CN212683074U

CN212683074U - 一种六自由度装配机械手

Info

Publication number: CN212683074U
Application number: CN202020949492.XU
Authority: CN
Inventors: 张峰峰; 薛保珊
Original assignee: Suzhou University
Current assignee: Suzhou University
Priority date: 2020-05-29
Filing date: 2020-05-29
Publication date: 2021-03-12
Anticipated expiration: 2030-05-29

Abstract

本实用新型公开了一种六自由度装配机械手，包括位置调节机构、姿态调节机构、操作机构，所述位置调节机构包括旋转底座、调节大臂、调节中臂，所述调节大臂与旋转底座铰接，所述调节中臂一端与所述调节大臂铰接，所述姿态调节机构包括旋转小臂、摆动腕部、旋转头部，所述旋转小臂设置在调节中臂上，所述旋转小臂的一端在所述调节中臂上转动，所述旋转小臂的另一端铰接有摆动腕部，所述旋转头部设置在摆动腕部上，所述旋转头部在摆动腕部上转动，所述操作机构固定在旋转头部上。本实用新型的六自由度装配机械手，提高装配机械手的自由度，实现空间多个角度零部件之间的装配连接。

Description

一种六自由度装配机械手

技术领域

本实用新型涉及装配机械手领域，具体涉及一种六自由度装配机械手。

背景技术

在工业4.0时代，中国的劳动密集型企业为了提高生产效益，减少成本，开始大规模引进工业机器人，如富士康、东莞制造业等。工业机器人能满足各种工作要求，并能适应各种复杂的工作环境。工业机器人将机械、传感器和伺服系统等集成在一起，实现了自动工业生产的效果，并且可以精密编程来实现各种复杂动作。其的作用不仅大大提高了生产能力和生产效率，而且解放了人力，提高了企业的现代化生产水平和经济效益。

隧道施工中，在地应力高、围岩变形大的情况下，使用新的双层初期衬砌支护波纹钢的方法。施工方法包括：在隧道挖掘过程中，为了保障开挖面的稳定性，在隧道面上能够提前预加固，实现隧道的完全断面开挖，防止分部工程施工对围岩的多次干扰，隧道开挖时，进行全断面开挖，预留量由围岩的变形决定，隧道开挖断面的位置通过预留量来确定，自动拼装第一层波纹钢初期支护，波纹钢与围岩之间的间隙进行自动填浆，再填充仰拱二次衬砌，同时要预留二层瓦楞钢初衬的拼装缝，根据预留变形和监测结果，确定装配时间，自动装配第两层钢。二次衬砌的自动拼装和其墙后的自动填浆，可以在隧道围岩应力高、变形大的情况下，实现隧道的机械化、全自动化化施工，从而可以提升隧道的施工水平，显著提高隧道施工效率，进而提高建筑企业经济效益，达到保护环境的目的。

现有技术的波纹钢均为单片状结构，为了达到隧道内衬砌支护要求，需要将多片波纹钢进行拼接，并且在拼接处进行螺栓固定，为了实现自动化装配，现亟需一种能够完成螺栓旋转固定的装配机械手。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种六自由度装配机械手，提高装配机械手的自由度，实现空间多个角度零部件之间的装配连接。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种六自由度装配机械手，包括位置调节机构、姿态调节机构、操作机构，所述位置调节机构包括旋转底座、调节大臂、调节中臂，所述调节大臂与旋转底座铰接，所述调节中臂一端与所述调节大臂铰接，所述姿态调节机构包括旋转小臂、摆动腕部、旋转头部，所述旋转小臂设置在调节中臂上，所述旋转小臂的一端在所述调节中臂上转动，所述旋转小臂的另一端铰接有摆动腕部，所述旋转头部设置在摆动腕部上，所述旋转头部在摆动腕部上转动，所述操作机构固定在旋转头部上。

本实用新型一个较佳实施例中，进一步包括所述操作机构为螺栓拧紧机，所述螺栓拧紧机的端头设置有内六角槽套筒。

本实用新型一个较佳实施例中，进一步包括所述内六角槽套筒底部设置有磁铁。

本实用新型一个较佳实施例中，进一步包括所述螺栓拧紧机上固定安装有视觉相机。

本实用新型一个较佳实施例中，进一步包括所述旋转底座下方设置安装台。

本实用新型一个较佳实施例中，进一步包括所述旋转底座、调节大臂、调节中臂、旋转小臂、摆动腕部、旋转头部均由伺服电机和减速器带动摆动或者转动。

本实用新型一个较佳实施例中，进一步包括所述旋转底座、调节大臂、调节中臂、旋转小臂、摆动腕部、旋转头部均通过法兰盘与伺服电机和减速器连接。

本实用新型一个较佳实施例中，进一步包括所述摆动腕部、旋转头部处设置的减速器为谐波减速器，所述旋转底座、调节大臂、调节中臂、旋转小臂处设置的减速器为RV减速器。

本实用新型一个较佳实施例中，进一步包括所述调节大臂采用矩形管式结构。

本实用新型一个较佳实施例中，进一步包括所述旋转小臂采用中空的管式结构。

本实用新型的有益效果：本实用新型将操作机构安装在由位置调节机构和姿态调节机构组成的机械手臂上，通过位置调节机构和姿态调节机构带动操作机构完成空间上xyz轴的位置移动和在xyz轴方向上的旋转，提高操作机构的自由度，实现空间上多个角度零部件之间的装配连接，满足自动化装配的需求。

附图说明

图1是本实用新型的六自由度装配机械手的立体结构示意图；

图2是本实用新型的六自由度装配机械手的侧面结构示意图；

图3是本实用新型的六自由度装配机械手的运动模拟轨迹图；

图4是本实用新型的内六角槽套筒的结构示意图；

图中标号说明：1、安装台；2、旋转底座；3、调节大臂；4、调节中臂；5、旋转小臂；6、摆动腕部；7、旋转头部；8、螺栓拧紧机；9、内六角槽套筒； 10、磁铁。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本实用新型并能予以实施，但所举实施例不作为对本实用新型的限定。

参照图1-2所示，本实用新型的六自由度装配机械手的一实施例，包括位置调节机构、姿态调节机构、操作机构，所述位置调节机构包括旋转底座2、调节大臂3、调节中臂4，所述调节大臂3与旋转底座2铰接，所述调节中臂4 一端与所述调节大臂3铰接，所述姿态调节机构包括旋转小臂5、摆动腕部6、旋转头部7，所述旋转小臂5设置在调节中臂4上，所述旋转小臂5的一端在所述调节中臂4上转动，所述旋转小臂5的另一端铰接有摆动腕部6，所述旋转头部7设置在摆动腕部6上，所述旋转头部7在摆动腕部6上转动，所述操作机构固定在旋转头部7上，具体地的工作过程为，所述旋转底座2在平面上转动作为第一轴机械臂，实现了以旋转底座2中心为圆心，调节大臂3、调节中臂4、旋转小臂5为半径的覆盖圆面，实现了空间方向上的水平面的覆盖，所述调节大臂3、调节中臂4分别作为第二轴、第三轴机械臂，所述调节大臂3 带动调节中臂4上下摆动，所述调节中臂4带动旋转小臂5上下摆动，实现了空间方向上竖直面的覆盖，所述旋转小臂5作为第四轴，在调节中臂4的端头位置旋转，能够调节摆动腕部6、旋转头部7的角度，所述摆动腕部6作为第五轴，调节旋转头部7的端头朝向，最后所述旋转头部7作为第六轴，调整操作机构的角度，具体地，六自由度装配机械手的运动模拟轨迹图参照图3所示，由于旋转底座2、旋转小臂5、旋转头部7是在空间上的旋转，不会影响平面上的覆盖区域，因此对于第一轴、第四轴、第六轴的旋转对运动轨迹的影响忽略不计，得到到机械臂在垂直面上的理论工作区域。

参照图4所示，本实施例的六自由度装配机械手是为了完成隧道内衬砌支护要求，需要将多片波纹钢进行拼接，并且在拼接处进行螺栓固定，所以本实施例中的操作机构为螺栓拧紧机8，所述螺栓拧紧机8的端头设置有内六角槽套筒9，所述螺栓拧紧机8用于将拼接处的螺栓进行固定，所述内六角槽套筒9 的形状与需要被拧紧的螺栓形状相同。

优选地，为了方便将螺栓抓取，所述内六角槽套筒9底部设置有磁铁10，所述磁铁10能够快速吸附螺栓。

在拧紧的过程中，需要定位每一个螺栓孔以及螺栓头，螺栓拧紧机8需要识别螺栓的形状和螺栓孔的位置，从而使得套筒可以成功夹取螺栓，并且拧在螺栓孔上，为了达到这一目的，所述螺栓拧紧机8上固定安装有视觉相机，所述视觉相机能够识别螺栓的形状和螺栓孔的位置，配合装配机械手和螺栓拧紧机能够完成装配。

具体地，为了方便将本机械手的位置固定，所述旋转底座2下方设置安装台1，通过安装台1实现与地面的快速安装。

本实施例中，所述旋转底座2、调节大臂3、调节中臂4、旋转小臂5、摆动腕部6、旋转头部7均由伺服电机和减速器带动摆动或者转动，所述旋转底座2、调节大臂3、调节中臂4、旋转小臂5、摆动腕部6、旋转头部7通过法兰盘与伺服电机和减速器连接，所述伺服电机具有以下优点：

高精度：实现了位置，速度和力矩的闭环系统控制；转速稳定性能好；抗过度载荷能力强，能承受两倍多于额定转矩的负载；稳定：低速运行稳定，不会产生失步现象；电机加减速响应时间短；发热和噪声低。

具体地，摆动腕部6、旋转头部7主要实现的效果是小幅度的精确调节，本实施例中采用谐波减速器，所述旋转底座2、调节大臂3、调节中臂4、旋转小臂5主要效果是实现大幅度的快速调节，本实施例中采用RV减速器。

具体地，所述旋转小臂5的作用是支撑摆动腕部6，采用中空的钢管式设计，具有质量轻，强度高，转动惯量小的特点。

具体地，所述调节大臂3负责第二轴的转动，并且需要承载前四轴机构的重力矩，其刚度要高，质量要轻，转动惯量要小，所以大臂选用矩形管式设计。

以上所述实施例仅是为充分说明本实用新型而所举的较佳的实施例，本实用新型的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本实用新型基础上所作的等同替代或变换，均在本实用新型的保护范围之内。本实用新型的保护范围以权利要求书为准。

Claims

1.一种六自由度装配机械手，其特征在于，包括位置调节机构、姿态调节机构、操作机构，所述位置调节机构包括旋转底座、调节大臂、调节中臂，所述调节大臂与旋转底座铰接，所述调节中臂一端与所述调节大臂铰接，所述姿态调节机构包括旋转小臂、摆动腕部、旋转头部，所述旋转小臂设置在调节中臂上，所述旋转小臂的一端在所述调节中臂上转动，所述旋转小臂的另一端铰接有摆动腕部，所述旋转头部设置在摆动腕部上，所述旋转头部在摆动腕部上转动，所述操作机构固定在旋转头部上。

2.如权利要求1所述的六自由度装配机械手，其特征在于，所述操作机构为螺栓拧紧机，所述螺栓拧紧机的端头设置有内六角槽套筒。

3.如权利要求2所述的六自由度装配机械手，其特征在于，所述内六角槽套筒底部设置有磁铁。

4.如权利要求2所述的六自由度装配机械手，其特征在于，所述螺栓拧紧机上固定安装有视觉相机。

5.如权利要求1所述的六自由度装配机械手，其特征在于，所述旋转底座下方设置安装台。

6.如权利要求1所述的六自由度装配机械手，其特征在于，所述旋转底座、调节大臂、调节中臂、旋转小臂、摆动腕部、旋转头部均由伺服电机和减速器带动摆动或者转动。

7.如权利要求6所述的六自由度装配机械手，其特征在于，所述旋转底座、调节大臂、调节中臂、旋转小臂、摆动腕部、旋转头部均通过法兰盘与伺服电机和减速器连接。

8.如权利要求6所述的六自由度装配机械手，其特征在于，所述摆动腕部、旋转头部处设置的减速器为谐波减速器，所述旋转底座、调节大臂、调节中臂、旋转小臂处设置的减速器为RV减速器。

9.如权利要求1所述的六自由度装配机械手，其特征在于，所述调节大臂采用矩形管式结构。

10.如权利要求1所述的六自由度装配机械手，其特征在于，所述旋转小臂采用中空的管式结构。