CN103878763A - 三自由度机械手 - Google Patents

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Abstract

本发明设计机械自动化技术领域，尤其涉及一种三自由度的机械手，由基座组件、手臂组件和手爪组件组成，所述的手臂组件设置在基座组件上，手爪组件设置在手臂组件的端部。本发明具有如下有益效果，三自由度机械手工作站可应用于餐饮业的自动送餐，高校的机械原理及设计实验实践教学，自动化程度达到国际先进水平。基座组件、手臂组件、手爪组件三个分支采用套装形式安装，机械结构抗磨损能力强，机械手操作更加安全可靠。

Description

三自由度机械手
技术领域
本发明设计机械自动化技术领域，尤其涉及一种多自由度的机械手。
背景技术
近年来，随着社会经济的飞速发展以及机器人技术研究的不断深入，工厂从以往依靠人工运送物料的方式已经逐步开始朝自动化方式发展，智能化的方向发展，这种方式不仅效率高，而且大大降低了工人在操作中潜在的危险。然而，当今机器人领域的多自由度搬运机械手存在结构复杂、成本高、应用范围窄、定位精度差等缺点。
针对市场上现有的机械手，已有的专利三自由度机械手多以PLC控制，存在模式自动识别不足，发明专利201210027553.7送料机械手气缸有冲击，不适用于小功率机械产品，机械手结构抗磨损性能低生产效率不高，无判断几何形状高低等问题。
发明内容
本发明的目的是要提供一种三自由度机械手工作站，解决自动抓取和传输控制，此目的可通过以下措施来实现：
本发明的三自由度机械手，由基座组件、手臂组件和手爪组件组成，所述的手臂组件设置在基座组件上，手爪组件设置在手臂组件的端部；
基座组件包括基座驱动电机1、基座电机减速器2、基座蜗杆3、基座涡轮4、基座转轴7组成，基座驱动电机1驱动基座电机减速器2带动基座蜗杆3、基座涡轮4啮合传动，基座涡轮4通过基座转轴7连接基座32；
手臂组件包括机械臂体8、手臂电机9、手臂电机减速器10、手臂第二蜗杆12、手臂第二涡轮11、第二传动轴13、第二链轮14、链条15、第一链轮16、第一传动轴17、曲柄18、随动件连杆19组成，手臂电机9驱动手臂电机减速器10带动手臂第二蜗杆12、手臂第二涡轮11啮合传动，手臂第二涡轮11通过第二传动轴13与第二链轮14连接，第二链轮14、链条15、第一链轮16形成链传动装置，第一链轮16与曲柄18通过第一传动轴17连接，曲柄18通过随动件连杆19与手爪组件中的螺旋丝杆26连接；
手爪组件包括手爪电机22、手爪电机减速器23、万向节24、联轴节25、螺旋丝杆26、螺块27、两个摆杆28、两个遥杆29、两个机械手爪30；手爪电机22通过手爪电机减速器23驱动万向节24带动螺旋丝杆26转动，螺旋丝杆26穿过联轴节25，螺旋丝杆26上设置有相配合的螺块27，螺块27的相对两侧分别连接摆杆28，螺块27的前后移动通过摆杆28带动遥杆29，驱动机械手爪30的打开或闭合。
上述的基座组件还包括第一行程开关5、第一限位开关6，第一行程开关5设置在基座蜗杆3的一端，第一限位开关6设置在基座涡轮4的一侧。
上述的手臂组件还包括第二行程开关20、第二限位开关21，第二行程开关20设置在第一传动轴17的一端，第二限位开关21，设置在曲柄18的一侧。
上述的手爪组件还包括第三行程开关31，第三行程开关31设置在近螺旋丝杆26位置。
本发明具有如下有益效果：
三自由度机械手工作站可应用于餐饮业的自动送餐，高校的机械原理及设计实验实践教学，自动化程度达到国际先进水平。
三自由度机械手中关键部件由直流电机驱动，基座组件上的基座蜗杆3、基座涡轮4机构可使机械臂在XOY平面旋转，将基座组件、手臂组件、手爪组件三个分支采用套装形式安装，使机械臂抬升灵活可在XOZ平面旋转，机械结构抗磨损能力强。
手爪组件中的螺旋机构中，螺旋丝杆的长度能够根据需要灵活调节，从而满足不同行程的螺块的前后移动，带动摆杆摆动使机械手爪张开和闭合，机械手爪夹持力大，对各种不同餐具的夹持力均有良好的适应性。
三自由度机械手工作站具有智能化模式识别功能，使机械手操作更加安全可靠。
附图说明
图1为三自由度机械手整体结构图。
图2为基座组件结构简图。
图3为手臂组件结构简图。
图4为手爪组件结构简图。
具体实施方式
如图所示，本发明的三自由度机械手，由基座组件、手臂组件和手爪组件组成，所述的手臂组件设置在基座组件上，手爪组件设置在手臂组件的端部；
基座组件包括基座驱动电机1、基座电机减速器2、基座蜗杆3、基座涡轮4、基座转轴7组成，基座涡轮4通过基座转轴7连接基座32，基座驱动电机1驱动基座电机减速器2带动基座蜗杆3、基座涡轮4啮合传动，从而带动基座32转动；基座组件还包括第一行程开关5、第一限位开关6，第一行程开关5设置在基座蜗杆3的一端，第一限位开关6设置在基座涡轮4的一侧，通过第一行程开关5、第一限位开关6确定基座32旋转的角度。图2是基座组件结构简图。
手臂组件包括机械臂体8、手臂电机9、手臂电机减速器10、手臂第二蜗杆12、手臂第二涡轮11、第二传动轴13、第二链轮14、链条15、第一链轮16、第一传动轴17、曲柄18、随动件连杆19组成，手臂电机9驱动手臂电机减速器10带动手臂第二蜗杆12、手臂第二涡轮11啮合传动，手臂第二涡轮11通过第二传动轴13与第二链轮14连接，第二链轮14、链条15、第一链轮16形成链传动装置，实现机械手臂的水平运动；第一链轮16与曲柄18通过第一传动轴17连接，曲柄18通过随动件连杆19与手爪组件中的螺旋丝杆26连接；其中曲柄18为株形凸轮结构形状，使得行程比较短；利用手臂第二蜗杆12、手臂第二涡轮11啮合时自锁的特点，其反向自锁性对机械爪抓取重物可起安全保护作用。
机械手手臂中曲柄18与随动件连杆19的连接采用球与圆柱副形成空间2级高副，手臂中连接曲柄18的随动件连杆19与螺旋丝杆26以圆柱副连接，保持机械手臂的垂直运动，机械臂可在XOZ平面旋转抬升灵活。
上述的手臂组件还包括第二行程开关20、第二限位开关21，第二行程开关20设置在第一传动轴17的一端，第二限位开关21，设置在曲柄18的一侧。第二限位开关21控制机械手臂举升度，解决机械臂抬升的问题，结构设计具有新颖性。手臂组件在XOZ平面旋转结构装置简图见图3。
手爪组件包括手爪电机22、手爪电机减速器23、万向节24、联轴节25、螺旋丝杆26、螺块27、两个摆杆28、两个遥杆29、两个机械手爪30；手爪电机22通过手爪电机减速器23驱动万向节24带动螺旋丝杆26转动，螺旋丝杆26穿过联轴节25，螺旋丝杆26上设置有相配合的螺块27，螺块27的相对两侧分别连接摆杆28，螺块27的前后移动通过摆杆28带动遥杆29，驱动机械手爪30的打开或闭合，上述的手爪组件还包括第三行程开关31，第三行程开关31设置在近螺旋丝杆26位置。手爪组件结构简图见图4。

Claims (4)

1.一种三自由度机械手，其特征在于：由基座组件、手臂组件和手爪组件组成，所述的手臂组件设置在基座组件上，手爪组件设置在手臂组件的端部；
基座组件包括基座驱动电机（1）、基座电机减速器（2）、基座蜗杆（3）、基座涡轮（4）、基座转轴（7）组成，基座驱动电机（1）驱动基座电机减速器（2）带动基座蜗杆（3）、基座涡轮（4）啮合传动，基座涡轮（4）通过基座转轴（7）连接基座（32）；
手臂组件包括机械臂体（8）、手臂电机（9）、手臂电机减速器（10）、手臂第二蜗杆（12）、手臂第二涡轮（11）、第二传动轴（13）、第二链轮（14）、链条（15）、第一链轮（16）、第一传动轴（17）、曲柄（18）、随动件连杆（19）组成，手臂电机（9）驱动手臂电机减速器（10）带动手臂第二蜗杆（12）、手臂第二涡轮（11）啮合传动，手臂第二涡轮（11）通过第二传动轴（13）与第二链轮（14）连接，第二链轮（14）、链条（15）、第一链轮（16）形成链传动装置，第一链轮（16）与曲柄（18）通过第一传动轴（17）连接，曲柄（18）通过随动件连杆（19）与手爪组件中的螺旋丝杆（26）连接；
手爪组件包括手爪电机（22）、手爪电机减速器（23）、万向节（24）、联轴节（25）、螺旋丝杆（26）、螺块（27）、两个摆杆（28）、两个遥杆（29）、两个机械手爪（30）；手爪电机（22）通过手爪电机减速器（23）驱动万向节（24）带动螺旋丝杆（26）转动，螺旋丝杆（26）穿过联轴节（25），螺旋丝杆（26）上设置有相配合的螺块（27），螺块（27）的相对两侧分别连接摆杆（28），螺块（27）的前后移动通过摆杆（28）带动遥杆（29），驱动机械手爪（30）的打开或闭合。
2.根据权利要求1所述的三自由度机械手，其特征在于：基座组件还包括第一行程开关（5）、第一限位开关（6），第一行程开关（5）设置在基座蜗杆（3）的一端，第一限位开关（6）设置在基座涡轮（4）的一侧。
3.根据权利要求1所述的三自由度机械手，其特征在于：手臂组件还包括第二行程开关（20）、第二限位开关（21），第二行程开关（20）设置在第一传动轴（17）的一端，第二限位开关（21），设置在曲柄（18）的一侧。
4.根据权利要求1所述的三自由度机械手，其特征在于：手爪组件还包括第三行程开关（31），第三行程开关（31）设置在近螺旋丝杆（26）位置。
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