(10)申请公布号 (43)申请公布日 2014.08.27
C N 104002304
A (21)申请号 201410192093.2
(22)申请日 2014.05.08
B25J 9/08(2006.01)
B25J 15/10(2006.01)
(71)申请人昆明理工大学
地址650093 云南省昆明市五华区学府路
253号
(72)发明人王学军
王建军
(54)发明名称
(57)摘要
本发明涉及一种新型气动机械手，属于工业
机器人技术领域。本发明包括底座、机械手手臂、
手手爪通过连接螺栓连接为一体。本发明机械手
手爪具有四个自由度、结构轻巧能够迅速响应控
制命令，提高工作精度和生产效率；负载能力强，
工作过程安全可靠；机械手末端执行装置与工件
接触处嵌有聚酯橡胶垫，能够很好地保护工件的
表面；末端执行器机械手手爪的姿态控制采用一
种串联平行四杆机构替代了姿态控制伺服系统，
提高了工作精度，机械手更加便于控制。
(51)Int.Cl.
权利要求书2页 说明书9页 附图6页
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书2页 说明书9页 附图6页(10)申请公布号CN 104002304 A
1.一种新型气动机械手，其特征在于：包括底座（1）、机械手手臂（3）、机械手手爪（5）三大部件；其中底座（1）与机械手手臂（3）通过内六角螺钉Ⅰ（2）连接在一起，机械手手臂（3）与机械手手爪（5）通过连接螺栓（4）连接为一体。
2.根据权利要求1所述的新型气动机械手，其特征在于：所述底座（1）包括伺服电机（6）、驱动齿轮（7）、底座体（8）、锁紧螺母Ⅰ（9）、大齿轮（10）、轴套（11）、推力轴承（12）、定位隔套（13）、旋转主轴（14）、角接触轴承（15）、轴承端盖Ⅰ（16）；其中伺服电机（6）通过螺纹连接安装在底座体（8）上，驱动齿轮（7）套装于伺服电机（6）的驱动轴端，推力轴承（12）装于底座体（8）上孔腔内，定位隔套（13）装于推力轴承（12）上方，角接触轴承（15）装于定位隔套（13）上方，旋转主轴（14）装于推力轴承（12）与角接触轴承（15）内孔并定位，轴承端盖Ⅰ（16）装于角接触轴承（15）上方并对旋转主轴（14）进一步固定，安装轴套（11）于推力轴承（12）正下方，安装大齿轮（10）于旋转主轴（14）下轴端并通过轴套（11）进行轴向定位，安装锁紧螺母Ⅰ（9）于旋转主轴（14）上并对大齿轮（10）进行轴向锁紧固定。 3.根据权利要求1所述的新型气动机械手，其特征在于：所述机械手手臂（3）包括旋转座下盖（17）
、铰销Ⅰ（18）、旋转座上盖（19）、内六角螺钉Ⅱ（20）、大臂驱动气缸（21）、机械手大臂（22）、铰销Ⅱ（23）、铰销Ⅲ（24）、小臂驱动气缸（25）、平衡拉杆（26）、铰销Ⅳ（27）、铰销Ⅴ（28）、拉杆连接板（29）、小臂转轴（30）、轴承端盖Ⅱ（31）、铰销Ⅵ（32）、平行拉杆（33）、机械手小臂（34）、铰销Ⅶ（35）、机械手连接杆Ⅰ（36）、手爪固定环Ⅰ（37）、手爪固定环Ⅱ（38）、机械手连接杆Ⅱ（39）、铰销Ⅷ（40）、轴承端盖Ⅲ（41）、大臂主轴（42）、铰销Ⅸ（43）、大臂轴承（44）、小臂轴承（45）；其中旋转座下盖（17）上安装铰销Ⅰ（18），安装大臂驱动气缸（21）于铰销Ⅰ（18）上，安装一对大臂轴承（44）台阶定位到大臂主轴（42），安装机械手大臂（22）于大臂主轴（42）上，大臂主轴（42）的轴中心与旋转座下盖（17）槽中心面重合，大臂主轴（42）左右安装一对轴承端盖Ⅲ（41），安装旋转座上盖（19）于旋转座下盖（17）上方，通过一组内六角螺钉Ⅱ（20）连接紧固二者，安装大臂驱动气缸（21）活塞端部耳环于机械手大臂（22）中部槽孔并通过铰销Ⅱ（23）铰接装配，安装小臂驱动气缸（25）尾部耳环于机械手大臂（22）中部小槽孔并通过铰销Ⅲ（24）铰接装配，安装平衡拉杆（26）于旋转座上盖（19）并通过铰销Ⅸ（43）铰接装配，安装一对拉杆连接板（29）及机械手小臂（34）于机械手大臂（22）端部槽中并通过小臂转轴（30）铰接装配，同时安装一对小臂轴承（45）及轴承端盖Ⅱ（31）于小臂转轴（30）两端台阶轴上并进行定位，安装平衡拉杆（26）于拉杆连接板（29）上并通过铰销Ⅴ（28）铰接装配，安装小臂驱动气缸（25）活塞端部耳环于机械手小臂（34）尾部槽中并通过铰销Ⅳ（27）铰接装配，安装平行拉杆（33）于拉杆连接板（29）并与铰销Ⅵ（32）铰接装配，安装机械手连接杆Ⅰ
（36）在平行拉杆（33）尾部并通过铰销Ⅶ（35）铰接装配，手爪固定环Ⅰ（37）与机械手连接杆Ⅰ（36）配对安装，安装机械手连接杆Ⅱ（39）在机械手小臂（34）端部并通过铰销Ⅷ（40）铰接装配，手爪固定环Ⅱ（38）与机械手连接杆Ⅱ（39）配对安装。
4.根据权利要求1所述的新型气动机械手，其特征在于：所述机械手手爪（5）包括手爪驱动气缸（46）、手爪连接座（47）、推拉杆（48）、推拉头（49）、锁紧垫（50）、锁紧螺母Ⅱ（51）、手爪安装座（52）、聚酯橡胶垫（53）、铰销Ⅹ（54）、铰销Ⅺ（55）、机械手卡爪（56）、机械手副指节（57）、机械手指节（58）、铰销Ⅻ（59）、铰销ⅩⅢ（60）、铰销ⅩⅣ（61）、铰链（62）、安装套筒（63）、松弛弹簧（64）、接头座（65）、手爪驱动气缸活塞杆（66）；其中手爪驱动气缸
（46）安装在手爪连接座（47）上，手爪驱动气缸活塞杆（66）与推拉杆（48）通过接头座（65）连接；安装套筒（63）位于接头座（65）外部，松弛弹簧（64）安装于安装套筒（63）内并同时与推拉杆（48）及安装套筒（63）接触；推拉头（49）装于推拉杆（48）下端并通过锁紧垫（50）及锁紧螺母Ⅱ（51）将其紧固在推拉杆（48）上，安装三个铰链（62）于推拉头（49）上并通过铰销ⅩⅣ（61）铰接安装，安装手爪安装座（52）于手爪连接座（47）上，安装三个机械手指节（58）于手爪安装座（52）并通过铰销ⅩⅢ（60）铰接安装，安装三个机械手副指节（57）于手爪安装座（52）并通过铰销Ⅻ（59）铰接安装，连接三个机械手卡爪（56）并通过铰销Ⅹ（54）及铰销Ⅺ（55）分别与机械手副指节（57）及机械手指节（58）铰接安装，聚酯橡胶垫（53）贴于机械手卡爪（56）的工作
面。
5.根据权利要求1所述的新型气动机械手，其特征在于：所述机械手手臂（3）、机械手手爪（5）可实现工件转动角度为0°~360°。
6.根据权利要求3所述的新型气动机械手，其特征在于：所述拉杆连接板（29）、平行拉杆（33）、机械手小臂（34）通过铰销铰接装配形成平行四杆机构。
7.根据权利要求3所述的新型气动机械手，其特征在于：所述机械手连接杆Ⅰ（36）、机械手连接杆Ⅱ（39）在机械手工作时始终保持水平姿态。
8.根据权利要求4所述的新型气动机械手，其特征在于：所述手爪安装座（52）、机械手卡爪（56）、机械手副指节（57）及机械手指节（58）通过铰销铰接装配形成平行四杆机构，用于控制机械手手爪（5）运行姿态。
9.根据权利要求4所述的新型气动机械手，其特征在于：所述机械手卡爪（56）工作面在机械手工作时始终保持竖直姿态。
一种新型气动机械手
技术领域
[0001] 本发明涉及一种新型气动机械手，属于工业机器人技术领域。
背景技术
[0002] 随着科学技术的发展与进步，在各行各业都开始大量的采用流水线高度自动化生产，因此，越来越多的工业机器人被应用在流水线车间参与生产，而机械手在流水线成产上占着绝大比例，例如目前各种搬用机械手、焊接机械手、汽车喷漆机械手等等，由于这些自动化的机械手的大量应用使得企业的生产效率成倍的提高，产品加工质量也得到质的飞越。使得企业的效益迅速增长，使得社会快速的发展，人们的生活水平不断提高。[0003] 现有的大量机械手由于末端执行机构要随着机械臂连杆的运动来控制执行机构的运行姿态，因此就需要除了各关节驱动需伺服电机外还得加执行机构姿态控制电机。控制结构复杂，控制量数量增多就必定会降低精度，降低系统的可靠性。
[0004] 本发明是一种采用伺服驱动结合气动装置驱动的新型机械手，其针对末端执行器的姿态控制采用一种串联平行四杆机构，该机构使得机械手末端执行器姿态始终处于水平工作姿态。此外，气动装置驱动安全可靠、绿环保。克服了传统伺服驱动方式手臂结构复杂，控制精度要求高的缺点。机械手采用四个自由度控制，结构轻巧利于快速响应，提高了执行速率。
发明内容
[0005] 本发明提供了一种新型气动机械手，以用于解决传统伺服机械手控制结构复杂、控制精度要求高、可靠性低的问题。
[0006] 本发明的技术方案是：一种新型气动机械手，包括底座1、机械手手臂3、机械手手爪5三大部件；其中底座1与机械手手臂3通过内六角螺钉Ⅰ2连接在一起，机械手手臂3与机械手手爪5通过连接螺栓4连接为一体。
[0007] 所述底座1包括伺服电机6、驱动齿轮7、底座体8、锁紧螺母Ⅰ9、大齿轮10、轴套11、推力轴承12、定位隔套13、旋转主轴14、角接触轴承15、轴承端盖Ⅰ16；其中伺服电机6通过螺纹连接安装在底座体8上，驱动齿轮7套装于伺服电机6的驱动轴端，推力轴承12装于底座体8上孔腔内，定位隔套13装于推力轴承12上方，角接触轴承15装于定位隔套13上方，旋转主轴14装于推力轴承12与角接触轴承15内孔并定位，轴承端盖Ⅰ16装于角接触轴承15上方并对旋转主轴14进一步固定，安装轴套11于推力轴承12正下方，安装大齿轮10于旋转主轴14下轴端并通过轴套11进行轴向定位，安装锁紧螺母Ⅰ9于旋转主轴14上并对大齿轮10进行轴向锁紧固定。
[0008] 所述机械手手臂3包括旋转座下盖17、铰销Ⅰ18、旋转座上盖19、内六角螺钉Ⅱ20、大臂驱动气缸21、机械手大臂22、铰销Ⅱ23、铰销Ⅲ24、小臂驱动气缸25、平衡拉杆26、铰销Ⅳ27、铰销Ⅴ28、拉杆连接板29、小臂转轴30、轴承端盖Ⅱ31、铰销Ⅵ32、平行拉杆33、机械手小臂34、铰销Ⅶ35、机械手连接杆Ⅰ36、手爪固定环Ⅰ37、手爪固定环Ⅱ38、机械
手连接杆Ⅱ39、铰销Ⅷ40、轴承端盖Ⅲ41、大臂主轴42、铰销Ⅸ43、大臂轴承44、小臂轴承45；其中旋转座下盖17上安装铰销Ⅰ18，安装大臂驱动气缸21于铰销Ⅰ18上，安装一对大臂轴承44台阶定位到大臂主轴42，安装机械手大臂22于大臂主轴42上，大臂主轴42的轴中心与旋转座下盖17槽中心面重合，大臂主轴42左右安装一对轴承端盖Ⅲ41，安装旋转座上盖19于旋转座下盖17上方，通过一组内六角螺钉Ⅱ20连接紧固二者，安装大臂驱动气缸21活塞端部耳环于机械手大臂22中部槽孔并通过铰销Ⅱ23铰接装配，安装小臂驱动气缸25尾部耳环于机械手大臂22中部小槽孔并通过铰销Ⅲ24铰接装配，安装平衡拉杆26于旋转座上盖19并通过铰销Ⅸ43铰接装配，安装一对拉杆连接板29及机械手小臂34于机械手大臂22端部槽中并通过小臂转轴30铰接装配，同时安装一对小臂轴承45及轴承端盖Ⅱ31于小臂转轴30两端台阶轴上并进行定位，安装平衡拉杆26于拉杆连接板29上并通过铰销Ⅴ28铰接装配，安装小臂驱动气缸25活塞端部耳环于机械手小臂34尾部槽中并通过铰销Ⅳ27铰接装配，安装平行拉杆33于拉杆连接板29并与铰销Ⅵ32铰接装配，安装机械手连接杆Ⅰ36在平行拉杆33尾部并通过铰销Ⅶ35铰接装配，手爪固定环Ⅰ37与机械手连接杆Ⅰ36配对安装，安装机械手连接杆Ⅱ39在机械手小臂34端部并通过铰销Ⅷ40铰接装配，手爪固定环Ⅱ38与机械手连接杆Ⅱ39配对安装。
[0009] 所述机械手手爪5包括手爪驱动气缸46、手爪连接座47、推拉杆48、推拉头49、锁紧垫50、锁紧螺母Ⅱ51、手爪安装座52、聚酯橡胶垫53、铰销Ⅹ54、铰销Ⅺ55、机械手卡爪56、机械手副指节57、机械手指节58、铰销Ⅻ59、铰销ⅩⅢ60、铰销ⅩⅣ61、铰链62、安装套筒63、松弛弹簧64、接
头座65、手爪驱动气缸活塞杆66；其中手爪驱动气缸46安装在手爪连接座47上，手爪驱动气缸活塞杆66与推拉杆48通过接头座65连接；安装套筒63位于接头座65外部，松弛弹簧64安装于安装套筒63内并同时与推拉杆48及安装套筒63接触；推拉头49装于推拉杆48下端并通过锁紧垫50及锁紧螺母Ⅱ51将其紧固在推拉杆48上，安装三个铰链62于推拉头49上并通过铰销ⅩⅣ61铰接安装，安装手爪安装座52于手爪连接座47上，安装三个机械手指节58于手爪安装座52并通过铰销ⅩⅢ60铰接安装，安装三个机械手副指节57于手爪安装座52并通过铰销Ⅻ59铰接安装，连接三个机械手卡爪56并通过铰销Ⅹ54及铰销Ⅺ55分别与机械手副指节57及机械手指节58铰接安装，聚酯橡胶垫53贴于机械手卡爪56的工作面。
[0010] 所述机械手手臂3、机械手手爪5可实现工件转动角度为0°~360°。
[0011] 所述拉杆连接板29、平行拉杆33、机械手小臂34通过铰销铰接装配形成平行四杆机构。
[0012] 所述机械手连接杆Ⅰ36、机械手连接杆Ⅱ39在机械手工作时始终保持水平姿态。[0013] 所述手爪安装座52、机械手卡爪56、机械手副指节57及机械手指节58通过铰销铰接装配形成平行四杆机构，用于控制机械手手爪5运行姿态。
[0014] 所述机械手卡爪56工作面在机械手工作时始终保持竖直姿态。
[0015] 本发明的工作原理是：
底座1之伺服电机6驱动通过齿轮传动，驱动机械手手臂3并带动机械手手爪5及工件在360°范围内转动，同时通过大臂驱动气缸21，小臂驱动气缸25，带动机械手大臂22、机械手小臂34绕铰销转动，使末端执行装置可在水平及竖直方向移动。其具体实现过程如下：底座1之伺服电机6接受系统指令，通过驱动齿轮7驱动大齿轮10，带动旋转主轴14
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