CN116079782B - 一种用于全自动抓取机械手上的三自由度回转机构 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种用于全自动抓取机械手上的三自由度回转机构，属于机械手领域。解决传统的三自由度机构大多结构复杂导致故障率高且精度较差的问题。它包括上连接架组件、下连接架组件、第一上连接轴、第一回转驱动、第二回转驱动、第二上连接轴和控制器，第一上连接轴和第二上连接轴对称连接在上连接架组件的左右两侧，上连接架组件通过第一上连接轴和第二上连接轴转动连接在下连接架组件上，第一上连接轴和第二上连接轴的轴线均与驱动下连接架组件的竖直中心线相垂直，全部第一回转驱动和第二回转驱动的输出端均设置编码器，全部第一回转驱动和第二回转驱动均与控制器电性连接。它主要用于机械手的控制。

Description

一种用于全自动抓取机械手上的三自由度回转机构

技术领域

本发明属于机械手领域，特别是涉及一种用于全自动抓取机械手上的三自由度回转机构。

背景技术

全自动6自由度模型抓取机械手是实现远程操控抓取实验模型的先进技术，在抓取实验模型过程中除了大方向上的空间运动外，在模型上方或者附近位置需要调整机械手抓夹的方向来实现抓取。

而三自由度回转机构是实现模型抓取机械手在空间坐标轴3个方向上运动调整的核心组件，传统的三自由度机构大多结构复杂导致故障率高，且精度较差。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种用于全自动抓取机械手上的三自由度回转机构,以解决传统的三自由度机构大多结构复杂导致故障率高且精度较差的问题。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种用于全自动抓取机械手上的三自由度回转机构，包括上连接架组件、下连接架组件、第一上连接轴、第一回转驱动、第二回转驱动、第二上连接轴和控制器，所述第一回转驱动设置有两个，一个所述第一回转驱动连接在下连接架组件下端用于连接机械手并驱动机械手转动，另一个所述第一回转驱动设置在上连接架组件的上端用于连接机械臂并驱动上连接架组件绕着上连接架组件的竖直中心线转动，所述第一上连接轴和第二上连接轴对称连接在上连接架组件的左右两侧，所述上连接架组件通过第一上连接轴和第二上连接轴转动连接在下连接架组件上，所述第一上连接轴和第二上连接轴的轴线均与驱动下连接架组件的竖直中心线相垂直，所述第二回转驱动与下连接架组件相连，所述第二回转驱动与第二上连接轴相连用于驱动下连接架组件前后俯仰摆动，全部所述第一回转驱动和第二回转驱动的输出端均设置编码器，全部所述第一回转驱动和第二回转驱动均与控制器电性连接。

更进一步的，所述上连接架组件包括上连接法兰、第一侧连接法兰和第一加强筋，所述上连接法兰左右两侧对称设置第一侧连接法兰，所述上连接法兰前后两侧对称设置第一加强筋，所述第一上连接轴和第二上连接轴分别转动连接在对应侧的第一侧连接法兰上。

更进一步的，所述下连接架组件包括第二侧连接法兰、第二加强筋和下连接法兰，所述下连接法兰左右两侧对称设置第二侧连接法兰，所述下连接法兰前后两侧对称设置第二加强筋，所述第一上连接轴和第二上连接轴分别与对应侧的第二侧连接法兰转动连接。

更进一步的，所述第一上连接轴通过下连接架轴环转动连接在第二侧连接法兰上。

更进一步的，所述第一回转驱动包括第一伺服电机和谐波减速器，所述第一伺服电机的转动端与谐波减速器的输入端相连，位于上方的谐波减速器输出端与上连接法兰相连，位于下方的谐波减速器的输出端与下连接法兰相连，所述第一伺服电机与谐波减速器均与控制器电性连接。

更进一步的，所述第一回转驱动还包括第二旋转编码器和第二编码器支架，所述第二旋转编码器与第二编码器支架相连，所述第二编码器支架与谐波减速器的输出端相连，所述第二旋转编码器与控制器电性连接。

更进一步的，所述第二回转驱动包括第一旋转编码器、编码器转接轴和第二伺服电机，所述第二伺服电机的转动端与编码器转接轴相连，所述第一旋转编码器与编码器转接轴相连，所述编码器转接轴与第二上连接轴相连。

更进一步的，所述第一旋转编码器和第二伺服电机均与控制器电性连接。

更进一步的，所述第一旋转编码器通过第一编码器支架与编码器转接轴相连。

更进一步的，所述第二上连接轴远离第一上连接轴一侧设置连接架转接法兰。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本回转机构结构简单，能够降低故障率；

2、本回转机构能够进行三个自由度的运动，帮助机械手进行灵活运动；

3、通过设置第一回转驱动，第一回转驱动内设置的谐波减速器自带蜗轮蜗杆，能够同时承受轴向负荷、径向负荷和倾覆力矩等综合载荷的装置，集支撑、旋转、传动、固定等功能于一身；

4、本回转机构整体结构布局合理，使用构件少，灵敏度高，各个组件独立控制，保障机构稳定性和可靠性，响应速度快，并且最大限度的减少了震动和噪声；

5、通过设置编码器，能够形成闭路反馈，提高运动精度。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明所述的一种用于全自动抓取机械手上的三自由度回转机构的主视图；

图2为本发明所述的一种用于全自动抓取机械手上的三自由度回转机构的侧视图；

图3为本发明所述的上连接架组件的立体结构示意图；

图4为本发明所述的上连接架组件的主视图；

图5为本发明所述的下连接架组件的立体结构示意图；

图6为本发明所述的下连接架组件的主视图；

图7为本发明所述的第二上连接轴的主视图；

图8为本发明所述的第二上连接轴的侧视图；

图9为本发明所述的第一上连接轴的主视图；

图10为本发明所述的第一上连接轴的侧视图。

上连接架组件1；上连接法兰1-1；第一侧连接法兰1-2；第一加强筋1-3；下连接架组件2；第二侧连接法兰2-1；第二加强筋2-2；下连接法兰2-3；第一上连接轴3；第一回转驱动4；第二回转驱动5；下连接架转接法兰6；第二上连接轴7；第一旋转编码器8；第一编码器支架9；编码器转接轴10；第一伺服电机11；谐波减速器12；第二旋转编码器13；第二编码器支架14；下连接架端盖15；下连接架轴环16；第二伺服电机17。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地阐述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

参见附图说明本实施方式，一种用于全自动抓取机械手上的三自由度回转机构，包括上连接架组件1、下连接架组件2、第一上连接轴3、第一回转驱动、第二回转驱动5、第二上连接轴7和控制器，所述第一回转驱动设置有两个，一个所述第一回转驱动连接在下连接架组件2下端用于连接机械手并驱动机械手转动，另一个所述第一回转驱动设置在上连接架组件1的上端用于连接机械臂并驱动上连接架组件1绕着上连接架组件1的竖直中心线转动，所述第一上连接轴3和第二上连接轴7对称连接在上连接架组件1的左右两侧，所述上连接架组件1通过第一上连接轴3和第二上连接轴7转动连接在下连接架组件2上，所述第一上连接轴3和第二上连接轴7的轴线均与驱动下连接架组件2的竖直中心线相垂直，所述第二回转驱动5与下连接架组件2相连，所述第二回转驱动5与第二上连接轴7相连用于驱动下连接架组件2前后俯仰摆动，全部所述第一回转驱动和第二回转驱动5的输出端均设置编码器，全部所述第一回转驱动和第二回转驱动5均与控制器电性连接。通过编码器的设置，与控制器配合来控制，能够精准控制第一回转驱动和第二回转驱动5来控制本机构来进行动作，从而达到更高的精度同时实现了闭环控制，同时所述第一上连接轴3和第二上连接轴7的轴线均与驱动下连接架组件2的竖直中心线相垂直，这种十字交叉的布置形式，更加容易找到控制基准，从而更加容易对机械手进行调节。

在本实施例中，所述上连接架组件1包括上连接法兰1-1、第一侧连接法兰1-2和第一加强筋1-3，所述上连接法兰1-1左右两侧对称设置第一侧连接法兰1-2，所述上连接法兰1-1前后两侧对称设置第一加强筋1-3，所述第一上连接轴3和第二上连接轴7分别转动连接在对应侧的第一侧连接法兰1-2上。

在本实施例中，所述下连接架组件2包括第二侧连接法兰2-1、第二加强筋2-2和下连接法兰2-3，所述下连接法兰2-3左右两侧对称设置第二侧连接法兰2-1，所述下连接法兰2-3前后两侧对称设置第二加强筋2-2，所述第一上连接轴3和第二上连接轴7分别与对应侧的第二侧连接法兰2-1转动连接。

在本实施例中，所述第一上连接轴3通过下连接架轴环16转动连接在第二侧连接法兰2-1上，下连接架端盖15与第二侧连接法兰2-1相连。

在本实施例中，所述第一回转驱动包括第一伺服电机11和谐波减速器12，所述第一伺服电机11的转动端与谐波减速器12的输入端相连，位于上方的谐波减速器12输出端与上连接法兰1-1相连，位于下方的谐波减速器12的输出端与下连接法兰2-3相连，所述第一伺服电机11与谐波减速器12均与控制器电性连接，谐波减速器12自带蜗轮蜗杆，能够同时承受轴向负荷、径向负荷和倾覆力矩等综合载荷的装置，集支撑、旋转、传动、固定等功能于一身，使得本装置能够更加适用于各种工况下的使用。

在本实施例中，所述第一回转驱动还包括第二旋转编码器13和第二编码器支架14，所述第二旋转编码器13与第二编码器支架14相连，所述第二编码器支架14与谐波减速器12的输出端相连，所述第二旋转编码器13与控制器电性连接，通过编码器的设置，能够对谐波减速器12的输出端进行闭环控制，从而达到更好的精度控制，提高机械手转动自由度的活动精度，同时配合谐波减速器12自带蜗轮蜗杆，提高强度。

在本实施例中，所述第二回转驱动5包括第一旋转编码器8、编码器转接轴10和第二伺服电机17，所述第二伺服电机17的转动端与编码器转接轴10相连，所述第一旋转编码器8与编码器转接轴10相连，所述编码器转接轴10与第二上连接轴7相连。通过编码器的设置，能够对第二伺服电机17的输出端进行闭环控制，从而达到更好的精度控制，提高机械手前后俯仰摆动自由度的活动精度，同时配合谐波减速器12自带蜗轮蜗杆，提高强度，适用于各种工况下的使用。

在本实施例中，所述第一旋转编码器8和第二伺服电机17均与控制器电性连接。所述第一旋转编码器8通过第一编码器支架9与编码器转接轴10相连，便于进行拆卸安装维修。

在本实施例中，所述第二上连接轴7远离第一上连接轴3一侧设置连接架转接法兰6。

使用时，将机械手安装在本回转机构位于下方的第一回转驱动的输出转动端上，将本回转机构通过位于上方的第一回转驱动与机械臂相连，完成连接工作后进入使用状态。

通过位于下方的第一回转驱动内的第一伺服电机11运转带动相应的谐波减速器12进行运转，谐波减速器12进行运转会带动下方的机械手进行相对于下连接架组件2进行回转动作，根据控制器的控制信号进行动作，此为机械手的一个自由度的动作，转动角度为±180°；

通过控制器控制第二伺服电机17带动编码器转接轴10进行转动，通过第一旋转编码器8与控制器配合形成闭环控制从而提高编码器转接轴10转动的精度，编码器转接轴10会带动第二上连接轴7进行转动从而带动下连接架组件2进行前后方向的俯仰摆动，从而控制下方的机械手进行前后方向的俯仰摆动，此为机械手一个自由度的动作，俯仰摆动的角度为±90°；

通过控制器控制位于上方的第一回转驱动运转，位于上方的第一回转驱动内的第一伺服电机11运转带动相应的谐波减速器12进行运转，谐波减速器12进行运转会带动上连接架组件1进行相对于机械臂的转动，这样能够整体控制本回转机构进行转动的情况下，在下连接架组件2进行前后方向的俯仰摆动的前提下，通过位于下方的第一回转驱动再次带动机械手相对于转动连接架组件2进行转动，转动角度为±180°，从而完成对机械手三个自由度的控制，三个自由度的角度控制方式，能够防止机械手在工作过程中各部件产生干涉。使得机械手能够根据控制器的指令进行动作，来完成相应的指令。

通过闭环控制，使得3自由度回转机构可精确定位到空间唯一位置。

上述叙述中可能用到的传感器、控制器、程序等均为现有技术，此处不做赘述。

以上公开的本发明实施例只是用于帮助阐述本发明。实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。

Claims (8)

1.一种用于全自动抓取机械手上的三自由度回转机构，其特征在于：包括上连接架组件(1)、下连接架组件(2)、第一上连接轴(3)、第一回转驱动、第二回转驱动(5)、第二上连接轴(7)和控制器，所述第一回转驱动设置有两个，一个所述第一回转驱动连接在下连接架组件(2)下端用于连接机械手并驱动机械手转动；另一个所述第一回转驱动设置在上连接架组件(1)的上端用于连接机械臂，并驱动上连接架组件(1)绕着上连接架组件(1)的竖直中心线转动；所述第一上连接轴(3)和第二上连接轴(7)对称连接在上连接架组件(1)的左右两侧，所述上连接架组件(1)通过第一上连接轴(3)和第二上连接轴(7)转动连接在下连接架组件(2)上，所述第一上连接轴(3)和第二上连接轴(7)的轴线均与驱动下连接架组件(2)的竖直中心线相垂直，所述第二回转驱动(5)与下连接架组件(2)相连，所述第二回转驱动(5)与第二上连接轴(7)相连用于驱动下连接架组件(2)前后俯仰摆动，全部所述第一回转驱动和第二回转驱动(5)的输出端均设置编码器，全部所述第一回转驱动和第二回转驱动(5)均与控制器电性连接；

所述上连接架组件(1)包括上连接法兰(1-1)、第一侧连接法兰(1-2)和第一加强筋(1-3)，所述上连接法兰(1-1)左右两侧对称设置第一侧连接法兰(1-2)，所述上连接法兰(1-1)前后两侧对称设置第一加强筋(1-3)，所述第一上连接轴(3)和第二上连接轴(7)分别转动连接在对应侧的第一侧连接法兰(1-2)上；

所述下连接架组件(2)包括第二侧连接法兰(2-1)、第二加强筋(2-2)和下连接法兰(2-3)，所述下连接法兰(2-3)左右两侧对称设置第二侧连接法兰(2-1)，所述下连接法兰(2-3)前后两侧对称设置第二加强筋(2-2)，所述第一上连接轴(3)和第二上连接轴(7)分别与对应侧的第二侧连接法兰(2-1)转动连接。

2.根据权利要求1所述的一种用于全自动抓取机械手上的三自由度回转机构，其特征在于：所述第一上连接轴(3)通过下连接架轴环(16)转动连接在第二侧连接法兰(2-1)上。

3.根据权利要求1或2所述的一种用于全自动抓取机械手上的三自由度回转机构，其特征在于：所述第一回转驱动包括第一伺服电机(11)和谐波减速器(12)，所述第一伺服电机(11)的转动端与谐波减速器(12)的输入端相连，位于上方的谐波减速器(12)输出端与上连接法兰(1-1)相连，位于下方的谐波减速器(12)的输出端与下连接法兰(2-3)相连，所述第一伺服电机(11)与谐波减速器(12)均与控制器电性连接。

4.根据权利要求3所述的一种用于全自动抓取机械手上的三自由度回转机构，其特征在于：所述第一回转驱动还包括第二旋转编码器(13)和第二编码器支架(14)，所述第二旋转编码器(13)与第二编码器支架(14)相连，所述第二编码器支架(14)与谐波减速器(12)的输出端相连，所述第二旋转编码器(13)与控制器电性连接。

5.根据权利要求1、2或4所述的一种用于全自动抓取机械手上的三自由度回转机构，其特征在于：所述第二回转驱动(5)包括第一旋转编码器(8)、编码器转接轴(10)和第二伺服电机(17)，所述第二伺服电机(17)的转动端与编码器转接轴(10)相连，所述第一旋转编码器(8)与编码器转接轴(10)相连，所述编码器转接轴(10)与第二上连接轴(7)相连。

6.根据权利要求5所述的一种用于全自动抓取机械手上的三自由度回转机构，其特征在于：所述第一旋转编码器(8)和第二伺服电机(17)均与控制器电性连接。

7.根据权利要求5所述的一种用于全自动抓取机械手上的三自由度回转机构，其特征在于：所述第一旋转编码器(8)通过第一编码器支架(9)与编码器转接轴(10)相连。

8.根据权利要求1所述的一种用于全自动抓取机械手上的三自由度回转机构，其特征在于：所述第二上连接轴(7)远离第一上连接轴(3)一侧设置连接架转接法兰(6)。