[实用新型]一种电气组合驱动的直角坐标系机械手

说明书

技术领域

本实用新型涉及自动化领域中的机械手装置，尤其是涉及伺服、气动组合驱动的直角坐标系机械手。

技术背景

机械手是一种能够代替人类完一些成单调乏味、复杂高强度作业的自动化装备。该自动化装备中非常重要的组成部分就是机械手执行机构。目前，市场上常见的机械手执行机构有横走式直角坐标系机械手、旋转式圆柱坐标系机械手以及多关节串联式机械手。其中，横走式直角坐标系的机械手结构因其运动范围大、空间坐标直观易懂而得到了广泛应用；但是，其驱动方式形式多样，结构也各有不同。

例如，在中国实用新型专利CN201769345U的文献中，公开了一种三轴伺服机械手。该机械手由基座、横走臂(Y轴)、垂直于该横走臂设置的引拔臂(X轴)、以及垂直于该引拔臂和横走臂设置的操作臂(Z轴)组成，三个坐标轴方向的运动全部由伺服电机驱动，且各轴机构相互独立。该机械手可实现工件在其运动范围内任意位置的搬运。

又例如，在中国实用新型专利CN104084946A的文献中，公开了一种横走式单边型机械手。该机械手也是由基座和X、Y、Z等3个坐标轴构成，三个直角坐标轴方向的运动全部由气缸驱动，实现产品在特定位置上的搬运。

总之，横走式直角坐标系机械手在工件的上下料、搬运等自动化作业中得到了越来越广泛的应用。但是在现有的结构设计中存在以下问题：

1.性价比不高。三轴全部伺服驱动，虽然定位精度高，能多点定位，但是产品的整体价格昂贵。三轴全部气动驱动，虽然价格便宜，但是无法实现任意点位置的定位，使用场所受到限制。

2.横走式机械手的单边悬空设计带来了机架笨重、高速时不稳以及与对象设备衔接受限的缺点。

3.现有设计中的X轴动力设备及其安装基座、附属线缆与Y轴移动基板有相对运动关系，使得X轴在运动过程中负载增加、线缆的弯曲疲劳增加，整体机构显得复杂、笨重，也不利于加工精度的有效控制。

实用新型内容

本实用新型的目的在于，综合上述中的不足，提供一种结构紧凑、性价比高的横走式直角坐标系结构的机械手，可实现在两个高度平面上有效范围内任意位置的工件搬运。

为实现上述目标，本实用新型采用的技术方案是：一种伺服、气动驱动组合型的直角坐标系机械手，包括机架、安装在机架上的Y轴横走机构、安装在Y轴移动基板上的X轴悬臂机构和安装在X轴移动基板上的Z轴伸缩臂机构。Z轴伸缩臂机构的末端安装有终端治具的安装板。

作为本实用新型的一个改进，上述Y轴横走机构以伺服电机作为动力、X轴悬臂机构以伺服电机为动力、Z轴伸缩臂以气缸为动力，即可以实现在水平面有效行程内的任意点位置定位，又节约了一个伺服驱动系统的成本，具有一定的性价比。

作为本实用新型的一个创新，上述的机架包括控制柜体部分、安装在控制柜体上的工作台面部分、和安装在工作台面上的Y轴支架部分。上述3个部分均采用标准铝型材组装而成，具有质量轻、强度高、搭接方便、结构形式多样和易于嵌入电气成分的优点。更容易与其它机电设备并排布置而形成自动化作业流水线

作为本实用新型的一个创新，上述的Y轴横走机构包括：与上述的机架固定连接的Y轴导轨台面，以及在Y轴导轨台面移动的Y轴基板。Y轴基板上装有一多功能支撑板，Y轴电机、X轴电机和驱动Y轴移动基板运动的齿轮传动机构和X轴导轨台面全部被安装在上述多功能支撑板上。其中，齿条被安装在上述的Y轴导轨台面上，一级齿轮传动机构中的大齿轮只能绕上述的多功能支撑板上的某中心点旋转，通过上述Y轴电机转轴上的小齿轮，带动上述的大齿轮转动，而大齿轮与Y轴导轨台面上的齿条啮合，从而实现Y轴移动基板的相对Y轴导轨台面移动。

由于采用了Y轴电机、X轴电机和Y轴驱动大齿轮共用一个支撑板的设计，因此机械手整体结构紧凑；该共用支撑板上的所有安装定位孔是在加工中心上一次性加工而成，从而保证了加工精度、安装精度和节约了时间、成本。上述齿轮传动机构、齿轮齿条传动机构串联在一起，起到了增大传动比和输出扭矩的作用，从而节约了电机选型时的容量。由于X轴电机安装在Y轴移动基板上，因此其信号电缆和动力电缆无需经过X轴拖链，节约了线路长度，而且避免了此类电缆的弯曲疲劳。

上述的X轴悬臂机构设有直线导轨、丝杠传动机构和X轴移动基板，上述的Z轴伸缩臂固定地连接在该移动基板上。

上述的Z轴伸缩臂设有Z轴支架、直线气缸、滑块、直线导轨、臂杆和治具连接板，末端执行器被固定连接在该安装板上。

附图说明

图1为本实用新型所述的机械手结构示意图。