CN116652919A - 一种用于运送钢管的球坐标液压机械手 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于运送钢管的球坐标液压机械手，涉及工业机器人领域。该用于运送钢管的球坐标液压机械手，包括作业台和旋转支座，旋转支座的顶部设置有支撑臂，支撑臂的前端安装有旋转液压缸，旋转液压缸的输出端安装有伸缩液压缸，伸缩液压缸的输出端安装有机械手主体。该用于运送钢管的球坐标液压机械手，驱动电机带动旋转支座水平转动，液压臂进行俯仰角度调整，旋转液压缸实现竖直平面上180度正反旋转，伸缩液压缸带动机械手主体进行前后移动，实现机械手主体多角度，多自由度地精准移动，同时整个机械手主体采用外夹式双支点回转型回转形手指包覆夹持原理，适用不同形态工件的夹取，且可避免对产品的损伤。

Description

一种用于运送钢管的球坐标液压机械手

技术领域

本发明涉及工业机器人技术领域，具体为一种用于运送钢管的球坐标液压机械手。

背景技术

机械手作为抓取和移动工件的自动控制装置，近年来，随着科技的发展，以及互联网技术的普及，机地得到了更进一步的发展，机械手可以进行编程，达到完成在各个不同环境中的搬运工作的目的，具有多个自由度，完成各种预期的工作任务的能力；它可以极大程度上代替人类，在高温，强腐蚀或高压等场所下进行危险工作，保证了工作的安全性和可靠性，使用越来越广泛，尤其是在自动CNC机床和用于组件装配、工件装卸的复杂机床中。

但是目前的工业机械手还是存在许多问题：

①不规则体适配性差，常规生产的产品包容性差，主要原因是机械手手部结构设计不合理，难以适配不规则体；

②定位精度低，实时装配稳定性差，其主要原因是腰座结构设计不合理，强度、刚度不足，传动机构设计不合理；

③维修替换难度大，故障多，维修难，降低工作效率，其主要原因是机械手的设计过于复杂，难以准确定位故障的发生。机械手机构不合理，容易产生故障；

④自由度低，夹取范围和灵活度较小，其主要原因是目前的机械手多采用直角坐标系；

⑤结构较大，运行较笨重，安装所需空间大；

⑥设计制造价格昂贵且不易于操作和维护；

为此特提供一种用于运送钢管的球坐标液压机械手以解决上述问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明公开了一种用于运送钢管的球坐标液压机械手，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种用于运送钢管的球坐标液压机械手，包括作业台和安装在作业台顶部的旋转支座，所述旋转支座的顶部设置有竖向转动的支撑臂，所述支撑臂的前端安装有旋转液压缸，所述旋转液压缸的输出端安装有伸缩液压缸，所述伸缩液压缸的输出端安装有机械手主体。

优选的，所述作业台的顶部安装有驱动电机，所述驱动电机用于驱动旋转支座进行转动。

优选的，所述驱动电机的输出端安装有高速级齿轮，所述旋转支座的底部安装有低速级齿轮，所述高速级齿轮与低速级齿轮相啮合。

优选的，所述高速级齿轮与低速级齿轮均置于作业台的内部，所述低速级齿轮与旋转支座之间固定连接有连接转轴，所述作业台的顶部固定安装有腰座，所述连接转轴转动连接在腰座的内部。

优选的，所述腰座的顶部活动铰接有液压臂，所述支撑臂的中部与旋转支座活动铰接，所述支撑臂的末端与液压臂活动铰接。

优选的，所述旋转液压缸包括缸体，所述缸体的末端与支撑臂的前端之间固定安装有液压缸尾部法兰，所述缸体的内部两侧分别开设有左进油口和右进油口，所述缸体的内部安装有回转轴，所述缸体的内壁固定安装有定片，所述回转轴的外表面安装有动片，所述伸缩液压缸固定安装在回转轴的端部。

优选的，所述伸缩液压缸的输出端安装有旋转座，所述机械手主体固定安装在旋转座的顶部。

优选的，所述机械手主体包括固定在旋转座顶部的金属座，所述金属座的末端固定安装有夹持液压缸，所述金属座的前端两侧均活动铰接有夹持钳，所述夹持钳的末端活动铰接有连接条，所述金属座的内部滑动连接有滑动座，所述夹持液压缸的输出端与滑动座固定连接，所述连接条活动铰接在滑动座的侧面。

本发明公开了一种用于运送钢管的球坐标液压机械手，其具备的有益效果如下：

1、该用于运送钢管的球坐标液压机械手，驱动电机带动旋转支座在作业台上水平转动，液压臂使得支撑臂在旋转支座的顶部进行俯仰角度调整，旋转液压缸实现竖直平面上180度正反旋转，伸缩液压缸带动机械手主体进行前后移动，从而实现机械手主体多角度，多自由度地精准移动，动力驱动装置采用独立液压缸驱动指节，利用液压缸的精准控制可实现指节状态的实时控制，可完成高精度、复杂环境下产品的实时装配。

2、该用于运送钢管的球坐标液压机械手，通过启动夹持液压缸，使其输出轴伸出，从而带动滑动座向外移动，此时两组连接条带动夹持钳的末端向外侧翻转，此时夹持钳的前端完成对工件的夹持，然后再将工件移动至指定位置，夹持液压缸的输出轴收缩，此时夹持钳松开对工件的夹持，整个机械手主体采用外夹式双支点回转型回转形手指包覆夹持原理，适用不同形态工件的夹取，且可避免对产品的损伤，环境适应能力强，通用性、灵活性好，夹取方便，提高工作效率。

3、该用于运送钢管的球坐标液压机械手，整体采用模块化设计，便于维修替换，柔性化、专业化适应当前精益化的生产要求。

附图说明

图1为本发明整体外表面结构示意图；

图2为本发明整体侧面结构示意图；

图3为本发明旋转支座外表面结构示意图；

图4为本发明旋转液压缸外表面结构示意图；

图5为本发明伸缩液压缸外表面结构示意图；

图6为本发明机械手主体外表面结构示意图；

图7为本发明旋转液压缸内部结构剖视图；

图8为本发明旋转液压缸内部水平展示平面图。

图中：1、作业台；2、驱动电机；3、旋转支座；4、支撑臂；5、液压臂；6、旋转液压缸；61、缸体；62、左进油口；63、右进油口；64、回转轴；65、定片；66、动片；7、伸缩液压缸；8、机械手主体；81、夹持液压缸；82、滑动座；83、金属座；84、夹持钳；85、连接条；9、腰座；10、连接转轴；11、低速级齿轮；12、高速级齿轮；13、旋转座；14、液压缸尾部法兰。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-8，本实施例中的一种用于运送钢管的球坐标液压机械手，包括作业台1和安装在作业台1顶部的旋转支座3，旋转支座3的顶部设置有竖向转动的支撑臂4，支撑臂4的前端安装有旋转液压缸6，旋转液压缸6的输出端安装有伸缩液压缸7，伸缩液压缸7的输出端安装有机械手主体8。

作业台1的顶部安装有驱动电机2，驱动电机2用于驱动旋转支座3进行转动。

驱动电机2的输出端安装有高速级齿轮12，旋转支座3的底部安装有低速级齿轮11，高速级齿轮12与低速级齿轮11相啮合。

高速级齿轮12与低速级齿轮11均置于作业台1的内部，低速级齿轮11与旋转支座3之间固定连接有连接转轴10，作业台1的顶部固定安装有腰座9，连接转轴10转动连接在腰座9的内部。

腰座9的顶部活动铰接有液压臂5，支撑臂4的中部与旋转支座3活动铰接，支撑臂4的末端与液压臂5活动铰接。

旋转液压缸6包括缸体61，缸体61的末端与支撑臂4的前端之间固定安装有液压缸尾部法兰14，缸体61的内部两侧分别开设有左进油口62和右进油口63，缸体61的内部安装有回转轴64，缸体61的内壁固定安装有定片65，回转轴64的外表面安装有动片66，伸缩液压缸7固定安装在回转轴64的端部，旋转液压缸6本质是一种回转式油缸，它是一种单叶片式的回转式油缸，动片66和缸体61内壁上的密封圈把油腔分开后形成两个完全相互隔离的部位，当压力油由左进油口62排放出来的时候将会使得动片66沿着逆时针方向旋转，当压力油由右进油口63，使得动片66沿着顺时针方向旋转，从而使得回转轴64可以做到两个方向的旋转，旋转角度在180度以内。

伸缩液压缸7的输出端安装有旋转座13，机械手主体8固定安装在旋转座13的顶部。

机械手主体8包括固定在旋转座13顶部的金属座83，金属座83的末端固定安装有夹持液压缸81，金属座83的前端两侧均活动铰接有夹持钳84，夹持钳84的末端活动铰接有连接条85，金属座83的内部滑动连接有滑动座82，夹持液压缸81的输出端与滑动座82固定连接，连接条85活动铰接在滑动座82的侧面。

工作原理：该球坐标液压机械手的腰座9，即控制机械手4个自由度中的Φ角度。旋转支座3作为该机械手的第一个关节，安装于腰座9上，它承受力机器人所有的重量，在设计机械手腰座9结构时，要注意以下几项设计准则：

（1）为保证机械手在工作中过程中拥有足够大的稳定性，腰座9需要有足够大的安装基面，以防因为基准面过小而产生的误差。

（2）腰座9需要同时承受整个液压机械手的全部重量和载荷,为了保证全球坐标液压机械手在正常工作中的可靠性和承载力要求,液压机械手的旋转支座3与腰部9的连接必须具备足够大的运动强度与刚度连接,以便于保证液压机械手在正常工作中的可靠性。

（3）腰座9关节作为整个传动机械手的第一个机械回转传动关节,它对于整个机械手的回转末端和机械传动链及机械臂的手夹具支持的传动精度控制有着至关重要的技术保证保障作用,因此在腰座9选择时一定要特别注意与回转轴和机械传动链之间的连接位置相对精度、公差值的配合以及传动刚度的精确保障。

（4）腰部的回转运动相应的驱动机构需要保证转动精度，位置与速度要有相应的控制器进行控制，结合位置传感器进行反馈控制。

（5）腰线的结构应该是为了方便于装配、调节，在腰部和机器人手臂的连接关节中,需要一个足够稳定可靠的自动化定位基准面,依靠这个基准面以及精确地保证各个关节之间的相对位置和精度，需要在车上设有一个调整传动腰部和轴承之间传动的空隙，采用相应的机械设计方法妥善处理。

（6）为了有效地减轻加速转向机械手在加速转向过程中的运动惯量,降低加速和转向过程中的误差,提高加速转向机械手的操作和控制精度,一般将涉及到加速转向运动部位采用铝合金材料制造,而不加速转向运动部位则采用铸铁或者是铸钢等对工艺要求较低的材料进行制。

该装置在使用时，通过启动驱动电机2，使得驱动电机2带动高速级齿轮12旋转，高速级齿轮12与低速级齿轮11啮合，从而带动连接转轴10旋转，使得旋转支座3在作业台1上水平转动，同时通过启动液压臂5进行伸缩，使得支撑臂4在旋转支座3的顶部进行俯仰角度调整；

其次该装置在使用过程中，通过控制旋转液压缸6启动，动片66和缸体61内壁上的密封圈把油腔分开后形成两个完全相互隔离的部位，当压力油由左进油口62排放出来的时候将会使得动片66沿着逆时针方向旋转，当压力油由右进油口63，使得动片66沿着顺时针方向旋转，从而使得回转轴64可以做到两个方向的旋转，旋转角度在180度以内，同时伸缩液压缸7启动，可带动机械手主体8进行前后移动，最终使得机械手主体8移动至工件位置；

液压系统的主要参数是压力和流量，作为液压系统的主要设计依据，压力取决于外载荷，流量取决于液压执行元件的速度和结构尺寸的设定。

已知，在此液压机械手中，转动缸与控制小臂仰角φ的双作用直动液压缸的载荷压力为5MPa，控制小臂X伸缩量的双作用直动式液压缸，载荷压力为2MPa，因为液压系统中，各个液压元件是依次工作的，所以液压泵最大输出压力应大于等于5MPa。

然后通过启动夹持液压缸81，使其输出轴伸出，从而带动滑动座82向外移动，此时两组连接条85带动夹持钳84的末端向外侧翻转，此时夹持钳84的前端完成对工件的夹持，然后再将工件移动至指定位置，夹持液压缸81的输出轴收缩，此时夹持钳84松开对工件的夹持。

该发明设计了球坐标形式用于在工业场所对棒料进行点对点的夹取放置，满足设计的技术性能原则、可靠性原则，降低制造成本，缩小尺寸和重量、降低消耗和环境污染、增大工作范围、减小所需空间，减小功率，提高工作效率。

动力驱动装置采用独立液压缸驱动指节，利用液压缸的精准控制可实现指节状态的实时控制，可完成高精度、复杂环境下产品的实时装配。

机械手主体8采用外夹式双支点回转型回转形手指包覆夹持原理，适用不同形态工件的夹取，且可避免对产品的损伤，环境适应能力强，通用性、灵活性好，夹取方便，提高工作效率。

机械装置整体采用模块化设计，便于维修替换，柔性化、专业化适应当前精益化的生产要求。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种用于运送钢管的球坐标液压机械手，包括作业台（1）和安装在作业台（1）顶部的旋转支座（3），其特征在于：

所述旋转支座（3）的顶部设置有竖向转动的支撑臂（4），所述支撑臂（4）的前端安装有旋转液压缸（6），所述旋转液压缸（6）的输出端安装有伸缩液压缸（7），所述伸缩液压缸（7）的输出端安装有机械手主体（8）。

2.据权利要求1所述的一种用于运送钢管的球坐标液压机械手，其特征在于：所述作业台（1）的顶部安装有驱动电机（2），所述驱动电机（2）用于驱动旋转支座（3）进行转动。

3.根据权利要求2所述的一种用于运送钢管的球坐标液压机械手，其特征在于：所述驱动电机（2）的输出端安装有高速级齿轮（12），所述旋转支座（3）的底部安装有低速级齿轮（11），所述高速级齿轮（12）与低速级齿轮（11）相啮合。

4.根据权利要求3所述的一种用于运送钢管的球坐标液压机械手，其特征在于：所述高速级齿轮（12）与低速级齿轮（11）均置于作业台（1）的内部，所述低速级齿轮（11）与旋转支座（3）之间固定连接有连接转轴（10），所述作业台（1）的顶部固定安装有腰座（9），所述连接转轴（10）转动连接在腰座（9）的内部。

5.根据权利要求4所述的一种用于运送钢管的球坐标液压机械手，其特征在于：所述腰座（9）的顶部活动铰接有液压臂（5），所述支撑臂（4）的中部与旋转支座（3）活动铰接，所述支撑臂（4）的末端与液压臂（5）活动铰接。

6.根据权利要求5所述的一种用于运送钢管的球坐标液压机械手，其特征在于：所述旋转液压缸（6）包括缸体（61），所述缸体（61）的末端与支撑臂（4）的前端之间固定安装有液压缸尾部法兰（14），所述缸体（61）的内部两侧分别开设有左进油口（62）和右进油口（63），所述缸体（61）的内部安装有回转轴（64），所述缸体（61）的内壁固定安装有定片（65），所述回转轴（64）的外表面安装有动片（66），所述伸缩液压缸（7）固定安装在回转轴（64）的端部。

7.根据权利要求6所述的一种用于运送钢管的球坐标液压机械手，其特征在于：所述伸缩液压缸（7）的输出端安装有旋转座（13），所述机械手主体（8）固定安装在旋转座（13）的顶部。

8.根据权利要求7所述的一种用于运送钢管的球坐标液压机械手，其特征在于：所述机械手主体（8）包括固定在旋转座（13）顶部的金属座（83），所述金属座（83）的末端固定安装有夹持液压缸（81），所述金属座（83）的前端两侧均活动铰接有夹持钳（84），所述夹持钳（84）的末端活动铰接有连接条（85），所述金属座（83）的内部滑动连接有滑动座（82），所述夹持液压缸（81）的输出端与滑动座（82）固定连接，所述连接条（85）活动铰接在滑动座（82）的侧面。