五轴机械手的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种五轴机械手，包括垂直壳体和水平壳体，所述水平壳体安装在所述垂直壳体的顶端；安装在垂直壳体内的部件包括第一电机、丝杆、升降座、第一主轴和第二电机；安装在水平壳体内的部件包括第三电机、传输总成、主轴座、第二主轴、第四电机、第五电机、驱动轴、减速机、输出法兰；水平壳体固接在第一主轴的顶端；还包括控制器和驱动器，所述控制器与所述驱动器电连接，所述驱动器与上述五个电机电连接。本发明的有益效果在于：保证横向空间的无死角全方位操作，完全可以代替人工的横向操作动作；同时，本方案采用的都是各种普通通用配件，降低了整机成本。
【专利说明】五轴机械手
【技术领域】
[0001]本发明涉及工业机械手领域，尤其涉及五轴机械手。
【背景技术】
[0002]随着经济的发展，社会的进步，用工紧缺现象越来越严重，特别是一些危险的工种和岗位，越来越难找到合适的一线员工。而科技的进步也使得不同工业的企业能够引入工业机械手来替代工人，但目前国内市场占有率较高的机械手大多是来自国外的高端六关节(六轴)和五关节(五轴)机械手，精度好但造价高，需要专业的高学历人员经过专业培训才能使用和维护，应用成本和后期维护成本极高，对于企业的技改革新资金投入是一笔极大的负担。特别是中小企业，面临无工可招、无工可用，但进行技改而投入机械手又资金不足的局面。另外，市场上的多关节机械手均是立式，对于一些横向狭窄的操作空间如冲床、液压机、车床等并不适用，容易产生空间干扰。而一些水平方向的机械手多为四轴，存在工作范围内死角多、动作简单的问题，无法满足生产需求。
【发明内容】
[0003]本发明所要解决的技术问题是:针对目前进口机械手价格和应用维护成本高，普通立式机械手适范围较小，四轴水平机械手性能低的问题，提供一种五轴机械手。
[0004]为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为:一种五轴机械手，包括垂直壳体和水平壳体，所述水平壳体安装在所述垂直壳体的顶端；
[0005]安装在垂直壳体内的部件包括第一电机、丝杆、升降座、第一主轴和第二电机，所述丝杆和所述第一主轴垂直地设于垂直壳体内，所述第一电机与丝杆传动连接，所述升降座与丝杆传动连接，第一主轴安装在升降座上侧，所述第二电机安装在升降座下侧并与第一主轴的下端传动连接；
[0006]安装在水平壳体内的部件包括第三电机、传输总成、主轴座、第二主轴、第四电机、第五电机、驱动轴、减速机、输出法兰，所述第二主轴水平地设于水平壳体内，所述驱动轴同心地安装于第二主轴内部,所述第三电机与所述传输总成传动连接,所述主轴座与传输总成的传输带固定连接，第二主轴安装于主轴座，所述第四电机固定在主轴座上并与第二主轴传动连接，所述第五电机固定在第二主轴的后端并与驱动轴传动连接，所述减速机安装于第二主轴的前端，驱动轴与减速机的输入端连接，所述输出法兰与减速机的输出端连接；
[0007]水平壳体固接在第一主轴的顶端；
[0008]还包括控制器和驱动器，所述控制器与所述驱动器电连接，所述驱动器与上述五个电机电连接。
[0009]本发明的有益效果在于:本机械手模拟人体动作，采用五个轴组成，垂直壳体内的两轴可模仿人体的脚和腰的动作，进行垂直方向的升降和水平方向整体旋转动作；水平壳体内的三轴可模拟人手的动作，进行水平方向伸缩、旋转及末端的局部旋转动作，采用这样的设计结构可以保证横向空间的无死角全方位操作，完全可以代替人工的横向操作动作；同时，本方案采用的都是各种普通通用配件，降低了整机成本。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]图1为本发明实施例的五轴机械手的立体剖面示意图。
[0011]标号说明:
[0012]100、垂直壳体；1、第一电机；2、丝杆；3、升降座；4、第一主轴；5、第二电机；6、扭力平衡盘；7、减速齿轮列阵；
[0013]200、水平壳体；8、第三电机；9、传输总成；10、主轴座；11、第二主轴；12、第四电机；13、第五电机；14、驱动轴；15、减速机；16、输出法兰；17、控制器；18、驱动器；19、驱动轮；20、电缆拖链。
【具体实施方式】
[0014]为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。
[0015]本发明最关键的构思在于:
[0016]请参阅图1, 一种五轴机械手，包括垂直壳体100和水平壳体200,所述水平壳体200安装在所述垂直壳体100的顶端。
[0017]安装在垂直壳体100内的部件包括第一电机1、丝杆2、升降座3、第一主轴4和第二电机5,所述丝杆2和所述第一主轴4垂直地设于垂直壳体100内，所述第一电机I与丝杆2传动连接，所述升降座3与丝杆2传动连接，第一主轴4安装在升降座3上侧，所述第二电机5安装在升降座3下侧并与第一主轴4的下端传动连接。
[0018]安装在水平壳体200内的部件包括第三电机8、传输总成9、主轴座10、第二主轴11、第四电机12、第五电机13、驱动轴14、减速机15、输出法兰16，所述第二主轴11水平地设于水平壳体200内，所述驱动轴14同心地安装于第二主轴11内部，所述第三电机8与所述传输总成9传动连接，所述主轴座10与传输总成9的传输带固定连接，第二主轴11安装于主轴座10，所述第四电机12固定在主轴座10上并与第二主轴11传动连接，所述第五电机13固定在第二主轴11的后端并与驱动轴14传动连接，所述减速机15安装于第二主轴11的前端，驱动轴14与减速机15的输入端连接，所述输出法兰16与减速机15的输出端连接。
[0019]水平壳体200固接在第一主轴4的顶端。
[0020]还包括控制器17和驱动器18，所述控制器17与所述驱动器18电连接，所述驱动器18与上述电机电连接。
[0021]从上述描述可知，本发明的有益效果在于:本机械手模拟人体动作，采用五个轴组成，垂直壳体内的两轴可模仿人体的脚和腰的动作，进行垂直方向的升降和水平方向整体旋转动作；水平壳体内的三轴可模拟人手的动作，进行水平方向伸缩、旋转及末端的局部旋转动作，采用这样的设计结构可以保证横向空间的无死角全方位操作，完全可以代替人工的横向操作动作；同时，本方案采用的都是各种普通通用配件，降低了整机成本。
[0022]进一步地，还包括扭力平衡盘6，所述扭力平衡盘6内设有可预紧的弹性发条，所述弹性发条与所述升降座3连接。
[0023]通过上述描述可知，采用扭力平衡盘可通过弹性发条的预紧起到抵消所有安装在升降座上的升降部件的重力，让第一电机以很小的功耗即可驱动整个上部的第一主轴和水平壳体的升降。
[0024]进一步地，所述第二电机5与所述第一主轴4之间通过减速齿轮列阵7连接。
[0025]通过上述描述可知，当第二电机旋转时，通过减速齿轮阵列可更加轻松的驱动立第一主轴和安装在第一主轴上水平壳体一起跟着旋转，这样第二电机就不必选用昂贵的大扭矩的电机。
[0026]进一步地，所述第二主轴11上固接有一驱动轮19，所述第四电机12与所述驱动轮19传动连接。
[0027]进一步地，所述控制器17和驱动器18安装于所述垂直壳体100的内部。
[0028]通过上述描述可知，将控制器和驱动器内置，可避免机械手在使用时由于外部因素导致控制器或驱动器出现损坏。
[0029]进一步地，在所述水平壳体200的侧壁上设有电缆拖链20。
[0030]从上述描述可知，通过设置电缆拖链可避免连接到机械手的线缆在机械手频繁的运动出现损坏、脱落等问题。
[0031]进一步地，所述减速机15上设有气、电接口以用于按程序提供相应的输出。
[0032]从上述描述可知，机械手可通过气、电接口连接的不同设备来进行不同的工作。
[0033]进一步地，所述第一电机1、第二电机5、第三电机8、第四电机12和第五电机13皆为步进电机。
[0034]从上述描述可知，所有电机都采用步进电机可以大大减小驱动的电机功率，达到节能的目的。
[0035]请参照图1，本发明的实施例一为:一种五轴机械手，包括垂直壳体100和水平壳体 200。
[0036]安装在垂直壳体100内的部件包括第一电机1、丝杆2、升降座3、第一主轴4和第二电机5,丝杆2和第一主轴4垂直地设于垂直壳体100内，丝杆2的两端固定在垂直壳体100内，第一主轴4容纳与垂直壳体100内的导轨中，第一电机I与丝杆2传动连接，升降座3与丝杆2传动连接，第一主轴4安装在升降座3上侧，第二电机5安装在升降座3下侧并与第一主轴4的下端传动连接。第一电机I通过皮带来带动丝杆2转动,使得升降座3可沿丝杆2上下移动，进而就使得升降座3上的第一主轴4上下移动；同时，第二电机5的输出轴通过减速齿轮列7阵连接到第一主轴4的下端，这样第二电机5就可带动第一主轴4进行旋转。同时，在升降座3上还安装有一个扭力平衡盘6，扭力平衡盘6内设有可预紧的弹性发条，通过弹性发条与升降座3连接。
[0037]安装在水平壳体200内的部件包括第三电机8、传输总成9、主轴座10、第二主轴11、第四电机12、第五电机13、驱动轴14、减速机15、输出法兰16。第二主轴11水平地设于水平壳体200内，驱动轴14同心地安装于第二主轴11内部。第三电机8与传输总成9传动连接，传输总成9可以是一种带传动组件，将带轮设于水平壳体200的前后两端，带轮上安装传输带，进而使主轴座10与传输总成9的传输带固定连接，这样通过第三电机8的转动就能够带动主轴座10沿其轨道在水平壳体内水平移动。第二主轴11安装于主轴座10，第四电机12固定在主轴座10上，并通过安装在第二主轴11上的一个驱动轮19来带动第二主轴11旋转。第五电机13固定在第二主轴11的后端并与驱动轴14传动连接，这样第五电机13就能带动驱动轴14旋转，进一步地减速机15安装于第二主轴11的前端，驱动轴14与减速机15的输入端连接，输出法兰16与减速机15的输出端连接，这样就能够通过第五电机13来带动安装于输出法兰16上的执行件转动；并且由于减速机15上设有气、电接口，执行件就可以根据控制器17中预设的程序进行动作。
[0038]水平壳体200固接在第一主轴4的顶端，这样通过第一主轴4的旋转就可以带动水平壳体200进行旋转。另外，在水平壳体200的侧壁上设有电缆拖链20用来安装接入机械手的线缆并防止这些线缆脱落或损坏。
[0039]控制器17和驱动器18安装于垂直壳体100的内部，控制器17与驱动器18电连接，驱动器18与上述五个电机电连接，这五个电机皆为步进电机。
[0040]本机械手的设计参考标准的“圆柱坐标机械手”的基本结构进行改进，由各种通用电子和机械部件组成，巧妙的应用平衡原理，尽量发掘各构件的性能，做到了低成本，高精度；并且整体结构较为紧凑，把机械和电子部分结合为一体，极大的减少占地面积。
[0041]本设备可根据实际使用情况，通过自主研发的人机对话式控制系统，把本机械手设计成“傻瓜”式的设备，使普通低学历员工也能快速上手操作，解决了应用上的问题。具体地，通过使用一个手持示教盒实现人机对话，人工可以很方便的控制机器运行。在编程时，通过人工手持的示教盒，人手拖动机器在需运行的空间轨迹转折处取点，以每两点生成一个线段轨迹，多个线段连成复杂折线运动轨迹，机器进行自动记录计算。在编程完成，机器自动生成轨迹程序，在每次按下运行开关，则机器按原先记录下的轨迹进行回放工作。在编程过程中，可以编入输入输出外部连接信号，以控制外部其他设备和本机械手的联动和同步动作。
[0042]综上所述，本发明提供的五轴机械手可以保证横向空间的无死角全方位操作，完全可以代替人工的横向操作动作；同时，本方案采用的都是各种普通通用配件，降低了整机成本；再有，本发明有利于普通低学历员工的快速学习和使用。
[0043]以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的【技术领域】，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
【权利要求】
1.一种五轴机械手，其特征在于，包括垂直壳体和水平壳体，所述水平壳体安装在所述垂直壳体的顶端； 安装在垂直壳体内的部件包括第一电机、丝杆、升降座、第一主轴和第二电机，所述丝杆和所述第一主轴垂直地设于垂直壳体内，所述第一电机与丝杆传动连接，所述升降座与丝杆传动连接，第一主轴安装在升降座上侧，所述第二电机安装在升降座下侧并与第一主轴的下端传动连接； 安装在水平壳体内的部件包括第三电机、传输总成、主轴座、第二主轴、第四电机、第五电机、驱动轴、减速机、输出法兰，所述第二主轴水平地设于水平壳体内，所述驱动轴同心地安装于第二主轴内部，所述第三电机与所述传输总成传动连接，所述主轴座与传输总成的传输带固定连接，第二主轴安装于主轴座，所述第四电机固定在主轴座上并与第二主轴传动连接，所述第五电机固定在第二主轴的后端并与驱动轴传动连接，所述减速机安装于第二主轴的前端，驱动轴与减速机的输入端连接，所述输出法兰与减速机的输出端连接； 水平壳体固接在第一主轴的顶端； 还包括控制器和驱动器，所述控制器与所述驱动器电连接，所述驱动器与上述五个电机电连接。
2.根据权利要求1所述的五轴机械手，其特征在于，还包括扭力平衡盘，所述扭力平衡盘内设有可预紧的弹性发条，所述弹性发条与所述升降座连接。
3.根据权利要求1所述的五轴机械手，其特征在于，所述第二电机与所述第一主轴之间通过减速齿轮列阵连接。
4.根据权利要求1所述的五轴机械手，其特征在于，所述第二主轴上固接有一驱动轮，所述第四电机与所述驱动轮传动连接。
5.根据权利要求1所述的五轴机械手，其特征在于，所述控制器和驱动器安装于所述垂直壳体的内部。
6.根据权利要求1所述的五轴机械手，其特征在于，在所述水平壳体的侧壁上设有电缆拖链。
7.根据权利要求1所述的五轴机械手，其特征在于，所述减速机上设有气、电接口以用于按程序提供相应的输出。
8.根据权利要求1所述的五轴机械手，其特征在于，所述第一电机、第二电机、第三电机、第四电机和第五电机皆为步进电机。
【文档编号】B25J9/12GK104260089SQ201410512458
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年9月29日 优先权日:2014年9月29日
【发明者】黄国俊 申请人:黄国俊