專利名稱：工業(yè)機械手的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及工業(yè)機械手領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
近年來，我國工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模不斷擴大，但是在傳輸、裝配、模具等領(lǐng)域的要求實現(xiàn)多個工位之間傳送工件的生產(chǎn)線上，以及空間較狹小的裝配生產(chǎn)線上，大部分工作均是由手工完成， 自動化程度低，人工費用較高，生產(chǎn)效率低下，安全事故頻繁發(fā)生。尤其是在汽車、IT產(chǎn)品、機械加工等企業(yè)，以上問題成為制約企業(yè)快速發(fā)展的瓶頸。國內(nèi)一些科研機構(gòu)已經(jīng)進行了傳輸機器人的制作，如公開號為CN144194A的中國專利所揭示，其特點是機器人手臂的運動是通過帶傳動機構(gòu)實現(xiàn)的徑向運動。又如公告號為CN2762970Y的中國專利所揭示，其特點是升降旋轉(zhuǎn)機構(gòu)由轉(zhuǎn)向電機和升降電機和滾珠絲杠花鍵組成，控制旋轉(zhuǎn)和升降這兩個動作的電機需要進行解藕動作。這類機器人普遍存在的問題是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本非常高，控制系統(tǒng)較復(fù)雜，使產(chǎn)品的應(yīng)用領(lǐng)域受到限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種傳動緊密、控制簡單且成本較低的工業(yè)機械手。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是該工業(yè)機械手包括順次連接的升降旋轉(zhuǎn)機構(gòu)、直線往復(fù)機構(gòu)及末端執(zhí)行器，該升降旋轉(zhuǎn)機構(gòu)包括升降驅(qū)動器、升降傳動機構(gòu)、滾珠絲杠副、旋轉(zhuǎn)驅(qū)動器、旋轉(zhuǎn)傳動機構(gòu)、滾動花鍵副及滾動花鍵套筒，該升降驅(qū)動器、升降傳動機構(gòu)及滾珠絲杠副順次動力連接，該滾珠絲杠副通過連接體帶動該滾動花鍵套筒升降，該連接體與該滾動花鍵套筒之間裝有滾動軸承，該旋轉(zhuǎn)驅(qū)動器、旋轉(zhuǎn)傳動機構(gòu)及滾動花鍵副順次動力連接，該滾動花鍵副的軸套與該滾動花鍵套筒緊配合，該滾動花鍵套筒通過脹套與直線往復(fù)機構(gòu)固連。
所述的直線往復(fù)機構(gòu)包括后臂、可相對后臂轉(zhuǎn)動的中臂及可相對中臂轉(zhuǎn)動的前臂，該后臂包括臂體及安裝在該臂體上的往復(fù)驅(qū)動器、第一同步帶傳動機構(gòu)及支撐軸，該中臂包括套在該支撐軸上的臂體及第二同步帶傳動機構(gòu)，該后臂包括臂體及安裝在該臂體上的第三同步帶傳動機構(gòu)，該往復(fù)驅(qū)動器通過第 同步帶傳動機構(gòu)傳動后臂轉(zhuǎn)動，該第二同步帶傳動機構(gòu)連接該后臂，該第三同步帶傳動機構(gòu)連接該中臂，該后臂通過脹套與滾動花鍵套筒固連，該末端執(zhí)行器安裝在該前臂上。
所述的后臂的第一同步帶傳動機構(gòu)包括第一可動同步帶輪、第一固定同步帶輪及第一同步齒形帶，該往復(fù)驅(qū)動器與該第一可動同步帶輪動力聯(lián)接，該第一同步齒形帶連接該第一可動同步帶輪和第一固定同步帶輪，該第一固定同步帶輪通過該脹套與滾動花鍵套筒固連。
所述的中臂的第二同步帶傳動機構(gòu)包括第二固定同步帶輪、第二同步齒形帶及第二可動同步帶輪，該第二可動同步帶輪通過緊固件同軸固定在第一固定同步帶輪上，該第二同步齒形帶連接該第二固定同步帶輪和第二可動同步帶輪，該第二固定同步帶輪活套在支撐軸上并與中臂的臂體固連。
所述的中臂還包括第一電位器，該第一電位器通過支撐板固定在后臂的臂體上并與第二固定同步帶輪相連。
所述的前臂的第三同步帶傳動機構(gòu)包括第三可動同步帶輪、第三同步齒形帶及第三固定同步帶輪，該第三可動同步帶輪通過脹套固定在支撐軸的上端，該第三同步齒形帶連接該第三可動同步帶輪和第三固定同步帶輪，該第三固定同步帶輪與前臂的臂體固連。
所述的升降驅(qū)動器為交流伺服電機，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動器為步進電機。
所述的末端執(zhí)行器包括真空吸附裝置及末端手臂，該真空吸附裝置固定在該末端手臂上，該末端手臂固定在前臂上。
所述的升降傳動機構(gòu)包括升降大同步齒形帶輪、同步齒形帶及升降小同步齒形帶輪，該升降驅(qū)動器通過聯(lián)軸器與該升降大同步齒形帶輪相連，該同步齒形帶連接該升降大同步齒形帶輪及升降小同步齒形帶輪，該升降小同步齒形帶輪與滾珠絲杠副的絲杠的下端固連，該旋轉(zhuǎn)傳動機構(gòu)包括旋轉(zhuǎn)小同步齒形帶輪、同步齒形帶及旋轉(zhuǎn)大同步齒形帶輪，該旋轉(zhuǎn)驅(qū)動器通過聯(lián)軸器與旋轉(zhuǎn)小同步齒形帶輪相連，該同步齒形帶連接該旋轉(zhuǎn)小同步齒形帶輪和該旋轉(zhuǎn)大同步齒形帶輪，該旋轉(zhuǎn)大同步齒形帶輪與該滾動花鍵副的花鍵軸的末端固連。
所述的花鍵軸的末端通過支撐套筒與一第二電位器連接。
本發(fā)明的有益效果是，由于采用了滾珠絲杠副和滾動花鍵副來獨立實現(xiàn)升降和旋轉(zhuǎn)運動，使本實用新型結(jié)構(gòu)緊湊，傳動精度高，同時由于通過兩個驅(qū)動器獨立控制旋轉(zhuǎn)和升降運動，避免了控制兩個電機時要進行的解藕動作，此外，由于采用滾珠絲杠副和滾動花鍵副代替了價格昂貴的滾珠絲杠花鍵副，降低了成本。


圖1是本實用新型工業(yè)機械手的總裝圖。
圖2是本實用新型工業(yè)機械手的升降旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖。
圖3是本實用新型工業(yè)機械手的直線往復(fù)機構(gòu)和末端執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)圖。
圖4是圖3沿A-A方向的剖視圖。
具體實施方式
請參閱圖1至圖4，本實用新型工業(yè)機械手包括升降旋轉(zhuǎn)機構(gòu)100、直線往復(fù)機構(gòu)200及末端執(zhí)行器300，該升降旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的輸出端通過脹套35與直線往復(fù)機構(gòu)相連，末端執(zhí)行器通過螺栓60與直線往復(fù)機構(gòu)緊固連接。
該升降旋轉(zhuǎn)機構(gòu)100包括步進電機14、交流伺服電機9、滾珠絲杠副、滾動花鍵副、連接體7及滾動花鍵套筒11。其中，交流伺服電機9通過聯(lián)軸器5與升降小同步齒形帶輪2相連，升降小同步齒形帶輪2經(jīng)同步齒形帶與升降大同步齒形帶輪3相連，升降大同步齒形帶輪3同滾珠絲杠副的絲杠8的下端連接。步進電機14通過聯(lián)軸器16與旋轉(zhuǎn)小同步齒形帶輪19相連，旋轉(zhuǎn)小同步齒形帶輪19經(jīng)同步齒形帶與旋轉(zhuǎn)大同步齒形帶輪18相連，旋轉(zhuǎn)大同步齒形帶輪18同滾動花鍵副的花鍵軸17的末端相連。滾珠絲杠副的螺母6通過連接體7與滾動花鍵套筒11相連，且該連接體7與滾動花鍵套筒11之間裝有滾動軸承。滾動花鍵套筒11下端與滾動花鍵副的軸套13固連，其上端通過脹套弱與直線往復(fù)機構(gòu)相連。滾動花鍵副的花鍵軸17末端通過套筒20與第二電位器22相連，該第二電位器22通過電位器支撐板21連接在升降旋轉(zhuǎn)機構(gòu)上。
直線往復(fù)機構(gòu)由后臂23、中臂24、前臂25組成。該后臂23包括由輕量薄壁的金屬材料制成的臂體及安裝在該臂體上的步進電機26、第一可動同步帶輪32、第一固定同步帶輪34、第一同步齒形帶33、脹套35及支撐軸43。該步進電機26固定在后臂的臂體上，其通過聯(lián)軸器27與第一可動同步帶輪32相連，該第一固定同步帶輪34通過脹套鄧與滾動花鍵套筒11固連，該第一同步齒形帶33架設(shè)在該第一可動同步帶輪32和該第一固定同步帶輪34之間。該中臂24包括由輕量薄壁的金屬材料制成的臂體及安裝在該臂體上的第二可動同步帶輪39、第二固定同步帶輪44、第二同步齒形帶41及第一電位器64，該第二可動同步帶輪39經(jīng)螺釘40與后臂的第一固定同步帶輪34相連，該第二可動同步帶輪39又與第二固定同步帶輪44經(jīng)第二同步齒形帶41相連，該第二固定同步帶輪44通過螺釘49、法蘭48與中臂24的臂體固連，第一電位器64通過支撐板63固定在后臂23上且與第二固定同步帶輪39相連，且該第二固定同步帶輪44套在支撐軸43上。前臂25包括由輕量薄壁的金屬材料制成的臂體及安裝在該臂體上的第三可動同步帶輪52、第三固定同步帶輪54及第三同步齒形帶53，該第三可動同步帶輪52經(jīng)同步齒形帶53與固定同步帶輪54連，該第三可動同步帶輪52通過小圓螺母50和脹套51緊固在支撐軸43上端，該第三固定同步帶輪54通過法蘭58、螺釘59與前臂2 5的臂體固連。末端執(zhí)行器300由真空吸附裝置62和末端手臂61組成，真空吸附裝置62安裝固定在末端手臂61上，該末端手臂61通過螺栓60與前臂25固連，該真空吸附裝置62的布置位置具有適應(yīng)搬運工件形狀大小的可調(diào)性，該末端手臂61由輕量薄壁的金屬材料制成，其內(nèi)部中空。
本實用新型工業(yè)機械手進行升降運動時，交流伺服電機9通過聯(lián)軸器5、升降小同步齒形帶輪2及同步齒形帶將動力傳遞給升降大同步齒形帶輪3。升降大同步齒形帶輪3帶動滾珠絲杠副的絲杠8旋轉(zhuǎn)，從而驅(qū)動滾珠絲杠副的螺母6實現(xiàn)升降運動。絲杠螺母6通過連接體7帶動滾動花鍵套筒11升降，滾動花鍵套筒11通過脹套35帶動直線往復(fù)機構(gòu)和末端實行器升降，從而實現(xiàn)了升降運動。
本實用新型工業(yè)機械手進行旋轉(zhuǎn)運動時，步進電機14通過聯(lián)軸器16、旋轉(zhuǎn)小同步齒形帶輪19及同步齒形帶將動力傳遞給旋轉(zhuǎn)大同步齒形帶輪18。旋轉(zhuǎn)大同步齒形帶輪18帶動滾動花鍵副的花鍵軸17旋轉(zhuǎn)，滾動花鍵副的花鍵軸17帶動滾動花鍵副的軸套13旋轉(zhuǎn)，軸套13帶動固連其上的滾動花鍵套筒11旋轉(zhuǎn)，滾動花鍵套筒11通過脹套弱帶動直線往復(fù)機構(gòu)和末端實行器旋轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)了旋轉(zhuǎn)運動。由于滾動花鍵套筒11同連接體7之間裝有滾動軸承，因此連接體7并不會隨著滾動花鍵套筒11的旋轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn)。
本實用新型工業(yè)機械手進行直線往復(fù)運動時，后臂23上的第一固定同步帶輪34通過脹套35與滾動花鍵套筒11保持靜止，步進電機26旋轉(zhuǎn)，經(jīng)聯(lián)軸器27、第一固定同步帶輪32、同步齒形帶33傳遞旋轉(zhuǎn)運動，又因步進電機26固定連接在后臂23的臂體上，所以帶動后臂23繞滾動花鍵套筒11旋轉(zhuǎn)。由于后臂23的旋轉(zhuǎn)，中臂24上的第二固定同步帶輪44通過同步齒形帶41繞靜止的第二可動同步帶輪39周轉(zhuǎn)且自轉(zhuǎn)，同時，第三可動同步帶輪52與支撐軸43也隨第二可動同步帶輪44繞靜止的第二可動同步帶輪39周轉(zhuǎn)。第二固定同步帶輪44緊固在中臂24的臂體上，帶動中臂24繞支撐軸43的軸線旋轉(zhuǎn)。中臂24的旋轉(zhuǎn)，帶動第三固定同步帶輪54與其同心轉(zhuǎn)動，又因第三固定同步帶輪54繞靜止的同步帶輪39公轉(zhuǎn)，所以第三固定同步帶輪54又作繞其自身軸心自轉(zhuǎn)，并且?guī)忧氨?5同心旋轉(zhuǎn)。這其中前臂24的大同步帶輪54與小同步帶輪52的傳動比是2∶1，中臂24的小同步帶輪44與大同步帶輪39的傳動比是1∶2。這一系列的旋轉(zhuǎn)運動經(jīng)過疊加后，末端執(zhí)行器的運動軌跡是始終指向滾動花鍵套筒11軸線的直線運動。
本實用新型為了準確控制運動軌跡，使用了兩個電位器。第一電位器64通過支撐板63固定在后臂23上且與固定同步帶輪39相連，第二電位器22通過套筒20與滾動花鍵副的花鍵軸17末端相連，可實現(xiàn)對本實用新型旋轉(zhuǎn)角度的精確測量。
本實用新型工業(yè)機械手具有如下優(yōu)點1.傳動精密，結(jié)構(gòu)緊湊，控制執(zhí)行簡單、成本較低。本實用新型由于采用了滾珠絲杠副和滾動花鍵副來獨立實現(xiàn)升降和旋轉(zhuǎn)運動，使本實用新型結(jié)構(gòu)緊湊，傳動精度高，同時由于步進電機和交流伺服電機可以獨立控制旋轉(zhuǎn)和升降運動，避免了控制兩個電機時要進行的解藕動作。此外，本實用新型使用滾珠絲杠副和滾動花鍵副代替了價格昂貴的滾珠絲杠花鍵副，降低了成本。
2、直線往復(fù)機構(gòu)采用同步帶輪行星輪系傳遞電機的旋轉(zhuǎn)運動，軸承端蓋緊固軸承，簡化了機構(gòu)。此外，大量使用可拆卸螺釘緊固連接，有利于維修及部件的更換。
3、整機重量輕，剛性好。本實用新型基礎(chǔ)箱體、手臂殼體均采用了優(yōu)質(zhì)鋁合金材料，使其保持較好剛性的同時又減輕了本實用新型的重量，從而降低了慣性負載，使本實用新型的動態(tài)控制指標得以提高。
以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實施方式對本實用新型所作的進一步詳細說明，不能認定本實用新型的具體實施只局限于這些說明。對于本實用新型所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實用新型構(gòu)思的前提，還可以做出若干簡單推演或替換，都應(yīng)當視為屬于本實用新型由所提交的權(quán)利要求書確定的專利保護范圍。
權(quán)利要求1.一種工業(yè)機械手，包括順次連接的升降旋轉(zhuǎn)機構(gòu)、直線往復(fù)機構(gòu)及末端執(zhí)行器，其特征在于該升降旋轉(zhuǎn)機構(gòu)包括升降驅(qū)動器、升降傳動機構(gòu)、滾珠絲杠副、旋轉(zhuǎn)驅(qū)動器、旋轉(zhuǎn)傳動機構(gòu)、滾動花鍵副及滾動花鍵套筒，該升降驅(qū)動器、升降傳動機構(gòu)及滾珠絲杠副順次動力連接，該滾珠絲杠副通過連接體帶動該滾動花鍵套筒升降，該連接體與該滾動花鍵套筒之間裝有滾動軸承，該旋轉(zhuǎn)驅(qū)動器、旋轉(zhuǎn)傳動機構(gòu)及滾動花鍵副順次動力連接，該滾動花鍵副的軸套與該滾動花鍵套筒緊配合，該滾動花鍵套筒通過脹套與直線往復(fù)機構(gòu)固連。
2.按照權(quán)利要求1所述的工業(yè)機械手，其特征在于所述的直線往復(fù)機構(gòu)包括后臂、可相對后臂轉(zhuǎn)動的中臂及可相對中臂轉(zhuǎn)動的前臂，該后臂包括臂體及安裝在該臂體上的往復(fù)驅(qū)動器、第一同步帶傳動機構(gòu)及支撐軸，該中臂包括套在該支撐軸上的臂體及第二同步帶傳動機構(gòu)，該后臂包括臂體及安裝在該臂體上的第三同步帶傳動機構(gòu)，該往復(fù)驅(qū)動器通過第一同步帶傳動機構(gòu)傳動后臂轉(zhuǎn)動，該第二同步帶傳動機構(gòu)連接該后臂，該第三同步帶傳動機構(gòu)連接該中臂，該后臂通過脹套與滾動花鍵套筒固連，該末端執(zhí)行器安裝在該前臂上。
3.按照權(quán)利要求2所述的工業(yè)機械手，其特征在于所述的后臂的第一同步帶傳動機構(gòu)包括第一可動同步帶輪、第一固定同步帶輪及第一同步齒形帶，該往復(fù)驅(qū)動器與該第一可動同步帶輪動力聯(lián)接，該第一同步齒形帶連接該第一可動同步帶輪和第一固定同步帶輪，該第一固定同步帶輪通過該脹套與滾動花鍵套筒固連。
4.按照權(quán)利要求3所述的工業(yè)機械手，其特征在于所述的中臂的第二同步帶傳動機構(gòu)包括第二固定同步帶輪、第二同步齒形帶及第二可動同步帶輪，該第二可動同步帶輪通過緊固件同軸固定在第一固定同步帶輪上，該第二同步齒形帶連接該第二固定同步帶輪和第二可動同步帶輪，該第二固定同步帶輪活套在支撐軸上并與中臂的臂體固連。
5.按照權(quán)利要求4所述的工業(yè)機械手，其特征在于所述的中臂還包括第一電位器，該第一電位器通過支撐板固定在后臂的臂體上并與第二固定同步帶輪相連。
6.按照權(quán)利要求4所述的工業(yè)機械手，其特征在于所述的前臂的第三同步帶傳動機構(gòu)包括第三可動同步帶輪、第三同步齒形帶及第三固定同步帶輪，該第三可動同步帶輪通過脹套固定在支撐軸的上端，該第三同步齒形帶連接該第三可動同步帶輪和第三固定同步帶輪，該第三固定同步帶輪與前臂的臂體固連。
7.按照權(quán)利要求1所述的所述的工業(yè)機械手，其特征在于所述的升降驅(qū)動器為交流伺服電機，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動器為步進電機。
8.按照權(quán)利要求2-7中任意一項所述的工業(yè)機械手，其特征在于所述的末端執(zhí)行器包括真空吸附裝置及末端手臂，該真空吸附裝置固定在該末端手臂上，該末端手臂固定在前臂上。
9.按照權(quán)利要求2-7中任意一頂所述的工業(yè)機械手，其特征在于所述的升降傳動機構(gòu)包括升降大同步齒形帶輪、同步齒形帶及升降小同步齒形帶輪，該升降驅(qū)動器通過聯(lián)軸器與該升降大同步齒形帶輪相連，該同步齒形帶連接該升降大同步齒形帶輪及升降小同步齒形帶輪，該升降小同步齒形帶輪與滾珠絲杠副的絲杠的下端固連，該旋轉(zhuǎn)傳動機構(gòu)包括旋轉(zhuǎn)小同步齒形帶輪、同步齒形帶及旋轉(zhuǎn)大同步齒形帶輪，該旋轉(zhuǎn)驅(qū)動器通過聯(lián)軸器與旋轉(zhuǎn)小同步齒形帶輪相連，該同步齒形帶連接該旋轉(zhuǎn)小同步齒形帶輪和該旋轉(zhuǎn)大同步齒形帶輪，該旋轉(zhuǎn)大同步齒形帶輪與該滾動花鍵副的花鍵軸的末端固連。
10.按照權(quán)利要求9所述的工業(yè)機械手，其特征在于所述的花鍵軸的末端通過支撐套筒與一第二電位器連接。
專利摘要本實用新型公告了一種工業(yè)機械手，它包括順次連接的升降旋轉(zhuǎn)機構(gòu)、直線往復(fù)機構(gòu)及末端正執(zhí)行器，該升降旋轉(zhuǎn)機構(gòu)包括升降驅(qū)動器、升降傳動機構(gòu)、滾珠絲杠副、旋轉(zhuǎn)驅(qū)動器、旅轉(zhuǎn)傳動機構(gòu)、滾動花鍵副及滾動花鍵套筒，該升降驅(qū)動器、開降傳動機構(gòu)及滾珠絲桿副順次動力連接，該滾珠絲杠副通過連接體帶動該滾動花鍵套筒升降，該連接體與該滾動花鍵套筒之間裝有滾動細承，該旋轉(zhuǎn)驅(qū)動器、施轉(zhuǎn)傳動機構(gòu)及滾動花鍵副順次動力連接，該滾動花鍵副的軸套與該滾動花鍵套筒緊配合，該滾動花鍵套筒通過脹套與直線往復(fù)機構(gòu)固連。由于采用了滾珠絲杠副和滾動花鍵副來獨立實現(xiàn)升降和旋轉(zhuǎn)運動，使本實用新型結(jié)構(gòu)緊湊，傳動精度高，降低了成本。
文檔編號B25J15/06GK2917979SQ20062001724
公開日2007年7月4日 申請日期2006年7月25日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月25日
發(fā)明者羅忠良, 李小軍, 楊秋明 申請人:比亞迪股份有限公司