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专利号: 2014104822039
申请人: 重庆交通大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 手动工具;轻便机动工具;手动器械的手柄;车间设备;机械手
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于行车的重载精密冗余三臂机械手,其特征在于:包括基座、夹具总成和自动控制系统,所述夹具总成包括用于安装机械臂的安装座、用于抓取工件的抓取机械手和用于搬运所抓取工件的搬运机械手,所述抓取机械手包括用于抓取重型工件的重载机械手和用于抓取轻型精密工件的轻载机械手;

所述重载机械手包括上臂Ⅰ、中臂Ⅰ、下臂Ⅰ和手爪总成Ⅰ,所述上臂Ⅰ上端与安装座单自由度铰接形成肩关节Ⅰ,中臂Ⅰ两端分别与上臂Ⅰ和下臂Ⅰ单自由度铰接形成肘关节Ⅰ,下臂Ⅰ与手爪总成Ⅰ连接并在连接处形成腕关节Ⅰ;所述重载机械手还包括分别驱动上臂Ⅰ和中臂Ⅰ沿竖直平面转动的伸缩液压缸Ⅰ和伸缩液压缸Ⅱ;

所述轻载机械手包括上臂Ⅱ、中臂Ⅱ、下臂Ⅱ和手爪总成Ⅱ,上臂Ⅱ上端与安装座单自由度铰接形成肩关节Ⅱ,中臂Ⅱ两端分别与上臂Ⅱ和下臂Ⅱ单自由度铰接形成肘关节Ⅱ,下臂Ⅱ与手爪总成Ⅱ连接处设置有腕关节Ⅱ;

所述肩关节Ⅱ和两肘关节Ⅱ处,以及重载机械手的中臂Ⅰ与下臂Ⅰ铰接形成的肘关节Ⅰ处均设置有用于驱动下一手臂绕铰接轴线转动的臂驱动装置,每一所述臂驱动装置均包括臂驱动伺服电机和与臂驱动伺服电机传动配合的齿轮传动副Ⅰ;

所述搬运机械手包括上臂Ⅲ、下臂Ⅲ和搬运斗,所述上臂Ⅲ与安装座铰接配合,所述下臂Ⅲ与上臂Ⅲ铰接配合,所述搬运斗以始终与水平面垂直的方式与所述下臂Ⅲ下端配合设置,上臂Ⅲ和下臂Ⅲ均通过液压驱动方式绕铰接轴轴线转动。

2.根据权利要求1所述的基于行车的重载精密冗余三臂机械手,其特征在于:所述腕关节Ⅰ与所述腕关节Ⅱ均为机电液一体化三自由度集成结构,两者均包括外壳体、内壳体、关节输出组件和驱动总成,所述驱动总成包括用于驱动关节输出组件做直线或/和旋转运动的驱动组件Ⅰ和用于驱动关节输出组件做俯仰运动的驱动组件Ⅱ;

所述驱动组件Ⅰ包括内螺纹套、用于对内螺纹套旋转限位的螺纹套卡紧装置和与关节输出组件连接配合的驱动输出轴,以及可分别驱动驱动输出轴的液压驱动部分Ⅰ和电动驱动部分Ⅰ,所述液压驱动部分Ⅰ和所述螺纹套卡紧装置均固定设置在外壳体内,所述内螺纹套设置在外壳体内,所述电动驱动部分Ⅰ设置在内壳体内,所述驱动输出轴依次穿出内壳体和外壳体,驱动输出轴与内壳体固定连接并以可绕自身轴线转动的方式与外壳体配合;所述液压驱动部分Ⅰ为回转液压缸,所述回转液压缸的动片轴轴端设有与内螺纹套一端螺纹配合的螺纹段Ⅰ,所述电动驱动部分Ⅰ包括旋转电机和齿轮传动副Ⅱ,所述齿轮传动副Ⅱ的从动齿轮与所述驱动输出轴通过键配合连接,所述驱动输出轴内端设有与内螺纹套螺纹配合的螺纹段Ⅱ;所述驱动组件Ⅰ还包括用于将回转液压缸的动片轴与内螺纹套固定防止两者相对运动的螺纹副卡紧装置Ⅰ和用于将驱动输出轴与内螺纹套固定防止两者相对运动的螺纹副卡紧装置Ⅱ;

所述驱动组件Ⅱ包括驱动连杆和可分别驱动驱动连杆的直线液压缸、直线电机,所述直线液压缸和所述直线电机固接于内壳体内部,所述直线液压缸的活塞杆与直线电机的动片固定配合连接,所述驱动连杆内端部与直线液压缸的活塞杆活动配合连接,外端部与关节输出组件活动配合连接。

3.根据权利要求2所述的基于行车的重载精密冗余三臂机械手,其特征在于:所述关节输出组件包括关节销轴和与所述关节销轴固定连接的手爪座安装座,所述关节销轴穿过所述驱动输出轴端部设置并与驱动输出轴活动配合连接,所述关节销轴上固定安装有用于与驱动连杆连接的耳座;

所述驱动连杆包括相互铰接的第一连杆和第二连杆,所述第一连杆与所述直线液压缸的活塞杆端部铰接,所述第二连杆通过连杆连接销轴与所述耳座活动配合连接。

4.根据权利要求3所述的基于行车的重载精密冗余三臂机械手,其特征在于:所述螺纹副卡紧装置Ⅰ和所述螺纹副卡紧装置Ⅱ结构相同,均包括伸缩液压缸Ⅴ和卡紧组件,所述卡紧组件包括两驱动杆和两卡爪,每一所述卡爪均包括连杆部和卡爪部,每一卡爪部与对应驱动杆铰接,每一驱动杆上端均与一固定设置在伸缩液压缸Ⅴ活塞杆上的安装块铰接,伸缩液压缸Ⅴ的缸体固定设置在内螺纹套的轴向端侧,每一卡爪的连杆部与卡爪部的连接处与固定设置在内螺纹套轴向端侧的铰接座铰接;

所述螺纹套卡紧装置为伸缩液压缸Ⅵ,所述伸缩液压缸Ⅵ的缸体固定设置在外壳体内侧,所述内螺纹套外侧设置有用于伸缩液压缸Ⅵ的活塞杆插入对内螺纹套旋转限位并可沿轴向相对滑动的轴向滑槽。

5.根据权利要求4所述的基于行车的重载精密冗余三臂机械手,其特征在于:所述手爪总成Ⅰ和所述手爪总成Ⅱ均包括手爪座和四个成夹持状态设置并均与手爪座固接的手爪,每个手爪均包括指节,相邻指节间铰接形成指关节,每个指关节均设置有用于驱动下一指节绕铰接轴线转动的指节驱动机构,所述指节驱动机构包括动力装置、锥齿轮传动副Ⅰ和直齿轮传动副,所述锥齿轮传动副Ⅰ与动力装置动力输出端传动配合,所述锥齿轮传动副Ⅰ的从动锥齿轮和所述直齿轮传动副的主动齿轮均与指节铰接处的铰接轴在圆周方向固定,所述直齿轮传动副的从动齿轮轴与下一指节固定连接;

其中,所述手爪总成Ⅰ的指节驱动机构的动力装置为指节驱动回转液压缸,对应锥齿轮传动副Ⅰ设置有与指节驱动回转液压缸的回转片中心固定的锥齿轮动力输入轴,对应锥齿轮传动副Ⅰ的主动锥齿轮与锥齿轮动力输入轴在圆周方向固定;

所述手爪总成Ⅱ的指节驱动机构的动力装置为指节驱动伺服电机,对应锥齿轮传动副Ⅰ的主动锥齿轮与指节驱动伺服电机的动力输出轴在圆周方向固定配合。

6.根据权利要求5所述的基于行车的重载精密冗余三臂机械手,其特征在于:还包括用于驱动基座沿直线移动的滚珠丝杠总成,所述滚珠丝杠总成包括滚珠丝杠、螺母套管和驱动电机Ⅰ,所述基座为箱式结构,所述螺母套管设置在基座内部并固定,所述滚珠丝杆内套螺母套管并穿出基座设置;

还包括用于驱动基座绕滚珠丝杠轴线转动的驱动组件,所述驱动组件包括驱动电机Ⅱ和与驱动电机Ⅱ传动配合的锥齿轮传动副Ⅱ,所述锥齿轮传动副Ⅱ的从动锥齿轮与螺母套管在圆周方向上固定配合。

7.根据权利要求6所述的基于行车的重载精密冗余三臂机械手,其特征在于:还包括安装座回转组件,所述安装座回转组件包括驱动电机Ⅲ和锥齿轮传动副Ⅲ,所述驱动电机Ⅲ的动力输出轴与所述锥齿轮传动副Ⅲ的主动锥齿轮在圆周方向固定配合,所述锥齿轮传动副Ⅲ的从动齿轮轴穿出基座与手臂安装座固定配合。

8.根据权利要求7所述的基于行车的重载精密冗余三臂机械手,其特征在于:所述伸缩液压缸Ⅰ的缸体与安装座连接,活塞杆与重载机械手的上臂Ⅰ连接,所述伸缩液压缸Ⅱ的缸体与上臂Ⅰ连接,活塞杆与中臂Ⅰ连接;

所述臂驱动装置的臂驱动伺服电机固接于上一机械臂,臂驱动伺服电机的动力输出轴与齿轮传动副Ⅰ的主动直齿轮在圆周方向固定配合,齿轮传动副Ⅰ的从动直齿轮与关节铰接轴在圆周方向固定配合,每一对应关节处的关节铰接轴与下一机械臂固定连接;

所述搬运机械手的上臂Ⅲ与安装座之间连接设置有伸缩液压缸Ⅴ,上臂Ⅲ与下臂Ⅲ之间连接设置有伸缩液压缸Ⅵ。

9.根据权利要求8所述的基于行车的重载精密冗余三臂机械手,其特征在于:所述自动控制系统包括:

角度传感器Ⅰ,设置于三机械手的各手臂内部,用于检测各个手臂的俯仰角度;

摄像头传感器,设置于手臂安装座下方,用于检测物体的空间位置、姿态,并监视机械手的工作状态,同时传送图像到显示装置;

触觉传感器,设置于重载机械手、轻载机械手的手爪以及搬运机械手的搬运斗内表面,用于主动获取物体的完整信息,并监视各机械手工作状态;

压力传感器,设置于手爪指节的夹持面内部和搬运斗内层,用于检测每个指节的夹持压力和搬运工件的压力,并监视机械手的工作状态;

原点检测传感器,设置于抓取机械后手爪座底面,用于检测车床上的标定点,并定位工件;

位置传感器,设置于关节输出组件,用于检测关节输出组件的位置;

角度传感器Ⅱ,设置于关节输出组件,用于检测关节输出组件的俯仰和旋转角度;

力矩传感器,设置于关节输出组件,用于检测腕关节所需要输出的力矩;

中央控制器,接收并综合处理各传感器反馈的信息,并向各电机和各液压缸发出命令信号。

10.根据权利要求9所述的基于行车的重载精密冗余三臂机械手,其特征在于:所述下臂Ⅰ通过固定设置在中臂Ⅰ下端的铰接座Ⅰ与中臂Ⅰ铰接配合;所述下臂Ⅱ通过固定设置在中臂Ⅱ下端的铰接座Ⅱ与中臂Ⅱ铰接配合;所述下臂Ⅲ下端设有铰接座Ⅲ,铰接座Ⅲ包括座体、两个并列设置的铰接臂和与两铰接臂固定配合铰接轴,所述搬运斗的固定杆上端以可绕铰接轴线转动的方式与铰接轴间隙外套配合;

所述直线液压缸的缸体内、所述伸缩液压缸Ⅲ的缸体内和所述伸缩液压缸Ⅳ的缸体内均设置有外套于活塞杆的弹簧。