CN104552294B - 一种大空间六自由度可控机构式机械手 - Google Patents

Abstract

一种大空间六自由度可控机构式机械手，包括电机、旋转机构、机械臂伸缩机构、机械手转动机构和机械手夹持机构，本发明根据高等数学中球面坐标的概念而设计，能实现在较大的空间中精确灵活定位，并能实现空间六自由度的运动，其结构简单，具有可控、可调、性能优良、输出柔性、机电融合的性能，能在高压环境下代替人工进行作业，提高工作效率，实现安全生产。

Description

一种大空间六自由度可控机构式机械手

技术领域

本发明涉及机械手设计领域，特别是一种大空间六自由度可控机构式机械手。

背景技术

随着现代化工业的不断发展，生产过程机械化及自动化水平的提升，机械手在机械加工和装配以及轻工业、交通运输业等领域得到了越来越广泛的应用。在实际生产中，机械手的应用可以提高生产的自动化水平,从而提高劳动生产效率。在恶劣的环境下，机械手代替人进行正常的工作，它能减轻劳动强度、保证产品质量、实现安全生产。

中国专利201310692771.7公开了一种可控多自由度机械手，该机构通过连杆的转动来实现机械手的定位，但是连杆的长度有限，空间定位范围不大。中国专利201010124006.1公开了一种多自由度移载机械手，能实现空间较大范围的定位，但是机械手占空间较大。目前，尚未见有一种结构简单、占空间小、制造成本低、并能很容易实现在较大的空间中精确灵活定位和实现空间六自由度运动的机械手创新设计发明。

发明内容

本发明的目的是提供一种大空间六自由度可控机构式机械手，根据高等数学中球面坐标的概念而设计，能实现在较大空间中的精确灵活定位，并能实现空间六自由度的运动，它能克服现有机械手的不足，其结构简单，具有可控、可调、性能优良、输出柔性、机电融合的性能，并可以根据功能需求或环境的变化，柔性调节运动轨迹，能在高压环境下代替人工进行作业，提高工作效率，实现安全生产。

本发明通过以下技术方案达到上述目的：一种大空间六自由度可控机构式机械手，包括电机、旋转机构、机械臂伸缩机构、机械手转动机构和机械手夹持机构。具体结构和连接方式为：

所述电机为可控电机，由第一可控电机、第二可控电机、第三可控电机、第四可控电机和第五可控电机组成，第一可控电机固定在机架上，第二可控电机固定在旋转机械臂机架上，第三可控电机固定在机械臂伸长板上，第四可控电机固定在旋转支撑板上，第五可控电机固定在机械手支撑板上；

所述旋转机构由旋转底座、机架和旋转机械臂机架组成，旋转底座为圆柱体，圆柱体轴线与机架平面垂直，机架连接在旋转底座上，旋转机械臂机架的末端固定在第一可控电机的转动轴上并由该可控电机驱动；

所述机械臂伸缩机构由机械臂伸缩曲柄、机械臂伸缩连杆、机械臂伸长板和机械臂导轨组成，机械臂伸缩曲柄一端固定在第二可控电机的转动轴上并由该可控电机驱动，机械臂伸缩曲柄另一端通过第一光滑圆柱铰链与机械臂伸缩连杆一端相连，机械臂伸缩连杆另一端通过第二光滑圆柱铰链与机械臂伸长板相连，机械臂导轨与机械臂机架固定连接，机械臂伸长板可在机械臂导轨上移动；

所述机械手旋转机构由旋转支撑板和机械手旋转平台组成，旋转支撑板的末端与固定在第三可控电机的转动轴上并由该可控电机驱动，机械手旋转平台的末端与固定在第四可控电机的转动轴上并由该可控电机驱动；

所述机械手夹持机构由机械手支撑板、机械手夹持曲柄、机械手夹持连杆、机械手夹持推动滑块、第一机械手夹持推杆、第二机械手夹持推杆、第一机械手夹具、第二机械手夹具和支撑板导轨组成，械手支撑板一端与机械手旋转平台固定连接，械手支撑板另一端与支撑板导轨固定连接，机械手夹持曲柄一端固定在第五可控电机的转动轴上并由该可控电机驱动，机械手夹持曲柄另一端通过第三光滑圆柱铰链与机械手夹持连杆的一端相连，机械手夹持连杆另一端通过第四光滑圆柱铰链与机械手夹持推动滑块相连，机械手夹持推动滑块套在支撑板导轨上，机械手夹持推动滑块可在支撑板导轨上移动，第一机械手夹持推杆一端通过第五光滑圆柱铰链与机械手夹持推动滑块相连，第一机械手夹持推杆另一端通过第七光滑圆柱铰链与第一机械手夹具相连，第二机械手夹持推杆一端通过第六光滑圆柱铰链与机械手夹持推动滑块相连，第二机械手夹持推杆另一端通过第八光滑圆柱铰链与第二机械手夹具相连，第一机械手夹具、第二机械手夹具与支撑板导轨另一端通过光滑圆柱销相连。

工作原理及过程：

工作时，机架可绕旋转底座轴线作旋转运动，旋转机械臂机架绕第一可控电机作旋转运动，第二可控电机驱动机械臂伸缩曲柄作旋转运动，通过机械臂伸缩连杆驱使机械臂伸长板沿机械臂导轨上移动，从而实现大空间六自由度可控机构式机械手的伸缩功能，第三可控电机驱动旋转支撑板作旋转运动，第四可控电机驱动机械手旋转平台作旋转运动，从而实现大空间六自由度可控机构式机械手空间六自由度的运动。第五可控电机驱动机械手夹持曲柄作旋转运动，通过机械手夹持连杆驱使机械手夹持推动滑块沿支撑板导轨上移动，从而通过第一机械手夹持推杆和第二机械手夹持推杆的推拉作用实现第一机械手夹具和第二机械手夹具同时夹紧和松开。

本发明的突出优点在于：

1、本发明根据高等数学中球面坐标的概念而设计，机架可绕旋转底座轴线作旋转运动，第一可控电机驱动机械臂机架转动，第二可控电机驱动机械臂伸缩曲柄作旋转运动，实现大空间六自由度可控机构式机械手的伸缩运动，从而增大伸缩空间，并能完成三维空间中任意点的精确灵活定位；第三可控电机驱动旋转支撑板转动，第四可控电机驱动机械手旋转平台转动，从而实现空间六自由度的运动。本发明具有可控、可调、性能优良、输出柔性，并可以根据功能需求或环境的变化，柔性调节运动轨迹。

2、采用可控电机驱动，可控原件便于计算机编程，通过编程可实现大空间六自由度可控机构式机械手在工作空间内任意的末端轨迹的输出。

附图说明

图1为本发明所述的大空间六自由度可控机构式机械手的结构主视图。

图2为本发明所述的大空间六自由度可控机构式机械手的机械手夹持机构的结构俯视图。

图3为本发明所述的大空间六自由度可控机构式机械手的机械手夹持机构旋转时的结构主视图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，均属于本发明保护的范围。

对照图1、图2和图3，本发明所述的大空间六自由度可控机构式机械手，包括电机、旋转机构、机械臂伸缩机构、机械手转动机构和机械手夹持机构。具体结构和连接关系为：

所述电机为可控电机，由第一可控电机3、第二可控电机4、第三可控电机14、第四可控电机13和第五可控电机31组成，第一可控电机3固定在机架2上，第二可控电机4固定在旋转机械臂机架6上，第三可控电机14固定在机械臂伸长板10上，第四可控电机13固定在旋转支撑板11上，第五可控电机31固定在机械手支撑板32上。

所述旋转机构由旋转底座1、机架2和旋转机械臂机架6组成，旋转底座1为圆柱体，圆柱体轴线与机架2平面垂直，机架2连接在旋转底座1上，旋转机械臂机架6的末端固定在第一可控电机3的转动轴上并由该可控电机驱动。

所述机械臂伸缩机构由机械臂伸缩曲柄5、机械臂伸缩连杆8、机械臂伸长板10和机械臂导轨15组成，机械臂伸缩曲柄5的一端固定在第二可控电机4的转动轴上并由该可控电机驱动，机械臂伸缩曲柄5的另一端通过第一光滑圆柱铰链7与机械臂伸缩连杆8的一端相连，机械臂伸缩连杆8的另一端通过第二光滑圆柱铰链9与机械臂伸长板10的相连，机械臂导轨15与机械臂机架6固定连接，机械臂伸长板10可在机械臂导轨15上移动。

所述机械手旋转机构由旋转支撑板11和机械手旋转平台12组成，旋转支撑板11的末端与固定在第三可控电机14的转动轴上并由该可控电机驱动，机械手旋转平台12的末端与固定在第四可控电机13的转动轴上并由该可控电机驱动。

所述机械手夹持机构由机械手支撑板32、机械手夹持曲柄16、机械手夹持连杆29、机械手夹持推动滑块17、第一机械手夹持推杆19、第二机械手夹持推杆25、第一机械手夹具21、第二机械手夹具23和支撑板导轨22组成，械手支撑板32的一端与机械手旋转平台12固定连接，械手支撑板32的另一端与支撑板导轨27固定连接，机械手夹持曲柄16的一端固定在第五可控电机31的转动轴上并由该可控电机驱动，机械手夹持曲柄16的另一端通过第三光滑圆柱铰链30与机械手夹持连杆29的一端相连，机械手夹持连杆29的另一端通过第四光滑圆柱铰链28与机械手夹持推动滑块17相连，机械手夹持推动滑块17套在支撑板导轨27上，机械手夹持推动滑块17可在支撑板导轨27上移动，第一机械手夹持推杆19的一端通过第五光滑圆柱铰链18与机械手夹持推动滑块17相连，第一机械手夹持推杆19的另一端通过第七光滑圆柱铰链20与第一机械手夹具21相连，第二机械手夹持推杆25的一端通过第六光滑圆柱铰链26与机械手夹持推动滑块17相连，第二机械手夹持推杆25的另一端通过第八光滑圆柱铰链24与第二机械手夹具23相连，第一机械手夹具21、第二机械手夹具23与支撑板导轨的另一端通过光滑圆柱销22相连。

工作原理及过程：

工作时，机架2可绕旋转底座1轴线作旋转运动，旋转机械臂机架6绕第一可控电机3作旋转运动，第二可控电机4驱动机械臂伸缩曲柄4作旋转运动，通过机械臂伸缩连杆8驱使机械臂伸长板10沿机械臂导轨15上移动，从而实现大空间六自由度可控机构式机械手的伸缩功能，第三可控电机14驱动旋转支撑板11作旋转运动，第四可控电机13驱动机械手旋转平台12作旋转运动，从而实现大空间六自由度可控机构式机械手空间六自由度的运动。第五可控电机31驱动机械手夹持曲柄16作旋转运动，通过机械手夹持连杆29驱使机械手夹持推动滑块17沿支撑板导轨27上移动，从而通过第一机械手夹持推杆18和第二机械手夹持推杆25的推拉作用实现第一机械手夹具21和第二机械手夹具23同时夹紧和松开。

Claims (1)

1.一种大空间六自由度可控机构式机械手，包括电机、旋转机构、机械臂伸缩机构、机械手转动机构和机械手夹持机构，其特征在于，具体结构和连接方式为：

所述电机为可控电机，由第一可控电机、第二可控电机、第三可控电机、第四可控电机和第五可控电机组成，第一可控电机固定在机架上，第二可控电机固定在旋转机械臂机架上，第三可控电机固定在机械臂伸长板上，第四可控电机固定在旋转支撑板上，第五可控电机固定在机械手支撑板上；

所述旋转机构由旋转底座、机架和旋转机械臂机架组成，旋转底座为圆柱体，圆柱体轴线与机架平面垂直，机架连接在旋转底座上，旋转机械臂机架的末端固定在第一可控电机的转动轴上并由该第一可控电机驱动；

所述机械臂伸缩机构由机械臂伸缩曲柄、机械臂伸缩连杆、机械臂伸长板和机械臂导轨组成，机械臂伸缩曲柄一端固定在第二可控电机的转动轴上并由该第二可控电机驱动，机械臂伸缩曲柄另一端通过第一光滑圆柱铰链与机械臂伸缩连杆一端相连，机械臂伸缩连杆另一端通过第二光滑圆柱铰链与机械臂伸长板相连，机械臂导轨与机械臂机架固定连接，机械臂伸长板可在机械臂导轨上移动；

所述机械手旋转机构由旋转支撑板和机械手旋转平台组成，旋转支撑板的末端与固定在第三可控电机的转动轴上并由该第三可控电机驱动，机械手旋转平台的末端与固定在第四可控电机的转动轴上并由该第四可控电机驱动；

所述机械手夹持机构由机械手支撑板、机械手夹持曲柄、机械手夹持连杆、机械手夹持推动滑块、第一机械手夹持推杆、第二机械手夹持推杆、第一机械手夹具、第二机械手夹具和支撑板导轨组成，机械手支撑板一端与机械手旋转平台固定连接，机械手支撑板另一端与支撑板导轨固定连接，机械手夹持曲柄一端固定在第五可控电机的转动轴上并由该第五可控电机驱动，机械手夹持曲柄另一端通过第三光滑圆柱铰链与机械手夹持连杆的一端相连，机械手夹持连杆另一端通过第四光滑圆柱铰链与机械手夹持推动滑块相连，机械手夹持推动滑块套在支撑板导轨上，机械手夹持推动滑块可在支撑板导轨上移动，第一机械手夹持推杆一端通过第五光滑圆柱铰链与机械手夹持推动滑块相连，第一机械手夹持推杆另一端通过第七光滑圆柱铰链与第一机械手夹具相连，第二机械手夹持推杆一端通过第六光滑圆柱铰链与机械手夹持推动滑块相连，第二机械手夹持推杆另一端通过第八光滑圆柱铰链与第二机械手夹具相连，第一机械手夹具、第二机械手夹具与支撑板导轨另一端通过光滑圆柱销相连。