一种两指式上下料旋转机械手的制作方法

本发明涉及机械手领域，具体是一种两指式上下料旋转机械手。

背景技术：

工业机械手是最近一段时间发展起来的一种高科技自动生产设备，它采用仿生学原理，在外形结构上模拟人手的构造和功能，在一定程度上可以模拟人手的动作。工业机械手也是工业机器人的一个重要分支，它可以通过预设的程序来完成各种预期的作业，它既像人一样可以完成各种动作，又像机器一样不知疲倦，不怕危险，可以说工业机械手兼具了人手和机器的优点。但是目前市场上机械手模型品种单调，价格昂贵，并且灵活性差，无法满足市场需求。

技术实现要素：
本发明的目的是提供一种两指式上下料旋转机械手，以解决现有技术机械手存在的问题。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

一种两指式上下料旋转机械手，其特征在于：包括动力机构、关节机构和夹取机构，其中：

动力机构包括水平的底座，底座上呈品字形并行安装有三个输出轴方向相同的步进电机、三个输出轴方向相同的行星减速机，三个步进电机的输出轴一一对应与三个行星减速机输入轴同轴传动连接，每个行星减速机的输出轴上分别固定安装有圆柱齿轮，三个圆柱齿轮在对应的行星减速机输出轴上轴向安装距离不同，形成三个圆柱齿轮非配合关系，还包括三个半径不同的圆柱直齿轮，三个圆柱直齿轮按半径从小到大的顺序依次同轴设置，形成三个圆柱直齿轮的非配合关系，且三个圆柱直齿轮分别与三个圆柱齿轮一一对应传动啮合，由每个圆柱齿轮与其对应啮合的圆柱直齿轮构成圆柱齿轮组，三个圆柱直齿轮中心分别同轴固定装配有动力中心轴，三个动力中心轴呈从内至外依次同轴套叠，其中半径最小的圆柱直齿轮中心装配的动力中心轴为实心的内轴，半径次小的圆柱直齿轮中心装配的动力中心轴为套在实心轴外的空心的中间轴，半径最大的圆柱直齿轮中心装配的动力中心轴为套在中间轴外的空心的外轴；

关节机构包括设置在动力中心轴轴端一侧的壳体，壳体内设有一对小锥齿轮、一对大锥齿轮、一对圆柱齿轮、一对输出锥齿轮、连接轴一、连接轴二、关节中心轴，动力机构中的中间轴与内轴分别伸入关节机构的壳体内，其中第一个小锥齿轮固定在内轴上，第一个大锥齿轮固定在中间轴上，第一个小锥齿轮与第一个大锥齿轮在各自动力中心轴上的轴向安装距离不同，第二个小锥齿轮、第二个大锥齿轮和第一个圆柱齿轮同轴固定安装在连接轴一上，且第一个小锥齿轮与第二个小锥齿轮垂直传动啮合构成小锥齿轮组，第一个大锥齿轮与第二个大锥齿轮垂直传动啮合构成大锥齿轮组，第二个圆柱齿轮、第一个输出锥齿轮同轴固定安装在连接轴二上，且第二个圆柱齿轮与第一个圆柱齿轮传动啮合构成圆柱齿轮组，第二个输出锥齿轮同轴固定在关节中心轴上，且第二个输出锥齿轮与第一个输出锥齿轮垂直传动啮合构成输出锥齿轮组，所述关节中心轴从壳体穿出；

夹取机构包括设置在关节中心轴轴端一侧的箱体，箱体后侧壁开有供关节中心轴穿入的圆孔，箱体前侧为敞口，箱体左、右侧壁前端分别开槽，所述关节中心轴通过箱体后侧壁开孔穿入箱体内，箱体内设有一对输入锥齿轮、三个圆柱齿轮、一个传动轴，其中第一个输入锥齿轮同轴固定在关节中心轴上，第二个输入锥齿轮与第一个圆柱齿轮同轴固定在传动轴上，且第二个输入锥齿轮与第一个输入锥齿轮垂直传动啮合构成输入锥齿轮组，第二个圆柱齿轮、第三个圆柱齿轮呈左右对称转动安装在箱体内，且第二个圆柱齿轮与第一个圆柱齿轮传动啮合，第二圆柱齿轮中心、第三圆柱齿轮中心分别各自铰接有第一短导杆，左、右侧第一短导杆分别从箱体对应侧开槽后端穿出箱体， 箱体内位于第二圆柱齿轮、第三圆柱齿轮前方分别通过销轴转动连接有第二短导杆，左、右侧第二短导杆分别从箱体对应侧开槽前端穿出箱体，箱体左、右侧外还分别沿前后方向设有长导杆，第一短导杆杆端分别通过销轴与同侧的长导杆后端转动连接，第二短导杆杆端分别通过销轴与同侧的长导杆中间转动连接，由两长导杆分别作为机械手手指。

2、根据权利要求1所述的一种两指式上下料旋转机械手，其特征在于：所述机械手手指内侧镶有软质垫片以防夹取时损坏被夹工件。

3、根据权利要求1所述的一种两指式上下料旋转机械手，其特征在于：动力机构中，外轴靠近圆柱齿轮位置设有轴承和旋转法兰。

4、根据权利要求1所述的一种两指式上下料旋转机械手，其特征在于：关节机构中，关节中心轴外同轴套有作为外套的空心轴。

本发明主要由动力系统、关节机构、夹取机构三个部分组成。以三个步进电机作为动力源，通过三对啮合齿轮将动力输出，分别控制回转运动、提升工件的运动、夹取工件的运动，关节机构的设计采用了锥齿轮啮合和直齿圆柱齿轮啮合配套使用的方案，动力经由传动轴传递到关节机构，实现机械手的回转运动和提升运动，夹取机构的设计也采用了锥齿轮啮合和圆柱齿轮的啮合配套使用的方案，将动力传递到两根手指上，实现两手指的相对转动，从而实现夹取工件的动作。

本发明的优点在于：保留了传统工业机械手大臂小臂之间的关节机构，即以内轴、中间轴、外轴作为大臂，以关节中心轴、空心轴作为小臂，同时在此基础上增加了关节机构的回转自由度，取消了大臂与底座之间的关节机构，大臂直接固定在底座上。通过上述变化，既保证了机械手可以实现回转运动提升运动和工件抓取运动，同时降低了对机械手设计的难度，降低了制造成本。

附图说明

图1为本发明的立体结构示意图。

图2为动力系统的结构示意图。

图3为关节机构的结构示意图。

图4为夹取机构的结构示意图。

具体实施方式

如图1—图4所示，一种两指式上下料旋转机械手，包括动力机构、关节机构和夹取机构，其中：

动力机构包括水平的底座1，底座1上呈品字形并行安装有三个输出轴方向相同的步进电机2、3、4、三个输出轴方向相同的行星减速机5、6、7，三个步进电机2、3、4的输出轴一一对应与三个行星减速机5、6、7输入轴同轴传动连接，每个行星减速机5、6、7的输出轴上分别固定安装有圆柱齿轮8.1、9.1、10.1，三个圆柱齿轮8.1、9.1、10.1在对应的行星减速机5、6、7输出轴上轴向安装距离不同，形成三个圆柱齿8.1、9.1、10.1轮非配合关系，还包括三个半径不同的圆柱直齿轮8.2、9.2、10.2，三个圆柱直齿轮8.2、9.2、10.2按半径从小到大的顺序依次同轴设置，形成三个圆柱直齿轮8.2、9.2、10.2的非配合关系，且三个圆柱直齿轮8.2、9.2、10.2分别与三个圆柱齿轮8.1、9.1、10.1一一对应传动啮合，由每个圆柱齿轮8.1、9.1、10.1与其对应啮合的圆柱直齿轮8.2、9.2、10.2构成圆柱齿轮组8、9、10，三个圆柱直齿轮8.2、9.2、10.2中心分别同轴固定装配有动力中心轴13、14、15，三个动力中心轴13、14、15呈从内至外依次同轴套叠，其中半径最小的圆柱直齿轮8.2中心装配的动力中心轴13为实心的内轴，半径次小的圆柱直齿轮9.2中心装配的动力中心轴14为套在实心轴外的空心的中间轴，半径最大的圆柱直齿轮10.2中心装配的动力中心轴15为套在中间轴外的空心的外轴；

关节机构包括设置在动力中心轴13、14、15轴端一侧的壳体，壳体内设有一对小锥齿轮18.1和18.2、一对大锥齿轮19.1和19.2、一对圆柱齿轮20.1和20.2、一对输出锥齿轮23.1和23.2、连接轴一21、连接轴二22、关节中心轴24，动力机构中的作为中间轴的动力中心轴14、作为内轴的动力中心轴13分别伸入关节机构的壳体内，其中第一个小锥齿轮18.1固定在作为内轴的动力中心轴13上，第一个大锥齿轮19.1固定在作为中间轴的动力中心轴14上，第一个小锥齿轮18.1与第一个大锥齿轮19.1在各自动力中心轴上的轴向安装距离不同，第二个小锥齿轮18.2、第二个大锥齿轮19.2和第一个圆柱齿轮20.1同轴固定安装在连接轴一21上，且第一个小锥齿轮18.1与第二个小锥齿轮18.2垂直传动啮合构成小锥齿轮组18，第一个大锥齿轮19.1与第二个大锥齿轮19.2垂直传动啮合构成大锥齿轮组19，第二个圆柱齿轮20.2、第一个输出锥齿轮23.1同轴固定安装在连接轴二22上，且第二个圆柱齿轮20.2与第一个圆柱齿轮20.1传动啮合构成圆柱齿轮组20，第二个输出锥齿轮23.2同轴固定在关节中心轴24上，且第二个输出锥齿轮23.2与第一个输出锥齿轮23.1垂直传动啮合构成输出锥齿轮组23，关节中心轴24从壳体穿出；

夹取机构包括设置在关节中心轴轴端一侧的箱体26，箱体26后侧壁开有供关节中心轴24穿入的圆孔，箱体26前侧为敞口，箱体26左、右侧壁前端分别开槽，关节中心轴24通过箱体26后侧壁开孔穿入箱体26内，箱体26内设有一对输入锥齿轮27.1和27.2、三个圆柱齿轮28、29和30、一个传动轴31，其中第一个输入锥齿轮27.1同轴固定在关节中心轴24上，第二个输入锥齿轮27.2与第一个圆柱齿轮28同轴固定在传动轴31上，且第二个输入锥齿轮27.2与第一个输入锥齿轮27.1垂直传动啮合构成输入锥齿轮组27，第二个圆柱齿轮29、第三个圆柱齿轮30呈左右对称转动安装在箱体26内，且第二个圆柱齿轮29与第一个圆柱齿轮28传动啮合，第二圆柱齿轮29中心、第三圆柱齿轮30中心分别各自铰接有第一短导杆32，左、右侧第一短导杆32分别从箱体26对应侧开槽后端穿出箱体， 箱体26内位于第二圆柱齿轮29、第三圆柱齿轮30前方分别通过销轴转动连接有第二短导杆33，左、右侧第二短导杆33分别从箱体26对应侧开槽前端穿出箱体26，箱体26左、右侧外还分别沿前后方向设有长导杆34，第一短导杆32杆端分别通过销轴与同侧的长导杆34后端转动连接，第二短导杆杆33端分别通过销轴与同侧的长导杆34中间转动连接，由两长导杆34分别作为机械手手指。

机械手手指内侧镶有软质垫片以防夹取时损坏被夹工件。

动力机构中，作为外轴的动力中心轴15靠近圆柱齿轮位置设有轴承16和旋转法兰17。

关节机构中，关节中心轴24外同轴套有作为外套的空心轴25。

本发明包括水平安装的固定底座1，三个步进电机2、3、4，底座1与工作台之间通过螺栓连接，三个步进电机2、3、4卧式安装在底座1上提供运动的动力，步进电机2、3、4输出轴方向正前方有三个行星减速机5、6、7和三个圆柱齿轮组8、9、10，三个行星减速机5、6、7与步进电机2、3、4分别传动连接，圆柱齿轮组8、9、10中的三个非配合的圆柱齿轮8.1、9.1、10.1分别各自通过连接轴11与从行星减速机5、6、7中伸出的输出轴12键连接，剩下的三个非配合的圆柱直齿轮8.2、9.2、10.2按半径从小到大的顺序同轴放置，分别与前述的三个圆柱齿轮8.1、9.1、10.1形成传动啮合连接，这三个同轴放置的的齿轮8.2、9.2、10.2前方有三个动力中心轴13、14、15，三个动力中心轴13、14、15同心重叠放置，其中内层是实心的动力中心轴13，外面两层依次空心的动力中心轴14、15，动力中心轴13、14、15的一端分别与三个圆柱直齿轮8.2、9.2、10.2形成键连接，靠近这三对圆柱齿轮组8、9、10的动力中心轴15上设有合适的轴承16和旋转法兰17，动力中心轴15的另一端有两个同心的锥齿轮组18、19，一个圆柱齿轮组20，一个连接轴一21，锥齿轮组18、19中的同轴的小锥齿轮18.1、大锥齿轮19.1分别与另外两个同轴的小锥齿轮18.2、大锥齿轮19.2对应垂直放置并形成传动啮合，且锥齿轮组18，19中的同轴的小锥齿轮18.1，大锥齿轮19.1分别与动力中心轴13、14键连接，同轴的小锥齿轮18.2，大锥齿轮19.2通过连接轴一21与圆柱齿轮组20中的第一个圆柱齿轮20.1形成键连接，第二个圆柱齿轮20.2与放置在前方的一根连接轴二22形成键连接，圆柱齿轮20.1与圆柱齿轮20.2啮合连接，前方放置有一个输出锥齿轮组23，其中的第一个输出锥齿轮23.1与连接轴二22形成键连接，另一个输出锥齿轮23.2与第一个输出锥齿轮23.1垂直放置并传动啮合连接，输出锥齿轮23.2与前方的一个较长的关节中心轴24键连接，关节中心轴24的外围有一个空心轴25，作为其外套，关节中心轴24的另一端设有侧面开槽，前端敞开，后端开圆孔的箱体26，一个输入锥齿轮组27，三个圆柱齿轮28，29，30，一根传动轴31，两个第一导杆32，两个第二短导杆33，和一对较长的形状不规则的长导杆34，第一个输入锥齿轮27.1与第一个圆柱齿轮28通过键连接在传动轴31上，第二个输入锥齿轮27.2透过箱体26后端的圆孔与关节中心轴24形成键连接，两个输入锥齿轮27.1、27.2垂直啮合连接，另外两个圆柱齿轮29、30组成一个齿轮组并且通过销轴与箱体26底面形成相对转动配合，两对短导杆32、33和一对较长的长导杆34分别沿着箱体26中心线对称放置，其中，两第一短导杆32分别与这两个圆柱齿轮29、30铰接，两第二短导杆33通过销轴与箱体26底面形成相对转动配合，一对较长的长导杆34通过销轴分别与第一短导杆32、第二短导杆33形成相对转动配合，连接在箱体26上的齿轮组中的第二圆柱齿轮29与连接在传动轴上的第一圆柱齿轮28垂直放置形成啮合连接。

电机2，3，4安装在底座1上通过圆柱齿轮组8、9、10提供动力，动力经过传动轴传递到所有需要电机控制的活动机构上，可变速。

动力中心轴13、14、15的叠套结构构成大臂，关节中心轴24和其外部的空心轴25构成小臂，大臂直接固定在底座1上，降低了机械手的设计难度。

机械手增加了大臂和小臂之间关节机构上的回转自由度，实现机械手的回转运动。

两长导杆34作为机械手两指，机械手两指内侧镶有软质垫片以防止损坏被夹物体。

本发明主要由动力机构，关节机构，夹取机构三个部分组成，以三个步进电机2、3、4作为动力源，通过三对圆柱齿轮组8、9、10将动力输出，通过锥齿轮组18、19啮合和圆柱齿轮组20啮合的配合使用，实现机械手的回转运动和提升运动，再次使用输入锥齿轮组27啮合和圆柱齿轮28、29、30啮合的配合使用方式，将动力传递到两根作为手指的长导杆34上，实现两根手指的相对转动，完成夹取工件的动作。

本发明采用PLC进行控制，当机械手的动作流程需要改变时，只需改变PLC程序。另外还装有位置检测装置，位置检测装置一般都是各种传感器，通过检测特定的信号，位置传感器能够获得机械手各部件的实时状态情况，并且可以将状态信号传递给控制系统，帮助控制系统做出判断。通过与系统内预先设置的位置进行比对，对机械手状态位置进行调整。