[實用新型]一種模塊化六自由度機械手

有效

• 申請號: 201520898733.1
• 申請日: 2015-11-12
• 公開（公告）號: CN205272018U
• 公開（公告）日: 2016-06-01
• 發明（設計）人: 劉先明;鐘健;陳偉;劉睿
• 申請（專利權）人: 深圳職業技術學院
• 主分類號: B25J9/08
• 分類號: B25J9/08;B25J9/12;B25J9/22;B25J17/00
• 代理公司: 深圳市君勝知識產權代理事務所 44268
• 代理人: 王永文;劉文求

技術領域

本實用新型涉及一種機械裝置，尤其涉及的是一種模塊化六自由度機械手。

背景技術

隨著現代科技的發展，工業的自動化程度越來越高。而工業機器人能夠提高生產過程的自動化程度和生產設備的適應能力，因而提高產品質量和產品在市場上的競爭能力。全世界已有約80萬臺工業機器人正在汽車工業、機電工業和其他工業部門運行，為人類的物質生產建功立業。其中，以焊接機器人和裝配機器人為兩個最主要的應用領域。與工業機器人相比，其他機器人的數量尚十分有限，但其重要性不容忽視，發展前景也十分看好。

工業機器人位置控制的目的，就是要使機器人各關節實現預先所規劃的運動，最終保證工業機器人終端(手爪)沿預定的軌跡運行。這類運動控制的特點是連續控制工業機器人手爪(或工具)的位姿軌跡。一般要求速度可控、軌跡光滑且運動平穩。軌跡控制的技術指標是軌跡精度和平穩性。工業機器人的控制是個多輸入一一多輸出控制系統。

我們把每個關節作為一個獨立的系統。因而，對于一個具有m個關節的工業機器人來說，我們可以把它分解成m個獨立的單輸入一一單輸出控制系統。這種獨立關節控制方法是近似的，因為它忽略了工業機器人的運動結構特點，即各個關節之間相互耦合和隨形位變化的事實。如果對于更高性能要求的機器人控制，則必須考慮更有效的動態模型、更高級的控制方法和更完善的計算機體系結構。

其中，機械手是一種新發展的自動化生產設備。可以通過編程來實現各種預期作業任務。一般需要模擬人手的動作，用來代替人工，提高生產的自動化程度，提高勞動生產率，降低生產成本。尤其是代替人工完成各種極端條件下的工作，如極端溫度和壓力條件下，放射性或者毒性等污染環境中的工作。尤其是對于簡單重復性的工作，相比較于人力，具有極大的優勢。

因為一個剛體在空間具有六個自由度，三個方向的空間位置自由度和繞三個坐標軸的旋轉自由度，所以現在的機械手技術，因為需要抓取和傳送在空間不同位置和方位的物體，就要求能夠達到空間任意一點，完成任何姿勢的動作，即機械手末端相對于其底座可以達到任何的位姿，也就需要完成六個自由度的運動。而這一般都是通過六個獨立驅動的關節來完成的，每個關節都是通過移動或者轉動的軸來實現。

一般專用的機械手多為2~4個自由度，而通用機械手則需要3~6個自由度來實現（不包括機械手指的自由度）。

市場上供應的工業機器人，關節數多為3~7個。最典型的工業機器人具有六個關節，存在六個自由度，帶有夾手（通常稱為手或末端執行裝置）。

現有的六自由度機械手多為普通機械手，只能完成單工作任務或者較簡單的操作，而串聯式六自由度機械裝置雖然可以實現自動搬運、裝配、焊接等作業，但是，由于這種裝置的自身結構限制，其串聯的關節接口比較單一，且缺少限制自由度的承載單元，故其機構剛性較差，無法承擔較重物體的搬運任務，而其動力部分的電機減速通常是采用齒輪減速器減速，使得其控制精度較低，從而導致其運動精度較差，包括定位精度較差和重復精度較差。現有的六自由度機械手在控制下的運動軌跡不能調整，仍然存在運動中心位置的偏差，加之這種裝置結構復雜，增大了控制的積累誤差，導致向某些位置的運動較為困難，運動精度下降，給工業應用帶來了很大的不便。

因此，現有技術還有待于改進和發展。

實用新型內容

鑒于上述現有技術的不足，本實用新型的目的在于提供一種可以靈活、可靠的調整運動的位置和角度的機械手裝置。

本實用新型的技術方案如下：

一種模塊化六自由度機械手，包括一用于提供整個系統運動能量的電源系統、一連接并控制整個結構運動的控制系統、六個相互配合的關節模塊、各關節獨立的轉換機構，以及一末端抓取機構，所述末端抓取機構包括用于驅動所述末端抓取機構的一氣動夾持系統，其中，所述機械手結構還采用向外側延伸的連桿結構連接相鄰兩個所述關節模塊，用于增加關節連接的強度、剛度和精度。

所述的模塊化六自由度機械手，其中，所述轉換機構包括安裝在每個關節上的一動力系統，所述動力系統包括一電機連接一柔性結構諧波減速器，并經過所述柔性結構諧波減速器減速后，在控制系統控制下，運動所連接的機構到指定位置。

所述的模塊化六自由度機械手，其中，所述柔性結構諧波減速器包括位于所述減速器中央的一波發生器，位于所述減速器外圍的一鋼輪和位于所述鋼輪內側的一柔輪，所述柔輪用于通過變形實現與所述鋼輪的無側隙嚙合。