CN109591004A - 精密装配机械手 - Google Patents

Abstract

本发明属于机器人技术领域，具体涉及一种精密装配机械手。为了解决机器人手不灵活、操作单一、适应性差等问题，本发明提出的精密装配机器人包括本体和设置于本体上的执行机构，执行机构包括驱动部、与驱动部连接的传动部和与传动部连接的抓手，传动部包括曲柄齿轮、与曲柄齿轮啮合的从动齿轮和与从动齿轮联动的从动齿轮轴，从动齿轮轴还与抓手连接，驱动部驱动曲柄齿轮旋转并因此带动从动齿轮旋转，进而带动从动齿轮轴旋转以调节抓手的位姿角度。本发明利用驱动部驱动曲柄齿轮旋转并因此带动与区别齿轮啮合的从动齿轮旋转，进而带动与从动齿轮联动的从动齿轮轴旋转以调节抓手的位姿角度，使抓手具有0°～180°旋转功能，从而实现多功能的工业装配。

Description

精密装配机械手

技术领域

本发明属于机器人技术领域，具体涉及一种精密装配机械手。

背景技术

长期以来，我国在高精度装配作业中投入了大量的人力和物力，伴随着工业机器人技术的快速发展，制造业对机器人取代人工完成各种精密装配任务有着更加迫切的需求。为了让机器人完成精密装配作业，改进装配工艺，需要对机器人末端抓手进行装配精度的设计与控制。机械手作为机器人与外界进行交互的主要手段之一，需要对操作对象抓取及装配上进行预测以完成高加工精度的设计，从而实现机器人精密装配作业。当前，很多文献已经着力于机械手方面。但是，大多数都是针对单一操作而设计的专用性机械手，针对复杂操作后无法使用，无法完成机器人装配过程中一系列任务。

在当前的研究中，解决机械手抓取方面主要是通过Halcon视觉识别并与目标轮廓高贴合度的抓手合作实现。前者实现起来难度不大，但是装配过程中目标姿态调整以及高精度顺利装配都是很难处理的问题，因为工业精密装配过程中目标位姿的调整是根据装配要求决定的，需要一系列的自主协助式作业；因此后者需要通过设计机械手装配中各部分之间的协作来完成高精度作业，也是工业高精度装配的主要问题。

基于此，本发明提出了一种精密装配机械手。

发明内容

为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决机器人手不灵活、操作单一、适应性差等问题，本发明提出了一种精密装配机器人，所述精密装配机器人包括本体和设置于所述本体上的执行机构，所述执行机构包括驱动部、与所述驱动部连接的传动部和与所述传动部连接的抓手，所述传动部包括曲柄齿轮、与所述曲柄齿轮啮合的从动齿轮和与所述从动齿轮联动的从动齿轮轴，所述从动齿轮轴还与所述抓手连接，所述驱动部驱动所述曲柄齿轮旋转并因此带动所述从动齿轮旋转，进而带动所述从动齿轮轴旋转以调节所述抓手的位姿角度。

在上述精密装配机械手的优选实施方式中，所述曲柄齿轮包括设置于所述抓手左侧的第一曲柄齿轮和设置于所述抓手右侧的第二曲柄齿轮；所述从动齿轮包括设置于所述抓手左侧与所述第一曲柄齿轮啮合的第一从动齿轮和设置于所述抓手右侧与所述第二曲柄齿轮啮合的第二从动齿轮；所述从动齿轮轴包括设置于所述抓手左侧与所述第一从动齿轮联动的第一从动齿轮轴和设置于所述抓手右侧与所述第二从动齿轮联动的第二从动齿轮轴；所述抓手能够在所述第一从动齿轮轴和/或所述第二从动齿轮轴的带动下，沿顺时针或逆时针方向旋转以改变位姿角度。

在上述精密装配机械手的优选实施方式中，所述传动部还包括套设于所述第一从动齿轮轴的第一从动齿轮轴套和套设于所述第二从动齿轮轴的第二从动齿轮轴套。

在上述精密装配机械手的优选实施方式中，所述第一从动齿轮轴和所述第二从动齿轮轴通过两个第一L型固定板分别固定到所述本体上。

在上述精密装配机械手的优选实施方式中，所述驱动部包括设置于所述抓手左侧的第一气缸和设置于所述抓手右侧的第二气缸；所述第一气缸用于驱动所述第一曲柄齿轮旋转，所述第二气缸用于驱动所述第二曲柄齿轮旋转。

在上述精密装配机械手的优选实施方式中，所述第一气缸和所述第二气缸均通过两个第二L型固定板分别固定到所述第一L型固定板上。

在上述精密装配机械手的优选实施方式中，所述第一气缸和所述第二气缸均为针型气缸。

在上述精密装配机械手的优选实施方式中，所述第一气缸的轴线相对于所述第一从动齿轮轴的轴线垂直设置；并且所述第二气缸的轴线相对于所述第二从动齿轮轴的轴线垂直设置。

在上述精密装配机械手的优选实施方式中，所述本体包括：机器人末端转接板，其用于使所述本体与相应的机器人连接；第三L型固定板，其用于固定连接所述第一L型固定板；支撑构件，其用于连接相应的传感器和图像识别单元。

在上述精密装配机械手的优选实施方式中，所述抓手为凹型曲面抓手。

本发明利用驱动部驱动曲柄齿轮旋转并因此带动与区别齿轮啮合的从动齿轮旋转，进而带动与从动齿轮联动的从动齿轮轴旋转以调节抓手的位姿角度，使抓手具有0°～180°旋转功能，从而实现多功能的工业装配。另外，本发明的驱动部采用针型气缸，即本发明中的物体抓取和物体位姿调整采用气压调节，相对电动抓手来说，电动抓手的单一性操作无法满足装配要求，而本发明的抓手的使用更具多功能化，更能满足复杂装配作业的要求。

附图说明

图1是本发明的精密装配机械手的立体结构示意图；

图2是本发明的精密装配机械手的侧视结构示意图；

图3是本发明的精密装配机械手的局部结构示意图。

附图标号：111-第一气缸,112-第二气缸，121-第一曲柄齿轮，122-第二曲柄齿轮，131-第一从动齿轮，132-第二从动齿轮，141-第一从动齿轮轴，142-第二从动齿轮轴，150-抓手，161-第一从动齿轮轴套，162-第二从动齿轮轴套，31-第一L型固定板，32-第二L型固定板，201-第三L型固定板，202-机器人末端转接板，203-三角支撑固定件，204-90°固定板。

具体实施方式

为使本发明的实施例、技术方案和优点更加明显，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。

为了解决机器人手不灵活、操作单一、适应性差等问题，本发明提供的精密装配机械手主要包括本体和设置于本体上的执行机构；执行机构包括驱动部、与驱动部连接的传动部和与传动部连接的抓手；传动部包括曲柄齿轮、与曲柄齿轮啮合的从动齿轮和与从动齿轮联动的从动齿轮轴，从动齿轮轴还与抓手连接；驱动部驱动曲柄齿轮旋转并因此带动从动齿轮旋转，进而带动从动齿轮轴旋转以调节抓手的位姿角度。

下面参照图1-3对本发明的精密装配机械手的具体结构作进一步详细说明。图1是本发明的精密装配机械手的立体结构示意图；图2是本发明的精密装配机械手的侧视结构示意图；图3是本发明的精密装配机械手的局部结构示意图。

如图1-3所示，本发明的精密装配机械手的主要部件为执行机构，该执行机构的驱动部采用两个气缸(第一气缸111和第二气缸112)，执行机构的传动部包括两个曲柄齿轮(第一曲柄齿轮121和第二曲柄齿轮122)、分别与两个曲柄齿轮啮合的两个从动齿轮(第一从动齿轮131和第二从动齿轮132)、分别与两个从动齿轮联动的两个从动齿轮轴(第一从动齿轮轴141和第二从动齿轮轴142)，第一从动齿轮轴141连接到抓手150的左侧，第二从动齿轮轴142连接到抓手150的右侧。

第一气缸111通过引导活塞在缸内直线上下往复运动带动第一曲柄齿轮121旋转，第一曲柄齿轮121与第一从动齿轮131啮合传动使第一从动齿轮131带动第一从动齿轮轴141旋转，进而带动抓手150沿顺时针或逆时针方向旋转以改变抓手150的位姿角度。同理，第二气缸112通过引导活塞在缸内直线上下往复运动带动第二曲柄齿轮122旋转，第二曲柄齿轮122与第二从动齿轮132啮合传动使第二从动齿轮132带动第二从动齿轮轴142旋转，进而带动抓手150沿顺时针或逆时针方向旋转以改变抓手的位姿角度。优选地，第一气缸111、第一曲柄齿轮121、第一从动齿轮131和第一从动齿轮轴141均位于抓手150的左侧，第二气缸112、第二曲柄齿轮122、第二从动齿轮132和第二从动齿轮轴142均位于抓手150的右侧，抓手150的左右两侧对称设置。

作为示例，上述的第一气缸111和第二气缸112均采用针型气缸，上述抓手150采用凹型曲面抓手。进一步，执行机构的传动部还包括套设于第一从动齿轮轴131的第一从动齿轮轴套161和套设于第二从动齿轮轴132的第二从动齿轮轴套162。第一气缸111和第二气缸112通过上述传动部使得凹型曲面抓手具有翻转180°的功能，从而实现多功能的工业装配。

继续参照图1-3，在一种具体地实施方式中，第一从动齿轮131和第二从动齿轮轴132通过两个第一L型固定板31固定到本体的上；第一气缸111和第二气缸112通过两个第二L型固定板32固定到第一L型固定板31上，具体地，第一气缸111固定到一个第二L型固定板32上，第二气缸112固定到另一个第二L型固定板32上，然后两个第二L型固定板32分别固定到两个第一L型固定板31上。更具体地，本体包括两个第三L型固定板201，第一从动齿轮131和第二从动齿轮轴132分别固定在对应的第一L型固定板31，两个第一L型固定板31分别固定到第三L型固定板201上，从而使得整个执行机构固定到本体上。优选地，第一气缸111的轴线(沿第一气缸111长度方向的轴线)相对于第一从动齿轮轴131的轴线(沿第一从动齿轮轴131长度方向的轴线)垂直设置，第二气缸112的轴线(沿第二气缸112长度方向的轴线)相对于第二从动齿轮轴(沿第二从动齿轮轴132长度方向的轴线)的轴线垂直设置，进一步提高传动效率。

进一步，本体还包括机器人末端转接板202和支撑构件，机器人末端转接板202用于使本体与相应的机器人连接，支撑构件用于连接相应的传感器(如ATI六维力传感器)和图像识别单元(大恒工业相机)。作为示例，支撑构件还可以包括三角支撑固定件203和与三角支撑固定件203通过螺栓连接的90°固定板204。关于本体的具体结构，本领域技术人员可以根据实际需要灵活地设计，在此不再进行详细说明。

如上所述，本发明的具体工作原理简而言之就是：针型气缸通过引导活塞在缸内直线上下往复运动带动曲柄齿轮旋转，当引导活塞充气向下直线运动时，曲柄齿轮就随之移动，由于啮合传动作用，带动与曲柄齿轮啮合的从动齿轮旋转，进而使与从动齿轮轴连接的凹型曲面抓手进行沿轴顺时针旋转；当活塞放气向上直线运动时，曲柄齿轮反向运动，从动齿轮轴也随之反向传动，最终凹型曲面抓手逆时针旋转，从而实现调整抓取物体的位姿，起到多功能装配的作用。

本发明的有益效果是：(1)本发明实现了多功能装配，当针型气缸充气时，气针向下伸张，导致连接在针型气缸上的曲柄齿轮进行旋转，由于区别齿轮与从动齿轮的啮合作用，凹型曲面抓手会因为从动齿轮的运动而运动；(2)本发明有效地解决了装配过程中物体抓取和物体位姿需进行调整的作业要求，当凹型曲面抓手接触到物体时，凹型曲面抓手会完全贴合物体，增加抓取的成功率，当物体需要位姿进行调整时，针型气缸充气，气缸会带动区别齿轮旋转，进而带动从动齿轮轴旋转以使凹型曲面抓手进行0°～180°旋转，从而凹型曲面抓手中的目标也随之运动，并由于凹型曲面抓手与物体的高贴合度不会将物体脱落，实现了物体的位姿角度的变化；(3)本发明中的物体抓取和物体位姿调整采用气压调节，相对电动抓手来说，电动抓手的单一性操作无法满足装配要求，而本文中的精密抓手的使用更具多功能化，更能满足复杂装配作业的要求。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种精密装配机械手，其特征在于，所述精密装配机械手包括本体和设置于所述本体上的执行机构，

所述执行机构包括驱动部、与所述驱动部连接的传动部和与所述传动部连接的抓手，

所述传动部包括曲柄齿轮、与所述曲柄齿轮啮合的从动齿轮和与所述从动齿轮联动的从动齿轮轴，所述从动齿轮轴还与所述抓手连接，

所述驱动部驱动所述曲柄齿轮旋转并因此带动所述从动齿轮旋转，进而带动所述从动齿轮轴旋转以调节所述抓手的位姿角度。

2.根据权利要求1所述的精密装配机械手，其特征在于，所述曲柄齿轮包括设置于所述抓手左侧的第一曲柄齿轮和设置于所述抓手右侧的第二曲柄齿轮；

所述从动齿轮包括设置于所述抓手左侧与所述第一曲柄齿轮啮合的第一从动齿轮和设置于所述抓手右侧与所述第二曲柄齿轮啮合的第二从动齿轮；

所述从动齿轮轴包括设置于所述抓手左侧与所述第一从动齿轮联动的第一从动齿轮轴和设置于所述抓手右侧与所述第二从动齿轮联动的第二从动齿轮轴；

所述抓手能够在所述第一从动齿轮轴和/或所述第二从动齿轮轴的带动下，沿顺时针或逆时针方向旋转以改变位姿角度。

3.根据权利要求2所述的精密装配机械手，其特征在于，所述传动部还包括套设于所述第一从动齿轮轴的第一从动齿轮轴套和套设于所述第二从动齿轮轴的第二从动齿轮轴套。

4.根据权利要求3所述的精密装配机械手，其特征在于，所述第一从动齿轮轴和所述第二从动齿轮轴通过两个第一L型固定板分别固定到所述本体上。

5.根据权利要求4所述的精密装配机械手，其特征在于，所述驱动部包括设置于所述抓手左侧的第一气缸和设置于所述抓手右侧的第二气缸；

所述第一气缸用于驱动所述第一曲柄齿轮旋转，所述第二气缸用于驱动所述第二曲柄齿轮旋转。

6.根据权利要求5所述的精密装配机械手，其特征在于，所述第一气缸和所述第二气缸均通过两个第二L型固定板分别固定到所述第一L型固定板上。

7.根据权利要求6所述的精密装配机械手，其特征在于，所述第一气缸和所述第二气缸均为针型气缸。

8.根据权利要求7所述的精密装配机械手，其特征在于，所述第一气缸的轴线相对于所述第一从动齿轮轴的轴线垂直设置，并且所述第二气缸的轴线相对于所述第二从动齿轮轴的轴线垂直设置。

9.根据权利要求6所述的精密装配机械手，其特征在于，所述本体包括：

机器人末端转接板，其用于使所述本体与相应的机器人连接；

第三L型固定板，其用于固定连接所述第一L型固定板；

支撑构件，其用于连接相应的传感器和图像识别单元。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的精密装配机械手，其特征在于，所述抓手为凹型曲面抓手。