CN105150198A - 一种具有直线移动和旋转运动的二自由度机械手 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有直线移动和旋转运动的二自由度机械手，将燕尾槽导轨安装在机械臂上，并随着机械臂的运动而运动，导轨内部开成燕尾槽结构，连接台与其配合设计成燕尾结构，把连接台安装在燕尾槽导轨上，这样使得机械手的直线移动更加平稳且精确。在连接台上开有螺纹孔，通过螺栓连接把旋转气缸安装在连接台上，连接板安装在旋转气缸的顶部，机械手与连接板连接，当旋转气缸进气驱动气缸旋转时，带动连接板旋转，同时机械手也随着连接板的旋转而旋转。通过连接台在燕尾槽导轨上的直线运动以及旋转气缸的旋转运动，机械手实现了一移一转两自由度的运动。

Description

一种具有直线移动和旋转运动的二自由度机械手

技术领域

本发明涉及机械制造业领域，特别涉及一种具有直线移动和旋转运动的二自由度机械手。

背景技术

人类一直幻想有一种拟人的机械。能像人一样有手脚灵活自由地运动，代替人从事复杂的劳动，这种机械就是今天所说的“机器人”。机器人是一种自动化设备，自动化设备及生产线是一项以机械、电子，仪表、电气、信息处理、计算机、自动控制技术等众多技术结合的复合运用。随着生产力、新技术的发展，1951年美国诞生了第一台实用工业机器人。工业机器人工作目的性强，通常称为机械手，机械手能很快地改变工作程序，适用性较强，因而得到广泛应用，如在汽车工业、电子工业、核工业等工业部门，在服务行业，在海底、航天类极限能力外的环境中从事焊接、喷涂、装卸、转向、分拣或维修等工作。

随着现代化工业的不断发展以及生产过程机械化和自动化水平的提升，工业机械手凭借其自身显著的特点得到了广泛应用。如：应用机械手可以减轻劳动强度、提高产品质量、改善劳动条件，避免人身事故的发生，在高温、高压、低温、低压、有灰尘、噪声、和有放射性以及毒性污染的恶劣环境中，应用机械手可以部分或全部地替代人来安全地完成作业，有节奏地进行生产等。其在机械加工行业中的应用大大提高了生产效率，节省劳动力成本达50％以上。

机械手通常由如下五部分构成：作为被自动化的对象，起连接固定或某些特定的功能的机械本体。用以获取信息的检测及传感器部分，还包括信息转换、显示、记录等。处理各种信息并做出相应的判断，决策和指令的控制部分。执行各种指令，完成预期的动作的执行机构部分，通常由传动机构和执行元件组成，实现设定的运动，传递足够的动力，井具有良好的传动性能。向自动化设备及生产线供应能量，以驱动它们进行各种运动和操作的动力源部分，常用的有电力源及其他液压源、气压源等。具体而言机械手主要由控制***、驱动***、执行机构以及位置检测***等组成。

机械手按用途分可分专用和通用。

专用机械手工作对象单一，结构简单。动作少；通用机械手通用性强，动作灵活，程序可变，定位精度高，有独立控制***。按驱动方式可分为液压型、气压型、电力型、机械型。液压传动型以油液的压力来驱动执行机构运动，结构紧凑，传动平稳，抓取力大，气压传动型结构简单，动作迅速，成本低。电力传动型由特殊结构的电动机直接驱动机构运动，中间转换机构少，运动速度快，工作范围大，机械传动型由机械传动机构驱动，动作频率高，运动准确可靠。

按种类可分为串联和并联。

串联机械手的大臂、小臂以串联方式。相连接。这类机器人形式很多.如球坐标形式、直角坐标形式、圆柱坐标形式和全铰链多关节形式等。并联机械手用6根支杆将上下两平台相连接，6根支杆都可以独立自由伸缩，分别用球铰和虎克铰与平台连接，上平台与下平台可进行6个独立运动，既有6个自由度，在三维空间可以作任意方向的移动和绕任何方向、位置的轴线转动，如训练飞行员的模拟器，汽车总装线上安装车轮的机械手等。

现今机器人的应用领域不断扩大，并向智能机械手方向发展，如具有视觉、听觉、嗅觉、触觉、力觉等感觉机能，有逻辑思维学习，判断和决策的功能，可以根据作业要求和环境信息随机应变，有选择地采取行动，灵活地处理问题，自主地完成任务。

手指夹持机构主要由主轴、万向节、电动机、减速器、丝杠、行走块、手指、限位开关和脉冲开关等组成；手臂上下摆动机构主要由电动机、减速器、齿轮、链条、蜗轮、蜗杆、主轴限位开关和脉冲开关等组成，机械手回转机构主要由电动机、减速器、蜗轮，蜗杆，限位开关和脉冲开关等组成。各种运动状态通过监测其对应的脉冲开关产生脉冲数来控制。脉冲开关和限位开关选用同一种微动开关，因在***控制中起的作用不同分别叫作脉冲开关和限位开关。

目前，工业机械手大部分还属干第一代，主要依靠工人进行控制；改进的方向主要是降低成本和提高精度。适应窄小空间、快节奏、360度全工作空间范围的垂直关节型机器人大量应用于焊接和上、下料。大型、超大型机器人应用于汽车、建筑、桥梁等行业。我国各行业的自动化水平有明显提高。先进的自动化技术得到了普遍的采用。这些技术的内容包含了先进的信息处理和控制技术，即以计算机为核心，有PLC、工控机、单片机、人机界面、现场总线等组成的控制***。先进的驱动技术有变频调速、交流伺服、步进电机等。控制技术上采用32位、64位CPU。控制轴数多达27轴，CNC、离线编程技术被广泛应用，总线技术的利用使协调.控制技术日趋成熟，实现了多手与变位的协.调及同步控制。

作为高科技全自动一体化的新型产品，机器人是提升企业效能的产物，将机器人与.包装线相结合，既能提高生产线正常运行的效能，又能增强运行可靠性。更能让用户迅速适应日新月异的生产需求，分享高科技成果产生的巨大效益。机器人综合了计算机、控制论、机构学、信息和传感、人工智能、仿生学等多学科而形成的高新技术产品：机器人的应用情况也是一个国家工业自动化水平的重要标志。

自20世纪60年代初期问世，机械手历经了近50年发展，成为了制造业生产自动化中十分重要的机电设备，其发展前景一片光明。首先，伴随现代控制技术和微电子技术的发展，机械手重复精度提高，其定位准确性得到增强。其次，机械手可具有重构化的机械结构，即模块化，经拼装，机械手可具有的功能是：根据实际作业需要启动所需的模块，实现所对应的功能，让同一机械手具有不同的功能，增大其应用范围。再者，随着低碳理念的深入人心，机械手的发展也将以无污染、节能为前提，如用一些新型材料可以制造无润滑元件应用于气动机械手当中，不仅使***简化，且有着稳定的摩擦性能以及较长的寿命。值得重视的是，随着机电一体化的发展，控制***将向基于PC机的开放型控制器的方向发展，并且，随着传感器作用的日益加重，由“可编程控制器、传感器、动作元件”组成的典型的自动化控制***依然会是主流发展方向，在此***中，传统的“开关控制”也将转变为“反馈控制”，从而进一步提升***的精度。

有的公司把带有系列导向驱动装置的气动机械手称为简单的传输技术，而把模块化拼装的气动机械手称为现代传输技术，模块化拼装的气动机械手比组合导向驱动装置更具灵活的安装体系，它集成电接口和带电缆及气管的导向***装置，使机械手运动自如，由于模块化气动机械手的驱动部件采用了特殊设计的滚珠轴承，使它具有高刚性、高强度及精确的导向精度，优良的定位精度也是新一代气动机械手的一个重要特点，模块化气动机械手使同一机械手可能由于应用不同的模块而具有不同的功能，扩大了机械手的应用范围，是气动机械手的一个重要的发展方向。智能阀岛的出现对提高模块化气动机械手和气动机器人的性能起到了十分重要的支持作用。因为智能阀岛本来就是模块化的设备，特别是紧凑型CP阀岛，它对分散上的集中控制起了十分重要的作用，特别对机械手中的移动模块。

气动技术经历了一个漫长的发展过程，随着气动伺服技术走出实验室，气动技术及气动机械手迎来了崭新的春天。目前在世界上形成了以日本、美国和欧盟气动技术、气动机械手三足鼎立的局面。我国对气动技术和气动机械手的研究与应用都比较晚，但随着投入力度和研发力度的加大，我国自主研制的许多气动机械手已经在汽车等行业为国家的发展进步发挥着重要作用。随着微电子技术的迅速发展和机械加工工艺水平的提高及现代控制理论的应用，为研究高性能的气动机械手奠定了坚实的物质技术基础，由于气动机械手有结构简单易实现无级调速、易实现过载保护、易实现复杂的动作等诸多独特的优点，可以预见，在不久的将来，气动机械手将越来越广泛地进入工业、军事、航空、医疗、生活等领域。

发明内容

针对我国机械制造业领域自动化程度不高、工人劳动强度大、生产环境恶劣等问题，本发明的目的在于提出一种具有直线移动和旋转运动的二自由度机械手，为解决我国机械制造业自动化、智能化程度低提供一种装置。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种具有直线移动和旋转运动的二自由度机械手，包括：燕尾槽导轨、连接台、旋转气缸、连接板、机械手。

首先将燕尾槽导轨安装在机械臂上，并随着机械臂的运动而运动，导轨内部开成燕尾槽结构，连接台与其配合设计成燕尾结构，把连接台安装在燕尾槽导轨上，这样使得机械手的直线移动更加平稳且精确。在连接台上开有螺纹孔，通过螺栓连接把旋转气缸安装在连接台上，连接板安装在旋转气缸的顶部，机械手与连接板连接，当旋转气缸进气驱动气缸旋转时，带动连接板旋转，同时机械手也随着连接板的旋转而旋转。通过连接台在燕尾槽导轨上的直线运动以及旋转气缸的旋转运动，机械手实现了一移一转两自由度的运动。

具体实施方式

下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

实施例1

将燕尾槽导轨安装在机械臂上，并随着机械臂的运动而运动，导轨内部开成燕尾槽结构，连接台与其配合设计成燕尾结构，把连接台安装在燕尾槽导轨上，这样使得机械手的直线移动更加平稳且精确，承载能力得到加强。在连接台上开有螺纹孔，通过螺栓连接把旋转气缸安装在连接台上，连接板安装在旋转气缸的顶部，机械手与连接板连接，当旋转气缸进气驱动气缸旋转时，带动连接板旋转，同时机械手也随着连接板的旋转而旋转。通过连接台在燕尾槽导轨上的直线运动以及旋转气缸的旋转运动，机械手实现了一移一转两自由度的运动。

当机械手抓取工件时，驱动连接台在燕尾槽导轨上的直线运动，使机械手定位到工件上部，当姿态不正确时，驱动旋转气缸，使机械手旋转一定的角度到合适抓取的位置使，机械臂下移，待机械手到达工件中间位置时，控制机械手的抓取动作，使机械手抓取住工件，移动机械臂，将工件送达指定的位置，这样就完成了一次抓取工件的操作。

Claims (4)

1.一种具有直线移动和旋转运动的二自由度机械手，包括：燕尾槽导轨、连接台、旋转气缸、连接板、机械手，其特征在于，燕尾槽导轨连接在机械臂上，随着机械臂的运动而运动。

2.根据权利要求1所述的一种具有直线移动和旋转运动的二自由度机械手，其特征在于，机械手运行的导轨设计成燕尾槽式，连接台与其配合装配。

3.根据权利要求1所述的一种具有直线移动和旋转运动的二自由度机械手，其特征在于，旋转气缸与连接台连接。

4.根据权利要求1所述的一种具有直线移动和旋转运动的二自由度机械手，其特征在于，连接板与旋转气缸连接，并且机械手安装在连接板上。