CN107584476A - 一种具有恒张力与零重力的多自由度机械手系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种具有恒张力与零重力的多自由度机械手系统，包括电缸三坐标机械臂和低摩擦气缸六自由度并联平台。低摩擦气缸多自由度并联平台以低摩擦气缸作为动力元件，驱动运动平台在恒张力与零重力的状态下具有多个自由度，电缸三坐标机械臂以电缸和伺服马达作为动力元件，具有XYZ三个方向的直线运动。电缸三坐标机械臂和低摩擦气缸六自由度并联平台相结合不仅可以实现恒张力与零重力，而且大大增加了系统的运动工作空间。本发明以电缸和低摩擦气缸驱动，具有结构紧凑，功能多、运动空间大的特点，可用于零件工位搬运、航天系统零重力测试、医疗注射手术、气缸摩擦力测试。

Description

一种具有恒张力与零重力的多自由度机械手系统

技术领域

本发明属于机器人技术领域，涉及一种具有恒张力与零重力的多自由度机械手系统。

背景技术

现有的工业生产中的机械手多为气缸驱动的多自由度机械手，其输出的力的大小不恒定，结构不紧凑，且运动空间有限，不能适用于航天系统零重力测试、医疗注射手术、气缸摩擦力测试等对精度要求高或速度快的技术领域。

然而，目前的低摩擦气缸由于其摩擦力仅仅为0.1g，因此其摩擦力可以忽略不计，通过控制低摩擦气缸两腔的压力可以输出恒定的张力和零重力，但是低摩擦气缸的承载能力一般比较小，行程也相对较小，导致其不能广泛应用。而电缸以承载力较大、控制简单、运动精度高、速度快等优点，已经在工业上广泛应用，因此采用电缸三坐标机械手与低摩擦气缸六自由度并联平台相结合，可以提供既具有恒定张力，同时运动精度高，结构紧凑的机械手。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出一种具有恒张力与零重力的多自由度机械手系统，本发明结构紧凑，功能多、运动空间大。具体技术方案如下：

一种具有恒张力与零重力的多自由度机械手系统，其特征在于，该机械手系统包括固定连接的电缸三坐标机械壁11和低摩擦气缸多自由度并联平台12，其中所述的电缸三坐标机械壁11包括电缸一1、电缸二2、伺服马达一3、联轴器一4、电缸三5、轴6、伺服马达二7、联轴器二8、伺服马达三9、电缸四10，

所述的轴6安装在伺服马达三9上，所述的电缸一1通过联轴器一4与所述的轴6连接，所述的电缸四10通过联轴器二8与所述的伺服马达三9连接，且所述的电缸一1和电缸四10平行放置，均由所述的伺服马达三9驱动沿Y方向直线移动；

所述的电缸二2两端垂直固定连接在所述的电缸一1和电缸四10上，所述的伺服马达二7安装在所述的电缸二2上，并驱动所述的电缸二2沿X方向直线移动；

所述的电缸三5垂直连接在所述的电缸二2上，所述的伺服马达一3与所述的电缸三5相连，并驱动所述的电缸三5沿Z方向直线移动；

所述的低摩擦气缸多自由度并联平台12包括固定平台13、低摩擦气缸装配体、运动平台19；

所述的固定平台13固定连接在所述的电缸三5的端部，所述的固定平台13与所述的运动平台19之间可转动地连接3个及3个以上所述的低摩擦气缸装配体。

进一步地，所述的低摩擦气缸装配体的数量为6个，从而实现运动平台六个自由度的运动。

进一步地，所述的低摩擦气缸装配体包括依次连接的万向节一21、固定板22、低摩擦气缸23、转换接头24、万向节二25，所述的万向节一21与所述的固定平台13连接，所述的万向节二25与所述的运动平台19连接。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1.本发明利用多个低摩擦气缸驱动的多自由度并联平台，可以同时实现多个方向的恒张力与零重力；

2.本发明利用多个低摩擦气缸驱动的多自由度并联平台，解决了单个低摩擦气缸输出力小，承载能力差的缺点，从而具有较好的负重能力。

3.本发明电缸三坐标机械臂与低摩擦气缸多自由度并联平台相结合，增加了低摩擦行程相对较短的缺点，增加了整个系统的运动工作空间。

附图说明

图1是具有恒张力与零重力的多自由度机械手整体结构图；

图2是电缸三坐标机械手结构图；

图3是低摩擦气缸六自由度并联平台结构图；

图4是低摩擦气缸装配体结构图；

图中：电缸一1、电缸二2、伺服马达一3、联轴器一4、电缸三5、轴6、伺服马达二7、联轴器二8、伺服马达三9、电缸四10、电缸三坐标机械臂11、低摩擦气缸六自由度并联平台12、固定平台13、气缸装配体一14、气缸装配体二15、气缸装配体三16、气缸装配体四17、气缸装配体五18、运动平台19、气缸装配体六20、万向节一21、固定板22、低摩擦气缸23、转换接头24、万向节二25。

具体实施方式

如图1、2、3、4所示，一种具有恒张力与零重力的多自由度机械手系统包括固定连接的电缸三坐标机械臂11和低摩擦气缸多自由度并联平台12，其中电缸三坐标机械手包括电缸一1、电缸二2、伺服马达一3、联轴器一4、电缸三5、轴6、伺服马达二7、联轴器二8、伺服马达三9、电缸四10，轴6安装在伺服马达三9上，电缸一1通过联轴器一4与轴6连接，电缸四10通过联轴器二8与伺服马达三9连接，且电缸一1和电缸四10平行放置，均由伺服马达三9驱动沿Y方向直线移动；

电缸二2两端通过螺栓垂直固定连接在电缸一1和电缸四10上，伺服马达二7安装在电缸二2上，并驱动电缸二2沿X方向直线移动；

电缸三5通过螺栓垂直连接在电缸二2上，伺服马达一3与电缸三5相连，并驱动电缸三5沿Z方向直线移动；

低摩擦气缸多自由度并联平台12包括固定平台13、气缸装配体一14、气缸装配体二15、气缸装配体三16、气缸装配体四17、气缸装配体五18、气缸装配体六20、运动平台19，固定平台13固定连接在电缸三5的端部，气缸装配体一14、气缸装配体二15、气缸装配体三16、气缸装配体四17、气缸装配体五18、气缸装配体六20两端通过螺纹分别与固定平台13、运动平台19固定连接。气缸装配体中固定板22通过螺栓与低摩擦气缸23固定连接，万向节一21通过螺纹与固定板22固定连接，万向节二25通过转换接头24与低摩擦气缸23固定连接。

运动平台19可连接末端执行元件如工件、卫星、宇航员、医疗设备如针管、手术刀等。

所有的低摩擦气缸都具有有杆腔和无杆腔，当向所有的有杆腔充气，使得运动平台19的受到的拉力与其重力相等时，运动平台19处于完全零重力状态；当向所有的低摩擦气缸的无杆腔充气时，因低摩擦气缸内部的摩擦力非常小，此刻运动平台19处于恒定张力的状态，其他情况下，运动平台19处于恒张力与零重力混合的状态。当运动平台19连接末端执行元件如工件、卫星、宇航员、医疗设备如针管、手术刀等时，通过计算机的就地或远程控制机械手系统的伺服马达和低摩擦气缸，低摩擦气缸多自由度并联平台以低摩擦气缸作为动力元件，驱动运动平台在恒张力与零重力的状态下具有多个自由度，电缸三坐标机械臂以电缸和伺服马达作为动力元件，具有XYZ三个方向的直线运动，可实现恒张力与零重力多自由度机械手下肢位姿的控制，适用于输出张力较大和零重力承载能力大的场合，并且可以实现精确的轨迹控制，本发明拥有其他多自由度机械手无法比拟的优势。

以上所述的实施例，只是本发明较优选的具体实施方式中的一种，本领域的技术人员在本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。

Claims (3)

1.一种具有恒张力与零重力的多自由度机械手系统，其特征在于，该机械手系统包括固定连接的电缸三坐标机械壁(11)和低摩擦气缸多自由度并联平台(12)，其中所述的电缸三坐标机械壁(11)包括电缸一(1)、电缸二(2)、伺服马达一(3)、联轴器一(4)、电缸三(5)、轴(6)、伺服马达二(7)、联轴器二(8)、伺服马达三(9)、电缸四(10)，所述的轴(6)安装在伺服马达三(9)上，所述的电缸一(1)通过联轴器一(4)与所述的轴(6)连接，所述的电缸四(10)通过联轴器二(8)与所述的伺服马达三(9)连接，且所述的电缸一(1)和电缸四(10)平行放置，均由所述的伺服马达三(9)驱动沿Y方向直线移动；

所述的电缸二(2)两端垂直固定连接在所述的电缸一(1)和电缸四(10)上，所述的伺服马达二(7)安装在所述的电缸二(2)上，并驱动所述的电缸二(2)沿X方向直线移动；

所述的电缸三(5)垂直固定连接在所述的电缸二(2)上，所述的伺服马达一(3)与所述的电缸三(5)相连，并驱动所述的电缸三(5)沿Z方向直线移动；

所述的低摩擦气缸多自由度并联平台(12)包括固定平台(13)、低摩擦气缸装配体、运动平台(19)；

所述的固定平台(13)固定连接在所述的电缸三(5)的端部，所述的固定平台(13)与所述的运动平台(19)之间可转动地连接3个及3个以上所述的低摩擦气缸装配体。

2.根据权利要求1所述的具有恒张力与零重力的多自由度机械手系统，所述的低摩擦气缸装配体的数量为6个，从而实现运动平台六个自由度的运动。

3.根据权利要求1所述的具有恒张力与零重力的多自由度机械手系统，所述的低摩擦气缸装配体包括依次连接的万向节一(21)、固定板(22)、低摩擦气缸(23)、转换接头(24)、万向节二(25)，所述的万向节一(21)与所述的固定平台(13)连接，所述的万向节二(25)与所述的运动平台(19)连接。