空間協作重載精密雙臂機械手的製作方法
2023-11-05 02:32:07
空間協作重載精密雙臂機械手的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種空間協作重載精密雙臂機械手，包括聯動導軌總成、用於負載重物的負載機械手和用於保證工件定位精度的輔助定位機械手；負載機械手和輔助定位機械手在空間內協同工作，在保證整體機械手結構具有較強負載能力的同時，還具有了較高的定位精度，解決了現有機械手領域存在的負載能力和精度性能相互矛盾的問題，雙臂能夠同時在空間協同工作，在保證大負載能力的同時也能夠滿足不同形狀工件的夾持、高表面精度、高效率和安全性能要求。
【專利說明】空間協作重載精密雙臂機械手【技術領域】
[0001]本發明涉及一種自動化機械部件，特別涉及一種空間協作重載精密雙臂機械手。【背景技術】
[0002]機械手作為重大裝備製造業中最主要的工具而被廣泛研究，應用於汽車、船舶、艦艇、飛機、衛星、火箭、宇宙飛船以及鋼鐵冶金等行業。然而，在重大裝備的製造、安裝/裝配等生產環節，對工業機械手的載荷能力、精度性能提出了更高的要求，而且在一些特殊行業裡對機械手安全性能也提出了更高要求。
[0003]但現有技術中，機械手的負載能力和精度性能是一對矛盾體，提聞負載能力必須要失去精度，而通過伺服電機驅動雖能提高機械手的精度，但其負載能力又會下降。而且，機械手在空間工作過程中的協同工作能力低，一般都是流水線作業，效率較低，在核工業等特殊行業中對機械手的安全性能要求較高的領域，現有的流水作業機械手的遠遠不能達到負載和精度的雙重要求。
[0004]因此需要一種空間協作重載精密雙臂機械手，雙臂能夠同時在空間協同工作，在保證大負載能力的同時也能夠滿足不同形狀工件的夾持、高表面精度、高效率和安全性能要求。
【發明內容】
[0005]有鑑於此，本發明提供一種空間協作重載精密雙臂機械手，雙臂能夠同時在空間協同工作，在保證大負載能力的同時也能夠滿足不同形狀工件的夾持、高表面精度、高效率和安全性能要求。
[0006]本發明的空間協作重載精密雙臂機械手，包括聯動導軌總成、用於負載重物的負載機械手和用於保證工件定位精度的輔助定位機械手；
[0007]所述聯動導軌總成至少包括用於安裝負載機械手的滑塊I和用於安裝輔助定位機械手的滑塊II ；
[0008]所述負載機械手包括肩關節1、上臂1、肘關節1、下臂1、手腕總成I和手爪總成I，上臂I內置液壓缸I，下臂I內置液壓缸II，上臂I通過肩關節I以沿豎直平面轉動的方式與滑塊I連接，下臂I通過肘關節I以沿豎直平面轉動的方式與液壓缸I活塞杆連接，所述手腕總成I包括擺動液壓馬達和伺服電機I，所述擺動液壓馬達缸體與液壓缸II活塞杆固定連接，所述手爪總成包括與伺服電機I輸出軸連接的手爪座和至少兩個與手爪座鉸接的手爪，所述手爪由依次鉸接的指節組成，每個指節均設置驅動指節往復運動的指節驅動件；
[0009]所述輔助定位機械手包括肩關節I1、上臂I1、肘關節I1、下臂I1、手腕總成II和末端執行器，上臂II內置液壓缸III，下臂II內置液壓缸IV，上臂II通過肩關節II以沿豎直平面可以轉動的方式與滑塊II連接，下臂II通過肘關節II以沿豎直平面可以轉動的方式與液壓缸III活塞杆連接，所述手腕總成II包括伺服電機II和伺服電機III，所述伺服電機II機體與液壓缸IV的活塞杆端部固定，所述末端執行器包括轉盤和固定設置於轉盤的自動螺栓擰緊裝置，所述伺服電機III的動力輸出軸與轉盤圓周方向固定配合。
[0010]進一步，所述肩關節1、肩關節I1、肘關節1、肘關節II分別設置有臂驅動裝置，所述臂驅動裝置包括臂驅動伺服電機，所述臂驅動伺服電機的動力輸出軸通過蝸輪蝸杆機構驅動對應的機械臂沿豎直平面轉動。
[0011]進一步，所述臂驅動伺服電機的輸出軸與對應蝸輪蝸杆機構的蝸杆一體成型製成。
[0012]進一步，所述手爪座為上小下大的工字型結構，所述指節設置為兩個，其中第一指節的指節驅動件為液壓缸V，所述液壓缸V缸體與手爪座小頭端鉸接，第一指節與液壓缸V的活塞杆固定，第二指節的指節驅動件為液壓馬達。
[0013]進一步，第一指節和第二指節的夾持面上設有由柔性材料製成的柔性夾持層。
[0014]進一步，所述聯動導軌總成還包括導軌和與導軌滑動配合設置的驅動組件，所述導軌為並列設置的兩個，所述驅動組件對應負載機械手和輔助定位機械手設置兩組，每組驅動組件均包括基座和絲杆，所述滑塊I和所述滑塊II分別與對應的絲杆滑動配合，所述驅動組件還包括與基座配合設置的驅動輪、用於驅動驅動輪沿導軌行走的伺服電機IV和用於驅動絲杆轉動的伺服電機V。
[0015]進一步，每組所述驅動組件還包括兩端與基座連接並內套於滑塊進行導向的導向光杆。
[0016]進一步,還包括自動控制系統,所述自動控制系統包括:
[0017]壓力傳感器，設置於負載機械手指節的夾持面內部用於檢測每個指節的壓力；
[0018]位移傳感器，設置於每個關節處，用於檢測機械手各個部分的位置；
[0019]雷射測距傳感器，設置於輔助定位機械手的末端執行器和負載機械手手爪處，用於檢測與工件的距離，調節末端執行器的位置；
[0020]中央控制器，用於接收各個傳感器的信號並向每個伺服電機、液壓缸、液壓馬達的控制系統發送命令信號實施聯動控制。
[0021]進一步，所述驅動輪包括主動輪和從動輪，所述主動輪由對應伺服電機IV驅動。
[0022]本發明的有益效果:本發明的空間協作重載精密雙臂機械手，採用雙機械臂結構，其中負載機械手用於負載重物，負載機械手採用液壓缸和液壓馬達形成液壓驅動力，為搬運重物提高強大動力，並且負載機械手手爪的每一指節均設有指節驅動件，可根據夾持工件的具體形狀調節指節夾持位置，能夠增大與工件的接觸面積，通用性較強，輔助定位機械手用於輔助定位，輔助定位機械手機械臂末端手腕處採用雙伺服電機結構調整末端執行器位姿，從而保證空間協作重載精密雙臂機械手的精度要求；負載機械手和輔助定位機械手在空間內協同工作，在保證整體機械手結構具有較強負載能力的同時，還具有了較高的定位精度，解決了現有機械手領域存在的負載能力和精度性能相互矛盾的問題，雙臂能夠同時在空間協同工作，在保證大負載能力的同時也能夠滿足不同形狀工件的夾持、高表面精度、高效率和安全性能要求。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0023]下面結合附圖和實施例對本發明作進一步描述。[0024]圖1為本發明結構示意圖；
[0025]圖2為聯動導軌總成結構示意圖；
[0026]圖3為自動控制系統流程示意圖；
[0027]圖4為圖1A處放大示意圖；
[0028]圖5為圖1B處放大示意圖；
[0029]圖6為臂驅動裝置結構示意圖。
【具體實施方式】
[0030]圖1為本發明結構示意圖，圖2為聯動導軌總成結構示意圖，圖3為自動控制系統流程示意圖，圖4為圖1A處放大示意圖，圖5為圖1B處放大示意圖，圖6為臂驅動裝置結構示意圖，如圖所示:本實施例的空間協作重載精密雙臂機械手，包括聯動導軌總成、用於負載重物的負載機械手I和用於保證工件定位精度的輔助定位機械手2 ；
[0031]所述聯動導軌總成至少包括用於安裝負載機械手的滑塊I 3和用於安裝輔助定位機械手的滑塊II 4;
[0032]所述負載機械手包括肩關節I 5、上臂I 6、肘關節I 7、下臂I 8、手腕總成I和手爪總成I，上臂I 6內置液壓缸I 9，下臂I 8內置液壓缸II 10，上臂I 6通過肩關節I 5以沿豎直平面轉動的方式與滑塊I 3連接，下臂I 8通過肘關節I 7以沿豎直平面轉動的方式與液壓缸I 9活塞杆連接，所述手腕總成I包括擺動液壓馬達11和伺服電機I 12，所述擺動液壓馬達11缸體與液壓缸II 10活塞杆固定連接，所述手爪總成包括與伺服電機I 12輸出軸連接的手爪座13和至少兩個與手爪座鉸接的手爪，所述手爪由依次鉸接的指節組成，每個指節均設置驅動指節往復運動的指節驅動件；
[0033]所述輔助定位機械手包括肩關節II 14、上臂II 15、肘關節II 16、下臂II 17、手腕總成II和末端執行器，上臂II 15內置液壓缸III 18，下臂II 17內置液壓缸IV 19，上臂II 15通過肩關節II 14以沿豎直平面可以轉動的方式與滑塊II 4連接，下臂II 17通過肘關節II 16以沿豎直平面可以轉動的方式與液壓缸III 18活塞杆連接，所述手腕總成II包括伺服電機II 19和伺服電機III 20，所述伺服電機II機體與液壓缸IV的活塞杆端部固定，所述末端執行器包括轉盤21和固定設置於轉盤21的自動螺栓擰緊裝置22，所述伺服電機III20的動力輸出軸與轉盤21圓周方向固定配合；液壓缸IV的活塞杆端部設有安裝座，伺服電機II機體通過螺栓23安裝於安裝座；液壓系統與伺服電機複合驅動，可提高定位精度。
[0034]本實施例中，所述肩關節I 5、肩關節II 14、肘關節I 7、肘關節II 16分別設置有臂驅動裝置，所述臂驅動裝置包括臂驅動伺服電機49，所述臂驅動伺服電機49的動力輸出軸50通過蝸輪蝸杆機構驅動對應的機械臂沿豎直平面轉動，蝸輪蝸杆機構包括蝸杆51、蝸輪52和蝸輪軸53 ;肩關節I 5處的臂驅動裝置的臂驅動伺服電機安裝到滑塊I上，蝸輪蝸杆機構的蝸杆與該臂驅動伺服電機同軸直連傳動，臂驅動伺服電機的輸出軸和蝸杆與大臂I同軸線設置，蝸輪蝸杆機構還包括一蝸輪軸，蝸輪軸與蝸輪花鍵連接，蝸輪軸一端與大臂I固定連接，另一端通過軸承與滑塊I定位連接，臂驅動伺服電機驅動蝸杆帶動蝸輪轉動，蝸輪通過花鍵帶動蝸輪軸工作，從而帶動大臂I在豎直平面內轉動，肩關節II 14設置的臂驅動裝置與肩關節I 5的臂驅動裝置同理設置；肘關節I 7設置的臂驅動裝置的臂驅動伺服電機安裝在液壓缸I活塞杆上設置的安裝座上，蝸輪蝸杆機構的蝸杆與該與該臂驅動伺服電機同軸直連傳動，蝸輪蝸杆機構還包括一蝸輪軸，蝸輪軸與蝸輪花鍵連接，蝸輪軸一端與小臂I固定連接，另一端通過軸承與液壓缸I活塞杆上設置的安裝座定位連接，臂驅動伺服電機驅動蝸杆帶動蝸輪轉動，蝸輪通過花鍵帶動蝸輪軸工作，從而帶動小臂I在豎直平面內轉動，肘關節II 16設置的臂驅動裝置與肘關節I 7的臂驅動裝置同理設置；蝸輪蝸杆機構驅動方式承載能力較大，傳動平穩，噪音較小，並且蝸輪蝸杆機構具有自鎖性，可實現反向自鎖，即只能由蝸杆帶動蝸輪，而不能由蝸輪帶動蝸杆，在機械手中使用自鎖蝸杆機構，反向自鎖性可起安全保護作用。
[0035]本實施例中，所述臂驅動伺服電機的輸出軸與對應蝸輪蝸杆機構的蝸杆一體成型製成；傳動平穩，減少能量損耗，且具有較強的承載能力。
[0036]本實施例中，所述手爪座13為上小下大的工字型結構，所述指節設置為兩個，其中第一指節24的指節驅動件為液壓缸V 25，所述液壓缸V缸體與手爪座13小頭端鉸接，第一指節24與液壓缸V活塞杆固定，第二指節26的指節驅動件為液壓馬達27 ;可根據夾持工件的具體形狀調節指節夾持位置，能夠增大與工件的接觸面積，通用性較強。
[0037]本實施例中，第一指節25和第二指節26的夾持面上設有由柔性材料製成的柔性夾持層28 ;減少指節夾持面對夾持工件造成的硬力損傷。
[0038]本實施例中，所述聯動導軌總成還包括導軌(圖中為導軌29和導軌29a)和與導軌滑動配合設置的驅動組件，所述導軌為並列設置的兩個，所述驅動組件對應負載機械手和輔助定位機械手設置兩組，如圖所示，用於驅動負載機械手的驅動組件30包括滑塊I 3、基座31、基座31a和絲杆32，基座對應導軌設置兩個，所述滑塊I 3和絲杆32滑動配合，所述驅動組件30還包括與基座配合設置的驅動輪、用於驅動驅動輪沿導軌行走的伺服電機IV 33和用於驅動絲杆轉動的伺服電機V 34 ;用於驅動輔助定位機械手的驅動組件30a包括滑塊II 4、基座35、基座35a和絲杆36，基座對應導軌設置兩個，所述滑塊II 4和絲杆36滑動配合，所述驅動組件30a還包括與基座配合設置的驅動輪、用於驅動驅動輪沿導軌行走的伺服電機IV 37和用於驅動絲杆轉動的伺服電機V 38 ;聯動導軌總成可使得負載機械手和輔助定位機械手可沿導軌方向和與導軌垂直方向上移動，可根據夾持工件形狀調節負載機械手和輔助定位機械手的位置，提高適應場合，並保證定位精度。
[0039]本實施例中，每組所述驅動組件還包括兩端與基座連接並內套於滑塊進行導向的導向光杆(圖中為導向光杆39和導向光杆39a);導向光杆保證滑塊的平穩,從而保證機械手在空間平面上的運動。
[0040]本實施例中,還包括自動控制系統,所述自動控制系統包括:
[0041]壓力傳感器40，設置於負載機械手指節的夾持面內部用於檢測每個指節的壓力；
[0042]位移傳感器41，設置於每個關節處，用於檢測機械手各個部分的位置；
[0043]雷射測距傳感器42，設置於輔助定位機械手的末端執行器和負載機械手手爪處，用於檢測與工件的距離，調節末端執行器的位置；
[0044]中央控制器43，用於接收各個傳感器的信號並向每個伺服電機、液壓缸、液壓馬達的控制系統44和控制系統45發送命令信號實施聯動控制。
[0045]本實施例中，所述驅動輪包括主動輪(圖中為主動輪46和主動輪46a)和從動輪(圖中為從動輪47和從動輪47a)，所述主動輪46由對應伺服電機IV 33驅動,所述主動輪46a由對應伺服電機IV 35驅動。[0046]最後說明的是，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制，儘管參照較佳實施例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發明技術方案的宗旨和範圍，其均應涵蓋在本發明的權利要求範圍當中。
【權利要求】
1.一種空間協作重載精密雙臂機械手，其特徵在於:包括聯動導軌總成、用於負載重物的負載機械手和用於保證工件定位精度的輔助定位機械手； 所述聯動導軌總成至少包括用於安裝負載機械手的滑塊I和用於安裝輔助定位機械手的滑塊II ； 所述負載機械手包括肩關節1、上臂1、肘關節1、下臂1、手腕總成I和手爪總成I，上臂I內置液壓缸I，下臂I內置液壓缸II，上臂I通過肩關節I以沿豎直平面轉動的方式與滑塊I連接，下臂I通過肘關節I以沿豎直平面轉動的方式與液壓缸I活塞杆連接，所述手腕總成I包括擺動液壓馬達和伺服電機I，所述擺動液壓馬達缸體與液壓缸II活塞杆固定連接，所述手爪總成包括與伺服電機I輸出軸連接的手爪座和至少兩個與手爪座鉸接的手爪，所述手爪由依次鉸接的指節組成，每個指節均設置驅動指節往復運動的指節驅動件； 所述輔助定位機械手包括肩關節I1、上臂I1、肘關節I1、下臂I1、手腕總成II和末端執行器，上臂II內置液壓缸III，下臂II內置液壓缸IV，上臂II通過肩關節II以沿豎直平面可以轉動的方式與滑塊II連接，下臂II通過肘關節II以沿豎直平面可以轉動的方式與液壓缸III活塞杆連接，所述手腕總成II包括伺服電機II和伺服電機III，所述伺服電機II機體與液壓缸IV的活塞杆端部固定，所述末端執行器包括轉盤和固定設置於轉盤的自動螺栓擰緊裝置，所述伺服電機III的動力輸出軸與轉盤圓周方向固定配合。
2.根據權利要求1所述的空間協作重載精密雙臂機械手，其特徵在於:所述肩關節1、肩關節I1、肘關節1、肘關節II分別設置有臂驅動裝置，所述臂驅動裝置包括臂驅動伺服電機，所述臂驅動伺服電機的動力輸出軸通過蝸輪蝸杆機構驅動對應的機械臂沿豎直平面轉動。
3.根據權利要求2所述的空`間協作重載精密雙臂機械手，其特徵在於:所述臂驅動伺服電機的輸出軸與對應蝸輪蝸杆機構的蝸杆一體成型製成。
4.根據權利要求3所述的空間協作重載精密雙臂機械手，其特徵在於:所述手爪座為上小下大的工字型結構，所述指節設置為兩個，其中第一指節的指節驅動件為液壓缸V，所述液壓缸V缸體與手爪座小頭端鉸接，第一指節與液壓缸V的活塞杆固定，第二指節的指節驅動件為液壓馬達。
5.根據權利要求4所述的空間協作重載精密雙臂機械手，其特徵在於:第一指節和第二指節的夾持面上設有由柔性材料製成的柔性夾持層。
6.根據權利要求5所述的空間協作重載精密雙臂機械手，其特徵在於:所述聯動導軌總成還包括導軌和與導軌滑動配合設置的驅動組件，所述導軌為並列設置的兩個，所述驅動組件對應負載機械手和輔助定位機械手設置兩組，每組驅動組件均包括基座和絲杆，所述滑塊I和所述滑塊II分別與對應的絲杆滑動配合，所述驅動組件還包括與基座配合設置的驅動輪、用於驅動驅動輪沿導軌行走的伺服電機IV和用於驅動絲杆轉動的伺服電機V。
7.根據權利要求6所述的空間協作重載精密雙臂機械手，其特徵在於:每組所述驅動組件還包括兩端與基座連接並內套於滑塊進行導向的導向光杆。
8.根據權利要求1-7任一權利要求所述的空間協作重載精密雙臂機械手，其特徵在於:還包括自動控制系統,所述自動控制系統包括: 壓力傳感器，設置於負載機械手指節的夾持面內部用於檢測每個指節的壓力；位移傳感器，設置於每個關節處，用於檢測機械手各個部分的位置； 雷射測距傳感器，設置於輔助定位機械手的末端執行器和負載機械手手爪處，用於檢測與工件的距離，調節末端執行器的位置； 中央控制器，用於接收各個傳感器的信號並向每個伺服電機、液壓缸、液壓馬達的控制系統發送命令信號實施聯動控制。
9.根據權利要求8所述的空間協作重載精密雙臂機械手，其特徵在於:所述驅動輪包括主動輪和從動輪，所述主動輪由`對應伺服電機IV驅動。
【文檔編號】B25J9/00GK103722549SQ201310751489
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2013年12月31日 優先權日:2013年12月31日
【發明者】羅天洪, 陳才, 羅家元, 董紹江, 朱孫科, 鄭訊佳, 劉淼, 馬翔宇, 張劍 申請人:重慶交通大學