CN112171700B - 一种用于柔性材料曲面贴合的自适应机械手 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于柔性材料曲面贴合的自适应机械手，包括多自由度机械臂机构和前端自适应机构，所述多自由度机械臂机构的第一连接件通过螺栓与前端自适应机构的安装板固定连接；所述前端自适应机构包括活动机架、静机架和安装板，所述活动机架的前端安装有滚筒，活动机架与静机架之间通过柔性杆固定连接，且活动机架与静机架之间还安装有中心球铰，所述静机架与安装板通过螺栓连接。本发明自适应机械手可以利用柔性材料与曲面之间的相互作用力，使机构中的每个自适应元件发生相应位移和形变，达到柔性材料与曲面高效贴合的目的，通过这种自适应机械手能极大地节约人力和物力，便于曲面贴合的自动化作业。

Description

一种用于柔性材料曲面贴合的自适应机械手
技术领域
本发明涉及自动化机械技术领域，具体涉及一种用于柔性材料曲面贴合的自适应机械手。
背景技术
现有曲面贴合机构均采用立式、卧式等大型装备，其结构复杂，对不同曲率的曲面需要准备不同的模具，贴合曲面单一，且其面向的对象为简单、小型曲面或薄膜；
在对柔性材料进行曲面(含平面)结构表面贴合时，往往需要根据曲面表面的曲率适时改变贴合机构的位置和姿态，从而保证材料贴合质量。对于用于柔性材料曲面贴合的机械手而言，在对柔性材料曲面贴合的过程中一般需要通过本体结构的复杂关节驱动来实现末端执行机构的位置和姿态，其轨迹编程复杂程度高，工作周期长；
而自适应机构以其被动适应和位姿适应性强等优点成为现有机械手臂末端安装的理想连接装置。因此需要提供一种自适应机械手能够在不同曲面(含平面)结构上的表面进行贴合工作，根据给出的曲面自行改变位姿来实现紧密贴合，并可以用来贴合复杂曲率和大型曲面。
发明内容
发明目的：本发明目的是提供一种用于柔性材料曲面贴合的自适应机械手，解决了现有的机械手在对柔性材料曲面贴合的过程中一般需要通过本体结构的复杂关节驱动来实现末端执行机构的位置和姿态，其轨迹编程复杂程度高，工作周期长的问题，而且其结构复杂，对不同曲率的曲面需要准备不同的模具，贴合曲面单一的问题。本发明的自适应机械手自适应能力强、操作简单、结构合理，根据曲面表面的曲率变化自动调整贴合机构的姿态，从而更好的满足生产需求。
技术方案：本发明一种用于柔性材料曲面贴合的自适应机械手，包括多自由度机械臂机构和前端自适应机构，所述多自由度机械臂机构的第一连接件通过螺栓与前端自适应机构的安装板固定连接；
所述前端自适应机构包括活动机架、静机架和安装板，所述活动机架的前端安装有滚筒，活动机架与静机架之间通过柔性杆固定连接，且活动机架与静机架之间还安装有中心球铰，所述静机架与安装板通过螺栓连接，静机架朝向安装板的侧面中心固定设有第一套筒，所述安装板朝向静机架的侧面中心固定设有第二套筒，所述第二套筒插设在第一套筒内，且第一套筒内设有行程弹簧，所述安装板朝向静机架的侧面还安装有压力位移传感器。
进一步的，所述活动机架与静机架之间的柔性杆上均套设有复位弹簧。复位弹簧达到复位的目的。
进一步的，所述多自由度机械臂机构包括固定底座，所述固定底座上转动安装有旋转台，所述旋转台与机械臂大臂的一端转动连接，所述机械臂大臂的另一端转动连接有第二连接件，所述第二连接件的端部安装有可360度转动的旋转件，所述旋转件与机械臂小臂固定连接，所述机械臂小臂的端部转动连接有第一连接件。多自由度机械臂机构可以实现多个方向的转动和移动。
进一步的，所述安装板朝向静机架的侧面四角处分别通过液压缸和可伸缩金属杆与金属板固定连接，所述金属板上通过螺栓固定安装有长波纹管型真空吸盘，所述长波纹管型真空吸盘的尾部装有真空发生器。真空发生器通过抽取吸盘内的空气使吸盘吸附物体，通过让吸盘内部与外界空气联通使吸盘与物体分离。
进一步的，所述压力位移传感器与压力位移显示器电连接。传感器可以感知安装板的运动和所施加的力并通过压力位移显示器显示出来，可以用来判断滚筒是否与贴合面接触，并可以测量出机械臂所施加力的大小，从而根据传感器伸出端的位移量来了解柔性材料与曲面紧密贴合的程度。
与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益效果：
本发明的自适应机械手可以利用柔性材料与曲面之间的相互作用力，使机构中的每个自适应元件发生相应位移和形变，达到柔性材料与曲面高效贴合的目的；本发明可满足在不同刚度、不同曲率的曲面上的自适应贴合能力，依靠本身自适应机构，扩大了传统贴合机械手使用范围，多自由度机械臂机构提升了整个机械手的灵活度，同时该自适应机构既满足平面贴合又满足单一曲率的曲面贴合作业，适应能力强，可靠性高。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明俯视图；
图3为本发明主视图；
图4为前端自适应机构结构示意图；
图5为前端自适应机构主视图；
图6为静机架结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步描述：
如图1至图6所示，本发明一种用于柔性材料曲面贴合的自适应机械手，主要用于10-20mm厚橡胶板等柔性材料在不同曲面(含平面)结构上的表面贴合作业，其包括多自由度机械臂机构1和前端自适应机构2，多自由度机械臂机构1的第一连接件107通过螺栓与前端自适应机构2的安装板203固定连接；多自由度机械臂机构1提升了整个机械手的灵活度，同时前端自适应机构2既满足平面贴合又满足单一曲率的曲面贴合作业，两者结合达到柔性材料与曲面高效贴合的目的；
多自由度机械臂机构1包括固定底座101，固定底座101上转动安装有旋转台102，通过安装在固定底座101内的电机，使旋转台102可实现360度转动；旋转台102与机械臂大臂103的一端转动连接，机械臂大臂103与旋转台102连接处装有电机可以实现机械臂大臂103转动，机械臂大臂103的另一端转动连接有第二连接件104，第二连接件104与机械臂大臂103连接处装有电机，可以实现第二连接件104的转动，第二连接件104的端部安装有可360度转动的旋转件105，旋转件105通过电机实现360度转动，旋转件105与机械臂小臂106固定连接，机械臂小臂106的端部转动连接有第一连接件107，通过安装在第一连接件107内的电机可以实现第一连接件107的转动；多自由度机械臂机构1可以实现多个方向的转动和移动。
前端自适应机构2由三层机架连接组成，分别包括活动机架201、静机架202和安装板203，活动机架201的前端安装有滚筒204，滚筒204是用来直接对柔性材料进行贴合的部件，活动机架201与静机架202之间通过四个柔性杆205固定连接，每个柔性杆205上均套设有复位弹簧206，复位弹簧206达到复位的目的；且活动机架201与静机架202之间还安装有中心球铰207，中心球铰207可以实现机构围绕中心点方向转动，静机架202与安装板203通过螺栓208连接，螺栓208起到作为移动导向的作用，静机架202朝向安装板203的侧面中心固定设有第一套筒209，安装板203朝向静机架202的侧面中心固定设有第二套筒210，第二套筒210插设在第一套筒209内，且第一套筒209内设有行程弹簧211，使安装板203可以实现前后运动，具体为：静机架202与安装板203间装有螺栓208起到导向作用，螺栓208的头部通过螺纹拧紧在静机架202上，螺栓208的尾部通过螺母固定在安装板203上，保证了安装板203的行程，贴合曲面时，安装板203可以通过行程弹簧211在第一套筒209内的通道中压缩，贴合完结束，行程弹簧211复位，安装板203回到初始位置；
安装板203朝向静机架202的侧面还安装有压力位移传感器212，压力位移传感器212与压力位移显示器213电连接，压力位移传感器212可以感知安装板203的运动和所施加的力并通过压力位移显示器213显示出来，可以用来判断滚筒204是否与贴合面接触，并可以测量出机械臂所施加力的大小，从而根据压力位移传感器212伸出端的位移量来了解柔性材料与曲面紧密贴合的程度；
安装板203朝向静机架202的侧面四角处分别通过液压缸214和可伸缩金属杆215与金属板216固定连接，液压缸214和可伸缩金属杆215分别设有两组，液压缸214通过螺栓螺母固定在安装板203上，可以带动可伸缩金属杆215实现长波纹管型吸盘217的前后位移，金属板216上通过螺栓固定安装有长波纹管型真空吸盘217，长波纹管型真空吸盘217的尾部装有真空发生器218，真空发生器218通过抽取长波纹管型真空吸盘217内的空气使长波纹管型真空吸盘217吸附物体，通过让长波纹管型真空吸盘217内部与外界空气联通使长波纹管型真空吸盘217与物体分离。

Claims (4)

1.一种用于柔性材料曲面贴合的自适应机械手，其特征在于：包括多自由度机械臂机构和前端自适应机构，所述多自由度机械臂机构的第一连接件通过螺栓与前端自适应机构的安装板固定连接；
所述前端自适应机构包括活动机架、静机架和安装板，所述活动机架的前端安装有滚筒，活动机架与静机架之间通过柔性杆固定连接，所述活动机架与静机架之间的柔性杆上均套设有复位弹簧；且活动机架与静机架之间还安装有中心球铰；
所述静机架与安装板通过螺栓连接，静机架朝向安装板的侧面中心固定设有第一套筒，所述安装板朝向静机架的侧面中心固定设有第二套筒，所述第二套筒插设在第一套筒内，且第一套筒内设有行程弹簧，所述安装板朝向静机架的侧面还安装有压力位移传感器。
2.根据权利要求1所述的一种用于柔性材料曲面贴合的自适应机械手，其特征在于：所述多自由度机械臂机构包括固定底座，所述固定底座上转动安装有旋转台，所述旋转台与机械臂大臂的一端转动连接，所述机械臂大臂的另一端转动连接有第二连接件，所述第二连接件的端部安装有可360度转动的旋转件，所述旋转件与机械臂小臂固定连接，所述机械臂小臂的端部转动连接有第一连接件。
3.根据权利要求1所述的一种用于柔性材料曲面贴合的自适应机械手，其特征在于：所述安装板朝向静机架的侧面四角处分别通过液压缸和可伸缩金属杆与金属板固定连接，所述金属板上通过螺栓固定安装有长波纹管型真空吸盘，所述长波纹管型真空吸盘的尾部装有真空发生器。
4.根据权利要求1所述的一种用于柔性材料曲面贴合的自适应机械手，其特征在于：所述压力位移传感器与压力位移显示器电连接。
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