圓柱坐標式四自由度機械手結構的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種圓柱坐標式四自由度機械手結構，包括底座、旋轉(zhuǎn)定位裝置、軸徑向移動定位裝置、手爪旋轉(zhuǎn)拾取裝置和控制器；軸徑向移動定位裝置的橫軸和豎軸組成本機械手的手臂，通過圓柱坐標空間位移方式實現(xiàn)底盤的轉(zhuǎn)角、手臂的伸縮半徑及其升降高度，在機械手的腕部還可以實現(xiàn)手爪的回轉(zhuǎn)角，這樣機械手在空間可實現(xiàn)四自由度的位移，非常方便地完成所需執(zhí)行的任務。本實用新型機械手結構簡單，通過步進電機、直流電機、電磁閥和氣動裝置實現(xiàn)驅(qū)動，可方便、準確地實現(xiàn)對機械手的位置控制。
【專利說明】圓柱坐標式四自由度機械手結構

【技術領域】
[0001]本實用新型涉及檢測技術、電氣控制【技術領域】，具體是涉及一種圓柱坐標式四自由度機械手結構。

【背景技術】
[0002]機械手是能模仿人手和臂的某些動作功能，按固定程序抓取、搬運物件或操作工具的自動操作裝置。它可代替人的繁重勞動，以實現(xiàn)生產(chǎn)的機械化和自動化，能在有害環(huán)境下操作以保護人身安全；因此，在工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛應用。目前，現(xiàn)有技術中的機械手一般為直角坐標式結構，通過豎軸、橫軸和縱軸三個自由度的直線運動實現(xiàn)機械手的空間移動和操作。缺少一種結構簡單、性能好、可靠性高的圓柱坐標式四自由度機械手結構。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了解決上述技術問題，本實用新型提出一種圓柱坐標式四自由度機械手結構，具有結構簡單、性能好、靈活通用個可靠性高的優(yōu)點。
[0004]本實用新型的技術方案是這樣實現(xiàn)的:
[0005]一種圓柱坐標式四自由度機械手結構，包括底座、旋轉(zhuǎn)定位裝置、軸徑向移動定位裝置和手爪旋轉(zhuǎn)拾取裝置；旋轉(zhuǎn)定位裝置包括設于底座上能夠相對底座周向轉(zhuǎn)動的底盤和固設于底座上驅(qū)動底座周向轉(zhuǎn)動和定位的底盤直流電機；軸徑向移動定位裝置包括固接于底盤上的豎軸、滑動設于豎軸上的滑座、設于豎軸背向底座的一端的驅(qū)動滑座沿豎軸移動和定位的豎軸步進電機、滑動設于滑座上的橫軸和設于橫軸一端的驅(qū)動滑座沿橫軸移動和定位的橫軸步進電機；手爪旋轉(zhuǎn)拾取裝置包括固設于橫軸另一端的手爪、驅(qū)動手爪周向轉(zhuǎn)動和定位的手爪直流電機和驅(qū)動手爪夾緊和松開的氣動裝置。
[0006]作為本實用新型的進一步改進，設有一呈L型的固定塊，所述固定塊包括水平固定部和垂直固定部，所述水平固定部固設于所述橫軸背向所述橫軸步進電機的一端，所述垂直手爪直流電機固設于所述垂直固定部上。
[0007]作為本實用新型的進一步改進，底盤上方設有一旋轉(zhuǎn)碼盤，旋轉(zhuǎn)碼盤包括一小圓盤和一設于小圓盤周邊的光電傳感器，靠近小圓盤的邊緣處等距間隔設有若干個小孔，小圓盤下方固連一被動齒輪，底盤下方固連一主動齒輪，被動齒輪與主動齒輪哨合，底盤直流電機的動力輸出軸與主動齒輪固接，光電傳感器與外部控制器電連接。
[0008]作為本實用新型的進一步改進，豎軸步進電機通過設于豎軸內(nèi)的第一滾珠絲桿組件驅(qū)動滑座沿豎軸移動和定位，橫軸步進電機通過設于橫軸內(nèi)的第二滾珠絲桿組件驅(qū)動滑座沿橫軸移動和定位。
[0009]作為本實用新型的進一步改進，另設有一用于控制手爪夾緊與松開的電磁閥，電磁閥通電時，手爪張開；電磁閥失電時，手爪夾緊。
[0010]本實用新型的有益效果是:本實用新型提供一種圓柱坐標式四自由度機械手結構，通過底盤直流電機驅(qū)動底座周向轉(zhuǎn)動、豎軸步進電機驅(qū)動滑座相對豎軸軸向移動和定位、橫軸步進電機驅(qū)動滑座相對橫軸徑向移動和定位，能夠?qū)崿F(xiàn)機械手在圓柱坐標內(nèi)三自由度自動運行，通過手爪直流電機驅(qū)動手爪周向旋轉(zhuǎn)，氣動裝置驅(qū)動手爪夾緊和松開，能夠?qū)崿F(xiàn)機械手在另一自由度自動運行。因此，本實用新型機械手通過圓柱坐標空間位移方式實現(xiàn)底盤的轉(zhuǎn)角、手臂的伸縮半徑及其升降高度，在機械手的腕部還可以實現(xiàn)手爪的回轉(zhuǎn)角，這樣機械手在空間可實現(xiàn)四自由度的位移，非常方便地完成所需執(zhí)行的任務。本實用新型上述結構簡單、通過直流電機和步進電機驅(qū)動性能好、靈活通用、可靠性高。較佳的，通過光電傳感器采集小圓盤上小孔的信號，并反饋給外部控制器能夠?qū)崿F(xiàn)旋轉(zhuǎn)碼盤對機械手底盤的轉(zhuǎn)角定位功能。較佳的，由橫軸和豎軸組成機械手的手臂，分別由橫軸、豎軸步進電動機驅(qū)動對應的滾珠絲杠組件，完成手臂的伸縮半徑和手臂的升降高度的改變。較佳的，手爪的夾緊與松開由一個單線圈雙位置電磁閥控制，當電磁閥線圈通電時，手爪張開；當線圈失電時，手爪夾緊。這樣，能夠防止突然停電時夾持物體掉落。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1為本實用新型結構示意圖；
[0012]圖2為本實用新型中旋轉(zhuǎn)碼盤示意圖。
[0013]結合附圖，作以下說明:
[0014]1——底座2——旋轉(zhuǎn)定位裝置
[0015]21——底盤22——底盤直流電機
[0016]3——軸徑向移動定位裝置31——豎軸
[0017]32——滑座33——豎軸步進電機
[0018]34——橫軸35——橫軸步進電機
[0019]4——手爪旋轉(zhuǎn)拾取裝置 41——手爪
[0020]42——手爪直流電機 5——固定塊
[0021]51-7jC平固定部 52-垂直固定部
[0022]61——小圓盤62——光電傳感器
[0023]63-小孔

【具體實施方式】
[0024]為了使本實用新型的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本實用新型進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。
[0025]如圖1和圖2所示，一種圓柱坐標式四自由度機械手結構，包括底座1、旋轉(zhuǎn)定位裝置2、軸徑向移動定位裝置3和手爪旋轉(zhuǎn)拾取裝置4 ;所述旋轉(zhuǎn)定位裝置包括設于所述底座上能夠相對所述底座周向轉(zhuǎn)動的底盤21和固設于所述底座上驅(qū)動所述底座周向轉(zhuǎn)動和定位的底盤直流電機22 ;軸徑向移動定位裝置包括固接于所述底盤上的豎軸31、滑動設于所述豎軸上的滑座32、設于所述豎軸背向所述底座的一端的驅(qū)動所述滑座沿所述豎軸移動和定位的豎軸步進電機33、滑動設于所述滑座上的橫軸34和設于所述橫軸一端的驅(qū)動所述滑座沿所述橫軸移動和定位的橫軸步進電機35 ;手爪旋轉(zhuǎn)拾取裝置包括固設于所述橫軸另一端的手爪41、驅(qū)動所述手爪周向轉(zhuǎn)動和定位的手爪直流電機42和驅(qū)動所述手爪夾緊和松開的氣動裝置；具體實施時，底盤直流電機、豎軸步進電機、橫軸步進電機、手爪直流電機和所述氣動裝置分別與外部控制器電連接；這樣，通過底盤直流電機驅(qū)動底座周向轉(zhuǎn)動、豎軸步進電機驅(qū)動滑座相對豎軸軸向移動和定位、橫軸步進電機驅(qū)動滑座相對橫軸徑向移動和定位，能夠?qū)崿F(xiàn)機械手在圓柱坐標內(nèi)三自由度自動運行，通過手爪直流電機驅(qū)動手爪周向旋轉(zhuǎn)，氣動裝置驅(qū)動手爪夾緊和松開，能夠?qū)崿F(xiàn)機械手在另一自由度自動運行。因此，本實用新型機械手通過圓柱坐標空間位移方式實現(xiàn)底盤的轉(zhuǎn)角、手臂的伸縮半徑及其升降高度，在機械手的腕部還可以實現(xiàn)手爪的回轉(zhuǎn)角，這樣機械手在空間可實現(xiàn)四自由度的位移，非常方便地完成所需執(zhí)行的任務。上述結構簡單、通過直流電機和步進電機驅(qū)動性能好、靈活通用、可靠性高。
[0026]優(yōu)選的，設有一呈L型的固定塊5，所述固定塊包括水平固定部51和垂直固定部52，所述水平固定部固設于所述橫軸背向所述橫軸步進電機的一端，所述垂直手爪直流電機固設于所述垂直固定部上。
[0027]優(yōu)選的，參見圖2，所述底盤上方設有一旋轉(zhuǎn)碼盤，所述旋轉(zhuǎn)碼盤包括一小圓盤61和一設于所述小圓盤周邊的光電傳感器62，靠近所述小圓盤的邊緣處等距間隔設有若干個小孔63，所述小圓盤下方固連一被動齒輪，所述底盤下方固連一主動齒輪，所述被動齒輪與所述主動齒輪嚙合,所述底盤直流電機的動力輸出軸與所述主動齒輪固接,所述光電傳感器與外部控制器電連接。這樣，通過光電傳感器采集小圓盤上小孔的信號，并反饋給外部控制器，能夠?qū)崿F(xiàn)旋轉(zhuǎn)碼盤對機械手底盤的轉(zhuǎn)角定位功能。
[0028]優(yōu)選的，所述豎軸步進電機通過設于所述豎軸內(nèi)的第一滾珠絲桿組件驅(qū)動所述滑座沿所述豎軸移動和定位，所述橫軸步進電機通過設于所述橫軸內(nèi)的第二滾珠絲桿組件驅(qū)動所述滑座沿所述橫軸移動和定位。這樣，由橫軸和豎軸組成機械手的手臂，分別由橫軸、豎軸步進電動機驅(qū)動對應的滾珠絲杠組件，完成手臂的伸縮半徑和手臂的升降高度的改變。
[0029]優(yōu)選的，另設有一用于控制所述手爪夾緊與松開的電磁閥，所述電磁閥通電時，所述手爪張開；所述電磁閥失電時，所述手爪夾緊。具體實施時，手爪的夾緊與松開由一個單線圈雙位置電磁閥控制，當電磁閥線圈通電時，手爪張開；當線圈失電時，手爪夾緊。這樣，能夠防止突然停電時夾持物體掉落。
[0030]本實用新型圓柱坐標式四自由度機械手結構的工作原理如下:
[0031]首先，機械手先行復位，即不論機械手原來在什么位置，都要先回到初始位置，為機械手開始動作做準備。機械手初始位置狀態(tài)為:機械手臂處于右端和上端，底盤處于回位狀態(tài)，手腕處于回位狀態(tài)，且手爪夾緊。工作時，機械手手臂前伸至所需位置，手腕反轉(zhuǎn)至要求取貨位置，手爪張開，機械手臂(橫軸)下降至物品處，手爪夾緊物品，機械手臂(橫軸)上升將物品拿起，機械手臂收回(以免運行中與其他設備相撞)，底盤反轉(zhuǎn)至相應出貨位置，機械手臂前伸到位后，手腕正轉(zhuǎn)到位，手臂下降到位后，手爪張開將物品放下，機械手臂上升到位，手爪夾緊。至此，一個工作周期結束，完成一個物品的兩地搬運。
[0032]綜上，由橫軸和豎軸組成本實用新型機械手的手臂，分別由步進電機驅(qū)動滾珠絲杠組件，完成手臂的伸縮半徑和手臂的升降高度改變。手爪的夾緊與松開由一單線圈雙位置的電磁閥控制，當電磁閥線圈通電時，手爪張開；當線圈失電時，手爪夾緊，以防止突然停電時夾持物體掉落。由手爪直流電機組合本實用新型機械手的手腕，該手爪直流電機驅(qū)動手爪，可做正反向周向轉(zhuǎn)動。整個機械手在底盤的帶動下，由底盤直流電機驅(qū)動，可做周向擺動。因此，本實用新型機械手通過圓柱坐標空間位移方式控制底盤的轉(zhuǎn)角、手臂的伸縮半徑及其升降高度，在機械手的腕部還可以控制手爪的回轉(zhuǎn)角，這樣機械手在空間可實現(xiàn)四自由度的位移，非常方便地完成所需執(zhí)行的任務。
[0033]應當理解的是，對本領域普通技術人員來說，可以根據(jù)上述說明加以改進或變換，而所有這些改進和變換都應屬于本實用新型所附權利要求的保護范圍。
【權利要求】
1.一種圓柱坐標式四自由度機械手結構，其特征在于:包括底座(I)、旋轉(zhuǎn)定位裝置(2)、軸徑向移動定位裝置(3)和手爪旋轉(zhuǎn)拾取裝置(4);所述旋轉(zhuǎn)定位裝置包括設于所述底座上能夠相對所述底座周向轉(zhuǎn)動的底盤(21)和固設于所述底座上驅(qū)動所述底座周向轉(zhuǎn)動和定位的底盤直流電機(22);軸徑向移動定位裝置包括固接于所述底盤上的豎軸(31)、滑動設于所述豎軸上的滑座(32)、設于所述豎軸背向所述底座的一端的驅(qū)動所述滑座沿所述豎軸移動和定位的豎軸步進電機(33)、滑動設于所述滑座上的橫軸(34)和設于所述橫軸一端的驅(qū)動所述滑座沿所述橫軸移動和定位的橫軸步進電機(35);手爪旋轉(zhuǎn)拾取裝置包括固設于所述橫軸另一端的手爪(41)、驅(qū)動所述手爪周向轉(zhuǎn)動和定位的手爪直流電機(42)和驅(qū)動所述手爪夾緊和松開的氣動裝置。
2.根據(jù)權利要求1所述的圓柱坐標式四自由度機械手結構，其特征在于:設有一呈L型的固定塊(5)，所述固定塊包括水平固定部(51)和垂直固定部(52)，所述水平固定部固設于所述橫軸背向所述橫軸步進電機的一端，所述垂直手爪直流電機固設于所述垂直固定部上。
3.根據(jù)權利要求2所述的圓柱坐標式四自由度機械手結構，其特征在于:所述底盤上方設有一旋轉(zhuǎn)碼盤，所述旋轉(zhuǎn)碼盤包括一小圓盤(61)和一設于所述小圓盤周邊的光電傳感器(62)，靠近所述小圓盤的邊緣處等距間隔設有若干個小孔(63)，所述小圓盤下方固連一被動齒輪，所述底盤下方固連一主動齒輪，所述被動齒輪與所述主動齒輪嚙合，所述底盤直流電機的動力輸出軸與所述主動齒輪固接，所述光電傳感器與外部控制器電連接。
4.根據(jù)權利要求3所述的圓柱坐標式四自由度機械手結構，其特征在于:所述豎軸步進電機通過設于所述豎軸內(nèi)的第一滾珠絲桿組件驅(qū)動所述滑座沿所述豎軸移動和定位，所述橫軸步進電機通過設于所述橫軸內(nèi)的第二滾珠絲桿組件驅(qū)動所述滑座沿所述橫軸移動和定位。
5.根據(jù)權利要求4所述的圓柱坐標式四自由度機械手結構，其特征在于:另設有一用于控制所述手爪夾緊與松開的電磁閥，所述電磁閥通電時，所述手爪張開；所述電磁閥失電時，所述手爪夾緊。
【文檔編號】B25J9/00GK203853995SQ201420200200
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2014年4月23日 優(yōu)先權日:2014年4月23日
【發(fā)明者】應明峰, 杜鵑, 王林娜, 周黎英, 趙國樹 申請人:金陵科技學院