专利名称：具有分时抓放功能的多物件操作型机械手的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种机械技术领域的装置，具体地说，是一种具有分时抓放功 能的多物件操作型机械手。
背景技术：
随着物流发展的日新月异，用于抓取的机械手得到了非常广泛的应用。目 前所使用的机械手主要为开合式结构，即通过手爪关节的开合动作来实现对物 件的抓取。对于一些开合动作无法实现的夹取作业，还采用了电磁吸附或真空 吸盘作为执行机构。这些结构具有一个共同的特点随着手爪的开、合或电磁 铁的通、断电或真空吸盘的开、闭，所操作的物件被抓取或者被放下，机械手 每次只能完成一个操作，完成本次物流搬运操作后，必须回到取料点进行重新 取料，即每当移动到放料点放下物料后，再回到取料点，如此不断在取料点和 放料点之间往复工作。在这种工作方式下，当存在多个不同的取、放料点时， 机械手每次只能满足一个点的操作作业，在完成到达每个离散的取、放料点的 一个工作循环中必须进行多次取、放料点之间的往返，这样便不可避免地存在 着多次途径某点而不取、放物件的现象，大大影响了机械手的工作效率，同时 也给物流规划带来了困难。
经对现有技术的文献检索发现，日本学者研制出了能同时夹持2个工件的机
械手(日刊《机械设计》，1993年，No5， 136，徐浩进译，姚懋许校)，该机 械手通过连杆和带有滚轮的凸轮机构来同时夹持A、 B两个工件，能实现对前工 序中未经定位固定的工件A和B同时定位并进行夹持。但在仅用夹头B夹持工件 B进行移动或者旋转时，就可能产生工件A的错位，因此，该机械手无法完成分 时操作的要求，未从根本上解决分时抓放的多物件操作问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种具有分时抓放功能的
多物件操作型机械手，使其通过可精确控制位置的物件分度机构和升降机构的 协调动作，实现在多点取放物件的功能。本发明可有效解决物流自动化中多点 取、放料情况下的规划难题，减少空行程在工作中所占用的时间，从而提高机 械手的做功效率，提升物流系统的总体产能，同时起到节能降耗的效果。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括物件分度机构和升降机构 两部分。物件分度机构与升降机构连接，可在升降机构的驱动下完成上下移 动。物件分度机构作为本发明的主要部分，主要用于完成对物件的分时取放， 同时保持对不需要进行取放操作的其它多个物件的握持动作。升降机构用于对 分度机构的位置高度进行调整，协助分度机构完成对物件的抓取、放置，以确 保抓放动作的平稳与可靠。
所述物件分度机构包括第一伺服电机、第一主动齿轮、第一从动齿轮、主 动带轮、从动带轮、辊子带、辊子带驱动轴机架、辊子带驱动轴、分度机构支架。 第一伺服电机、第一主动齿轮、第一从动齿轮、主动带轮、从动带轮、辊子带驱 动轴均安装在分度机构支架上，第一主动齿轮与主动带轮均通过键连接安装在 第一伺服电机的输出轴上，第一主动齿轮、第一从动齿轮与主动带轮、从动带 轮减速比相同。辊子带驱动轴机架固连在分度机构支架上，辊子带外侧具有等间 距凸缘，辊子带以一定的张紧力套在辊子带驱动轴上，以相同的角速度随辊子 驱动轴转动。
上述物件分度机构中，第一伺服电机的转动通过与其键连接的主动带轮及 第一主动齿轮分别传递给与之啮合的从动带轮和第一从动齿轮，从动带轮和从 动齿轮分别带动与他们同轴的辊子带驱动轴转动，从而使套在辊子带驱动轴上 的分度辊子带转动，分度辊子带的转动方向相反，两两相对的凸缘在反向运动 的过程中完成对物件的抓取、放置动作。
所述升降机构配合分度机构的动作，通过调整分度机构的整体高度调整抓 取、放置点的位置，确保分度辊子带对物件抓取的可靠。
所述升降机构包括升降机构支架、第二伺服电机、第二主动齿轮、导向杆、 第二从动齿轮、丝杠、螺母、连接板。第二伺服电机、导向杆、丝杠都安装在 升降机构支架上，第二主动齿轮与第二从动齿轮啮合，丝杠与螺母啮合，螺母 与连接板固连，连接板与分度机构支架固连。第二伺服电机带动与其键连接的第
二主动齿轮转动，使得与其啮合的第二从动齿轮按设定的减速比反向转动，从 而使与第二从动齿轮同轴的丝杆同步转动，在导向杆的作用下，这就使得与丝 杠啮合的螺母上、下移动，从而带动与螺母固连的分度机构支架上、下移动， 最终实现对物件分度机构的位置调整。
本发明采用伺服电机实现对物件分度机构和升降机构的驱动，通过伺服电 机自身所具有的半闭环位置反馈，实现高精度的运动控制。从而使分度及高低 位置调整动作到位准确。
本发明的另外一个特点是物件分度机构中的左、右分度辊子带采用共用驱 动电机等传动比的机械方法同步，在节省驱动电机数量的同时，可避免专门设 计同步控制算法，从而提高系统运行的可靠性。
本发明的分度辊子带外侧具有等间距凸缘，通过左、右两侧分度辊子带的 反向转动实现对物件的取、放操作，取、放动作取决于分度机构伺服电机的转 向。分度辊子带的圆周方向有多个凸缘，在完成取、放动作的同时两辊子带之 间所夹持的物件仅上升或下降一个凸缘间距，因此，本发明的机械手在完成对 物件的分时取、放同时，还可保持对不需要进行取、放操作的其它多个物件的 握持动作，可同时握持物件的数量可通过凸缘数量设置。
本发明针对多点取放料的实际使用需要，设计出具有分时抓放功能的多物 件操作型机械手，通过可精确控制位置的物件分度机构和升降机构的协调动 作，实现在多点取、放物件的功能，本发明的实施，可有效解决多点取、放料 情况下的物流规划难题，同时提高机械手的利用效率，提升物流系统的总体产 能，达到节能降耗的效果。以具有5个凸缘的分度辊子带为例计算，本发明可 完成在一个工作行程内对5个工位的操作，与普通机械手相比，可节省4个工作 行程，在同样的机械手数量前提下，这将对工作节拍及操作效率带来巨大提 高。
图l为本发明结构的侧视图。 图2为本发明结构的主视图。
图中，第一伺服电机l、第一主动齿轮2、第一从动齿轮3、主动带轮16、 从动带轮4、辊子带5、辊子带驱动轴机架6、辊子带驱动轴7、升降机构机架8、
第二伺服电机9、第二主动齿轮IO、导向轴ll、丝杆12、第二从动齿轮13、螺 母14、连接板15、分度机构机架17、同步带18、辊子带凸缘19、左辊子带51、 右辊子带52、左驱动机架61、右驱动机架62、左辊子带驱动轴71、右辊子带驱 动轴72、左导向轴111和右导向轴112。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明本实施例是在以本发明技术 方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明 的保护范围不限于下述的实施例。
如图l、图2所示，本实施例包括物件分度机构和升降机构两部分。物件
分度机构与升降机构连接，可在升降机构的驱动下完成上下移动。
本实施例中，物件分度机构包括第一伺服电机l、第一主动齿轮2、第一从 动齿轮3、从动带轮4、辊子带5、辊子带驱动轴机架6、辊子带驱动轴7、主动 带轮16、分度机构支架17。其中，辊子带5分为左辊子带51和右辊子带52， 辊子带驱动轴机架6分为左驱动机架61和右驱动机架62，辊子带驱动轴7分为 左辊子带驱动轴71和右辊子带驱动轴72。左辊子带51和右辊子带52静态连接 关系相同，左驱动机架61和右驱动机架62静态连接关系相同，左辊子带驱动轴 71和右辊子带驱动轴72静态连接关系相同。
第一伺服电机l、第一主动齿轮2、第一从动齿轮3、主动带轮16、从动带 轮4、辊子带驱动轴7均安装在分度机构支架17上，第一主动齿轮2与主动带 轮16均通过键连接安装在第一伺服电机1的输出轴上，第一主动齿轮2、第一 从动齿轮3与主动带轮16、从动带轮4减速比相同。辊子带5外侧具有凸缘19， 以一定的张紧力套在辊子带驱动轴7上，以相同的角速度随辊子驱动轴7转动。
所述辊子带5由橡胶带制成，外侧均匀分布着凸缘19。
第一伺服电机1的转动通过与其键连接的主动带轮16及第一主动齿轮2分 别传递给与之啮合的从动带轮4和第一从动齿轮3，从动带轮4和第一从动齿轮 3的转动，分别驱动与之相连的辊子带驱动轴71和72、使套在这两个驱动轴上 的辊子带51和52相对转动，这两个分度辊子带的转动方向相反，两两相对的辊 子带凸缘19在反向运动的过程中完成对物件的抓取、放置动作。
本实施例中，升降机构包括升降机构支架8、第二伺服电机9、第二主动齿轮10、导向杆ll、第二从动齿轮13、丝杠12、螺母14、连接板15。其中，导 向轴11分为左导向轴111和右导向轴112，第二伺服电机9、左导向杆lll、右 导向杆112、丝杠12都安装在升降机构支架8上，第二主动齿轮10与第二从动 齿轮13啮合，丝杠12与螺母14啮合，螺母14与连接板15固连，连接板15 与分度机构机架17固连。
第二伺服电机9带动与其键连接的第二主动齿轮10转动，使得与之啮合的 第二从动齿轮13依照设定的减速比反向转动，从而使与第二从动齿轮13同轴的 丝杠12同步转动，在左导向杆lll、右导向杆112的共同作用下，与丝杠12啮 合的螺母14上、下移动，从而带动与之固连的连接板15上、下移动，最终实现 与连接板15固连的分度机构机架17的位置调整。
物件分度机构通过连接板与升降机构连接的螺母连接，利用丝杠螺母和导向 杆的综合作用，可在升降机构的驱动下完成上下移动。
本发明的工作过程为第二伺服电机9带动与其键连接的第二主动齿轮10 转动，使得与之啮合的第二从动齿轮13依照设定的减速比反向转动，从而使与 第二从动齿轮13同轴的丝杠12同步转动，在左导向杆lll、右导向杆112的共 同作用下，与丝杠12啮合的螺母14上、下移动，从而带动与之固连的连接板 15上、下移动，最终使得物件分度机构通过升降机构调整到被抓取对象的垂直 上方，在升降机构下降的过程中，第一伺服电机l的转动通过与其键连接的主动 带轮16及第一主动齿轮2分别传递给与之啮合的从动带轮4和第一从动齿轮3， 从动带轮4和第一从动齿轮3的转动，分别驱动与之相连的辊子带驱动轴71和 72、使套在这两个驱动轴上的辊子带51和52相对转动，左辊子带51和右辊子 带52配合对滚，通过左右两侧两两相对凸缘19的挤压作用，完成对被操作对象 的抓取。
权利要求
1、一种具有分时抓放功能的多物件操作型机械手，包括物件分度机构和升降机构，物件分度机构与升降机构连接，并在升降机构的驱动下完成上下移动，其特征在于所述物件分度机构包括第一伺服电机、第一主动齿轮、第一从动齿轮、主动带轮、从动带轮、辊子带、辊子带驱动轴机架、辊子带驱动轴、分度机构支架，第一伺服电机、第一主动齿轮、第一从动齿轮、主动带轮、从动带轮、辊子带驱动轴均安装在分度机构支架上，第一主动齿轮与主动带轮均通过键连接安装在第一伺服电机的输出轴上，第一主动齿轮、第一从动齿轮与主动带轮、从动带轮减速比相同，辊子带驱动轴机架固连在分度机构支架上，辊子带套在分度辊子带驱动轴上；所述升降机构包括升降机构支架、第二伺服电机、第二主动齿轮、导向杆、第二从动齿轮、丝杠、螺母、连接板，第二伺服电机、导向杆、丝杠都安装在升降机构支架上，第二主动齿轮与第二从动齿轮啮合，丝杠与螺母啮合，螺母与连接板固连，连接板与分度机构支架固连。
2、 根据权利要求1所述的具有分时抓放功能的多物件操作型机械手，其特 征是，所述辊子带具有凸缘，辊子带以相同的角速度随辊子驱动轴转动。
3、 根据权利要求1或2所述的具有分时抓放功能的多物件操作型机械手， 其特征是，所述辊子带由橡胶带制成，外侧均匀分布着凸缘。
4、 根据权利要求1或2所述的具有分时抓放功能的多物件操作型机械手， 其特征是，所述物件分度机构中，第一伺服电机的转动通过与其键连接的主动带 轮及第一主动齿轮分别传递给与之啮合的从动带轮和第一从动齿轮，从动带轮 和从动齿轮分别带动与他们同轴的辊子带驱动轴转动，从而使套在辊子带驱动 轴上的分度辊子带转动，分度辊子带的转动方向相反，两两相对的凸缘在反向 运动的过程中完成对物件的抓取、放置动作。
5、 根据权利要求1所述的具有分时抓放功能的多物件操作型机械手，其特 征是，所述升降机构中，第二伺服电机带动与其键连接的第二主动齿轮转动，使得与其啮合的第二从动齿轮按设定的减速比反向转动，从而使与第二从动齿轮 同轴的滚珠丝杆同步转动，在导向杆的作用下，与滚珠丝杠啮合的丝杠螺母 上、下移动，从而带动与丝杠螺母固连的分度机构支架上、下移动，最终实现 对物件分度机构的位置调整。
全文摘要
一种具有分时抓放功能的多物件操作型机械手，属于机器人技术领域。本发明由物件分度机构和升降机构构成，物件分度机构中第一伺服电机、第一主动齿轮、第一从动齿轮、主动带轮、从动带轮、辊子带驱动轴均安装在分度机构支架上，第一主动齿轮与主动带轮均通过键连接安装在第一伺服电机的输出轴上，第一主动齿轮、第一从动齿轮与主动带轮、从动带轮减速比相同，辊子带套在分度辊子带驱动轴上。升降机构中第二伺服电机、导向杆、滚珠丝杠都安装在升降机构支架上，第二主动齿轮与第二从动齿轮啮合，丝杠与螺母啮合，螺母通过连接板与分度机构支架固连。本发明可有效解决多点取/放料情况下的物流规划难题，同时提高效率，节能降耗。
文档编号B25J3/04GK101172342SQ20071017122
公开日2008年5月7日 申请日期2007年11月29日 优先权日2007年11月29日
发明者王旭云, 王松海, 霞 赵, 顿向勇, 顿向明 申请人:上海交通大学