CN105538304B - 轨迹驱动式机械手 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及工业自动化设备,更具体地说,涉及一种自动化机械手。轨迹驱动式机械手,包括伺服电机、机架、凸轮机构、拨叉、运动组件,所述伺服电机固连于所述机架,所述伺服电机的输出轴上固连联轴器,所述联轴器的末端固连拨叉,所述运动组件活动连接于所述机架,所述拨叉活动连接于所述运动组件。本发明适用于机械制造过程中,实现物料的搬运传输;本发明轨迹驱动式机械手实现了轻量化设计,利用一个伺服电机作为驱动源,使机械手产生预想的二维运动空间;通过改变凸轮槽中心线,可以快速改变机械手的运动轨迹。
Description
技术领域
本发明涉及工业自动化设备,更具体地说,涉及一种自动化机械手。
背景技术
机械手是指能模仿人手和臂的某些动作功能,用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化,能在有害环境下操作以保护人身安全,因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。
机械手主要由手部、运动机构和控制***三大部分组成。手部是用来抓持工件(或工具)的部件,根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式,如夹持型、托持型和吸附型等。运动机构,使手部完成各种转动(摆动)、移动或复合运动来实现规定的动作,改变被抓持物件的位置和姿势。运动机构的升降、伸缩、旋转等独立运动方式,称为机械手的自由度。控制***是通过对机械手每个自由度的电机的控制,来完成特定动作。
然而,现有的机械手指往往由多个电机驱动,结构复杂,价格昂贵。
现有的机械手指的寿命不长。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种轨迹驱动式机械手,本发明适用于机械制造过程中,实现物料的搬运传输;本发明轨迹驱动式机械手实现了轻量化设计,利用一个伺服电机作为驱动源,使机械手产生预想的二维运动空间;通过改变凸轮槽中心线,可以快速改变机械手的运动轨迹。
一种轨迹驱动式机械手,包括伺服电机、机架、凸轮机构、拨叉、运动组件,所述伺服电机固连于所述机架,所述伺服电机的输出轴上固连联轴器,所述联轴器的末端固连拨叉,所述运动组件活动连接于所述机架,所述拨叉活动连接于所述运动组件;
所述运动组件包括:机械手臂、转台、滚子、滑块、调节板,所述转台上设置方块体、转轴,所述转轴通过所述轴承活动连接于所述机架,所述滑块固连于所述方块体上,所述机械手臂活动连接于所述滑块上;所述机械手臂的一端为手臂末端,所述滚子固连于所述机械手臂上;
所述凸轮机构包括:上凸轮、下凸轮,所述上凸轮和下凸轮固连于所述机架上,在所述上凸轮、下凸轮上设置凸轮槽,所述凸轮槽的槽宽和所述滚子的外径相匹配;所述凸轮槽的凸轮槽中心线为一段光滑连续的曲线。
优选地,所述机械手臂的一端固连所述调节板,在所述调节板上设置下微调螺栓、上微调螺栓;在所述机架上固连下限位板、上限位板,所述下限位板和所述下微调螺栓相匹配,所述上限位板和所述上微调螺栓相匹配。
优选地,所述滑块上固连盖板,所述机械手臂位于所述滑块和所述盖板之间。
优选地,所述联轴器包括:配合面、连接段,所述连接段固连于所述伺服电机的输出轴上,所述配合面和所述拨叉相匹配,所述拨叉通过铰制孔螺栓固连于所述配合面上。
优选地,所述凸轮槽中心线包括:所述起始端、过渡段、终止端,所述起始端和所述终止端为直线,所述过渡段为曲线。
优选地,所述拨叉的一段固连于所述联轴器,另一端设置两条支腿,所述支腿之间活动连接所述滚子,所述支腿的距离和所述滚子的直径相匹配。
本发明的提供了一种轨迹驱动式机械手,和传统技术相比本发明具有的有益效果如下:
轨迹驱动式机械手,所述伺服电机固连于所述机架,所述伺服电机的输出轴上固连联轴器,所述联轴器的末端固连拨叉,所述运动组件活动连接于所述机架,所述拨叉活动连接于所述运动组件,所述支腿之间活动连接所述滚子,所述支腿的距离和所述滚子的直径相匹配。所述伺服电机的输出轴驱动所述联轴器、拨叉做同步转动,所述拨叉驱动所述滚子在所述凸轮槽中,沿所述凸轮槽中心线的轨迹运动。
所述转轴通过所述轴承活动连接于所述机架,所述转台可以绕所述轴承转动。所述机械手臂活动连接于所述滑块上,所述机械手臂可以相对所述滑块滑动。所述滚子固连于所述机械手臂的一端,所述滚子沿所述凸轮槽中心线运动时,所述机械手臂带动所述转轴发生转动。
所述上凸轮和下凸轮通过螺栓固连于所述机架上,所述上凸轮和下凸轮组合成所述凸轮机构,所述凸轮机构上设置凸轮槽,所述凸轮槽的槽宽和所述滚子的外径相匹配;所述凸轮槽的凸轮槽中心线为一段光滑连续的曲线。所述凸轮槽中心线包括:所述起始端、过渡段、终止端,所述起始端和所述终止端为直线,所述过渡段为曲线,所述起始端、过渡段、终止端构成光滑连接。
所述运动组件处于起始位置时,所述滚子位于凸轮起点的位置,所述手臂末端位于机械手起点的位置,所述滚子沿所述凸轮槽中心线点由所述凸轮起点运动至凸轮终点,所述手臂末端到达机械手终点的位置,所述手臂末端产生运动轨迹。所述起始端和所述终止端为直线,使所述手臂末端发生直线运动。
手爪机构固连于所述手臂末端,用于执行抓取物体和搬运物体的动作。
所述机械手臂的一端固连所述调节板,在所述调节板上设置下微调螺栓、上微调螺栓;在所述机架上固连下限位板、上限位板,所述下限位板和所述下微调螺栓相匹配,所述上限位板和所述上微调螺栓相匹配。调节所述下微调螺栓、上微调螺栓,可以调节所述手臂末端的位置。
所述联轴器包括:配合面、连接段,所述连接段固连于所述伺服电机的输出轴上,所述配合面和所述拨叉相匹配,所述联轴器以紧凑的结构设计,实现了多重功能。所述拨叉通过铰制孔螺栓固连于所述配合面上,通过铰制孔螺栓连接,保证了所述拨叉和所述配合面之间的可靠连接,不会发生相对滑动。
本发明轨迹驱动式机械手由单一的驱动力——所述伺服电机作为输入,实现了理想的末端轨迹,在所述手臂末端上设置手爪机构可以达到抓取于搬运物体的功能。传统的手臂为了达到二维的运动轨迹,至少需要两个伺服电机作为动力输入,且两个伺服电机为了达到两轴联动的目的,需要配套的多轴运动控制***,增加了控制***的负担。其次,本发明轨迹驱动式机械手实现了轻量化设计,使得可以在紧凑型机械手结构中,或者航空航天领域中得到广阔的应用。传统的机械手,两个伺服电机需要占用更大的空间,增加更大的重量,导致机械手的体积庞大和重量增加。
本发明轨迹驱动式机械手通过所述凸轮槽中心线控制所述末端轨迹,通过调节所述上凸轮和下凸轮的相对位置,可以改变所述末端轨迹。同时,通过微调所述下微调螺栓、上微调螺栓,可以改变所述末端轨迹。
附图说明
图1是本发明轨迹驱动式机械手的立体结构示意图;
图2是本发明轨迹驱动式机械手在另一个视角下的结构示意图;
图3是本发明轨迹驱动式机械手在另一个视角下的结构示意图;
图4、5是本发明轨迹驱动式机械手的凸轮机构的结构示意图;
图6、7是本发明轨迹驱动式机械手的运动组件的结构示意图;
图8是本发明轨迹驱动式机械手的运动轨迹的结构示意图;
图9是本发明轨迹驱动式机械手的凸轮槽中心线的结构示意图;
图10是本发明轨迹驱动式机械手的联轴器的结构示意图。
1机械手臂、2手臂末端、3伺服电机、4机架、5凸轮机构、6联轴器、7拨叉、8滑块、9调节板、10下限位板、11上限位板、12下微调螺栓、13上微调螺栓、14转台、15滚子、16支腿、17配合面、18连接段、19轴承、20盖板、21运动组件、22方块体、23转轴、24上凸轮、25下凸轮、26凸轮槽、27末端轨迹、28凸轮起点、29凸轮终点、30机械手起点、31机械手终点。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步地详细说明,但不构成对本发明的任何限制,附图中类似的元件标号代表类似的元件。如上所述,本发明提供了一种轨迹驱动式机械手,用于实现物料的抓取和转移。
图1是本发明轨迹驱动式机械手的立体结构示意图,图2是本发明轨迹驱动式机械手在另一个视角下的结构示意图,图3是本发明轨迹驱动式机械手在另一个视角下的结构示意图,图4、5是本发明轨迹驱动式机械手的凸轮机构的结构示意图,图6、7是本发明轨迹驱动式机械手的运动组件的结构示意图,图8是本发明轨迹驱动式机械手的运动轨迹的结构示意图,图9是本发明轨迹驱动式机械手的凸轮槽中心线的结构示意图,图10是本发明轨迹驱动式机械手的联轴器的结构示意图。
一种轨迹驱动式机械手,包括伺服电机3、机架4、凸轮机构5、拨叉7、运动组件21,所述伺服电机3固连于所述机架4,所述伺服电机3的输出轴上固连联轴器6,所述联轴器的末端固连拨叉7,所述运动组件21活动连接于所述机架4,所述拨叉7活动连接于所述运动组件21;
所述运动组件包括:机械手臂1、转台14、滚子15、滑块8、调节板9,所述转台14上设置方块体22、转轴23,所述转轴23通过所述轴承19活动连接于所述机架4,所述滑块8固连于所述方块体22上,所述机械手臂1活动连接于所述滑块8上;所述机械手臂1的一端为手臂末端2,所述滚子15固连于所述机械手臂1上;
所述凸轮机构5包括:上凸轮24、下凸轮25,所述上凸轮24和下凸轮25固连于所述机架4上,在所述上凸轮24、下凸轮25上设置凸轮槽26,所述凸轮槽26的槽宽和所述滚子15的外径相匹配;所述凸轮槽26的凸轮槽中心线32为一段光滑连续的曲线。
更具体地,所述机械手臂1的一端固连所述调节板9,在所述调节板9上设置下微调螺栓12、上微调螺栓13;在所述机架4上固连下限位板10、上限位板11,所述下限位板10和所述下微调螺栓12相匹配,所述上限位板11和所述上微调螺栓13相匹配。
更具体地,所述滑块8上固连盖板20,所述机械手臂1位于所述滑块8和所述盖板20之间。
更具体地,所述联轴器6包括:配合面17、连接段18,所述连接段18固连于所述伺服电机3的输出轴上,所述配合面17和所述拨叉7相匹配,所述拨叉7通过铰制孔螺栓固连于所述配合面17上。
更具体地,所述凸轮槽中心线32包括:所述起始端33、过渡段34、终止端35,所述起始端33和所述终止端35为直线,所述过渡段34为曲线。
更具体地,所述拨叉7的一段固连于所述联轴器6,另一端设置两条支腿16,所述支腿16之间活动连接所述滚子15,所述支腿16的距离和所述滚子15的直径相匹配。
以下结合图1至10,进一步描述本发明轨迹驱动式机械手的工作原理和工作过程:
轨迹驱动式机械手,所述伺服电机3固连于所述机架4,所述伺服电机3的输出轴上固连联轴器6,所述联轴器的末端固连拨叉7,所述运动组件21活动连接于所述机架4,所述拨叉7活动连接于所述运动组件21,所述支腿16之间活动连接所述滚子15,所述支腿16的距离和所述滚子15的直径相匹配。所述伺服电机3的输出轴驱动所述联轴器6、拨叉7做同步转动,所述拨叉7驱动所述滚子15在所述凸轮槽26中,沿所述凸轮槽中心线32的轨迹运动。
所述转轴23通过所述轴承19活动连接于所述机架4,所述转台14可以绕所述轴承19转动。所述机械手臂1活动连接于所述滑块8上,所述机械手臂1可以相对所述滑块8滑动。所述滚子15固连于所述机械手臂1的一端,所述滚子15沿所述凸轮槽中心线32运动时,所述机械手臂1带动所述转轴23发生转动。
所述上凸轮24和下凸轮25通过螺栓固连于所述机架4上,所述上凸轮24和下凸轮25组合成所述凸轮机构5,所述凸轮机构5上设置凸轮槽26,所述凸轮槽26的槽宽和所述滚子15的外径相匹配;所述凸轮槽26的凸轮槽中心线32为一段光滑连续的曲线。所述凸轮槽中心线32包括:所述起始端33、过渡段34、终止端35,所述起始端33和所述终止端35为直线,所述过渡段34为曲线,所述起始端33、过渡段34、终止端35构成光滑连接。
所述运动组件21处于起始位置时,所述滚子15位于凸轮起点28的位置,所述手臂末端2位于机械手起点30的位置,所述滚子15沿所述凸轮槽中心线32点由所述凸轮起点28运动至凸轮终点29,所述手臂末端2到达机械手终点31的位置,所述手臂末端2产生运动轨迹27。所述起始端33和所述终止端35为直线,使所述手臂末端2发生直线运动。
手爪机构固连于所述手臂末端2,用于执行抓取物体和搬运物体的动作。
所述机械手臂1的一端固连所述调节板9,在所述调节板9上设置下微调螺栓12、上微调螺栓13;在所述机架4上固连下限位板10、上限位板11,所述下限位板10和所述下微调螺栓12相匹配,所述上限位板11和所述上微调螺栓13相匹配。调节所述下微调螺栓12、上微调螺栓13,可以调节所述手臂末端2的位置。
所述联轴器6包括:配合面17、连接段18,所述连接段18固连于所述伺服电机3的输出轴上,所述配合面17和所述拨叉7相匹配,所述联轴器6以紧凑的结构设计,实现了多重功能。所述拨叉7通过铰制孔螺栓固连于所述配合面17上,通过铰制孔螺栓连接,保证了所述拨叉7和所述配合面17之间的可靠连接,不会发生相对滑动。
本发明轨迹驱动式机械手由单一的驱动力——所述伺服电机3作为输入,实现了理想的末端轨迹27,在所述手臂末端2上设置手爪机构可以达到抓取于搬运物体的功能。传统的手臂为了达到二维的运动轨迹,至少需要两个伺服电机作为动力输入,且两个伺服电机为了达到两轴联动的目的,需要配套的多轴运动控制***,增加了控制***的负担。其次,本发明轨迹驱动式机械手实现了轻量化设计,使得可以在紧凑型机械手结构中,或者航空航天领域中得到广阔的应用。传统的机械手,两个伺服电机需要占用更大的空间,增加更大的重量,导致机械手的体积庞大和重量增加。
本发明轨迹驱动式机械手通过所述凸轮槽中心线32控制所述末端轨迹27,通过调节所述上凸轮24和下凸轮25的相对位置,可以改变所述末端轨迹27。同时,通过微调所述下微调螺栓12、上微调螺栓13,可以改变所述末端轨迹27。
最后,应当指出,以上实施例仅是本发明较有代表性的例子。显然,本发明不限于上述实施例,还可以有许多变形。凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰,均应认为属于本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种轨迹驱动式机械手,其特征在于组成如下:包括伺服电机、机架、凸轮机构、拨叉、运动组件,所述伺服电机固连于所述机架,所述伺服电机的输出轴上固连联轴器,所述联轴器的末端固连拨叉,所述运动组件活动连接于所述机架,所述拨叉活动连接于所述运动组件;
所述运动组件包括:机械手臂、转台、滚子、滑块、调节板,所述转台上设置方块体、转轴,所述转轴通过轴承活动连接于所述机架,所述滑块固连于所述方块体上,所述机械手臂活动连接于所述滑块上;所述机械手臂的一端为手臂末端,所述滚子固连于所述机械手臂上;
所述凸轮机构包括:上凸轮、下凸轮,所述上凸轮和下凸轮固连于所述机架上,在所述上凸轮、下凸轮上设置凸轮槽,所述凸轮槽的槽宽和所述滚子的外径相匹配;所述凸轮槽的凸轮槽中心线为一段光滑连续的曲线。
2.根据权利要求1所述的轨迹驱动式机械手,其特征在于,所述机械手臂的一端固连所述调节板,在所述调节板上设置下微调螺栓、上微调螺栓;在所述机架上固连下限位板、上限位板,所述下限位板和所述下微调螺栓相匹配,所述上限位板和所述上微调螺栓相匹配。
3.根据权利要求1所述的轨迹驱动式机械手,其特征在于,所述滑块上固连盖板,所述机械手臂位于所述滑块和所述盖板之间。
4.根据权利要求1所述的轨迹驱动式机械手,其特征在于,所述联轴器包括:配合面、连接段,所述连接段固连于所述伺服电机的输出轴上,所述配合面和所述拨叉相匹配,所述拨叉通过铰制孔螺栓固连于所述配合面上。
5.根据权利要求1所述的轨迹驱动式机械手,其特征在于,所述凸轮槽中心线包括:起始端、过渡段、终止端,所述起始端和所述终止端为直线,所述过渡段为曲线。
6.根据权利要求1所述的轨迹驱动式机械手,其特征在于,所述拨叉的一段固连于所述联轴器,另一端设置两条支腿,所述支腿之间活动连接所述滚子,所述支腿的距离和所述滚子的直径相匹配。
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