CN106426123B - 一种m型纵走机械手及其使用方法 - Google Patents

一种m型纵走机械手及其使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种M型纵走机械手及其使用方法，包括支撑梁部和横行梁部，在横行梁部上设置有M形旋转部，M形旋转部与横行梁部通过滑动联接，使M形旋转部可以沿X横行轴方向滑动。M形旋转部包括与横行梁部连接的滑动横行组件、M旋转轴组件以及H旋转轴组件，还包括连杆一和连杆二。在H旋转轴组件的底端设置有抓取物品的治具，M旋转轴组件驱动治具绕Y轴旋转，H旋转轴组件驱动治具绕Z轴旋转，H旋转轴组件在竖直方向上做直线升降运动，使得治具实现X轴横移、Y轴旋转、Z轴升降移动，以及在Z轴竖直方向升降时其水平位置始终保持不变。本发明结构新颖、定位精度高、负载重量高、结构紧凑的，可以缩短工件搬运周期，提高生产效率。

Description

一种M型纵走机械手及其使用方法
技术领域
本发明属于机械手技术领域，特别涉及一种金属加工领域内用于搬运堆垛和浇注的M型纵走机械手及其使用方法，特别适用于搬运重物并且对精度要求和稳定性要求又比较高的场合。
背景技术
在堆垛搬运和铁、铝(合金类)高温金属熔液浇注等领域，往往需将物品从一个位置转移到另一个位置，并使其旋转一定角度，以便进行物品的排列对齐。例如把堆垛由一位置的水平状态搬运一段距离后旋转一定角度放置在堆垛堆叠平台上。为了实现这一功能，通常需要一种即能抓取物料又能搬运物料的机械手。目前，常采用的方法是采用多关节机器人加输送传动***装置，来解决堆垛的搬动和输送。但这种关节机器人加输送装置成本较高，结构较为复杂，占用空间也较大。
中国专利号CN203919087U、专利名称为关节机械手及具有该关节机械手的M形双臂机器人的专利文献中，公开了一种两轴伺服驱动M形的抓料机械手，主要应用注塑行业轻型注塑制品的取出。其主要包括一个气缸、两个驱动电机、支撑竖直梁、双臂连杆机构和同步带连接的抓料杆。由一伺服电机带动整个装置做横行直线运动，另一伺服电机通过带动同步带和双臂连杆的共同作用，使抓料杆能竖直上下运动，最后带动治具起到抓料取出的功能。虽然其使用两个伺服电机驱动，并通过伺服电机通过带动同步带和双臂连杆的共同作用使其能完成取料的功能，但因其自身设计的限制，只能拾取搬运轻型产品，主要应用注塑行业轻型注塑制品的取出。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种M型纵走机械手及其使用方法，结构新颖、定位精度高、负载重量高、结构紧凑的，可以降低了生产成本，缩短工件搬运周期，提高生产效率，实现上述堆垛搬运和高温金属熔液浇注等要求。
本发明是这样实现的，提供一种M型纵走机械手，包括支撑梁部和横行梁部，所述横行梁部通过螺栓安装固定在支撑梁部的顶部，所述M型纵走机械手还设置有一机械手控制***，在所述横行梁部上设置有M形旋转部，所述机械手控制***控制M形旋转部，所述M形旋转部与横行梁部通过滑动联接，使所述M形旋转部可以沿X横行轴方向滑动；所述M形旋转部包括与横行梁部连接的滑动横行组件、M旋转轴组件以及H旋转轴组件，在所述H旋转轴组件的底端设置有抓取物品的治具，所述M旋转轴组件驱动治具绕Y轴旋转，所述H旋转轴组件驱动治具绕Z轴旋转，所述机械手控制***控制滑动横行组件和M旋转轴组件做联动，驱动H旋转轴组件在竖直方向上做直线升降运动，使得治具实现X轴横移、Y轴旋转、Z轴升降移动，以及在Z轴竖直方向升降时其水平位置始终保持不变；所述M形旋转部还包括连杆一和连杆二，所述连杆一和连杆二首尾活动联接地设置在M旋转轴组件的侧部，所述连杆一的末端连接在H旋转轴组件的侧部，所述连杆二的前端设置在滑动横行组件上。
进一步地，所述滑动横行组件包括横行电机、横行减速机、横行滑板一、横行滑板二、横行齿轮以及滑块，所述横行电机通过横行减速机带动横行齿轮旋转，所述横行齿轮与设置在横行梁部上的齿条啮合，从而带动整个M形旋转部整体运动，所述横行滑板一设置在横行梁部的上部，所述横行滑板二设置在横行梁部的侧部，所述横行滑板一与横行滑板二相互垂直地固定在一起，所述滑块分别设置在横行滑板一与横行滑板二上，并与设置在横行梁部上的导轨配合形成移动副，并沿导轨横向移动。
进一步地，所述M旋转轴组件包括M型手臂摆动梁、M轴RV减速机、M轴伺服电机以及M型手臂梁侧板，所述M轴RV减速机一端连接在横行滑板二上，其另一端连接在M型手臂摆动梁上，所述M轴伺服电机通过M轴RV减速机减速后驱动带动M型手臂摆动梁做旋转运动，构成一个旋转副，所述H旋转轴组件设置在M型手臂摆动梁的末端，所述M型手臂梁侧板设置在M型手臂摆动梁的侧部。
进一步地，所述H旋转轴组件还包括H轴减速机、H轴伺服电机、电机安装座、同步带轮一、同步带、滑轮座一、同步带轮二、轴一、滑轮座二、伞齿一、关节壳体、伞齿二、轴三，所述H轴伺服电机安装在电机安装座上，所述H轴伺服电机连接同步带轮一，进而通过同步带带动同步带轮二做同步转动；所述伞齿一和同步带轮二固定连接在轴一的两端，所述伞齿二连接在H轴减速机的轴三上，所述H轴伺服电机通过同步带传动，带动轴一上的伞齿一驱动伞齿二运动，从而带动连接在H轴减速机末端的治具旋转，所述关节壳体固定在手臂摆动梁的末端，所述伞齿二和轴三通过滑轮座一设置在关节壳体的下端，所述轴一、伞齿一和同步带轮二通过滑轮座二设置在关节壳体的侧面。
进一步地，所述M形旋转部还包括N旋转轴，所述N旋转轴设置在H旋转轴组件处，所述N旋转轴也驱动H旋转轴组件沿Y轴旋转。
本发明还提供了一种使用如权利要求所述的M型纵走机械手搬运物件的方法，包括如下步骤：
第一步、所述机械手控制***驱动滑动横行组件从初始位置沿X轴平移到要搬运物体的上方，使得所述M形旋转部的治具位于要搬运物体的上部；
第二步、驱动所述M旋转轴组件绕Y轴旋转，所述治具向要搬运物体的方向下降，在所述治具下降的同时，驱动所述滑动横行组件与M旋转轴组件做联动，使得所述治具在Z轴竖直方向下降时其水平位置始终保持不变，直至所述治具下降到要搬运物体的顶部；
第三步、驱动所述H旋转轴组件调整治具与要搬运物体之间的相对角度，便于治具抓取要搬运物体；
第四步、重复第二步骤，驱动所述治具继续下降，直至治具抓取到要搬运物体；
第五步、驱动所述M旋转轴组件、H旋转轴组件以及滑动横行组件反向运动，驱动所述治具回退到第一步骤中的要搬运物体的上方的位置，并继续驱动滑动横行组件将要搬运物体移动到待放置的位置上方；
第六步、重复步骤第二步至第四步，直至要搬运物体被放置在适当的位置后，松开治具；
第七步、驱动所述M形旋转部回退到第一步骤所在的初始位置，等待重复下一个工作循环。
与现有技术相比，本发明的M型纵走机械手及其使用方法，通过驱动电机驱动M旋转轴组件摆臂旋转，并通过两根连杆的连接，使H旋转轴组件末端治具的位姿在竖直方向上保持角度不变；H旋转轴组件通过同步带连接带动两个伞齿传动绕末端旋转轴实现旋转动作。本发明提出一种结构新颖、定位精度高、负载重量高、结构紧凑的，可以缩短工件搬运周期，提高生产效率。
附图说明
图1为本发明一较佳实施例的立体示意图；
图2为图1中M形旋转部的立体示意图；
图3为图2的正视图；
图4为图3的M形旋转部的结构原理图；
图5为图3中P-P剖面示意图；
图6为图5中I部放大示意图；
图7为图2中M形旋转部的结构局部立体示意图；
图8为本发明的M形旋转部另一实施例的正视图；
图9为图8的M形旋转部的结构原理图。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请同时参照图1、图2以及图3所示，本发明M型纵走机械手的一较佳实施例，包括支撑梁部1和横行梁部2，所述横行梁部2通过螺栓安装固定在支撑梁部1的顶部。所述M型纵走机械手还设置有一机械手控制***。在所述横行梁部2上设置有M形旋转部3，所述机械手控制***控制M形旋转部3。所述M形旋转部3与横行梁部2通过滑动联接，使所述M形旋转部3可以沿1轴——X横行轴方向往复滑动。
所述M形旋转部3包括与横行梁部2连接的滑动横行组件4、M旋转轴组件5以及H旋转轴组件6。在所述H旋转轴组件6的底端设置有抓取物品的治具3-12。所述M旋转轴组件5驱动治具3-12绕Y轴(2轴：M旋转轴)旋转，所述H旋转轴组件6驱动治具3-12绕Z轴(3轴：H旋转轴)旋转。所述机械手控制***控制滑动横行组件4和M旋转轴组件5做联动，驱动H旋转轴组件6在竖直方向上做直线升降运动，使得治具3-12实现X轴横移、Y轴旋转、Z轴升降移动，以及在Z轴竖直方向升降时其水平位置始终保持不变。
请同时参照图2和图3所示，所述M形旋转部3还包括连杆一3-14和连杆二3-15。所述连杆一3-14和连杆二3-15首尾活动联接地设置在M旋转轴组件5的侧部，所述连杆一3-14的末端连接在H旋转轴组件6的侧部，所述连杆二3-15的前端设置在滑动横行组件4上。通过设置两根连杆——连杆一3-14和连杆二3-15的连接，使M形旋转部3末端的治具3-12的位置和姿势在竖直方向上保持角度不变，方便治具抓取和摆放产品。
请同时参照图2、图3以及图5所示，所述滑动横行组件4包括横行电机3-1、横行减速机3-2、横行滑板一3-3、横行滑板二3-4、横行齿轮3-6以及滑块3-8。所述横行电机3-1通过横行减速机3-2带动横行齿轮3-6旋转，所述横行齿轮3-6与设置在横行梁部2上的齿条啮合，从而带动整个M形旋转部3整体运动。所述横行滑板一3-3设置在横行梁部2的上部，所述横行滑板二3-4设置在横行梁部2的侧部，所述横行滑板一3-3与横行滑板二3-4相互垂直地固定在一起。所述滑块3-8分别设置在横行滑板一3-3与横行滑板二3-4上，并与设置在横行梁部2上的导轨配合形成移动副，并沿导轨横向移动。
请同时参照图2、图3以及图5所示，所述M旋转轴组件5包括M型手臂摆动梁3-5、M轴RV减速机3-9、M轴伺服电机3-10以及M型手臂梁侧板3-11。所述M轴RV减速机3-9一端连接在横行滑板二3-4上，其另一端连接在M型手臂摆动梁3-5上。所述M轴伺服电机3-10通过M轴RV减速机3-9减速后驱动带动M型手臂摆动梁3-5做旋转运动，构成一个旋转副。所述H旋转轴组件6设置在M型手臂摆动梁3-5的末端，所述M型手臂梁侧板3-11设置在M型手臂摆动梁3-5的侧部。
请参照图4所示，M形旋转部3的结构原理其实就是一个平行四边形连杆结构，外加两个旋转副驱动。该平行四边形连杆结构包括连杆L1、L2、L3和L4，以及四个支点，其中，支点A点和支点D点固定，支点B点和支点C点无约束，支点A和支点B为旋转副。连杆L5位于支点B处，相当于治具3-12。M形旋转部3使用平行四边形连杆结构的目的是保持M旋转轴带动M型手臂摆动梁3-5旋转的时候，治具3-12的位姿在竖直方向上始终保持不变。
请同时参照图2、图3、图5、图6以及图7所示，所述H旋转轴组件6还包括H轴减速机3-13、H轴伺服电机3-16、电机安装座3-17、同步带轮一3-18、同步带3-19、滑轮座一3-20、同步带轮二3-21、轴一3-24、滑轮座二3-26、伞齿一3-27、关节壳体3-25、伞齿二3-23、轴三3-22。
所述H轴伺服电机3-16安装在电机安装座3-17上，所述H轴伺服电机3-16连接同步带轮一3-18，进而通过同步带3-19带动同步带轮二3-21做同步转动。所述伞齿一3-27和同步带轮二3-21固定连接在轴一3-24的两端，所述伞齿二3-23连接在H轴减速机3-13的轴三3-22上。所述H轴伺服电机3-16通过同步带3-19传动，带动轴一3-24上的伞齿一3-27驱动伞齿二3-23运动，从而带动连接在H轴减速机3-13末端的治具3-12旋转。所述关节壳体3-25固定在手臂摆动梁3-5的末端。所述伞齿二3-23和轴三3-22通过滑轮座一3-20设置在关节壳体3-25的下端，所述轴一3-24、伞齿一3-27和同步带轮二3-21通过滑轮座二3-26设置在关节壳体3-25的侧面。
总的来说，H旋转轴组件6的传动过程可归纳为即通过一个电机驱动，中间同步带带动，旋转方向上通过两个伞齿传动改变，另配一个减速机来改变传动速度和输出扭矩。
请同时参照图2、图8和图9所示，作为本发明的M形旋转部3的另一实施例，M形旋转部3在结构上与前实施例不同，取消了前述的连杆一3-14和连杆二3-15的结构。在本实施例中，所述M形旋转部3还包括N旋转轴3-7，所述N旋转轴3-7设置在H旋转轴组件6处，所述N旋转轴3-7也驱动H旋转轴组件6沿Y轴旋转。相当于把前实施例的M形旋转部3的四连杆结构替换为二连杆(保留了连杆L1和L4)结构，外加一个伺服电机带动4轴——N旋转轴驱动，保留原结构中的2轴——M旋转轴和3轴——H旋转轴。
其他结构与前实施例相同，不再赘述。
本发明还提供了一种使用如权利要求1所述的M型纵走机械手搬运物件的方法，包括如下步骤：
第一步、所述机械手控制***驱动滑动横行组件4从初始位置沿X轴平移到要搬运物体的上方，使得所述M形旋转部3的治具3-12位于要搬运物体的上部；
第二步、驱动所述M旋转轴组件5绕Y轴旋转，所述治具3-12向要搬运物体的方向下降，在所述治具3-12下降的同时，驱动所述滑动横行组件4与M旋转轴组件5做联动，使得所述治具3-12在Z轴竖直方向下降时其水平位置始终保持不变，直至所述治具3-12下降到要搬运物体的顶部；
第三步、驱动所述H旋转轴组件6调整治具3-12与要搬运物体之间的相对角度，便于治具3-12抓取要搬运物体；
第四步、重复第二步骤，驱动所述治具3-12继续下降，直至治具3-12抓取到要搬运物体；
第五步、驱动所述M旋转轴组件5、H旋转轴组件6以及滑动横行组件4反向运动，驱动所述治具3-12回退到第一步骤中的要搬运物体的上方的位置，并继续驱动滑动横行组件4将要搬运物体移动到待放置的位置上方；
第六步、重复步骤第二步至第四步，直至要搬运物体被放置在适当的位置后，松开治具3-12；
第七步、驱动所述M形旋转部3回退到第一步骤所在的初始位置，等待重复下一个工作循环。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种M型纵走机械手，包括支撑梁部(1)和横行梁部(2)，所述横行梁部(2)通过螺栓安装固定在支撑梁部(1)的顶部，其特征在于，所述M型纵走机械手还设置有一机械手控制***，在所述横行梁部(2)上设置有M形旋转部(3)，所述机械手控制***控制M形旋转部(3)，所述M形旋转部(3)与横行梁部(2)通过滑动联接，使所述M形旋转部(3)可以沿X横行轴方向滑动；所述M形旋转部(3)包括与横行梁部(2)连接的滑动横行组件(4)、M旋转轴组件(5)以及H旋转轴组件(6)，在所述H旋转轴组件(6)的底端设置有抓取物品的治具(3-12)，所述M旋转轴组件(5)驱动治具(3-12)绕Y轴旋转，所述H旋转轴组件(6)驱动治具(3-12)绕Z轴旋转，所述机械手控制***控制滑动横行组件(4)和M旋转轴组件(5)做联动，驱动H旋转轴组件(6)在竖直方向上做直线升降运动，使得治具(3-12)实现X轴横移、Y轴旋转、Z轴升降移动，以及在Z轴竖直方向升降时其水平位置始终保持不变；所述M形旋转部(3)还包括连杆一(3-14)和连杆二(3-15)，所述连杆一(3-14)和连杆二(3-15)首尾活动联接地设置在M旋转轴组件(5)的侧部，所述连杆一(3-14)的末端连接在H旋转轴组件(6)的侧部，所述连杆二(3-15)的前端设置在滑动横行组件(4)上；
所述M形旋转部(3)还包括N旋转轴(3-7)，所述N旋转轴(3-7)设置在H旋转轴组件(6)处，所述N旋转轴(3-7)也驱动H旋转轴组件(6)沿Y轴旋转；
所述滑动横行组件(4)包括横行电机(3-1)、横行减速机(3-2)、横行滑板一(3-3)、横行滑板二(3-4)、横行齿轮(3-6)以及滑块(3-8)，所述横行电机(3-1)通过横行减速机(3-2)带动横行齿轮(3-6)旋转，所述横行齿轮(3-6)与设置在横行梁部(2)上的齿条啮合，从而带动整个M形旋转部(3)整体运动，所述横行滑板一(3-3)设置在横行梁部(2)的上部，所述横行滑板二(3-4)设置在横行梁部(2)的侧部，所述横行滑板一(3-3)与横行滑板二(3-4)相互垂直地固定在一起，所述滑块(3-8)分别设置在横行滑板一(3-3)与横行滑板二(3-4)上，并与设置在横行梁部(2)上的导轨配合形成移动副，并沿导轨横向移动；
所述M旋转轴组件(5)包括M型手臂摆动梁(3-5)、M轴RV减速机(3-9)、M轴伺服电机(3-10)以及M型手臂梁侧板(3-11)，所述M轴RV减速机(3-9)一端连接在横行滑板二(3-4)上，其另一端连接在M型手臂摆动梁(3-5)上，所述M轴伺服电机(3-10)通过M轴RV减速机(3-9)减速后驱动带动M型手臂摆动梁(3-5)做旋转运动，构成一个旋转副，所述H旋转轴组件(6)设置在M型手臂摆动梁(3-5)的末端，所述M型手臂梁侧板(3-11)设置在M型手臂摆动梁(3-5)的侧部。
2.如权利要求1所述的M型纵走机械手，其特征在于，所述H旋转轴组件(6)还包括H轴减速机(3-13)、H轴伺服电机(3-16)、电机安装座(3-17)、同步带轮一(3-18)、同步带(3-19)、滑轮座一(3-20)、同步带轮二(3-21)、轴一(3-24)、滑轮座二(3-26)、伞齿一(3-27)、关节壳体(3-25)、伞齿二(3-23)、轴三(3-22)，所述H轴伺服电机(3-16)安装在电机安装座(3-17)上，所述H轴伺服电机(3-16)连接同步带轮一(3-18)，进而通过同步带(3-19)带动同步带轮二(3-21)做同步转动；所述伞齿一(3-27)和同步带轮二(3-21)固定连接在轴一(3-24)的两端，所述伞齿二(3-23)连接在H轴减速机(3-13)的轴三(3-22)上，所述H轴伺服电机(3-16)通过同步带(3-19)传动，带动轴一(3-24)上的伞齿一(3-27)驱动伞齿二(3-23)运动，从而带动连接在H轴减速机(3-13)末端的治具(3-12)旋转，所述关节壳体(3-25)固定在手臂摆动梁(3-5)的末端，所述伞齿二(3-23)和轴三(3-22)通过滑轮座一(3-20)设置在关节壳体(3-25)的下端，所述轴一(3-24)、伞齿一(3-27)和同步带轮二(3-21)通过滑轮座二(3-26)设置在关节壳体(3-25)的侧面。
3.一种使用如权利要求1和2中任意一项所述的M型纵走机械手搬运物件的方法，其特征在于，包括如下步骤：
第一步、所述机械手控制***驱动滑动横行组件(4)从初始位置沿X轴平移到要搬运物体的上方，使得所述M形旋转部(3)的治具(3-12)位于要搬运物体的上部；
第二步、驱动所述M旋转轴组件(5)绕Y轴旋转，所述治具(3-12)向要搬运物体的方向下降，在所述治具(3-12)下降的同时，驱动所述滑动横行组件(4)与M旋转轴组件(5)做联动，使得所述治具(3-12)在Z轴竖直方向下降时其水平位置始终保持不变，直至所述治具(3-12)下降到要搬运物体的顶部；
第三步、驱动所述H旋转轴组件(6)调整治具(3-12)与要搬运物体之间的相对角度，便于治具(3-12)抓取要搬运物体；
第四步、重复第二步骤，驱动所述治具(3-12)继续下降，直至治具(3-12)抓取到要搬运物体；
第五步、驱动所述M旋转轴组件(5)、H旋转轴组件(6)以及滑动横行组件(4)反向运动，驱动所述治具(3-12)回退到第一步骤中的要搬运物体的上方的位置，并继续驱动滑动横行组件(4)将要搬运物体移动到待放置的位置上方；
第六步、重复步骤第二步至第四步，直至要搬运物体被放置在适当的位置后，松开治具(3-12)；
第七步、驱动所述M形旋转部(3)回退到第一步骤所在的初始位置，等待重复下一个工作循环。
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