机械手组件及机械手

技术领域

本发明涉及机械手技术领域，特别涉及一种机械手组件及机械手。

背景技术

金属板材是现代工业重要的产品之一，金属板材的加工工艺包括金属表面处理，例如抛光、拉丝等。随着技术的进步，金属表面处理工序已逐步采用机械手来替代人工。然而，市面上的机械手普遍存在控制精度不够高的问题，从而导致金属表面处理不能满足工艺要求。虽然相关技术通过高精度的传感器或利用精密机械结构来提高机械手的控制精度，但会增加机械手的成本，从而增加产品的生产成本，而且机械手的结构复杂，会增加机械手的重量、体积，不利于维护。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种机械手组件及机械手，结构简单，能够实现自适应调节，从而满足金属表面处理的工艺要求。

第一方面，根据本发明实施例的机械手组件，包括基座，设置有第一连接耳，所述第一连接耳上安装有第一转轴，所述第一转轴的轴向方向为x轴方向；

钣金座，设置有第二连接耳，所述钣金座转动安装在所述第一转轴上，且所述钣金座和所述基座之间连接有平衡弹簧，所述钣金座和所述基座的排布方向为z轴方向；

摆臂，具有相对的第一端和第二端，所述摆臂的第一端转动安装在所述第二连接耳上，所述摆臂的第二端连接有第二转轴，所述第二转轴上安装有执行件，所述摆臂所在平面为第一平面，所述第一平面平行于所述x轴方向和所述z轴方向，其中，所述摆臂能够在所述第一平面内在预设角度范围内转动，且所述摆臂和所述钣金座之间连接有压力保持件；

电机，安装于所述第二连接耳，且与所述第二转轴传动连接，所述电机和所述钣金座之间达到重心平衡，以使所述钣金座在非工作状态下处于平衡位置。

根据本发明的一些实施例，所述基座包括钣金连接件，所述钣金连接件上设置有第一连接孔，所述第一连接耳设置在所述钣金连接件上。

根据本发明的一些实施例，所述第一连接耳包括第一折弯部和第二折弯部，所述第一折弯部和所述第二折弯部沿所述x轴方向排布。

根据本发明的一些实施例，所述第一折弯部和所述第二折弯部通过钣金折弯工艺加工得到。

根据本发明的一些实施例，所述钣金座包括主体部以及与所述主体部连接的第三折弯部和第四折弯部，所述第三折弯部和所述第四折弯部沿所述x轴方向排布，且分别与所述第一转轴转动连接。

根据本发明的一些实施例，所述第二连接耳设置在所述主体部的单侧。

根据本发明的一些实施例，所述第二连接耳通过钣金折弯工艺加工得到。

根据本发明的一些实施例，所述摆臂上设置有限位孔，所述限位孔用于限制所述摆臂的转动角度。

根据本发明的一些实施例，所述摆臂上设置有调节孔，所述调节孔用于改变所述压力保持件的连接位置。

根据本发明第二方面实施例的一种机械手，包括上述的机械手组件。

根据本发明实施例的机械手组件及机械手，至少具有如下有益效果：

钣金座能够相对基座转动，并通过钣金座和基座之间平衡弹簧来实现平衡调节，可以根据不同的金属表面结构来实现自适应调节，而且摆臂可以通过压力保持件来确保执行件与金属表面之间的压力，结构简单，控制精度高，可以满足金属表面处理的工艺要求。而且本发明实施例采用钣金座来安装电机，结构简单，且电机与钣金座之间达到重心平衡，可以保持钣金座在非工作状态下的平衡。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明实施例的机械手组件在第一视角下的结构示意图；

图2为本发明实施例的机械手组件在第二视角下的结构示意图；

图3为本发明实施例的械手组件的爆炸结构示意图；

图4为本发明实施例的机械手组件的基座的结构示意图；

图5为本发明实施例的机械手组件的钣金座的结构示意图；

图6为本发明实施例的机械手组件在第三视角下的结构示意图；

图7为本发明实施例的机械手组件的摆臂的结构示意图。

附图标记：

基座100、第一连接耳110、第一折弯部111、第二折弯部112、第一转轴120、连接块140、钣金连接件150、第一转轴安装孔113、第二转轴安装孔114、钣金座200、第二连接耳210、第一通孔211、第二通孔212、平衡弹簧220、主体部230、第三折弯部240、第四折弯部250、第三转轴安装孔241、第四转轴安装孔251、摆臂300、第二转轴310、执行件320、压力保持件330、限位孔301、调节孔302、连接杆303、电机400、皮带401

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如x轴方向、z轴方向、y轴方向等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，“若干”的含义是一个或者多个，“多个”的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，“以上”、“以下”、“以内”等理解为包括本数。如果有描述到“第一”、“第二”等只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本发明的描述中，除非另有明确的限定，“设置”、“安装”、“连接”等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

为了提高生产效率以及生产安全，相关技术逐步采用机械人替代人工来进行金属表面处理。然而，市面上常规机械人的控制精度有限，可以满足平直类型的金属板材的加工要求，但对于特殊结构的板材，例如具有弧面结构（曲面结构）的板材（如汽车零部件、冰箱零部件等），由于常规机械人的控制精度有限，即使对机械人的运动轨迹进行优化，也难以确保机器人末端的执行件能够贴合金属板材表面并沿金属板材表面运动。针对这一技术问题，相关技术有的利用高精度传感器来实现高精度的反馈调节，有的利用精密机械结构来提高控制精度，但不管是哪种解决方案，都会导致机械人的成本提高，从而增加产品的生产成本，而且由于机械人自身不可消除的控制误差，对于结构复杂的金属板材的加工效果也不够理想。另外，机械手的结构复杂，会增加机械手的重量、体积，不利于维护。

针对上述的技术问题，本实施例公开了一种机械手，包括机械手组件。请参照图1、图2和图3，机械手组件包括基座100、钣金座200、摆臂300和电机400，基座100设置有第一连接耳110，第一连接耳110上安装有第一转轴120，第一转轴120的轴向方向为x轴方向；钣金座200设置有第二连接耳210，钣金座200转动安装在第一转轴120上，且钣金座200和基座100之间连接有平衡弹簧220，钣金座200和基座100的排布方向为z轴方向；摆臂300具有相对的第一端和第二端，摆臂300的第一端转动安装在第二连接耳210上，摆臂300的第二端连接有第二转轴310，第二转轴310上安装有执行件320，摆臂300所在平面为第一平面，第一平面平行于x轴方向和z轴方向，其中，摆臂300能够在第一平面内在预设角度范围内转动，且摆臂300和钣金座200之间连接有压力保持件330；电机400安装于第二连接耳210，且与第二转轴310传动连接（例如通过皮带401传动连接），电机400和钣金座200之间达到重心平衡，以使钣金座200在非工作状态下处于平衡位置。

请继续参照图1至图3，图中示出的x轴方向、y轴方向和z轴方向构成了空间坐标轴的示例，应当理解的是，图中的空间坐标轴示例仅是为了便于对本实施例的机械手组件中的各个零部件之间的相对位置进行说明而构建的虚拟的空间坐标系。实际应用时，在不脱离本发明构思的情况下，可以对各个零部件之间的相对位置关系、尺寸等参数进行灵活调整。

在本实施例中，基座100可以视作基础零部件，用于与机械手的其他部位（例如单自由度或多自由度的机械手主体）进行连接。钣金座200能够相对基座100转动，并通过钣金座200和基座100之间平衡弹簧220来实现平衡调节，可以根据不同的金属表面结构来实现自适应调节，而且摆臂300可以通过压力保持件330来确保执行件320与金属表面之间的压力。具体而言，假设待加工的金属板材（以下简称“目标工件”）是表面具有多段弧面结构的板材。根据不同金属表面处理工艺的需求，第二转轴310上可以安装不同的执行件320，例如抛光轮或拉丝轮等。在进行加工时，电机400驱动通过第二转轴310驱动执行件320旋转，在机械手主体的驱动下，机械手组件被移动到目标位置，使执行件320与目标工件的表面接触，并沿目标工件表面运动，以使执行件320在旋转过程中对目标工件进行抛光或拉丝等金属表面处理。由于摆臂300与钣金座200之间连接有压力保持件330，压力保持件330可以通过摆臂300向执行件320施加朝向目标工件的压力，从而使执行件320与目标工件之间保持良好接触。其中，压力保持件330可以采用拉簧或扭簧等弹性件。示例性的，本实施例的压力保持件330采用拉簧，摆臂300上设置有连接杆303，压力保持件330的第一端与连接杆303连接，压力保持件330的第二端与钣金座200连接，如此，可以在摆臂300上施加朝向钣金座200下方运动的拉力，从而使执行件320向目标工件方向下压，进而使执行件320与目标工件之间保持良好接触。而且，与常规方式的“硬接触”相比，本实施例采用“软接触”的方式可以更好地适应金属的表面结构，减少执行件320与目标工件之间的“硬接触”从而降低执行件320的非必要磨损，进而提高执行件320的使用寿命和产品加工精度。其中，本实施例的“软接触”是指执行件320与目标工件接触时，通过诸如拉簧或扭簧等弹性件来施加保持压力，且使执行件320与目标工件接触过程中具有弹性缓冲空间，即当执行件320移动到目标工件表面弧面结构位置，执行件320可以通过摆臂300的转动来适应目标工件表面的起伏，且压力保持件330可以保持执行320与目标工件之间的良好接触，而“硬接触”是指执行件320与目标工件接触时，通过杆或板等刚性连接结构来施加保持压力，执行件320只能通过机械手的运动轨迹来适应目标工件表面的起伏。

从上述结构可知，针对目标工件表面沿x轴方向排布的弧面结构，通过摆臂300的转动可以实现执行件320运动轨迹自适应调节，而无需人为规划或优化运动轨迹。此外，针对目标工件表面在y轴方向排布的弧面结构，可以通过钣金座200的摆动来实现执行件320运动轨迹的自适应调节。具体来说，钣金座200与基座100之间通过第一转轴120连接，而钣金座200能够绕第一转轴120在预设角度范围内转动，平衡弹簧220可以在钣金座200和基座100之间施加拉力或推力，使钣金座200复位。例如，本实施例的平衡弹簧220采用拉簧，平衡弹簧220对称设置在第一转轴120相对两侧（沿y轴方向），当钣金座200相对基座100绕第一转轴120转动时，其中一侧的平衡弹簧220对钣金座200施加拉力，使钣金座200具有复位至平衡位置的趋势。其中，本实施例的“平衡位置”是指在非工作状态（无外力作用）时，钣金座200没有向任意一侧歪斜。在另一些实施例中，平衡弹簧220可以采用顶推弹簧，从而在钣金座200和基座100之间施加顶推力。如此，当执行件320在运动过程中遇到目标工件表面沿y轴方向排布的弧面结构时，通过钣金座200的摆动可以使执行件320的运功轨迹根据目标工件的表面结构进行自适应调节，且在压力保持件330的作用下，执行件320与目标工件之间保持良好接触。本实施例无需采用高精度传感器或精密结构，可以在不同方向维度上适应目标工件表面的起伏，结构简单，控制精度高，可以满足金属表面处理的工艺要求。

除此之外，与相关技术的机械手相比，本实施例的利用钣金座200对机械手组件的结构进行简化。具体而言，相关技术的机械手由于具有较多传感器或精密结构，机械手的骨架较为复杂，而本实施例利用钣金座200来装配电机400，钣金座200的结构简单，便于加工，且用料较少，质量较轻。而且基于目前市面上的电机400装配结构的特点而设计第二连接耳210来安装电机400，而为了使钣金座200在非工作状态下维持平衡状态，本实施例利用电机400作为重心调配模块，对钣金座200进行重心调配，通过电机400与钣金座200之间达到重心平衡，保持钣金座200在非工作状态下的平衡。如此，即使钣金座200的结构简单，在安装电机400后也可以达到重心平衡状态，避免钣金座200向一侧歪斜，从而使执行件320的轴线相对目标工件的平面平行。

清参照图4，在一些实施例中，基座100包括钣金连接件150，钣金连接件150上设置有第一连接孔，第一连接耳110设置在钣金连接件150上。其中，第一连接孔用于连接诸如法兰盘等连接块140，连接块140上设置有单个或多个第二连接孔，第二连接孔内可以安装诸如螺钉或螺栓等螺纹紧固件，从而通过螺纹禁锢件与机械手主体进行连接。值得注意的是，本实施例的目标工件是金属板材，即本实施例的机械手组件的目标用户群体是金属板材的生产商或加工商，该用户群体通常具备金属板材加工能力，例如钣金件加工能力，而本实施例的钣金连接件150通过钣金加工工艺制备得到，因此，与相关技术的机械手相比，本实施例的钣金连接件150无需通过专门的机械手生产商来进行生产，而可以根据用户群体自有的金属板材加工能力来进行制备，加工方便，有利于降低加工成本。同理，本实施例的钣金座200也可以通过钣金加工工艺进行制备，便于加工，有利于降低加工成本。

请继续参照图4，在一些实施例中，第一连接耳110包括第一折弯部111和第二折弯部112，第一折弯部111和第二折弯部112沿x轴方向排布。具体的，第一折弯部111和第二折弯部112通过钣金折弯加工得到，加工方式简单。第一折弯部111和第二折弯部112沿x轴方向排布，便于安装第一转轴120。应当理解的是，第一折弯部111上开设有第一转轴安装孔113，第二折弯部112上开设有第二转轴安装孔114，以便于安装第一转轴120。

请参照图5，在一些实施例中，钣金座200包括主体部230以及与主体部230连接的第三折弯部240和第四折弯部250，第三折弯部240和第四折弯部250沿x轴方向排布，且分别与第一转轴120转动连接。与第一折弯部111和第二折弯部112类似，第三折弯部240和第四折弯部250可以通过钣金折弯加工得到，加工方式简单，第三折弯部240上开设有第三转轴安装孔241，第四折弯部250上开设有第四转轴安装孔251，以便于与第一转轴120连接。

市面上的电机400通常只在输出轴的一侧设置有安装孔，基于电机400装配结构的特点，第二连接耳210设置在主体部230的单侧，电机400与第二连接耳210连接。由于钣金座200只有单侧设置有第二连接耳210，钣金座200的重心（质量中心）向第二连接耳210偏移，如图6中示出的A点，会导致钣金座200在与第一转轴120连接后向单侧歪斜。而本实施例利用电机400对钣金座200进行重心调配，在电机400安装于第二连接耳210后，机械手组件的重心位于电机400所在空间内，如图6中示出的B点，从而使钣金座200在非工作状态下处于平衡位置。

在一些实施例中，第二连接耳210通过钣金折弯工艺加工得到。应当想到的是，第二连接耳210上设置有允许电机400输出轴穿设的第一通孔211，以及允许诸如螺钉或螺旋等螺纹紧固件穿设的第二通孔212，其中螺纹紧固件用于将电机400锁紧于第二连接耳210上。

请参照图3和7，在一些实施例中，摆臂300上设置有限位孔301，限位孔301用于限制摆臂300的转动角度。具体的，限位孔301为弧形通孔，第二连接耳210上且于限位孔301相适配的位置安装有限位柱，限位柱位于限位孔301内，如此，通过限位柱和限位孔301的配合，可以对摆臂300的转动角度进行限制，使摆臂300能够在预设角度范围内转动，从而使执行件320与目标工件之间保持在良好的接触距离范围内，既可以使执行件320与目标工件保持接触，还可以避免执行件320与目标工件之间的接触压力过大，而导致执行件320和目标工件过度磨损。其中，限位柱可以采用螺钉或螺栓等螺纹紧固件，如此，限位柱既可以用于对电机400进行锁紧，还可以对摆臂300起到限位作用。

请继续参照图3和7，在一些实施例中，摆臂300上设置有调节孔302，调节孔302用于改变压力保持件330的连接位置。示例性的，摆臂300上设置有多个调节孔302，至少一个调节孔302内插设有连接杆303，压力保持件330（以拉簧为示例)的第一端与连接杆303连接，压力保持件330的第二端与钣金座200连接，如此，当需要调整执行件320的压力时，可以将连接杆303从一个调节孔302迁移到另一个调节孔302，改变压力保持件330的拉伸长度，从而调节施加在摆臂300上的拉力，进而调整执行件320的压力。应当想到的是，调节孔302可以是条形孔或弧形孔，连接杆303采用螺旋和螺母的组合来穿设于调节孔302并固定在摆臂300上，当需要调整执行件320的压力时，可以调整连接杆303在调节孔302内的位置来实现。

上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。