CN106737615A - 基于水平自适应调节的空间六自由度随动关节机械手 - Google Patents

基于水平自适应调节的空间六自由度随动关节机械手 Download PDF

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Abstract

一种水平自适应调节空间六自由度随动关节机械手，其包括一个连接基座机构、一个驱动机构、一个连杆机构以及一个机械手，该驱动机构设置于该连接基座机构，该连杆机构设置于该驱动机构，该机械手设置于该连杆机构，以使该驱动机构通过该连杆机构驱动该机械手的水平调节和高度调节，并且该连杆机构实现该机械手绕X、Y和Z方向的转动，以实现该机械手在空间六自由度的调节，从而使被该机械手夹持的对接件能够精确地被校对和对接。该连杆机构使该机械手的三个转动自由度的转轴交于一点，从而达到了“三轴交心，三心协调”的功能，以使该水平自适应调节空间六自由度随动关节机械手调节省力、轻巧，并且操作简单。

Description

基于水平自适应调节的空间六自由度随动关节机械手
技术领域
本发明涉及一种空间六自由度随动关节机械手，属于装校技术领域，特别涉及一种基于水平自适应调节的空间六自由度随动关节机械手。
背景技术
在进行装校工件时，由现场装配环境复杂、其他辅助吊装工具无法满足要求以及被安装工件的姿态位置往往不是处于理想的状态等，而是与理想状态之间有一定的倾斜或扭转，当装校时这种倾斜或扭转会严重影响转配的进行，因此必须对被安装工件做适时的调整才可以实现装配过程。如果进行人工干预费时费力，对于一般的应用来说，现有的机械手结构较为复杂且成本较高。因此，本发明提供一种基于水平自适应调节的空间六自由度随动关节机械手，以解决上述问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种精度高、且稳定可靠的基于水平自适应调节的空间六自由度随动关节机械手。
为了达到上述目的，本发明提供一种基于水平自适应调节的空间六自由度随动关节机械手，其中该基于水平自适应调节的空间六自由度随动关节机械手包括一个连接基座机构、一个驱动机构、一个连杆机构以及一个机械手，该驱动机构包括一个第一驱动单元以及一个第二驱动单元，该第一驱动单元和该第二驱动单元分别设置于该连接基座机构，该连杆机构的一个端部连接于该第一驱动单元和该第二驱动单元，该机械手连接于该连杆机构的另一个端部，以使该第一驱动单元和该第二驱动单元通过该连杆机构实现该机械手的水平调节和高度调节，并且该连杆机构实现该机械手的绕X、Y和Z方向的转动，以实现该机械手在空间六自由度的调节。
作为对本发明的该基于水平自适应调节的空间六自由度随动关节机械手的进一步优选的实施例，该连杆机构包括一个第一连杆、一个第二连杆、一个第三连杆、一个第四连杆、一个第五连杆、一个第六连杆、一个倾斜连杆，该第一连杆的端部连接于该第一驱动单元和该第二驱动单元，该第二连杆的两个端部分别连接于该第一连杆的端部和该第三连杆的端部，该第四连杆的两个端部分别连接于该第三连杆的端部和该第五连杆的端部，该第六连杆的两个端部分别连接于该第五连杆的端部和该机械手，该倾斜连杆的两个端部分别连接于该第六连杆的端部和该机械手，其中该第五连杆具有滚转驱动单元，以驱动该第六连杆绕Y方向转动，该倾斜连杆设有一个正反螺纹手柄，以通过该正反螺纹手柄调节该倾斜连杆，从而使该机械手绕X方向的转动。
作为对本发明的该基于水平自适应调节的空间六自由度随动关节机械手的进一步优选的实施例，该基于水平自适应调节的空间六自由度随动关节机械手包括一个水平倾角传感器，其中该水平倾角传感器设置于该连杆机构的前端部。
作为对本发明的该基于水平自适应调节的空间六自由度随动关节机械手的进一步优选的实施例，该水平倾角传感器设置于该第六连杆。
本发明的该基于水平自适应调节的空间六自由度随动关节机械手的优势在于：
本发明的该基于水平自适应调节的空间六自由度随动关节机械手包括一个连接基座机构、一个驱动机构、一个连杆机构以及一个机械手，该驱动机构设置于该连接基座机构，该连杆机构设置于该驱动机构，该机械手设置于该连杆机构，以使该驱动机构通过该连杆机构驱动该机械手的水平调节和高度调节，并且该连杆机构实现该机械手绕X、Y和Z方向的转动，以实现该机械手在空间六自由度的调节，从而使被该机械手夹持的对接件能够精确地被校对和对接。该连杆机构使该机械手的三个转动自由度的转轴交于一点，从而达到了“三轴交心，三心协调”的功能，以使该基于水平自适应调节的空间六自由度随动关节机械手调节省力、轻巧，并且操作简单。本发明的该基于水平自适应调节的空间六自由度随动关节机械手的采用串联的方式，通过手动控制实现各个自由度的任意一个单自由度运动和多个自由度的耦合运动，不仅保证了该基于水平自适应调节的空间六自由度随动关节机械手的稳定性和可靠性，而且使该基于水平自适应调节的空间六自由度随动关节机械手的结构简洁，从而使该基于水平自适应调节的空间六自由度随动关节机械手维护方便。
附图说明
为了获得本发明的上述和其他优点和特点，以下将参照附图中所示的本发明的具体实施例对以上概述的本发明进行更具体的说明。应理解的是，这些附图仅示出了本发明的典型实施例，因此不应被视为对本发明的范围的限制，通过使用附图，将对本发明进行更具体和更详细的说明和阐述。在附图中：
图1是该基于水平自适应调节的空间六自由度随动关节机械手的立体示意图。
图2是该基于水平自适应调节的空间六自由度随动关节机械手的侧视示意图。
图3是该基于水平自适应调节的空间六自由度随动关节机械手的原理示意图。
具体实施方式
以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明的精神和范围的其他技术方案。
如图1至图3所示，依本发明的发明精神提供一种基于水平自适应调节的空间六自由度随动关节机械手，是在一对接件100被对接时，对该对接件100的偏差进行校准，从而保证对接的可靠性。具体地说，该基于水平自适应调节的空间六自由度随动关节机械手包括一个连接基座机构1、一个驱动机构2、一个连杆机构3以及一个机械手4，该驱动机构2设置于该连接基座机构1，该连杆机构3连接于该驱动机构2，该机械手4连接于该连杆机构3，其中该驱动机构2通过该连杆机构3实现该机械手4的水平调节和高度调节，该连杆机构3实现杆机械手的X、Y、Z方向转动，从而实现该机械手4在空间六自由度的调节。可以理解的是，该机械手4能够被单独地进行任意一个自由度的调节，也可以实现多个自由度的耦合，以提高该基于水平自适应调节的空间六自由度随动关节机械手在对接工序中的适应能力。
更具体地说，该驱动机构2包括一个第一驱动单元21以及一个第二驱动单元22，该第一驱动单元21和该第二驱动单元22分别设置于该连接基座机构1，该连杆机构3的一个端部连接于该第一驱动单元21和该第二驱动单元22，该机械手4连接于该连杆机构3的另一个端部，以使该第一驱动单元21和该第二驱动单元22通过该连杆机构3实现该机械手4的水平调节和高度调节，并且该连杆机构3实现该机械手4的绕X、Y和Z方向的转动，以实现该机械手4在空间六自由度的调节。
该连杆机构3可以包括六个连杆，当然，根据需要该连杆机构3也可以包括超过六个连杆。如图1和图2的这个示例中，该连杆机构3包括一个第一连杆31、一个第二连杆32、一个第三连杆33、一个第四连杆34、一个第五连杆35、一个第六连杆36、一个倾斜连杆37，该第一连杆31的端部连接于该第一驱动单元21和该第二驱动单元22，该第二连杆32的两个端部分别连接于该第一连杆31的端部和该第三连杆33的端部，该第四连杆34的两个端部分别连接于该第三连杆33的端部和该第五连杆35的端部，该第六连杆36的两个端部分别连接于该第五连杆35的端部和该机械手4，该倾斜连杆37的两个端部分别连接于该第六连杆36的端部和该机械手4，其中该第五连杆35具有滚转驱动单元，以驱动该第六连杆36绕Y方向转动，该倾斜连杆37设有一个正反螺纹手柄38，以通过该正反螺纹手柄38调节该倾斜连杆，从而使该机械手4绕X方向的转动。即，在藉由该基于水平自适应调节的空间六自由度随动关节机械手实现该对接件100的对接时，需要通过手动操作该正反螺纹手柄38的方式使该机械手4绕X方向转动，以调节连接于该机械手4的该对接件100的位姿。优选地，该第二连杆32、该第三连杆33和该第四连杆34的结构一致。
另外，本发明的该基于水平自适应调节的空间六自由度随动关节机械手包括一个水平倾角传感器5，其中该水平倾角传感器5设置于该连杆机构3的前端部。优选地，该水平倾角传感器5设置于该第六连杆36。该水平倾角传感器5可以检测该连杆机构4在两个方向的角度，该基于水平自适应调节的空间六自由度随动关节机械手的调节需要通过手动调节或该第一驱动单元21驱动调节θ1或者该第二驱动单元22驱动调节θ2通过该连杆机构3实现该机械手4在两个方向的水平。
参考下表是该基于水平自适应调节的空间六自由度随动关节机械手的参数。
根据该基于水平自适应调节的空间六自由度随动关节机械手实际工作状态，可以明确已知条件如下：在水平状态下，已知关节参数θ1，θ2，θ3，d2，d3，d4，a4＝a5＝a6，d7，d8求得机械手手臂的姿态
nx＝(cθ1cθ4(cθ5cθ6-sθ5sθ6)-cθ1sθ4(cθ5sθ6+cθ6sθ5))cθ7(sθ8sθ10+cθ8cθ9cθ10)-cθ10sθ7sθ9)-(cθ1cθ4(cθ5sθ6+cθ6sθ5)+cθ1sθ4(cθ5cθ6-sθ5sθ6))](sθ7(sθ8sθ10+cθ8cθ9cθ10)+cθ7cθ10sθ9)-sθ1(cθ8sθ10-cθ9cθ10sθ8),
ox＝(cθ7(cθ10sθ8-cθ8cθ9sθ10)+sθ7sθ9sθ10)(cθ1cθ4(cθ5cθ6-sθ5sθ6)-cθ1sθ4(cθ5sθ6+cθ6sθ5))-(sθ7(cθ10sθ8-cθ8cθ9sθ10)-cθ7sθ9sθ10)(cθ1cθ4(cθ5sθ6+cθ6sθ5)+cθ1sθ4(cθ5cθ6-sθ5sθ6))-sθ1(cθ8cθ10+cθ9sθ8sθ10),
ax＝(cθ9sθ7+cθ7cθ8sθ9)(cθ1cθ4(cθ5cθ6-sθ5sθ6)-cθ1sθ4(cθ5sθ6+cθ6sθ5))+(cθ7cθ9-cθ8sθ7sθ9)(cθ1cθ4(cθ5sθ6+cθ6sθ5)+cθ1sθ4(cθ5cθ6-sθ5sθ6))+sθ1sθ8sθ9,
px＝(cθ1cθ4(cθ5cθ6-sθ5sθ6)-cθ1sθ4(cθ5sθ6+cθ6sθ5))(a6-d8sθ7)-sθ1(d2-d4)-d7sθ1+cθ1cθ4(a4+a5cθ5)-cθ7d8(cθ1cθ4(cθ5sθ6+cθ6sθ5)+cθ1sθ4(cθ5cθ6-sθ5sθ6))-a5cθ1sθ4sθ5
ny＝-(cθ4(cθ5sθ6+cθ6sθ5)+sθ4(cθ5cθ6-sθ5sθ6))(cθ7(sθ8sθ10+cθ8cθ9cθ10)-cθ10sθ7sθ9)-(cθ4(cθ5cθ6-sθ5sθ6)-sθ4(cθ5sθ6+cθ6sθ5))(sθ7(sθ8sθ10+cθ8cθ9cθ10)+cθ7cθ10sθ9),
oy＝-(cθ7(cθ10sθ8-cθ8cθ9sθ10)+sθ7sθ9sθ10)(cθ4(cθ5sθ6+cθ6sθ5)+sθ4(cθ5cθ6-sθ5sθ6))-(sθ7(cθ10sθ8-cθ8cθ9sθ10)-cθ7sθ9sθ10)(cθ4(cθ5cθ6-sθ5sθ6)-sθ4(cθ5sθ6+cθ6sθ5)),
ay＝(cθ7cθ9-cθ8sθ7sθ9)(cθ4(cθ5cθ6-sθ5sθ6)-sθ4(cθ5sθ6+cθ6sθ5))-(cθ9sθ7+cθ7cθ8sθ9)(cθ4(cθ5sθ6+cθ6sθ5)+sθ4(cθ5cθ6-sθ5sθ6)),
py＝d3-sθ4(a4+a5cθ5)-(cθ4(cθ5sθ6+cθ6sθ5)+sθ4(cθ5cθ6-sθ5sθ6))(a6-d8sθ7)-a5cθ4sθ5-cθ7d8(cθ4(cθ5cθ6-sθ5sθ6)-sθ4(cθ5sθ6+cθ6sθ5))
nz＝cθ1(cθ8sθ10-cθ9cθ10sθ8)-(sθ1sθ4(cθ5sθ6+cθ6sθ5)-cθ4sθ1(cθ5cθ6-sθ5sθ6))(cθ7(sθ8sθ10+cθ8cθ9cθ10)-cθ10sθ7sθ9)-(sθ1sθ4(cθ5cθ6-sθ5sθ6)+cθ4sθ1(cθ5sθ6+cθ6sθ5))(sθ7(sθ8sθ10+cθ8cθ9cθ10)+cθ7cθ10sθ9),
oz＝cθ1(cθ8cθ10+cθ9sθ8sθ10)-(sθ7(cθ10sθ8-cθ8cθ9sθ10)-cθ7sθ9sθ10)(sθ1sθ4(cθ5cθ6-sθ5sθ6)+cθ4sθ1(cθ5sθ6+cθ6sθ5))-(cθ7(cθ10sθ8-cθ8cθ9sθ10)+sθ7sθ9sθ10)(sθ1sθ4(cθ5sθ6+cθ6sθ5)-cθ4sθ1(cθ5cθ6-sθ5sθ6)),
az＝(cθ7cθ9-cθ8sθ7sθ9)(sθ1sθ4(cθ5cθ6-sθ5sθ6)+cθ4sθ1(cθ5sθ6+cθ6sθ5))-(cθ9sθ7+cθ7cθ8sθ9)(sθ1sθ4(cθ5sθ6+cθ6sθ5)-cθ4sθ1(cθ5cθ6-sθ5sθ6))-cθ1sθ8sθ9,
pz＝cθ1d7+cθ1(d2-d4)-(sθ1sθ4(cθ5sθ6+cθ6sθ5)-cθ4sθ1(cθ5cθ6-sθ5sθ6))(a6-d8sθ7)+cθ4sθ1(a4+a5cθ5)-cθ7d8(sθ1sθ4(cθ5cθ6-sθ5sθ6)+cθ4sθ1(cθ5sθ6+cθ6sθ5))-a5sθ1sθ4sθ5。
以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但该内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (5)

1.一种基于水平自适应调节的空间六自由度随动关节机械手，其特征在于，该基于水平自适应调节的空间六自由度随动关节机械手包括一个连接基座机构、一个驱动机构、一个连杆机构以及一个机械手，该驱动机构包括一个第一驱动单元以及一个第二驱动单元，该第一驱动单元和该第二驱动单元分别设置于该连接基座机构，该连杆机构的一个端部连接于该第一驱动单元和该第二驱动单元，该机械手连接于该连杆机构的另一个端部，以使该第一驱动单元和该第二驱动单元通过该连杆机构实现该机械手的水平调节和高度调节，并且该连杆机构实现该机械手的绕X、Y和Z方向的转动，以实现该机械手在空间六自由度的调节。
2.如权利要求1所述的一种基于水平自适应调节的空间六自由度随动关节机械手，其特征在于，该连杆机构包括一个第一连杆、一个第二连杆、一个第三连杆、一个第四连杆、一个第五连杆、一个第六连杆、一个倾斜连杆，该第一连杆的端部连接于该第一驱动单元和该第二驱动单元，该第二连杆的两个端部分别连接于该第一连杆的端部和该第三连杆的端部，该第四连杆的两个端部分别连接于该第三连杆的端部和该第五连杆的端部，该第六连杆的两个端部分别连接于该第五连杆的端部和该机械手，该倾斜连杆的两个端部分别连接于该第六连杆的端部和该机械手，其中该第五连杆具有滚转驱动单元，以驱动该第六连杆绕Y方向转动，该倾斜连杆设有一个正反螺纹手柄，以通过该正反螺纹手柄调节该倾斜连杆，从而使该机械手绕X方向的转动。
3.如权利要求1所述的一种基于水平自适应调节的空间六自由度随动关节机械手，其特征在于，该基于水平自适应调节的空间六自由度随动关节机械手包括一个水平倾角传感器，其中该水平倾角传感器设置于该连杆机构的前端部。
4.如权利要求2所述的一种基于水平自适应调节的空间六自由度随动关节机械手，其特征在于，该基于水平自适应调节的空间六自由度随动关节机械手包括一个水平倾角传感器，其中该水平倾角传感器设置于该连杆机构的前端部。
5.如权利要求4所述的一种基于水平自适应调节的空间六自由度随动关节机械手，其特征在于，该水平倾角传感器设置于该第六连杆。
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