[發(fā)明專利]控制夾持變形的機械手

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201911037133.5
• 申請日: 2019-10-29
• 公開（公告）號: CN110744577B
• 公開（公告）日: 2021-04-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 雷華;魯陽
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號: B25J15/02
• 分類號: B25J15/02;B25J15/12;B25J9/16;B25J13/08
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 萬尾甜;韓介梅

1.控制夾持變形的機械手；其特征是由機架(1)、編碼絲桿、驅(qū)動器(2)、夾持器及數(shù)控器組成；

機架(1)的結(jié)構(gòu)包括一長方形基板、固定于基板下方用于連接機器人手臂的聯(lián)軸器(23)、固定設(shè)于基板上方左側(cè)的左軸承支板(3)、固定設(shè)于基板上方右側(cè)的右軸承支板(12)、及開設(shè)于基板上表面的U形導(dǎo)向限位槽(6)；左軸承支板(3)上嵌裝有左軸承(5)，右軸承支板(12)上嵌裝有右軸承(11)，兩軸承處于共軸位置，軸線與U形導(dǎo)向限位槽(6)的軸線平行；

編碼絲桿由測微絲桿(4)和三態(tài)編碼器(TE)組成；

測微絲桿(4)的結(jié)構(gòu)從左到右分為I-II、II-III、III-IV、IV-V、V-VI五段；I-II段為光軸，II-III段為左旋螺紋軸，III-IV段為突起的臺階軸，IV-V段為右旋螺紋軸，V-VI段也是光軸；測微絲桿(4)通過I-II段光軸與左軸承(5)的配合和V-VI段光軸與右軸承(11)的配合安裝在機架(1)上，I-II段光軸外伸到左軸承支板(3)的左側(cè)，V-VI段光軸外伸到右軸承支板(12)的右側(cè)；

三態(tài)編碼器(TE)由齒盤(19)、傳感器支架(17)、左上懸臂梁傳感器(25)、右上懸臂梁傳感器(18)、左下懸臂梁傳感器(21)和右下懸臂梁傳感器(22)組成；齒盤(19)為一圓周均勻布有若干圓弧齒(20)的圓盤，共軸固定在測微絲桿(4)的V-VI段光軸上，齒盤(19)的齒數(shù)為4的整數(shù)倍；傳感器支架(17)為一矩形框架，固定在機架(1)基板的右上方，并將齒盤(19)圍在中間；左上、右下、左下、右上懸臂梁傳感器(25、22、21、18)分別固定于傳感器支架(17)的上、下、左、右四側(cè)內(nèi)壁，在靠近左上、右下、左下、右上懸臂梁傳感器(25、22、21、18)根部處分別沿梁軸線方向貼有電阻應(yīng)變計R₅,R₆、R₇,R₈、R₁₁,R₁₂和R₉,R₁₀，在靠近左上、右下、左下、右上懸臂梁傳感器(25、22、21、18)自由端處朝向齒盤(19)一側(cè)分別加工有左三角形突棱(24)、右三角形突棱(27)、下三角形突棱(28)、上三角形突棱(26)；四個懸臂梁傳感器均有一定量的預(yù)變形，預(yù)變形產(chǎn)生的彈性壓力使四個三角形突棱的棱頂分別與齒盤(19)周邊的圓弧齒(20)保持接觸，接觸點的具體位置按以下條件確定：

a.設(shè)齒盤(19)的縱向?qū)ΨQ線通過正上方圓弧齒和正下方圓弧齒的中心，齒盤(19)的水平對稱線通過最左端圓弧齒和最右端圓弧齒的中心；

b.此時，左三角形突棱(24)位于齒盤(19)的水平對稱線上，與最左端圓弧齒的頂點接觸；右三角形突棱(27)位于齒盤(19)水平對稱線和最右端圓弧齒的上側(cè)，并且剛好對準相鄰兩圓弧齒(20)之間的谷底；上三角形突棱(26)和下三角形突棱(28)均位于齒盤(19)縱向?qū)ΨQ線的右側(cè)，分別與正上方圓弧齒的右側(cè)和正下方圓弧齒的右側(cè)接觸；左三角形突棱(24)到齒盤(19)縱向?qū)ΨQ線的距離用h_max表示，右三角形突棱(27)到齒盤(19)縱向?qū)ΨQ線的距離用h_min表示，上三角形突棱(26)與正上方圓弧齒接觸點到齒盤(19)水平對稱線的距離和下三角形突棱(28)與正下方圓弧齒接觸點到齒盤(19)水平對稱線的距離相等，二者均用h_mid表示；h_mid與h_min和h_max之間存在式(1)表示的關(guān)系：

h_min、h_mid和h_max統(tǒng)稱特征高度，其中h_min是最小特征高度，h_mid是平均特征高度，h_max是最大特征高度；

驅(qū)動器(2)用于驅(qū)動編碼絲桿轉(zhuǎn)動，驅(qū)動器(2)安裝在左軸承支板(3)的左側(cè)，與測微絲桿(4)的I-II段光軸連接；

夾持器由左夾持臂(13)和右夾持臂(14)組成，二者均為固定端有軸套的懸臂式彈性梁傳感器，材質(zhì)、形狀和尺寸相同，兩軸套的底部分別嵌裝有左限位導(dǎo)桿(7)和右限位導(dǎo)桿(10)，左夾持臂(13)在軸套的中部嵌裝有左旋傳動螺母(8)，右夾持臂(14)在軸套的中部嵌裝有右旋傳動螺母(9)；左夾持臂(13)通過左旋傳動螺母(8)與測微絲桿(4)的左旋螺紋軸配合、以及左限位導(dǎo)桿(7)與U形導(dǎo)向限位槽(6)的配合，安裝在測微絲桿(4)上；右夾持臂(14)通過右旋傳動螺母(9)與測微絲桿(4)的右旋螺紋軸配合、以及右限位導(dǎo)桿(10)與U形導(dǎo)向限位槽(6)的配合，安裝在測微絲桿(4)上；兩夾持臂豎直朝上，二者處于對稱位置；測微絲桿(4)轉(zhuǎn)動時，帶動兩夾持臂沿測微絲桿(4)的軸線方向作相向移動或反向移動；夾持臂的彈性梁自由端的左、右兩側(cè)裝有夾頭，夾持臂的彈性梁包括兩種基本結(jié)構(gòu)形式：

a)魚鉤形折梁，其結(jié)構(gòu)包括固連的長臂a-c段、轉(zhuǎn)折節(jié)a-d段和短臂d-e段，截面c處為折梁的固定端，a-d段為折梁的剛性節(jié)點；長臂a-c段的結(jié)構(gòu)由上到下分為a-b和b-c兩段，a-b段的高度H大于b-c段的高度h₁；短臂d-e段為等截面梁；

b)直梁，其結(jié)構(gòu)由上到下分為a-b和b-c兩段，a-b段的高度H大于b-c段的高度h，截面c處為梁的固定端，截面a處為梁的自由端；

左夾持臂(13)的彈性梁在b-c段左、右兩側(cè)沿梁軸線方向貼有電阻應(yīng)變計R₂和R₁，右夾持臂(14)的彈性梁在b-c段左、右兩側(cè)沿梁軸線方向貼有電阻應(yīng)變計R₃和R₄；

夾持器的夾頭有面接觸、線接觸、點接觸三種類型；

魚鉤形折梁的夾頭設(shè)置在短臂d-e段的截面e處，且滿足零轉(zhuǎn)角條件；零轉(zhuǎn)角條件是指：當夾持力的作用線與折梁縱向?qū)ΨQ面和橫截面e的交線重合時，橫截面e的轉(zhuǎn)角和夾頭的轉(zhuǎn)角均為零；

直梁的夾頭設(shè)置在自由端a的左、右兩側(cè)；

數(shù)控器為帶有應(yīng)變信號采集-調(diào)理電路、驅(qū)動器控制電路的微計算機系統(tǒng)，可獲得測量結(jié)果。