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专利号: 2019108533670
申请人: 安徽工程大学
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:2023-07-17
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种具有两级柔顺动力传递的机械手,其特征在于:包括

壳体(70);

主电机(101),所述主电机(101)固定于壳体(70)的内部;

调整机构,所述调整机构固定于壳体(70)内部,包括力矩调整电机(102);

传动轴(300),所述传动轴(300)与调整机构动力连接,传动轴(300)的一端通过联轴器与主电机(101)的输出轴连接;

传动丝杆(501),所述传动丝杆(501)的一端贯穿壳体(70),并与传动轴(300)的另一端通过联轴器连接;

手爪(60),所述手爪(60)后端部的中部设有驱动件,所述驱动件与传动丝杆(501)螺纹连接,所述手爪(60)的中部设有固定件,固定件与传动丝杆(501)的另一端转动连接,所述固定件端面的两侧分别与手爪(60)的夹取部连接,所述驱动件为夹取部提供夹取的动力;

视觉传感器(90),所述视觉传感器(90)固定于固定件,用于获取待夹取物体(10)的外形轮廓尺寸;

控制模块(1),所述控制模块(1)包括

运动控制模块(11),用于控制主电机(101)和力矩调整电机(102);

工艺参数库模块(12),包括参数输入模块(121)和参数输出模块(122),所述参数输入模块(121)用于输入待夹取物的属性和外形轮廓尺寸参数,所述参数输出模块(122)用于输出夹取物体(10)的最佳夹持力;

所述调整机构还包括

底板(210),所述底板(210)固定于壳体(70)内部,所述力矩调整电机(102)固定于底板(210);

力矩调整小齿轮(420),所述力矩调整小齿轮(420)与力矩调整电机(102)的输出轴键连接;

力矩调整大齿轮(421),所述力矩调整大齿轮(421)的端部与底板(210)转动连接,力矩调整大齿轮(421)与力矩调整小齿轮(420)啮合,力矩调整大齿轮(421)的端面设有滑槽,所述传动轴(300)穿过力矩调整大齿轮(421)的中心位置,并与力矩调整大齿轮(421)转动连接;

力矩调整连杆(430),所述力矩调整连杆(430)包括

连接块(4302),所述连接块(4302)端面至少一侧设有安装孔(4303);

动力杆(4301),所述动力杆(4301)贯穿连接块(4302)的一侧,动力杆(4301)的一端在滑槽内,且该端与滑槽滑动连接;

力矩调整输出块(431),所述力矩调整输出块(431)的中部设有联接孔(4311),力矩调整输出块(431)靠近边缘位置设有通孔(4312),所述动力杆(4301)的另一端与联接孔(4311)相配合,所述传动轴(300)的轴体与通孔(4312)固定连接;

力矩调整支撑单元(440),所述力矩调整支撑单元(440)位于力矩调整输出块(431)的下方,且力矩调整支撑单元(440)包括支撑块(4401),所述支撑块(4401)的中间位置与传动轴(300)固定连接;

至少一个支撑杆(4402),所述支撑杆(4402)两端分别固定于支撑块(4401)两端的延伸部;

滑块(4403),所述滑块(4403)与对应的支撑杆(4402)滑动连接,滑块(4403)位于连接块(4302)的上方,且滑块(4403)的下端面设有连接柱,所述连接柱与对应的安装孔(4303)转动连接;

至少一个调刚弹簧(4404),所述调刚弹簧(4404)套接于支撑杆(4402),调刚弹簧(4404)的一端固定于滑块(4403),调刚弹簧(4404)的另一端与支撑块(4401)的延伸部固定连接。

2.根据权利要求1所述的一种具有两级柔顺动力传递的机械手,其特征在于:所述支撑块(4401)的两端分别向两侧对称延伸,形成“工”字形,所述支撑杆(4402)对称设置于支撑块(4401)的两侧,所述力矩调整连杆(430)设有两个,且其与支撑杆(4402)一一对应。

3.根据权利要求2所述的一种具有两级柔顺动力传递的机械手,其特征在于:所述力矩调整输出块(431)为U形,所述通孔(4312)位于U形的两个支腿处。

4.根据权利要求2所述的一种具有两级柔顺动力传递的机械手,其特征在于:所述滑槽设有两个,其与动力杆(4301)一一对应。

5.根据权利要求4所述的一种具有两级柔顺动力传递的机械手,其特征在于:所述滑槽为螺线滑槽。

6.一种具有两级柔顺动力传递的抓取方法,其特征在于:根据权利要求1—5所述的一种具有两级柔顺动力传递的机械手,其抓取方法包括运动控制模块(11)将调整机构复位;

参数输入模块(121)通过视觉传感器(90)获取待夹取物的外形轮廓尺寸;

在参数输入模块(121)中输入待夹取物的属性;

参数输出模块(122)根据参数输入模块(121)的数据输出待夹取物的最佳夹持力F;

运动控制模块(11)根据最佳夹持力F确定力矩调整电机(102)微定位转角θ1;

运动控制模块(11)根据物体(10)的外形轮廓尺寸,确定传动轴(300)的转角位移θ,进而确定主电机(101)的初定位转角θ0=θ-θ1;

运动控制模块(11)发出指令控制主电机(101)转动,同时带动传动轴(300)同轴转动;

当传动轴(300)转动到初定位转角θ0时,主电机(101)停止转动,力矩调整电机(102)启动并以转速n1反向转动,同时带动力矩调整小齿轮(420)反向转动,经过齿轮啮合带动力矩调整大齿轮(421)沿着原有转向继续转动,此时,动力杆(4301)在螺线滑槽中相对力矩调整大齿轮(421)反向滑动,滑块(4403)压缩调刚弹簧(4404),在此过程中,力矩调整输出块(431)和力矩调整支撑单元(440)同时向传动轴(300)输出扭矩,当力矩调整电机(102)转动到微定位转角θ1时,手爪(60)获得最佳夹持力F并完成抓取定位,力矩调整电机(102)停止转动。

7.根据权利要求6所述的一种具有两级柔顺动力传递的抓取方法,其特征在于:所述调整机构复位的过程如下:运动控制模块(11)控制主电机(101)和力矩调整电机(102)分别转动,使动力杆(4301)的端部与滑槽的端部接触,使滑块(4403)位于支撑杆(4402)的中间位置。

8.根据权利要求6所述的一种具有两级柔顺动力传递的抓取方法,其特征在于:所述微定位转角θ1的确定步骤如下:获取夹持力F与传动轴(300)的输出扭矩T的函数关系F=f(T),根据夹持力F确定传动轴(300)所需输出扭矩T,且T=T1+T2,其中,T1为力矩调整输出块(431)的输出扭矩,T2为力矩调整支撑单元(440)的输出扭矩;

确定力矩调整输出块(431)的输出扭矩 其中,P1为力矩调整电机(102)的功率,n1为力矩调整电机(102)的转速,i为力矩调整小齿轮(420)与力矩调整大齿轮(421)间的传动比,η为力矩调整电机(102)到力矩调整大齿轮(421)间的传动效率;

确定力矩调整支撑单元(440)的输出扭矩T2=T-T1;

根据T2=k×Δx×L,其中,k为调刚弹簧(4404)的刚度,L为支撑杆(4402)间的距离,Δx为调刚弹簧(4404)的压缩量, r为连接块(4302)的长度,θ2为力矩调整大齿轮(421)的转角,由此可求得力矩调整大齿轮(421)的转角θ2;

力矩调整电机(102)的转角θ1=i×θ2。