一种高速搬送机械手.pdf

一种高速搬送机械手，其特征在于：包括机架、搬运座、机械臂、抓取部和控制器，机架上具有沿水平方向设置的横梁；搬运座与横梁水平滑动连接；机械臂与搬运座竖直滑动连接；抓取部包括驱动一第一竖直输出轴的水平旋转马达、水平旋转支架、驱动一第二竖直输出轴的垂直旋转马达、垂直旋转支架和抓手部，水平旋转马达和垂直旋转马达均安装在机械臂的上部，第一竖直输出轴下部输出端固连水平旋转支架，一水平轴经轴承转动支承于水平旋转支架上，第二竖直输出轴下部输出端经一锥齿轮机构传动连接水平轴，且水平轴还固定连接垂直旋转支架，抓手部设于垂直旋转支架上。本方案能够高效、精确的自动取料、自动传送和自动放料，适用于长距离地传送重型物品。

权利要求书一种高速搬送机械手，其特征在于：包括机架、搬运座（1）、机械臂（2）、抓取部和控制器，其中机架上具有沿水平方向设置的横梁（3）；
所述搬运座（1）与横梁（3）水平滑动连接，在搬运座（1）上安装一水平行走马达（4），横梁（3）上设有水平直齿条（5），所述水平行走马达（4）驱动一齿轮与所述水平直齿条（5）啮合相配，以使搬运座（1）可沿横梁（3）水平往复运动；
所述机械臂（2）与搬运座（1）竖直滑动连接，机械臂（2）上设有竖直直齿条（6），在搬运座（1）上安装有一竖直行走马达（7），该竖直行走马达（7）驱动一齿轮与所述竖直直齿条（6）啮合相配，以使机械臂（2）可沿搬运座（1）竖直往复运动；所述竖直行走马达（7）上还设有制动装置；
所述抓取部包括驱动一第一竖直输出轴（8）的水平旋转马达（9）、水平旋转支架（10）、驱动一第二竖直输出轴（11）的垂直旋转马达（12）、垂直旋转支架（13）和抓手部（14），其中水平旋转马达（9）和垂直旋转马达（12）均安装在机械臂（2）的上部，第一竖直输出轴（8）下部输出端固连所述水平旋转支架（10），一水平轴（15）经轴承转动支承于水平旋转支架（10）上，第二竖直输出轴（11）下部输出端经一锥齿轮机构（16）传动连接所述水平轴（15），且水平轴（15）还固定连接所述垂直旋转支架（13），所述抓手部（14）设于垂直旋转支架（13）上； 
所述水平行走马达（4）、竖直行走马达（7）、水平旋转马达（9）、垂直旋转马达（12）和抓手部（14）均与控制器连接。
根据权利要求1所述的高速搬送机械手，其特征在于：所述横梁（3）的上侧和下侧均设有一水平直线导轨（17），所述搬运座（1）上对应设有两滑块，这两滑块嵌入配合两水平直线导轨（17），以使搬运座（1）可沿横梁（3）水平往复运动；所述搬运座（1）上还安装一凸轮轴承（18），该凸轮轴承（18）置入横梁（3）上侧的水平直线导轨（17）中用以承载搬运座（1）并使搬运座（1）与横梁（3）滚动连接。
根据权利要求1所述的高速搬送机械手，其特征在于：所述机械臂（2）上设有竖直直线导轨（24），搬运座（1）上对应设有滑块，滑块嵌入配合竖直直线导轨（24），以使机械臂（2）与搬运座（1）竖直滑动连接。
根据权利要求1所述的高速搬送机械手，其特征在于：所述机械臂（2）和第一竖直输出轴（8）均为空心管，第一竖直输出轴（8）置入机械臂（2）的管腔中；所述水平旋转马达（9）经一齿轮传动机构驱动第一竖直输出轴（8）旋转，该齿轮传动机构包括与水平旋转马达（9）连接的第一齿轮（19）以及与第一齿轮（19）啮合的第二齿轮（20），第二齿轮（20）的周测同轴固定所述第一竖直输出轴（8），第二竖直输出轴（11）置入第一竖直输出轴（8）的管腔中，第二齿轮（20）经轴承转动连接于第二竖直输出轴（11）上。
根据权利要求1所述的高速搬送机械手，其特征在于：所述抓手部（14）包括抓手驱动装置和抓手，所述抓手驱动装置为气缸。
根据权利要求1所述的高速搬送机械手，其特征在于：所述横梁（3）与搬运座（1）之间设有电缆保护链（21），用于收容并保护电缆线。

说明书一种高速搬送机械手
技术领域
本发明属于机械自动化设备技术领域，涉及一种高速搬送机械手，用于快速、精确的抓放、输送重型物品。
背景技术
在工业化、机械化大规模流水线作业中，由于不同工位之间有距离，常常需要搬送物品从一工位行至另一工位以进行加工、组装等，实现此功能的机构设备即是搬送机械手，搬送机械手最基本的作用就是实现流水线中的物品在不同工位之间的传送。在汽车制造领域或其他大型设备制造领域，经常需要传送重型物品（例如汽车发动机曲轴、凸轮轴等），在加工、组装设备时需要将物品精确、高效的从一个工位传送到另一工位。
现有技术中的搬送机械手一般是设置气缸来实现物品的传送，但是气缸的行程有限，只能短距离传送，一旦传送距离加大，气缸的使用成本将大大增加，因此，当需长距离传送时会采用同步带，但是，由于同步带可能打滑、皮带松弛、皮带弹性造成输送误差等原因，使用时就会使皮带上承载的物品偏移预设位置而无法精确传送，随着传送距离的增大，同步带传送物品的距离偏差也会加大。另外，同步带传送还有以下缺点：随着使用时间的增加同步带会有磨损，使用寿命短；传送速度不高，工作效率低；对于重型物品（例如重达几十公斤的汽车发动机曲轴等），由于同步带的承载能力低，就无法进行传送。
随着现代工业机械化水平的提高，高效、精确是技术发展趋势，因此，就需要能够精确传送物品的设备，且在传送功能之外，还需要进行精确的自动抓料和自动放料（或自动安装）。
发明内容
本发明提供一种高速搬送机械手，能够实现高效、精确的自动取料、自动传送和自动放料，特别适用于长距离地传送重型物品。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种高速搬送机械手，包括机架、搬运座、机械臂、抓取部和控制器，其中机架上具有沿水平方向设置的横梁；
所述搬运座与横梁水平滑动连接，在搬运座上安装一水平行走马达，横梁上设有水平直齿条，所述水平行走马达驱动一齿轮与所述水平直齿条啮合相配，以使搬运座可沿横梁水平往复运动；
所述机械臂与搬运座竖直滑动连接，机械臂上设有竖直直齿条，在搬运座上安装有一竖直行走马达，该竖直行走马达驱动一齿轮与所述竖直直齿条啮合相配，以使机械臂可沿搬运座竖直往复运动；所述竖直行走马达上还设有制动装置；
所述抓取部包括驱动一第一竖直输出轴的水平旋转马达、水平旋转支架、驱动一第二竖直输出轴的垂直旋转马达、垂直旋转支架和抓手部，其中水平旋转马达和垂直旋转马达均安装在机械臂的上部，第一竖直输出轴下部输出端固连所述水平旋转支架，一水平轴经轴承转动支承于水平旋转支架上，第二竖直输出轴下部输出端经一锥齿轮机构传动连接所述水平轴，且水平轴还固定连接所述垂直旋转支架，所述抓手部设于垂直旋转支架上； 
所述水平行走马达、竖直行走马达、水平旋转马达、垂直旋转马达和抓手部均与控制器连接。
上述技术方案中的有关内容解释如下：
1、上述方案中，所述水平旋转指旋转平面为水平面，所述竖直旋转指旋转平面为竖平面；所述竖直输出轴指沿竖直方向伸出的输出轴。
2、上述方案中，所述横梁的上侧和下侧均设有一水平直线导轨，所述搬运座上对应设有两滑块，这两滑块嵌入配合两水平直线导轨，以使搬运座可沿横梁水平往复运动；所述搬运座上还安装一凸轮轴承，该凸轮轴承置入横梁上侧的水平直线导轨中用以承载搬运座并使搬运座与横梁滚动连接。
3、上述方案中，所述机械臂上设有竖直直线导轨，搬运座上对应设有滑块，滑块嵌入配合竖直直线导轨，以使机械臂与搬运座竖直滑动连接。
4、上述方案中，所述机械臂和第一竖直输出轴均为空心管，第一竖直输出轴置入机械臂的管腔中；所述水平旋转马达经一齿轮传动机构驱动第一竖直输出轴旋转，该齿轮传动机构包括与水平旋转马达连接的第一齿轮以及与第一齿轮啮合的第二齿轮，第二齿轮的周测同轴固定所述第一竖直输出轴，第二竖直输出轴置入第一竖直输出轴的管腔中，第二齿轮经轴承转动连接于第二竖直输出轴上。
5、上述方案中，所述抓手部包括抓手驱动装置和抓手，抓手驱动装置为气缸。
6、上述方案中，所述横梁与搬运座之间设有电缆保护链，用于收容并保护电缆线。
本发明工作原理是：当水平行走马达启动，带动搬运座可沿横梁水平往复运动；
当竖直行走马达启动，带动机械臂可沿搬运座竖直往复移动，当启动竖直行走马达的制动装置，机械臂相对于搬运座停止运动，避免因重力突然坠落；
当垂直旋转马达启动，驱动第二竖直输出轴旋转，第二竖直输出轴下部输出端经一锥齿轮机构传动连接水平轴，可驱动水平轴旋转，并带动固定连接在水平轴上的垂直旋转支架以及抓手在竖平面旋转；当水平旋转马达启动，驱动第一竖直输出轴旋转，带动水平旋转支架旋转，水平旋转支架，水平轴转动支承于水平旋转支架上，使水平轴相对于水平旋转支架只能沿水平线旋转，因此水平旋转支架带动水平轴、水平轴上的垂直旋转支架以及垂直旋转支架上的抓手在水平面旋转；
抓手部可抓住物料或放下物料；
以上多种机构的配合，实现机械手的自动抓料、自动传送和自动放料。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：
1、由于本发明采用齿轮齿条传动机构进行物料传送，相比于同步带传送机构，精度高，且承载能力强；而相比于气缸驱动传送机构，可以大大增加传送距离。
2、由于本发明的抓手既可沿水平面旋转，又可沿竖平面旋转，因此机械手可实现精确取料、精确放料，且在放料时可以精确对位，具有自动安装功能。
3、由于本发明搬运座上安装一凸轮轴承，该凸轮轴承置入横梁上侧的水平直线导轨中用以承载搬运座并使搬运座与横梁滚动连接，可在搬运座沿横梁移动时减小摩擦，延长使用寿命。
4、本发明机械臂和第一竖直输出轴均为空心管，第一竖直输出轴置入机械臂的管腔中，第二竖直输出轴置入第一竖直输出轴的管腔中，结构巧妙，外形美观，占用空间小。
附图说明
图1为本发明高速搬送机械手实施例的立体示意图；
图2为图1中的搬运座部分的原理示意图；
图3为图1中的机械臂部分的原理示意图；
图4为图1中的抓取部部分的剖面示意图。
以上附图中：1. 搬运座；2. 机械臂；3. 横梁；4. 水平行走马达；5. 水平直齿条；6. 竖直直齿条；7. 竖直行走马达；8. 第一竖直输出轴；9. 水平旋转马达；10. 水平旋转支架；11. 第二竖直输出轴；12. 垂直旋转马达；13. 垂直旋转支架；14. 抓手部；15. 水平轴；16. 锥齿轮机构；17. 水平直线导轨；18. 凸轮轴承；19. 第一齿轮；20. 第二齿轮；21. 电缆保护链；22.齿轮；23.联轴器；24. 竖直直线导轨；25.滑块；26.轴承；27.减速机。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
实施例：参见附图1～4所示，一种高速搬送机械手，包括机架、搬运座1、机械臂2、抓取部和控制器，其中机架上具有沿水平方向设置的横梁3。
所述搬运座1与横梁3水平滑动连接，在搬运座1上安装一水平行走马达4，横梁3上设有水平直齿条5，所述水平行走马达4驱动一齿轮与所述水平直齿条5啮合相配，以使搬运座1可沿横梁3水平往复运动。具体的，横梁3的上侧和下侧均设有一水平直线导轨17，所述搬运座1上对应设有两滑块25，这两滑块25嵌入配合两水平直线导轨17，以使搬运座1可沿横梁3水平往复运动；所述搬运座1上还安装一凸轮轴承18，该凸轮轴承18置入横梁3上侧的水平直线导轨17中用以承载搬运座1并使搬运座1与横梁3滚动连接。
所述机械臂2与搬运座1竖直滑动连接，机械臂2上设有竖直直齿条6，在搬运座1上安装有一竖直行走马达7，该竖直行走马达7驱动一齿轮与所述竖直直齿条6啮合相配，以使机械臂2可沿搬运座1竖直往复运动；所述竖直行走马达7上还设有制动装置。具体的，机械臂2上设有竖直直线导轨24，搬运座1上对应设有滑块25，滑块25嵌入配合竖直直线导轨24，以使机械臂2与搬运座1竖直滑动连接。
所述抓取部包括驱动一第一竖直输出轴8的水平旋转马达9、水平旋转支架10、驱动一第二竖直输出轴11的垂直旋转马达12、垂直旋转支架13和抓手部14，其中水平旋转马达9和垂直旋转马达12均安装在机械臂2的上部，第一竖直输出轴8下部输出端固连所述水平旋转支架10，一水平轴15经轴承26转动支承于水平旋转支架10上，第二竖直输出轴11下部输出端经一锥齿轮机构16传动连接所述水平轴15，且水平轴15还固定连接所述垂直旋转支架13，所述抓手部14设于垂直旋转支架13上。具体的，机械臂2和第一竖直输出轴8均为空心管，第一竖直输出轴8置入机械臂2的管腔中；所述水平旋转马达9经一齿轮传动机构驱动第一竖直输出轴8旋转，该齿轮传动机构包括与水平旋转马达9连接的第一齿轮19以及与第一齿轮19啮合的第二齿轮20，第二齿轮20的周测同轴固定所述第一竖直输出轴8，第二竖直输出轴11置入第一竖直输出轴8的管腔中，第二齿轮20经轴承26转动连接于第二竖直输出轴11上。
抓手部14包括抓手驱动装置和抓手，所述抓手驱动装置为气缸。
横梁3与搬运座1之间设有电缆保护链21，用于收容并保护电缆线。
所述水平行走马达4、竖直行走马达7、水平旋转马达9、垂直旋转马达12和抓手驱动装置均与控制器连接，实现机械手的自动化控制。控制器使用带记忆功能的装置（可变连续控制器以及固定连续控制器），基于带记忆功能的控制器的情报能使机械手自动实现伸缩、屈伸、上下移动、左右移动或者旋转以及进行上述复数动作，可以用于产业用机器人、搬出入装置等，具有高效、精确的特点。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。