一种集成式的两自由度机械手及其控制系统技术方案

本发明专利技术公开了一种集成式的两自由度机械手及其控制系统，该机械手包括：位于Z轴方向上的滚珠丝杆与可同时进行直线运动和旋转运动的外筒旋转式滚珠花键；设于滚珠丝杆上的上中空电机；设于滚珠花键上的下中空电机；连接滚珠丝杆与滚珠花键的丝杆花键连接件；固定板，上中空电机和下中空电机固定于固定板上。本发明专利技术利用两个中空电机，使滚珠丝杆、滚珠花键不通过同步带直接与电机轴相连，减少了累计误差，提高了机械手的响应速度和传动精度；两个电机与滚珠丝杆、滚珠花键在一条轴上，实现了直线运动和旋转运动的解耦，结构简单、使机构体积进一步缩小，同时降低加工成本。

【技术实现步骤摘要】
一种集成式的两自由度机械手及其控制系统
本专利技术涉及工业机器人
，特别是涉及一种集成式的两自由度机械手及其控制系统。
技术介绍
随着我国经济的持续发展和科学技术的突飞猛进，工业机器人被广泛的应用在电子工业、汽车工业、医疗等领域。一种集成的两自由度机械手是工业机器人的一个重要的组成部分，它作为直接的执行部位，被大量的应用于自动插件、焊锡、点胶，贴片等实装
，其本身的结构、重量、外形尺寸和精度对整个机器人的工作性能和技术性能有着直接的影响。目前的直线加旋转运动机构普遍利用同步带、链条等转接件实现原动件与从动件的运动传递，且原动件与原动件、原动件与从动件分布在不同轴线上，其效率低、精度差、结构复杂，制造成本高。因此，针对上述技术问题，有必要提供一种集成式的两自由度机械手及其控制系统。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种集成式的两自由度机械手及其控制系统，其为一种直线加旋转运动机构，能够优化结构、改善性能、提高效率与精度，同时能够降低制造成本。为了实现上述目的，本专利技术实施例提供的技术方案如下：一种集成式的两自由度机械手，所述两自由度机械手包括：位于Z轴方向上的滚珠丝杆与滚珠花键，所述滚珠花键为可同时进行直线运动和旋转运动的外筒旋转式滚珠花键；设于所述滚珠丝杆上的上中空电机；设于所述滚珠花键上的下中空电机；连接所述滚珠丝杆与滚珠花键的丝杆花键连接件；固定板，所述上中空电机和下中空电机固定于固定板上；所述上中空电机旋转时，滚珠丝杆带动滚珠花键在Z轴方向上运动；所述下中空电机旋转时，滚珠花键在垂直于Z轴平面内旋转运动。作为本专利技术的进一步改进，所述固定板上安装有上限位开关和下限位开关，所述丝杆花键连接件上设置有位于上限位开关和下限位开关之间的Z轴限位挡片，丝杆花键连接件通过Z轴限位挡片与上限位开关和下限位开关进行限位。作为本专利技术的进一步改进，所述下中空电机下方设有用于实现下中空电机原点标定的旋转限位开关，所述旋转限位开关固定安装于所述固定板上。作为本专利技术的进一步改进，所述上中空电机上方设置有与固定板垂直安装的上电机支撑板，所述下中空电机下方设置有与固定板垂直安装的下电机支撑板。作为本专利技术的进一步改进，所述上中空电机与法兰螺母连接件固定安装，所述法兰螺母连接件上通过紧定螺栓安装有丝杆法兰螺母。作为本专利技术的进一步改进，所述下中空电机的轴线上固定连接有花键外筒连接件，所述花键外筒连接件与花键外筒固定连接，花键外筒固定于花键外筒支撑架上，所述滚珠花键固定设置于花键外筒的轴线上。作为本专利技术的进一步改进，所述丝杆花键连接件中包括相对安装的上角接触轴承和下角接触轴承，所述丝杆花键连接件包括上台阶和下台阶，丝杆花键连接件的上方和下方还固定有上轴承盖板和下轴承盖板，所述上角接触轴承位于上台阶和上轴承盖板之间，下角接触轴承位于下台阶和下轴承盖板之间。作为本专利技术的进一步改进，所述滚珠丝杆与上角接触轴承过盈配合，滚珠丝杆的轴肩紧顶着上接触轴承的上端面，滚珠丝杆的轴端通过上锁紧螺母锁紧，实现滚珠丝杆轴向定位；所述滚珠花键与下角接触轴承过盈配合，滚珠花键的轴肩紧顶着下角接触轴承的下端面，滚珠花键的轴端通过下锁紧螺母锁紧，实现滚珠花键轴向定位。相应地，一种集成式的两自由度机械手的控制系统，所述控制系统包括：计算机、与计算机相连的运动控制卡、以及与运动控制卡相连的驱动器，所述驱动器用于驱动上中空电机和下中空电机，所述计算机发送指令至运动控制卡，运动控制卡将上中空电机和下中空电机的位置实时反馈给计算机，控制滚珠花键上下极限的位置，并进行下中空电机的原点标定。作为本专利技术的进一步改进，所述运动控制卡采用脉冲的方式驱动伺服，脉冲数量决定上中空电机和/或下中空电机的转动圈数，脉冲频率决定上中空电机和/或下中空电机的转动速度。本专利技术的有益效果是：利用两个中空电机，使滚珠丝杆、滚珠花键不通过同步带直接与电机轴相连，减少了累计误差，提高了机械手的响应速度和传动精度；两个电机与滚珠丝杆、滚珠花键在一条轴上，实现了直线运动和旋转运动的解耦，结构简单、使机构体积进一步缩小，同时降低加工成本。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术一具体实施例中集成式的两自由度机械手的侧视结构示意图；图2为本专利技术一具体实施例中集成式的两自由度机械手的剖视结构示意图；图3为本专利技术一具体实施例中集成式的两自由度机械手的控制系统模块示意图。具体实施方式为了使本
的人员更好地理解本专利技术中的技术方案，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术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专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，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，都应当属于本专利技术保护的范围。本专利技术公开了一种集成式的两自由度机械手，包括：位于Z轴方向上的滚珠丝杆与滚珠花键，其中滚珠花键为可同时进行直线运动和旋转运动的外筒旋转式滚珠花键；设于滚珠丝杆上的上中空电机；设于滚珠花键上的下中空电机；连接滚珠丝杆与滚珠花键的丝杆花键连接件；固定板，上中空电机和下中空电机固定于固定板上；上中空电机旋转时，滚珠丝杆带动滚珠花键在Z轴方向上运动；下中空电机旋转时，滚珠花键在垂直于Z轴平面内旋转运动。本专利技术还公开了一种集成式的两自由度机械手的控制系统，包括：计算机、与计算机相连的运动控制卡、以及与运动控制卡相连的驱动器，驱动器用于驱动上中空电机和下中空电机，计算机发送指令至运动控制卡，运动控制卡将上中空电机和下中空电机的位置实时反馈给计算机，控制滚珠花键上下极限的位置，并进行下中空电机的原点标定。参图1、图2所示为本专利技术一具体实施例中集成式的两自由度机械手的结构示意图。本实施例中丝杆法兰螺母1通过法兰螺母连接件2与上中空电机5固定连接，上电机支撑板4将上中空电机5固定在固定板3上，上限位开关6、下限位开关16、以及旋转限位开关18分别固定在固定板3上，其中Z轴限位挡片12通过上限位开关6和下限位开关16限定Z轴的直线加旋转机构的Z轴方向上导程，旋转限位开关18实现下中空电机原点的标定。本实施例中的上限位开关6、下限位开关16、以及旋转限位开关18均设置为光电开关，当然在其它实施例中也可以为其他类型的开关。上角接触轴承9、下角接触轴承14分别置于丝杆花键连接件10中，其安装方向方向相对。上角接触轴承9分别被丝杆花键连接件10内上台阶与上轴承盖板8定位，下角接触轴承14分别被丝杆花键连接件10内下台阶与下轴承盖板15定位。本实施例中，滚珠丝杆7与上角接触轴承9过盈配合，其轴肩紧顶着上角接触轴承9的上端面，轴端用上锁紧螺母11锁紧，实现滚珠丝杆7轴向定位。滚珠花键19与下角接触轴承14过盈配合，其轴肩紧顶着下角接触轴承14的下端面，滚珠花键19的轴端用下锁紧螺母13锁紧，实现滚珠花键19轴向定位。花键外筒21通过花键外筒支撑架22与固定板3相连，花键外筒21通过花键外筒连接件2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种集成式的两自由度机械手，其特征在于，所述两自由度机械手包括：位于Z轴方向上的滚珠丝杆与滚珠花键，所述滚珠花键为可同时进行直线运动和旋转运动的外筒旋转式滚珠花键；设于所述滚珠丝杆上的上中空电机；设于所述滚珠花键上的下中空电机；连接所述滚珠丝杆与滚珠花键的丝杆花键连接件；固定板，所述上中空电机和下中空电机固定于固定板上；所述上中空电机旋转时，滚珠丝杆带动滚珠花键在Z轴方向上运动；所述下中空电机旋转时，滚珠花键在垂直于Z轴平面内旋转运动。

【技术特征摘要】
1.一种集成式的两自由度机械手，其特征在于，所述两自由度机械手包括：位于Z轴方向上的滚珠丝杆与滚珠花键，所述滚珠花键为可同时进行直线运动和旋转运动的外筒旋转式滚珠花键；设于所述滚珠丝杆上的上中空电机；设于所述滚珠花键上的下中空电机；连接所述滚珠丝杆与滚珠花键的丝杆花键连接件；固定板，所述上中空电机和下中空电机固定于固定板上；所述上中空电机旋转时，滚珠丝杆带动滚珠花键在Z轴方向上运动；所述下中空电机旋转时，滚珠花键在垂直于Z轴平面内旋转运动；所述固定板上安装有上限位开关和下限位开关，所述丝杆花键连接件上设置有位于上限位开关和下限位开关之间的Z轴限位挡片，丝杆花键连接件通过Z轴限位挡片与上限位开关和下限位开关进行限位。2.根据权利要求1所述的集成式的两自由度机械手，其特征在于，所述下中空电机下方设有用于实现下中空电机原点标定的旋转限位开关，所述旋转限位开关固定安装于所述固定板上。3.根据权利要求1所述的集成式的两自由度机械手，其特征在于，所述上中空电机上方设置有与固定板垂直安装的上电机支撑板，所述下中空电机下方设置有与固定板垂直安装的下电机支撑板。4.根据权利要求1所述的集成式的两自由度机械手，其特征在于，所述上中空电机与法兰螺母连接件固定安装，所述法兰螺母连接件上通过紧定螺栓安装有丝杆法兰螺母。5.根据权利要求1所述的集成式的两自由度机械手，其特征在于，所述下中空电机的轴线上固定连接有花键外筒连接件，所述花键外筒连接件与花键外筒固定连接，花键外筒固定于花键外筒支撑...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘吉柱，王阳俊，潘明强，庄猛，陈涛，任子武，陈立国，孙立宁，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32