一种高速立体智能组合机械手的制作方法

1.本实用新型涉及机械手技术领域，具体涉及一种高速立体智能组合机械手。


背景技术：

2.在科技日新月异的进展之下，无人售卖立体库、电商物流暂存库、线边物流暂存库和智能物流仓储四方库等技术具有极大的发展潜力。以智能物流仓储四方库为例，可通过近程、远程app下单，实时或预约取货，通过大数据管理，精准补货、分配库位、即时调整售卖商品，无人进库，通过库内的机械手实现存储与取用操作，更加环保便捷，其中，机械手在过程中起到非常关键的作用。
3.机械手是一种能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置，特点是可以通过编程来完成各种预期的作业，构造和性能上兼有人和机械手机器各自的优点。机械手主要由执行机构、驱动机构和控制系统三大部分组成。机械手的执行机构分为手部、手臂和躯干，手部安装在手臂的前端，是用来抓持工件的部件，根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式，如夹持型、托持型和吸附型等；手臂的作用是引导手部准确抓取工件，并运送到所需的位置上，为了使机械手能够正确地工作，手臂的3个自由度都要精确地定位；躯干是安装手臂、动力源和各种执行机构的支架。机械手的驱动机构主要有4种，包括液压驱动、气压驱动、电气驱动和机械驱动。控制系统是通过对机械手每个自由度的电机的控制，来完成特定动作，同时接收传感器反馈的信息，形成稳定的闭环控制，可控制工作顺序、到达位置、动作时间、运动速度、加减速度等。
4.但是，在无人售卖立体库、智能物流仓储四方库等领域，机械手的应用还存在一些问题，如当机械手存取货架高处的商品时，易导致机械手的两轴如4轴和6轴共线，发生奇异现象，机械臂自由度减少，机械手失控。此外，机械手在对商品存储与取用操作的过程中，速度较慢，完成一次存储或取用操作需12～15s，导致整体工作效率较低。
5.发明专利cn106737849a公开了一种仓储用智能机械手，包括底座，底座上方固定连接有支架，支架上方焊接有控制面板，底座上方固定连接有支撑部，支撑部上方可旋转连接有可旋转臂，可旋转臂右侧可旋转连接有机械手小臂，机械手小臂右侧固定连接有夹持部，机械手小臂下方焊接有固定块，固定块下方粘接有辅助专职，辅助装置外表面包括控制器和橡胶板，辅助装置内部包括控制器、安装座、电动伸缩杆、连接部和铁杆。该仓储用智能机械手，夹持部在夹住物件后，将物件放在辅助装置的铁杆，铁杆倾斜一定角度，物件快速到达指定位置，为仓储运货提供了便利，也在一定程度上提高了效率。但是，该发明机械手在夹取高处物件时，仍存在奇异点问题，对不能倾斜物件难以适用，机械手运动速度慢，辅助装置对工作效率提升不大。


技术实现要素：

6.本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种高速立体
智能组合机械手，可避免奇异点问题，工作速度快，效率高。
7.本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：一种高速立体智能组合机械手，包括底座、伺服旋转固定架、组合机械手固定架、组合机械手、丝杆固定架、中空伺服电机、丝杆和托持平台；所述的伺服旋转固定架安装在底座上；所述的组合机械手固定架设置于伺服旋转固定架上，组合机械手固定架上设有竖向设置的组合机械手，组合机械手的抓取端设有一丝杆固定架，丝杆固定架中心安装一中空伺服电机，中空伺服电机中间装有丝杆；所述的托持平台固定在固定架上；组合机械手带动固定架上下、左右、前后运动到达目标位置，通过中空伺服电机驱动丝杆前进或后退，推动货物离开或进入托持平台。
8.进一步地，所述的组合机械手包括多个驱动机构和与其连接的机械臂，多个驱动机构安装在所述组合机械手固定架的同一竖直面上，多个机械臂的一端连接对应的驱动机构，另一端连接丝杆固定架。
9.更进一步地，所述的机械臂设有三组，包括位于上部的导向臂和位于下部两侧的第一承重臂和第二承重臂，相邻机械臂之间夹角为120
°
。采用该结构可使机械臂工作时更加稳定，承载能力更强。
10.所述的机械臂由力臂和双连杆构成，力臂的一端和双连杆的一端活动连接，力臂的另一端与驱动机构的输出端固定连接，双连杆的另一端与丝杆固定架活动连接。
11.所述的双连杆通过球窝固定件与丝杆固定架活动连接，通过球窝固定可降低固定点压力，增强固定强度，提高机械手的承载能力。
12.所述的力臂的长度为0.5～2m，连杆的长度为0.5～2m。现有技术中蜘蛛手结构体积较小，运动范围较小，在智能物流仓储设备等需要物件进行大范围移动的场合应用有限，本实用新型组合机械手结合了普通机械手和蜘蛛手的优点，对力臂和连杆结构尺寸的放大，提高机械手的运动范围，适用于智能物流仓储设备、无人售卖立体库等场合。力臂和连杆可采用碳纤维或空心铝等材料，保证组合机械手的结构强度。
13.所述的双连杆为平行设置的两组连杆，可提高连杆的承载能力。
14.所述的驱动机构包括伺服电机和伺服电机减速机，伺服电机减速机与伺服电机相连，用以增加扭矩，降低伺服电机转速，提高运动定位精度，保证物件的平稳移动，同时转矩增大，可提高力臂的作用力，增强机械手的承载能力。
15.所述的丝杆固定架在运动过程中始终保持竖直，托持平台在运动过程中始终保持水平。
16.所述的托持平台上竖直设置有固定板，通过固定板与丝杆固定架相连，固定板上设置有圆孔，丝杆可从圆孔中穿过。
17.更进一步地，所述的托持平台上还设置有滑轨和挡板，用以辅助物件在托持平台上的推出或拉入，还可防止物件从两侧掉落。
18.所述的丝杆一端连接有真空吸头，另一端连接有抽真空装置，真空吸头可在丝杆将物件拉入托持平台时提供牵引力，使物件顺利进入托持平台。
19.本实用新型对机械手的执行机构进行改进，将多个机械臂组合为组合机械手竖向设置作为机械手的执行机构，可避免奇异点问题，同时工作速度更快，工作效率更高。对组合机械手的各机械臂进行结构尺寸上的放大，扩大了其运动范围；现有技术中，蜘蛛手多为水平设置，物件对其各机械臂的作用力相同，在本实用新型中，考虑到物件的重力作用对不
同位置机械臂的影响不同，通过对各机械臂安装位置及角度的设置，将机械臂分为导向臂和承重臂，提高了机械臂整体的承载能力，保证工作的稳定性和可靠性。为保证物件在机械手执行机构快速、大范围移动的过程中的稳定性，在机械手执行机构的端部设置丝杆固定架，通过控制系统控制各机械臂位置关系等，保证丝杆固定架在执行机构运动过程中始终保持竖直，进而保证其上的托持平台始终保持水平，最终保证物件在运动过程中保持水平状态，并且通过伺服电机减速机对机械臂运动速度进行降速以及托持平台上挡板等结构的设置，保证了本实用新型机械手工作过程中的稳定性和安全性。同时，本实用新型在丝杆固定架中心设置有中空伺服电机和丝杆，且丝杆上连接有真空吸头和抽真空装置，通过丝杆的前进或后退使物件离开或进入托持平台，彻底解决了普通机械手的干涉问题，大大扩展了抓取物件的大小范围，且工作效率更高。在工作时，丝杆后退将物件拉入托持平台，实现物件的水平拉入，之后物件在托持平台上通过机械手的运动进行大范围、快速位置移动，到达目标位置后，通过丝杆的前进实现物件的水平推出。
20.与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：
21.1、本实用新型结合了机械手和蜘蛛手的优点，通过中空伺服电机带动丝杆前进或后退，实现物件的推出或拉入，可避免奇异点问题，且工作速度更快，完成一次物件拿取或放置操作仅耗时3～4s，工作效率更高；
22.2、本实用新型托持平台在运动过程中始终保持水平，对不能倾斜的物件如贵重物件等也能进行移动，且通过采用伺服电机减速机，降低了工作速度，保证物件的平稳移动，适用范围更广，安全性更高；
23.3、通过对机械手的力臂以及连杆结构尺寸的放大，扩大了机械手的运动范围，可达2～4m，适用于智能物流仓储设备、无人售卖立体库等场合；
24.4、通过对力臂以及连杆结构尺寸的放大，连杆的两组设置，导向臂、第一承重臂、第二承重臂之间安装角度的设置，使用球窝固定结构以及伺服电机减速机降速等，提高了机械手的承载能力；
25.5、与现有机械手相比，结构更加简单，成本大大降低。
附图说明
26.图1为本实用新型高速立体智能组合机械手的主视图；
27.图2为本实用新型高速立体智能组合机械手的左视图；
28.图3为本实用新型高速立体智能组合机械手的俯视图；
29.图4为本实用新型高速立体智能组合机械手的局部结构爆炸图；
30.图5为本实用新型高速立体智能组合机械手的工作状态示意图；
31.图中：1
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底座，2
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伺服旋转固定架，3
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组合机械手固定架，4
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机械臂，5
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驱动机构，6
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丝杆固定架，7
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中空伺服电机，8
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丝杆，9
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托持平台，10
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球窝固定件，11
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真空吸头，400
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力臂，401
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双连杆，41
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导向臂，42
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第一承重臂，43
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第二承重臂，900
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固定板，901
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圆孔，902
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滑轨，903
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挡板。
具体实施方式
32.下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。以下实施例在以本实用
新型技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。
33.实施例1
34.如图1～3所示，一种高速立体智能组合机械手，包括底座1、伺服旋转固定架2、组合机械手固定架3、机械臂4、驱动机构5、丝杆固定架6、中空伺服电机7、丝杆8和托持平台9；伺服旋转固定架2安装在底座1上；组合机械手固定架3竖直设置于伺服旋转固定架2上；驱动机构5设置在组合机械手固定架3上，驱动机构5的输出端活动连接有机械臂4；机械臂4有三个，分别为导向臂41、第一承重臂42和第二承重臂43，三个机械臂之间的安装角度互为120
°
；丝杆固定架6与机械臂4的自由端连接，丝杆固定架6在运动过程中始终保持竖直；中空伺服电机7水平安装在丝杆固定架6中心，丝杆固定架6上固定有托持平台9，托持平台9在机械手的运动过程中始终保持水平，中空伺服电机7中间装有丝杆8，通过中空伺服电机7的运作使丝杆8前进或后退。
35.机械臂4由力臂400和双连杆401构成，力臂400的一端和双连杆401的一端活动连接，力臂400的另一端与驱动机构5的输出端固定连接，双连杆401的另一端与丝杆固定架6活动连接。其中，力臂400的长度为0.5～2m，双连杆401的长度为0.5～2m，且双连杆401平行设置有两组，力臂和连杆可采用碳纤维材料制成。
36.驱动机构5包括伺服电机和伺服电机减速机，伺服电机有三台，且伺服电机的输出端与机械臂4活动连接；伺服电机减速机与伺服电机相连，用以增加扭矩，降低伺服电机转速，提高运动定位精度，伺服电机输出功率为0.4～4kw。
37.如图4所示，双连杆401通过球窝固定件10与固定架6固定连接。托持平台9上竖直设置有固定板900，通过固定板900与固定架6相连，固定板900上设置有圆孔901，丝杆8可从圆孔901中穿过，托持平台9上还设置有滑轨902和挡板903。丝杆8的一端连接有真空吸头11，另一端连接有抽真空装置。
38.如图5所示，将该高速立体智能组合机械手运用在智能物流仓储的库中，机械手位于货架中间，通过机械手实现货物的拿取或放置。
39.工作时，将托持平台9靠近货物底部，丝杆8通过真空吸头11将货物吸住，通过中空伺服电机7运作将丝杆8后移，货物移入托持平台9，实现货物的拿取。之后通过导向臂41、第一承重臂42和第二承重臂43的协同运作将托持平台9上的货物平稳移动到目标位置，通过中空伺服电机7的运作将丝杆8前移，真空吸头11的牵引力消失，将货物移出托持平台9，实现货物的放置。
40.本实施例高速立体智能组合机械手无奇异点，机械手运动范围可达2～4m，对高处货物也能顺利完成拿取或放置操作，耗时3～4s，相比现有技术机械手设计耗时大大降低，显著提高了工作效率。本实用新型机械手可承重5～50kg，可满足机械手对一般货物的承重要求。
41.本实施例高速立体智能组合机械手配合智能物流仓储一定形状的库的设置，占地面积小，容量大，通过机械手实现货物的拿取或放置，通过近程或远程控制，可实现无人化管理，节省人力成本。
42.实施例2
43.一种高速立体智能组合机械手，可应用在无人售卖立体库中，一种高速立体智能
组合机械手，包括底座1、伺服旋转固定架2、组合机械手固定架3、机械臂4、驱动机构5、丝杆固定架6、中空伺服电机7、丝杆8和托持平台9；伺服旋转固定架2安装在底座1上；组合机械手固定架3竖直设置于伺服旋转固定架2上；驱动机构5设置在组合机械手固定架3上，驱动机构5的输出端活动连接有机械臂4；机械臂4有三个，分别为导向臂41、第一承重臂42和第二承重臂43，三个机械臂之间的安装角度互为120
°
；丝杆固定架6与机械臂4的自由端连接，丝杆固定架6在运动过程中始终保持竖直；中空伺服电机7水平安装在丝杆固定架6中心，丝杆固定架6上固定有托持平台9，托持平台9在机械手的运动过程中始终保持水平，中空伺服电机7中间装有丝杆8，通过中空伺服电机7的运作使丝杆8前进或后退。
44.机械臂4由力臂400和双连杆401构成，力臂400的一端和双连杆401的一端活动连接，力臂400的另一端与驱动机构5的输出端固定连接，双连杆401的另一端与丝杆固定架6活动连接。其中，力臂400的长度为0.5～2m，双连杆401的长度为0.5～2m，且双连杆401平行设置有两组，力臂和连杆可采用中空铝管材料制成。
45.驱动机构5包括伺服电机和伺服电机减速机，伺服电机有三台，且伺服电机的输出端与机械臂4活动连接；伺服电机减速机与伺服电机相连，用以增加扭矩，降低伺服电机转速，提高运动定位精度，伺服电机输出功率为0.4～4kw。
46.双连杆401通过球窝固定件10与固定架6固定连接。托持平台9上竖直设置有固定板900，通过固定板900与固定架6相连，固定板900上设置有圆孔901，丝杆8可从圆孔901中穿过，托持平台9上还设置有滑轨902和挡板903。丝杆8的一端连接有真空吸头11，另一端连接有抽真空装置。
47.工作时，将托持平台9插入商品底部，丝杆8通过真空吸头11将商品吸住，通过中空伺服电机7运作将丝杆8后移，商品移入托持平台9，实现商品的拿取。之后通过导向臂41、第一承重臂42和第二承重臂43的协同运作将托持平台9上的商品平稳移动到目标位置，通过中空伺服电机7的运作将丝杆8前移，真空吸头11的牵引力消失，将商品移出托持平台9，实现商品的放置。
48.本实施例高速立体智能组合机械手无奇异点，机械手运动范围可达2～4m，对高处商品也能顺利完成拿取或放置操作，耗时3～4s，相比现有技术机械手设计耗时大大降低，显著提高了工作效率。本实用新型机械手可抓取的商品可以为重量很轻的小物件，如1～2g的饼干、u盘等，也可以为重达5～50kg的大件物品，可满足机械手对一般商品的承重要求。
49.本实施例高速立体智能组合机械手配合无人售卖立体库的设置，占地面积小，容量大，通过机械手实现商品的拿取或放置，可实现无人化管理，可通过近程、远程app下单，实时或预约购物，直接将商品送到消费者面前，节省等待时间，形式新颖，将大大改变人们的消费习惯和生活习惯。
50.实施例3
51.一种高速立体智能组合机械手，可应用在电商物流暂存库中，包括底座1、伺服旋转固定架2、组合机械手固定架3、机械臂4、驱动机构5、丝杆固定架6、中空伺服电机7、丝杆8和托持平台9；伺服旋转固定架2安装在底座1上；组合机械手固定架3竖直设置于伺服旋转固定架2上；驱动机构5设置在组合机械手固定架3上，驱动机构5的输出端活动连接有机械臂4；机械臂4有三个，分别为导向臂41、第一承重臂42和第二承重臂43，三个机械臂之间的安装角度互为120
°
；丝杆固定架6与机械臂4的自由端连接，丝杆固定架6在运动过程中始终
保持竖直；中空伺服电机7水平安装在丝杆固定架6中心，丝杆固定架6上固定有托持平台9，托持平台9在机械手的运动过程中始终保持水平，中空伺服电机7中间装有丝杆8，通过中空伺服电机7的运作使丝杆8前进或后退。
52.机械臂4由力臂400和双连杆401构成，力臂400的一端和双连杆401的一端活动连接，力臂400的另一端与驱动机构5的输出端固定连接，双连杆401的另一端与丝杆固定架6活动连接。其中，力臂400的长度为0.5～2m，双连杆401的长度为0.5～2m，且双连杆401平行设置有两组，力臂和连杆可采用中空铝管材料制成。
53.驱动机构5包括伺服电机和伺服电机减速机，伺服电机有三台，且伺服电机的输出端与机械臂4活动连接；伺服电机减速机与伺服电机相连，用以增加扭矩，降低伺服电机转速，提高运动定位精度，伺服电机输出功率为0.4～4kw。
54.双连杆401通过球窝固定件10与固定架6固定连接。托持平台9上竖直设置有固定板900，通过固定板900与固定架6相连，固定板900上设置有圆孔901，丝杆8可从圆孔901中穿过，托持平台9上还设置有滑轨902和挡板903。丝杆8的一端连接有真空吸头11，另一端连接有抽真空装置。
55.工作时，将托持平台9插入商品底部，丝杆8通过真空吸头11将商品吸住，通过中空伺服电机7运作将丝杆8后移，商品移入托持平台9，实现商品的拿取。之后通过导向臂41、第一承重臂42和第二承重臂43的协同运作将托持平台9上的商品平稳移动到目标位置，通过中空伺服电机7的运作将丝杆8前移，真空吸头11的牵引力消失，将商品移出托持平台9，实现商品的放置。
56.本实施例高速立体智能组合机械手无奇异点，机械手运动范围可达2～4m，对高处商品也能顺利完成拿取或放置操作，耗时3～4s，相比现有技术机械手设计耗时大大降低，显著提高了工作效率。
57.本实施例高速立体智能组合机械手配合电商物流暂存库的设置，占地面积小，容量大，通过机械手实现商品的拿取或放置，可实现无人化管理，可加快商品的流通，减轻商品在分发过程中的劳动强度，有利于建立智能化物流系统，从订单下达到商品发出实现全自动、仓库管理无纸化、全过程高效管理。
58.上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本实用新型不限于上述实施例，本领域技术人员根据本实用新型的揭示，不脱离本实用新型范畴所做出的改进和修改都应该在本实用新型的保护范围之内。