CN104690737A - 一种超声驻波悬浮夹持搬运机械手 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超声驻波悬浮夹持搬运机械手，包括横梁，横梁安装两导轨平台，每一导轨平台上安装有导轨，导轨滑动配合外滑块，外滑块固定连接移动平台，移动平台固定连接内滑块，内滑块穿过滚珠丝杆，滚珠丝杆通过螺纹推动内滑块运动；滚珠丝杆的第一端与驱动电机的电机轴连动；移动平台上安装换能器，换能器固定连接变幅杆；两变幅杆的一端相正对且留有间隙；在驱动电机的驱动下，两变幅杆作相对或反向同步运动。本发明超声驻波悬浮夹持搬运机械手用于工件非接触式搬运，在生产线上，其实现了机器人手臂末端非接触式的夹具功能。

Description

一种超声驻波悬浮夹持搬运机械手

技术领域

本发明属于夹持机械手技术领域，具体涉及一种非接触式搬运工件的超声驻波悬浮夹持式机械手。

背景技术

机械手是较早出现的工业机器人，也是较早出现的现代机器人，它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化及自动化，其能在有害环境下操作以保护人身安全。因而，其广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等领域。

现有的搬运机械手都是接触式的，即机械手夹持部件与搬运工件直接接触，而在一些高精密元器件的搬运过程对表面质量要求特别高，不允许元器件在搬运过程中受到损坏或污染，而在使用现有接触式搬运机械手时，元器件与机械手夹持部件直接接触就可能对元器件造成损坏或污染，从而不能达到装配精度要求。基于此，本发明运用超声驻波悬浮原理，提供了一种非接触式的搬运机械手。

发明内容

本发明公开了一种超声驻波悬浮夹持搬运机械手，用于工件非接触式搬运，在生产线上，其实现了机器人手臂末端非接触式的夹具功能。

本发明提供了一种超声驻波悬浮夹持搬运机械手，用来实现工件的非接触式搬运，具体技术方案如下：

一种超声驻波悬浮夹持搬运机械手，包括横梁，横梁安装两导轨平台，每一导轨平台上安装有导轨，导轨滑动配合外滑块，外滑块固定连接移动平台，移动平台固定连接内滑块，内滑块穿过滚珠丝杆，滚珠丝杆通过螺纹推动内滑块运动；滚珠丝杆的第一端与驱动电机的电机轴连动；移动平台上安装换能器，换能器固定连接变幅杆；两变幅杆的一端相正对且留有间隙；在驱动电机的驱动下，两变幅杆作相对或反向同步运动。

优选的，移动平台上安装固定夹具，所述的换能器安装于固定夹具。

优选的，固定夹具具有一圆柱形安装孔，与此相对应的，所述的换能器呈圆柱状，换能器的局部或全部***固定夹具的安装孔，换能器与固定夹具之间紧配合。

优选的，固定夹具的圆柱形安装孔的局部径向具有间隙，间隙处通过调节螺栓旋接上下相对部，通过调节螺栓来调整固定夹具与换能器间的夹紧度。

优选的，滚珠丝杆的第一端通过一联轴器与所述驱动电机的电机轴相连而连动。

优选的，滚珠丝杆的第二端转动式地定位于一支撑架，该支撑架安装于导轨平台的第一端。

优选的，驱动电机安装于导轨平台的第二端。

优选的，横梁的截面呈U形，两导轨平台对称地安装于横梁的两端。

优选的，每一导轨平台上沿长度方向安装两条相平行且相对称的导轨。

优选的，横梁安装一连接件。

优选的，变幅杆由两段圆柱段构成，变幅杆与换能器同轴线，且变幅杆的两段圆柱段与换能器的直径由小到大排布。

优选的，换能器为压电陶瓷换能器。

本发明超声驻波悬浮夹持搬运机械手利用超声驻波场中形成的声悬浮力来“夹持”工件，其包括支架、位于支架左右两侧的导轨平台、位于平台之上的导轨、位于导轨之上的导轨滑块、位于导轨滑块之上的超声驻波悬浮换能器、变幅杆、驱动换能器、变幅杆沿导轨方向运动的驱动组件。驱动组件带动换能器和变幅杆沿变幅杆轴线方向做靠近或者远离夹持工件的直线运动，执行夹持和松开动作，并根据所夹持工件的重量来调节一对变幅杆之间的距离，调整出一对变幅杆的合适距离，通过数控***来控制驱动电机来实现两个变幅杆同步运动，以实现自动夹取及释放工件的搬运工作。

本发明利用超声波传播过程中，经反射后入射波与反射波形成的驻波场，而物体在驻波场中会受到声悬浮力的作用下会悬浮起来，利用超声悬浮力将物体悬浮在驻波节点位置处，实现“抓取”工件的功能，其技术效果在于：

一、创新的非接触式夹持设计，结构原理简单，突破以往夹具夹持工件必须与工件接触的概念。

二、创新地将超声悬浮与夹具夹持结合到一起。

三、本发明装置不仅适用于一般的生产环境，更加适合于对生产环境要求较高的无尘环境中，能够减少工件在搬运过程中的污染，提高了生产质量。

附图说明

图1是超声驻波悬浮夹持搬运机械手的立体图。

图2是超声驻波悬浮夹持搬运机械手的侧视图。

图3是导轨平台结构图。

图4是变幅杆与换能器组合件立体图。

图5是变幅杆与换能器组合件正视图。

图6是固定夹具的主视结构图。

图7是固定夹具的俯视结构图。

图8是横梁的结构示意图。

图示中，1-驱动电机；2-导轨；3-滚珠丝杆；4-固定夹具；5-换能器；6-变幅杆；7-导轨平台；8-外滑块；9-横梁；10-连接件；11-固定螺栓；12-调节螺栓；13-移动平台；14-内滑块；15-联轴器；16-悬浮夹持件。

具体实施方式

以下结合附图对实施例做详细说明。

参见图1-8，本实施例超声驻波悬浮夹持搬运机械手用于工件的非接触式夹持，其包括横梁9、导轨平台7，横梁9的截面呈U形，横梁9几何中心外侧面安装连接件10，通过连接件10与多自由度机器人手臂末端连接。

横梁9的两端对称地安装两导轨平台7，导轨平台与横梁间通过固定螺栓连接。导轨平台7上沿长度方向通过固定螺栓11安装两条相平行且对称的导轨2。每条导轨2滑动配合一外滑块8，同侧的两外滑块8之上固定连接移动平台13，移动平台13的中部之下通过螺栓固定连接内滑块14，内滑块14穿过滚珠丝杆3，滚珠丝杆3通过螺纹推动内滑块14运动。滚珠丝杆3的一端通过联轴器15与驱动电机1的电机轴相连，驱动电机1安装于导轨平台7的一端。滚珠丝杆3的另一端转动式地定位于支撑架，该支撑架安装于导轨平台7的另一端(朝向对侧的一端)。

移动平台13之上通过螺栓安装固定夹具4，固定夹具4具有一圆柱形安装孔，该圆柱形安装孔的局部径向具有间隙，间隙处通过调节螺栓12旋接上下相对部。该安装孔***圆柱形换能器5的局部，该安装孔的内表面与换能器5紧配合，通过调节螺栓12来调整两者间的夹紧程度。换能器5的另一端连接变幅杆6，变幅杆6由两段圆柱段构成，变幅杆6与换能器5同轴线，变幅杆6轴线平行于横梁9。且变幅杆6的两段圆柱段与换能器5的直径由小到大排布。换能器5为压电陶瓷换能器。两侧的变幅杆6相对称设置，且两者的一端(小直径一段的端部)相正对，两者的该端之间置入悬浮夹持件16，两者的该端部用于夹紧悬浮夹持件16。通过驱动电机1的驱动，带动两变幅杆6沿导轨远离或靠近工件16，实现对工件16夹紧或放松。

本发明中，变幅杆、换能器与超声波发生器，属现有技术，不予详述。

本发明超声驻波悬浮夹持机械手的工作原理：采用超声驻波悬浮原理，通过两个相对的变幅杆形成超声驻波场。运用超声驻波场中的声悬浮力的作用完成对工件的“抓取”，使工件稳定在驻波场的节点位置处。相对的两个变幅杆之间的距离不同，则其形成的驻波场中声悬浮力的大小也随之变化。工件夹持过程为：调节机械手使工件处于两相对的变幅杆的轴线上，根据工件的大小，通过数控***调节导轨平台两端的驱动电机，驱动电机带动滚珠丝杠转动，滚珠丝杠驱动移动平台移动，相应的使两个变幅杆之间的距离减小，增强驻波场的声悬浮力，使工件被紧紧抓住，完成工件的夹持。工件释放过程：通过控制***控制驱动电机带动滚珠丝杠转动使移动平台向远离工件的方向运动，带动两变幅杆之间的距离增大。变幅杆形成的驻波场中的声悬浮力减弱，完成工件的释放。

Claims (10)

1.一种超声驻波悬浮夹持搬运机械手，其特征是包括横梁，横梁安装两导轨平台，每一导轨平台上安装有导轨，导轨滑动配合外滑块，外滑块固定连接移动平台，移动平台固定连接内滑块，内滑块穿过滚珠丝杆，滚珠丝杆通过螺纹推动内滑块运动；滚珠丝杆的第一端与驱动电机的电机轴连动；移动平台上安装换能器，换能器固定连接变幅杆；两变幅杆的一端相正对且留有间隙；在驱动电机的驱动下，两变幅杆作相对或反向同步运动。

2.如权利要求1所述的超声驻波悬浮夹持搬运机械手，其特征是：移动平台上安装固定夹具，所述的换能器安装于固定夹具。

3.如权利要求2所述的超声驻波悬浮夹持搬运机械手，其特征是：固定夹具具有一圆柱形安装孔，与此相对应的，所述的换能器呈圆柱状，换能器的局部或全部***固定夹具的安装孔，换能器与固定夹具之间紧配合。

4.如权利要求3所述的超声驻波悬浮夹持搬运机械手，其特征是：所述固定夹具的圆柱形安装孔的局部径向具有间隙，间隙处通过调节螺栓旋接上下相对部，通过调节螺栓来调整固定夹具与换能器间的夹紧度。

5.如权利要求1所述的超声驻波悬浮夹持搬运机械手，其特征是：滚珠丝杆的第一端通过一联轴器与所述驱动电机的电机轴相连而连动。

6.如权利要求5所述的超声驻波悬浮夹持搬运机械手，其特征是：滚珠丝杆的第二端转动式地定位于一支撑架，该支撑架安装于导轨平台的第一端。

7.如权利要求1或5或6所述的超声驻波悬浮夹持搬运机械手，其特征是：驱动电机安装于导轨平台的第二端。

8.如权利要求1所述的超声驻波悬浮夹持搬运机械手，其特征是：横梁的截面呈U形，两导轨平台对称地安装于横梁的两端。

9.如权利要求1或8所述的超声驻波悬浮夹持搬运机械手，其特征是：每一导轨平台上沿长度方向安装两条相平行且相对称的所述的导轨。

10.如权利要求1或8所述的超声驻波悬浮夹持搬运机械手，其特征是：横梁安装一连接件。