一种能实现“门”字形运动轨迹的机械手机构及使用方法与流程

本发明涉及一种能实现“门”字形运动轨迹的机械手机构，属于机械手结构。

背景技术：

目前，工业自动化程度越来越高，这样不仅可以提高工作效率，同时也节省了人资力量。现有自动化流水线上也有不少机械手，但在使用时需要辅助检测装置的配合，往往机械结构复杂，维修成本高，不适合中小型厂家，不利于生产。

技术实现要素：

本发明在于解决了现有技术存在的问题，主要是为了将单一的动力输入转换成“门”字形的间歇运动轨迹，纯机械机构灵活性好，操作简单，大大提高工作效率和机构的实用性，本设备可根据不同的实际工程需求用于小范围的自动传送、进给、移摘、拾放和移除小零件等，灵活性好，具有良好的推广前景。

为了实现上述的技术特征，本发明的目的是这样实现的：一种能实现“门”字形运动轨迹的机械手机构，它包括底座，所述底座的侧壁上对称固定有第一竖直滑轨，所述第一竖直滑轨通过滑动配合安装有水平滑轨底板，每个所述水平滑轨底板上都固定有水平滑轨，所述水平滑轨上通过滑动配合安装有竖直滑轨底板，所述竖直滑轨底板上对称安装有第二竖直滑轨，所述第二竖直滑轨上通过滑动配合有环形齿圈托板，所述环形齿圈托板上固定安装有环形齿圈，所述环形齿圈与用于驱动其移动的齿轮机构相连；所述竖直滑轨底板与用于驱动其升降运动的凸轮机构相配合；所述竖直滑轨底板的底部固定安装有机械手执行端。

所述齿轮机构包括动力输入轴，所述动力输入轴通过轴承支撑在第一法兰座上，所述第一法兰座固定安装在底座的侧壁上，所述动力输入轴上安装有第一齿轮和第二齿轮，所述第二齿轮始终与环形齿圈构成内齿轮啮合传动。

所述凸轮机构包括盘形凸轮，所述盘形凸轮所在主轴上安装有第三齿轮，所述第三齿轮与齿轮机构的第一齿轮啮合传动，所述盘形凸轮的主轴通过轴承支撑在第二法兰座上，所述第二法兰座固定安装在底座上；所述盘形凸轮与盘形凸轮顶杆顶端的第一轴承构成滚动配合，所述盘形凸轮顶杆与竖直滑轨底板固定相连。

所述底座的侧壁上固定有环形导向轨道，所述环形导向轨道上加工有环形槽，所述环形槽与环形滑槽顶杆末端的第二轴承构成滚动配合，所述环形滑槽顶杆的另一端与竖直滑轨底板固定相连；所述环形导向轨道的底部通过固定螺母支撑在固定托块上。

所述环形齿圈采用齿条和半圆形内齿圈拼装而成。

所述盘形凸轮采用对心沟槽滚子凸轮，并限制滚子始终在槽内运动。

所述水平滑轨底板通过第一滑块与第一竖直滑轨构成滑动配合；所述竖直滑轨底板通过第二滑块与水平滑轨构成滑动配合；所述环形齿圈托板通过第三滑块与第二竖直滑轨构成滑动配合。

所述底座固定安装在机架上。

所述齿轮机构的动力输入轴与匀速转动电机相连，并驱动动力输入轴匀速转动。

任意一项所述实现“门”字形运动轨迹的机械手机构的使用方法，他包括以下步骤：

step1：将动力输入轴与电机的输出轴相连，并启动电机，通过电机驱动动力输入轴；

step2：通过动力输入轴驱动第一齿轮和第二齿轮；

step3：通过第一齿轮与第三齿轮啮合传动，通过第三齿轮驱动盘形凸轮，通过盘形凸轮与盘形凸轮顶杆相配合，并驱动竖直滑轨底板实现升降动作，进而带动机械手执行端实现升降动作；

step4：与此同时，通过第二齿轮与环形齿圈构成齿轮内核传动，进而驱动竖直滑轨底板实现左右方向的往复运动，进而带动机械手执行端实现直线往复运动。

本发明的有益效果：

1、通过采用上述结构的机械手机构，其采用纯机械结构，能够将稳定的匀速转动转化为“门”字形的运动轨迹，进而满足实际的工程生产需要。

2、通过上述结构的齿轮机构，工作过程中，通过动力输入轴将同时驱动第一齿轮和第二齿轮，通过第二齿轮将与环形齿圈构成齿轮啮合传动，进而通过环形齿圈带动竖直滑轨底板实现往复的直线运动。

3、第一齿轮的转动将驱动凸轮机构，同时由凸轮机构驱动盘形凸轮顶杆，进而由盘形凸轮顶杆带动与之相连的竖直滑轨底板实现升降运动。

4、通过上述结构的环形导向轨道保证了第二齿轮始终与环形齿圈相啮合传动。

5、一种能实现“门”字形运动轨迹的机械手机构的输入端为一个连续匀速转动的轴，若工作端安装了机械手，机械手夹紧零件，首先从最低点开始上升，上升到最高点后停留一定的时间，然后执行端快速下降，到达最低点，执行相关动作。如此循环往复地完成升-停-降的运动过程。整个机构将回转运动变为上下与左右的往复运动，以实现“门字型”运动轨迹。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是本发明的整体结构图。

图2是盘形凸轮导向机构和环形槽导向机构部分的结构示意图。

图3是滑杆组的结构示意图。

图4是动力输入端的结构示意图。

图中：第一竖直滑轨1、水平滑轨2、环形齿圈托板3、环形齿圈4、水平滑轨底板5、竖直滑轨底板6、第二竖直滑轨7、第二竖直滑轨7、第一滑块8、第三滑块10、环形导向轨道11、第二滑块12、机械手执行端13、固定托块14、动力输入轴15、第二齿轮16、第一轴承17、盘形凸轮顶杆18、盘形凸轮19、第三齿轮20、第一齿轮21、环形滑槽顶杆22、第二轴承23、机架24、固定螺母25、第一法兰座26、第二法兰座27。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式做进一步的说明。

实施例1：

如图1-4所示，一种能实现“门”字形运动轨迹的机械手机构，它包括底座9，所述底座9的侧壁上对称固定有第一竖直滑轨1，所述第一竖直滑轨1通过滑动配合安装有水平滑轨底板5，每个所述水平滑轨底板5上都固定有水平滑轨2，所述水平滑轨2上通过滑动配合安装有竖直滑轨底板6，所述竖直滑轨底板6上对称安装有第二竖直滑轨7，所述第二竖直滑轨7上通过滑动配合有环形齿圈托板3，所述环形齿圈托板3上固定安装有环形齿圈4，所述环形齿圈4与用于驱动其移动的齿轮机构相连；所述竖直滑轨底板6与用于驱动其升降运动的凸轮机构相配合；所述竖直滑轨底板6的底部固定安装有机械手执行端13。通过采用上述结构的机械手机构，其采用纯机械结构，能够将稳定的匀速转动转化为“门”字形的运动轨迹，进而满足实际的工程生产需要。

进一步的，所述齿轮机构包括动力输入轴15，所述动力输入轴15通过轴承支撑在第一法兰座26上，所述第一法兰座26固定安装在底座9的侧壁上，所述动力输入轴15上安装有第一齿轮21和第二齿轮16，所述第二齿轮16始终与环形齿圈4构成内齿轮啮合传动。通过上述结构的齿轮机构，工作过程中，通过动力输入轴15将同时驱动第一齿轮21和第二齿轮16，通过第二齿轮16将与环形齿圈4构成齿轮啮合传动，进而通过环形齿圈4带动竖直滑轨底板6实现往复的直线运动。

进一步的，所述凸轮机构包括盘形凸轮19，所述盘形凸轮19所在主轴上安装有第三齿轮20，所述第三齿轮20与齿轮机构的第一齿轮21啮合传动，所述盘形凸轮19的主轴通过轴承支撑在第二法兰座27上，所述第二法兰座27固定安装在底座9上；所述盘形凸轮19与盘形凸轮顶杆18顶端的第一轴承17构成滚动配合，所述盘形凸轮顶杆18与竖直滑轨底板6固定相连。第一齿轮21的转动将驱动凸轮机构，同时由凸轮机构驱动盘形凸轮顶杆18，进而由盘形凸轮顶杆18带动与之相连的竖直滑轨底板6实现升降运动。

进一步的，所述底座9的侧壁上固定有环形导向轨道11，所述环形导向轨道11上加工有环形槽，所述环形槽与环形滑槽顶杆22末端的第二轴承23构成滚动配合，所述环形滑槽顶杆22的另一端与竖直滑轨底板6固定相连；所述环形导向轨道11的底部通过固定螺母25支撑在固定托块14上。通过上述结构的环形导向轨道11保证了第二齿轮16始终与环形齿圈4相啮合传动。

进一步的，所述环形齿圈4采用齿条和半圆形内齿圈拼装而成。通过多节拼装结构，降低了其制造成本。

进一步的，所述盘形凸轮19采用对心沟槽滚子凸轮，并限制滚子始终在槽内运动。否则执行端可能出现跳动的情况。

进一步的，所述水平滑轨底板5通过第一滑块8与第一竖直滑轨1构成滑动配合；所述竖直滑轨底板6通过第二滑块12与水平滑轨2构成滑动配合；所述环形齿圈托板3通过第三滑块10与第二竖直滑轨7构成滑动配合。通过滑块与滑轨之间的滑动配合，保证了整个机械手工作的稳定性。

进一步的，所述底座9固定安装在机架24上。

进一步的，所述齿轮机构的动力输入轴15与匀速转动电机相连，并驱动动力输入轴15匀速转动。

优选的，所述盘形凸轮19的基圆半径为50mm，凸轮的行程为30mm，升程角/回程角为108°，由机构的运动规律可知，工作端在一个上下运动周期内包括升程、远休、回程三个阶段，为了避免冲击，即速度或加速度突变，运动类型可优先选择3-4-5多项式运动规律或者正弦加速度运动规律。即盘形凸轮19的升程运动类型为3-4-5多项式运动规律。

进一步的，所述第一轴承17和第二轴承23都采用cf轴承，进而有效的减小了其摩擦力。

实施例2：

任意一项所述实现“门”字形运动轨迹的机械手机构的使用方法，他包括以下步骤：

step1：将动力输入轴15与电机的输出轴相连，并启动电机，通过电机驱动动力输入轴15；

step2：通过动力输入轴15驱动第一齿轮21和第二齿轮16；

step3：通过第一齿轮21与第三齿轮20啮合传动，通过第三齿轮20驱动盘形凸轮19，通过盘形凸轮19与盘形凸轮顶杆18相配合，并驱动竖直滑轨底板6实现升降动作，进而带动机械手执行端13实现升降动作；

step4：与此同时，通过第二齿轮16与环形齿圈4构成齿轮内核传动，进而驱动竖直滑轨底板6实现左右方向的往复运动，进而带动机械手执行端13实现直线往复运动。

实施例3：

所述的一种能实现“门”字形运动轨迹的机械手机构的输入端为一个连续匀速转动的轴，若工作端安装了机械手，机械手夹紧零件，首先从最低点开始上升，上升到最高点后停留一定的时间，然后执行端快速下降，到达最低点，执行相关动作。如此循环往复地完成升-停-降的运动过程。整个机构将回转运动变为上下与左右的往复运动，以实现“门字型”运动轨迹。

上述实施例用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明做出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。