一種模塊化六自由度機(jī)械手的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本實(shí)用新型涉及一種機(jī)械裝置，尤其涉及的是一種模塊化六自由度機(jī)械手。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，工業(yè)的自動(dòng)化程度越來(lái)越高。而工業(yè)機(jī)器人能夠提高生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化程度和生產(chǎn)設(shè)備的適應(yīng)能力，因而提高產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)品在市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)能力。全世界已有約80萬(wàn)臺(tái)工業(yè)機(jī)器人正在汽車(chē)工業(yè)、機(jī)電工業(yè)和其他工業(yè)部門(mén)運(yùn)行，為人類(lèi)的物質(zhì)生產(chǎn)建功立業(yè)。其中，以焊接機(jī)器人和裝配機(jī)器人為兩個(gè)最主要的應(yīng)用領(lǐng)域。與工業(yè)機(jī)器人相比，其他機(jī)器人的數(shù)量尚十分有限，但其重要性不容忽視，發(fā)展前景也十分看好。
[0003]工業(yè)機(jī)器人位置控制的目的，就是要使機(jī)器人各關(guān)節(jié)實(shí)現(xiàn)預(yù)先所規(guī)劃的運(yùn)動(dòng)，最終保證工業(yè)機(jī)器人終端(手爪)沿預(yù)定的軌跡運(yùn)行。這類(lèi)運(yùn)動(dòng)控制的特點(diǎn)是連續(xù)控制工業(yè)機(jī)器人手爪(或工具)的位姿軌跡。一般要求速度可控、軌跡光滑且運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)。軌跡控制的技術(shù)指標(biāo)是軌跡精度和平穩(wěn)性。工業(yè)機(jī)器人的控制是個(gè)多輸入一一多輸出控制系統(tǒng)。
[0004]我們把每個(gè)關(guān)節(jié)作為一個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)。因而，對(duì)于一個(gè)具有m個(gè)關(guān)節(jié)的工業(yè)機(jī)器人來(lái)說(shuō)，我們可以把它分解成m個(gè)獨(dú)立的單輸入一一單輸出控制系統(tǒng)。這種獨(dú)立關(guān)節(jié)控制方法是近似的，因?yàn)樗雎粤斯I(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，即各個(gè)關(guān)節(jié)之間相互耦合和隨形位變化的事實(shí)。如果對(duì)于更高性能要求的機(jī)器人控制，則必須考慮更有效的動(dòng)態(tài)模型、更高級(jí)的控制方法和更完善的計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)。
[0005]其中，機(jī)械手是一種新發(fā)展的自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備?？梢酝ㄟ^(guò)編程來(lái)實(shí)現(xiàn)各種預(yù)期作業(yè)任務(wù)。一般需要模擬人手的動(dòng)作，用來(lái)代替人工，提高生產(chǎn)的自動(dòng)化程度，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本。尤其是代替人工完成各種極端條件下的工作，如極端溫度和壓力條件下，放射性或者毒性等污染環(huán)境中的工作。尤其是對(duì)于簡(jiǎn)單重復(fù)性的工作，相比較于人力，具有極大的優(yōu)勢(shì)。
[0006]因?yàn)橐粋€(gè)剛體在空間具有六個(gè)自由度，三個(gè)方向的空間位置自由度和繞三個(gè)坐標(biāo)軸的旋轉(zhuǎn)自由度，所以現(xiàn)在的機(jī)械手技術(shù)，因?yàn)樾枰ト『蛡魉驮诳臻g不同位置和方位的物體，就要求能夠達(dá)到空間任意一點(diǎn)，完成任何姿勢(shì)的動(dòng)作，即機(jī)械手末端相對(duì)于其底座可以達(dá)到任何的位姿，也就需要完成六個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)。而這一般都是通過(guò)六個(gè)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)的關(guān)節(jié)來(lái)完成的，每個(gè)關(guān)節(jié)都是通過(guò)移動(dòng)或者轉(zhuǎn)動(dòng)的軸來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0007]—般專(zhuān)用的機(jī)械手多為2?4個(gè)自由度，而通用機(jī)械手則需要3?6個(gè)自由度來(lái)實(shí)現(xiàn)(不包括機(jī)械手指的自由度)。
[0008]市場(chǎng)上供應(yīng)的工業(yè)機(jī)器人，關(guān)節(jié)數(shù)多為3?7個(gè)。最典型的工業(yè)機(jī)器人具有六個(gè)關(guān)節(jié)，存在六個(gè)自由度，帶有夾手(通常稱(chēng)為手或末端執(zhí)行裝置)。
[0009]現(xiàn)有的六自由度機(jī)械手多為普通機(jī)械手，只能完成單工作任務(wù)或者較簡(jiǎn)單的操作，而串聯(lián)式六自由度機(jī)械裝置雖然可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)搬運(yùn)、裝配、焊接等作業(yè)，但是，由于這種裝置的自身結(jié)構(gòu)限制，其串聯(lián)的關(guān)節(jié)接口比較單一，且缺少限制自由度的承載單元，故其機(jī)構(gòu)剛性較差，無(wú)法承擔(dān)較重物體的搬運(yùn)任務(wù)，而其動(dòng)力部分的電機(jī)減速通常是采用齒輪減速器減速，使得其控制精度較低，從而導(dǎo)致其運(yùn)動(dòng)精度較差，包括定位精度較差和重復(fù)精度較差?，F(xiàn)有的六自由度機(jī)械手在控制下的運(yùn)動(dòng)軌跡不能調(diào)整，仍然存在運(yùn)動(dòng)中心位置的偏差，加之這種裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，增大了控制的積累誤差，導(dǎo)致向某些位置的運(yùn)動(dòng)較為困難，運(yùn)動(dòng)精度下降，給工業(yè)應(yīng)用帶來(lái)了很大的不便。
[0010]因此，現(xiàn)有技術(shù)還有待于改進(jìn)和發(fā)展。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0011]鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型的目的在于提供一種可以靈活、可靠的調(diào)整運(yùn)動(dòng)的位置和角度的機(jī)械手裝置。
[0012]本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下:
[0013]—種模塊化六自由度機(jī)械手，包括一用于提供整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)能量的電源系統(tǒng)、一連接并控制整個(gè)結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的控制系統(tǒng)、六個(gè)相互配合的關(guān)節(jié)模塊、各關(guān)節(jié)獨(dú)立的轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，以及一末端抓取機(jī)構(gòu)，所述末端抓取機(jī)構(gòu)包括用于驅(qū)動(dòng)所述末端抓取機(jī)構(gòu)的一氣動(dòng)夾持系統(tǒng)，其中，所述機(jī)械手結(jié)構(gòu)還采用向外側(cè)延伸的連桿結(jié)構(gòu)連接相鄰兩個(gè)所述關(guān)節(jié)模塊，用于增加關(guān)節(jié)連接的強(qiáng)度、剛度和精度。
[0014]所述的模塊化六自由度機(jī)械手，其中，所述轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)包括安裝在每個(gè)關(guān)節(jié)上的一動(dòng)力系統(tǒng)，所述動(dòng)力系統(tǒng)包括一電機(jī)連接一柔性結(jié)構(gòu)諧波減速器，并經(jīng)過(guò)所述柔性結(jié)構(gòu)諧波減速器減速后，在控制系統(tǒng)控制下，運(yùn)動(dòng)所連接的機(jī)構(gòu)到指定位置。
[0015]所述的模塊化六自由度機(jī)械手，其中，所述柔性結(jié)構(gòu)諧波減速器包括位于所述減速器中央的一波發(fā)生器，位于所述減速器外圍的一鋼輪和位于所述鋼輪內(nèi)側(cè)的一柔輪，所述柔輪用于通過(guò)變形實(shí)現(xiàn)與所述鋼輪的無(wú)側(cè)隙嚙合。
[0016]所述的模塊化六自由度機(jī)械手，其中，所述轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)還包括至少一位置傳感器，所述位置傳感器設(shè)置在各關(guān)節(jié)本體上，用于實(shí)時(shí)檢測(cè)所述關(guān)節(jié)的位置。
[0017]所述的模塊化六自由度機(jī)械手，其中，所述控制系統(tǒng)還包括一伺服系統(tǒng)和一示教盒，所述伺服系統(tǒng)由基于DSP的運(yùn)動(dòng)控制器、伺服驅(qū)動(dòng)器、伺服電動(dòng)機(jī)及光電編碼器組成;所述示教盒通過(guò)控制級(jí)計(jì)算機(jī)獲得機(jī)械手伺服系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)，并應(yīng)用于控制級(jí)計(jì)算機(jī)控制軟件中，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械手的示教及控制。
[0018]所述的模塊化六自由度機(jī)械手，其中，所述末端抓取機(jī)構(gòu)采用卡盤(pán)式夾具結(jié)構(gòu)，包括一驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)氣缸連接并驅(qū)動(dòng)至少一三爪氣動(dòng)卡盤(pán)，并通過(guò)所述三爪氣動(dòng)卡盤(pán)手指上的橡膠板接觸并抓取物體。
[0019]所述的模塊化六自由度機(jī)械手，其中，所述連桿機(jī)構(gòu)，由鈦合金材料制成;所述關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)包括步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)。
[0020]本實(shí)用新型所提供的模塊化六自由度機(jī)械手，由于采用了對(duì)稱(chēng)分布的連桿機(jī)構(gòu)連接各關(guān)節(jié)模塊，增加了關(guān)節(jié)連接的剛度、強(qiáng)度和精度，并可克服關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的慣性力矩，使得各關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的同步性較好;而提供各關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)動(dòng)力的電機(jī)采用相應(yīng)的諧波減速器減速，其輸出精度較高，這使得各關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)較穩(wěn)定;而本實(shí)用新型所提供的模塊化六自由度機(jī)械手，僅僅采樣并控制所述機(jī)械手的離散點(diǎn)上手爪的位姿，通過(guò)示教盒記錄人工操縱機(jī)械手過(guò)程中各離散點(diǎn)的相關(guān)采樣數(shù)據(jù)，并應(yīng)用于以后的自動(dòng)控制中，故能靈活、可靠地調(diào)整機(jī)械手運(yùn)動(dòng)的位置和角度，消除機(jī)械手運(yùn)動(dòng)的位置死角。
【附圖說(shuō)明】
[0021]圖1是本實(shí)用新型模塊化六自由度機(jī)械手的總體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖2A，2B是本實(shí)用新型模塊化六自由度機(jī)械手中柔性結(jié)構(gòu)諧波減速器的示意圖。
[0023]圖3A，3B是本實(shí)用新型模塊化六自由度機(jī)械手第一關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖4A，4B是本實(shí)用新型模塊化六自由度機(jī)械手第二關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖5A，5B是本實(shí)用新型模塊化六自由度機(jī)械手第三關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]圖6A，6B是本實(shí)用新型模塊化六自由度機(jī)械手第四關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027]圖7A，7B是本實(shí)用新型模塊化六自由度機(jī)械手第五關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028]圖8A，8B是本實(shí)用新型模塊化六自由度機(jī)械手第六關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0029]圖9是本實(shí)用新型模塊化六自由度機(jī)械手的末端抓取機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030]本實(shí)用新型提供了一種模塊化六自由度機(jī)械手，為使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案及效果更加清楚、明確，以下參照附圖并舉實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。
[0031]本實(shí)用新型所述模塊化六自由度機(jī)械手的一個(gè)實(shí)施例，如圖1所示，包括依次連接的第一關(guān)節(jié)11、第二關(guān)節(jié)22、第三關(guān)節(jié)33、第四關(guān)節(jié)44、第五關(guān)節(jié)55、第六關(guān)節(jié)66、末端抓取