CN110842977A

CN110842977A - 一种用于装配装夹的大范围变刚度手腕

Info

Publication number: CN110842977A
Application number: CN201911224032.9A
Authority: CN
Inventors: 李康康
Original assignee: Nanchang Hangkong University
Current assignee: Nanchang Hangkong University
Priority date: 2019-12-04
Filing date: 2019-12-04
Publication date: 2020-02-28
Anticipated expiration: 2039-12-04
Also published as: CN110842977B

Abstract

本发明公开了一种用于装配装夹的大范围变刚度手腕，包含杆件、弹性元件、牵引线、变刚度驱动机构，用于装配装夹的大范围变刚度手腕安装在机械手上，通过在线实时大范围调节手腕的刚度，来满足零部件的自动装配过程或机床的上下料装夹过程中不同工序的不同刚度需求。在机械手抓取物件、移动物件、定位目标时，手腕刚度调节为较大值以输出较大的抓取力、避免移动过程中的振荡和增加定位精度；在装配装夹过程中，机械手手腕刚度调节为较小值成为柔顺手腕，自动补偿物件装配装夹的位姿误差；实现物件的抓取、移动、定位、装配、夹紧这些装配装夹工序。

Description

一种用于装配装夹的大范围变刚度手腕

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，具体涉及一种用于装配装夹的大范围变刚度手腕。

背景技术

在零部件的自动装配和机床的自动上下料装夹过程中，机械手在零件或工件的抓取、移动、定位这些工序过程中，要求机械手的刚度较大，以输出较大的力克服工件的重力并在移动过程中减小机械手的振荡。同时避免机械手由于低刚度引起的变形，从而增加机械手的定位精度以精确定位装配和装夹的位置。此后在装配装夹的工序过程中，要求机械手的刚度较小，从而使柔顺机械手自动调整零件与装配体或工件与夹具之间的相对位姿，补偿装配装夹误差，以顺利完成装配和装夹作业。所以根据装配和装夹过程中的不同工序，机械手需要在线实时大范围调节为不同刚度。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种用于装配装夹的大范围变刚度手腕，将变刚度机构运用于机械手手腕，通过在线实时大范围调节手腕的刚度实现机械手根据不同工序调节为不同刚度，补偿机械手柔顺装配装夹的位姿误差并保证机械手的定位精度和输出力需要，从而提高装配装夹质量和生产效率。

本发明采用如下技术方案：一种用于装配装夹的大范围变刚度手腕，其特征在于：包含位置位于顶部的杆件Ⅰ、铰点Ⅰ、限位装置Ⅰ、杆件Ⅱ、铰点Ⅱ、限位装置Ⅱ、限位装置Ⅲ、杆件Ⅲ、滑轮Ⅰ，位置位于中部的杆件Ⅳ、铰点Ⅲ、限位装置Ⅳ、限位装置Ⅴ、杆件Ⅴ、铰点Ⅳ、限位装置Ⅵ、限位装置Ⅶ、杆件Ⅵ，位置位于底部的滑轮Ⅱ、铰点Ⅴ、杆件Ⅶ、限位装置Ⅷ、限位装置Ⅸ、杆件Ⅷ、铰点Ⅵ、限位装置Ⅹ、限位装置Ⅺ、弹性元件、杆件Ⅸ、变刚度驱动机构，以及贯穿顶部、中部和底部的牵引线。

顶部的杆件Ⅱ两端分别与杆件Ⅰ、杆件Ⅲ通过铰点Ⅰ和铰点Ⅱ连接，杆件Ⅰ可绕铰点Ⅰ转动，杆件Ⅱ可绕铰点Ⅱ转动；所述的杆件Ⅰ的一端安装抓取装置，另一端连接牵引线，杆件Ⅱ两端设有限位装置Ⅰ、限位装置Ⅱ，杆件Ⅲ上靠近杆件Ⅱ的一端设有限位装置Ⅲ，杆件Ⅲ上装有滑轮Ⅰ。

中部的杆件Ⅳ的上端固定在杆件Ⅲ的另一端。中部的杆件Ⅴ两端分别与杆件Ⅳ、杆件Ⅵ通过铰点Ⅲ、铰点Ⅳ连接，杆件Ⅳ可绕铰点Ⅲ转动，杆件Ⅴ可绕铰点Ⅳ转动，中部杆件Ⅳ、杆件Ⅴ、杆件Ⅵ的旋转轴线的方向不同于顶部杆件Ⅰ、杆件Ⅱ、杆件Ⅲ的旋转轴线方向；杆件Ⅳ靠近杆件Ⅴ的一端设有限位装置Ⅳ，杆件Ⅴ的两端设有限位装置Ⅴ、限位装置Ⅵ，杆件Ⅵ上端设有限位装置Ⅶ。

底部的杆件Ⅶ一端固定在中部的杆件Ⅵ的下部，且其上方安装有滑轮Ⅱ；底部的杆件Ⅷ两端分别与杆件Ⅶ、杆件Ⅸ通过铰点Ⅴ、铰点Ⅵ连接，杆件Ⅶ可绕铰点Ⅴ转动，杆件Ⅶ可绕铰点Ⅵ转动，杆件Ⅸ上安装变刚度驱动机构；底部杆件Ⅶ、杆件Ⅷ、杆件Ⅸ的旋转轴线的方向不同于顶部杆件Ⅰ、杆件Ⅱ、杆件Ⅲ和中部杆件Ⅳ、杆件Ⅴ、杆件Ⅵ的旋转轴线方向；底部杆件Ⅶ靠近杆件Ⅷ的一端设有限位装置Ⅷ，杆件Ⅷ两端设有限位装置Ⅸ、限位装置Ⅹ，杆件Ⅸ上靠近杆件Ⅷ的一端设有限位装置Ⅺ。

从杆件Ⅰ连出的牵引线依次穿过杆件Ⅱ上的限位装置Ⅰ、限位装置Ⅱ、杆件Ⅲ上的限位装置Ⅲ、杆件Ⅲ上的滑轮Ⅰ、中部杆件Ⅳ的限位装置Ⅳ、杆件Ⅴ的限位装置Ⅴ、限位装置Ⅵ、杆件Ⅵ上的限位装置Ⅶ、滑轮Ⅱ、杆件Ⅶ上的限位装置Ⅷ、杆件Ⅷ上的限位装置Ⅸ、限位装置Ⅹ、杆件Ⅸ上的限位装置Ⅺ，最后通过弹性元件与变刚度驱动机构相连。

进一步地，上述的用于装配装夹的大范围变刚度手腕，其特征在于：设置左右对称的两套并共用杆件Ⅸ，且杆件Ⅸ上安装两套变刚度驱动机构，形成闭合形状的变刚度手腕。这样可以增加手腕的刚度。

当杆件Ⅰ、杆件Ⅱ、杆件Ⅲ、杆件Ⅳ、杆件Ⅴ、杆件Ⅵ、杆件Ⅶ、杆件Ⅷ、杆件Ⅸ从平衡位置转动时，牵引线拉伸弹性元件发生形变，会使杆件回到平衡位置。通过变刚度驱动机构拉伸弹性元件可改变弹性元件的张力以调节手腕的旋转刚度。

基于上述的用于装配装夹的大范围变刚度手腕的使用方法，其特征在于，使用方法为：将用于装配装夹的大范围变刚度手腕安装在机械手上，可用于零部件的自动装配和机床的自动上下料装夹。机械手在零件或工件的抓取、移动、定位这些工序过程中，通过变刚度驱动机构拉伸弹性元件增加弹性元件的张力以增加手腕的刚度；以输出较大的力克服工件的重力并增加机械手定位装配和装夹的位置的定位精度。此后在装配装夹的工序过程中，通过变刚度驱动机构调节弹性元件的拉伸长度减少弹性元件的张力以减少手腕的刚度。从而使柔顺机械手自动调整零件与装配体或工件与夹具之间的相对位姿，补偿装配装夹误差，以顺利完成装配和装夹作业；根据装配和装夹过程中的不同工序，机械手手腕可在线实时大范围调节为不同刚度。

本发明的优点在于：将用于装配装夹的大范围变刚度手腕安装在机械手上，可用于零部件的自动装配和机床的自动上下料装夹，根据装配和装夹过程中的不同工序，机械手手腕可在线实时大范围调节为不同刚度。例如，机械手在零件或工件的抓取、移动、定位这些工序过程中，通过调节增加手腕的刚度，以输出较大的力克服工件的重力并增加机械手定位装配和装夹的位置的定位精度。此后在装配装夹的工序过程中，减少手腕的刚度，使机械手具有柔顺性，从而自动调整零件与装配体或工件与夹具之间的相对位姿，补偿装配装夹误差，以顺利完成装配和装夹作业。

附图说明

图1是本发明实施例1的大范围变刚度手腕处于旋转状态的结构示意图。

图2是本发明实施例2的大范围变刚度手腕处于旋转状态的结构示意图。

图3是本发明实施例2的大范围变刚度手腕处于平衡位置状态的结构示意图。

图4是本发明实施例2的大范围变刚度手腕处于平衡位置状态的立体结构图。

图5是装有本发明的机械手的整体结构图。

附图标记说明：1.抓取装置，2. 杆件Ⅰ，3. 铰点Ⅰ，4. 限位装置Ⅰ，5. 杆件Ⅱ，6.铰点Ⅱ，7. 牵引线，8. 限位装置Ⅱ，9. 限位装置Ⅲ，10. 杆件Ⅲ，11. 滑轮Ⅰ，12. 杆件Ⅳ，13. 铰点Ⅲ，14. 限位装置Ⅳ，15. 限位装置Ⅴ，16. 杆件Ⅴ，17. 铰点Ⅳ，18. 限位装置Ⅵ，19. 限位装置Ⅶ，20. 杆件Ⅵ，21. 滑轮Ⅱ，22. 铰点Ⅴ，23. 杆件Ⅶ，24. 限位装置Ⅷ，25. 限位装置Ⅸ，26. 杆件Ⅷ，27. 铰点Ⅵ，28. 限位装置Ⅹ，29. 限位装置Ⅺ，30. 弹性元件，31. 杆件Ⅸ，32. 变刚度驱动机构，33. 用于装配装夹的大范围变刚度手腕，34. 机械手。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的优选实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

实施例1：参见图1，一种用于装配装夹的大范围变刚度手腕，包含位置位于顶部的杆件Ⅰ2、铰点Ⅰ3、限位装置Ⅰ4、杆件Ⅱ5、铰点Ⅱ6、限位装置Ⅱ8、限位装置Ⅲ9、杆件Ⅲ10、滑轮Ⅰ11；位置位于中部的杆件Ⅳ12、铰点Ⅲ13、限位装置Ⅳ14、限位装置Ⅴ15、杆件Ⅴ16、铰点Ⅳ17、限位装置Ⅵ18、限位装置Ⅶ19、杆件Ⅵ20；位置位于底部的滑轮Ⅱ21、铰点Ⅴ22、杆件Ⅶ23、限位装置Ⅷ24、限位装置Ⅸ25、杆件Ⅷ26、铰点Ⅵ27、限位装置Ⅹ28、限位装置Ⅺ29、弹性元件30、杆件Ⅸ31、变刚度驱动机构32，以及贯穿顶部、中部和底部的牵引线7。

顶部的杆件Ⅱ5两端分别与杆件Ⅰ2、杆件Ⅲ10通过铰点Ⅰ3和铰点Ⅱ6连接，杆件Ⅰ2可绕铰点Ⅰ3转动，杆件Ⅱ5可绕铰点Ⅱ6转动；所述的杆件Ⅰ2的一端安装抓取装置1，另一端连接牵引线7，牵引线7夹在杆件Ⅱ5上的限位装置Ⅰ4、限位装置Ⅱ8和杆件Ⅲ10上的限位装置Ⅲ9之间。杆件Ⅱ5两端设有限位装置Ⅰ4、限位装置Ⅱ8，杆件Ⅲ10上靠近杆件Ⅱ5的一端设有限位装置Ⅲ9，杆件Ⅲ10上装有滑轮Ⅰ11。

中部的杆件Ⅳ12的上端固定在杆件Ⅲ10的另一端。中部的杆件Ⅴ16两端分别与杆件Ⅳ12、杆件Ⅵ20通过铰点Ⅲ13、铰点Ⅳ17连接，杆件Ⅳ12可绕铰点Ⅲ13转动，杆件Ⅴ16可绕铰点Ⅳ17转动，中部杆件Ⅳ12、杆件Ⅴ16、杆件Ⅵ20的旋转轴线的方向不同于顶部杆件Ⅰ2、杆件Ⅱ5、杆件Ⅲ10的旋转轴线方向。杆件Ⅳ12靠近杆件Ⅴ16的一端设有限位装置Ⅳ14，杆件Ⅴ16的两端设有限位装置Ⅴ15、限位装置Ⅵ18，杆件Ⅵ20上端设有限位装置Ⅶ19。

底部的杆件Ⅶ23一端固定在中部的杆件Ⅵ20的下部，且其上方安装有滑轮Ⅱ21；底部的杆件Ⅷ26两端分别与杆件Ⅶ23、杆件Ⅸ31通过铰点Ⅴ22、铰点Ⅵ27连接，杆件Ⅶ23可绕铰点Ⅴ22转动，杆件Ⅶ26可绕铰点Ⅵ27转动，底部杆件Ⅶ23、杆件Ⅷ26、杆件Ⅸ31的旋转轴线的方向不同于顶部杆件Ⅰ2、杆件Ⅱ5、杆件Ⅲ10和中部杆件Ⅳ12、杆件Ⅴ16、杆件Ⅵ20的旋转轴线方向，图1-4所示，底部杆件的旋转轴线方向为竖直方向，中部杆件的旋转轴线方向为水平方向，而顶部杆件的旋转轴线方向则为前后方向。底部杆件Ⅶ23靠近杆件Ⅷ26的一端设有限位装置Ⅷ24，杆件Ⅷ26两端设有限位装置Ⅸ25、限位装置Ⅹ28，杆件Ⅸ31上靠近杆件Ⅷ26的一端设有限位装置Ⅺ29。

从杆件Ⅰ2连出的牵引线依次穿过杆件Ⅱ5上的限位装置Ⅰ4、限位装置Ⅱ8、杆件Ⅲ10上的限位装置Ⅲ9、杆件Ⅲ10上的滑轮Ⅰ11、中部杆件Ⅳ12的限位装置Ⅳ14、杆件Ⅴ16的限位装置Ⅴ15、限位装置Ⅵ18、杆件Ⅵ20上的限位装置Ⅶ19、滑轮Ⅱ21、杆件Ⅶ23上的限位装置Ⅷ24、杆件Ⅷ26上的限位装置Ⅸ25、限位装置Ⅹ28、杆件Ⅸ31上的限位装置Ⅺ29，最后通过弹性元件30与变刚度驱动机构32相连。

当杆件Ⅰ2、杆件Ⅱ5、杆件Ⅲ10、杆件Ⅳ12、杆件Ⅴ16、杆件Ⅵ20、杆件Ⅶ23、杆件Ⅷ26、杆件Ⅸ31从平衡位置转动时，牵引线7拉伸弹性元件30发生形变，会使杆件回到平衡位置。通过变刚度驱动机构32拉伸弹性元件30可改变弹性元件30的张力以调节手腕的旋转刚度。

实施例2：参见图2-4，设置左右对称的两套，每套结构与实施例1中的相同，并共用杆件Ⅸ31，且杆件Ⅸ31上安装两套变刚度驱动机构32，形成闭合形状的变刚度手腕。这样可以增加手腕的刚度。

参见图5所示，将用于装配装夹的大范围变刚度手腕33安装在机械手34上，可用于零部件的自动装配和机床的自动上下料装夹。机械手34在零件或工件的抓取、移动、定位这些工序过程中，通过变刚度驱动机构拉伸弹性元件增加弹性元件的张力以增加手腕的刚度。以输出较大的力克服工件的重力并增加机械手定位装配和装夹的位置的定位精度。此后在装配装夹的工序过程中，通过变刚度驱动机构调节弹性元件的拉伸长度以减少弹性元件的张力，使手腕的刚度减少。从而使柔顺机械手自动调整零件与装配体或工件与夹具之间的相对位姿，补偿装配装夹误差，以顺利完成装配和装夹作业。所以根据装配和装夹过程中的不同工序，机械手手腕可在线实时大范围调节为不同刚度。

不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。

Claims

1.一种用于装配装夹的大范围变刚度手腕，其特征在于：包含位置位于顶部的杆件Ⅰ、铰点Ⅰ、限位装置Ⅰ、杆件Ⅱ、铰点Ⅱ、限位装置Ⅱ、限位装置Ⅲ、杆件Ⅲ、滑轮Ⅰ，位置位于中部的杆件Ⅳ、铰点Ⅲ、限位装置Ⅳ、限位装置Ⅴ、杆件Ⅴ、铰点Ⅳ、限位装置Ⅵ、限位装置Ⅶ、杆件Ⅵ，位置位于底部的滑轮Ⅱ、铰点Ⅴ、杆件Ⅶ、限位装置Ⅷ、限位装置Ⅸ、杆件Ⅷ、铰点Ⅵ、限位装置Ⅹ、限位装置Ⅺ、弹性元件、杆件Ⅸ、变刚度驱动机构，以及贯穿顶部、中部和底部的牵引线；

顶部的杆件Ⅱ两端分别与杆件Ⅰ、杆件Ⅲ通过铰点Ⅰ和铰点Ⅱ连接，杆件Ⅰ可绕铰点Ⅰ转动，杆件Ⅱ可绕铰点Ⅱ转动；所述的杆件Ⅰ的一端安装抓取装置，另一端连接牵引线，杆件Ⅱ两端设有限位装置Ⅰ、限位装置Ⅱ，杆件Ⅲ上靠近杆件Ⅱ的一端设有限位装置Ⅲ，杆件Ⅲ上装有滑轮Ⅰ；

中部的杆件Ⅳ的上端固定在杆件Ⅲ的另一端；中部的杆件Ⅴ两端分别与杆件Ⅳ、杆件Ⅵ通过铰点Ⅲ、铰点Ⅳ连接，杆件Ⅳ可绕铰点Ⅲ转动，杆件Ⅴ可绕铰点Ⅳ转动，中部杆件Ⅳ、杆件Ⅴ、杆件Ⅵ的旋转轴线的方向不同于顶部杆件Ⅰ、杆件Ⅱ、杆件Ⅲ的旋转轴线方向；杆件Ⅳ靠近杆件Ⅴ的一端设有限位装置Ⅳ，杆件Ⅴ的两端设有限位装置Ⅴ、限位装置Ⅵ，杆件Ⅵ上端设有限位装置Ⅶ；

底部的杆件Ⅶ一端固定在中部的杆件Ⅵ的下部，且其上方安装有滑轮Ⅱ；底部的杆件Ⅷ两端分别与杆件Ⅶ、杆件Ⅸ通过铰点Ⅴ、铰点Ⅵ连接，杆件Ⅶ可绕铰点Ⅴ转动，杆件Ⅶ可绕铰点Ⅵ转动，杆件Ⅸ上安装变刚度驱动机构；底部杆件Ⅶ、杆件Ⅷ、杆件Ⅸ的旋转轴线的方向不同于顶部杆件Ⅰ、杆件Ⅱ、杆件Ⅲ和中部杆件Ⅳ、杆件Ⅴ、杆件Ⅵ的旋转轴线方向；底部杆件Ⅶ靠近杆件Ⅷ的一端设有限位装置Ⅷ，杆件Ⅷ两端设有限位装置Ⅸ、限位装置Ⅹ，杆件Ⅸ上靠近杆件Ⅷ的一端设有限位装置Ⅺ；

2.根据权利要求1所述的用于装配装夹的大范围变刚度手腕，其特征在于：设置左右对称的两套并共用杆件Ⅸ，且杆件Ⅸ上安装两套变刚度驱动机构，形成闭合形状的变刚度手腕。

3.基于权利要求1或2所述的用于装配装夹的大范围变刚度手腕的使用方法，其特征在于，使用方法为：将用于装配装夹的大范围变刚度手腕安装在机械手上，可用于零部件的自动装配和机床的自动上下料装夹；机械手在零件或工件的抓取、移动、定位这些工序过程中，通过变刚度驱动机构拉伸弹性元件增加弹性元件的张力以增加手腕的刚度；以输出较大的力克服工件的重力并增加机械手定位装配和装夹的位置的定位精度；此后在装配装夹的工序过程中，通过变刚度驱动机构调节弹性元件的拉伸长度减少弹性元件的张力以减少手腕的刚度；从而使柔顺机械手自动调整零件与装配体或工件与夹具之间的相对位姿，补偿装配装夹误差，以顺利完成装配和装夹作业；根据装配和装夹过程中的不同工序，机械手手腕可在线实时大范围调节为不同刚度。