一种用于生产线上的四自由度机械手的制作方法

本发明涉及一种用于生产线上的四自由度机械手。

背景技术：

机械手又称工业机器人，机械手可以模仿人类的手臂进行一些像关节活动的动作，如果设定好相应的程序、运动轨迹以及运行要求，就可以实现抓取物体、运输以及操作相关工具的行为动作。特别是近些年来，机械手发展非常迅猛，其融合了机械技术、控制技术、计算机技术等多种高端技术，自动化程度较高，可以实现自动化生产。

但是现有的工业机械手存在不可进行编程控制，智能化程度较低，且通用性差，操作复杂且不安全的问题，导致在生产过程中存在人工生产劳动力度大，生产成本高，且产出产品质量低，操作人员安全事故的发生。

技术实现要素：

本发明其目的就在于提供一种用于生产线上的四自由度机械手，解决了现有工业机械手存在不可进行编程控制，智能化程度较低，且通用性差，操作复杂且不安全的问题。

为实现上述目的而采取的技术方案是，一种用于生产线上的四自由度机械手，包括固定在底座上端的升降液压缸，所述升降液压缸内的升降活塞杆的上端固定安装有升降台，升降台的上端经齿条活塞杆缸固定连接有旋转配油轴，所述旋转配油轴的上端经紧固件固定有伸缩液压缸，伸缩液压缸内的伸缩活塞杆的端部固定连接有电机支架，所述电机支架上固定有伺服电机和轴承，伺服电机的输出端经平键与安装在轴承上的手爪液压缸固定连接，所述手爪液压油缸的一侧设有2个机械手指，所述的2个机械手指的一端经指座分别活动连接在手爪液压油缸一侧的上下两端，2个机械手指的侧耳相互叠交后经销轴与手爪液压油缸内的手爪活塞杆连接。

有益效果

与现有技术相比本发明具有以下优点。

⑴该机械手在生产过程中能够减少人工劳力，减少材料的浪费，降低产品的生产成本；

⑵该机械手精确度高，能够优化产品生产质量，实现高效优质的生产战略；

⑶能够增加制造过程的柔性，提高生产多样性；

⑷可代替危险和恶劣工作环境的劳动生产岗位，保障生产安全。

附图说明

以下结合附图对本发明作进一步详述。

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的结构侧视图；

图3为本发明的液压系统示意图；

图4为本发明的操作动作逻辑流程图；

图5为本发明的控制系统plc接线图；

图6为本发明的plc控制系统梯形图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

本装置包括固定在底座1上端的升降液压缸2，如图1-6所示，所述升降液压缸2内的升降活塞杆3的上端固定安装有升降台6，升降台6的上端经齿条活塞杆缸7固定连接有旋转配油轴8，所述旋转配油轴8的上端经紧固件11固定有伸缩液压缸9，伸缩液压缸9内的伸缩活塞杆10的端部固定连接有电机支架12，所述电机支架12上固定有伺服电机13和轴承17，伺服电机13的输出端经平键14与安装在轴承17上的手爪液压缸16固定连接，所述手爪液压油缸16的一侧设有2个机械手指18，所述的2个机械手指18的一端经指座21分别活动连接在手爪液压油缸16一侧的上下两端，2个机械手指18的侧耳相互叠交后经销轴20与手爪液压油缸16内的手爪活塞杆19连接。

所述升降液压缸2和伸缩液压缸9的外侧均套装有导向套4。

所述升降液压缸2和升降活塞杆3之间、伸缩液压缸9和伸缩活塞杆10之间均设有轴套5。

所述手爪液压油缸16经挡圈15固定安装在轴承17上。

所述齿条活塞杆缸7安装在旋转配油轴8的两侧下端，条活塞杆7的底部固定在升降台6的上端面上，通过齿条活塞杆缸7带动旋转配油轴8进行旋转作业。

本发明中，如图1所示，机械手指18、销轴20、手爪活塞杆19、指座21和手爪液压缸16等组成手爪，主要用于完成夹持工件的任务；手爪采用的是夹钳式回转型，机械手指18选用v型指，两个机械手指18绕各自的侧耳支点回转，传动机构选用的是滑槽杠杆式，这种手爪结构简单，动作灵活，手爪开闭角度大，夹持工件范围大。

其中，伺服电机13、电机支架12、挡圈15、轴承17、平键14和手爪液压缸16等部件组成手腕部分，主要用于完成手腕回转的任务；本发明的手腕处在臂部和手爪之间，在将两部分连接的同时，为手部提供良好的支撑作用，手腕部的回转运动采用的是伺服电机13驱动的方法，可以最大程度地缩小机械手臂的体积，方便精确控制。

本发明的机械手小臂由伸缩液压缸9和伸缩活塞杆10和紧固件11等组成，主要用于完成小臂的伸缩的任务。机械手的大臂由底座1、升降液压缸2和升降活塞杆3、升降台6、齿条活塞杆缸7、和旋转配油轴8等组成，主要用于完成大臂升降和大臂的配油轴旋转带动小臂摆动的任务，并对小臂起支撑作用；机械手在通电运转过程中，转动程度最大和次数最多的就是大臂部，它是机械手手爪和腕部支撑，只有大臂部运动准确，才能保证对工件抓握和传送工作的稳定性、准确性。

本发明所述的四自由度机械手动作的具体分配如下：

(1)大臂的配油轴旋转带动小臂摆动、手腕旋转，采用齿条活塞杆缸缸7和伺服电机13来实现，缸体和电机在转动时能够带动机身发生回转，它们运动的位置和角度依靠指令和限位行程开关来实现；

(2)大、小臂伸缩自由度：机械手结构中一般采用的是质量更轻，体积更小的油缸，从而最大程度的保证机器手的灵活性，本发明中，机械手中使用的液缸为单活塞杆液压缸，具体的控制可以通过对限位行程开关的开启和闭合来实现；

(3)手爪的抓取：采用液压缸来实现，将限位行程开关接通或闭合后，能够实现物料的抓取和释放。

本发明所述的机械手的基本动作顺序是：在初始位置按下启动按钮-小臂伸出-手爪夹紧-大臂上升-手腕旋转-大臂的配油轴旋转带动小臂摆动-手爪放松-大臂的配油轴旋转带动小臂摆动-手腕旋转-小臂缩回-大臂下降-下一个动作循环开始。

本发明机械手的液压系统，如图3所示，运转过程都是根据电控系统信号的发出调控对应的电磁转向阀，按照程序一步一步完成的。本发明机械手的控制系统，如图4-图6所示，在控制系统中采用可编程控制器plc，plc控制比传统的继电器控制接线少,使用故障概率低，需要改变工作动作路线时,只需修改相应的程序就可以实现,不但控制简单,而且柔性好。综合机械手的动作顺序，本设计的机械手的液压系统如图3和逻辑流程如图4所示。

技术特征：

技术总结
一种用于生产线上的四自由度机械手，包括固定在底座上端的升降液压缸，所述升降液压缸内的升降活塞杆的上端固定安装有升降台，升降台的上端经齿条活塞杆缸固定连接有旋转配油轴，所述旋转配油轴的上端经紧固件固定有伸缩液压缸，伸缩液压缸内的伸缩活塞杆的端部固定连接有电机支架，所述电机支架上固定有伺服电机和轴承，伺服电机的输出端经平键与安装在轴承上的手爪液压缸固定连接，所述手爪液压油缸的一侧设有2个机械手指。本发明具有可减少劳力，减少材料的浪费，降低产品生产成本的特点。

技术研发人员：江卓达;杜石发
受保护的技术使用者：九江学院
技术研发日：2018.11.22
技术公布日：2019.02.22