精準定位高速機械臂的制作方法
【專利摘要】一種精準定位高速機械臂，包括電機、驅(qū)動部件、機架和滑塊，在所述機架上具有滑槽，所述滑塊安裝在滑槽內(nèi)，所述驅(qū)動部件驅(qū)動所述滑塊沿著滑槽運動，其特征在于，所述驅(qū)動部件包括卷筒和繞在卷筒上的鋼索，卷筒上具有螺紋槽，鋼索盤繞在螺紋槽內(nèi)，所述鋼索安裝在卷筒和滑槽之間構(gòu)成一個運轉(zhuǎn)回路，鋼索以安裝在滑槽內(nèi)的一段與滑塊底部固定。采用伺服馬達驅(qū)動帶有螺紋槽的卷筒，從卷筒上精確放卷鋼索，即卷筒每轉(zhuǎn)動一圈鋼索移動的直線距離是卷筒的周長轉(zhuǎn)化，在相同的轉(zhuǎn)速下，鋼索速度遠遠高于直線距離通過螺距轉(zhuǎn)化的絲杠螺母副的速度，而通過伺服馬達精確控制轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)動啟停，就可以實現(xiàn)對滑塊的定位控制。
【專利說明】精準定位高速機械臂
【【技術(shù)領(lǐng)域】】
[0001]本發(fā)明涉及自動化裝備領(lǐng)域，尤其涉及單軸線性模組的高速機械臂裝置。
【【背景技術(shù)】】
[0002]機械臂應(yīng)用于工藝自動化，部分代替人工操作，可以按照生產(chǎn)工藝要求，遵循一定時間和位置規(guī)則完成工件的傳送和裝卸，并能完成長距離的高速搬運，并且要求對定位精確，速度控制可調(diào)程度高，比如在大型機械的流水裝配作業(yè)中零件的輸送、定位、裝配，體育場短跑道側(cè)安裝的高速攝影機的驅(qū)動裝置，都是高速機械臂的應(yīng)用，目前生產(chǎn)和使用的機械臂一般采用滾動螺母一絲桿和同步帶這兩種傳動方式，滾動絲桿-螺母運動副是將回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為直線運動常用的傳動裝置，滾動絲桿螺母傳動結(jié)構(gòu)傳動效率高，摩擦阻力小，傳動精度高，從機構(gòu)傳動原理上看，是由絲杠的轉(zhuǎn)動運動轉(zhuǎn)化為螺母的直線運動，安裝在螺母上的機械臂速度取決于導(dǎo)程和絲杠轉(zhuǎn)速，速度比較低，且該機構(gòu)能夠滑動的范圍與絲杠的長度有關(guān)系，而絲杠的長度必須控制在一定范圍內(nèi)，絲杠長度超過一定限度會產(chǎn)生晃動而導(dǎo)致機構(gòu)整體不穩(wěn)定?，F(xiàn)有的螺母絲杠型機械臂速度不高，定位精度低，結(jié)構(gòu)長度有限。
【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
[0003]本發(fā)明針對以上的問題提出了一種能精準定位、高速運動、可移動范圍長的機械臂。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種精準定位高速機械臂，包括電機、驅(qū)動部件、機架和滑塊，在所述機架上具有滑槽，所述滑塊安裝在滑槽內(nèi)，所述驅(qū)動部件驅(qū)動所述滑塊沿著滑槽運動，所述驅(qū)動部件包括卷筒和繞在卷筒上的鋼索，卷筒上具有螺紋槽，鋼索盤繞在螺紋槽內(nèi)，所述鋼索安裝在卷筒和滑槽之間構(gòu)成一個運轉(zhuǎn)回路，鋼索安裝在滑槽內(nèi)的一段與滑塊底部固定。
[0005]所述滑塊安裝在滑槽內(nèi)，沿著滑槽滑動，在滑塊下方滑槽內(nèi)具有兩道向不同方向運行的鋼索，在滑塊底部向滑槽內(nèi)設(shè)置連接固定部，所述連接固定部是分別對應(yīng)兩道鋼索位置的一對固定邊，其中一個固定邊與鋼索固定在一起。
[0006]在所述機架上一端設(shè)有驅(qū)動部件，另一端在滑槽內(nèi)設(shè)有一張緊輪，所述鋼索安裝在滑槽的張緊輪上。
[0007]所述驅(qū)動部件中的卷筒軸向方向與滑槽平行，在卷筒與滑槽之間還設(shè)有引導(dǎo)鋼索的左右導(dǎo)向輪，所述左右導(dǎo)向輪的第一切線方向與張緊輪處于同一水平高度，左右導(dǎo)向輪與第一切向方向垂直的第二切線方向?qū)χ迷诰硗驳穆菁y槽；所述驅(qū)動部件還包括安裝在機架上的固定座，而卷筒通過固定座安裝在機架上，在所述固定座上具有外螺紋，在卷筒內(nèi)壁有內(nèi)螺紋，所述卷筒一 端套在固定座上內(nèi)外螺紋配合連接，固定座與卷筒內(nèi)壁的螺距和卷筒上螺紋槽的槽寬相同。
[0008]所述驅(qū)動部件中的卷筒軸向方向與滑槽垂直，鋼索直接繞卷在卷筒的螺紋槽上，所述驅(qū)動部件還包括安裝在機架上的固定座，而卷筒通過固定座安裝在機架上，在所述固定座上具有外螺紋，在卷筒內(nèi)壁有內(nèi)螺紋，所述卷筒一端套在固定座上內(nèi)外螺紋配合連接，固定座與卷筒內(nèi)壁的螺距和卷筒上螺紋槽的槽寬相同。
[0009]在電機與驅(qū)動部件之間通過同步輪傳動和滾珠花鍵傳動，電機與同步輪的主動輪聯(lián)動，而從動輪驅(qū)動滾珠花鍵，所述滾珠花鍵通過螺釘與卷筒固定成為一整體，卷筒的另一端與固定座螺紋配合。
[0010]所述電機是伺服馬達，所述鋼索根據(jù)使用需用選用外圓包膠內(nèi)芯采用不銹鋼絲，其抗拉強度高、拉伸系數(shù)小，長度變化微小，保證運動精度。
[0011]本發(fā)明中的精準定位高速機械臂，采用伺服馬達驅(qū)動帶有螺紋槽的卷筒，從卷筒上精確放卷鋼索，即卷筒每轉(zhuǎn)動一圈鋼索移動的直線距離是卷筒的周長轉(zhuǎn)化，在相同的轉(zhuǎn)速下，鋼索速度遠遠高于直線距離通過螺距轉(zhuǎn)化的絲杠螺母副的速度，而通過伺服馬達精確控制轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)動啟停，就可以實現(xiàn)對滑塊的定位控制，通過張緊輪張緊的鋼索繃緊，鋼索無竄動，整體機構(gòu)的長度范圍更大。
【【專利附圖】

【附圖說明】】
[0012]圖1是本發(fā)明精準定位高速機械手第一實施例結(jié)構(gòu)主視圖；
[0013]圖2是本發(fā)明精準定位高速機械手第一實施例俯視圖；
[0014]圖3是本發(fā)明精準定位高速機械手第一實施例驅(qū)動部分結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖4是本發(fā)明精準定位高速機械手第二實施例結(jié)構(gòu)圖；
[0016]圖5是本發(fā)明精準定位高速機械手第二實施例驅(qū)動部分結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]其中:10，20、高速機械臂；11、機架；12、滑塊；121、連接固定部；1211、固定邊；13，23、滑槽；14，24、驅(qū)動部件；141，241、卷筒；1411，2411、螺紋槽；142，242、鋼索；143、導(dǎo)向輪；144、第一切線方向；145、第二切線方向；15，25、張緊輪；16、固定座；17、同步輪；18、滾珠花鍵；19、伺服馬達。
【【具體實施方式】】
[0018]下面將結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明的高速機械手及高速機械手運行方式作進一步的詳細說明。
[0019]原有的機械臂需要完成定位移動，因為工藝操作對位置精度要求比較高，機械臂要滿足移動精準度要求，所以原有機械臂采用了滾動絲桿-螺母運動副結(jié)構(gòu)，滾動絲杠通過電機帶動轉(zhuǎn)動，滾動絲杠的轉(zhuǎn)動帶動與滾動絲杠嚙合的螺母移動，即滾動絲杠-螺母運動副是以滾動絲杠的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)化成螺母的直線移動，直線移動的距離是滾動絲杠等于相同時間內(nèi)滾動絲杠的由于轉(zhuǎn)動而帶來的螺距移動長度。原有結(jié)構(gòu)能保證位移精度，但是速度低，而且由滾動絲杠的長度有限，局限了機械臂有效移動范圍。
[0020]實施例1:
[0021]請參考圖1和圖2，本實施例提出的精準定位高速機械臂10，包括電機、驅(qū)動部件
14、機架11和滑塊12，在所述機架11上具有滑槽13，所述滑塊12安裝在滑槽13內(nèi)，所述驅(qū)動部件14驅(qū)動所述滑塊12沿著滑槽13運動，其特征在于，所述驅(qū)動部件14包括卷筒141和繞在該卷筒141上的鋼索142，該卷筒141上具有螺紋槽1411，鋼索142盤繞在螺紋槽1411內(nèi)，所述鋼索142安裝在卷筒141和滑槽13之間構(gòu)成一個運轉(zhuǎn)回路，鋼索142安裝在滑槽13內(nèi)的一段與滑塊12底部固定。改變原有的滾動絲杠-螺母運動副結(jié)構(gòu)采用鋼索直接帶動滑塊，鋼索142本身柔性特征能兼容轉(zhuǎn)動運動和直線運動，并將轉(zhuǎn)動運動轉(zhuǎn)化為直線運動。
[0022]所述滑塊12安裝在滑槽13內(nèi)，沿著滑槽13滑動，在滑塊12下方滑槽13內(nèi)具有兩個不同方向運行的鋼索142，在滑塊12底部向滑槽13內(nèi)設(shè)置連接固定部121，所述連接固定部121是分別對應(yīng)兩道鋼索位置的兩道固定邊，其中一道固定邊1211與鋼索142固定
在一起。
[0023]所述滑塊12與鋼索142的固定方式可以根據(jù)具體工業(yè)狀況選擇，可以是焊接或者螺絲擰緊固定，連接方式需要保持滑塊12與鋼索142之間無相對運動，而且滑塊12只與一個方向運動的鋼索142固定。
[0024]在所述機架11上一端設(shè)有驅(qū)動部件14，另一端在滑槽13內(nèi)設(shè)有一張緊輪15，所述鋼索142安裝在滑槽13的張緊輪15上。鋼索142的驅(qū)動力和精準定位都依賴于鋼索142本身張緊程度，并且在張緊狀態(tài)下鋼索142在轉(zhuǎn)動和直線運動之間的轉(zhuǎn)化更準確有效率，所述鋼索是采用抗拉強度高、拉伸系數(shù)小的外圓包膠內(nèi)里不銹鋼絲的鋼索。
[0025]在本實施例中驅(qū)動部件的卷筒是串聯(lián)型，即滑槽與驅(qū)動部件中的卷筒軸向方向平行，也就是滑槽內(nèi)的鋼索運動方向與卷筒軸向方向平行，為了讓鋼索繞卷在卷筒上，在卷筒與滑槽之間還設(shè)有引導(dǎo)鋼索的左右導(dǎo)向輪143，所述左右導(dǎo)向輪143的第一切線方向144與張緊輪處于同一水平高度，左右導(dǎo)向輪143與第一切向方向144垂直的第二切線方向145對置在卷筒的螺紋槽；所述驅(qū)動部件14還包括安裝在機架11上的固定座16，而卷筒141通過固定座16安裝在機架11上，在所述固定座16上具有外螺紋，在卷筒內(nèi)壁有內(nèi)螺紋，所述卷筒一端套在固定座上內(nèi)外螺紋配合連接，固定座與卷筒內(nèi)壁的螺距和卷筒上螺紋槽的槽寬相同。
[0026]所述驅(qū)動部件主要完成以卷筒帶動鋼索運動，在卷筒上具有適合鋼索繞卷的螺紋槽，每繞卷一圈鋼索都對應(yīng)安裝到每一道螺紋槽中，即鋼索繞卷的圈數(shù)與鋼索在卷筒上纏繞的距離有明確的對應(yīng)關(guān)系，鋼索纏繞一圈就經(jīng)過卷筒一個螺距的距離。
[0027]驅(qū)動部件中的固定座與卷筒通過螺紋嚙合來配合轉(zhuǎn)動，固定座上面有外螺紋，而卷筒內(nèi)部具有內(nèi)螺紋，固定座與卷筒之間配合螺紋的螺距與卷筒外圍的螺紋槽的螺距是一樣的，這樣結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)的效果是:將鋼索初始繞在卷筒上的位置標記為第一位置，而當鋼索繞在卷筒一圈之后的位標記為第二位置，第一位置和第二位置之間的位移長度，等于卷筒在固定座上反向移動的位移，鋼索在卷筒上轉(zhuǎn)動和卷筒在固定座上面轉(zhuǎn)動角速度一樣，就能夠保證鋼索總是在空間中同一位置繞卷到卷筒上，而左右導(dǎo)向輪就是確定定點繞卷的裝置，左右導(dǎo)向輪將運動方向與卷筒軸向方向的鋼索改變角度變?yōu)轫樦菁y槽方向適合繞卷的方向，左右導(dǎo)向輪入線的第一切向方向取決于張緊輪的水平高度，左右導(dǎo)向輪保持鋼索水平運動，左右導(dǎo)向輪的第二切線方向取決于卷筒繞卷位置，第一切線方向與第二切線方向大致呈現(xiàn)垂直，略微有一個小角度，該小角度取決于卷筒螺紋槽與軸心線之間的夾角，在工業(yè)應(yīng)用上，由于該夾角相對于整體機構(gòu)十分微小，基本上可以忽略，左右導(dǎo)向輪導(dǎo)向的方向是對準繞卷位置上沿著螺紋槽的切線方向。
[0028]在電機與驅(qū)動部件之間通過同步輪17傳動和滾珠花鍵18傳動，電機與同步輪17的主動輪聯(lián)動，而從動輪驅(qū)動滾珠花鍵，所述滾珠花鍵通過螺釘與卷筒固定成為一整體，卷筒的另一端與固定座16螺紋配合。
[0029]所述電機是伺服馬達19，采用伺服馬達可以對轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)動圈數(shù)進行精準控制，卷筒轉(zhuǎn)動的圈數(shù)跟鋼索放卷/繞卷的圈數(shù)精確對應(yīng)，則可以計算出鋼索移動的長度，通過對伺服馬達轉(zhuǎn)速和啟?？刂颇軌蚩刂聘咚贆C械手的速度和停止位置，實現(xiàn)對機械手的移動精確控制，卷筒的直徑?jīng)Q定了行程的大小(卷筒每轉(zhuǎn)一圈的行程=卷筒直徑X H )如果伺服馬達轉(zhuǎn)速為3000轉(zhuǎn)/分，即50轉(zhuǎn)/秒，當速度要達到10米/秒，也就是10.000m+50=200mm，即每轉(zhuǎn)一圈為200mm，就可以達到所要求的10米/秒的速度，則通過普通的計算:卷筒外徑
φ=—=61 -66 mm從以上的計算公司可以明確:當我們需要一個高速運動的機械手臂
時，可以通過對其速度的要求來反推繞卷鋼索的卷筒尺寸，當然伺服馬達的功率和轉(zhuǎn)速也是可變量，建立起這樣一個函數(shù)對應(yīng)關(guān)系，則機械手臂的運動速度既可控又精準。
[0030]實施例2:
[0031]請參考圖3，本實施例中的高速機械臂20基本機構(gòu)構(gòu)造與實施例1相同，其不同之處在于，在該驅(qū)動部件24中將卷筒241以其軸向垂直滑槽的方式設(shè)置，則鋼索242直接繞卷在卷筒241的螺紋槽2411上，省略了左右導(dǎo)向輪結(jié)構(gòu)。在本實施例中，卷筒也安裝在一個固定座上面，隨著卷筒轉(zhuǎn)動，卷筒本身在固定座上移動，在固定座上有外螺紋在卷筒內(nèi)部有內(nèi)螺紋，卷筒套在固定座上，固定座上的螺紋槽寬度與卷筒本身的螺紋槽寬度一致，卷筒本身的移動距離和由于卷筒轉(zhuǎn)動而讓鋼索在卷筒上移動的距離相互抵消，保持鋼索位置不會偏移。
[0032]在本實施例中鋼索242安裝在滑槽23內(nèi)，鋼索242繞過卷筒241和張緊輪25構(gòu)成一個往返的回路，在滑槽23內(nèi)部可見兩道鋼索242，一道放卷方向另外一道是收卷方向，在兩道鋼索之間的卷筒部分的外圍上卷著已經(jīng)繞卷在卷筒上的鋼索242，也就是說不論是放卷的鋼索242還是收卷的鋼索都是徑直地從卷筒上繞出來/徑直地繞上卷筒241。
[0033]本發(fā)明中的精準定位高速機械臂，采用伺服馬達驅(qū)動帶有螺紋槽的卷筒，從卷筒上精確放卷鋼索，即卷筒每轉(zhuǎn)動一圈鋼索移動的直線距離是卷筒的周長轉(zhuǎn)化，在相同的轉(zhuǎn)速下，鋼索速度遠遠高于直線距離通過螺距轉(zhuǎn)化的絲杠螺母副的速度，而通過伺服馬達精確控制轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)動啟停，就可以實現(xiàn)對滑塊的定位控制，通過張緊輪張緊的鋼索繃緊，鋼索無竄動，整體機構(gòu)的長度范圍更大。
[0034]以上所述，僅是本發(fā)明較佳實施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，雖然本發(fā)明以較佳實施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍內(nèi)，當可利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容作出些許變更或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明技術(shù)是指對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種精準定位高速機械臂，包括電機、驅(qū)動部件、機架和滑塊，在所述機架上具有滑槽，所述滑塊安裝在滑槽內(nèi)，所述驅(qū)動部件驅(qū)動所述滑塊沿著滑槽運動，其特征在于，所述驅(qū)動部件包括卷筒和繞在卷筒上的鋼索，卷筒上具有螺紋槽，鋼索盤繞在螺紋槽內(nèi)，所述鋼索安裝在卷筒和滑槽之間構(gòu)成一個運轉(zhuǎn)回路，鋼索以安裝在滑槽內(nèi)的一段與滑塊底部固定。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述精準定位高速機械臂，其特征在于，所述滑塊安裝在滑槽內(nèi)，沿著滑槽滑動，在滑塊下方滑槽內(nèi)具有兩道向不同方向運行的鋼索，在滑塊底部向滑槽內(nèi)設(shè)置連接固定部，所述連接固定部是分別對應(yīng)兩道鋼索位置的一對固定邊，其中一個固定邊與鋼索固定在一起。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述精準定位高速機械臂，其特征在于，在所述機架上一端設(shè)有驅(qū)動部件，另一端在滑槽內(nèi)設(shè)有一張緊輪，所述鋼索安裝在滑槽的張緊輪上。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述精準定位高速機械臂，其特征在于，所述驅(qū)動部件中的卷筒軸向方向與滑槽平行，在卷筒與滑槽之間還設(shè)有引導(dǎo)鋼索的左右導(dǎo)向輪，所述左右導(dǎo)向輪的第一切線方向與張緊輪處于同一水平高度，左右導(dǎo)向輪與第一切向方向垂直的第二切線方向?qū)χ迷诰硗驳穆菁y槽；所述驅(qū)動部件還包括安裝在機架上的固定座，而卷筒通過固定座安裝在機架上，在所述固定座上具有外螺紋，在卷筒內(nèi)壁有內(nèi)螺紋，所述卷筒一端套在固定座上內(nèi)外螺紋配合連接，固定座與卷筒內(nèi)壁的螺距和卷筒上螺紋槽的槽寬相同。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述精準定位高速機械臂，其特征在于，所述驅(qū)動部件中的卷筒軸向方向與滑槽垂直，卷筒的切線與張緊輪處于同一水平高度，鋼索直接繞卷在卷筒的螺紋槽上，所述驅(qū)動部件還包括安裝在機架上的固定座，而卷筒通過固定座安裝在機架上，在所述固定座上具有外螺紋，在卷筒內(nèi)壁有內(nèi)螺紋，所述卷筒一端套在固定座上內(nèi)外螺紋配合連接，固定座與卷筒內(nèi)壁的螺距和卷筒上螺紋槽的槽寬相同。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述精準定位高速機械臂，其特征在于，在電機與驅(qū)動部件之間通過同步輪傳動和滾珠花鍵傳動，電機與同步輪的主動輪聯(lián)動，而從動輪驅(qū)動滾珠花鍵，所述滾珠花鍵通過螺釘與卷筒固定成為一整體，卷筒的另一端與固定座螺紋配合。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述精準定位高速機械臂，其特征在于，所述電機是伺服馬達，所述鋼索是采用抗拉強度高、拉伸系數(shù)小的外圓包膠內(nèi)里不銹鋼絲的鋼索。
【文檔編號】B25J18/00GK103802129SQ201210443693
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2012年11月8日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月8日
【發(fā)明者】牟曉 申請人:深圳市艾而特工業(yè)自動化設(shè)備有限公司