CN112621718A - 一种二自由度并联驱动机械手 - Google Patents

Abstract

一种二自由度并联驱动机械手，包括支座、支架、光轴、双向梯形丝杠副、两个单旋向梯形丝杠副、两个机械手爪和两套传动机构；光轴、双向梯形丝杠和单旋向梯形丝杠由上至下平行布置，两根单旋向梯形丝杠可转动地安装在支座上，两根单旋向梯形丝杠的旋向相反，所述双向梯形丝杠分为旋向相反的两段丝杠，光轴和双向梯形丝杠的两端分别安装在一个支架上，支架可转动地安装在支撑座上，双向梯形丝杠相对支架可周向自转，两个机械手爪分别与旋钮在对应的丝杠段和梯形丝杠上的丝杠螺母连接，且两个机械手沿轴向可滑动地设置在光轴上，所述两根单旋向梯形丝杠分别通过两套传动机构驱动转动。本发明结构优化，减少了动力传动复杂设计，运行稳定可靠。

Description

一种二自由度并联驱动机械手

技术领域

本发明涉及一种二自由度机械手，具体涉及一种二自由度大跨距并联驱动机械手。

背景技术

工业机械手是近代自动控制领域中出现的一项新的技术，是现代控制理论与工业生产自动化实践相结合的产物，并已成为现代机械制造生产系统中的一个重要组成部分。工业机械手是提高生产过程自动化、改善劳动条件、提高产品质量和生产效率的有效手段之一。尤其在高温、高压、粉尘、噪声以及带有放射性和污染的场合，应用得更为广泛。

在现代工业应用领域里，大部分双自由度机械臂采用的是传统串联驱动结构，而当横向距离较大时，这种结构潜藏着需要布置较多电机或者较多传动结构提高稳定性。

发明内容

本发明是为克服现有技术不足，提供一种二自由度并联驱动机械手。该机械手结构优化，减少了动力传动复杂设计，运行稳定可靠。

本发明的技术方案是：一种二自由度并联驱动机械手，包括支座、支架、光轴、双向梯形丝杠副、两个单旋向梯形丝杠副、两个机械手爪和两套传动机构；

光轴、双向梯形丝杠和单旋向梯形丝杠由上至下平行布置，两根单旋向梯形丝杠可转动地安装在支座上，两根单旋向梯形丝杠的旋向相反，所述双向梯形丝杠分为旋向相反的两段丝杠，光轴和双向梯形丝杠的两端分别安装在一个支架上，支架可转动地安装在支撑座上，双向梯形丝杠相对支架可周向自转，两个机械手爪分别与旋钮在对应的丝杠段和梯形丝杠上的丝杠螺母连接，且两个机械手沿轴向可滑动地设置在光轴上，所述两根单旋向梯形丝杠分别通过两套传动机构驱动转动。

本发明相比现有技术的有益效果是：

本发明采用并联传动机构，解决了横向距离较大时，需要布置多个电机或者传动结构提高稳定性的问题，减少了电机数量，增加了机械手的稳定性。在双旋向的滚珠丝杠上方加入一根光轴并通过滑动与机械手爪连接，大大增强了机械手的稳定性。

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步地说明：

附图说明

图1为本发明的立体结构图；

图2为本发明的爆炸图；

图3为机械手爪的示意图；

图4为本发明应用于清洁机器人的示意图。

具体实施方式

如图1所示，本实施方式的一种二自由度并联驱动机械手，包括支座9、支架10、光轴2、双向梯形丝杠副、两个单旋向梯形丝杠副、两个机械手爪1和两套传动机构4；

光轴2、双向梯形丝杠3和单旋向梯形丝杠5由上至下平行布置，两根单旋向梯形丝杠5可转动地安装在支座9上，两根单旋向梯形丝杠5的旋向相反，所述双向梯形丝杠3分为旋向相反的两段丝杠，光轴2和双向梯形丝杠3的两端分别安装在一个支架10上，支架10可转动地安装在支撑座11上，滚珠丝杠3相对支架10可周向自转，两个机械手爪1分别与旋钮在对应的丝杠段和梯形丝杠5上的丝杠螺母6连接，且两个机械手1沿轴向可滑动地设置在光轴2上，所述两根单旋向梯形丝杠5分别通过两套传动机构4驱动转动。如图4为本发明应用示意图，支撑座11和支座9固定在机器人本体上。

为了提高传动的平稳性和缓冲吸振，如图1和图2所示，所述传动机构4包含电机4-1、传动带4-2和传动轮4-3；电机4-1固定在电机座上，电机4-1的输出轴上安装有一个传动轮4-3，单旋向梯形丝杠5上安装有一个传动轮4-3，两个传动轮4-3通过传动带4-2传动。可选地，电机4-1为步进电机。

为了减轻重量并能保证机械手爪的强度，如图2和图3所示，机械手爪1包含连接板1-1、定位板1-2和加强板1-3；连接板1-1和定位板1-2固接，连接板1-1分别与丝杠螺母6连接，定位板1-2通过直线轴承7可滑动地设置在光轴2上，连接板1-1上固接有加强板1-3。通常连接板1-1选用亚克力板，定位板1-2选用金属板。

进一步地，为了能很好地控制两个电机4-1在捕捉物体后的运动，在加强板1-3上还设置簧片和微动开关，所述连接板1-1的端部安装有微动开关12，加强板1-3的端部安装有簧片13，当捕捉物被夹紧时，所述簧片13能触发微动开关12输出信号。簧片10具有一定的韧性，当夹紧捕捉物时，会由于压力而发生方向向外的形变，从而触发两个微动开关12，接着，微动开关12将输出信号，实际依靠编码器控制电机力度，使机械手爪1对应的电机4-1改变旋转方向，进而控制两个机械手爪1旋转同步上升或下降。

进一步地，为了检测机械手爪1旋转上升或下降到一定程度，实现捕捉物体的释放，所述支架10上安装有角度传感器14，所述角度传感器14的轴与支架10的转轴同轴设置。通过角度传感器14检测到机械手爪1同步旋转一定角度后，控制两个电机4-1的反向旋转，实现捕捉物体的释放。

工作原理

两个单旋向梯形丝杠5由于安装位置相对，并且在同一个轴线上，两个单旋向梯形丝杠5的旋向相同。在图2所示下，当左侧的电机4-1带动单旋向梯形丝杠5做顺时针旋转运动，右侧的电机4-1带动对应的单旋向梯形丝杠5做逆时针旋转运动时，两个机械手爪1会产生收紧方向的运动趋势，此时双向梯形丝杠3上的丝杠螺母6会反向驱动双向梯形丝杠3发生自传，不会影响运动，即两个机械手爪1的收紧工作，反之则为机械手爪1的放松工作。在这个过程中，双向梯形丝杠3因两段旋向相反可视为无阻力物件。然而，当两个电机4-1分别带动两个单旋向梯形丝杠5做顺时针旋转运动时，一对单旋向梯形丝杠使各自相连的丝杠螺母6和机械手爪1产生相同方向的运动趋势，但由于双向梯形丝杠3的两段螺纹旋向相反，机械手爪1将会卡死从而无法收紧或松开，这时，机械手爪1会因为单旋向梯形丝杠5的顺时针旋转随同支架10整体绕支撑座11而上升，反之则下降，即实现机械手爪1的翻转。可见，并联式驱动机械手利用两个电机各控制一只机械手爪，通过电机的正(反)转实现机械手爪的移动抓取，电机同向转动实现机械手的翻转动作，并联式机械手的设计，解决了横向距离较大时，需要布置多个电机或者传动结构提高稳定性的问题，减少了电机数量，增加了机械手的稳定性。并且，左右两端安装有角度传感器，可以实时感应和反馈机械臂的状态。

当夹紧时，由于簧片13具有韧性，会由于压力产生形变，从而触发微动开关12，微动开关12输出信号，机械手爪1开始翻转。电机同向转动实现机械手爪1的翻转动作，此时一对单旋向梯形丝杠5将会带动与各自相连的丝杠螺母6和机械手爪1做同向的平动，但由于双旋向的滚珠丝杠3两段螺纹旋向相反，机械手爪1将会卡死从而无法收紧或松开，这时，机械手爪1将会因为单旋向梯形丝杠5的顺时针旋转而上升，反之则下降，即机械手爪1的翻转。

本发明已以较佳实施案例揭示如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可以利用上述揭示的结构及技术内容做出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施案例，均仍属本发明技术方案范围。

Claims (5)

1.一种二自由度并联驱动机械手，其特征在于：包括支座(9)、支架(10)、光轴(2)、双向梯形丝杠副、两个单旋向梯形丝杠副、两个机械手爪(1)和两套传动机构(4)；

光轴(2)、双向梯形丝杠(3)和单旋向梯形丝杠(5)由上至下平行布置，两根单旋向梯形丝杠(5)可转动地安装在支座(9)上，两根单旋向梯形丝杠(5)的旋向相反，所述双向梯形丝杠(3)分为旋向相反的两段丝杠，光轴(2)和双向梯形丝杠(3)的两端分别安装在一个支架(10)上，支架(10)可转动地安装在支撑座(11)上，滚珠丝杠(3)相对支架(10)可周向自转，两个机械手爪(1)分别与旋钮在对应的丝杠段和梯形丝杠(5)上的丝杠螺母(6)连接，且两个机械手(1)沿轴向可滑动地设置在光轴(2)上，所述两根单旋向梯形丝杠(5)分别通过两套传动机构(4)驱动转动。

2.根据权利要求1所述一种二自由度并联驱动机械手，其特征在于：所述传动机构(4)包含电机(4-1)、传动带(4-2)和传动轮(4-3)；电机(4-1)固定在电机座上，电机(4-1)的输出轴上安装有一个传动轮(4-3)，单旋向梯形丝杠(5)上安装有一个传动轮(4-3)，两个传动轮(4-3)通过传动带(4-2)传动。

3.根据权利要求2所述一种二自由度并联驱动机械手，其特征在于：所述机械手爪(1)包含连接板(1-1)、定位板(1-2)和加强板(1-3)；连接板(1-1)和定位板(1-2)固接，连接板(1-1)分别与丝杠螺母(6)连接，定位板(1-2)通过直线轴承(7)可滑动地设置在光轴(2)上，连接板(1-1)上固接有加强板(1-3)。

4.根据权利要求3所述一种二自由度并联驱动机械手，其特征在于：所述连接板(1-1)的端部安装有微动开关(12)，加强板(1-3)的端部安装有簧片(13)，当捕捉物被夹紧时，所述簧片(13)能触发微动开关(12)输出信号。

5.根据权利要求4所述一种二自由度并联驱动机械手，其特征在于：所述支架(10)上安装有角度传感器(14)，所述角度传感器(14)的轴与支架(10)的转轴同轴设置。

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