一种双连杆联动控制的机械手及自动搬运设备的制作方法

本发明涉及工业机械设备技术领域，具体而言，涉及一种双连杆联动控制的机械手及自动搬运设备。

背景技术：

机器人对物体的运输、装配等动作都要通过机械臂的运动来实现。搬运一定质量的物体，同时要将其放到规定的位置，因此机械臂的柔性化不可缺少。搬运重量大的物体时，其驱动能力要足够大，所需的功率要大，但是会造成能源浪费，同时成本高。特别是在搬运像继电器这样体积小的工件的时候，机械臂的运动不能凸显其优势。其中，机械臂的驱动方式最常见的就是电气驱动。当液体、气体和电力在机械臂驱动上得以崭露头角时，机械方面的传动方式突破甚微，如果人们的智慧能用各种机构连接能完美地如同人的手臂一样灵活轻巧，那么机械手的研究也将到达一定的顶峰。

目前，为了实现更低的能耗和更快的性能，近年来柔性机械臂的研究也是层出不穷。对机械臂进行柔性约束的动力学分析以及其有关的控制方法，控制物体的运动和受力，同时抑制弹性振动是一件非常困难的事情。如果能在柔性机械臂方面得以突破，机械臂的未来也是一片光明。

现有的机械臂装置的稳定性以及灵活性较差，容易导致限制其搬运以及移动。且由气缸或者电缸提供动力，依靠单个电机来驱动，使得传动间隙很大以至于整体定位精度较低，而且动作范围的局限性很大，在柔性方面也是存在着缺陷，这些都大大减少了生产量，降低生产效率。

技术实现要素：

发明人在实施本发明的过程中为了克服这些缺陷，采用双连杆联动控制的机械臂，以使得整个机构达到结构简单、质量轻，灵活可靠，以及节能等，满足了整机强度要求，使用范围广。同时能在一定范围内随行调整动作行程，以适应一般要求的柔性生产，对于柔性机器人具有重量轻、运动速度快、能耗低等优势，在众多领域得以应用。

本发明公开了一种双连杆联动控制的机械手及自动搬运设备，旨在改善现有机械臂结构复杂且稳定性及灵活性较低等问题。

本发明采用了如下方案：

一种双连杆联动控制的机械手，包括：基座、联动机构、移动台以及夹持机构；所述基座包含安装板以及竖向设置于所述安装板上的固定架，所述安装板与所述固定架之间大致呈t字型；联动机构包括两个相对配置在所述安装板和固定架之间的导轨轴、可滑动配置在每一所述导轨轴上的滑座以及可单独驱动各所述滑座沿其导轨轴的布设方向移动的驱动件；两所述导轨轴均配置在所述安装板、固定架的端部，以使两所述导轨轴之间大致呈v字型；所述移动台通过分别配置在两所述滑座上的连动杆与所述联动机构相连；所述移动台与所述基座之间相对间隔设置，且所述移动台位于所述导轨轴的靠外一侧；每一所述连动杆的其中一端铰接在所述滑座上，其中另一端铰接在所述移动平台上，经由每一所述滑座的单独移动，从而传动至所述移动台，以带动所述移动台规则移动；夹持机构配置在所述移动台上，用以夹取及放置工件。

作为进一步改进，所述连动杆均通过关节轴承配置在所述移动台和滑座上，且每一所述滑座均具有两个所述连动杆，两所述连动杆之间相对平行设置，以连接所述移动台和滑座；且同一所述滑座上的两关节轴承同轴配置在所述滑座上，位于所述移动台上的四个关节轴承两两之间同轴设置，且均匀分布在所述移动台的四周。

作为进一步改进，所述导轨轴均为丝杆螺母副，所述滑座配置在所述丝杆螺母副的螺母上，所述驱动件套接在所述丝杆螺母副的丝杆上，对应正反转以带动螺母在丝杆上往复移动。

作为进一步改进，所述驱动件均为伺服电机，且所述伺服电机的输出轴经由联轴器与所述丝杆螺母副相联动，两所述伺服电机之间相对独立驱动，以分别带动各自所在的滑座单独移动，使得所述移动台规则升降或平移。

作为进一步改进，所述夹持机构包含气动夹爪和辅助块；所述气动夹爪配置在所述移动台的下端面，且其爪部相对靠近或远离，对应夹取或放置工件；所述辅助块一端设置在所述气动夹爪上，另一端相对弯曲伸入至所述气动夹爪的两爪部之间，以形成一限位端面，进而配合所述爪部限位抓取工件。

本申请中另外提供了一种自动搬运设备，包括机架、配置在所述机架的工作台以及所述的机械手；所述机械手装配在所述机架内，使得所述夹持机构位于所述工作台上的搬运区域中；所述工作台对应设有运输机构和回流机构，经由所述夹持机构从所述回流机构抓取工件移动至所述运输机构中，以搬运工件至下一工序。

作为进一步改进，所述运输机构包括一u型传输单元以及推动组，所述u型传输单元具有依次相连的进料传送带、缓存带以及出料传送带；其中，所述进料传送带与出料传送带相对独立传输，且所述进料传送带的出口处与所述缓存带的其中一端相衔接，所述出料传送带的入口处与所述缓存带的另一端相衔接；与工件相适配且能够相对放置最多一个工件的承接块从所述进料传送带的入口处进入，沿所述进料传送带、缓存带以及出料传送带依次输送至所述出料传送带的出口处；多个所述承接块规则排列设于所述缓存带上，经由所述推动组推动位于所述缓存带上的所述承接块，以输送盛放有工件的承接块至所述出料传送带的入口处。

作为进一步改进，所述推动组包含沿第一方向推动位于所述缓存带上的承接块的第一推动件以及沿第二方向推动位于所述缓存带上的承接块的第二推动件；所述缓存带大致呈l型，且所述第一推动件沿第一方向侧向推动自所述进料传送带传输的所述承接块，所述第二推动件沿第二方向正向推动位于所述缓存带上的所述承接块，从而推动位于所述缓存带末端的承接块进入至所述出料传送带的入口位置。

作为进一步改进，所述回流机构包括一回字形滑道以及多个所述推动组；其中，所述滑道中布设有多个所述承接块，且每一所述承接块上均配置有工件；所述承接块与所述滑道相适配，使得所述推动组分别推动以驱使所述承接块沿所述滑道相回转移动，对应使得所述夹持机构对回转移动至搬运区域中的所述承接块上的工件抓取。

作为进一步改进，所述夹持机构抓取或放置工件的所述承接块对应分别设有一限位件；所述限位件驱动各自的承接块在锁定状态和解锁状态之间切换，从而平稳夹取、放置工件。

通过采用上述技术方案，本发明可以取得以下技术效果：

本申请的机械手，通过安装板与固定架之间形成t字型，且配置在安装板端部与固定架端部的导轨轴，两导轨轴之间大致呈v字型，使得基座与导轨轴大致呈三角形支撑，保证了基座的相对稳固，从而满足机械手的抓取搬运要求。其中，导轨轴上均可滑动配置有滑座以及可单独驱动各滑座沿其导轨轴的布设方向移动的驱动件，配置有夹持机构的移动台通过分别配置在两滑座上的连动杆与联动机构相连，每一连动杆的其中一端铰接在滑座上，其中另一端铰接在移动平台上，经由每一滑座的单独移动，从而传动至移动台，实现双连杆分别在各自滑座的带动下驱动移动台规则移动，两滑座之间的单独移动进而控制移动台在大范围内随行调整动作行程，且两连动杆相对柔性传动使得移动台上的夹持机构的搬运更为灵敏、高效。

进一步地，连动杆均是通过关节轴承铰接装配至移动台和滑座上，使得滑座的各自往复移动传动至连动杆，连动杆具有铰接旋转这一自由度，且每一滑座均具有两个连动杆，同一滑座上的两关节轴承同轴配置在滑座上，位于移动台上的四个关节轴承两两之间同轴设置且均匀分布在移动台的四周，每一侧的两连动杆之间相对平行设置，从而平稳带动移动台规则升降或平移。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本发明实施例1的机械手在第一视角下的结构示意图；

图2是本发明实施例1的机械手在第二视角下的结构示意图；

图3是图2中i区域的局部放大图；

图4是本发明实施例1的机械手在第三视角下的结构示意图；

图5是本发明实施例2的搬运设备在第一视角下的结构示意图；

图6是图5在其他视角下的结构示意图；

图7是本发明实施例2的搬运设备的运输机构的结构示意图，其中，箭头方向为推动组的推动方向。

图8是图7在另一视角下的结构示意图；

图9是本发明实施例2的搬运设备的回流机构的结构示意图，其中，箭头方向为各推动组的推动方向。

图10是图8在另一视角下的结构示意图。

图标：1-基座；11-安装板；12-固定架；13-三角撑块；14-梯形弯折板；2-联动机构；21-导轨轴；22-滑座；23-驱动件；24-连动杆；25-关节轴承；3-移动台；4-夹持机构；41-气动夹爪；42-辅助块；5-机架；6-工作台；7-u型传输单元；71-进料传送带；72-缓存带；73-出料传送带；8-回流机构；81-回字形滑道；9a-推动组；9b-推动组；91-第一推动件；92-第二推动件；10a-限位件；10b-限位件；a-承接块；b-工件。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

实施例1

结合图1至图4，本实施例提供了一种双连杆联动控制的机械手，包括：基座1、联动机构2、移动台3以及夹持机构4。

在本实施例终中，基座1包含安装板11以及竖向设置于安装板11上的固定架12，安装板11与固定架12之间大致呈t字型。其中，联动机构2包括两个相对配置在安装板11和固定架12之间的导轨轴21、可滑动配置在每一导轨轴21上的滑座22以及可单独驱动各滑座22沿其导轨轴21的布设方向移动的驱动件23。两导轨轴21均配置在安装板11、固定架12的端部，以使两导轨轴21之间大致呈v字型。基座1与导轨轴21大致呈三角形支撑，保证了基座1的相对稳固。

进一步地，移动台3通过分别配置在两滑座22上的连动杆24与联动机构2相连。移动台3与基座1之间相对间隔设置，且移动台3位于两导轨轴21的靠外一侧。在本实施例中，移动台3与t字形的基座1相对设置，在连动杆24的传动下在两导轨轴21的靠外一侧相对移动进行工件搬运。每一连动杆24的其中一端铰接在滑座22上，其中另一端铰接在移动平台上，经由每一滑座22的单独移动，从而传动至移动台3，以带动移动台3规则移动。其中，夹持机构4配置在移动台3上，用以夹取及放置工件。经由每一滑座22的单独移动，从而通过连动杆24传动至移动台3，实现双连杆分别在各自滑座22的带动下驱动移动台3规则移动，两滑座22之间的单独移动进而控制移动台3在大范围内随行调整动作行程，且两连动杆24相对柔性传动使得移动台3上的夹持机构4的搬运更为灵敏、高效。

请参阅图2，连动杆24均通过关节轴承25配置在移动台3和滑座22上，其中经由关节轴承25在连动杆24与滑座22以及连动杆24与移动台3之间的连接配置，使得滑座22的各自往复移动传动至连动杆24，连动杆24具有铰接旋转这一自由度，满足连动杆24带动移动台3的平移或升降移动。且每一滑座22均具有两个连动杆24，两连动杆24之间相对平行设置，以连接移动台3和滑座22。且同一滑座22上的两关节轴承25同轴配置在滑座22上，位于移动台3上的四个关节轴承25两两之间同轴设置，且均匀分布在移动台3的四周，位于移动台3两侧的共四个连动杆24两两之间相对平行设置，从而平稳带动移动台3规则升降或平移。需要说明的是，每一滑座22均由单独的驱动件23控制，沿其导轨轴21的布设方向移动，两驱动件23的驱动速度不同或是启停时间不同，使得两滑座22在各自导轨轴21上具有不同的移动位置，从而使得铰接在滑座22上的连动杆24带动移动台3在不同位置移动，实现可调的升降或平移，保证了夹持机构4的移动路径可通过控制两滑座22的各自移动来实现。

优选地，导轨轴21均为丝杆螺母副。滑座22配置在丝杆螺母副的螺母上，驱动件23套接在丝杆螺母副的丝杆上，对应正反转以带动螺母在丝杆上往复移动。需要提到的是，丝杆螺母副的驱动方式具有无侧隙、高刚性、高运动效率、且实现高速进给运动等，以满足机械手搬运过程中的精度及效率。

较佳地，驱动件23均为伺服电机，且伺服电机的输出轴经由联轴器(图未示)与丝杆螺母副相联动，两伺服电机之间相对独立驱动，以分别带动各自所在的滑座22单独移动，使得移动台3规则升降或平移。具体是这样实现伺服电机对滑座22的移动控制，伺服电机本身具备发出脉冲的功能，所以伺服电机每旋转一个角度，都会发出对应数量的脉冲，与伺服电机接受的脉冲形成了呼应，或者叫闭环。如此一来，系统就会知道发了多少脉冲给伺服电机，同时又收了多少脉冲回来，这样，就能够很精确的控制电机的转动，从而实现精确的定位，以控制滑座22在各自导轨轴21上的移动，再传动至移动台3，使得夹持机构4按指定的轨迹上下或左右移动，对应夹取或放置工件。

其中，伺服电机的输出轴经由联轴器与丝杆螺母副相联动，联动器优选为膜片型联轴器。膜片型联轴器可以针对伺服电机的控制下进行使用，还可以在步进电机中使用。膜片型联轴器适用于各类场合，如高速转速等情况下。膜片型联轴器可以不使用润滑剂、构造剩余的空间小、抗破坏能力强、疲劳寿命符合要求，且能在恶劣的环境下进行工作。

请参阅图2和图3，夹持机构4包含气动夹爪41和辅助块42。气动夹爪41配置在移动台3的下端面，且其爪部相对靠近或远离，对应夹取或放置工件。辅助块42一端设置在气动夹爪41上，另一端相对弯曲伸入至气动夹爪41的两爪部之间，以形成一限位端面，进而配合爪部限位抓取工件。通过气动夹爪41的相对开闭进而实现对工件的抓取及放置，且增加了辅助块42使得爪部与辅助块42之间相互配合，从而对工件辅助装夹。

更进一步地，安装板11与每一导轨轴21的连接处均配置有三角撑块13，三角撑块13容置于导轨轴21与安装板11的夹角处，以相对支撑固定导轨轴21与基座1。其中，固定架12的端部与两导轨轴21的端部之间配置有梯形弯折板14，梯形弯折板14用以装配固定架12的端部，且使得两导轨轴21的端部分别配置在弯折板上，进一步保证了导轨轴21在基座1上的稳固设置。

实施例2

结合图5至图8，本申请中另外提供了一种自动搬运设备，用于抓取搬运工件b，在本实施例中优选为抓取搬运继电器的磁路组件等体积较小的工件b。其包括机架5、配置在机架5的工作台6以及上述的机械手。其中，机械手装配在机架5内，使得夹持机构4位于工作台6上的搬运区域(图未示)中。工作台6对应设有运输机构和回流机构8，回流机构8中放置有多个待夹取的工件b，经由夹持机构4从回流机构8抓取工件b移动至运输机构中，以搬运工件b至下一工序。

具体地，运输机构包括一u型传输单元7以及推动组9a。u型传输单元7具有依次相连的进料传送带71、缓存带72以及出料传送带73。其中，进料传送带71与出料传送带73相对独立传输，且进料传送带71的出口处与缓存带72的其中一端相衔接，出料传送带73的入口处与缓存带72的另一端相衔接。与工件b相适配且能够相对放置最多一个工件b的承接块a从进料传送带71的入口处进入，沿进料传送带71、缓存带72以及出料传送带73依次输送至出料传送带73的出口处。多个承接块a规则排列设于缓存带72上，经由推动组9a推动位于缓存带72上的承接块a，以输送盛放有工件b的承接块a至出料传送带73的入口处。

需要说明的是，缓存带72用于暂存来自进料传动带传输而来的承接块a，承接块a依次排列在缓存带72上后，经由夹持机构4从回流机构8中夹取工件b，在联动机构2的带动下移动至缓存带72上的承接块a上，从而在推动组9a的驱动下将放置有工件b的承接块a输送至出料传送带73上，进而在出料传送带73的输送下将工件b搬运至下一工序。

进一步地，推动组9a包含沿第一方向推动位于缓存带72上的承接块a的第一推动件91以及沿第二方向推动位于缓存带72上的承接块a的第二推动件92。缓存带72大致呈l型，且第一推动件91沿第一方向侧向推动自进料传送带71传输的承接块a，第二推动件92沿第二方向正向推动位于缓存带72上的承接块a，从而推动位于缓存带72末端的承接块a进入至出料传送带73的入口位置。在本实施例中，进料传送带71衔接至l型缓存带72的其中一端，出料传送带73衔接至l型缓存带72的另一端，且之间大致呈u型布设，出料传送带73与进料传送带71之间大致平行配置，且通过缓存带72相衔接。其中，第一推动件91配置在位于l型缓存带72与进料传送带71相衔接的一侧，且推动进料传送带71传输的承接块a至缓存带72中。第二推动件92配置于l型缓存带72的拐角靠外一侧，从而推动承接块a沿缓存带72进入至出料传送带73。

需要说明的是，第一推动件91和第二推动件92都优选为滑台气缸，且滑台气缸的推部分别沿第一方向和第二方向相对布设，从而推动位于缓存带72上的承接块a，以输送盛放有工件b的承接块a至出料传送带73。

请参阅图6、图9和图10，回流机构8包括一回字形滑道81以及多个推动组9b。其中，滑道中布设有多个承接块a，且每一承接块a上均配置有工件b。承接块a与滑道相适配，使得推动组9b分别推动以驱使承接块a沿滑道相回转移动，对应使得夹持机构4对回转移动至搬运区域中的承接块a上的工件b抓取。

具体地，多个承接块a规则排列在回字形滑道81内，且在各自的推动组9b的带动下沿滑道相互回转移动。其中，回流机构8中的推动组9b与运输机构中的推动组9a为同一机构，在此不在赘述。且回流机构8中具有两个推动组9b，推动组9b分别配置在回字形滑道81的拐角靠外一侧，从而驱动其推部沿回字形滑道81的布设方向推动承接块a回转移动，类似于旋转台结构，从而带动工件b在回流机构8中相对移动至位于夹持机构4所在的搬运区域中，从而对应夹取位于回流机构8上的工件b。

更进一步地，夹持机构4抓取或放置工件b的承接块a对应分别设有一限位件10a/10b。限位件10a/10b驱动各自的承接块a在锁定状态和解锁状态之间切换，从而平稳夹取、放置工件b。需要说明的是，限位件10a/10b用于锁定机械手需夹取或放置处的所在承接块a，从而避免在夹持或放置工件b的过程中对应的承接块a相对跑位而导致夹取、放置产生偏移，导致夹持搬运精度降低等难题。其中，限位件10a/10b优选为侧推固定(请参阅图7中运输机构中的限位件10a)，亦或是升降抵接固定(请参阅图10中回流机构8中的限位件10b)，在此不做过多限制。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。