[發明專利]一種五自由度數控機械手

有效

• 申請號: 201210025178.2
• 申請日: 2012-02-06
• 公開（公告）號: CN102554921A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發明（設計）人: 程光
• 申請（專利權）人: 北京聯合大學
• 主分類號: B25J9/08
• 分類號: B25J9/08;B25J9/16;B25J15/08
• 代理公司: 北京馳納智財知識產權代理事務所(普通合伙) 11367
• 代理人: 謝亮;王志剛

技術領域

本發明涉及一種機械手裝置，特別是一種五自由度數控機械手。

背景技術

隨著工業自動化的發展，機械手在工業中得到了廣泛的應用。機械手具有如下優勢，一是安全性高。用人手進入模內取產品，如果注塑機故障或誤按鍵造成合模，有夾傷手之危險，使用機械手能確保安全。二是能夠提高效率和質量。三是降低產品不良率。剛成型產品溫度過高，人員取出產品會造成手痕，產生不良品，因機械手使用特別治具取出，所以不會傷到產品。四是是節省人力和時間。五是節省原料，降低成本，人員取產品時間不定，原料的特殊性會造成產品縮水、變型，因機械手取出的時間固定，所以質量穩定。

然而現有技術中的機械手具有固有的缺陷，如機械手運動形式簡單，僅能實現單一的操作。結構不夠堅固，極容易被損壞。定位不精準，且控制性能低，不易被認為操作。

為解決現有技術中的缺陷，CN102229142A公開了一種五自由度電動機械手，該機械手采用摩擦輪電機和皮帶輪電機制動的方式對機械手進行操控，結構相對簡單，且可以實現多種運動形式，但由于電機制動不夠靈活，導致該機械手定位不夠準確，控制性能低，不易操作，而且手爪功能單一，應用效果不強。

發明內容

針對現有技術存在的缺點。本發明的目的在于提供一種五自由度數控機械手，在結構簡單的基礎上，能夠達到定位準確，控制性強，操作方便，用途廣泛和使用壽命長的技術效果。

本發明提供了一種五自由度數控機械手，包括底座、轉臺、大臂、小臂、手腕和手爪，所述底座與轉臺連接，轉臺與大臂通過肩部連接，大臂通過肘部與小臂連接，小臂通過腕部與手爪連接，所述底座與轉臺之間設置第一自由度，肩部設置第二自由度，肘部設置第三自由度，腕部設置第四自由度，手爪設置第五自由度；所述自由度由伺服電機實現，伺服電機由數控系統控制。

進一步優選，所述第一自由度為轉臺旋轉、第二自由度為肩部升降、第三自由度為肘部升降、第四自由度為腕部升降、第五自由度為手爪夾緊。

進一步優選所述底座、轉臺、大臂、小臂、手腕和手爪的材質為鋁合金。

進一步優選所述第二自由度的伺服電機的扭矩是第四自由度的伺服電機的扭矩的3倍。所述第一自由度的伺服電機的扭矩是30kg.cm。

進一步優選所述機械手高度為400mm—600mm；所述機械手寬度為150mm—210mm。

進一步優選所述大臂的長度為150mm—200mm；所述小臂的長度為120mm—160mm。

進一步優選所述的手爪采用雙推進機構，使手爪夾持角度始終保持在0度。

進一步優選所述手爪具有手指，所述手指與物品間加裝墊片；所述手指的夾持力為10公斤。

進一步優選所述機械手采用鋰聚合物電池。

所述數控系統包括計算機控制系統、24路伺服電機主電路板、五個伺服電機控制電路板。

所述計算機控制系統和24路伺服電機主電路板位于底座內，五個伺服電機控制電路板分別設置于轉臺、手爪、?肩部肘部和腕部中。

計算機控制系統和24路伺服電機主電路板通過串口線連接，24路伺服電機主電路板通過伺服電機連接線與五個伺服電機控制電路板連接。

計算機控制系統用于編程控制工作，采用3維立體虛擬編程系統，將程序通過串口線傳輸至24路伺服電機主電路板。

24路伺服電機主電路板采用單片機控制系統，將指令通過伺服電機連接線發送至五個伺服電機控制電路板。

五個伺服電機控制電路板采集指令并控制位于轉臺、手爪、?肩部，肘部和腕部的伺服電機完成轉臺旋轉、肩部升降、肘部升降、腕部升降和手爪夾緊等操作。

采用本發明的機械手具有如下優點：采用底座、轉臺、大臂、小臂、手腕和手爪結合的方式，結構簡單；采用伺服電機實現五個自由度，伺服電機由數控系統控制，控制性強、運動靈活、關節力量大且定位準確；采用合金和ABS工程塑料材質，使機械手堅固耐用，使用壽命長；手爪采用雙推進機構，并在手指與物品間加裝墊片，增加手爪的應用范圍，使機械手的用途更加廣泛。

附圖說明

圖1：本發明所述的五自由度數控機械手的優選實施例的結構示意圖；圖2：本發明所述的五自由度數控機械手的優選實施例的側視圖；圖3：本發明所述的五自由度數控機械手的優選實施例的手爪的結構示意圖。

其中：1、底座，2、轉臺，3、大臂，4、小臂，5、手腕，6、手爪，?7、肩部，8、肘部，9、腕部,?10、手指，11、連桿，12、主動齒輪，13、從動齒輪，14、安裝座。

具體實施方式