專利名稱：帶有并聯(lián)結(jié)構(gòu)六維力傳感的精密裝配機械手的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種機械工程技術(shù)領(lǐng)域的機械手裝置，具體是一種帶有六維 力傳感的精密裝配機械手。
背景技術(shù)：
汽車尾氣凈化器生產(chǎn)過程中，凈化器陶瓷芯載體與金屬外殼裝配尺寸間隙 小，稍有不甚陶瓷芯就會破碎，在裝配過程中需要根據(jù)陶瓷芯載體受力狀態(tài)自動 調(diào)整裝配姿態(tài)，目前國內(nèi)都是通過人工裝配，每個工人每天要裝配幾千個，長時 間工作易產(chǎn)生厭倦疲勞，造成不和各產(chǎn)品出現(xiàn)。在其它一些對尺寸及變形、受力 要求比較嚴格的場合機械自動化生產(chǎn)中，也經(jīng)常出現(xiàn)因沒有滿足要求的自動化裝 配裝置而必須進行人工裝配，降低了生產(chǎn)效率及質(zhì)量。在自動化生產(chǎn)過程中急需 姿態(tài)自適應、帶力覺的高精度裝配機械手。
經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)的文獻檢索發(fā)現(xiàn)，中國發(fā)明專利"一種帶力反饋的機械手"， 申請?zhí)?00510071142. 8，公開號CN1864939，該技術(shù)公開了一種帶力反饋的機械 手，可以設定夾取物體時所用力的大小，獲得適中的夾持效果包括驅(qū)動部分、 夾持部分、傳感器部分，其中驅(qū)動部分包括運動控制器、功率驅(qū)動板、直流伺服 電機、垂直導軌和水平導軌；夾持部分即為末端執(zhí)行器；傳感器部分包括力傳感 器、碰撞檢測開關(guān)和傳感器信息采集模塊。該技術(shù)存在以下不足[l]采用平面 直角坐標結(jié)構(gòu)，只有兩個方向的自由度調(diào)整；[2]限于結(jié)構(gòu)限制，只有兩個方向 的力傳感器。由于上述不足，該技術(shù)雖有力覺傳感器，但并不能實現(xiàn)姿態(tài)的任意 調(diào)整。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種帶有并聯(lián)結(jié)構(gòu)六維力傳感 的精密裝配機械手，使其在裝配過程中根據(jù)工件受力任意調(diào)整機械手姿態(tài)，實現(xiàn) 基于力反饋的姿態(tài)自適應高精密裝配，并解決上述背景技術(shù)中的不足。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的，本發(fā)明包括:姿態(tài)調(diào)整平臺、六維力傳
感器、夾持機械手三大部分。六維力傳感器一端通過螺拴定位在姿態(tài)調(diào)整平臺上， 另一端連接夾持機械手，六維力傳感器感知夾持機械手在工件夾持中的作用力的 傳感信息，同時將傳感信息傳遞給姿態(tài)調(diào)整平臺，姿態(tài)調(diào)整平臺設定工況信息通 過連線對工件姿態(tài)調(diào)整和控制，姿態(tài)調(diào)整平臺接受六維力傳感器反饋的作用力傳 感信息，根據(jù)對工件姿態(tài)要求，在工件處于許可受力工況下，發(fā)出指令調(diào)整夾持 機械手在工件夾持中的作用力和工件姿態(tài)。
所述姿態(tài)調(diào)整平臺包括上平臺、姿態(tài)調(diào)整臂、下平臺。姿態(tài)調(diào)整臂通過球鉸 鏈與上、下平臺聯(lián)接。所述姿態(tài)調(diào)整平臺設置三個結(jié)構(gòu)相同的姿態(tài)調(diào)整臂。
所述的姿態(tài)調(diào)整臂，包括下套筒、電機、第一齒輪、第二齒輪、第一軸承及 支座、第二軸承及支座、轉(zhuǎn)動軸、上套筒、移動螺母、螺母擋板，下套筒通過球 鉸鏈設置在下平臺上，上套筒通過球鉸鏈設置在上平臺上，電機定位在下套筒上， 第一齒輪設置在電機輸出軸上，并與第二齒輪嚙合，第二齒輪通過第一平頭鍵及 第一緊固螺母設置在轉(zhuǎn)動軸上，轉(zhuǎn)動軸設置在第一軸承及支座和第二軸承及支座 上，轉(zhuǎn)動軸另一端加工有絲杠，移動螺母安裝在轉(zhuǎn)動軸的絲杠上，轉(zhuǎn)動軸轉(zhuǎn)動時 可帶動移動螺母沿絲杠軸向運動，移動螺母通過螺母擋板與上套筒聯(lián)接，與移動 螺母的一起沿轉(zhuǎn)動軸軸向運動，螺母擋板固定在上套筒上。
所述夾持機械手包括機械手固定板、滑動導軌、第一夾持器固定板、第一夾 持器、第二夾持器固定板、第二夾持器、電磁鐵、緩沖彈簧、預壓電機、預壓套 筒、第一預壓齒輪、第二預壓齒輪、第一預壓軸承及支座、第二預壓軸承及支座、 預壓轉(zhuǎn)動軸、預壓塊、預壓塊導向光杠?；瑒訉к壨ㄟ^螺栓設置在機械手固定板 上，第一夾持器固定板和第二夾持器固定板設置在滑動導軌上，可沿滑動導軌滑 動，第一夾持器固定在第一夾持器固定板上，第二夾持器固定在第爾夾持器固定 板上。第一夾持器固定板和第二夾持器固定板上通過螺拴設置有電磁鐵，電磁鐵 通電，產(chǎn)生吸引力，可使兩個夾持器固定板帶著夾持器互相靠近。緩沖彈簧兩端 分別設置在兩個夾持器固定板上，當電磁鐵通電時，緩沖彈簧起運動緩沖作用， 防治電磁力將工件夾壞，電磁鐵斷電后，緩沖彈簧回復力使夾持器返回。預壓套 筒通過螺釘設置在機械手固定板上，預壓電機固定在預壓套筒上，第一預壓齒輪 設置在預壓電機的輸出軸上，第二預壓齒輪設置在預壓轉(zhuǎn)動軸上。預壓轉(zhuǎn)動軸設 置在第一預壓軸承及支座和第二預壓軸承及支座上，第一預壓軸承及支座和第二 預壓軸承及支座固定在預壓套筒內(nèi)。
預壓轉(zhuǎn)動軸的另一端加工有絲缸，預壓塊內(nèi)部為螺母結(jié)構(gòu)，設置在預壓轉(zhuǎn)動 軸的絲杠上，同時預壓塊還設置在預壓塊導向光杠上，預壓轉(zhuǎn)動軸的絲杠轉(zhuǎn)動時 驅(qū)動預壓塊沿預壓塊導向光杠上下運動。
本發(fā)明夾持機械手預壓電機轉(zhuǎn)動，通過第一預壓齒輪和第二預壓齒輪帶動預 壓轉(zhuǎn)動軸轉(zhuǎn)動，預壓轉(zhuǎn)動軸的絲杠轉(zhuǎn)動驅(qū)動預壓塊沿預壓塊導向光杠下滑，壓在 所需夾持或設置工件上，預壓電機停止轉(zhuǎn)動，自鎖，工件通過預壓塊、預壓轉(zhuǎn)動 軸、預壓套筒將受力傳遞到夾持機械手固定板及六維力傳感器。電磁鐵通電，第 一夾持器和第二夾持器向一起吸合，實現(xiàn)工件的抓取。姿態(tài)調(diào)整平臺三個姿態(tài)調(diào) 整臂動作，進行工件裝配，根據(jù)裝配過程中六維力傳感器的輸出，姿態(tài)調(diào)整平臺 進行工件姿態(tài)精確調(diào)整。
本發(fā)明采用三個并聯(lián)姿態(tài)調(diào)整臂進行裝配過程中工件姿態(tài)調(diào)整，可實現(xiàn)全六 自由度高精密、高剛度裝配，同時根據(jù)六維力覺傳感器輸出實時調(diào)整裝配姿態(tài)， 可完成具有裝配力要求的精密工件裝配。本發(fā)明可應用于自動化裝配生產(chǎn)線，減 輕工人勞動強度，提高生產(chǎn)效率和質(zhì)量。


圖1是本發(fā)明的總體結(jié)構(gòu)主視圖。
圖2是本發(fā)明夾持機械手示意圖
圖3是本發(fā)明夾持機械手預壓系統(tǒng)示意圖
圖4是本發(fā)明夾持機械手固定板、導軌及夾持器關(guān)系示意圖
圖5是本發(fā)明夾姿態(tài)調(diào)整臂轉(zhuǎn)動軸示意圖
其中姿態(tài)調(diào)整平臺l、六維力傳感器2、夾持機械手3;
姿態(tài)調(diào)整平臺l上上平臺4、球鉸鏈5、姿態(tài)調(diào)整臂6、球鉸鏈7、下平臺
8;姿態(tài)調(diào)整臂6上下套筒9、電機IO、第一齒輪ll、第二齒輪12、第一軸承
及支座13、第二軸承及支座14、轉(zhuǎn)動軸15、上套筒16、移動螺母17、螺母擋
板18;轉(zhuǎn)動軸15上第一平頭鍵19，第一緊固螺母20;六維力傳感器2上
六維力傳感器本體21、設置螺拴22、 23;夾持機械手3上機械手固定板24、 滑動導軌25、第一夾持器固定板26、第一夾持器27、第二夾持器固定板28、第 二夾持器29，電磁鐵30、緩沖彈簧31、預壓電機32、預壓套筒33、第一預壓
齒輪34、第二預壓齒輪35、第一預壓軸承及支座36、第二預壓軸承及支座37、 預壓轉(zhuǎn)動軸38、預壓塊39、預壓塊導向光杠40。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例作詳細說明本實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案 為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于 下述的實施例。
各部件聯(lián)接關(guān)系如下-
如圖l、圖5所示，下套筒9通過球鉸鏈7設置在下平臺8上，上套筒16 通過球鉸鏈5設置在上平臺4上。電機10固定在下套筒9上，第一齒輪11設置 在電機10的輸出軸上，并與第二齒輪12嚙合。第二齒輪12通過第一平頭鍵19 及第一緊固螺母20設置在轉(zhuǎn)動軸15上，轉(zhuǎn)動軸15設置在第一軸承及支座13 和第二軸承及支座14上，轉(zhuǎn)動軸15另一端車有絲杠，移動螺母17設置在轉(zhuǎn)動 軸15的絲杠上，轉(zhuǎn)動軸15轉(zhuǎn)動時可帶動移動螺母17沿移動軸15的絲杠軸向運 動。移動螺母17通過螺母擋板18與上套筒16聯(lián)接，上套筒16與移動螺母17 的一起沿轉(zhuǎn)動軸15的軸向運動。螺母擋板18固定在上套筒16上。
如圖1所示，所述六維力傳感器本體21通過設置螺拴22固定在姿態(tài)調(diào)整平 臺A的下平臺8上，又通過設置螺拴23與機械手固定板24聯(lián)接。
如圖1一圖4所示，滑動導軌25通過螺栓設置在機械手固定板24上，第一 夾持器固定板26和第二夾持器固定板28設置在滑動導軌25上，可沿滑動導軌 25滑動。第一夾持器27固定在第一夾持器固定板26上，第二夾持器29固定在 第二夾持器固定板28上。第一夾持器固定板26和第二夾持器固定板28上通過 螺拴設置有電磁鐵30，電磁鐵30通電，產(chǎn)生吸引力，可使第一夾持器固定板26 和第二夾持器固定板28帶這帶著第一夾持器27和第二夾持器29互相靠近。緩 沖彈簧31兩端分別設置在第一夾持器固定板26和第二夾持器固定板28上，當 電磁鐵30通電時，緩沖彈簧31起運動緩沖作用，防止電磁力將工件夾壞；電磁 鐵30斷電后，緩沖彈簧31回復力使第一夾持器27和第二夾持器29返回原位。 預壓套筒33通過螺釘緊固在機械手固定板24上，預壓電機32固定在預壓套筒 33上，第一預壓齒輪34設置在預壓電機32的輸出軸上，第二預壓齒輪35設置 預壓轉(zhuǎn)動軸38上。預壓轉(zhuǎn)動軸38設置在第一預壓軸承及支座36和第二預壓軸
承及支座37上，第一預壓軸承及支座36和第二預壓軸承及支座37固定在預壓 套筒33內(nèi)。預壓轉(zhuǎn)動軸38的另一端加工有絲杠，預壓塊39內(nèi)部為螺母結(jié)構(gòu)， 設置在預壓轉(zhuǎn)動軸38的絲杠上，同時預壓塊32還設置在預壓塊導向光杠40上， 預壓轉(zhuǎn)動軸38的絲杠轉(zhuǎn)動時驅(qū)動預壓塊39沿預壓塊導向光杠40上下運動。
本實施例夾持機械手當預壓電機32轉(zhuǎn)動，通過第一預壓齒輪34和第二預壓 齒輪35帶動預壓轉(zhuǎn)動軸38轉(zhuǎn)動，預壓轉(zhuǎn)動軸38的絲杠轉(zhuǎn)動驅(qū)動預壓塊39沿預 壓塊導向光杠40下滑，壓在所需夾持工件上，預壓電機32停止轉(zhuǎn)動，自鎖，工 件通過預壓塊39、預壓轉(zhuǎn)動軸38、預壓套筒33將受力傳遞到機械手固定板24 及六維力傳感器本體21。電磁鐵30通電，第一夾持器27和第二夾持器29向一 起運動，實現(xiàn)工件的抓取，緩沖彈簧31保護工件不被夾壞，同時使電磁鐵30 斷電后第一夾持器27和第二夾持器29回原位。根據(jù)六維力傳感器2輸出的反饋 信號，三個姿態(tài)調(diào)整臂6的電機10分別動作，通過第一齒輪11、第二齒輪12、 轉(zhuǎn)動軸15、移動螺母17、螺母擋板18使三個上套筒16分別沿轉(zhuǎn)動軸15的軸向 相對下套筒9運動，同時使下平臺8產(chǎn)生相對上平臺4的姿態(tài)變化。若上平臺4 與機架固聯(lián)，則下平臺8產(chǎn)生工件裝配所需姿態(tài)。
權(quán)利要求
1、一種帶有并聯(lián)結(jié)構(gòu)六維力傳感的精密裝配機械手，包括夾持機械手、傳感器，其特征在于，還包括姿態(tài)調(diào)整平臺，所述的傳感器是指六維力傳感器，六維力傳感器一端通過螺拴定位在姿態(tài)調(diào)整平臺上，另一端連接夾持機械手，六維力傳感器感知夾持機械手在工件夾持中的作用力的傳感信息，同時將傳感信息傳遞給姿態(tài)調(diào)整平臺，姿態(tài)調(diào)整平臺設定工況信息通過連線對工件姿態(tài)調(diào)整和控制，姿態(tài)調(diào)整平臺接受六維力傳感器反饋的作用力傳感信息，根據(jù)對工件姿態(tài)要求，在工件處于許可受力工況下，發(fā)出指令調(diào)整夾持機械手在工件夾持中的作用力和工件姿態(tài)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶有并聯(lián)結(jié)構(gòu)六維力傳感的精密裝配機械手，其特征是，所述姿態(tài)調(diào)整平臺包括上平臺、姿態(tài)調(diào)整臂、下平臺，姿態(tài)調(diào)整臂通過 球鉸鏈與上平臺、下平臺聯(lián)接。
3、根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的帶有并聯(lián)結(jié)構(gòu)六維力傳感的精密裝配機 械手，其特征是，所述姿態(tài)調(diào)整平臺設置三個結(jié)構(gòu)相同的姿態(tài)調(diào)整臂。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的帶有并聯(lián)結(jié)構(gòu)六維力傳感的精密裝配機械手，其 特征是，所述的姿態(tài)調(diào)整臂，包括下套筒、電機、第一齒輪、第二齒輪、第一軸 承及支座、第二軸承及支座、轉(zhuǎn)動軸、上套筒、移動螺母、螺母擋板，下套筒通 過球鉸鏈設置在下平臺上，上套筒通過球鉸鏈設置在上平臺上，電機定位在下套 筒上，第一齒輪設置在電機輸出軸上，并與第二齒輪嚙合，第二齒輪通過第一平 頭鍵及第一緊固螺母設置在轉(zhuǎn)動軸上，轉(zhuǎn)動軸設置在第一軸承及支座和第二軸承 及支座上，移動螺母通過螺母擋板與上套筒聯(lián)接，與移動螺母的一起沿轉(zhuǎn)動軸軸 向運動，螺母擋板固定在上套筒上。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的帶有并聯(lián)結(jié)構(gòu)六維力傳感的精密裝配機械手，其 特征是，所述的轉(zhuǎn)動軸，轉(zhuǎn)動時帶動移動螺母沿絲杠軸向運動。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶有并聯(lián)結(jié)構(gòu)六維力傳感的精密裝配機械手，其 特征是，所述六維力傳感器通過螺拴固定在姿態(tài)調(diào)整平臺下平臺上，通過螺拴固 定在夾持機械手固定板上。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶有并聯(lián)結(jié)構(gòu)六維力傳感的精密裝配機械手，其特征是，所述夾持機械手，包括機械手固定板、滑動導軌、第一夾持器固定板、 第一夾持器、第二夾持器固定板、第二夾持器、電磁鐵、緩沖彈簧、預壓電機、 預壓套筒、第一預壓齒輪、第二預壓齒輪、第一預壓軸承及支座、第二預壓軸承 及支座、預壓轉(zhuǎn)動軸、預壓塊、預壓塊導向光杠，滑動導軌設置在機械手固定板 上，第一夾持器固定在第一夾持器固定板上，第二夾持器固定在第二夾持器固定 板上，第一夾持器固定板和第二夾持器固定板上設置有電磁鐵，緩沖彈簧兩端分 別設置在兩個夾持器固定板上，預壓套筒設置在機械手固定板上，預壓電機固定 在預壓套筒上，第一預壓齒輪設置在預壓電機的輸出軸上，第二預壓齒輪設置在 預壓轉(zhuǎn)動軸上，預壓轉(zhuǎn)動軸設置在第一預壓軸承及支座和第二預壓軸承及支座 上，第一預壓軸承及支座和第二預壓軸承及支座固定在預壓套筒內(nèi)。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的帶有并聯(lián)結(jié)構(gòu)六維力傳感的精密裝配機械手，其 特征是，第一夾持器固定板和第二夾持器固定板設置在滑動導軌上，沿滑動導軌 滑動。
9、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的帶有并聯(lián)結(jié)構(gòu)六維力傳感的精密裝配機械手，其 特征是，預壓轉(zhuǎn)動軸的另一端加工有絲缸，預壓塊內(nèi)部為螺母結(jié)構(gòu)，設置在預壓 轉(zhuǎn)動軸的絲杠上，同時預壓塊還設置在預壓塊導向光杠上，預壓轉(zhuǎn)動軸的絲杠轉(zhuǎn) 動時驅(qū)動預壓塊沿預壓塊導向光杠上下運動。
全文摘要
本發(fā)明涉及的是一種機械工程技術(shù)領(lǐng)域的帶有六維力傳感的精密裝配機械手。包括姿態(tài)調(diào)整平臺、六維力傳感器、夾持機械手，六維力傳感器一端通過螺栓定位在姿態(tài)調(diào)整平臺上，另一端連接夾持機械手，六維力傳感器感知夾持機械手在工件夾持中的作用力的傳感信息，同時將傳感信息傳遞給姿態(tài)調(diào)整平臺，姿態(tài)調(diào)整平臺設定工況信息通過連線對工件姿態(tài)調(diào)整和控制，姿態(tài)調(diào)整平臺接受六維力傳感器反饋的作用力傳感信息，調(diào)整夾持機械手在工件夾持中的作用力和工件姿態(tài)。本發(fā)明可實現(xiàn)全六自由度高精密、高剛度裝配，同時根據(jù)六維力覺傳感器輸出實時調(diào)整裝配姿態(tài)，可應用于自動化裝配生產(chǎn)線，減輕工人勞動強度，提高生產(chǎn)效率和質(zhì)量。
文檔編號B25J19/00GK101104264SQ20071004490
公開日2008年1月16日 申請日期2007年8月16日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月16日
發(fā)明者劉成良, 李彥明, 苗玉彬 申請人:上海交通大學