CN106607929A - 一种用于装配作业的双伺服驱动变自由度多杆式机械手臂 - Google Patents

一种用于装配作业的双伺服驱动变自由度多杆式机械手臂 Download PDF

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Abstract

一种用于装配作业的双伺服驱动变自由度多杆式机械手臂，包括底座1、大臂升降机构、手腕连杆俯仰机构、手腕27、装配夹持手爪28、伺服驱动装置、第一锁紧装置5和第二锁紧装置12；所述大臂升降机构包括大臂8、第四连杆3和第五连杆6，所述手腕连杆俯仰机构包括主动杆16、第一连杆18、第二连杆21和第三连杆11，第一锁紧装置5和第二锁紧装置12分别安装在第十一转动副4和第八转动副7上，能够按照装配作业机械手臂构不同的工况进行适时锁紧；伺服驱动装置包括第一伺服电机与主动杆16连接以驱动其转动；第一锁紧装置5和第二锁紧装置12采用电磁方式进行锁紧。本发明只用一个主动杆即可实现两个自由度装配作业，减少了电机使用数量，降低了装配作业机械手臂构造价。

Description

一种用于装配作业的双伺服驱动变自由度多杆式机械手臂
技术领域
本发明涉及机械领域，特别是一种用于装配作业的双伺服驱动变自由度多杆式机械手臂。
背景技术
这几年来，由于劳动力市场的人员紧缺，人力成本逐年攀升，促进了装配作业机械手臂在装配作业中的广泛应用。装配作业机械手臂有机械式和液压式两种类型，目前装配作业机械手臂大多数是液压驱动，由于液压传动采用液压油作为传递动力的介质，存在以下问题：其起动性较差，容易因为内部元件磨损后产生泄漏，而且泄漏的液压油会污染环境；液压油受温度影响较大，总效率较低，有时有噪音和振动。有时会出现过热，工作无力等现象；液压元件加工精度要求高，装配要求严格，制造较为困难，使用中维修保养要求技术较高，难度较大。随着装配作业机械手臂功能的增加，其液压系统越来越复杂，出现故障更具有突然性、隐蔽性。机械式装配作业机械手臂是利用机械传动件实现装配动作，具有坚固耐用等优点，但是传统的单自由度机械式装配作业机械手臂不能完成复杂的动作，应用范围十分有限，机械式可控机构电动装配作业机械手臂，用连杆机构取代了液压传动，当主动杆由伺服电机驱动时，容易实现自动化、数控化控制，解决了液压系统存在的一些不足，但存在需要配备与连杆机构自由度同等数量的控制电机来进行控制结构复杂带来的机构重量、运动惯量大和成本高的问题。
变自由度机构通过组合出新的拓扑结构来适应不同阶段的功能要求。目前能应用于 实际的变自由度机构还很少，未见到过应用于装配作业机械手臂的变自由度机构。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于装配作业的双伺服驱动变自由度多杆式机械手臂，克服液压式装配作业机械手臂液压系统元件精度要求高、结构复杂、易漏油等缺点，克服开链结构的驱动电机都需要安装在关节位置的缺点，并使得可控驱动电机的数量小于装配作业机械手臂连杆机构的自由度，克服现有机械式电动装配作业机械手臂构需要配备与连杆机构自由度同等数量的控制电机来进行控制的缺点，简化结构的复杂程度，降低机构的重量、运动惯量、体积和成本。为实现上述目的，本发明提供了一种用于装配作业的双伺服驱动变自由度多杆式机械手臂，包括底座1、大臂升降机构、手腕连杆俯仰机构、手腕27、装配夹持手爪28、伺服驱动装置、第一锁紧装置5和第二锁紧装置12；所述大臂升降机构包括大臂8、第四连杆3和第五连杆6，所述大臂8一端通过第六转动副14与底座1连接，另一端通过第九转动副9与手腕连杆10连接；所述第四连杆3一端通过第十转动副2与底座1连接，另一端通过第十一转动副4与第五连杆6一端连接，第五连杆6另一端通过第七转动副13与大臂8连接；所述手腕连杆俯仰机构包括主动杆16、第一连杆18、第二连杆21和第三连杆11，所述主动杆16一端通过第一转动副15与底座1连接，另一端通过第二转动副17与第一连杆18一端连接，第一连杆18另一端通过第三转动副19与第二连杆21一端连接，第二连杆21另一端通过第五转动副22与手腕连杆10连接；所述第三连杆11一端通过第八转动副7与大臂8连接，另一端通过第四转动副20与第二连杆21连接；第一锁紧装置5和第二锁紧装置12分别安装在第十一转动副4和第八转动副7上，能够按照装配作业机械手臂构不同的工况进行适时锁紧；伺服驱动装置包括第一伺服电机与主动杆16连接以驱动其转动；第一锁紧装置5和第二锁紧装置12采用电磁方式进行锁紧。
本发明采用可控多杆闭链机构，克服了开链结构的驱动电机都需要安装在关节位置的缺点，提高了手臂运行的平稳性和可靠性，无累积误差，精度较高；结构紧凑，刚度高，承载能力大、惯量低、动态性能好、手臂运动轨迹灵活多样化。在连杆机构上加装锁紧装置，并让其根据机构的不同工况锁紧和放松特定的转动副，适时降低了机构的自由度，实现了在完成预期要求的情况下，使用的可控驱动电机的数量小于装配作业机械手臂连杆机构的自由度，利用一主动杆即可实现二自由度装配作业，克服现有装配作业机械手臂需要配备与连杆机构自由度同等数量的控制电机来进行控制的缺点,简化结构的复杂程度，降低机构的重量、运动惯量、体积和成本，增加了机构的可控性和稳定性，提高了工作效率。同时也克服了液压式装配作业机械手臂液压系统元件精度要求高、结构复杂、易漏油、可靠性差、传动效率低等缺点。
附图说明
图1为本发明所述一种用于装配作业的双伺服驱动变自由度多杆式机械手臂示意图。
具体实施方式
一种用于装配作业的双伺服驱动变自由度多杆式机械手臂，包括底座1、大臂升降机构、手腕连杆俯仰机构、手腕27、装配夹持手爪28、伺服驱动装置、第一锁紧装置5和第二锁紧装置12；所述底座1安装在可移动回转平台上；所述大臂升降机构包括大臂8、第四连杆3和第五连杆6，所述大臂8一端通过第六转动副14与底座1连接，另一端通过第九转动副9与手腕连杆10连接；所述第四连杆3一端通过第十转动副2与底座1连接，另一端通过第十一转动副4与第五连杆6一端连接，第五连杆6另一端通过第七转动副13与大臂8连接；所述手腕连杆俯仰机构包括主动杆16、第一连杆18、第二连杆21和第三连杆11，所述主动杆16一端通过第一转动副15与底座1连接，另一端通过第二转动副17与第一连杆18一端连接，第一连杆18另一端通过第三转动副19与第二连杆21一端连接，第二连杆21另一端通过第五转动副22与手腕连杆10连接；所述第三连杆11一端通过第八转动副7与大臂8连接，另一端通过第四转动副20与第二连杆21连接；第一锁紧装置5和第二锁紧装置12分别安装在第十一转动副4和第八转动副7上，能够按照装配作业机械手臂构不同的工况进行适时锁紧；伺服驱动装置包括第一伺服电机与主动杆16连接以驱动其转动；第一锁紧装置5和第二锁紧装置12采用电磁方式进行锁紧。
在工作中，大臂8升降时，第一锁紧装置5打开，第十一转动副4恢复自由度，第二锁紧装置12关闭，第八转动副7失去自由度，此时，大臂8在主动杆16作用下升降。手腕连杆10单独俯仰时，第二锁紧装置12打开，第八转动副7恢复自由度，第一锁紧装置5锁紧，第十一转动副4失去自由度，大臂8相对底座1失去自由度，此时手腕连杆在主动杆16驱动下实现俯仰。在整个装配作业过程中，第一锁紧装置5和第二锁紧装置12根据不同的作业工况，分别选择紧锁或打开，共同完成大臂升降与伸缩、手腕连杆10与手腕27的俯仰等运动，实现装配夹持手爪28的装配作业。第一锁紧装置5和第二锁紧装置12可采用电磁方式进行锁紧，控制容易实现。

Claims (1)

1.一种用于装配作业的双伺服驱动变自由度多杆式机械手臂，包括底座1、大臂升降机构、手腕连杆俯仰机构、手腕27、装配夹持手爪28、伺服驱动装置、第一锁紧装置5和第二锁紧装置12；所述底座1安装在可移动回转平台上；所述大臂升降机构包括大臂8、第四连杆3和第五连杆6，所述大臂8一端通过第六转动副14与底座1连接，另一端通过第九转动副9与手腕连杆10连接；所述第四连杆3一端通过第十转动副2与底座1连接，另一端通过第十一转动副4与第五连杆6一端连接，第五连杆6另一端通过第七转动副13与大臂8连接；所述手腕连杆俯仰机构包括主动杆16、第一连杆18、第二连杆21和第三连杆11，所述主动杆16一端通过第一转动副15与底座1连接，另一端通过第二转动副17与第一连杆18一端连接，第一连杆18另一端通过第三转动副19与第二连杆21一端连接，第二连杆21另一端通过第五转动副22与手腕连杆10连接；所述第三连杆11一端通过第八转动副7与大臂8连接，另一端通过第四转动副20与第二连杆21连接；第一锁紧装置5和第二锁紧装置12分别安装在第十一转动副4和第八转动副7上，能够按照装配作业机械手臂构不同的工况进行适时锁紧；伺服驱动装置包括第一伺服电机与主动杆16连接以驱动其转动；第一锁紧装置5和第二锁紧装置12采用电磁方式进行锁紧。
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