一種閉鏈結構五自由度步進電機驅動工業機械手的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及機械手技術領域，特別是一種閉鏈結構五自由度步進電機驅動工業機 械手。
【背景技術】
[0002] 工業機器手在制造業中發揮著重要作用，機器手比工人操作更為準確、快速，會使 產品成品率及生產效率大幅提高，目前對適用于中小企業自動化生產的通用機械手的需求 越來越大，隨著機械手技術的廣泛應用，具有獨立控制器、動作靈活、適用于中小批量自動 化生產的通用機械手得到迅速發展，目前通用機械手大多數是為開鏈形式的串聯結構關節 型直流電機驅動機械手，其主要特點為驅動電機全部都安裝在機械手的各個關節上，通過 電機帶動機械手各個關節的轉動，實現機械手的各種動作。由于開鏈形式的串聯結構關節 型直流電機驅動機械手的驅動電機都安裝在關節的位置，這種結構方式存在以下問題：機 械手手臂需要承載電機的重量并需滿足剛度要求，手臂截面尺寸需要做得較大，這樣會增 大驅動電機的負載，增加手臂的運動慣量，導致機械手動態性能下降，同時驅動電機都安裝 在關節位置造成機械手的結構復雜、模塊化程度低。而具有成本低、結構簡單、剛性好、精度 高、模塊化程度高特點的通用機械手在中小批量自動化生產的作用越來越重要。
【發明內容】
[0003] 本發明的目的在于：針對現有機械手成本高、結構復雜、模塊化程度低的不足，提 出一種閉鏈結構五自由度步進電機驅動工業機械手，可實現共設有回轉、大臂俯仰、小臂俯 仰、手腕彎轉，手腕回轉五個自由度的運動，具有成本低、結構簡單、剛性好、精度高、模塊化 程度高的特點，可用于現代制造業中的中小批量自動化生產。
[0004] 本發明提供的技術方案是：一種閉鏈結構五自由度步進電機驅動工業機械手，由 底座、廻轉臺、大臂、大臂步進推桿、小臂、小臂步進推桿、腕部擺桿、腕部步進推桿、手爪組 成，大臂安裝在回轉臺上，大臂步進推桿通過鉸鏈與大臂及回轉臺相連接，小臂步進推桿通 過鉸鏈與大臂及小臂相連接，腕部步進推桿通過鉸鏈與腕部擺桿及小臂相連，手爪安裝在 腕部擺桿上。
[0005] 本發明突出優點在于：采用步進推桿與手臂組成三角形的閉鏈結構，與現有開鏈 結構的機械手相比，提升了機械手臂剛性，減少了機械手臂質量，提高了精度，使得機械手 具有了成本低、結構簡單、剛性好、精度高、模塊化程度高、可實現任意軌跡控制的特點。
【附圖說明】
[0006] 圖1為本發明所述一種閉鏈結構五自由度步進電機驅動工業機械手示意圖。
[0007] 圖2閉鏈結構機械手手臂末端受載后的變形位移圖
[0008] 圖3閉鏈結構機械手測量精度分析圖
【具體實施方式】
[0009] 以下通過附圖對本發明的技術方案作進一步說明。
[0010] -種閉鏈結構五自由度步進步進電機驅動工業機械手，由1底座、2廻轉臺、3大 臂、4大臂步進推桿、5小臂、6小臂步進推桿、7腕部擺桿、8腕部步進推桿、9手爪組成，大臂 安裝在回轉臺上，大臂步進推桿通過鉸鏈與大臂及回轉臺相連接，小臂步進推桿通過鉸鏈 與大臂及小臂相連接，腕部步進推桿通過鉸鏈與腕部擺桿及小臂相連，手爪安裝在腕部擺 桿上。
[0011] 在工作中，機械手由于手臂、電機與夾持重物的質量會對手臂產生靜載與動載作 用，手臂會發生變形，如圖2所示，顯然閉鏈結構機械手的懸臂長度Ll小于開鏈結構機械手 的懸臂長度L1+L2,故閉鏈結構機械手手臂末端產生的變形位移小于開鏈結構機械手手臂 產生的位移，閉鏈結構機械手手臂比開鏈結構機械手手臂剛度有一定程度的提高，由于手 臂剛性得到提高，因此可以減小手臂截面尺寸，進而可減少手臂運動慣量，提高機械手動 態性能。
[0012] 開鏈結構機械手是通過測量控制機械手臂關節處電機的轉動角度Θ 1來控制手 臂末端的移動位置，手臂轉動角度Θ1若采用普通精度光電編碼器來測量則測量精度不 高，若采用高精度光電編碼器來測量則會導致成本提高、可靠性下降。閉鏈結構機械手通過 測量機械手臂步進推桿的位移量Ll來控制手臂轉動角度Θ 1，進而控制手臂末端的移動位 置，具有縮小機械手臂末端位置測控誤差的作用，如圖3所示，設L1、Θ 1對應的變化量分別 為LI'、Θ 1'，則L1、Θ 1與LI'、Θ 1'之間的對應關系為：
【主權項】
1. 一種閉鏈結構五自由度步進電機驅動工業機械手，由底座、廻轉臺、大臂、大臂步進 電機推桿、小臂、小臂步進電機推桿、腕部擺桿、腕部步進電機推桿、手爪組成，大臂安裝在 回轉臺上，大臂步進電機推桿通過鉸鏈與大臂及回轉臺相連接，小臂步進電機推桿通過鉸 鏈與大臂及小臂相連接，腕部步進電機推桿通過鉸鏈與腕部擺桿及小臂相連，手爪安裝在 腕部擺桿上。
【專利摘要】本發明涉及機械手技術領域，特別是一種閉鏈結構五自由度步進電機驅動工業機械手，由底座、廻轉臺、大臂、大臂步進電機推桿、小臂、小臂步進電機推桿、腕部擺桿、腕部步進電機推桿、手爪組成，大臂安裝在回轉臺上，大臂步進電機推桿通過鉸鏈與大臂及回轉臺相連接，小臂步進電機推桿通過鉸鏈與大臂及小臂相連接，腕部步進電機推桿通過鉸鏈與腕部擺桿及小臂相連，手爪安裝在腕部擺桿上；本發明采用步進電機推桿與手臂組成三角形的閉鏈結構，與現有開鏈結構的機械手相比，提升了機械手臂剛性，減少了機械手臂質量，提高了精度，使得機械手具有了成本低、結構簡單、剛性好、精度高、模塊化程度高的特點。
【IPC分類】B25J9-00
【公開號】CN104875181
【申請號】CN201510010445
【發明人】張鐵異, 方宇, 周曉蓉, 張琦, 陶思源, 雷發兵, 肖雨鳳
【申請人】廣西大學
【公開日】2015年9月2日
【申請日】2015年1月9日