CN104191427A - 并联机械手 - Google Patents

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雷万春
张钦炎
蒋幸福
张栩俊
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Shenzhen Dayu CNC Technology Co Ltd
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    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/003—Programme-controlled manipulators having parallel kinematics
    • B25J9/0045—Programme-controlled manipulators having parallel kinematics with kinematics chains having a rotary joint at the base
    • B25J9/0051—Programme-controlled manipulators having parallel kinematics with kinematics chains having a rotary joint at the base with kinematics chains of the type rotary-universal-universal or rotary-spherical-spherical, e.g. Delta type manipulators

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  • Mechanical Engineering (AREA)
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Abstract

本发明公开了并联机械手，包括一固定架、一水平板、多个悬垂架、多个传动机构和一吸附装置，水平板固定于固定架的顶部，各悬垂架的一端分别固接水平板，各悬垂架的另一端竖直向下伸出，吸附装置位于悬垂架下方，且各悬垂架以水平板的中心所在的竖直线轴对称分布；每个传动机构均包括主动臂、从动臂、减速器和伺服电机，减速器与悬垂架的下端固接，伺服电机的输出轴经减速器对接主动臂的一端，主动臂的另一端与从动臂的一端铰接，从动臂的另一端与吸附装置铰接。本发明误差小、空间利用率大、使用可靠。

Description

并联机械手
技术领域
本发明涉及机械手，具体涉及并联机械手。
背景技术
在传统的工厂里，分拣、拾取、装箱等大量重复性工作，一般由人工来完成，具有劳动强度大、耗时较多、枯燥无味、易造成污染等问题，并且会增加企业的成本。因此在这些领域中，需要机械手对轻小物料进行高速的中、短距离抓取、搬运和放置等操作。而工业生产中一般采用的是串联机械手，而串联机械手具有以下缺点：
(1)承载能力低，刚度小，结构不够稳定；
(2)末端执行部件的误差是由各个关节误差的积累与放大，因此其误差大而精度低；
(3)驱动电机及伺服***大都放在运动的大小臂上，增加了***的运动惯性，恶化了***的动力性能；
(4)机构占用工作空间大，还容易与工作平台干涉。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种误差小、空间利用率大、使用可靠的并联机械手。
本发明的目的采用如下技术方案实现：
并联机械手，包括一固定架、一水平板、多个悬垂架、多个传动机构和一吸附装置，水平板固定于固定架的顶部，各悬垂架的一端分别固接水平板，各悬垂架的另一端竖直向下伸出，吸附装置位于悬垂架下方，且各悬垂架以水平板的中心所在的竖直线轴对称分布；每个传动机构均包括主动臂、从动臂、减速器和伺服电机，减速器与悬垂架的下端固接，伺服电机的输出轴经减速器对接主动臂的一端，主动臂的另一端与从动臂的一端铰接，从动臂的另一端与吸附装置铰接。
优选地，所述吸附装置包括动平台、步进电机、转轴、连接架、连接管和吸盘，动平台与从动臂的另一端铰接，步进电机固定于动平台顶面的中心，该步进电机的输出轴与转轴的上端对接，转轴与动平台转动配合，转轴的下端依次连接连接架、连接管和吸盘。
优选地，所述动平台为多边形板，该多边形板上开有与传动机构数量相等的缺口，各缺口以多边形板的中心对称分布，相邻缺口间形成横向凸起的铰接部，所述从动臂的另一端与铰接部铰接。
优选地，每个所述传动机构的从动臂为两个，两从动臂相互间隔，且两从动臂的一端与主动臂另一端两侧壁球铰连接，两从动臂的另一端分别与所述铰接部的两侧壁可拆卸地球铰连接。
优选地，每个所述传动机构还包括张紧机构，该张紧机构包括一弹簧和两个挂钩，弹簧的两端分别连接两挂钩的一端，两挂钩的另一端分别与两从动臂铰接。
优选地，所述从动臂上横向伸出有挂轴，所述挂钩的另一端形成勾头，该勾头勾扣于挂轴并与挂轴转动配合。
优选地，所述并联机械手还包括用于拍摄的CCD视觉***、以及对该CCD视觉***所拍摄的图像进行图像分析处理的工控机，所述伺服电机和步进电机分别电连接工控机；所述CCD视觉***包括光源和CCD相机；所述光源位于CCD相机的底端，该CCD相机还通过一通讯接口与所述工控机通信。
优选地，所述固定架为一立起的长方体框架，水平板、悬垂架、传动机构和吸附装置均位于该长方体框架内。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：
(1)本发明通过悬垂架分别与水平板和传动机构的连接，实现悬吊式的安装方式，使本发明的外形小、质量轻，空间利用率大，减小了与其他相关设备的干涉，便于各种场合的安装放置；
(2)本发明通过多个传动机构共同铰接吸附装置，各传动机构对吸附装置的共同作用，可降低惯性，提升动力性能，且使各传动机构的自身误差形成平均值，实现误差小而精度高地驱动吸附装置动作，可应用于多种场合的各种抓取和分拣动作，大大的提高了生产效率，节约了成本；
(3)本发明通过对动平台形状和缺口的设置，可使两从动臂夹于铰接部两侧，使动平台实现足够自由度的基础上，又可得到更可靠、稳定的传动支持，既利于吸附平台对物件的有效吸附，又大大降低传动机构传递至物件的震动，而且，转轴下方的连接架可拆卸，则可方便地更换不同的吸附装置和抓取装置来用于吸附和抓取不同的物件。
(4)本发明通过设置的CCD视觉***和工控机，不但可以准确定位抓取待分拣装箱的物品，还可以准确的检测出待装箱物品的优劣性，预防不良品进入下一工序，从而及时发现问题，提高良品率，满足了使用者的使用要求。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
附图说明
图1为本发明并联机械手的立体示意图；
图2为图1的A处放大示意图；
图3为本发明动平台的结构示意图。
图中：1、固定架；2、水平板；3、悬垂架；4、传动机构；41、主动臂；42、从动臂；421、挂轴；43、减速器；44、伺服电机；45、张紧机构；451、弹簧；452、挂钩；453、勾头；5、吸附装置；51、动平台；511、缺口；512、铰接部；52、步进电机；53、转轴；54、连接架；55、连接管；56、吸盘。
具体实施方式
如图1所示的并联机械手，包括一固定架1、一水平板2、多个悬垂架3、多个传动机构4和一吸附装置5，水平板2固定于固定架1的顶部，各悬垂架3的一端分别固接水平板2，各悬垂架3的另一端竖直向下伸出，吸附装置5位于悬垂架3下方，且各悬垂架3以水平板2的中心所在的竖直线轴对称分布；每个传动机构4均包括主动臂41、从动臂42、减速器43和伺服电机44，减速器43与悬垂架3的下端固接，伺服电机44的输出轴经减速器43对接主动臂41的一端，主动臂41的另一端与从动臂42的一端铰接，从动臂42的另一端与吸附装置5铰接。
通过悬垂架3分别与水平板2和传动机构4的连接，实现传动机构4的悬吊式的安装方式，使本发明的外形小、质量轻，空间利用率大，本例的固定架1为一立起的长方体框架，水平板2、悬垂架3、传动机构4和吸附装置5均位于该长方体框架内，则可进一步防止与外部工作平台干涉。通过多个传动机构4共同铰接吸附装置5，使各传动机构4的自身误差形成平均值，实现误差小而精度高地驱动吸附装置动作。在伺服电机44的带动下，经过减速器43减速后，可驱动主动臂41相对于其对应的悬垂架3旋转，进而带动各从动臂42对吸附装置5产生作用力，从而驱动吸附装置5运动，吸附装置5则可对准吸附物品，利于可靠分拣、拾取物品。其中，本例的悬垂架3、传动机构4均为三个，可形成平衡、稳定的动力传递关系。
如图2～3所示，本例的吸附装置5包括动平台51、步进电机52、转轴53、连接架54、连接管55和吸盘56，动平台51与从动臂42的另一端铰接，步进电机52固定于动平台51顶面的中心，该步进电机52的输出轴与转轴53的上端对接，转轴53与动平台51转动配合，可配置轴承以利于该转动配合，转轴53的下端依次连接连接架54、连接管55和吸盘56，使吸盘56得到足够的稳定的支撑力。在步进电机52的转动带动下，经转轴53、连接架54和连接管55，可驱使吸盘56转动，从而加强对物品的吸附效果，对连接管55接入外部真空气源，就可在吸盘56处形成负压用于吸附。当然也可在吸附装置5加入接近开关等感应装置，用于感应物品的位置。
本例的动平台51为多边形板，该多边形板上开有与传动机构4数量相等的缺口511，各缺口511以多边形板的中心对称分布，相邻缺口511间形成横向凸起的铰接部512，从动臂42的另一端与铰接部512铰接。在多边形板上设置缺口511并形成铰接部512的方式，便于从动臂42与动平台51无干涉、顺畅、可靠地铰接。
每个传动机构4的从动臂42为两个，均呈细杆状，两从动臂42相互间隔，且两从动臂42的一端与主动臂41另一端两侧壁球铰连接，两从动臂42的另一端分别与铰接部512的两侧壁可拆卸地球铰连接。两从动臂42夹于铰接部512两侧，使动平台51实现足够自由度的基础上，又可得到更可靠、稳定的传动支持。
为进一步同步每个传动机构4上两从动臂42的动作，每个传动机构4还包括张紧机构45，该张紧机构45包括一弹簧451和两个挂钩452，弹簧451的两端分别连接两挂钩452的一端，两挂钩452的另一端分别与两从动臂42铰接。弹簧451可以张紧两从动臂42，保证两从动臂42时刻保持平行，使吸附装置5的得到的移动精度更加精确、可靠。
为便于装拆，从动臂42上横向伸出有挂轴421，挂钩452的另一端形成勾头453，该勾头453勾扣于挂轴421并与挂轴421转动配合。
本并联机械手还包括用于拍摄的CCD视觉***(图中未示出)、以及对该CCD视觉***所拍摄的图像进行图像分析处理的工控机(图中未示出)，伺服电机44和步进电机52分别电连接工控机，以便通过工控机来控制伺服电机44和步进电机52的转动；CCD视觉***包括光源和CCD相机；光源位于CCD相机的底端，该CCD相机还通过一通讯接口与工控机通信。CCD视觉***通过CCD相机的拍照，会配合工控机内部的图像分析处理软件检测出要加工物品的实际外观信息，然后通过工控机将该信息与标准物品进行分析比对，再根据自动比对分析结果决定是否对物品进行拾取，如果发现结果在误差的范围内，那么工控机就会直接控制对物品进行拾取，否则就会跳过该物品，对下一物品进行识别加工，从而可以及时发现需加工物品质量的好坏，大大提升了对质量的保证，提升了良品率。
上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

Claims (8)

1.并联机械手，其特征在于：包括一固定架、一水平板、多个悬垂架、多个传动机构和一吸附装置，水平板固定于固定架的顶部，各悬垂架的一端分别固接水平板，各悬垂架的另一端竖直向下伸出，吸附装置位于悬垂架下方，且各悬垂架以水平板的中心所在的竖直线轴对称分布；每个传动机构均包括主动臂、从动臂、减速器和伺服电机，减速器与悬垂架的下端固接，伺服电机的输出轴经减速器对接主动臂的一端，主动臂的另一端与从动臂的一端铰接，从动臂的另一端与吸附装置铰接。
2.根据权利要求1所述的并联机械手，其特征在于：所述吸附装置包括动平台、步进电机、转轴、连接架、连接管和吸盘，动平台与从动臂的另一端铰接，步进电机固定于动平台顶面的中心，该步进电机的输出轴与转轴的上端对接，转轴与动平台转动配合，转轴的下端依次连接连接架、连接管和吸盘。
3.根据权利要求2所述的并联机械手，其特征在于：所述动平台为多边形板，该多边形板上开有与传动机构数量相等的缺口，各缺口以多边形板的中心对称分布，相邻缺口间形成横向凸起的铰接部，所述从动臂的另一端与铰接部铰接。
4.根据权利要求3所述的并联机械手，其特征在于：每个所述传动机构的从动臂为两个，两从动臂相互间隔，且两从动臂的一端与主动臂另一端两侧壁球铰连接，两从动臂的另一端分别与所述铰接部的两侧壁可拆卸地球铰连接。
5.根据权利要求4所述的并联机械手，其特征在于：每个所述传动机构还包括张紧机构，该张紧机构包括一弹簧和两个挂钩，弹簧的两端分别连接两挂钩的一端，两挂钩的另一端分别与两从动臂铰接。
6.根据权利要求5所述的并联机械手，其特征在于：所述从动臂上横向伸出有挂轴，所述挂钩的另一端形成勾头，该勾头勾扣于挂轴并与挂轴转动配合。
7.根据权利要求1～6任一项所述的并联机械手，其特征在于：所述并联机械手还包括用于拍摄的CCD视觉***、以及对该CCD视觉***所拍摄的图像进行图像分析处理的工控机，所述伺服电机和步进电机分别电连接工控机；所述CCD视觉***包括光源和CCD相机；所述光源位于CCD相机的底端，该CCD相机还通过一通讯接口与所述工控机通信。
8.根据权利要求1～6任一项所述的并联机械手，其特征在于：所述固定架为一立起的长方体框架，水平板、悬垂架、传动机构和吸附装置均位于该长方体框架内。
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