一种多连杆凸轮双轴多工位伺服超高速机械手的制作方法

本实用新型涉及先进工业机器人及自动化生产线技术领域，特别是涉及一种多连杆凸轮双轴多工位伺服超高速机械手。

背景技术：

在电子、电器自动化生产线上使用的机械手对工件的移入、移出多是采用气动装置来解决的，而气动装置存在占用空间大、速度慢、精度差、运行可靠性低,气缸和电磁阀必须用活塞及密封圈，极易磨损和漏气,需要经常更换的缺点，且动力源需要用电能转换成压缩空气，能耗消耗高，用气缸作为动力机构，不可以在行程内的任意位置停止和启动，而且机械手大多采用开放式线性滑轨，需要每周加注润滑油进行维护，浪费人工维护成本，在使用过程中因为是开放式线性滑轨，润滑油随意散落对环境造成极大污染，经常在没有润滑脂的状态下工作，造成每900万次需要更换线性滑轨。机械手停止机构采用油压缓冲器撞击，会产生极大的震动，国内知名品牌油压缓冲器使用寿命最多430万次，浪费人工更换油压缓冲器的工时费，及客户在使用过程中易损件的费用。

技术实现要素：

实用新型目的：为了克服现有技术中存在的不足，本实用新型提供一种多连杆凸轮双轴多工位伺服超高速机械手。

技术方案：为实现上述目的，本实用新型的一种多连杆凸轮双轴多工位伺服超高速机械手，设有z轴运动机构与x轴驱动机构；所述z轴运动机构设有z轴伺服电机、固定滑动导柱，所述z轴伺服电机连接有z轴摆杆，所述z轴摆杆连接有z轴连接杆，所述z轴连接杆与x轴驱动机构连接，从而带动x轴驱动机构在固定滑动导柱上垂直滑动；所述x轴驱动机构设有x轴伺服电机、所述滑动块，所述滑动块内还设有滑动导柱，所述滑动导柱侧面设有连接板，所述x轴伺服电机连接有x轴摆臂，所述x轴摆臂连接有x轴连接杆，所述x轴连接杆与连接板相连接，同时所述滑动导柱可在滑动块内进行水平滑动

作为进一步改进：所述z轴运动机构还设有z轴固定板，所述z轴固定板上还设有电磁阀，所述z轴固定板上连接有侧立板，所述侧立板一侧设有z轴光电开关；所述固定滑动导柱下方设有链接板，所述链接板下方设有支撑柱与底座。

作为进一步改进：所述x轴驱动机构还设有x轴固定板，所述x轴固定板上设有x轴光电开光；所述滑动块侧面还设有链接块，所述链接块与所述z轴连接杆相连接；所述连接板下端安装有承载取料的取放料机构，所述取放料机构设有爪手。

作为进一步改进：所述z轴连接杆与所述x轴连接杆的两端均设有浮动接头，所述浮动接头为双轴承多方位旋转浮动接头，所述浮动接头设有旋转块，所述旋转块两侧分别设有高精度法兰轴承。

作为进一步改进：所述z轴伺服电机为水平摆放设置，所述x轴伺服电机为垂直摆放设置。

作为进一步改进：所述滑动块一侧设有垂直设置的垂直导柱孔，使得滑动块可在固定滑动导柱上垂直滑动，所述滑动块另一侧设有水平设置的水平导柱孔，使得滑动导柱可在滑动块内水平滑动，所述滑动块上下左右两端均配有直线轴承；所述滑动块内设有全密封储油室。

作为进一步改进：所述爪手设有旋转气缸，所述旋转气缸下方设有垂直气缸所述垂直气缸设有固定轴与活动轴，所垂直气缸下方还设有多爪机构，所述多爪机构设有星形连接器、固定环，所述固定环下设有两组或以上的连接块与铰链爪部件，所述铰链爪部件设有固定板、铰链板、铰链拉动块、爪与多组的连接棒；所述连接块、固定板、铰链板、铰链拉动块、爪上均设有槽孔以便连接棒嵌入进行铰链连接；

所述固定板一端通过连接棒与爪一侧端进行铰链连接，另一端通过连接棒与连接块铰链连接，从而将固定环与爪连接固定；

所述铰链板一端通过连接棒与爪一侧端进行铰链连接，另一端通过连接棒与铰链拉动块一端进行铰链连接；所述铰链拉动块另一端与星形连接器连接固定，所述星形连接器与活动轴连接固定；所述固定环通过固定轴与垂直气缸连接固定；

所述星形连接器铰链拉动块在垂直气缸驱动活动轴的带动下可进行上下垂直运动；铰链拉动块上下垂直运动时通过铰链板与爪的铰链连接来带动所述爪的外放和收紧的运动；所述爪手在旋转气缸下可绕z轴进行旋转运动。

本实用新型的有益效果是

1.本实用新型中采用多连杆凸轮用伺服或步进电机直接驱动，线性加速启动及减速停止，双电机叠加驱动方式节省整体安装空间。

2.本实用新型中，采用可通过程序控制，在其行程范围空间内可实现任意位置停留，运动轨迹可以根据需求随意改变，主要用于在行程空间范围内的零件搬运、进给及自动传送，相比气动结构，精度与可靠性更高。

3.本实用新型中，采用多连杆凸轮用伺服或步进电机直接驱动，完全取消了活塞和密封圈的磨损，相比气缸机构减少十倍的更换易损件工时费及易损件费用。动力源不需要用电能转换成压缩空气，用电机直接驱动相比气缸能耗节省70％以上。

4.本实用新型中，滑动块同时连接x轴驱动机构及z轴运动机构，滑动块为一体式结构，x轴驱动机构的滑动导柱通过滑动块的水平导柱孔进行水平运动，同时，滑动块通过z轴运动机构的固定滑动导柱，在固定滑动导柱进行垂直滑动，x轴驱动机构及z轴运动机构共同通过滑动块实现各自的动作，可同时进行并且互不干扰。

5.本实用新型中，滑动机构用高精度直线轴承和全新设计全密封润滑脂储油室，在出厂时将储油室加满润滑脂，在使用过程中免维护不用添加润滑脂，因为是全密封润滑脂储油室在使用过程中不会随意散落，避免对环境造成污染。

6.本实用新型中，采用多连杆凸轮曲线和伺服或步进电机的线性加速启动及减速停止，全取消了油压缓冲器撞击产生的震动，减少了更换油压缓冲器的工时费及易损件费用，在上下z轴行程55毫米，左右x轴行程100毫米的情况下，每分钟最多可以完成86个循环周期，是原有气缸机构速度的2.53倍。

7.本实用新型中，采用自主研发滚动摩擦无间隙式的高精度直线轴承，能避免使用普通滑动摩擦有间隙式关节轴承，造成停止位置不准确降低定位精度的情况。

8.本实用新型中，上下z轴方向固定滑动柱与下方支撑柱，利用中间链接板连接增加机构的强度及稳定性，优化了机构的外观，同时固定滑动柱和支撑机构合体，节省安装空间降低零件成本。

9.本实用新型中，电磁阀直接固定在机构上部，减少安装空间且增加气缸的反应速度。

10.本实用新型中，控制方式可自由选择脉冲型和io型，满足不同功能的需求，连接板可安装承载取料夹子或其它取放料机构，增强机械手的通用性。

10.本实用新型中，通过光电开关来进一步确认z轴与x轴行程到位情况，进一步的提高机械手的精度。

附图说明

附图1为本实施例一种多连杆凸轮双轴多工位伺服超高速机械手的整体结构示意图；

附图2为本实施例一种多连杆凸轮双轴多工位伺服超高速机械手的局部结构图之一；

附图3为本实施例一种多连杆凸轮双轴多工位伺服超高速机械手的局部结构图之二；

附图4为本实施例一种多连杆凸轮双轴多工位伺服超高速机械手的局部结构图之三；

附图5为本实施例一种多连杆凸轮双轴多工位伺服超高速机械手的局部结构图之六；

附图6为本实施例一种多连杆凸轮双轴多工位伺服超高速机械手的爪手整体结构图之一；

附图7为本实施例一种多连杆凸轮双轴多工位伺服超高速机械手的爪手局部结构图之一；

附图8为本实施例一种多连杆凸轮双轴多工位伺服超高速机械手的爪手局部结构图之二；

附图9为本实施例一种多连杆凸轮双轴多工位伺服超高速机械手的爪手局部结构图之三；

附图10为本实施例一种多连杆凸轮双轴多工位伺服超高速机械手的爪手局部结构图之四；

附图11为本实施例一种多连杆凸轮双轴多工位伺服超高速机械手的爪手局部结构图之五。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作更进一步的说明。

实施例，如附图1至附图11所示的一种多连杆凸轮双轴多工位伺服超高速机械手，设有z轴运动机构110与x轴驱动机构111；所述z轴运动机构110设有z轴伺服电机18、固定滑动导柱2，所述z轴伺服电机18连接有z轴摆杆21，所述z轴摆杆21连接有z轴连接杆30，所述z轴连接杆30与x轴驱动机构111连接，从而带动x轴驱动机构111在固定滑动导柱2上垂直滑动；所述x轴驱动机构111设有x轴伺服电机11、所述滑动块3，所述滑动块3内还设有滑动导柱7，所述滑动导柱7侧面设有连接板42，所述x轴伺服电机11连接有x轴摆臂26，所述x轴摆臂26连接有x轴连接杆27，所述x轴连接杆27与连接板42相连接，同时所述滑动导柱7可在滑动块3内进行水平滑动。

所述z轴运动机构110还设有z轴固定板44，所述z轴固定板44上还设有电磁阀22，所述z轴固定板44上连接有侧立板15，所述侧立板15一侧设有z轴光电开关322；所述固定滑动导柱2下方设有链接板1，所述链接板1下方设有支撑柱36与底座37。

所述x轴驱动机构111还设有x轴固定板8，所述x轴固定板8上设有x轴光电开光321；所述滑动块3侧面还设有链接块31，所述链接块31与所述z轴连接杆30相连接；所述连接板42下端安装有承载取料取放料机构，所述取放料机构为爪手45。

所述z轴连接杆30与所述x轴连接杆27的两端均设有浮动接头24，所述浮动接头24为双轴承多方位旋转浮动接头，所述浮动接头24设有旋转块242，所述旋转块242两侧分别设有高精度法兰轴承241。

所述z轴伺服电机18为水平摆放设置，所述x轴伺服电机11为垂直摆放设置。

所述滑动块3一侧设有垂直设置的垂直导柱孔331，使得滑动块3可在固定滑动导柱2上垂直滑动，所述滑动块3另一侧设有水平设置的水平导柱孔332，使得滑动导柱7可在滑动块3内水平滑动，所述滑动块3上下左右两端均配有直线轴承6；所述滑动块3内设有全密封储油室。

所述爪手45设有旋转气缸456，所述旋转气缸456下方设有垂直气缸457所述垂直气缸457设有固定轴4571与活动轴4572，所垂直气缸457下方还设有多爪机构458，所述多爪机构458设有星形连接器459、固定环460，所述固定环460下设有两组或以上的连接块461与铰链爪部件462，所述铰链爪部件462设有固定板463、铰链板465、铰链拉动块466、爪467与多组的连接棒464；所述连接块461、固定板463、铰链板465、铰链拉动块466、爪467上均设有槽孔以便连接棒464嵌入进行铰链连接；

所述固定板463一端通过连接棒464与爪467一侧端进行铰链连接，另一端通过连接棒464与连接块461铰链连接，从而将固定环460与爪467连接固定；

所述铰链板465一端通过连接棒464与爪467一侧端进行铰链连接，另一端通过连接棒464与铰链拉动块466一端进行铰链连接；所述铰链拉动块466另一端与星形连接器459连接固定，所述星形连接器459与活动轴4572连接固定；所述固定环460通过固定轴4571与垂直气缸457连接固定；

所述星形连接器459铰链拉动块466在垂直气缸457驱动活动轴4572的带动下可进行上下垂直运动；铰链拉动块466上下垂直运动时通过铰链板465与爪467的铰链连接来带动所述爪467的外放和收紧的运动；所述爪手45在旋转气缸456下可绕z轴进行旋转运动。

本实施例还提供的多连杆凸轮双轴多工位伺服超高速机械手的运动控制方法，包括以下步骤：

1.z轴垂直运动：由z轴伺服电机18驱动z轴摆臂21转动，从而驱动z轴连接杆30摆动，并通过浮动接头24进行转向，通过z轴连接杆30的半圆周摆动来带动滑动块3在固定滑动导柱2上垂直滑动；

2.z轴垂直运动方向控制：当z轴伺服电机18驱动摆21臂做顺时针或逆时针转动时通过z轴连接杆30带动滑动块3向上或向下运动；

3.x轴水平运动：由x轴伺服电机11驱动x轴摆臂26转动，从而驱动x轴连接杆27摆动，并通过浮动接头24进行转向，通过x轴连接杆30的半圆周摆动来带动连接板42通过滑动导柱2在滑动块3内进行水平滑动；；

4.x轴水平运动方向控制：当x轴伺服电机11驱动x轴摆臂26做顺时针或逆时针转动时，通过x轴连接杆27带动连接板42向左或向右进行水平滑动；

5.爪手取放控制：当垂直气缸457驱动铰链拉动块466做垂直上下运动，从而带动爪467收紧与外放，实现对物件抓取的控制；在抓取物件后通旋转气缸456驱动爪手45绕z轴旋转运动，还可实现对物件的角度进行调整的控制。

以上步骤不分先后顺序。

所述z轴伺服电机18、x轴伺服电机11、z轴光电开关322、x轴光电开光321、z轴光电开关322、爪手45、电磁阀22均和可编程控制器相连接，可编程控制器的控制方式可自由选择脉冲型或io型。z轴固定板44上的电磁阀22可缩短电磁阀22与爪手的气管长度，增加爪手的反应速度及减少气动能量的损失。

通过所述z轴光电开关322来确认滑动块3是否滑动到位，通过x轴光电开光321来确认连接板42滑动是否到位。

由于x轴驱动机构设置在滑动块3上，与滑动块3的运动方向及速度一致，同时，x轴的滑动导柱7在滑动块3的水平导柱孔332限制下做水平运动。

x轴驱动机构通过x轴伺服电机带动x轴摆臂转动，x轴摆臂与x轴连接杆组成的曲柄连杆机构，x轴摆臂转动小于等于180度，x轴摆臂转动到靠近左右止点前，由于电机的转动速度不变，x轴摆臂与x轴连接杆的端部的运动速度不变，x轴连接杆与连接板的速度逐渐降低，起到缓冲的作用。同理，z轴运动机构通过z轴伺服电机带动z轴摆杆转动时，当z轴摆杆运动至左右止点时，速度降低，起到缓冲的作用，无需通过改变电机的转速即可实现。

x轴摆臂与z轴摆杆上设有的多个安装孔，可改变x轴连接杆或z轴连接杆的连接位置，从而通过改变与x轴连接杆连接的连接板或z轴连接杆连接的滑动块的运动行程。

z轴伺服电机与x轴伺服电机位于同一竖直平面内，可大大降低整个机构的体积，适用于工位紧凑的生产线上。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。