一種臺式6軸5關節工業機械手的製作方法

2023-04-24 09:27:16

本發明涉及一種工業自動搬運的機械手，也就是說，在固定點上將物體從甲處抓取移動到乙處放下的一種自動搬移的機械手，準確地說是一種臺式六軸5關節工業機械手。

背景技術：

眾所周知，物體的位置移動是各行各業不可缺少的過程，手工搬運物體隨著國民經濟的快速發展，不能完全滿足市場的需求。特別是現在倉儲物流與充分利用空間物架碼垛存放貨物，採用人工爬梯碼垛操作很不方便，勞動強度大，生產效率低。還有那些機械加工車間中的工件，毛坯表面粗糙、上下工具機時常需要位置移動、重複動作頻繁，勞動強度非常大，利用手工抓取物體極易傷手、傷身。還有一些生產速度快、加工溫度高、邊角餘料鋒利、溼度大、腐蝕性強、危險性大的場所，手工抓取極易發生安全事故。對於那些重複動作頻率高的生產流水線上作業，採用手工抓取物件進行裝卸更是不行的。

因此，人們迫切希望有一種既經濟，又可隨時抓取搬移，生產效率高、結構簡單、操作方便、使用安全、維護簡便，功能齊全、適應性強，成本低、故障少、使用壽命長的自動抓爪的工業機械手。

本發明涉及一種臺式6軸5關節工業機械手，解決了傳統的手工搬移方法，利用單片機控制模塊使工業機械手按照人的手一樣，通過系統控制模塊使機械手能在原地自動抓取物體，完成物體的舉起、轉向移動、物體下降和卸下物體，從而達到機械手自動抓取與搬移貨物進行裝卸的目的。

本方法能使生產工藝變得更簡化，避免了手工搬移物體的危險性，隨時抓取物體搬移不受環境變化的影響，降低了生產成本。同時，機械手能一次性完成自動抓取、夾緊、提升、轉向、下降、卸物的連續動作，性能可靠、結構簡單、操作方便、生產效率高，能適應自動流水線上頻繁操作和自動加工系統中進行自動抓取物體的頻繁裝卸，功能齊全、適應性強、故障少、使用壽命長。

技術實現要素：

本實用新型需要解決的技術問題是：克服現有手工抓取物體搬運的不足，提供一種能自動抓取物體搬移裝卸的工業機械手。

本實用新型的技術解決方案是：提供一種具有以下結構的工業機械手，包括：臺座、手掌、小臂、手臂、立柱、系統控制模塊、電源，它還包括光電耦合器、壓力傳感器，所述臺座上依次安裝有手掌、小臂、手臂、立柱；手掌安裝在小臂的前端，手掌後端的外螺紋與小臂前端的內螺紋固定連接；小臂安裝在手臂的前端，手臂安裝在立柱的上端，手臂中的連接頭下端外螺紋與立柱上端的內螺紋固定連接；立柱的下端通過軸承和壓蓋安裝在臺座的上端，系統控制系統模塊和電源用螺釘安裝在臺座的內腔中。

工作時，合上開關接通電源電路，在系統控制模塊的控制下，按照一定的工作順序使各伺服電機分別帶動手掌、小臂、手臂、立柱繞臺座進行一定角度的旋轉。通過各光電傳感器發出的轉角信號輸送給單片機控制模塊，單片機控制模塊將信號處理後，再輸出指令給系統控制模塊去控制各伺服電機的轉動。當光電傳感器發出手掌中的抓爪到達貨物中時，單片機控制模塊將信號處理後輸出指令給系統控制模塊，通過伺服電機帶動手掌中的抓爪抓取貨物。當壓力傳感器達到一定壓力時，發出信號輸送給單片機控制模塊，單片機控制模塊將信號處理後，輸出指令給系統控制模塊控制抓取貨物的抓取力。同時發出指令給各伺服電機分別帶動手掌、小臂、手臂、立柱繞臺座進行反向角度的旋轉，完成將貨物的舉起、轉向移動、貨物下降和卸下貨物，從而達到機械手自動抓取與搬移物體進行裝卸的目的。

採用以上結構後，本實用新型採用機械自動搬運貨物，具有以下顯著優點和有益的效果：一種臺式6軸5關節工業機械手能像人的手一樣，利用單片機控制模塊和配套的機械手，能在原地自動抓取貨物、一次性完成貨物的夾緊、舉起、貨物轉向移動、並從另一方位將貨物下降和卸下貨物，從而達到機械手能自動抓取與搬移貨物、達到自動裝卸貨物的目的；裝卸貨物動作頻率高、生產效率高、結構簡單、操作控制方便、維護簡便、適應性強、故障少、使用壽命長。

【附圖說明】

圖1為本實用新型一種臺式6軸5關節工業機械手的主剖視圖示意圖，圖2為本實用新型一種臺式6軸5關節工業機械手圖1中的左視圖示意圖，圖3為本實用新型臺式6軸5關節工業機械手圖1中的俯視圖示意圖，圖4 為本實用新型一種臺式6軸5關節工業機械手圖1中的電路示意圖。

附圖主要符號說明

在圖1、2、3、4中所示：1.螺栓，2.方襯套，3.壓力傳感器，4.抓爪，5. 手掌，6.第一連杆，7.第一銷軸，8.第二連杆，9.第三銷軸，10.第二銷軸， 11.第四銷軸，12.手板，13.螺釘，14.方螺母，15.絲槓，16.聯軸套，17.平鍵，18.第一電機軸，19.第一伺服電機，20.螺栓，21.軸承，22.平鍵，23.襯套，24.蝸輪，25.蝸杆，26.方軸，27.連接頭，28.螺栓，29.聯軸套，30.平鍵，31.第三伺服電機，32.第三導線束，33.立柱筒，34.螺栓，35.壓蓋，36.螺栓，37.平鍵，38.第四電機軸，39.臺座，40.電源，41.軸承，42.第四伺服電機，43.系統控制模塊，44.第四導線束，45.第五小孔，46.軸承，47.第四光電傳感器，48.立柱，49.第三小孔，50.第三光電傳感器，51.第二導線束，52.手臂，53.第二伺服電機，54.手臂筒，55.第二電機軸，56.第一小孔，57.螺釘，58. 第二光電傳感器，59.第一導線束，60.小臂，61.小臂筒，62.螺釘，63.手掌蓋，64.矩形槽，65.第一光電傳感器，66.軸襯套，67.第二控制器，68.第一控制器，69.開關，70.單片機控制模塊，71.光電耦合器。

【具體實施方式】

下面結合附圖和具體實施方式對本實用新型作進一步詳細說明。

參照圖1、圖2、圖3、圖4，本實用新型的一種臺式6軸5關節工業機械手，包括一個臺座39，用來安裝電器控制元件和支撐機械手全部重量的任務。臺式5關節工業機械手由臺座39、手掌5、小臂60、手臂52、立柱48、系統控制模塊43、電源40，其特徵在於：它還包括光電耦合器71、壓力傳感器3，所述臺座39的上端依次安裝有手掌5、小臂60、手臂52、立柱48，手掌5安裝在小臂60的前端，手掌5後端的外螺紋與小臂筒61前端的內螺紋相連接，小臂60安裝在手臂52的前端，小臂60中的連接頭27下端的外螺紋與立柱33筒上端的內螺紋相連接，立柱48的下端用軸承41、軸承46 和壓蓋35安裝在臺座39的上端上；系統控制模塊43和電源40用螺釘安裝在臺座39的內腔中。

手掌5由手板12、第一伺服電機19、抓爪4、第一連杆6、第二連杆8、第一銷軸7、第二銷軸10、第三銷軸9、第四銷軸11、聯軸套16、方螺母 14、絲槓15、方襯套2、組成，手掌5中的第一伺服電機19裝在小臂筒61 前端中部的內腔中，用螺栓62固裝在手板12的後端；手板12中部的方螺母14和絲槓15裝矩形槽64中，絲槓15的右端用聯軸套16和平鍵17與第一電機軸18相連接，絲槓15的前端裝在方襯套2內，方襯套2用螺栓1固裝在手板12中；抓爪4裝在手掌5的前端，通過第一連杆6和第二銷軸10 與方螺母14的一側相連接，通達第一連杆6和第一銷軸7與抓爪4的一端相連接；第二連杆8和第四銷軸11與手板12的一側相連接，第二連杆8和第三銷軸9與抓爪4的一端相連接。

小臂60由小臂筒61、第二伺服電機53組成，小臂60中的小臂筒61 前端的內螺紋與手板12後端的螺紋柱相連接，小臂筒61後端外部的環槽與手臂筒54前端上的螺釘57對應套裝連接，小臂筒61後端中部的軸頸固裝在軸承21的內圈中；第二伺服電機53用螺栓20固裝在手臂筒54前端的內腔中，第二電機軸53用平鍵22與小臂筒61後端中部的內孔相連接。

手臂52由連接頭27、第三伺服電機31、蝸杆25、蝸輪24、方軸26、手臂筒54、襯套23、軸襯套65組成，手臂52中的連接頭27下端螺紋柱與立柱筒33上端的內螺紋相連接，第三伺服電機31裝在立柱筒33上端的內腔中，用螺栓28固裝在連接頭27下端的中部；蝸杆25的下端用聯軸套29 和平鍵30與第三伺服電機31的轉軸相連接，蝸杆25的上端軸頸用襯套23 固裝在連接頭27的上方；蝸輪24與蝸杆25相互嚙合並安裝在連接頭27的中部，通過方軸26、蝸輪24、手臂筒54後端兩側再用軸襯套65分別與連接頭27前端兩側的圓孔相鉸接。

立柱48由立柱筒33、第四伺服電機42、壓蓋35組成，立柱48中的立柱筒33上端的內螺紋與連接頭27下端的螺紋柱相連接，立柱筒33下端中部的軸頸固裝在軸承41的內圈中；第四伺服電機42用螺栓36固裝在臺座 39上端中部的內腔中，第四電機軸38用平鍵37與立柱筒33下端中部的內孔相連接。立柱筒33下端外部處的凸緣上裝有軸承46，軸承46上部用壓蓋35和螺栓34固裝在臺座39上端的邊緣上。

系統控制模塊43由單片機控制模塊70、第一控制器68、第二控制器 67、開關69、電源40、壓力傳傳感器3、光電光電耦合器71組成，系統控制模塊43用來控制機械手完成貨物的抓取、舉起、旋轉、放下和卸貨的動作。單片機控制模塊70、第一控制器68和第二控制器67焊接在系統控制模塊43中的電路板上，系統控制模塊43用螺釘固定在臺座39下端中部的內腔裡。系統控制模塊43中的壓力傳傳感器3安裝在抓爪4中，用來檢測抓爪4夾持貨物的夾緊力。壓力傳傳感器3的輸入端C並接在線路的A點上，壓力傳傳感器3的輸出端H接在單片機控制模塊70的P1.1接口上。

光電耦合器71由第一光電傳感器65、第二光電傳感器58、第三光電傳感器50、第四光電傳感器47組成，第一光電傳感器65用來檢測裝卸貨物的準確度。光電光電耦合器71中的第一光電傳感器65安裝在手掌5中，第一光電傳感器65中的輸入端B並接在線路的A點與單片機控制模塊70的 RST接口上，第一光電傳感器65的輸入迴路端G並接在低電位端L點上，第一光電傳感器65的輸出端M與單片機控制模塊70的P1.0接口相連接，第一光電傳感器65的輸出迴路端N並接在低電位端L點上；光電光電耦合器 71中的第二光電傳感器58安裝在小臂60中，第二光電傳感器58用來檢測小臂60旋轉的準確度。第二光電傳感器58的輸入端D並接在線路的A點與單片機控制模塊70的RST接口上，第二光電傳感器58的輸入迴路端I並接在低電位端L點上，第二光電傳感器58的輸出端O與單片機控制模塊70的 P1.2接口相連接，第二光電傳感器58的輸出迴路端P並接在低電位端L點上；光電光電耦合器71中的第三光電傳感器50安裝在手臂52中，第三光電傳感器50用來檢測手臂52轉動的準確度。第三光電傳感器50的輸入端 E並接在線路的A點與單片機控制模塊70的RST接口上，第三光電傳感器 50的輸入迴路端J並接在低電位端L點上，第三光電傳感器37的輸出端Q 與單片機控制模塊70的P1.3接口相連接，第三光電傳感器50的輸出迴路端R並接在低電位端L點上；光電光電耦合器71中的第四光電傳感器47安裝在立柱48中，第四光電傳感器47用來檢測立柱48旋轉的準確度。第四光電傳感器47的輸入端F並接在電源40的A點與單片機控制模塊70的RST 接口上，第四光電傳感器47的輸入迴路端K並接在低電位端L點上，第四光電傳感器47的輸出端S與單片機控制模塊70的P1.3接口相連接，第四光電傳感器47的輸出迴路端T並接在低電位端L點上；系統控制模塊43中的電源40的E1負極接在Z點上，電源40中的E1正極與開關69的一端相連接，開關69的另一端接在線路的A點上；系統控制模塊43中的電源40的 E2負極接在Z點上，電源40中的E2正極與開關69的一端相連接，開關69 的另一端接在線路的Y點上，單片機控制模塊70的輸出接口GND接在低電位端w點上；第一控制器68的輸入端INI、IN2、IN3、IN4、IN5接口與單片機控制模塊70的輸出端P0.0、P0.1、P0.2、P0.3、P0.4接口對應相連接，第一控制器68的ENB接口並接在線路的A點上，第一控制器68的Vss接口並接在線路的Y點上；第一控制器68的輸出端OUT1和OUT2經第一導線束 59分別接在第一伺服電機19的輸電柱上，第一控制器68的輸出端OUT3和 OUT4經第二導線束57分別接在第二伺服電機53的輸電柱上，第一控制器 68的輸出端GND並接在線路的W點上；第二控制器67的輸入端INI、IN2、 IN3、IN4、IN5接口與單片機控制模塊70的輸出端P2.0、P2.1、P2.2、P2.3、 P2.4接口對應相連接，第二控制器67的ENB接口接在線路的A點上，第二控制器67的Vss接口並接在線路的Y點上；第二控制器67的輸出端OUT1 和OUT2第三導線束32分別接在第三伺服電機31的輸電柱上，第二控制器 67的輸出端OUT3和OUT4第四導線束44分別接在第四伺服電機42的輸電柱上，第二控制器67的輸出端GND並接在線路的W點上。

本臺式6軸5關節工業機械手的工作方式如下：

工作時，合上開關69接通電源40線路的電路，在系統控制模塊38的控制下，按照一定的工作順序使各伺服電機分別帶動手掌5、小臂60、手臂 52、立柱48繞臺座39進行一定角度的旋轉。通過光電耦合器71中的第二光電傳感器58、第三光電傳感器50、第四光電傳感器47發出的轉角信號輸送給單片機控制模塊，單片機控制模塊70將信號處理後，再輸出指令給系統控制模塊38中的第一控制器68和第二控制器67，通過第一控制器68和第二控制器67使第二伺服電機52、第三伺服電機31、第四伺服電機42作正向轉動的角度與旋轉方向的控制，帶動手掌5、小臂59、手臂52、立柱 48繞臺座39作正向角度的旋轉，完成機械手的旋轉、下降、張開、伸入貨物叢的動作。當第一光電傳感器65檢測到抓爪4已達貨物中心時，單片機控制模塊70將信號處理後輸出指令給系統控制模塊38中的第一控制器68，使第一控制器68接通第一伺服電機19正轉電路，通過第一伺服電機19帶動手掌5中的絲槓15旋轉，絲槓15再帶動方螺母14向後移動，方螺母14 通過第二銷軸10帶動第一連杆6向後移動，在第二連杆8的鉸接作用下使抓爪4向內收縮，抓爪4從打開向內收縮便自動抓取貨物，從而達到機械手自動抓貨的目的。當貨物抓緊到一定壓力時，抓爪4中的壓力傳感器3發出信號輸送給單片機控制模塊70，單片機控制模塊70將信號處理後輸出指令給系統控制模塊38中的第一控制器68，第一控制器68切斷第一伺服電機 19的電路，使第一伺服電機19停止運轉，壓力傳感器3用來控制抓爪4抓取貨物的抓緊力。同時，在一定的夾緊力作用下壓力傳感器3又發出指令給單片機控制模塊70，單片機控制模塊70輸出指令給系統控制模塊38中的第一控制器68和第二控制器67，通過第一控制器68和第二控制器67使第二伺服電機52、第三伺服電機31、第四伺服電機42作反向轉動的角度與旋轉方向的控制，帶動手掌5、小臂59、手臂52、立柱48繞臺座39作反向角度的旋轉，完成將貨物的舉起、轉向移動、貨物下降的動作。當到達卸貨位置時，手掌5中的第一光電傳感器65發出信號給單片機控制模塊70，單片機控制模塊70將信號處理後輸出指令給系統控制模塊38中的第一控制器 68，使第一控制器68接通第一伺服電機19的反轉電路，通過第一伺服電機 19帶動手掌5中的絲槓15作反向旋轉，絲槓15再帶動方螺母14向前移動，方螺母14通過第二銷軸10帶動第一連杆6向前移動，在第二連杆8的鉸接作用下使抓爪4張開卸下貨物，從而達到機械手自動卸貨的目的。

關斷電源開關69機械手便停止工作，周而復始上述動作，從而實現臺式6軸5關節工業機械手進行抓貨物、自動抓取與搬移貨物進行裝卸的目的。