折臂升降式助力机械手的制作方法

1.本实用新型涉及机械手臂技术领域，具体涉及一种折臂升降式助力机械手。


背景技术：

2.随着制造业的生产过程不断向自动化和智能化方向推进，市场客户端越来越多地提出要求：在多品种多规格多类型的物料搬运场合(例如工程机械组装、轨道交通装备组装、机械加工等工序)，需要一种介于机器人自动搬运和人工搬运之间的人机协作型产品，这样既具有机器人搬运能力强、精度高，刚性好的特点(即机器人出力)，又能结合人工操作灵活的优势(人工定位)；从而提升物料搬运作业过程的工作效率，降低劳动强度，保护工人劳动健康。
3.申请号为201922234268.2的中国专利公开了一种齿轮齿条可升降式关节机械手臂，其采用电机驱动、齿轮齿条传动的方式实现了关节臂的升降，在水平方向有柔顺性，在垂直方向有较大的刚性，适用于装配作业中，特别适合小规格零件的插接装配。这种机械手臂虽然具备一定优点，但仍存在如下弊端：1、在关节处的阻尼大，需要借助相应的驱动机构驱动转动；2、升降过程中，无法根据物料的重量和人工操作力的大小，实现驱动力的自适应调节。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本实用新型的目的是提供一种折臂升降式助力机械手，一方面，在竖直方向实现了刚性导向运动，并且驱动力的大小能根据物料的重量和人工操作力的大小自适应调节；另一方面，在水平方向通过两个灵活转动的低阻尼关节，实现了水平面上的人工轻松推动和定位；从而达到人机协作、“四两拨千斤”的效果，有利于节能以及提高整体的智能化水平。
5.本实用新型通过以下技术手段解决上述问题：一种折臂升降式助力机械手，包括立柱、升降导向组件、升降驱动组件、折臂组件和控制组件；所述升降导向组件包括固定在立柱一侧侧壁的升降导轨和与升降导轨滑动配合的滑动组件；所述升降驱动组件包括与升降导轨固定在立柱相同侧壁的齿条、与齿条啮合传动的齿轮以及驱动齿轮转动的驱动机构，所述驱动机构安装在滑动组件上；所述折臂组件包括大臂、小臂和夹具连接法兰，所述大臂的一端与滑动组件水平转动配合，所述小臂的一端与大臂的另一端水平转动配合，所述夹具连接法兰安装在小臂的另一端；所述控制组件包括称重传感器和控制箱，所述控制箱分别与称重传感器和驱动机构电连接。
6.进一步，所述滑动组件包括与升降导轨滑动配合的升降滑块、与升降滑块固定连接的升降滑板以及固定安装在升降滑板上的大臂回转下支座和大臂回转上支座；所述驱动机构的输出轴端穿过升降滑板且与升降滑板转动配合。
7.进一步，所述大臂回转下支座和大臂回转上支座之间设置有大臂回转轴，所述大臂的一端与大臂回转轴水平转动配合；所述小臂的一端通过小臂回转轴与大臂的另一端水
平转动配合。
8.进一步，所述称重传感器通过称重传感器支座安装在升降滑板上，所述驱动机构上设置有延伸至称重传感器上方的悬臂。
9.进一步，所述驱动机构包括传动连接的电机和减速机，所述齿轮安装在减速机的输出轴端，所述减速机的输出轴端穿过升降滑板且与升降滑板转动配合。
10.进一步，所述减速机的输出轴端通过带轴承支座与升降滑板转动配合。
11.本实用新型的有益效果：
12.本技术公开了一种折臂升降式助力机械手，包括立柱、升降导向组件、升降驱动组件、折臂组件和控制组件；所述升降导向组件包括固定在立柱一侧侧壁的升降导轨和与升降导轨滑动配合的滑动组件；所述升降驱动组件包括与升降导轨固定在立柱相同侧壁的齿条、与齿条啮合传动的齿轮以及驱动齿轮转动的驱动机构，所述驱动机构安装在滑动组件上；所述折臂组件包括大臂、小臂和夹具连接法兰，所述大臂的一端与滑动组件水平转动配合，所述小臂的一端与大臂的另一端水平转动配合，所述夹具连接法兰安装在小臂的另一端；所述控制组件包括称重传感器和控制箱，所述控制箱分别与称重传感器和驱动机构电连接。采用本技术的折臂升降式助力机械手，一方面，在竖直方向实现了刚性导向运动，并且驱动力的大小能根据物料的重量和人工操作力的大小自适应调节；另一方面，在水平方向通过两个灵活转动的低阻尼关节，实现了水平面上的人工轻松推动和定位；从而达到人机协作、“四两拨千斤”的效果，有利于节能以及提高整体的智能化水平。
13.此外，大家所熟知的关节型机器人只能通过编程控制来实现自动化作业，这种作业方式只适合做频繁重复相同的工作，而不能胜任同一工位有多种不确定的物料需要作搬运的场合(如机械组装，物流装卸车等)，而本技术实现机器人助力和人工定位，能任同一工位有多种不确定的物料需要作搬运的场合(如机械组装，物流装卸车等)。
附图说明
14.下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步描述。
15.图1为本实用新型的立体结构示意图；
16.图2为本实用新型的主视图；
17.图3为本实用新型的俯视图；
18.图4为本实用新型的右视图。
具体实施方式
19.以下将结合附图对本实用新型进行详细说明。
20.如图1
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4所示，本实施例的折臂升降式助力机械手，包括立柱1、升降导向组件、升降驱动组件、折臂组件和控制组件。
21.所述立柱1和升降导向组件是整个助力机械手的承载和升降导向基础结构，为整个机械手提供直立方向的直线运动导向。既可以采用落地式直立安装，也可以倒吊悬挂安装。立柱的底部焊接有钢制安装法兰。
22.所述升降导向组件包括升降导轨2、升降滑块4、升降滑板5、大臂回转下支座15和大臂回转上支座16，所述升降导轨2固定安装在立柱1的一侧侧壁，所述升降滑块4的正面与
升降导轨2滑动配合，可根据载荷级别的不同，设置一组升降导轨和升降滑块，或者多组升降导轨和升降滑块，本实施例中，在立柱侧壁并列设置有两组升降导轨和升降滑块。所述升降滑板5的正面与升降滑块4的背面固定连接，升降滑板5的背面对称安装有大臂回转下支座15和大臂回转上支座16。
23.所述升降驱动组件是整个机械手升降运动的驱动部件，包括齿条3、齿轮19、减速机8和电机9，所述齿条3与升降导轨2固定安装在立柱的相同侧壁，并处在两根升降导轨2之间；所述齿轮19安装在减速机8的输出轴端，并且与齿条3啮合；所述减速机8的输出轴端穿过升降滑板5，并且通过带轴承支座与升降滑板转动配合；所述电机9的输出轴端与减速机的输入轴端传动连接。
24.所述折臂组件包括大臂回转轴10、大臂11、小臂回转轴12、小臂13和夹具连接法兰14，所述大臂回转轴10安装在大臂回转下支座15和大臂回转上支座16之间，所述大臂11的一端绕大臂回转轴10水平灵活转动，另一端与小臂回转轴12水平回转装配，所述小臂13的一端通过小臂回转轴12与大臂水平回转配合，另一端安装有夹具连接法兰14，用于安装各种不同类型的工装夹具。大臂回转轴10、大臂11、小臂回转轴12、小臂13连接成一体后，形成一个类似于人类手臂的机械结构：包括两个回转关节和两截长度可设定的臂，故而称之为折臂组件，它为整机提供水平面内的支撑和两个低阻尼转动的关节，使得折臂组件的前端能够灵活自如而又劳靠地伸入到各种复杂工作场景和狭小工作空间中。因此折臂组件是本机中用以搬运工件的关键执行机构。
25.所述控制组件包括称重传感器支座18、称重传感器17和控制箱6，所述称重传感器17通过称重传感器支座18安装在升降滑板5上，所述驱动机构上设置有延伸至称重传感器上方的悬臂7，所述控制箱6分别与称重传感器17和电机9电连接。控制箱是由通用型的运动控制元器件组装而成的硬件系统，其内安装运行相应的运动控制算法程序和工艺功能控制程序。
26.原理说明
27.以地面直立安装为例说明本机械手的工作原理
28.使用本机械手进行搬运工作时，竖直方向的力通过夹具连接法兰14、小臂13、小臂回转轴12、大臂11、大臂回转轴10、大臂回转下支座15、大臂回转上支座16传递到升降滑板5，升降滑板5受力时，因升降导轨2和升降滑块4的相互作用导向，产生竖直向下的运动趋势，这会将力通过固定在立柱上的齿条3传递给与之啮合的齿轮19；齿轮19受力时会将产生转动运动的趋势，进而将转矩依次传递给减速机8、悬臂7、称重传感器17、称重传感器支座18和升降滑板5。由此，以上各零部件在受力时(此时电机处于制动或工作使能状态)形成了一个完整的、可以稳定自持的闭环受力状态。而在水平方向，则通过折臂组件中的两个低阻尼回转关节实现自持，并可由操作人员在水平面内灵活地任意移动到需要的位置。
29.当称重传感器17受到悬臂7传递过来的力矩作用，会产生电信号并发送给控制箱6；控制箱6对收到的信号进行滤波处理后，寄存在控制元件内存中作为基准值，并转换成相应的控制信号发送给电机的控制模块，从而产生一个与重力相等，反向相反的驱动力；驱动力通过减速机减速放大后传递给齿轮；从而使得齿轮在重力和驱动力两个力的作用下处于力平衡状态。
30.达到平衡状态后，控制箱6在保持驱动力恒定输出的同时，不间断地循环检测称重
传感器的信号反馈(经放大和滤波后的)、读入系统内存，并进行数据处理以形成新的控制信号并输出到电机的控制模块。具体的实施方式是：把每一个刷新的传感器数据与内存中寄存的稳定数据基准值相减，当差值不超过预设的阈值(不论正负)时，保持恒定扭矩输出，电机转速匹配为零；当差值大于阈值，且差值为正时，向电机的控制模块输出正向点动信号，使电机正转，转速按控制系统中预设的速度插补值；当差值大于阈值且差值为负时，向电机的控制模块输出反向点动信号，使电机反转，转速按控制箱中预设的速度插补值。事实上，经过有效滤波处理消除扰动后，这个差值的大小和方向，即是搬运工作时，人工施加于工件的操作力(上抬或下压工件)，控制箱通过检测称重传感器的信号反馈将人工操作力转换成为控制电机的转动方向和转速的信号，实现了对人工操作力的严格放大，实现了“四两拨千斤”的助力功能。
31.控制箱中还设置有数据传输接口，以供人工直接输入或外部数据导入控制信号，或将寄存器中的工件重量基准值等数据输出到用户其它记录设施上。
32.最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。