一种机械手装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种机械手装置，包括用于拾取物品的机械手，还包括用于带动所述机械手作全方位移动的底座机构，联合作用带动机械手在空间内移任意移动的旋转机构、升降机构和移动机构，及带动装置整体过桥的过桥机构。本实用新型提供的机械手装置，整体能方便进行全方位移动，行程范围不受影响，通过转动机构、升降机构和移动机构的联合作用，机械手能移至空间内的任意位置，通用性好。机械手通过公转机构和自转机构的作用，不仅能拾取、置放物品，还能完成拧紧、拧松动作，能用于拧紧或拧松螺母或螺栓等零件。
【专利说明】一种机械手装置
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及机械手【技术领域】，尤其涉及一种能拾取后搬运物体、又能用于拧 紧零部件的机械手装置。
【背景技术】
[0002] 随着自动化技术的发展及其广泛应用，机器人技术的使用范围也越来越大，从车 间的智能焊接工作到日常生活，都能体验到机器人技术带来的便捷。使用机器人技术能有 效提高生产效率和产品合格率，便于降低人工成本，并大幅提高生产效益。机器人在日常生 活中的应用给人们带来了很多方便，尤其对于不便进行一些正常活动的残疾人士，机器人 能帮助其完成一些必要的日常活动。
[0003] 其中，机械手是机器人技术中一种较为常用的装置，主要用于抓取物体并将物体 移动至目标位置，现有的机械手一般采用关节臂机构形式，机械手安装在关节臂机构的一 端，关节臂机构的另一端采用转动安装形式固定在一处。此种机械手的活动范围由关节臂 机构的长度决定，根据不同的使用情况需选择不同型号的机械手，通用性差，且安装后不便 轻易更换安装位置，需在每个工作位置均进行安装，不便于有效节约成本。 实用新型内容
[0004] 为了克服上述现有技术的缺点和不足，本实用新型提供了一种能全方位移动的机 械手装置，且该机械手装置不仅能拾取、搬运物体，还能用于拧紧零部件。
[0005] 为了达到上述技术目的，本实用新型提供的机械手装置包括用于带动所述机械手 作全方位移动的底座机构，所述底座机构包括底座、设置在所述底座上相对两侧的下滚轮 及用于带动相应下滚轮转动的电机一。
[0006] 电机一带动各个相应的下滚轮转动，实现底座机构的前进、后退及转弯，进而带动 机械手进行全方位移动，扩大行程范围，且此机械手由于安装在可活动的底座机构上，更换 使用空间时无需进行拆卸、重装，能有效节约成本。
[0007] 优选的，还包括用于带动所述机械手实现平面旋转运动的旋转机构，所述旋转机 构包括电机三及与所述电机三配合的传动机构一，所述机械手与所述传动机构一中的从动 件连接。
[0008] 优选的，还包括用于带动所述机械手实现坚直上下运动的升降机构，所述升降机 构包括电机四、设置在所述传动机构一中的从动件上的丝杆一、用于将所述电机四的动力 传递至所述丝杆一的传动机构二及与所述丝杆一通过螺纹配合连接在一起的升降板，所述 机械手与所述升降板连接。
[0009] 优选的，还包括用于带动所述机械手实现平面来回移动的移动机构，所述移动机 构包括电机五、用于安装所述机械手的基板、与所述基板通过螺纹配合连接在一起的丝杆 二及用于将所述电机五的动力传递至所述丝杆二的传动机构三，所述丝杆二的一端转动设 置在所述升降板上。
[0010] 转动机构、升降机构和移动机构分别带动机械手完成平面旋转运动、坚直上下运 动和平面来回运动，三者结合能使机械手在立体空间内实现X、Y、Z三个方向上的移动和转 动，机械手的活动范围大，机械手装置的通用性好。
[0011] 优选的，还包括用于带动整体完成过桥运动的过桥机构，所述过桥机构包括固定 设置在所述底座上方的基座、至少两个设置在所述基座上的上滚轮及用于带动相应上滚轮 转动的电机二。
[0012] 当路面情况不平整或者有沟壑导致装置整体难以通过底座机构移动时，在此局部 位置处架设小桥，电机二带动上滚轮在此小桥上表面转动进而带动整体装置过桥。
[0013] 优选的，所述上滚轮周向外壁的中间位置设有环形凸起。在小桥的长度方向设置 与该环形凸起适配的凹槽，过桥时，环形凸起始终卡在凹槽内，如此能避免过桥时因上滚轮 转动方向有偏差导致装置整体从小桥上掉落的情形，进而避免摔坏装置整体。
[0014] 优选的，所述机械手包括至少三个分爪及用于带动所述分爪实现旋转运动的公转 机构，所述公转机构包括电机六、转动设置的公转从动件及固定在所述电机六的动力输出 轴上且与所述公转从动件配合的公转主动件，所述分爪与所述公转从动件连接。
[0015] 电机六转动后通过公转主动件带动公转从动件转动，公转从动件带动分爪以公转 从动件的中心线为轴心线作公转运动，通过机械手的公转运动能抓牢物体正转或反转，因 此，可以利用此机械手拧紧或拧松物件，如拧紧或拧松螺栓、螺母等。
[0016] 优选的，所述机械手还包括用于带动所述分爪实现张开或收拢动作的自转机构， 所述自转机构包括电机七、用于安装相应分爪且转动设置在所述公转从动件上的自转行星 轮、与各所述自转行星轮均啮合的自转太阳轮及用于将所述电机七的动力传递至所述自转 太阳轮的传动机构四。
[0017] 电机七运行后通过传动机构四、自转太阳轮带动自转行星轮转动，各自转行星轮 带动安装在其上的分爪收拢或张开，因此，此机械手可以通过各分爪同步的收拢或张开动 作完成物件拾取、放置工作。
[0018] 优选的，所述升降机构还包括至少一根垂直固定设置在所述传动机构一中的从动 件上的支杆一，所述升降板套装在所述支杆一上。
[0019] 优选的，所述移动机构还包括至少一根支杆二，所述支杆二的两端分别与所述升 降板和所述基板转动安装在一起。
[0020] 本实用新型提供的机械手装置，整体能方便进行全方位移动，行程范围不受影响， 通过转动机构、升降机构和移动机构的联合作用，机械手能移至空间内的任意位置，通用性 好。机械手通过公转机构和自转机构的作用，不仅能拾取、置放物品，还能完成拧紧、拧松动 作，能用于拧紧或拧松螺母或螺栓等零件。
【专利附图】
【附图说明】
[0021] 图1为本实用新型实施例中机械手装置的整体结构示意图；
[0022] 图2为本实用新型实施例中底座机构的结构示意图；
[0023] 图3为本实用新型实施例中升降机构和移动机构的结构示意图；
[0024] 图4为本实用新型实施例中机械手的结构示意图；
[0025] 图5为本实用新型实施例中机械手的简化示意图；
[0026] 图6为本实用新型实施例中机械手装置的控制电路总图；
[0027] 图7为与图6中各符号对应的附表。
[0028] 图中，1-底座机构，11-底座，12-下滚轮，13-电机一；2-过桥机构，21-上滚轮， 22-电机二，23-支撑架，24-基座；3-旋转机构，31-电机三，32-主动轮一，33-从动轮一； 4 -升降机构，41-电机四，42-主动轮二，43-从动轮二，44-固定板，45-支杆一，46-丝杆一， 47-升降板，48-丝套一；5-移动机构，51-电机五，52-主动轮三，53-从动轮三，54-支杆 二，55-丝杆二，56-基板，57-固定座，58-丝套二，59-滑套；6-机械手，61-电机六，62-公 转主动件，63-公转从动件，64-电机七，65-自转主动轮，66-自转从动轮，67-自转太阳轮， 68-自转行星轮，69-分爪；71-顶杆，72-导轨，73-滑块，74-螺栓，75-连杆，76-轴。
【具体实施方式】
[0029] 下面结合附图和【具体实施方式】对本实用新型作进一步说明。
[0030] 如图所示，本实用新型实施例提供的机械手装置，将机械手6通过移动机构5、升 降机构4和旋转机构3设置在可全方位移动的底座机构1上，底座机构能带动机械手进行 全方位移动，移动机构5、升降机构4和旋转机构3联合作用可以带动机械手到达空间内的 任一目标位置。
[0031] 底座机构包括底座11、设置在底座上相对两侧的下滚轮12及用于带动相应下滚 轮转动的电机一 13。本实用新型实施例中，底座的左侧设有三个下滚轮，底座的右侧设有两 个下滚轮，与下滚轮对应的各电机一 13均通过L形支架安装在底座上表面。
[0032] 在底座机构的上方设有带动整体完成过桥运动的过桥机构2,该过桥机构包括通 过支撑架23固定设置在底座11上方的基座24、至少两个设置在基座上的上滚轮21及用于 带动相应上滚轮转动的电机二22。
[0033] 考虑到过桥时整体重力平衡因素，将过桥机构2设置在底座机构1上方的中部，底 座设置成左右分开的两部分，左右两部分之间设有宽度较桥宽略大的空隙。将基座24设置 呈"工"字形，设置两个上滚轮21，两个滚轮分别位于基座两侧的开口内。支撑架23两侧的 底部分别与底座11的左右两个部分固定，其顶部均与基座24固定。
[0034]为了使装置整体在过桥时避免由于上滚轮转动方向有偏差导致整体掉落的情形， 在上滚轮21周向外壁的中间位置设环形凸起，在桥的长度方向设置与该环形凸起适配的 凹槽。过桥时，环形凸起始终卡在桥的凹槽内，装置整体过桥时不会掉落，避免摔坏。当然， 也可以在上滚轮上设置环形凹槽，在桥的长度方向适配与该环形凹槽配合的定位块。
[0035] 旋转机构3包括电机三31及与电机三配合的传动机构一，本实用新型实施例中， 传动机构一米用齿轮机构，包括与电机三动力输出轴固定连接的主动轮一 32及与主动轮 一哨合的从动轮一 33。电机三通过支架安装在底座11的上表面，主动轮一和从动轮一位于 底座11的上方。
[0036] 升降机构包括电机四41、底部固定设置在从动轮一 33上的丝杆一 46、用于将电机 四的动力传递至丝杆一的传动机构二、与丝杆一通过螺纹配合连接在一起的升降板47及 固定设置在旋转机构上方的固定板44。
[0037] 在从动轮一 33上固定至少两根支杆一 45,将固定板固定在支杆一的上端部。在升 降板47上设置一个与丝杆一 46配合的丝套一 48,丝杆一通过与丝套一的配合与升降板连 接，且升降板光滑套装在支杆一 45上。传动机构二亦采用齿轮传动机构，包括主动轮二42、 从动轮43,电机四设置在固定板44上，主动轮二与电机四41的动力输出轴固定连接，从动 轮二43固定设置在丝杆一 46的上端部且与从动轮二啮合。
[0038] 移动机构5包括电机五51、用于安装机械手6的基板56、与基板通过螺纹配合连 接在一起的丝杆二55、用于将电机五的动力传递至丝杆二的传动机构三及两端分别与升降 板、基板光滑套装在一起的支杆二54。
[0039] 升降板设置呈L型，移动机构安装在升降板坚直方向的板上。传动机构三亦采用 齿轮传动，包括主动轮三52和从动轮三53。电机五51设置在升降板47上，主动轮三52与 电机五的动力输出轴固定，丝杆二55的一端转动安装在升降板上，从动轮三53套装在丝杆 二此端的端部并与主动轮三52啮合。在基板56上设置与丝杆二螺纹配合的丝套二58,丝 杆二通过与丝套二的配合进而与基板56连接在一起。在升降板上设置与支杆二54配合的 固定座57,在基板上设置与支杆二配合的滑套59,支杆的一端与固定座固定连接，另一端 通过与滑套的配合进而与基板连接。
[0040] 本实用新型实施例中，机械手6采用三爪卡盘式结构，包括三个分爪69、用于带动 分爪实现旋转运动的公转机构及用于带动分爪69实现张开或收拢动作的自转机构。
[0041] 公转机构和自转机构交叉设置，公转机构包括电机六61、转动设置的公转从动件 63及固定在电机六的动力输出轴上且与公转从动件配合的公转主动件62。公转机构也采 用齿轮传动形式，公转从动件和公转主动件为相互啮合的齿轮。
[0042] 自转机构包括电机七64、用于安装相应分爪且转动设置在公转从动件63上的自 转行星轮68、与各自转行星轮均啮合的自转太阳轮67及用于将电机七的动力传递至自转 太阳轮的传动机构四。
[0043] 传动机构四亦采用齿轮传动，包括自转主动轮65和自转从动轮66。在基板56的 上方通过螺栓74固定一块顶板71，在顶板和基板之间设置圆形导轨72及与圆形导轨适配 的圆形滑块73,在基板上设置与圆形滑块中心线重合且直径小于滑块直径的通孔。
[0044] 公转从动件63的中间部位设有孔且公转从动件通过均匀布置的连杆75与滑块73 连接，连杆的一端固定在滑块上，另一端固定在公转从动件上。电机六61固定在基板56上， 公转主动件62固定在电机六的动力输出轴上且与公转从动件配合。
[0045] 滑块73的中心位置转动设置有一根轴76,轴的另一端通过孔穿过公转从动件63， 自转太阳轮67固定在轴此端端部，自转行星轮68转动设置在公转从动件上且与自转太阳 轮67啮合，各分爪69固定在相应的自转行星轮68上。电机七64固定在公转从动件63上， 自转主动轮65固定在电机七的动力输出轴上，自转从动轮66固定套装在轴76上且与自转 主动轮啮合。
[0046] 本实用新型装置整体采用PLC系统进行控制，其控制电路图如图6所示。工作时， 左、右两侧的电机一 13开启，通过左、右两侧的电机一进行同步正、反转带动装置整体前进 或后退，完成动作SB1、SB2。需要拐弯时，左侧的电机一正转、右侧的电机一反转或者左侧 的电机一反转、右侧的电机一正转，装置整体即能左拐或右拐，完成动作SB3、SB4。
[0047] 电机三31开启，通过主动轮一 32、从动轮一 33带动机械手6左转或右转；完成动 作SB7、SB8。电机四41开启，通过主动轮二42、从动轮二43带动丝杆一 46转动，丝杆一通 过螺纹配合带动升降板47上升或下降，进而带动机械手6上升或下降，完成动作SB9、SB10。 电机五51开启，通过主动轮三52、从动轮53带动丝杆二55转动，丝杆二通过螺纹配合带动 基板56前进或后退，进而带动机械手前进或后退，完成动作SB5、SB6。
[0048] 电机六61转动，通过公转主动件62、公转从动件63带动分爪以公转从动件的中心 线为轴心线作旋转运动，实现机械手的拧紧或拧松动作，即实现动作SB13、SB14。电机七64 开启，通过自转主动轮65、自转从动轮66带动轴76转动，轴带动自转太阳轮67同步转动， 自转太阳轮通过啮合作用带动自转行星轮68转动，进而带动分爪69收拢或张开，完成机械 手的抓取或松开，即实现动作SB11、SB12。
[0049] 需要过桥时，电机二22开启，带动上滚轮21正转或反转，进而带动装置整体在桥 上前进或后退，实现动作SB15、SB16。
[0050] 过桥动作和装置整体的移动分开进行，并可分别与其他动作同时交叉进行。本实 用新型实施例提供的机械手装置中，转动机构、升降机构和移动机构分别带动机械手完成 平面旋转运动、坚直上下运动和平面来回运动，三者结合能使机械手在立体空间内实现X、 Y、Z三个方向上的移动和转动，机械手的活动范围大，机械手装置的通用性好。
[0051] 总之，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，传动机构采用齿轮传动，使装置整 体运行平稳且整体结构紧凑，当然，也可采用带轮进行传动的形式。凡是依据本实用新型所 作的均等变化与修饰，皆应属于本实用新型申请专利的保护范围。
【权利要求】
1. 一种机械手装置，包括用于拾取物品的机械手（6)，其特征在于，还包括用于带动所 述机械手全方位移动的底座机构（1)，所述底座机构包括底座（11)、设置在所述底座上相 对两侧的下滚轮（12)及用于带动相应下滚轮转动的电机一（13); 还包括用于带动所述机械手（6)平面旋转的旋转机构（3)，所述旋转机构包括电机三 (31)及与所述电机三配合的传动机构一，所述机械手与所述传动机构一中的从动件连接； 还包括用于带动所述机械手（6)坚直上下运动的升降机构（4)，所述升降机构包括电 机四（41)、固定设置在所述传动机构一中从动件上的丝杆一（46)、用于将所述电机四的 动力传递至所述丝杆一的传动机构二及与所述丝杆一通过螺纹配合连接在一起的升降板 (47)，所述机械手与所述升降板连接； 还包括用于带动所述机械手（6)实现平面来回移动的移动机构（5)，所述移动机构包 括电机五（51)、用于安装所述机械手的基板（56)、与所述基板通过螺纹配合连接在一起的 丝杆二（55)及用于将所述电机五的动力传递至所述丝杆二的传动机构三，所述丝杆二的 一端转动设置在所述升降板（47)上。
2. 根据权利要求1所述的机械手装置，其特征在于，还包括用于带动装置整体完成过 桥运动的过桥机构（2)，所述过桥机构包括固定设置在所述底座（11)上方的基座（24)、至 少两个设置在所述基座上的上滚轮（21)及用于带动相应上滚轮转动的电机二（22)。
3. 根据权利要求2所述的机械手装置，其特征在于，所述上滚轮（21)周向外壁的中间 位置设有环形凸起。
4. 根据权利要求1-3任一项所述的机械手装置，其特征在于，所述机械手（6)包括至少 三个分爪（69)及用于带动所述分爪旋转的公转机构，所述公转机构包括电机六（61)、转动 设置的公转从动件￠3)及固定在所述电机六的动力输出轴上且与所述公转从动件配合的 公转主动件（62)，所述分爪与所述公转从动件连接。
5. 根据权利要求4所述的机械手装置，其特征在于，所述机械手（6)还包括用于带动所 述分爪（69)张开或收拢的自转机构，所述自转机构包括电机七（64)、用于安装相应分爪且 转动设置在所述公转从动件￠3)上的自转行星轮￠8)、与各所述自转行星轮均啮合的自 转太阳轮￠7)及用于将所述电机七的动力传递至所述自转太阳轮的传动机构四。
6. 根据权利要求1所述的机械手装置，其特征在于，所述升降机构（4)还包括至少一根 垂直固定设置在所述传动机构一中从动件上的支杆一（45)，所述升降板（47)光滑套装在 所述支杆一上。
7. 根据权利要求1所述的机械手装置，其特征在于，所述移动机构（5)还包括至少一 根支杆二（54)，所述支杆二的两端分别与所述升降板（47)和所述基板（56)光滑套装在一 起。
【文档编号】B25J15/10GK203831396SQ201420239468
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2014年5月12日 优先权日:2014年5月12日
【发明者】王正初, 陈林祥, 毛弘亚, 夏如艇, 王昕彪 申请人:台州学院