一種集成式的兩自由度機(jī)械手及其控制系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及工業(yè)機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種集成式的兩自由度機(jī)械手及其控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的突飛猛進(jìn)，工業(yè)機(jī)器人被廣泛的應(yīng)用在電子工業(yè)、汽車工業(yè)、醫(yī)療等領(lǐng)域。一種集成的兩自由度機(jī)械手是工業(yè)機(jī)器人的一個(gè)重要的組成部分，它作為直接的執(zhí)行部位，被大量的應(yīng)用于自動(dòng)插件、焊錫、點(diǎn)膠，貼片等實(shí)裝技術(shù)領(lǐng)域，其本身的結(jié)構(gòu)、重量、外形尺寸和精度對(duì)整個(gè)機(jī)器人的工作性能和技術(shù)性能有著直接的影響。目前的直線加旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)普遍利用同步帶、鏈條等轉(zhuǎn)接件實(shí)現(xiàn)原動(dòng)件與從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)傳遞，且原動(dòng)件與原動(dòng)件、原動(dòng)件與從動(dòng)件分布在不同軸線上，其效率低、精度差、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造成本高。
[0003]因此，針對(duì)上述技術(shù)問(wèn)題，有必要提供一種集成式的兩自由度機(jī)械手及其控制系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種集成式的兩自由度機(jī)械手及其控制系統(tǒng)，其為一種直線加旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，能夠優(yōu)化結(jié)構(gòu)、改善性能、提高效率與精度，同時(shí)能夠降低制造成本。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明實(shí)施例提供的技術(shù)方案如下:
[0006]一種集成式的兩自由度機(jī)械手，所述兩自由度機(jī)械手包括:
[0007]位于Z軸方向上的滾珠絲桿與滾珠花鍵，所述滾珠花鍵為可同時(shí)進(jìn)行直線運(yùn)動(dòng)和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的外筒旋轉(zhuǎn)式滾珠花鍵；
[0008]設(shè)于所述滾珠絲桿上的上中空電機(jī)；
[0009]設(shè)于所述滾珠花鍵上的下中空電機(jī)；
[0010]連接所述滾珠絲桿與滾珠花鍵的絲桿花鍵連接件；
[0011]固定板，所述上中空電機(jī)和下中空電機(jī)固定于固定板上；
[0012]所述上中空電機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，滾珠絲桿帶動(dòng)滾珠花鍵在Z軸方向上運(yùn)動(dòng)；所述下中空電機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，滾珠花鍵在垂直于Z軸平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
[0013]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述固定板上安裝有上限位開關(guān)和下限位開關(guān)，所述絲桿花鍵連接件上設(shè)置有位于上限位開關(guān)和下限位開關(guān)之間的Z軸限位擋片，絲桿花鍵連接件通過(guò)Z軸限位擋片與上限位開關(guān)和下限位開關(guān)進(jìn)行限位。
[0014]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述下中空電機(jī)下方設(shè)有用于實(shí)現(xiàn)下中空電機(jī)原點(diǎn)標(biāo)定的旋轉(zhuǎn)限位開關(guān)，所述旋轉(zhuǎn)限位開關(guān)固定安裝于所述固定板上。
[0015]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述上中空電機(jī)上方設(shè)置有與固定板垂直安裝的上電機(jī)支撐板，所述下中空電機(jī)下方設(shè)置有與固定板垂直安裝的下電機(jī)支撐板。
[0016]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述上中空電機(jī)與法蘭螺母連接件固定安裝，所述法蘭螺母連接件上通過(guò)緊定螺栓安裝有絲桿法蘭螺母。
[0017]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述下中空電機(jī)的軸線上固定連接有花鍵外筒連接件，所述花鍵外筒連接件與花鍵外筒固定連接，花鍵外筒固定于花鍵外筒支撐架上，所述滾珠花鍵固定設(shè)置于花鍵外筒的軸線上。
[0018]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述絲桿花鍵連接件中包括相對(duì)安裝的上角接觸軸承和下角接觸軸承，所述絲桿花鍵連接件包括上臺(tái)階和下臺(tái)階，絲桿花鍵連接件的上方和下方還固定有上軸承蓋板和下軸承蓋板，所述上角接觸軸承位于上臺(tái)階和上軸承蓋板之間，下角接觸軸承位于下臺(tái)階和下軸承蓋板之間。
[0019]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述滾珠絲桿與上角接觸軸承過(guò)盈配合，滾珠絲桿的軸肩緊頂著上接觸軸承的上端面，滾珠絲桿的軸端通過(guò)上鎖緊螺母鎖緊，實(shí)現(xiàn)滾珠絲桿軸向定位；所述滾珠花鍵與下角接觸軸承過(guò)盈配合，滾珠花鍵的軸肩緊頂著下角接觸軸承的下端面，滾珠花鍵的軸端通過(guò)下鎖緊螺母鎖緊，實(shí)現(xiàn)滾珠花鍵軸向定位。
[0020]相應(yīng)地，一種集成式的兩自由度機(jī)械手的控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)包括:計(jì)算機(jī)、與計(jì)算機(jī)相連的運(yùn)動(dòng)控制卡、以及與運(yùn)動(dòng)控制卡相連的驅(qū)動(dòng)器，所述驅(qū)動(dòng)器用于驅(qū)動(dòng)上中空電機(jī)和下中空電機(jī)，所述計(jì)算機(jī)發(fā)送指令至運(yùn)動(dòng)控制卡，運(yùn)動(dòng)控制卡將上中空電機(jī)和下中空電機(jī)的位置實(shí)時(shí)反饋給計(jì)算機(jī)，控制滾珠花鍵上下極限的位置，并進(jìn)行下中空電機(jī)的原點(diǎn)標(biāo)定。
[0021]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述運(yùn)動(dòng)控制卡采用脈沖的方式驅(qū)動(dòng)伺服，脈沖數(shù)量決定上中空電機(jī)和/或下中空電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)，脈沖頻率決定上中空電機(jī)和/或下中空電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度。
[0022]本發(fā)明的有益效果是:
[0023]利用兩個(gè)中空電機(jī)，使?jié)L珠絲桿、滾珠花鍵不通過(guò)同步帶直接與電機(jī)軸相連，減少了累計(jì)誤差，提高了機(jī)械手的響應(yīng)速度和傳動(dòng)精度；
[0024]兩個(gè)電機(jī)與滾珠絲桿、滾珠花鍵在一條軸上，實(shí)現(xiàn)了直線運(yùn)動(dòng)和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的解耦，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使機(jī)構(gòu)體積進(jìn)一步縮小，同時(shí)降低加工成本。
【附圖說(shuō)明】
[0025]為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明中記載的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0026]圖1為本發(fā)明一具體實(shí)施例中集成式的兩自由度機(jī)械手的側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖2為本發(fā)明一具體實(shí)施例中集成式的兩自由度機(jī)械手的剖視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖3為本發(fā)明一具體實(shí)施例中集成式的兩自由度機(jī)械手的控制系統(tǒng)模塊示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029]為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好地理解本發(fā)明中的技術(shù)方案，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都應(yīng)當(dāng)屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0030]本發(fā)明公開了一種集成式的兩自由度機(jī)械手，包括:
[0031]位于Z軸方向上的滾珠絲桿與滾珠花鍵，其中滾珠花鍵為可同時(shí)進(jìn)行直線運(yùn)動(dòng)和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的外筒旋轉(zhuǎn)式滾珠花鍵；
[0032]設(shè)于滾珠絲桿上的上中空電機(jī)；
[0033]設(shè)于滾珠花鍵上的下中空電機(jī)；
[0034]連接滾珠絲桿與滾珠花鍵的絲桿花鍵連接件；
[0035]固定板，上中空電機(jī)和下中空電機(jī)固定于固定板上；
[0036]上中空電機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，滾珠絲桿帶動(dòng)滾珠花鍵在Z軸方向上運(yùn)動(dòng)；下中空電機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，滾珠花鍵在垂直于Z軸平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
[0037]本發(fā)明還公開了一種集成式的兩自由度機(jī)械手的控制系統(tǒng)，包括:計(jì)算機(jī)、與計(jì)算機(jī)相連的運(yùn)動(dòng)控制卡、以及與運(yùn)動(dòng)控制卡相連的驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)器用于驅(qū)動(dòng)上中空電機(jī)和下中空電機(jī)，計(jì)算機(jī)發(fā)送指令至運(yùn)動(dòng)控制卡，運(yùn)動(dòng)控制卡將上中空電機(jī)和下中空電機(jī)的位置實(shí)時(shí)反饋給計(jì)算機(jī)，控制滾珠花鍵上下極限的位置，并進(jìn)行下中空電機(jī)的原點(diǎn)標(biāo)定。
[0038]參圖1、圖2所示為本發(fā)明一具體實(shí)施例中集成式的兩自由度機(jī)械手的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0039]本實(shí)施例中絲桿法蘭螺母I通過(guò)法蘭螺母連接件2與上中空電機(jī)5固定連接，上電機(jī)支撐板4將上中空電機(jī)5固定在固定板3上，上限位開關(guān)6、下限位開關(guān)16、以及旋轉(zhuǎn)限位開關(guān)18分別固定在固定板3上，其中Z軸限位擋片12通過(guò)上限位開關(guān)6和下限位開關(guān)16限定Z軸的直線加旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的Z軸方向上導(dǎo)程，旋轉(zhuǎn)限位開關(guān)18實(shí)現(xiàn)下中空電機(jī)點(diǎn)原點(diǎn)的標(biāo)定。
[0040]本實(shí)施例中的上限位開關(guān)6、下限位開關(guān)16、以及旋轉(zhuǎn)限位開關(guān)18均設(shè)置為光電開關(guān)，當(dāng)然在其它實(shí)施例中也可以為其他類型的開關(guān)。
[0041]上角接觸軸承9、下角接觸軸承14分別置于絲桿花鍵連接件10中，其安裝方向方向相對(duì)。上角接觸軸承9分別被絲桿花鍵連接件10內(nèi)上臺(tái)階與上軸承蓋板8定位，下角接觸軸承15分別被絲桿花鍵連接件10內(nèi)下臺(tái)階與下軸承蓋板15定位。
[0042]本實(shí)施例中，滾珠絲桿7與上角接觸軸承9過(guò)盈配合，其軸肩緊頂著上角接觸軸承9的上端面，軸端用上鎖緊螺母11鎖緊，實(shí)現(xiàn)滾珠絲桿7軸向定位。滾珠花鍵19與下角接觸軸承14過(guò)盈配合，其軸肩緊頂著下角接觸軸承14的下端面，滾珠花鍵19的軸端用下鎖緊螺母13