[發(fā)明專(zhuān)利]一種閉鏈結(jié)構(gòu)四自由度電驅(qū)動(dòng)多關(guān)節(jié)型工業(yè)機(jī)械手

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310706101.6
• 申請(qǐng)日: 2013-12-20
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104723331A
• 公開(kāi)（公告）日: 2015-06-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張鐵異;張孟軍;韋俊;張琦;方宇;陶思源;雷發(fā)兵
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 廣西大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): B25J9/08
• 分類(lèi)號(hào): B25J9/08;B25J9/02
• 代理公司: 無(wú)
• 代理人: 無(wú)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及機(jī)械手技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種閉鏈結(jié)構(gòu)四自由度電驅(qū)動(dòng)多關(guān)節(jié)型工業(yè)機(jī)械手。

背景技術(shù)

工業(yè)機(jī)器手在制造業(yè)中發(fā)揮著重要作用，機(jī)器手比工人操作更為準(zhǔn)確、快速，會(huì)使產(chǎn)品成品率及生產(chǎn)效率大幅提高，目前對(duì)適用于中小企業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)的通用機(jī)械手的需求越來(lái)越大，隨著機(jī)械手技術(shù)的廣泛應(yīng)用，具有獨(dú)立控制器、動(dòng)作靈活、適用于中小批量自動(dòng)化生產(chǎn)的通用機(jī)械手得到迅速發(fā)展，目前通用機(jī)械手大多數(shù)是為開(kāi)鏈形式的串聯(lián)結(jié)構(gòu)關(guān)節(jié)型電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)械手，其主要特點(diǎn)為驅(qū)動(dòng)電機(jī)全部都安裝在機(jī)械手的各個(gè)關(guān)節(jié)上，通過(guò)電機(jī)帶動(dòng)機(jī)械手各個(gè)關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的各種動(dòng)作。由于開(kāi)鏈形式的串聯(lián)結(jié)構(gòu)關(guān)節(jié)型電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)電機(jī)都安裝在關(guān)節(jié)的位置，這種結(jié)構(gòu)方式存在以下問(wèn)題：機(jī)械手手臂需要承載電機(jī)的重量并需滿(mǎn)足剛度要求，手臂截面尺寸需要做得較大，這樣會(huì)增大驅(qū)動(dòng)電機(jī)的負(fù)載，增加手臂的運(yùn)動(dòng)慣量，導(dǎo)致機(jī)械手動(dòng)態(tài)性能下降，同時(shí)驅(qū)動(dòng)電機(jī)都安裝在關(guān)節(jié)位置造成機(jī)械手的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、模塊化程度低。而具有成本低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、剛性好、精度高、模塊化程度高特點(diǎn)的通用機(jī)械手在中小批量自動(dòng)化生產(chǎn)的作用越來(lái)越重要。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于：針對(duì)現(xiàn)有機(jī)械手成本高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、模塊化程度低的不足，提出一種閉鏈結(jié)構(gòu)四自由度電驅(qū)動(dòng)多關(guān)節(jié)型工業(yè)機(jī)械手，可實(shí)現(xiàn)共設(shè)有回轉(zhuǎn)、大臂俯仰、小臂俯仰、手腕彎轉(zhuǎn)，手腕回轉(zhuǎn)五個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)，具有成本低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、剛性好、精度高、模塊化程度高的特點(diǎn)，可用于現(xiàn)代制造業(yè)中的中小批量自動(dòng)化生產(chǎn)。

本發(fā)明提供的技術(shù)方案是：一種閉鏈結(jié)構(gòu)四自由度電驅(qū)動(dòng)多關(guān)節(jié)型工業(yè)機(jī)械手，由底座、廻轉(zhuǎn)臺(tái)、大臂、大臂電動(dòng)推桿、小臂、小臂電動(dòng)推桿、腕部擺桿、腕部電動(dòng)推桿、手爪組成，大臂安裝在回轉(zhuǎn)臺(tái)上，大臂電動(dòng)推桿通過(guò)鉸鏈與大臂及回轉(zhuǎn)臺(tái)相連接，小臂電動(dòng)推桿通過(guò)鉸鏈與大臂及小臂相連接，腕部電動(dòng)推桿通過(guò)鉸鏈與腕部擺桿及小臂相連，手爪安裝在腕部擺桿上。

本發(fā)明突出優(yōu)點(diǎn)在于：采用電動(dòng)推桿與手臂組成三角形的閉鏈結(jié)構(gòu)，與現(xiàn)有開(kāi)鏈結(jié)構(gòu)的機(jī)械手相比，提升了機(jī)械手臂剛性，減少了機(jī)械手臂質(zhì)量，提高了精度，使得機(jī)械手具有了成本低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、剛性好、精度高、模塊化程度高的特點(diǎn)。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明所述一種閉鏈結(jié)構(gòu)四自由度電驅(qū)動(dòng)多關(guān)節(jié)型工業(yè)機(jī)械手示意圖。

圖2閉鏈結(jié)構(gòu)機(jī)械手手臂末端受載后的變形位移圖

圖3閉鏈結(jié)構(gòu)機(jī)械手測(cè)量精度分析圖

具體實(shí)施方式

以下通過(guò)附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步說(shuō)明。

一種閉鏈結(jié)構(gòu)四自由度電驅(qū)動(dòng)多關(guān)節(jié)型工業(yè)機(jī)械手，由1底座、2廻轉(zhuǎn)臺(tái)、3大臂、4大臂電動(dòng)推桿、5小臂、6小臂電動(dòng)推桿、7腕部擺桿、8腕部電動(dòng)推桿、9手爪組成，大臂安裝在回轉(zhuǎn)臺(tái)上，大臂電動(dòng)推桿通過(guò)鉸鏈與大臂及回轉(zhuǎn)臺(tái)相連接，小臂電動(dòng)推桿通過(guò)鉸鏈與大臂及小臂相連接，腕部電動(dòng)推桿通過(guò)鉸鏈與腕部擺桿及小臂相連，手爪安裝在腕部擺桿上。

在工作中，機(jī)械手由于手臂、電機(jī)與夾持重物的質(zhì)量會(huì)對(duì)手臂產(chǎn)生靜載與動(dòng)載作用，手臂會(huì)發(fā)生變形，如圖2所示，顯然閉鏈結(jié)構(gòu)機(jī)械手的懸臂長(zhǎng)度L1小于開(kāi)鏈結(jié)構(gòu)機(jī)械手的懸臂長(zhǎng)度L1+L2，故閉鏈結(jié)構(gòu)機(jī)械手手臂末端產(chǎn)生的變形位移小于開(kāi)鏈結(jié)構(gòu)機(jī)械手手臂產(chǎn)生的位移，閉鏈結(jié)構(gòu)機(jī)械手手臂比開(kāi)鏈結(jié)構(gòu)機(jī)械手手臂剛度有一定程度的提高，由于手臂剛性得到提高，因此可以減小手臂截面尺寸，進(jìn)而可減少手臂運(yùn)動(dòng)慣量，提高機(jī)械手動(dòng)態(tài)性能。

開(kāi)鏈結(jié)構(gòu)機(jī)械手是通過(guò)測(cè)量控制機(jī)械手臂關(guān)節(jié)處電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度θ1來(lái)控制手臂末端的移動(dòng)位置，手臂轉(zhuǎn)動(dòng)角度θ1若采用普通精度光電編碼器來(lái)測(cè)量則測(cè)量精度不高，若采用高精度光電編碼器來(lái)測(cè)量則會(huì)導(dǎo)致成本提高、可靠性下降。閉鏈結(jié)構(gòu)機(jī)械手通過(guò)測(cè)量機(jī)械手臂電動(dòng)推桿的位移量L1來(lái)控制手臂轉(zhuǎn)動(dòng)角度θ1，進(jìn)而控制手臂末端的移動(dòng)位置，具有縮小機(jī)械手臂末端位置測(cè)控誤差的作用，如圖3所示，設(shè)L1、θ1對(duì)應(yīng)的變化量分別為L(zhǎng)1′、θ1′，則L1、θ1與L1′、θ1′之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系為：