CN2917979Y

CN2917979Y - 工业机械手

Info

Publication number: CN2917979Y
Application number: CN 200620017245
Authority: CN
Inventors: 罗忠良; 李小军; 杨秋明
Original assignee: BYD Co Ltd
Current assignee: BYD Co Ltd
Priority date: 2006-07-25
Filing date: 2006-07-25
Publication date: 2007-07-04
Anticipated expiration: 2016-07-25

Abstract

本实用新型公告了一种工业机械手，它包括顺次连接的升降旋转机构、直线往复机构及末端正执行器，该升降旋转机构包括升降驱动器、升降传动机构、滚珠丝杠副、旋转驱动器、旅转传动机构、滚动花键副及滚动花键套筒，该升降驱动器、开降传动机构及滚珠丝杆副顺次动力连接，该滚珠丝杠副通过连接体带动该滚动花键套筒升降，该连接体与该滚动花键套筒之间装有滚动细承，该旋转驱动器、施转传动机构及滚动花键副顺次动力连接，该滚动花键副的轴套与该滚动花键套筒紧配合，该滚动花键套筒通过胀套与直线往复机构固连。由于采用了滚珠丝杠副和滚动花键副来独立实现升降和旋转运动，使本实用新型结构紧凑，传动精度高，降低了成本。

Description

工业机械手

技术领域

本实用新型涉及工业机械手领域。

背景技术

近年来，我国工业生产规模不断扩大，但是在传输、装配、模具等领域的要求实现多个工位之间传送工件的生产线上，以及空间较狭小的装配生产线上，大部分工作均是由手工完成，自动化程度低，人工费用较高，生产效率低下，安全事故频繁发生。尤其是在汽车、IT产品、机械加工等企业，以上问题成为制约企业快速发展的瓶颈。国内一些科研机构已经进行了传输机器人的制作，如公开号为CN144194A的中国专利所揭示，其特点是机器人手臂的运动是通过带传动机构实现的径向运动。又如公告号为CN2762970Y的中国专利所揭示，其特点是升降旋转机构由转向电机和升降电机和滚珠丝杠花键组成，控制旋转和升降这两个动作的电机需要进行解藕动作。这类机器人普遍存在的问题是结构复杂，成本非常高，控制系统较复杂，使产品的应用领域受到限制。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的不足，提供一种传动紧密、控制简单且成本较低的工业机械手。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该工业机械手包括顺次连接的升降旋转机构、直线往复机构及末端执行器，该升降旋转机构包括升降驱动器、升降传动机构、滚珠丝杠副、旋转驱动器、旋转传动机构、滚动花键副及滚动花键套筒，该升降驱动器、升降传动机构及滚珠丝杠副顺次动力连接，该滚珠丝杠副通过连接体带动该滚动花键套筒升降，该连接体与该滚动花键套筒之间装有滚动轴承，该旋转驱动器、旋转传动机构及滚动花键副顺次动力连接，该滚动花键副的轴套与该滚动花键套筒紧配合，该滚动花键套筒通过胀套与直线往复机构固连。

所述的直线往复机构包括后臂、可相对后臂转动的中臂及可相对中臂转动的前臂，该后臂包括臂体及安装在该臂体上的往复驱动器、第一同步带传动机构及支撑轴，该中臂包括套在该支撑轴上的臂体及第二同步带传动机构，该后臂包括臂体及安装在该臂体上的第三同步带传动机构，该往复驱动器通过第同步带传动机构传动后臂转动，该第二同步带传动机构连接该后臂，该第三同步带传动机构连接该中臂，该后臂通过胀套与滚动花键套筒固连，该末端执行器安装在该前臂上。

所述的后臂的第一同步带传动机构包括第一可动同步带轮、第一固定同步带轮及第一同步齿形带，该往复驱动器与该第一可动同步带轮动力联接，该第一同步齿形带连接该第一可动同步带轮和第一固定同步带轮，该第一固定同步带轮通过该胀套与滚动花键套筒固连。

所述的中臂的第二同步带传动机构包括第二固定同步带轮、第二同步齿形带及第二可动同步带轮，该第二可动同步带轮通过紧固件同轴固定在第一固定同步带轮上，该第二同步齿形带连接该第二固定同步带轮和第二可动同步带轮，该第二固定同步带轮活套在支撑轴上并与中臂的臂体固连。

所述的中臂还包括第一电位器，该第一电位器通过支撑板固定在后臂的臂体上并与第二固定同步带轮相连。

所述的前臂的第三同步带传动机构包括第三可动同步带轮、第三同步齿形带及第三固定同步带轮，该第三可动同步带轮通过胀套固定在支撑轴的上端，该第三同步齿形带连接该第三可动同步带轮和第三固定同步带轮，该第三固定同步带轮与前臂的臂体固连。

所述的升降驱动器为交流伺服电机，旋转驱动器为步进电机。

所述的末端执行器包括真空吸附装置及末端手臂，该真空吸附装置固定在该末端手臂上，该末端手臂固定在前臂上。

所述的升降传动机构包括升降大同步齿形带轮、同步齿形带及升降小同步齿形带轮，该升降驱动器通过联轴器与该升降大同步齿形带轮相连，该同步齿形带连接该升降大同步齿形带轮及升降小同步齿形带轮，该升降小同步齿形带轮与滚珠丝杠副的丝杠的下端固连，该旋转传动机构包括旋转小同步齿形带轮、同步齿形带及旋转大同步齿形带轮，该旋转驱动器通过联轴器与旋转小同步齿形带轮相连，该同步齿形带连接该旋转小同步齿形带轮和该旋转大同步齿形带轮，该旋转大同步齿形带轮与该滚动花键副的花键轴的末端固连。

所述的花键轴的末端通过支撑套筒与一第二电位器连接。

本发明的有益效果是，由于采用了滚珠丝杠副和滚动花键副来独立实现升降和旋转运动，使本实用新型结构紧凑，传动精度高，同时由于通过两个驱动器独立控制旋转和升降运动，避免了控制两个电机时要进行的解藕动作，此外，由于采用滚珠丝杠副和滚动花键副代替了价格昂贵的滚珠丝杠花键副，降低了成本。

附图说明

图1是本实用新型工业机械手的总装图。

图2是本实用新型工业机械手的升降旋转机构的结构图。

图3是本实用新型工业机械手的直线往复机构和末端执行器的结构图。

图4是图3沿A-A方向的剖视图。

具体实施方式

请参阅图1至图4，本实用新型工业机械手包括升降旋转机构100、直线往复机构200及末端执行器300，该升降旋转机构的输出端通过胀套35与直线往复机构相连，末端执行器通过螺栓60与直线往复机构紧固连接。

该升降旋转机构100包括步进电机14、交流伺服电机9、滚珠丝杠副、滚动花键副、连接体7及滚动花键套筒11。其中，交流伺服电机9通过联轴器5与升降小同步齿形带轮2相连，升降小同步齿形带轮2经同步齿形带与升降大同步齿形带轮3相连，升降大同步齿形带轮3同滚珠丝杠副的丝杠8的下端连接。步进电机14通过联轴器16与旋转小同步齿形带轮19相连，旋转小同步齿形带轮19经同步齿形带与旋转大同步齿形带轮18相连，旋转大同步齿形带轮18同滚动花键副的花键轴17的末端相连。滚珠丝杠副的螺母6通过连接体7与滚动花键套筒11相连，且该连接体7与滚动花键套筒11之间装有滚动轴承。滚动花键套筒11下端与滚动花键副的轴套13固连，其上端通过胀套弱与直线往复机构相连。滚动花键副的花键轴17末端通过套筒20与第二电位器22相连，该第二电位器22通过电位器支撑板21连接在升降旋转机构上。

直线往复机构由后臂23、中臂24、前臂25组成。该后臂23包括由轻量薄壁的金属材料制成的臂体及安装在该臂体上的步进电机26、第一可动同步带轮32、第一固定同步带轮34、第一同步齿形带33、胀套35及支撑轴43。该步进电机26固定在后臂的臂体上，其通过联轴器27与第一可动同步带轮32相连，该第一固定同步带轮34通过胀套邓与滚动花键套筒11固连，该第一同步齿形带33架设在该第一可动同步带轮32和该第一固定同步带轮34之间。该中臂24包括由轻量薄壁的金属材料制成的臂体及安装在该臂体上的第二可动同步带轮39、第二固定同步带轮44、第二同步齿形带41及第一电位器64，该第二可动同步带轮39经螺钉40与后臂的第一固定同步带轮34相连，该第二可动同步带轮39又与第二固定同步带轮44经第二同步齿形带41相连，该第二固定同步带轮44通过螺钉49、法兰48与中臂24的臂体固连，第一电位器64通过支撑板63固定在后臂23上且与第二固定同步带轮39相连，且该第二固定同步带轮44套在支撑轴43上。前臂25包括由轻量薄壁的金属材料制成的臂体及安装在该臂体上的第三可动同步带轮52、第三固定同步带轮54及第三同步齿形带53，该第三可动同步带轮52经同步齿形带53与固定同步带轮54连，该第三可动同步带轮52通过小圆螺母50和胀套51紧固在支撑轴43上端，该第三固定同步带轮54通过法兰58、螺钉59与前臂2 5的臂体固连。末端执行器300由真空吸附装置62和末端手臂61组成，真空吸附装置62安装固定在末端手臂61上，该末端手臂61通过螺栓60与前臂25固连，该真空吸附装置62的布置位置具有适应搬运工件形状大小的可调性，该末端手臂61由轻量薄壁的金属材料制成，其内部中空。

本实用新型工业机械手进行升降运动时，交流伺服电机9通过联轴器5、升降小同步齿形带轮2及同步齿形带将动力传递给升降大同步齿形带轮3。升降大同步齿形带轮3带动滚珠丝杠副的丝杠8旋转，从而驱动滚珠丝杠副的螺母6实现升降运动。丝杠螺母6通过连接体7带动滚动花键套筒11升降，滚动花键套筒11通过胀套35带动直线往复机构和末端实行器升降，从而实现了升降运动。

本实用新型工业机械手进行旋转运动时，步进电机14通过联轴器16、旋转小同步齿形带轮19及同步齿形带将动力传递给旋转大同步齿形带轮18。旋转大同步齿形带轮18带动滚动花键副的花键轴17旋转，滚动花键副的花键轴17带动滚动花键副的轴套13旋转，轴套13带动固连其上的滚动花键套筒11旋转，滚动花键套筒11通过胀套弱带动直线往复机构和末端实行器旋转，从而实现了旋转运动。由于滚动花键套筒11同连接体7之间装有滚动轴承，因此连接体7并不会随着滚动花键套筒11的旋转而旋转。

本实用新型工业机械手进行直线往复运动时，后臂23上的第一固定同步带轮34通过胀套35与滚动花键套筒11保持静止，步进电机26旋转，经联轴器27、第一固定同步带轮32、同步齿形带33传递旋转运动，又因步进电机26固定连接在后臂23的臂体上，所以带动后臂23绕滚动花键套筒11旋转。由于后臂23的旋转，中臂24上的第二固定同步带轮44通过同步齿形带41绕静止的第二可动同步带轮39周转且自转，同时，第三可动同步带轮52与支撑轴43也随第二可动同步带轮44绕静止的第二可动同步带轮39周转。第二固定同步带轮44紧固在中臂24的臂体上，带动中臂24绕支撑轴43的轴线旋转。中臂24的旋转，带动第三固定同步带轮54与其同心转动，又因第三固定同步带轮54绕静止的同步带轮39公转，所以第三固定同步带轮54又作绕其自身轴心自转，并且带动前臂25同心旋转。这其中前臂24的大同步带轮54与小同步带轮52的传动比是2∶1，中臂24的小同步带轮44与大同步带轮39的传动比是1∶2。这一系列的旋转运动经过叠加后，末端执行器的运动轨迹是始终指向滚动花键套筒11轴线的直线运动。

本实用新型为了准确控制运动轨迹，使用了两个电位器。第一电位器64通过支撑板63固定在后臂23上且与固定同步带轮39相连，第二电位器22通过套筒20与滚动花键副的花键轴17末端相连，可实现对本实用新型旋转角度的精确测量。

本实用新型工业机械手具有如下优点：

1.传动精密，结构紧凑，控制执行简单、成本较低。本实用新型由于采用了滚珠丝杠副和滚动花键副来独立实现升降和旋转运动，使本实用新型结构紧凑，传动精度高，同时由于步进电机和交流伺服电机可以独立控制旋转和升降运动，避免了控制两个电机时要进行的解藕动作。此外，本实用新型使用滚珠丝杠副和滚动花键副代替了价格昂贵的滚珠丝杠花键副，降低了成本。

2、直线往复机构采用同步带轮行星轮系传递电机的旋转运动，轴承端盖紧固轴承，简化了机构。此外，大量使用可拆卸螺钉紧固连接，有利于维修及部件的更换。

3、整机重量轻，刚性好。本实用新型基础箱体、手臂壳体均采用了优质铝合金材料，使其保持较好刚性的同时又减轻了本实用新型的重量，从而降低了惯性负载，使本实用新型的动态控制指标得以提高。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。

Claims

1.一种工业机械手，包括顺次连接的升降旋转机构、直线往复机构及末端执行器，其特征在于：该升降旋转机构包括升降驱动器、升降传动机构、滚珠丝杠副、旋转驱动器、旋转传动机构、滚动花键副及滚动花键套筒，该升降驱动器、升降传动机构及滚珠丝杠副顺次动力连接，该滚珠丝杠副通过连接体带动该滚动花键套筒升降，该连接体与该滚动花键套筒之间装有滚动轴承，该旋转驱动器、旋转传动机构及滚动花键副顺次动力连接，该滚动花键副的轴套与该滚动花键套筒紧配合，该滚动花键套筒通过胀套与直线往复机构固连。

2.按照权利要求1所述的工业机械手，其特征在于：所述的直线往复机构包括后臂、可相对后臂转动的中臂及可相对中臂转动的前臂，该后臂包括臂体及安装在该臂体上的往复驱动器、第一同步带传动机构及支撑轴，该中臂包括套在该支撑轴上的臂体及第二同步带传动机构，该后臂包括臂体及安装在该臂体上的第三同步带传动机构，该往复驱动器通过第一同步带传动机构传动后臂转动，该第二同步带传动机构连接该后臂，该第三同步带传动机构连接该中臂，该后臂通过胀套与滚动花键套筒固连，该末端执行器安装在该前臂上。

3.按照权利要求2所述的工业机械手，其特征在于：所述的后臂的第一同步带传动机构包括第一可动同步带轮、第一固定同步带轮及第一同步齿形带，该往复驱动器与该第一可动同步带轮动力联接，该第一同步齿形带连接该第一可动同步带轮和第一固定同步带轮，该第一固定同步带轮通过该胀套与滚动花键套筒固连。

4.按照权利要求3所述的工业机械手，其特征在于：所述的中臂的第二同步带传动机构包括第二固定同步带轮、第二同步齿形带及第二可动同步带轮，该第二可动同步带轮通过紧固件同轴固定在第一固定同步带轮上，该第二同步齿形带连接该第二固定同步带轮和第二可动同步带轮，该第二固定同步带轮活套在支撑轴上并与中臂的臂体固连。

5.按照权利要求4所述的工业机械手，其特征在于：所述的中臂还包括第一电位器，该第一电位器通过支撑板固定在后臂的臂体上并与第二固定同步带轮相连。

6.按照权利要求4所述的工业机械手，其特征在于：所述的前臂的第三同步带传动机构包括第三可动同步带轮、第三同步齿形带及第三固定同步带轮，该第三可动同步带轮通过胀套固定在支撑轴的上端，该第三同步齿形带连接该第三可动同步带轮和第三固定同步带轮，该第三固定同步带轮与前臂的臂体固连。

7.按照权利要求1所述的所述的工业机械手，其特征在于：所述的升降驱动器为交流伺服电机，旋转驱动器为步进电机。

8.按照权利要求2-7中任意一项所述的工业机械手，其特征在于：所述的末端执行器包括真空吸附装置及末端手臂，该真空吸附装置固定在该末端手臂上，该末端手臂固定在前臂上。

9.按照权利要求2-7中任意一顶所述的工业机械手，其特征在于：所述的升降传动机构包括升降大同步齿形带轮、同步齿形带及升降小同步齿形带轮，该升降驱动器通过联轴器与该升降大同步齿形带轮相连，该同步齿形带连接该升降大同步齿形带轮及升降小同步齿形带轮，该升降小同步齿形带轮与滚珠丝杠副的丝杠的下端固连，该旋转传动机构包括旋转小同步齿形带轮、同步齿形带及旋转大同步齿形带轮，该旋转驱动器通过联轴器与旋转小同步齿形带轮相连，该同步齿形带连接该旋转小同步齿形带轮和该旋转大同步齿形带轮，该旋转大同步齿形带轮与该滚动花键副的花键轴的末端固连。

10.按照权利要求9所述的工业机械手，其特征在于：所述的花键轴的末端通过支撑套筒与一第二电位器连接。