支架定位轴承套11水平转动设有转动支架13；所述的转动支架13，由转动平板131、抓手定位轴132、三号销轴133和二号销轴134构成，抓手定位轴132设置在转动支架定位轴承套11腔内，抓手定位轴132的上端固定设有转动平板131，转动平板131前端的凹槽内通过二号销轴134铰接设有二号气缸12，抓手定位轴132的下端通过三号销轴133与拱形拐柄10的中部铰接，二号气缸12的活塞杆的下端通过一号销轴14与拱形拐柄10的前端铰接，拱形拐柄10的后端与抓手4固定连接；二号气缸12通过相应的连通管与抓手控制箱17相连通；在二号气缸12的活塞杆伸出时，抓手4位于垂直状态；在二号气缸12的活塞杆缩回时，抓手4位于水平状态；通过二号气缸12活塞杆的伸缩实现拱形拐柄10带动抓手4从横抓到竖放、竖抓到平放或斜装的多角度换装。

本实用新型还通过如下措施实施：

所述的抓手控制箱17固定设置在前臂33的底部，以便于对抓手4所处状态的适时调节；所述的气控箱5固定设置在后臂31的底部，以便于对气缸调节上臂34和中臂32所处状态的适时调节；所述的转动平板131的后端固定设有手柄135，以便于对转动平板131进行水平旋转，调整抓手4水平方向。

所述的立柱2与底座1的连接部位的周边均匀分布固定设置3—4个加强三角板6，以便立柱2与底座1的连接更加牢固。

所述的后臂31的长度为1180mm，中臂32的长度为1078mm，前臂33的长度为773 mm；所述的后臂31、中臂32和前臂33的厚度都为40mm，宽度都为60 mm，均采用耐热、耐腐蚀的不锈钢材料制作，通过在长度和厚度、宽度的缩小，使机械臂3的重量减轻，且进一步适应狭小空间，通过采用耐热、耐腐蚀的不锈钢材料制作，使其适应各种环境和温度，在狭小的机床操作空间内，在机床上装卸加工工件或者装箱。

所述的轴承套筒16的外壁上设有控制旋转主轴7旋转的刹车装置15，此为现有技术。

所述的气控箱5和抓手控制箱17都与气站连接，此为现有技术。

所述的一号气缸343和二号气缸12均为直径小于80mm的微型气缸。

所述的前臂连接轴承架9的上端高度高于后臂连接轴承架8的上端高度，以便前臂33能够折叠在气缸调节上臂34的上侧。

本实用新型通过前臂33水平旋转折叠在气缸调节上臂34的上方，气缸调节上臂34与中臂32水平旋转折叠在后臂31的上方，实现了机械臂3的折叠，从而大幅度的缩小了使用空间，由于能够实现多角度折叠结构，所以伸缩范围较大。

使用本实用新型进行车床加工工件时，如在中国重汽变速箱厂的轴齿轮组热装工序应用，其轴在常温状态下立在工装中，将加热后的齿轮分别装在轴上，调整好齿轮间隙，即为加工完毕。将加工完毕的工件取下时，则由操作员工手持二号气缸12的上部或者手握手柄135，拉动机械臂3按需要位置自由拉至工件位置，启动抓手控制箱17上对应的二号气缸12的控制键使二号气缸12的活塞杆上提，拱形拐柄10便拉动抓手4的开口转为水平状态，横向抓住竖向工件的腰部后，再拖至工件放下位置，启动抓手控制箱17上对应的二号气缸12的控制键使活塞杆伸展，拱形拐柄10便推动抓手4的开口转为垂直状态，放开工件，即可使工件准确放入周转架的指定位置。这种应用，轻便、灵活、安全，大幅度的降低了操作人员的劳动强度，应用证明，工作效率可提高3倍。

使用本实用新型进行炮弹上膛时，则由操作员工手持二号气缸12的上部或手柄135，拉动机械臂3按需要位置自由拉至炮弹存放位置上侧，此时炮弹是水平放置，再通过气控箱5上相应的一号气缸343的控制按钮启动一号气缸343，使一号气缸343活塞杆伸展，气缸调节上臂34和中臂32的前端下降，接近炮弹位置后，再启动二号气缸12的控制键使活塞杆伸展，拱形拐柄10便拉动抓手4的开口处于垂直炮弹的角度，夹持住炮弹；然后反向操作，使夹持的炮弹提起，提起高度与装弹口持平，再通过二号气缸12的操作，使炮弹的轴线与炮膛轴线在一条直线上，再推动手柄135，即可将炮弹斜装入炮膛内。这种应用，轻便、灵活、安全，大幅度的降低了操作人员的劳动强度，同时，由于机械臂可折叠，即便是炮膛处于隐蔽的狭小空间内，也可近距离操作。

Claims (4)

1.一种单兵非穿着的气动助力机械臂，包括底座（1）、立柱（2）、机械臂（3）、抓手（4）、抓手控制箱（17）和气控箱（5），所述的抓手控制箱（17）通过相应的连通管与抓手（4）相连接；所述的立柱（2）垂直焊接固定在底座（1）的中部；所述的立柱（2）上端通过法兰盘固定设有轴承套筒（16），轴承套筒（16）腔内转动设有旋转主轴（7），旋转主轴（7）的上端固定设有机械臂（3）；其特征在于：所述的机械臂（3）由后臂（31）、中臂（32）、前臂（33）和气缸调节上臂（34）构成，后臂（31）和前臂（33）都水平设置，气缸调节上臂（34）位于中臂（32）的上方；所述的后臂（31）的后端与旋转主轴（7）的上端固定连接，中臂（32）和气缸调节上臂（34）的后端都通过后臂连接轴承架（8）与后臂（31）的前端相连接，中臂（32）和气缸调节上臂（34）的前端都通过前臂连接轴承架（9）与前臂（33）的后端相连接；

所述的后臂连接轴承架（8）的竖向轴承筒内的后臂固定轴（83）垂直固定设置在后臂（31）的前端上侧，后臂连接轴承架（8）的两个横向轴承筒内分别设有中臂后端横向转轴（81）和上臂后端横向转轴（82），中臂后端横向转轴（81）平行设置在上臂后端横向转轴（82）的下方，中臂后端横向转轴（81）和上臂后端横向转轴（82）所在的平面与后臂固定轴（83）平行；所述的前臂连接轴承架（9）的竖向轴承筒内的前臂固定轴（93）垂直固定设置在前臂（33）的后端下侧，前臂连接轴承架（9）的两个横向轴承筒内分别设有中臂前端横向转轴（91）和上臂前端横向转轴（92），中臂前端横向转轴（91）平行设置在上臂前端横向转轴（92）的下方，中臂前端横向转轴（91）和上臂前端横向转轴（92）所在的平面与前臂固定轴（93）平行；中臂后端横向转轴（81）和中臂前端横向转轴（91）之间的间距与上臂后端横向转轴（82）和上臂前端横向转轴（92）之间的间距相等；中臂后端横向转轴（81）和上臂后端横向转轴（82）之间的间距与中臂前端横向转轴（91）和上臂前端横向转轴（92）之间的间距相等；所述的中臂（32）的两端分别与中臂前端横向转轴（91）和中臂后端横向转轴（81）固定连接；

所述的气缸调节上臂（34）由前连杆（341）、后连杆（342）、一号气缸（343）、护罩（344）、固定铰座（345）和定位杆（346）构成，一号气缸（343）设置在护罩（344）腔内，护罩（344）的前侧板通过前连杆（341）与上臂前端横向转轴（92）固定连接，护罩（344）的后侧板通过后连杆（342）与上臂后端横向转轴（82）固定连接，固定铰座（345）固定设置在中臂（32）的后端部，定位杆（346）的前端固定设置在护罩（344）的前侧板的内壁上，定位杆（346）的后端与一号气缸（343）的座端铰接，一号气缸（343）的活塞杆的前端与固定铰座（345）的上端铰接；气控箱（5）通过相应的连通管与一号气缸（343）相连通；

所述的前臂（33）的前端固定设有转动支架定位轴承套（11），通过转动支架定位轴承套（11）水平转动设有转动支架（13）；所述的转动支架（13），由转动平板（131）、抓手定位轴（132）、三号销轴（133）和二号销轴（134）构成，抓手定位轴（132）设置在转动支架定位轴承套（11）腔内，抓手定位轴（132）的上端固定设有转动平板（131），转动平板（131）前端的凹槽内通过二号销轴（134）铰接设有二号气缸（12），抓手定位轴（132）的下端通过三号销轴（133）与拱形拐柄（10）的中部铰接，二号气缸（12）的活塞杆的下端通过一号销轴（14）与拱形拐柄（10）的前端铰接，拱形拐柄（10）的后端与抓手（4）固定连接；二号气缸（12）通过相应的连通管与抓手控制箱（17）相连通。

2.根据权利要求1所述的一种单兵非穿着的气动助力机械臂，其特征在于：所述的抓手控制箱（17）固定设置在前臂（33）的底部；所述的气控箱（5）固定设置在后臂（31）的底部；所述的转动平板（131）的后端固定设有手柄（135）。

3.根据权利要求1所述的一种单兵非穿着的气动助力机械臂，其特征在于：所述的立柱（2）与底座（1）的连接部位的周边均匀分布固定设置3—4个加强三角板（6）。

4.根据权利要求1所述的一种单兵非穿着的气动助力机械臂，其特征在于：所述的后臂（31）的长度为1180mm，中臂（32）的长度为1078mm，前臂（33）的长度为773 mm；所述的后臂（31）、中臂（32）和前臂（33）的厚度都为40mm，宽度都为60 mm。

Images