CN104647339A - 机械手 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种机械手，包括机架、控制机构、驱动机构和抓取机构，所述驱动机构的一端安装在所述机架上，所述驱动机构的另一端向远离所述机架的方向延伸，所述抓取机构安装在所述驱动机构的延伸端，所述抓取机构具有抓取和释放的结构，所述控制机构通过调节所述驱动机构将所述抓取机构定位和转移。本发明的有益效果为：通过周向驱动机构驱动抓取机构相对于机架周向转动，并且设置第一制动装置对其转动位置进行快速定位，通过径向驱动机构驱动抓取机构相对于机架径向运动，并且设置第二制动装置对驱动机构的径向运动快速定位，将抓取机构精确定位到作业位置。
Description
技术领域
本发明涉及机械设备技术领域，具体涉及一种机械手。
背景技术
21世纪光伏产业风生水起，致使多晶硅原材料需求量大涨，这对多晶硅生产企业的生产效率提出更高的要求。
多晶硅成品棒出炉后，需要将硅棒从反应炉内取出运送至包装车间破碎包装，因为成品的单根硅棒重量一般都在300KG-350KG左右，且外表为倒立的圆柱体U型结构，长度都在1.8米以上，人工无法拾取，目前全球大部分多晶硅生产企业在进行多晶硅成品U型棒拆除作业时均采用下列2种办法：一是用吊车将硅棒整根拔起，再通过运输车转运到破碎车间进行破碎，但是此方法作业效率极低，且硅棒的特性非常脆，在拔取的过程中非常容易断裂，导致后期很难清理。二是直接在还原炉上将硅棒敲碎分成几大块，再收集起来运输至破碎车间，但断裂后的硅棒落到还原炉面板上很容易对炉体造成伤害，给生产企业造成很大经济损失，且人工收集碎硅料时，会对硅棒造成二次污染。
以上2种拆棒方法均需多人同时协助作业，导致企业生产效率低下，生产成本高，市场竞争力低下。因此需要一种操作简单、生产效率高、生产成本低的多晶硅专用拆棒机械手。
发明内容
本发明的目的是提供一种操作简单、生产效率高、生产成本低的机械手，以克服现有技术存在的上述不足。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种机械手，包括机架、控制机构、驱动机构和抓取机构，所述驱动机构的一端安装在所述机架上，所述驱动机构的另一端向远离所述机架的方向延伸，所述抓取机构安装在所述驱动机构的延伸端，所述抓取机构具有抓取和释放的结构，所述控制机构通过调节所述驱动机构将所述抓取机构定位和转移。
进一步的，所述机架为竖直设置的支撑柱，所述支撑柱的底端固定连接有水平设置的支撑架，所述支撑架上安装有行走机构和支撑机构，其中：
所述行走机构包括走轮、行走驱动机构和行走转向机构，所述行走驱动机构的控制端与所述控制机构电性连接，所述走轮离地高度可调节地安装在所述行走机构的底部，所述行走驱动机构通过驱动所述走轮驱动所述机械手的行走，通过所述转向机构控制所述机械手的行走方向；
所述支撑机构设置在所述支撑架的边缘，所述支撑机构包括伸缩长度可调节的支撑端，通过调节所述支撑端的伸缩长度使所述伸缩端抵住地面借以支撑所述支撑架。
进一步的，所述驱动机构包括驱动组件、周向驱动机构和径向驱动机构，所述周向驱动机构的控制端和所述径向驱动机构的控制端均与所述控制机构电性连接其中：
所述驱动组件为悬臂梁结构；
所述驱动组件通过所述周向驱动机构与所述机架转动连接，并且其转动副为水平面，通过周向驱动机构驱动所述驱动组件绕所述机架转动；
所述驱动组件通过所述径向驱动组件沿接近和远离所述机架的方向延伸。
进一步的，所述抓取机构包括抓取驱动机构和抓取组件，所述抓取驱动机构的控制端与所述控制机构电性连接，所述抓取驱动机构驱动所述抓取组件抓取/释放工件。
进一步的，所述抓取机构还包括抓取组件翻转机构，所述抓取组件翻转机构的控制端与所述控制机构电性连接，所述抓取组件翻转机构驱动所述抓取组件翻转，以利于抓取/释放工件。
进一步的，所述驱动机构上安装有制动所述周向驱动机构转动的第一制动装置；
所述驱动机构上安装有制动所述径向驱动机构运动的第二制动装置；
所述抓取机构上安装有制动所述抓取组件翻转机构翻转的第三制动装置；
所述第一制动装置的控制端、所述第二制动装置的控制端和所述第三制动装置的控制端均与所述控制机构电性连接。
进一步的，所述支撑架上安装有第一气缸，所述行走机构可沿竖直方向滑动地安装在所述支撑架上，并且其滑动由所述第一气缸驱动；
所述径向驱动机构包括第二气缸，所述第二气缸安装在所述机架上，所述第二气缸的输出端驱动所述驱动组件绕所述机架的顶端在竖直平面内转动，借以调节位于所述驱动机构的延伸端的抓取机构的径向位置；
所述抓取组件翻转机构为第三气缸，所述第三气缸安装在所述抓取机构上，所述第三气缸的输出端驱动所述抓取组件翻转；
所述机架具一中空的容纳腔，所述容纳腔内设有储气罐，所述第一气缸的进气口、所述第二气缸的进气口和所述第三气缸的进气口分别于所述储气罐连通。
优选的，所述控制机构安装在所述机架上，所述机械手还包括遥控器，所述遥控器与所述控制机构无线通信连接。
本发明的有益效果为：
通过周向驱动机构驱动抓取机构相对于机架周向转动，并且设置第一制动装置对其转动位置进行快速定位，通过径向驱动机构驱动抓取机构相对于机架径向运动，并且设置第二制动装置对驱动机构的径向运动快速定位，将抓取机构精确定位到作业位置；通过行走机构使本发明移动到方便作业的位置；借助支撑机构使本发明作业时稳定性提高；设置配重，提高本发明运行的稳定性；设置抓取组件翻转机构，驱动所述抓取组件翻转，以利于抓取/释放工件，使得抓取组件抓取、转移和释放工件时角度可调；设置储气罐，防止第一气缸、第二气缸和第三气缸的气源意外被切断而引起的损坏气缸的现象，延长本发明的使用寿命，储气罐内的气体可维持本发明进行短时间工作。
附图说明
图1是本发明的主视图；
图2是本发明的左视图；
图3是本发明的俯视图；
图4是本发明的立体结构示意图；
图5是图4的区域Z的局部放大图。
图中：1、行走马达；2、支撑柱；3、第一制动装置；4、顶升气缸；5、配重；6、主悬臂梁；7、副悬臂梁；8、斜拉梁；9、翻转气缸；10、控制机构；11、抓取气缸；12、抓手；13、顶升梁。
具体实施方式
优选实施例
如图1-图5所示，一种机械手，包括机架、控制机构10、驱动机构和抓取机构，所述驱动机构的一端安装在所述机架上，所述驱动机构的另一端向远离所述机架的方向延伸，所述抓取机构安装在所述驱动机构的延伸端，所述抓取机构具有抓取和释放的结构，所述控制机构10通过调节所述驱动机构将所述抓取机构定位和转移。
所述机架为竖直设置的支撑柱2，所述支撑柱2的底端固定连接有水平设置的支撑架，所述支撑架上安装有行走机构1和支撑机构，其中：
所述行走机构1包括走轮、行走驱动机构和行走转向机构，所述行走驱动机构的控制端与所述控制机构10电性连接，所述走轮离地高度可调节地安装在所述行走机构1的底部，所述行走驱动机构通过驱动所述走轮驱动所述机械手的行走，通过所述转向机构控制所述机械手的行走方向；
所述支撑机构设置在所述支撑架的边缘，所述支撑机构包括伸缩长度可调节的支撑端，通过调节所述支撑端的伸缩长度使所述伸缩端抵住地面借以支撑所述支撑架。
所述支撑架底部的边缘转动连接有脚轮，本发明的行走模式可以选用手动模式或驱动模式。选用手动模式工作原理如下：通过人手动推拉使脚轮转动借以实现本发明的行走，同时在所述支撑架的前端设置延伸出所述支撑架的操作手柄，通过对手柄的操作实现对本发明行走方向的控制；选用驱动模式的工作原理如下：所述行走机构1与所述支撑架支架安装有第一气缸，第一气缸的固定端固定在所述支撑架上，第一气缸的输出端驱动行走机构1向下运动并且将走轮压向地面，第一气缸继续作用直至将设置在走轮两侧的脚轮完全顶离地面位置，此时可通过控制机构10控制马达工作，马达带动走轮转动，从而使本发明在马达的驱动下行走无需人力，同时并通过转向机构控制本发明的行走方向，即可将本发明定位到合适的位置，驱动模式下的转向机构可以采用与手动模式相同的转向机构也可采用带有助力的转向机构。所述控制机构10设置在方便作业及作业安全的位置，如：设置在支撑架上，即将支撑架设置成作业平台。
所述驱动机构包括驱动组件、周向驱动机构和径向驱动机构，所述周向驱动机构的控制端和所述径向驱动机构的控制端均与所述控制机构10电性连接其中：所述驱动组件为悬臂梁结构；所述驱动组件通过所述周向驱动机构与所述机架转动连接，并且其转动副为水平面，通过周向驱动机构驱动所述驱动组件绕所述机架转动；所述驱动组件通过所述径向驱动组件沿接近和远离所述机架的方向延伸。
竖直设置的支撑柱2包括转动连接的第一支撑柱和第二支撑柱，其中，第一支撑柱的根部固定在支撑架上，第二支撑柱的根部与第一支撑柱的顶部转动连接，并且第一支撑柱和第二支撑柱之间的转动连接由周向驱动机构驱动，周向驱动机构可以选用电动马达，电动马达的控制端与控制机构10电性连接，通过对控制机构10的操作即可实现电动马达的转动，借以带动第二支撑柱旋转，从而使安装在第二支撑柱顶部的驱动机构周向运动，实现驱动机构的周向运动，第一制动装置3包括第一周向制动装置，第一周向制动装置安装在第一支撑柱和第二支撑柱之间，用以对第二支撑柱的旋转紧急制动，第一周向制动装置优选为关节刹车装置。
驱动机构包括依次连接的主悬臂梁6、第一转接机构、副悬臂梁7，主悬臂梁6的一端与第二支撑柱的顶部转动连接，并且其转动副为竖直平面，主悬臂梁6的另一端与第一转接机构转动连接，并且其转动副为竖直平面；第一转接机构与第二支撑柱之间还安装有顶升梁13，并且顶升梁13与主悬臂梁6平行设置，顶升梁13的一端与第二支撑柱的顶部铰接，顶升梁13的另一端与第一转接机构铰接，第二支撑柱上安装有竖直设置的顶升气缸4，顶升气缸4的输出端向上顶起顶升梁13，借以使第一转接机构可在竖直平面内转动，通过第一转接机构在竖直平面内转动，可实现第一转接机构在一定范围内沿靠近/远离第二支撑柱的方向调节，从而实现驱动机构沿径向的调整。
由于悬臂梁结构不稳定，并且悬臂梁重量加上抓取工件的重量较大，此时可将主悬臂梁6或顶升梁13反向延伸出第二支撑柱形成配重安装端，在配重安装端安装配重5保证机械手运行的稳定和安全。转接机构包括壳体和转动件，其中壳体与主悬臂梁6和顶升梁13连接，转动件与所述壳体转动连接，并且转动副为水平面，转动件与副悬臂梁7的一端固定连接，副悬臂梁7的另一端固定连接有第二转接机构，抓取机构通过第二转接机构与副悬臂梁7向外延伸的一端转动连接，并且其转动副为水平面，第一制动装置3包括第二周向制动装置和第三周向制动装置，第二周向制动装置安装在第一转接机构上，用以对副悬臂梁7的周向运动快速定位，第三周向制动装置安装在第二转接机构上，用以对抓取机构绕副悬臂梁7的延伸端的周向运动快速定位。
在第一转接机构的壳体与副悬臂梁7支架还安装有长度可调节的斜拉梁8，可以将悬臂梁及抓取机构的大部分重量导入到第二支撑柱上。优选的，斜拉梁8的长度调节方式采用丝杠调节，可根据需要调节长度。
所述抓取机构包括抓取驱动机构和抓取组件，所述抓取驱动机构的控制端与所述控制机构10电性连接，所述抓取驱动机构驱动所述抓取组件抓取/释放工件。
抓取组件包括抓取杆，抓取杆的一端与第二转接机构的转动端固定连接，抓取杆的另一端转动连接有抓取支架，抓取支架上安装有抓取气缸11和抓取组件，抓取气缸11的控制端与控制机构10电性连接，抓取气缸11通过驱动抓取组件的闭合和张开借以抓取和释放工件。抓取组件翻转机构包括翻转气缸9，用以翻转抓取支架，翻转气缸9的控制端与控制机构10电性连接，用以满足对工件的多种放置或抓取角度，其中，翻转气缸9的固定端固定在抓取杆上，翻转气缸9的输出端驱动抓取支架绕抓取支架与抓取杆的转动连接端转动，借以将抓取支架的翻转，为了精确控制翻转气缸9的翻转角度还可在翻转支架上安装陀螺仪用以监测翻转支架的翻转角度，其中陀螺仪的信号输出端与控制机构10电性连接。
抓取组件相对于抓取支架的位置可调节地安装在抓取支架上，优选的，抓取组件为抓手12。通过抓取气缸11驱动抓手12的打开和闭合借以释放和夹取工件。
周向驱动机构可选用马达或手动模式，同样第一转接机构的转动和第二转接机构的转动可选用马达驱动或手动模式，当选用马达时，马达的控制端均与控制机构10电性连接。
所述驱动机构上安装有制动所述周向驱动机构转动的第一制动装置3；所述驱动机构上安装有制动所述径向驱动机构运动的第二制动装置；所述抓取机构上安装有制动所述抓取组件翻转机构翻转的第三制动装置；所述第一制动装置3的控制端、所述第二制动装置的控制端和所述第三制动装置的控制端均与所述控制机构10电性连接。
所述支撑架上安装有第一气缸，所述行走机构1可沿竖直方向滑动地安装在所述支撑架上，并且其滑动由所述第一气缸驱动；所述径向驱动机构包括第二气缸，所述第二气缸安装在所述机架上，所述第二气缸的输出端驱动所述驱动组件绕所述机架的顶端在竖直平面内转动，借以调节位于所述驱动机构的延伸端的抓取机构的径向位置；所述抓取组件翻转机构为第三气缸，所述第三气缸安装在所述抓取机构上，所述第三气缸的输出端驱动所述抓取组件翻转；所述机架具一中空的容纳腔，所述容纳腔内设有储气罐，所述第一气缸的进气口、所述第二气缸的进气口和所述第三气缸的进气口分别于所述储气罐连通。所述控制机构10安装在所述机架上，所述机械手还包括遥控器，所述遥控器与所述控制机构10无线通信连接。
使用本发明进行多晶硅拆棒作业时，高效：拆一炉硅棒只需一次定位，炉间移动通过气动马达进行；快速：拆棒速度可快至40秒/棒，24棒还原炉拆完仅需30分钟左右；36棒还原炉拆完仅需45分钟左右。清洁：硅棒接触处采用钨钴合金及聚乙四氟，确保硅棒无污染；便捷：1--2人按钮操作，简单方便，设备闲置时可折叠以减少存放空间。安全：机械手多重优化设计，同时配置失气、误操作保护，确保操作安全。
Claims (8)
1.一种机械手，其特征在于，包括机架、控制机构、驱动机构和抓取机构，所述驱动机构的一端安装在所述机架上，所述驱动机构的另一端向远离所述机架的方向延伸，所述抓取机构安装在所述驱动机构的延伸端，所述抓取机构具有抓取和释放的结构，所述控制机构通过调节所述驱动机构将所述抓取机构定位和转移。
2.根据权利要求1所述的机械手，其特征在于，所述机架为竖直设置的支撑柱，所述支撑柱的底端固定连接有水平设置的支撑架，所述支撑架上安装有行走机构和支撑机构，其中：
所述行走机构包括走轮、行走驱动机构和行走转向机构，所述行走驱动机构的控制端与所述控制机构电性连接，所述走轮离地高度可调节地安装在所述行走机构的底部，所述行走驱动机构通过驱动所述走轮驱动所述机械手的行走，通过所述转向机构控制所述机械手的行走方向；
所述支撑机构设置在所述支撑架的边缘，所述支撑机构包括伸缩长度可调节的支撑端，通过调节所述支撑端的伸缩长度使所述伸缩端抵住地面借以支撑所述支撑架。
3.根据权利要求2所述的机械手，其特征在于，所述驱动机构包括驱动组件、周向驱动机构和径向驱动机构，所述周向驱动机构的控制端和所述径向驱动机构的控制端均与所述控制机构电性连接，其中：
所述驱动组件为悬臂梁结构；
所述驱动组件通过所述周向驱动机构与所述机架转动连接，并且其转动副为水平面，通过周向驱动机构驱动所述驱动组件绕所述机架转动；
所述驱动组件通过所述径向驱动组件沿接近和远离所述机架的方向延伸。
4.根据权利要求3所述的机械手，其特征在于，所述抓取机构包括抓取驱动机构和抓取组件，所述抓取驱动机构的控制端与所述控制机构电性连接，所述抓取驱动机构驱动所述抓取组件抓取/释放工件。
5.根据权利要求4所述的机械手，其特征在于，所述抓取机构还包括抓取组件翻转机构，所述抓取组件翻转机构的控制端与所述控制机构电性连接，所述抓取组件翻转机构驱动所述抓取组件翻转，以利于抓取/释放工件，所述抓取组件翻转机构驱动所述抓手组件翻转。
6.根据权利要求5所述的机械手，其特征在于，
所述驱动机构上安装有制动所述周向驱动机构转动的第一制动装置；
所述驱动机构上安装有制动所述径向驱动机构运动的第二制动装置；
所述抓取机构上安装有制动所述抓取组件翻转机构翻转的第三制动装置；
所述第一制动装置的控制端、所述第二制动装置的控制端和所述第三制动装置的控制端均与所述控制机构电性连接。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的机械手，其特征在于，
所述支撑架上安装有第一气缸，所述行走机构可沿竖直方向滑动地安装在所述支撑架上，并且其滑动由所述第一气缸驱动；
所述径向驱动机构包括第二气缸，所述第二气缸安装在所述机架上，所述第二气缸的输出端驱动所述驱动组件绕所述机架的顶端在竖直平面内转动，借以调节位于所述驱动机构的延伸端的抓取机构的径向位置；
所述抓取组件翻转机构为第三气缸，所述第三气缸安装在所述抓取机构上，所述第三气缸的输出端驱动所述抓取组件翻转；
所述机架具一中空的容纳腔，所述容纳腔内设有储气罐，所述第一气缸的进气口、所述第二气缸的进气口和所述第三气缸的进气口分别于所述储气罐连通。
8.根据权利要求1所述的机械手，其特征在于，所述控制机构安装在所述机架上，所述机械手还包括遥控器，所述遥控器与所述控制机构无线通信连接。
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