[發明專利]一種機器人用柔性手腕

無效

• 申請號: 201010215314.5
• 申請日: 2010-07-02
• 公開（公告）號: CN101863035A
• 公開（公告）日: 2010-10-20
• 發明（設計）人: 唐小琦;葉伯生;劉恩滄;楊威;孟國軍;馮健;熊爍
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: B25J17/02
• 分類號: B25J17/02;B25J19/00
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 朱仁玲

技術領域

本發明涉及一種機器人用柔性手腕，特別涉及一種對異型曲面進行打磨、拋光的機器人用柔性手腕。

背景技術

傳統的機器人手腕是連接機器人手臂與末端執行器的部件，其作用是調整和改變機器人手臂末端在空間的姿態和位置以配合手臂運動來完成各種復雜的作業。手腕的自由度及姿態范圍直接影響著機器人的靈活性和通用性。當前工業機器人結構中應用較多的手腕有：三軸相互垂直手腕、Trallfa手腕、球齒輪手腕、可連續轉動的錐齒輪組合手腕等，這些手腕都是在三個驅動源的驅動下，使作業工具完成任意姿態的變化，由于可以達到任意姿態，通常也稱之為柔性手腕。但是，它們的傳動結構是剛性的，受機械結構限制，自由度數(2～3個)較少，運動不靈活，可控制性差，不能實現力/位置混合控制，不能適應多變的作業環境，因此這些機器人的作業功能受到限制，目前，多用于搬運、上下料、噴漆、焊接等作業，不適用于打磨、拋光、軸孔裝配等作業。

如果，在現有的工業機器人由剛性驅動的手腕上再安裝一個柔性手腕(作為附件)，則可以增加作業工具的靈活性，更好地適應作業環境的變化，依據手腕上的位置傳感器及角度傳感器的信號實現力/位置的混合控制，因此可擴大工業機器人的作業功能。

機器人的作業工具依據設定的空間軌跡進行位置控制趨近作業對象。如果作業工具與作業對象兩者剛性都很大，不允許發生碰撞，兩者的表面不能連續地接觸，這時就需要力控制。此外，在作業工具與對象相互接觸那一瞬間只靠位置控制很難實現無碰撞的接觸，這時要求機器人具有一定柔軟性，使作業工具與作業對象逐漸實現柔性接觸或稱“軟著陸”。

本柔性手腕安裝在機器人本體上后，可以使它的某些自由度具有柔性，與對象相接觸可實現“軟著陸”，允許手腕有彈性變形。由傳感器檢測它的彈性變形量，由此可以識別作業物體的特征，感知作業工具與作業對象的接觸狀態，控制和調整機器人的運動軌跡。

發明內容

本發明的目的是為現有的工業機器人提供一種性手腕，使它能夠完成工業上對異型曲面的打磨、拋光工作。這種手腕尺寸小，重量輕，結構簡單，制造容易，不需要電機來驅動，具有自動復位功能，控制性好，與機器人配合使用可實現對異型曲面的打磨、拋光，避免員工在惡劣的環境下工作，同時能大大提高生產效率。

該柔性手腕是在仿生學的思路指導下設計的，類似于人的一個手掌。此手腕作為工業機器人的一個附件，安裝在工業機器人本體的末端組成冗余度機器人，增加了它的靈活性。該柔性手腕具有兩個偏轉和一個移動共三個自由度，對此三個自由度沒有獨立的驅動裝置。將該柔性手腕安裝在通用的四--六個自由度的機器人末端，組成欠驅動冗余度機器人。當安裝柔性手腕上的作業工具與外界環境(物體)接觸時，柔性手腕會依被接觸物體的形狀產生偏轉和移動，離開與外界物體的接觸后，在自身彈簧力作用下柔性手腕自行恢復到初始位姿，并保持不變。柔性手腕的三個關節上裝有角度傳感器和位移傳感器用來檢測偏轉角和移動量的大小，可以實現力/位置混合控制。

采用的具體技術方案如下：

一種機器人用柔性手腕，包括移動部分、擺動部分以及固定板、連接板和安裝板，所述固定板固定于機器人本體末端，所述移動部分和擺動部分其中之一固定在該固定板上，另一部分上固定有所述安裝板，兩部分中間通過連接板連接為一體，所述安裝板位于手腕末端，用于安裝作業工具，所述移動部分和所述擺動部分能夠分別實現直線移動和實現兩方向的擺動，當所述作業工具接觸待加工物件時，所述柔性手腕可根據物件表面輪廓形狀自動調整自身姿態，實現平穩加工。

作為本發明的進一步改進，所述的移動部分具有支承套結構，該支承套結構包括上支承套、下支承套、直線軸承、兩調整螺塞和彈簧，上支承套通過一調整螺塞固定在固定板上，下支承套通過調整螺塞固定在連接板上，直線軸承裝在下支承套內，上支承套通過直線軸承與下支承套能夠實現相對直線運動，所述彈簧設置在兩調整螺塞之間，用于限制上下支承套的相對移動幅度，并在無外力作用時使連接板復位。

作為本發明的進一步改進，所述的擺動部分包括十字擺環、四個小支架和四個斜置彈簧，所述四個小支架兩兩成對分別固定在連接板和安裝板上，所述十字擺環的四端分別與各小支架上的孔可轉動地配合，從而通過四個小支架與連接板及安裝聯接，四個斜置彈簧均布地傾斜設置在連接板及安裝板之間，限制十字擺環的擺動幅度，并在無外力作用時使安裝板及十字擺環自動復位。