专利名称：联动搬运机械手的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种机械技术领域的机械手装置，具体地说，涉及的是一种联动搬运机械手。
背景技术：
目前，工业自动化生产领域多采用各种专用机器或机械手搬运物料，以提高搬运效率及整体生产率。根据生产线的种类条件和物料的体积重量等的不同，这些设备形态各异。结构形式中比较有代表性的如通用型码垛机器人的多自由度关节结构，或者SCARA形机械手的平面坐标结构等。根据作业的复杂程度，通常用2-5个自由度实现搬运功能。但针对某些较为简单的搬运作业，使用通用型机械手在一定程度上存在功能以及成本的浪费， 另一方面，通用型的功能定义与某些搬运应用也不能很好的匹配。因此多采用专门设计的方法进行专机的量身定做，以满足生产及成本的要求。经对现有技术的文献检索发现，专利号为ZL 200610036863. X，名称为“一种二维平动两自由度平面并联的机器人机构”的中国专利提出一种并联的机器人结构，在静平台与动平台之间使用两个主动支链与两个被动支链，其两端均通过铰接形式分别与静平台或动平台连接。其中，两个主动支链提供转动动力，两个被动支链则提供平行四边形的定向约束，使得动平台在运动过程中始终与静平台保持平行。通过两个主动支链的转动联动实现动平台的上下以及左右二维平动动作。该专利虽然在结构刚度、动态性能、以及运动学解算方面存在一定优点，但通过转动副实现高运动精度对驱动元器件如电机、减速器等提出了一定的要求，在成本等方面存在一定的局限性。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种新的联动搬运机械手，通过两平动副的联合动作，实现机械手的二维平动动作，具有采用较少较廉价的元器件及可以获得相当精度的特点。本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括两个丝杆和丝杆螺母，两个直线导轨和导轨滑块，八个连接杆，末端接口板。其中，两个丝杆和两个直线导轨均平行并固定在同一平面上，两个丝杆螺母分别与两个丝杆保持平动副连接，两个导轨滑块分别与两个直线导轨保持滑动连接。八个连接杆长度相同，且八个连接杆一端均铰接在末端接口板上，八个连接杆另一端分为四组，每组有两个保持平行的连接杆，每组内的两个连接杆的另一端都铰接到丝杆螺母上或者都铰接到导轨滑块上。每组内两个连接杆的两端共四个铰接点形成平行四边形结构。本发明中，由所述的两个丝杆与丝杆螺母形成的平动副联动实现末端接口板的两个自由度方向的运动。具体的说，两个丝杆为主动器件，来自外部的动力带动两个丝杆旋转，进而转变为两个丝杆螺母的平动。如果两个丝杆螺母同速同方向平动，则末端接口板跟随连接杆等整体水平运动。如果两个丝杆螺母同速反方向运动，则末端接口板上下运动。因此，控制两个丝杆的转速和转动方向，通过两自由度联动方式，即可以实现末端接口板的水平及垂直两个自由度方向的运动另一方面，受连接杆处形成的平行四边形约束，末端接口板的运动，始终保持姿态一致不变。如果需要进一步提高机构的刚度，则通过增加连接杆(平行四边形约束)的个数即可轻松实现。本发明中，通常把末端接口板在最低点的状态作为主要工作点之一，此时连接杆和丝杆之间的夹角通常大于45度或接近90度。因此本机构在此最低点工作时，由两个丝杆反向联动形成的末端接口板的上下运动，其上下移动速度大于丝杆螺母的移动速度，在不降低搬运质量的情况下形成增速的效果，可以提高搬运的整体效率。与现有技术相比，本发明除具备并联机器人具有的高机械刚度、良好的动态性能、工作空间大等特性之外，具有采用较少较廉价的元器件及可以获得相当的精度的特点，在产品成本、可维护性、可靠性等方面均存在一定的实用价值。
图I为本发明联动搬运机械手一实施例的整体结构示意图。图2为本发明联动搬运机械手一实施例的平面四边形结构示意图。图3为本发明联动搬运机械手一实施例的运动速度分析示意图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。如图I所示，本实施例所述联动搬运机械手包括两个丝杆21，23和两个丝杆螺母22，24，两个直线导轨11，13和两个导轨滑块12，14，八个连接杆31，32，末端接口板40。如图I和图2所示，其中，两个丝杆21，23和两个直线导轨11，13均平行并固定在同一平面上，两个丝杆螺母22，24与分别与两个丝杆21，23保持平动副连接，两个导轨滑块12，14分别与两个直线导轨11，13保持滑动连接。八个连接杆31，32长度相同，一端均铰接在末端接口板40上，按照另一端的连接方式分为四组，每组有两个连接杆31，32，组内的两个连接杆31，32的另一端或者都铰接到丝杆螺母22或24上，或者都铰接到导轨滑块12或14上。组内两个连接杆31，32保持平行，并且两个连接杆31，32的两端共四个铰接点51，52，53，54形成平行四边形结构。本实施例工作时，两个丝杆21，23为主动器件，来自外部的动力带动两个丝杆21，23旋转，进而转变为两个丝杆螺母22，24的平动。如果两个丝杆螺母22，24同速同方向平动，则末端接口板40跟随连接杆31，32等整体水平运动。如果两个丝杆螺母22，24同速反方向运动，则末端接口板40上下运动。因此，控制两个丝杆21，23的转速和转动方向，通过两自由度联动方式，即可以实现末端接口板40的水平及垂直两个自由度方向的运动。另一方面，受连接杆31，32处形成的平行四边形约束，末端接口板40的运动，始终保持姿态一致不变。如果需要进一步提高机构的刚度，则通过增加连接杆(平行四边形约束)的个数即可轻松实现。
丝杆21，23和丝杆螺母22，24的平动副，可以直接选用工业标准件，如滚珠丝杆或梯形丝杆等，也可以选用类似的其它平动副机构，轴向间隙很小，因此本机构可以无需额外调整轻易的获得闻运动精度。如图3所示，设计上通常把末端接口板40在最低点的状态作为主要工作点之一，此时连接杆31，32和丝杆之间的夹角Θ通常大于45度或接近90度。因此本机构在此最低点工作时，由两个丝杆21，23反向联动形成的末端接口板40的上下运动，其上下移动速度Vz大于丝杆螺母的移动速度Vx，在不降低搬运质量的情况下形成增速的效果，可以提高搬运的整体效率。 由以上描述可以看出，本发明所述的联动搬运机械手，具有高机械刚度，高运动精度，良好的动态性能，较大的作业空间，同时绝大程度采用工业标准件，成本容易控制，可靠性高，便于维护。尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
权利要求
1.一种联动搬运机械手，其特征在于包括两个丝杆和丝杆螺母，两个直线导轨和导轨滑块，八个连接杆，末端接口板；其中所述两个丝杆和所述两个直线导轨均平行并固定在同一平面上，所述两个丝杆螺母分别与所述两个丝杆保持平动副连接，所述两个导轨滑块分别与所述两个直线导轨保持滑动连接；所述八个连接杆长度相同，且该八个连接杆一端均铰接在所述末端接口板上，该八个连接杆另一端分为四组，每组有两个保持平行的连接杆，每组内的所述两个连接杆的另一端都铰接到所述丝杆螺母上或者都铰接到所述导轨滑块上，且每组内两个连接杆的两端共四个铰接点形成平行四边形结构。
2.根据权利要求I所述的联动搬运机械手，其特征是，由所述的两个丝杆与丝杆螺母形成的平动副联动实现末端接口板的两个自由度方向的运动。
3.根据权利要求2所述的联动搬运机械手，其特征是，所述两个丝杆为主动器件，来自外部的动力带动两个丝杆旋转，进而转变为两个丝杆螺母的平动；如果两个丝杆螺母同速同方向平动，则末端接口板跟随连接杆等整体水平运动；如果两个丝杆螺母同速反方向运动，则末端接口板上下运动，控制所述两个丝杆的转速和转动方向，通过两自由度联动方式，实现末端接口板的水平及垂直两个自由度方向的运动。
4.根据权利要求I所述的联动搬运机械手，其特征是，由所述的连接杆形成的平行四边形结构约束末端接口板的运动，始终保持姿态一致不变。
5.根据权利要求I所述的联动搬运机械手，其特征是，所述机械手通过增加连接杆的个数进一步提闻机构的刚度。
6.根据权利要求1-5任一项所述的联动搬运机械手，其特征是，所述的末端接口板在最低点的状态作为主要工作点之一。
全文摘要
本发明公开一种机械技术领域的联动搬运机械手，包括两个丝杆和丝杆螺母，两个直线导轨和导轨滑块，八个连接杆，末端接口板。两个丝杆和两个直线导轨均平行并固定在同一平面上，两个丝杆螺母与分别与两个丝杆保持平动副连接，两个导轨滑块分别与两个直线导轨保持滑动连接。八个连接杆长度相同，一端均铰接在末端接口板上，另一端分为四组，每组有两个保持平行的连接杆，组内的两个连接杆的另一端都铰接到丝杆螺母或都铰接到导轨滑块上。组内两个连接杆的两端共四个铰接点形成平行四边形结构。本发明除具备并联机器人具有的高机械刚度、良好的动态性能、工作空间大等特性之外，具有采用较少较廉价的元器件及可以获得相当的精度的特点。
文档编号B65G47/90GK102616563SQ20121007267
公开日2012年8月1日 申请日期2012年3月19日 优先权日2012年3月19日
发明者张伟军, 袁建军 申请人:上海交通大学