一种多功能机械手及工作方法

技术领域

本发明涉及机械手技术领域，具体涉及一种多功能机械手及工作方法。

背景技术

机械手是一种能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。特点是可以通过编程来完成各种预期的作业，构造和性能上兼有人和机械手机器各自的优点，且机械手是最早出现的工业机器人，也是最早出现的现代机器人，它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。

机械手主要由执行机构、驱动机构和控制系统三大部分组成。手部是用来抓持工件(或工具)的部件，根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式，如夹持型、托持型和吸附型等。运动机构，使手部完成各种转动(摆动)、移动或复合运动来实现规定的动作，改变被抓持物件的位置和姿势。运动机构的升降、伸缩、旋转等独立运动方式，称为机械手的自由度。为了抓取空间中任意位置和方位的物体，需有6个自由度。自由度是机械手设计的关键参数。自由度越多，机械手的灵活性越大，通用性越广，其结构也越复杂。一般专用机械手有2～3个自由度。控制系统是通过对机械手每个自由度的电机的控制，来完成特定动作。

目前工厂里面所工作的机械手都以大型抓取式机械手为主，每台售价高达十几万甚至更高，且一般的机械手只有底座、中间轴和顶轴三个自由度来调整角度，主要应用于流水线中的产品调度以及搬运，但对于一些小型加工厂或者小作坊而言，一次投入几十万风险非常大，因此，大部分小型加工厂或者小作坊还是采用人工为主，自动化程度并不高，同时，针对一些在产品移动距离不大亦或者产品体积比较小的情况下，十几万一台的机械手大材小用，完全可以用更小型的自动化设备替代，但目前市面上此类设备并不多，有的也是按工厂产品进行定制的，无法达到批量生产造成价格并不比一些十几万一台的机械手便宜，甚至更加昂贵。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种多功能机械手，其结构简单、工作方便省力，可替代人工进行产品搬运，且安全可靠、适用范围广。

为解决上述问题，本发明采用如下技术方案：

一种多功能机械手，包括可上下位移的固定组件、旋转电机、固定座和抓取组件，所述固定座固定在固定组件上，所述旋转电机固定在固定座的侧端，所述旋转电机输出端连接有联轴器，所述联轴器另一端固定有转轴，所述转轴另一端可转动连接有呈弧形结构的支撑座，所述转轴右侧端部铰接有连杆组件，所述连杆组件右侧端贯穿支撑座右侧端且其端部固定有抓取组件，所述固定座底端固定有顶出气缸，所述固定座上还铰接有托板，所述托板还与顶出气缸相对连接、且托板上端面与支撑座左侧端相互抵触设置，所述固定座前后两侧固定有推动气缸，所述推动气缸右侧端还固定有被转轴贯穿的锁紧块，当推动气缸启动时，推动锁紧块往右侧移动并与支撑座相互抵触设置。

进一步的技术方案为，所述固定组件包括上连接板和下连接板，所述下连接板上固定有连接轴，所述固定座固定在下连接板底端上，所述上连接板和下连接板相互交错设置，所述上连接板与连接轴可转动连接，可以实现上连接板和下连接板之间的角度调节，为第一处自由度调节机构，上连接板可固定在墙面或者其它设备上不动。

进一步的技术方案为，所述连接轴侧端固定有第一齿轮，所述下连接板上固定有齿轮电机，所述齿轮电机输出端固定有第二齿轮，所述第一齿轮和第二齿轮相互咬合连接，上连接板和下连接板通过两个齿轮咬合转动调节，当然也可以是其它调节结构均可。

进一步的技术方案为，所述顶出气缸的输出端垂直方向固定有导杆，所述托板前/后任意一侧或两侧设有弧形槽，所述导杆的一端或两端贯穿托板前/后任意一侧或两侧设有弧形槽，托板支撑住支撑座左侧下端面，主要是起到支撑效果，防止支撑座在转轴右侧端太重折断，且不管支撑座旋转至哪个角度均可支撑。

进一步的技术方案为，所述联轴器位于固定座左侧内，所述固定座右侧内固定有至少一个以上的前端轴承，所述转轴左侧端内嵌在前端轴承内并与其可转动连接，用于稳固转轴，本实施例为两个前端轴承。

进一步的技术方案为，所述连杆组件包括中间连接杆和锁紧杆，所述锁紧杆可伸缩内置在中间连接杆内，所述中间连接杆和锁紧杆的上下两侧端铰接有中间连接块，所述中间连接块左右侧端铰接有活动杆，当锁紧块往右侧移动并与支撑座相互抵触时，转轴带动连杆组件可以使支撑座旋转，同时支撑座旋转后，连杆组件反方向旋转则带动抓取组件自转。

进一步的技术方案为，所述锁紧杆的外圆周面均匀分布有齿槽，所述中间连接杆内壁圆周处设有与齿槽相切合的齿部，可以根据实际情况调节锁紧杆和中间连接杆之间的距离。

进一步的技术方案为，所述抓取组件包括电机座、抓取伸缩电机和抓取爪，所述抓取伸缩电机内置在电机座内，且抓取伸缩电机伸缩端贯穿电机座，所述抓取爪至少设有两根以上，且转动连接在电机座上，用于抓取产品。

进一步的技术方案为，所述电机座上靠近抓取爪侧设有内凹槽，所述内凹槽内放置有与抓取伸缩电机伸缩端固定的伸缩块，所述伸缩块上铰接有连接片，所述连接片的另一端与抓取爪铰接，所述抓取爪靠近电机座侧还与电机座铰接，采用联动结构抓取更方便快捷。

本发明还公开了一种操作便捷的一种多功能机械手工作方法包括以下步骤：1)、首先齿轮电机启动带动第二齿轮旋转，第二齿轮带动第一齿轮转动，因上连接板固定不动，第一齿轮则带动连接轴和下连接板旋转，当旋转至所需角度时即齿轮电机停止输出，实现下连接板连同底端连接的固定座上下角度调节；2)、然后推动气缸启动带动锁紧块往右侧移动并与支撑座相互抵触；3)、然后顶出气缸启动收缩，使其端部连接的导杆往回伸缩，导杆在托板的弧形槽内使得导杆带动托板往下转动并脱离支撑座的左侧端；4)、旋转电机启动通过联轴器带动转轴旋转，转轴带动连杆组件旋转，由于力的作用转轴和连杆组件旋转带动支撑座沿着转轴为中心轴旋转，当支撑座旋转至指定位置时旋转电机停止；5)、旋转电机再次启动，旋转方向与步骤4)相反，连杆组件带动抓取组件自体式旋转，当抓取组件旋转至指定位置时，旋转电机停止工作；6)、抓取伸缩电机启动，使抓取伸缩电机的伸缩端带动伸缩块内外伸缩，伸缩块通过连接片带动抓取爪抓取产品。

本发明的有益效果是：本发明一种多功能机械手，其设有固定组件、支撑座、连杆组件和，固定组件为第一自由度调节，连杆组件和支撑座为第二自由度调节，抓取组件为第三自体旋转自由度调节，可实现多角度调节，结构简单、工作方便省力，可替代人工进行产品搬运，且安全可靠、适用范围广。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要工作的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一种多功能机械手的立体图；

图2为本发明一种多功能机械手的剖视图；

图3为本发明一种多功能机械手的主视图；

图4为本发明一种多功能机械手的后视图；

图5为本发明一种多功能机械手中固定座固定在固定组件上的示意图；

图6为本发明一种多功能机械手中固定组件的示意图；

图7为本发明一种多功能机械手中连杆组件的示意图；

图8为本发明一种多功能机械手中支撑座的示意图；

图9为本发明一种多功能机械手中导杆固定在顶出气缸上的示意图；

图10为本发明一种多功能机械手中抓取组件的示意图。

图1-10中：1-旋转电机、2-固定组件、3-支撑座、4-连杆组件、5-抓取组件、6-推动气缸、7-顶出气缸、8-弧形槽、9-托板、10-锁紧块、11-固定座、12-前端轴承、13-支撑座轴承、14-转轴、15-导杆、16-联轴器、21-第一齿轮、22-第二齿轮、23-上连接板、24-齿轮电机、25-连接轴、26-下连接板、41-活动杆、42-中间连接块、43-齿槽、44-中间连接杆、45-锁紧杆、51-抓取爪、52-电机座、53-连接片、54-伸缩块、55-抓取伸缩电机、56-内凹槽。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的优选实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

参阅图1至图10所示，一种多功能机械手，包括可上下位移的固定组件2、旋转电机1、固定座11和抓取组件5，固定座11固定在固定组件2上，旋转电机1固定在固定座11的侧端，旋转电机1输出端连接有联轴器16，联轴器16另一端固定有转轴14，转轴14另一端可转动连接有呈弧形结构的支撑座3，转轴14右侧端部铰接有连杆组件4，连杆组件4右侧端贯穿支撑座3右侧端且其端部固定有抓取组件5，固定座11底端固定有顶出气缸7，固定座11上还铰接有托板9，托板9还与顶出气缸7相对连接、且托板9上端面与支撑座3左侧端相互抵触设置，固定座11前后两侧固定有推动气缸6，推动气缸6右侧端还固定有被转轴14贯穿的锁紧块10，当推动气缸6启动时，推动锁紧块10往右侧移动并与支撑座3相互抵触设置。

固定组件2包括上连接板23和下连接板26，下连接板26上固定有连接轴25，固定座11固定在下连接板26底端上，上连接板23和下连接板26相互交错设置，上连接板23与连接轴25可转动连接，可以实现上连接板23和下连接板26之间的角度调节，为第一处自由度调节机构，上连接板23可固定在墙面或者其它设备上不动。连接轴25侧端固定有第一齿轮21，下连接板26上固定有齿轮电机24，齿轮电机24输出端固定有第二齿轮22，第一齿轮21和第二齿轮22相互咬合连接，上连接板23和下连接板26通过两个齿轮咬合转动调节，当然也可以是其它调节结构均可。顶出气缸7的输出端垂直方向固定有导杆15，托板9前/后任意一侧或两侧设有弧形槽8，导杆15的一端或两端贯穿托板9前/后任意一侧或两侧设有弧形槽8，托板9支撑住支撑座3左侧下端面，主要是起到支撑效果，防止支撑座3在转轴14右侧端太重折断，且不管支撑座3旋转至哪个角度均可支撑。联轴器16位于固定座11左侧内，固定座11右侧内固定有至少一个以上的前端轴承12，转轴14左侧端内嵌在前端轴承12内并与其可转动连接，用于稳固转轴14，本实施例为两个前端轴承12。连杆组件4包括中间连接杆44和锁紧杆45，锁紧杆45可伸缩内置在中间连接杆44内，中间连接杆44和锁紧杆45的上下两侧端铰接有中间连接块42，所述中间连接块42左右侧端铰接有活动杆41，当锁紧块10往右侧移动并与支撑座3相互抵触时，转轴14带动连杆组件4可以使支撑座3旋转，同时支撑座3旋转后，连杆组件4反方向旋转则带动抓取组件5自转。锁紧杆45的外圆周面均匀分布有齿槽43，中间连接杆44内壁圆周处设有与齿槽43相切合的齿部(未图示)，可以根据实际情况调节锁紧杆45和中间连接杆44之间的距离。抓取组件5包括电机座52、抓取伸缩电机55和抓取爪51，抓取伸缩电机55内置在电机座52内，且抓取伸缩电机55伸缩端贯穿电机座52，抓取爪51至少设有两根以上，且转动连接在电机座52上，用于抓取产品。电机座52上靠近抓取爪51侧设有内凹槽56，内凹槽56内放置有与抓取伸缩电机55伸缩端固定的伸缩块54，伸缩块54上铰接有连接片53，连接片53的另一端与抓取爪51铰接，抓取爪51靠近电机座52侧还与电机座52铰接，采用联动结构抓取更方便快捷。

本发明的一种多功能机械手工作方法包括以下步骤：1)、首先齿轮电机24启动带动第二齿轮22旋转，第二齿轮22带动第一齿轮21转动，因上连接板23固定不动，第一齿轮21则带动连接轴25和下连接板26旋转，当旋转至所需角度时即齿轮电机24停止输出，实现下连接板26连同底端连接的固定座11上下角度调节；2)、然后推动气缸6启动带动锁紧块10往右侧移动并与支撑座3相互抵触；3)、然后顶出气缸7启动收缩，使其端部连接的导杆15往回伸缩，导杆15在托板9的弧形槽8内使得导杆15带动托板9往下转动并脱离支撑座3的左侧端；4)、旋转电机1启动通过联轴器16带动转轴14旋转，转轴14带动连杆组件4旋转，由于力的作用转轴14和连杆组件4旋转带动支撑座3沿着转轴14为中心轴旋转，当支撑座3旋转至指定位置时旋转电机1停止；5)、旋转电机1再次启动，旋转方向与步骤4)相反，连杆组件4带动抓取组件5自体式旋转，当抓取组件5旋转至指定位置时，旋转电机1停止工作；6)、抓取伸缩电机55启动，使抓取伸缩电机55的伸缩端带动伸缩块54内外伸缩，伸缩块54通过连接片53带动抓取爪51抓取产品。

其中，支撑座3的左右侧端内均固定有一对支撑座轴承13，转轴14右侧固定在支撑座3左侧的支撑座轴承13内径上，使转轴14与支撑座轴承13可转动连接，而连杆组件4右侧则固定在支撑座3的右侧的支撑座轴承13内径上，使连杆组件4右侧与支撑座轴承13可转动连接。

本发明所有电机可以为电动机也可以为气动机均可实现相同效果，支撑座3左侧端面与锁紧块10右侧端面均为齿型结构，可有效增加其摩擦力。

上述实施例，只是本发明的一个实例，并不是用来限制本发明的实施与权利范围，凡与本发明权利要求所述内容相同或等同的技术方案，均应包括在本发明保护范围内。