一種閉鏈結(jié)構(gòu)五自由度步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)工業(yè)機(jī)械手的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 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)五自由度步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)工業(yè)機(jī) 械手。
【背景技術(shù)】
[0002] 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)是為開鏈形式的串聯(lián)結(jié)構(gòu)關(guān)節(jié) 型直流電機(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 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。由于開鏈形式的串聯(lián)結(jié)構(gòu)關(guān)節(jié) 型直流電機(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)方式存在以下問題：機(jī) 械手手臂需要承載電機(jī)的重量并需滿足剛度要求，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)的作用越來越重要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于：針對現(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)五自由度步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)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)。
[0004] 本發(fā)明提供的技術(shù)方案是：一種閉鏈結(jié)構(gòu)五自由度步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)工業(yè)機(jī)械手，由 底座、廻轉(zhuǎn)臺(tái)、大臂、大臂步進(jìn)推桿、小臂、小臂步進(jìn)推桿、腕部擺桿、腕部步進(jìn)推桿、手爪組 成，大臂安裝在回轉(zhuǎn)臺(tái)上，大臂步進(jìn)推桿通過鉸鏈與大臂及回轉(zhuǎn)臺(tái)相連接，小臂步進(jìn)推桿通 過鉸鏈與大臂及小臂相連接，腕部步進(jìn)推桿通過鉸鏈與腕部擺桿及小臂相連，手爪安裝在 腕部擺桿上。
[0005] 本發(fā)明突出優(yōu)點(diǎn)在于：采用步進(jìn)推桿與手臂組成三角形的閉鏈結(jié)構(gòu)，與現(xiàn)有開鏈 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)簡單、剛性好、精度高、模塊化程度高、可實(shí)現(xiàn)任意軌跡控制的特點(diǎn)。
【附圖說明】
[0006] 圖1為本發(fā)明所述一種閉鏈結(jié)構(gòu)五自由度步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)工業(yè)機(jī)械手示意圖。
[0007] 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
[0008] 圖3閉鏈結(jié)構(gòu)機(jī)械手測量精度分析圖
【具體實(shí)施方式】
[0009] 以下通過附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步說明。
[0010] -種閉鏈結(jié)構(gòu)五自由度步進(jìn)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)工業(yè)機(jī)械手，由1底座、2廻轉(zhuǎn)臺(tái)、3大 臂、4大臂步進(jìn)推桿、5小臂、6小臂步進(jìn)推桿、7腕部擺桿、8腕部步進(jìn)推桿、9手爪組成，大臂 安裝在回轉(zhuǎn)臺(tái)上，大臂步進(jìn)推桿通過鉸鏈與大臂及回轉(zhuǎn)臺(tái)相連接，小臂步進(jìn)推桿通過鉸鏈 與大臂及小臂相連接，腕部步進(jìn)推桿通過鉸鏈與腕部擺桿及小臂相連，手爪安裝在腕部擺 桿上。
[0011] 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)械手的懸臂長度Ll小于開鏈結(jié)構(gòu)機(jī)械手 的懸臂長度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。
[0012] 開鏈結(jié)構(gòu)機(jī)械手是通過測量控制機(jī)械手臂關(guān)節(jié)處電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度Θ 1來控制手 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測量則測量精度不 高，若采用高精度光電編碼器來測量則會(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 測量機(jī)械手臂步進(jìn)推桿的位移量Ll來控制手臂轉(zhuǎn)動(dòng)角度Θ 1，進(jìn)而控制手臂末端的移動(dòng)位 置，具有縮小機(jī)械手臂末端位置測控誤差的作用，如圖3所示，設(shè)L1、Θ 1對應(yīng)的變化量分別 為LI'、Θ 1'，則L1、Θ 1與LI'、Θ 1'之間的對應(yīng)關(guān)系為：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種閉鏈結(jié)構(gòu)五自由度步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)工業(yè)機(jī)械手，由底座、廻轉(zhuǎn)臺(tái)、大臂、大臂步進(jìn) 電機(jī)推桿、小臂、小臂步進(jìn)電機(jī)推桿、腕部擺桿、腕部步進(jìn)電機(jī)推桿、手爪組成，大臂安裝在 回轉(zhuǎn)臺(tái)上，大臂步進(jìn)電機(jī)推桿通過鉸鏈與大臂及回轉(zhuǎn)臺(tái)相連接，小臂步進(jìn)電機(jī)推桿通過鉸 鏈與大臂及小臂相連接，腕部步進(jìn)電機(jī)推桿通過鉸鏈與腕部擺桿及小臂相連，手爪安裝在 腕部擺桿上。
【專利摘要】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)五自由度步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)工業(yè)機(jī)械手，由底座、廻轉(zhuǎn)臺(tái)、大臂、大臂步進(jìn)電機(jī)推桿、小臂、小臂步進(jìn)電機(jī)推桿、腕部擺桿、腕部步進(jìn)電機(jī)推桿、手爪組成，大臂安裝在回轉(zhuǎn)臺(tái)上，大臂步進(jìn)電機(jī)推桿通過鉸鏈與大臂及回轉(zhuǎn)臺(tái)相連接，小臂步進(jìn)電機(jī)推桿通過鉸鏈與大臂及小臂相連接，腕部步進(jìn)電機(jī)推桿通過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)明采用步進(jìn)電機(jī)推桿與手臂組成三角形的閉鏈結(jié)構(gòu)，與現(xiàn)有開鏈結(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)簡單、剛性好、精度高、模塊化程度高的特點(diǎn)。
【IPC分類】B25J9-00
【公開號】CN104875181
【申請?zhí)枴緾N201510010445
【發(fā)明人】張鐵異, 方宇, 周曉蓉, 張琦, 陶思源, 雷發(fā)兵, 肖雨鳳
【申請人】廣西大學(xué)
【公開日】2015年9月2日
【申請日】2015年1月9日