CN203804962U - 一种主从机械手 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种主从机械手，包括主动手单元、从动手单元、力传动单元和电驱动控制单元，主动手单元和从动手单元通过力传动单元对称连接，可协调进行关节式运动，力传动单元通过支撑体（墙体）固定；主动手单元的作用力通过力传动单元传送到从动手单元的夹钳处，实现对从动手组件的夹钳上下、前后、左右和旋转七个自由度的操作。优点是：动作灵活、运动惯性小、适用性强、可靠性高。随生产的需要，对主从机械手操作的灵活性，工作空间等提出越来越高的要求，特别在如像核后处理等特殊条件下，需要机械手具有很高的可靠性。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种机械手，特别是一种主从机械手。
背景技术
主从机械手在现代工业生产中应用非常广泛，特别是在核后处理中。核能利用受到全世界各国的重视，核工业机器人为满足核工业特殊要求，在特殊工况条件下工作的机器人，主从机械手可在此环境下进行复杂甚至精细的生产工作，如：核燃料处理、热室化工处理、放射性试验等。并可根据现场情况定制生产选型，良好的操控性和可靠性，满足市场的一定需要，具有很好的发展前景。
机械手能模仿人手和手臂的一些运动功能，可根据主手的操作抓取、搬运物件或操作工具。机械手可代替人进行机械操作，能在高温、高压、有毒气体、放射性等恶劣环境下保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、原子能、化工、医疗等行业。
主从机械手主要应用于在人手受限的区域内进行模拟人手的各种操作，设备安装在屏蔽墙中，通过钢丝绳和链条以及其它构件的连接，实现从操作侧到热室侧的机械传动。机械手从结构上分为主动手、从动手、穿墙管和电气控制部分等。由于主动手操作臂为自由行程常力操作，具有良好的操控性，其可执行较复杂及精细的操作任务。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种动作灵活、运动惯性小、适用性强、可靠性高的一种主从机械手。
本实用新型的目的是这样实现的，一种主从机械手，其特征是：至少包括主动手单元、从动手单元、力传动单元和电动驱动控制单元，主动手单元和从动手单元通过力传动单元对称连接，力传动单元通过支撑体固定；
主动手单元包括操作手柄、主动手大臂、主动手小臂、第一锁紧机构和转接段，主动手小臂两端通过链轮分别与操作手柄和主动手大臂相连，主动手大臂上端和第一锁紧机构相连接，转接段连接了第一锁紧机构和力传动单元；
从动手单元包括夹钳、从动手大臂和从动手小臂，夹钳位于从动手单元的末端，和操作手柄位置对称，并在另一端连接从动手小臂，从动手大臂下端连接从动手小臂，上端则与穿墙管连接；
力传动单元包括穿墙管，穿墙管轴承和定位手柄，穿墙管轴承与支撑体隔离固定，穿墙管套接在穿墙管轴承一端，穿墙管轴承另一端外部固定有定位手柄。
所述的电动驱动控制单元包括第一电动驱动单元和第二电动驱动单元，第一电动驱动单元位于转接段上，第二电动驱动单元位于主动手大臂和主动手小臂的连接处；第一电动驱动单元和第二电动驱动单元分别为两个结构相同驱动电机。
穿墙管轴承的工作原理：穿墙管轴承是机械手和屏蔽墙体相连接的部件。通过固定螺钉，将机械手穿墙管轴承与穿墙套管固定，用紧定螺钉对穿墙管进行锁定；在工作状态时，通过定位手柄，对机械手工作工位进行定位，共有15个工作角度可进行定位锁定。
本实用新型的优点是：动作灵活、运动惯性小、适用性强、可靠性高。随生产的需要，对主从机械手操作的灵活性，工作空间等提出越来越高的要求，特别在如像核后处理等特殊条件下，需要机械手具有很高的可靠性。
附图说明
下面结合实施例对本实用新型作进一步说明：
图1是本实用新型实例结构示意图；
图2穿墙管轴承组件；
图3钢丝绳、链条连接示意图。
图中，1、主动手单元，2、操作手柄，3、主动手大臂，4、主动手小臂，5、第一锁紧机构，6、转接段，7、从动手单元，8、夹钳，9、从动手大臂，10、从动手小臂，11、穿墙管，12、穿墙管轴承，13、定位手柄， 15、第一电动驱动单元，16、第二电动驱动单元，18、钢丝绳，19、链条，20、链轮，21、固定螺钉，22、紧定螺钉。
具体实施方式
如图1所示，一种主从机械手，至少包括主动手单元1、从动手单元7、力传动单元和电动驱动控制单元，主动手单元1和从动手单元2通过力传动单元对称连接，可协调进行关节式运动，力传动单元通过支撑体（墙体）固定；主动手单元1的作用力通过力传动单元传送到从动手单元2的夹钳8处，实现对从动手组件2的夹钳8上下、前后、左右和旋转七个自由度的操作。
主动手单元1包括操作手柄2，主动手大臂3，主动手小臂4，第一锁紧机构5，和转接段6，主动手小臂4两端通过链轮20等装置分别与操作手柄2和主动手大臂3相连，主动手大臂3上端和第一锁紧机构5相连接，转接段6连接了第一锁紧机构5和力传动单元。 第一锁紧机构5，由两部分组成：异型螺母手柄和压线板组成，异型螺母对左右配重进行锁定，压线板对钢丝绳进行锁定，该结构属于本领于公知技术这里不做过多描述。
从而实现对主动手1的锁定。
从动手单元2包括夹钳8，从动手大臂9和从动手小臂10，夹钳8位于从动手单元2的末端，和操作手柄2位置对称，并在另一端连接从动手小臂10，从动手大臂9下端连接从动手小臂10，上端则与穿墙管11连接。
力传动单元包括穿墙管11，穿墙管轴承12和定位手柄13，穿墙管轴承12与支撑体隔离（墙体）固定，给中间的穿墙管11提供支持和动力传动，穿墙管11套接在穿墙管轴承12 一端，穿墙管轴承12另一端外部固定有定位手柄13。定位手柄13便于对穿墙管轴承12的锁定和放松。
电动驱动控制单元包括第一电动驱动单元15和第二电动驱动单元16，第一电动驱动单元15位于转接段6上，第二电动驱动单元16位于主动手大臂3和主动手小臂4的连接处。第一电动驱动单元15和第二电动驱动单元16分别为两个结构相同驱动电机。
穿墙管轴承12的工作原理如图2所示，穿墙管轴承12是机械手和屏蔽墙体相连接的部件。通过固定螺钉21，将机械手穿墙管轴承12与穿墙套管固定，用紧定螺钉22对穿墙管11进行锁定；在工作状态时，通过定位手柄13，对机械手工作工位进行定位，共有15个工作角度可进行定位锁定。
本实用新型具有7个自由度，类似人手的运动原理，人体工程学设计，通过单手进行操作。设备主动手部分装有各种锁定机构和配重机构，分别对各个方向上的运动进行重力平衡和运动锁定。左右两侧两个配重块，保证机械手可停留到指定位置。此机械手在主控箱内装有热熔保险丝，在电流过载时对电气系统进行保护。
进行工位、工步操作时，从平衡状态开始，打开第一锁紧机构5，操作主动手单元1的操作手柄2，通过主动手大臂3和主动手小臂4，以及转接段6，可以实现主动手单元1的上下、前后、和旋转五个自由度的操作；由于大臂和小臂的运动都通过链条19、链轮20和穿墙管轴承12的传动来实现，故而主动手单元1的操作可同时通过机械手里的力传动单元传动给从动手单元7，实现夹钳组件8的上下、前后和旋转五个自由度的操作。
其中，通过操作手柄2对主动手单元1进行操作之前，需要首先用第一锁紧机构5进行锁紧，然后伸缩大臂和小臂，再通过穿墙管轴承12对主从机械手整体进行操作。
从动手单元7的左右两自由度的运动，依赖定位手柄13打开后，主动手单元1的左右运动。当定位手柄13锁定，主动手单元1和从动手单元7的左右两自由度的操作将无法实现。
为了简化操作过程中，直接通过操作手柄2控制从动手单元7会带来的疲劳和控制位置的不精确，操作员也可通过电动驱动单元对从动手单元7的方向定位。具体操作方法：按操作手柄上的电动按钮，设定所控单元的方向，再控制操作手柄2完成从动手单元7向所设定方向的移动。其中第一电动驱动单元15用于对穿墙管轴承12和转接段6的方向定位，第二电动驱动单元16用于对主动手大臂3和主动手小臂4的方向定位，以便于间接完成对从动手大臂9和从动手小臂10的方向定位。在电动操作机械手时，从动手单元7到达相应的最终位置时，机构设有的自动限位装置将自动关闭两个电动驱动系统，以保证整体设备在有效地范围内运行。
而机械手传动原理如图3所示，机械手系统通过钢丝绳18和链条19、链轮20等的复合运动，将主动手单元1的作用力传送到夹钳8处。由于工作中链轮20和链条19的运转速度和载重都比较小，所以整体机械手的耐磨强度和耐疲劳强度比较高。其中钢丝绳通常采用Φ1.5mm钢丝绳，最长为3m,共7根，安装时保证绳子张力40N下工作，从而确保机械手7自由度的灵活运动。
随着负荷重量的增加，钢丝绳18的张力会受到持续影响，从而影响从动手单元7的跟随动作和夹钳夹持角度的延迟。但在实际工作中，主从机械手不会一直处于最大夹持力状态，所以系统夹持力和提升力都能满足正常工作要求。
本实用新型的性能指标如下所述：
1）标准夹钳连续夹持负载：最大65N，Z向连续提升负载：最大100N；可根据实际情况进行调节；在X向（左右）和Y向（前后）均有电机进行辅助运动；
2）机械手具有7个自由度；大臂和小臂手动运动时，可调整的夹角范围为35°～ 170°，电动驱动时，可前后运动的夹角范围为±30o；
3）上臂手动上下运动最大范围为100o ；
4）机械臂手动时，左右方向可任意运动，电动驱动时，左右运动夹角范围为±20o；
5）夹钳转动>360°；
6）夹钳提升角200°；
7）从手小臂旋转角±180°；
8）夹钳开度90mm。
本实施例没有详细叙述的部件和结构属本行业的公知部件和常用结构或常用手段，这里不一一叙述。
Claims (2)
1.一种主从机械手，其特征是：至少包括主动手单元（1）、从动手单元（7）、力传动单元和电驱动控制单元，主动手单元（1）和从动手单元（2）通过力传动单元对称连接，力传动单元通过支撑体固定；所述的主动手单元（1）包括操作手柄（2）、主动手大臂（3）、主动手小臂（4）、第一锁紧机构（5）和转接段（6），主动手小臂（4）两端通过链轮（20）分别与操作手柄（2）和主动手大臂（3）相连，主动手大臂（3）上端和第一锁紧机构（5）相连接，转接段（6）连接了第一锁紧机构（5）和力传动单元；所述的从动手单元（2）包括夹钳（8）、从动手大臂（9）和从动手小臂（10），夹钳（8）位于从动手单元（2）的末端，和操作手柄（2）位置对称，并在另一端连接从动手小臂（10），从动手大臂（9）下端连接从动手小臂（10），上端则与穿墙管（11）连接；所述的力传动单元包括穿墙管（11），穿墙管轴承（12）和定位手柄（13），穿墙管轴承（12）与支撑体（14）隔离固定，穿墙管（11）套接在穿墙管轴承（12） 一端，穿墙管轴承（12）另一端外部固定有定位手柄（13）。
2.根据权利要求1所述的一种主从机械手，其特征是：所述的电动驱动控制单元包括第一电动驱动单元（15）和第二电动驱动单元（16），第一电动驱动单元（15）位于转接段（6）上，第二电动驱动单元（16）位于主动手大臂（3）和主动手小臂（4）的连接处；第一电动驱动单元（15）和第二电动驱动单元（16）分别为两个结构相同驱动电机。
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