CN108032296A - 高速运动机器人灵巧手 - Google Patents

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。高速运动机器人灵巧手，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；本发明高速运动机器人灵巧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

高速运动机器人灵巧手

技术领域

本发明为分案申请，母案申请号：2016100582088。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、运动机构和控制系统三大部分组成。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。控制系统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高速运动机器人灵巧手，本发明适用于机械制造过程中，实现物料的搬运传输；本发明高速运动机器人灵巧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。

一种高速运动机器人灵巧手，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高速运动机器人灵巧手，和传统技术相比本发明具有的有益效果如下：

高速运动机器人灵巧手，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。

本发明高速运动机器人灵巧手由单一的驱动力——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系统，增加了控制系统的负担。其次，本发明高速运动机器人灵巧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。

本发明高速运动机器人灵巧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是本发明高速运动机器人灵巧手的立体结构示意图；

图2是本发明高速运动机器人灵巧手在另一个视角下的结构示意图；

图3是本发明高速运动机器人灵巧手在另一个视角下的结构示意图；

图4、5是本发明高速运动机器人灵巧手的凸轮机构的结构示意图；

图6、7是本发明高速运动机器人灵巧手的运动组件的结构示意图；

图8是本发明高速运动机器人灵巧手的运动轨迹的结构示意图；

图9是本发明高速运动机器人灵巧手的凸轮槽中心线的结构示意图；

图10是本发明高速运动机器人灵巧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，本发明提供了一种高速运动机器人灵巧手，用于实现物料的抓取和转移。

图1是本发明高速运动机器人灵巧手的立体结构示意图，图2是本发明高速运动机器人灵巧手在另一个视角下的结构示意图，图3是本发明高速运动机器人灵巧手在另一个视角下的结构示意图，图4、5是本发明高速运动机器人灵巧手的凸轮机构的结构示意图，图6、7是本发明高速运动机器人灵巧手的运动组件的结构示意图，图8是本发明高速运动机器人灵巧手的运动轨迹的结构示意图，图9是本发明高速运动机器人灵巧手的凸轮槽中心线的结构示意图，图10是本发明高速运动机器人灵巧手的联轴器的结构示意图。

一种高速运动机器人灵巧手，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，进一步描述本发明高速运动机器人灵巧手的工作原理和工作过程：

高速运动机器人灵巧手，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。

本发明高速运动机器人灵巧手由单一的驱动力——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系统，增加了控制系统的负担。其次，本发明高速运动机器人灵巧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。

本发明高速运动机器人灵巧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 (4)

1.一种高速运动机器人灵巧手，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；

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；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。

2.根据权利要求1所述的高速运动机器人灵巧手，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。

3.根据权利要求1所述的高速运动机器人灵巧手，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。

4.根据权利要求1所述的高速运动机器人灵巧手，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。