CN100528492C - 带有并联结构六维力传感的精密装配机械手 - Google Patents

Abstract

本发明涉及的是一种机械工程技术领域的带有六维力传感的精密装配机械手。包括：姿态调整平台、六维力传感器、夹持机械手，六维力传感器一端通过螺栓定位在姿态调整平台上，另一端连接夹持机械手，六维力传感器感知夹持机械手在工件夹持中的作用力的传感信息，同时将传感信息传递给姿态调整平台，姿态调整平台设定工况信息通过连线对工件姿态调整和控制，姿态调整平台接受六维力传感器反馈的作用力传感信息，调整夹持机械手在工件夹持中的作用力和工件姿态。本发明可实现全六自由度高精密、高刚度装配，同时根据六维力觉传感器输出实时调整装配姿态，可应用于自动化装配生产线，减轻工人劳动强度，提高生产效率和质量。

Description

带有并联结构六维力传感的精密装配机械手

技术领域

本发明涉及的是一种机械工程技术领域的机械手装置，具体是一种带有六维力传感的精密装配机械手。

背景技术

汽车尾气净化器生产过程中，净化器陶瓷芯载体与金属外壳装配尺寸间隙小，稍有不甚陶瓷芯就会破碎，在装配过程中需要根据陶瓷芯载体受力状态自动调整装配姿态，目前国内都是通过人工装配，每个工人每天要装配几千个，长时间工作易产生厌倦疲劳，造成不和各产品出现。在其它一些对尺寸及变形、受力要求比较严格的场合机械自动化生产中，也经常出现因没有满足要求的自动化装配装置而必须进行人工装配，降低了生产效率及质量。在自动化生产过程中急需姿态自适应、带力觉的高精度装配机械手。

经对现有技术的文献检索发现，中国发明专利“一种带力反馈的机械手”，申请号200510071142.8，公开号CN1864939，该技术公开了一种带力反馈的机械手，可以设定夹取物体时所用力的大小，获得适中的夹持效果包括：驱动部分、夹持部分、传感器部分，其中驱动部分包括运动控制器、功率驱动板、直流伺服电机、垂直导轨和水平导轨；夹持部分即为末端执行器；传感器部分包括力传感器、碰撞检测开关和传感器信息采集模块。该技术存在以下不足：[1]采用平面直角坐标结构，只有两个方向的自由度调整；[2]限于结构限制，只有两个方向的力传感器。由于上述不足，该技术虽有力觉传感器，但并不能实现姿态的任意调整。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种带有并联结构六维力传感的精密装配机械手，使其在装配过程中根据工件受力任意调整机械手姿态，实现基于力反馈的姿态自适应高精密装配，并解决上述背景技术中的不足。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：姿态调整平台、六维力传感器、夹持机械手三大部分。六维力传感器一端通过螺拴定位在姿态调整平台上，另一端连接夹持机械手，六维力传感器感知夹持机械手在工件夹持中的作用力的传感信息，同时将传感信息传递给姿态调整平台，姿态调整平台设定工况信息通过连线对工件姿态调整和控制，姿态调整平台接受六维力传感器反馈的作用力传感信息，根据对工件姿态要求，在工件处于许可受力工况下，发出指令调整夹持机械手在工件夹持中的作用力和工件姿态。

所述姿态调整平台包括上平台、姿态调整臂、下平台。姿态调整臂通过球铰链与上、下平台联接。所述姿态调整平台设置三个结构相同的姿态调整臂。

所述的姿态调整臂，包括下套筒、电机、第一齿轮、第二齿轮、第一轴承及支座、第二轴承及支座、转动轴、上套筒、移动螺母、螺母挡板，下套筒通过球铰链设置在下平台上，上套筒通过球铰链设置在上平台上，电机定位在下套筒上，第一齿轮设置在电机输出轴上，并与第二齿轮啮合，第二齿轮通过第一平头键及第一紧固螺母设置在转动轴上，转动轴设置在第一轴承及支座和第二轴承及支座上，转动轴另一端加工有丝杠，移动螺母安装在转动轴的丝杠上，转动轴转动时可带动移动螺母沿丝杠轴向运动，移动螺母通过螺母挡板与上套筒联接，与移动螺母的一起沿转动轴轴向运动，螺母挡板固定在上套筒上。

所述夹持机械手包括机械手固定板、滑动导轨、第一夹持器固定板、第一夹持器、第二夹持器固定板、第二夹持器、电磁铁、缓冲弹簧、预压电机、预压套筒、第一预压齿轮、第二预压齿轮、第一预压轴承及支座、第二预压轴承及支座、预压转动轴、预压块、预压块导向光杠。滑动导轨通过螺栓设置在机械手固定板上，第一夹持器固定板和第二夹持器固定板设置在滑动导轨上，可沿滑动导轨滑动，第一夹持器固定在第一夹持器固定板上，第二夹持器固定在第尔夹持器固定板上。第一夹持器固定板和第二夹持器固定板上通过螺拴设置有电磁铁，电磁铁通电，产生吸引力，可使两个夹持器固定板带着夹持器互相靠近。缓冲弹簧两端分别设置在两个夹持器固定板上，当电磁铁通电时，缓冲弹簧起运动缓冲作用，防治电磁力将工件夹坏，电磁铁断电后，缓冲弹簧回复力使夹持器返回。预压套筒通过螺钉设置在机械手固定板上，预压电机固定在预压套筒上，第一预压齿轮设置在预压电机的输出轴上，第二预压齿轮设置在预压转动轴上。预压转动轴设置在第一预压轴承及支座和第二预压轴承及支座上，第一预压轴承及支座和第二预压轴承及支座固定在预压套筒内。

预压转动轴的另一端加工有丝缸，预压块内部为螺母结构，设置在预压转动轴的丝杠上，同时预压块还设置在预压块导向光杠上，预压转动轴的丝杠转动时驱动预压块沿预压块导向光杠上下运动。

本发明夹持机械手预压电机转动，通过第一预压齿轮和第二预压齿轮带动预压转动轴转动，预压转动轴的丝杠转动驱动预压块沿预压块导向光杠下滑，压在所需夹持或设置工件上，预压电机停止转动，自锁，工件通过预压块、预压转动轴、预压套筒将受力传递到夹持机械手固定板及六维力传感器。电磁铁通电，第一夹持器和第二夹持器向一起吸合，实现工件的抓取。姿态调整平台三个姿态调整臂动作，进行工件装配，根据装配过程中六维力传感器的输出，姿态调整平台进行工件姿态精确调整。

本发明采用三个并联姿态调整臂进行装配过程中工件姿态调整，可实现全六自由度高精密、高刚度装配，同时根据六维力觉传感器输出实时调整装配姿态，可完成具有装配力要求的精密工件装配。本发明可应用于自动化装配生产线，减轻工人劳动强度，提高生产效率和质量。

附图说明

图1是本发明的总体结构主视图。

图2是本发明夹持机械手示意图

图3是本发明夹持机械手预压系统示意图

图4是本发明夹持机械手固定板、导轨及夹持器关系示意图

图5是本发明夹姿态调整臂转动轴示意图

其中：姿态调整平台1、六维力传感器2、夹持机械手3；

姿态调整平台1上：上平台4、球铰链5、姿态调整臂6、球铰链7、下平台8；姿态调整臂6上：下套筒9、电机10、第一齿轮11、第二齿轮12、第一轴承及支座13、第二轴承及支座14、转动轴15、上套筒16、移动螺母17、螺母挡板18；转动轴15上：第一平头键19，第一紧固螺母20；六维力传感器2上：六维力传感器本体21、设置螺拴22、23；夹持机械手3上：机械手固定板24、滑动导轨25、第一夹持器固定板26、第一夹持器27、第二夹持器固定板28、第二夹持器29，电磁铁30、缓冲弹簧31、预压电机32、预压套筒33、第一预压齿轮34、第二预压齿轮35、第一预压轴承及支座36、第二预压轴承及支座37、预压转动轴38、预压块39、预压块导向光杠40。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

各部件联接关系如下：

如图1、图5所示，下套筒9通过球铰链7设置在下平台8上，上套筒16通过球铰链5设置在上平台4上。电机10固定在下套筒9上，第一齿轮11设置在电机10的输出轴上，并与第二齿轮12啮合。第二齿轮12通过第一平头键19及第一紧固螺母20设置在转动轴15上，转动轴15设置在第一轴承及支座13和第二轴承及支座14上，转动轴15另一端车有丝杠，移动螺母17设置在转动轴15的丝杠上，转动轴15转动时可带动移动螺母17沿移动轴15的丝杠轴向运动。移动螺母17通过螺母挡板18与上套筒16联接，上套筒16与移动螺母17的一起沿转动轴15的轴向运动。螺母挡板18固定在上套筒16上。

如图1所示，所述六维力传感器本体21通过设置螺拴22固定在姿态调整平台A的下平台8上，又通过设置螺拴23与机械手固定板24联接。

如图1-图4所示，滑动导轨25通过螺栓设置在机械手固定板24上，第一夹持器固定板26和第二夹持器固定板28设置在滑动导轨25上，可沿滑动导轨25滑动。第一夹持器27固定在第一夹持器固定板26上，第二夹持器29固定在第二夹持器固定板28上。第一夹持器固定板26和第二夹持器固定板28上通过螺拴设置有电磁铁30，电磁铁30通电，产生吸引力，可使第一夹持器固定板26和第二夹持器固定板28带这带着第一夹持器27和第二夹持器29互相靠近。缓冲弹簧31两端分别设置在第一夹持器固定板26和第二夹持器固定板28上，当电磁铁30通电时，缓冲弹簧31起运动缓冲作用，防止电磁力将工件夹坏；电磁铁30断电后，缓冲弹簧31回复力使第一夹持器27和第二夹持器29返回原位。预压套筒33通过螺钉紧固在机械手固定板24上，预压电机32固定在预压套筒33上，第一预压齿轮34设置在预压电机32的输出轴上，第二预压齿轮35设置预压转动轴38上。预压转动轴38设置在第一预压轴承及支座36和第二预压轴承及支座37上，第一预压轴承及支座36和第二预压轴承及支座37固定在预压套筒33内。预压转动轴38的另一端加工有丝杠，预压块39内部为螺母结构，设置在预压转动轴38的丝杠上，同时预压块32还设置在预压块导向光杠40上，预压转动轴38的丝杠转动时驱动预压块39沿预压块导向光杠40上下运动。

本实施例夹持机械手当预压电机32转动，通过第一预压齿轮34和第二预压齿轮35带动预压转动轴38转动，预压转动轴38的丝杠转动驱动预压块39沿预压块导向光杠40下滑，压在所需夹持工件上，预压电机32停止转动，自锁，工件通过预压块39、预压转动轴38、预压套筒33将受力传递到机械手固定板24及六维力传感器本体21。电磁铁30通电，第一夹持器27和第二夹持器29向一起运动，实现工件的抓取，缓冲弹簧31保护工件不被夹坏，同时使电磁铁30断电后第一夹持器27和第二夹持器29回原位。根据六维力传感器2输出的反馈信号，三个姿态调整臂6的电机10分别动作，通过第一齿轮11、第二齿轮12、转动轴15、移动螺母17、螺母挡板18使三个上套筒16分别沿转动轴15的轴向相对下套筒9运动，同时使下平台8产生相对上平台4的姿态变化。若上平台4与机架固联，则下平台8产生工件装配所需姿态。

Claims (4)

1、一种带有并联结构六维力传感的精密装配机械手，包括：夹持机械手、传感器，其特征在于，还包括：姿态调整平台，所述的传感器是指六维力传感器，六维力传感器一端通过螺栓定位在姿态调整平台上，另一端连接夹持机械手，六维力传感器感知夹持机械手在工件夹持中的作用力的传感信息，同时将传感信息传递给姿态调整平台，姿态调整平台设定工况信息通过连线对工件姿态调整和控制，姿态调整平台接受六维力传感器反馈的作用力传感信息，根据对工件姿态要求，在工件处于许可受力工况下，发出指令调整夹持机械手在工件夹持中的作用力和工件姿态；

所述姿态调整平台包括上平台、姿态调整臂和下平台，姿态调整臂通过球铰链与上平台、下平台联接，该姿态调整平台设置三个结构相同的姿态调整臂；

所述的姿态调整臂，包括下套筒、电机、第一齿轮、第二齿轮、第一轴承及第一支座、第二轴承及第二支座、转动轴、上套筒、移动螺母和螺母挡板，下套筒通过球铰链设置在下平台上，上套筒通过球铰链设置在上平台上，电机定位在下套筒上，第一齿轮设置在电机输出轴上，并与第二齿轮啮合，第二齿轮通过第一平头键及第一紧固螺母设置在转动轴上，转动轴设置在第一轴承及第一支座和第二轴承及第二支座上，转动轴一端加工有丝杠，移动螺母安装在转动轴的丝杠上，转动轴转动时可带动移动螺母沿丝杠轴向运动，移动螺母通过螺母挡板与上套筒联接，上套筒与移动螺母的一起沿转动轴轴向运动，螺母挡板固定在上套筒上。

2、根据权利要求1所述的带有并联结构六维力传感的精密装配机械手，其特征是，所述的转动轴，转动时带动移动螺母沿转动轴的丝杠的轴向运动。

3、根据权利要求1所述的带有并联结构六维力传感的精密装配机械手，其特征是，所述六维力传感器一端通过螺栓固定在姿态调整平台的下平台上，另一端通过螺栓固定在夹持机械手固定板上。

4、根据权利要求1所述的带有并联结构六维力传感的精密装配机械手，其特征是，所述夹持机械手，包括：机械手固定板、滑动导轨、第一夹持器固定板、第一夹持器、第二夹持器固定板、第二夹持器、电磁铁、缓冲弹簧、预压电机、预压套筒、第一预压齿轮、第二预压齿轮、第一预压轴承及第一预压支座、第二预压轴承及第二预压支座、预压转动轴、预压块、预压块导向光杠，滑动导轨设置在机械手固定板上，第一夹持器固定在第一夹持器固定板上，第二夹持器固定在第二夹持器固定板上，第一夹持器固定板和第二夹持器固定板设置在滑动导轨上，沿滑动导轨滑动，第一夹持器固定板和第二夹持器固定板上设置有电磁铁，缓冲弹簧两端分别设置在两个夹持器固定板上，预压套筒设置在机械手固定板上，预压电机固定在预压套筒上，第一预压齿轮设置在预压电机的输出轴上，第二预压齿轮设置在预压转动轴上，预压转动轴设置在第一预压轴承及第一预压支座和第二预压轴承及第二预压支座上，第一预压轴承及第一预压支座和第二预压轴承及第二预压支座固定在预压套筒内，预压转动轴与预压块相连的一端加工有丝杠，预压块内部为螺母结构，设置在预压转动轴的丝杠上，同时预压块还设置在预压块导向光杠上，预压转动轴的丝杠转动时驱动预压块沿预压块导向光杠上下运动。

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