一種機(jī)器人柔性機(jī)械手的關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)裝置以及利用其的柔性機(jī)械手的制作方法
【專利說明】一種機(jī)器人柔性機(jī)械手的關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)裝置以及利用其的柔性機(jī)械手
[0001]
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及一種機(jī)器人柔性機(jī)械手的關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)裝置，以及利用該關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)裝置的柔性機(jī)械手。
【背景技術(shù)】
[0003]機(jī)械手是一種能模擬人體上肢部分功能，實(shí)現(xiàn)手部按預(yù)定要求完成現(xiàn)場作業(yè)的自動(dòng)化技術(shù)裝備。從結(jié)構(gòu)來看，機(jī)械手分為機(jī)座、大小手臂、手腕和手部夾持器等部分，它們構(gòu)成了機(jī)械手的本體結(jié)構(gòu)。其手臂主要用來實(shí)現(xiàn)手部夾持器的空間定位，而手腕主要用來完成手部夾持器的空間定向。為了適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場各種復(fù)雜的作業(yè)，一般要求機(jī)械手的手腕機(jī)構(gòu)具有三個(gè)自由度，方能滿足機(jī)械手手部在一定的空間區(qū)域內(nèi)任意方向上把持所用工具的使用要求。實(shí)際手腕的結(jié)構(gòu)是多種多樣的，柔性手腕只是其中的一類。一般來說，它是由多個(gè)運(yùn)動(dòng)傳遞元件串聯(lián)而成，各元件之間可以相對轉(zhuǎn)動(dòng)，且能模仿人的手腕動(dòng)作使機(jī)器人手部在一定空間區(qū)域內(nèi)實(shí)現(xiàn)任意姿態(tài)和位置的空間定向機(jī)構(gòu)。柔性手腕的作用是調(diào)整和改變機(jī)械手手部末端夾持器的空間姿態(tài)以配合手臂的運(yùn)動(dòng)來完成各種復(fù)雜的作業(yè)。與其它類型的手腕相比，它具有運(yùn)動(dòng)范圍大、結(jié)構(gòu)緊湊、自身重量輕和對作業(yè)環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。由于柔性手腕具有明顯的優(yōu)越性，因此被多種機(jī)械手所采用。目前市場上的柔性機(jī)械手，以挪威Trallfa NilsUnder-hang公司研制的柔性手腕的知名度最高，它被廣泛裝備在Trallfa系列噴漆機(jī)器人上。
[0004]現(xiàn)有柔性機(jī)械手基本模型的機(jī)構(gòu)，如圖1所示；該驅(qū)動(dòng)裝置機(jī)構(gòu)采用兩個(gè)連桿，中間使用一個(gè)球副相連。連桿A上端固定，連桿B可以在三維空間內(nèi)工作，而如果采用原來的單一自由度的轉(zhuǎn)動(dòng)副或滑動(dòng)副，連桿B則只能在平面內(nèi)工作。此外，采用的動(dòng)力裝置也不是直接安裝在關(guān)節(jié)處的電機(jī)驅(qū)動(dòng)，而是采用多個(gè)氣動(dòng)人工肌肉驅(qū)動(dòng)器作為動(dòng)力裝置。這些驅(qū)動(dòng)器兩端被分別固定在連桿A和連桿B上，驅(qū)動(dòng)器的數(shù)目為偶數(shù)個(gè)，且安裝位置相對成180度。驅(qū)動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)是由驅(qū)動(dòng)器來驅(qū)動(dòng)連桿，連桿帶動(dòng)關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)。之所以采用這種方式是借鑒人體上肢的運(yùn)動(dòng)時(shí)肌肉的工作情況，當(dāng)一個(gè)驅(qū)動(dòng)器收縮以帶動(dòng)連桿B收縮時(shí)，另外與之相對的驅(qū)動(dòng)器就會(huì)伸張，而當(dāng)連桿B要恢復(fù)的原先位置時(shí)，則原來伸張的驅(qū)動(dòng)器就可以收縮，以產(chǎn)生拉力將連桿B恢復(fù)到原來位置，而原來收縮的驅(qū)動(dòng)器此時(shí)則會(huì)伸張。
[0005]上述的柔性機(jī)械手存在如下技術(shù)缺點(diǎn):由于關(guān)節(jié)間力傳遞結(jié)構(gòu)復(fù)雜，每一關(guān)節(jié)需要電機(jī)驅(qū)動(dòng)，使得機(jī)械手臂重量較大，從而位置控制難以達(dá)到要求。
[0006](1) 一般人工肌肉的負(fù)載壓值不是很大；
(2)關(guān)節(jié)彎轉(zhuǎn)角度不夠大，從而影響到機(jī)器人的工作性能；
(3)機(jī)械手不具備后期發(fā)展冗余自由度的功能，并且加工困難；
(4)闡述的驅(qū)動(dòng)理論都是從平面考慮的，并且都沒分析相應(yīng)方向的轉(zhuǎn)向軸(很重要)； (5)傳統(tǒng)機(jī)械手關(guān)節(jié)不具備很好的柔性；
(6)氣動(dòng)人工肌肉行程小(氣動(dòng)人工肌肉空載時(shí)可達(dá)20%，有載時(shí)只可達(dá)到10%;而有的傳統(tǒng)氣缸可達(dá)到40%);氣動(dòng)人工肌肉的變形為非線性環(huán)節(jié)，具有時(shí)變性，使準(zhǔn)確控制其位移十分困難；在工作過程中，氣動(dòng)人工肌肉自身溫度會(huì)發(fā)生變化，隨著溫度的變化，其性能也會(huì)改變，這給高精度控制帶來困難。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的第一目的是提供一種機(jī)器人柔性機(jī)械手的關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)裝置，結(jié)構(gòu)簡單，驅(qū)動(dòng)容易，重量較輕，位置控制簡單。
[0008]第二目的是提供一種使用了該關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)裝置的機(jī)械手。
[0009]為達(dá)到上述第一目的，本發(fā)明所提供的技術(shù)方案是:一種機(jī)器人柔性機(jī)械手的關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)裝置，該關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)裝置包括圓柱形彈性殼和液壓驅(qū)動(dòng)器，該圓柱形彈性殼的一端設(shè)有通孔，與液壓驅(qū)動(dòng)器的出口連通；所述圓柱形彈性殼的通孔端與關(guān)節(jié)的固定端固定連接，另一端和關(guān)節(jié)的活動(dòng)端活動(dòng)連接。
[0010]該關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)裝置還包括有端蓋和連接圈，所述圓柱形彈性殼的通孔端與連接圈固定連接，另一端與端蓋固定連接。
[0011]為達(dá)到上述第二目的，本發(fā)明所提供的技術(shù)方案是:一種機(jī)器人柔性機(jī)械手，包括臂體、掌體、第一關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)裝置、第二關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)裝置和夾持器，所述第一關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)裝置一端與臂體固定連接，另一端與掌體活動(dòng)連接；所述第二關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)裝置的一端與掌體固定連接，另一端與夾持器活動(dòng)連接；所述臂體和掌體之間是通過圓球副來連接。
[0012]所述臂體上設(shè)有凹槽，所述第一關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)裝置設(shè)在凹槽中；所述掌體上設(shè)有滑軌和可在滑軌中滑動(dòng)的滑塊；所述第一關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)裝置的另一端與滑塊固定連接。
[0013]所述第一關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)裝置設(shè)有至少四個(gè)，所述臂體上的凹槽、掌體上的滑軌和滑塊相應(yīng)地設(shè)有至少四個(gè)；所述凹槽均勻地設(shè)在臂體的外周面上，所述滑軌均勻地設(shè)在掌體的外周面上。
[0014]本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn):利用圓柱形彈性殼內(nèi)充油，發(fā)生形變帶動(dòng)活動(dòng)端運(yùn)動(dòng)，通過調(diào)整輸入液壓值以達(dá)到精確控制彎曲的目的，從而具有三維運(yùn)動(dòng)模型。從基本的旋轉(zhuǎn)軸出發(fā)，確定了空間驅(qū)動(dòng)環(huán)方案；具有實(shí)際產(chǎn)品，并進(jìn)行了相應(yīng)的試驗(yàn)。
[0015]【附圖說明】:
下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明，但本發(fā)明的內(nèi)容不限于所舉的實(shí)施例。
[0016]圖1為現(xiàn)有廣品的結(jié)構(gòu)不意圖；
圖2為本發(fā)明的關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3為機(jī)械手的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]【具體實(shí)施方式】:
如圖2所示的一種機(jī)器人柔性機(jī)械手的關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)裝置，該關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)裝置包括圓柱形彈性殼2和液壓驅(qū)動(dòng)器，該圓柱形彈性殼2的一端設(shè)有通孔31，與液壓驅(qū)動(dòng)器的出口連通；所述圓柱形彈性殼2的通孔端與關(guān)節(jié)的固定端固定連接，另一端和關(guān)節(jié)的活動(dòng)端活動(dòng)連接。
[0018]該關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)裝置還包括有端蓋1和連接圈3，所