两自由度增力式机械手制造技术

本发明专利技术提出了两自由度增力式机械手，包括外壳、电机支架、基座、伺服电机、双向丝杆、圆形轴承、立式座轴承、侧板、弹簧、连接杆、磁编码器等。所述伺服电机分为左右伺服电机，所述侧板包含左右侧板，所述弹簧共有两个，分别固定在左右侧板的圆形轴承的上下两处。本发明专利技术一是增加了弹簧装置，在抓取过程中能够可靠的对目标物进行固定和夹紧；二是本发明专利技术的机械手不仅可以张开和闭合，还可以旋转，增加了机械手的自由度，更有利于机械手实现夹取操作。此外，本发明专利技术的夹取装置还具有结构简单、体积小、不易变形、实用性强的优点。实用性强的优点。实用性强的优点。

【技术实现步骤摘要】
两自由度增力式机械手


[0001]本专利技术涉及属于机器人
，特别是涉及两自由度增力式机械手。

技术介绍

[0002]随着科学技术的不断进步，机器人技术的发展也越来越快，越来越多的地方开始采用机器人代替人类完成工作。在平常生产生活中，机器人对于板类的材料抓取不怎么方便，但是此类物体的抓取在现实生活中是有很多的，比如在档案库中对档案盒的抓取，在图书馆里对图书的抓取或是在玻璃厂中对玻璃的抓取等。对于这种板类物体，现有的机械手大多是设计成带有吸附功能的灵巧手，通过建立真空环境实现板类材料的抓取。但此类机械手所产生的的气压不是很高，故抓举能力一般，无法抓取重量大的物体，而且一旦板类物体表面不是很平整就很容易出现漏气现象，导致抓取失败，出现脱落现象。
[0003]因此，需要对传统的抓取板类材料的机械手进行改进，使其能够可靠的抓取重量大的物体，在运动的过程中不会脱落。通常情况下，会选择提高机械手上电机的额定功率，增大力矩，但这种情况下会需要更大的输入电压或电流。同时更大的负载可能会需要更大的电机，导致机械手的体积和重量增加，造成额外的负担。

技术实现思路

[0004]为了解决上述问题，本专利技术提供两自由度增力式机械手及控制方法，实现板类物体的可靠抓取。
[0005]本专利技术提供两自由度增力式机械手，包含左侧板、右侧板、外壳、左伺服电机、右伺服电机、基座、立式座轴承、双向丝杆、连接杆、联轴器和弹簧，所述立式座轴承固定在基座上，所述左伺服电机和右伺服电机通过电机支架和外壳固定，所述电机支架固定在外壳上，所述外壳固定在机器人上，所述左伺服电机通过联轴器与立式座轴承固定，带动立式座轴承旋转实现机械手旋转；所述右伺服电机通过联轴器与法兰固定，所述法兰套装在圆形轴承上和正反螺母以及双向丝杆相连，控制机械手张开和闭合，所述左侧板和右侧板通过圆形轴承安装在双向丝杆上，并通过连接杆固定在基座上，所述双向丝杆上安装正反螺母实现相应侧板张开和闭合，所述弹簧共有两个，分别固定在左侧板和右侧板的圆形轴承的上下两处，跟随左侧板和右侧板拉伸或压缩。
[0006]作为本专利技术进一步改进，所述左伺服电机包含控制机械手旋转的磁编码器，所述右伺服电机包含控制机械手张开和闭合的磁编码器，本申请伺服电机可以提供磁编码器进行相应的控制。
[0007]相比于现有分析方法，本专利技术的特点及其有益效果是：
[0008]一是本专利技术的机械手在对物体的抓取过程中，增加了弹簧装置，以此增大抓取力度，能够可靠的对目标物进行固定和夹紧。且对于额定功率相同的电机，所述机械手能够夹取重量更大的物体。二是本专利技术的机械手不仅可以张开和闭合，还可以旋转，增加了机械手的自由度，更有利于机械手实现夹取操作。此外，本专利技术的夹取装置还具有结构简单、体积
小、不易变形、实用性强的优点。
附图说明
[0009]图1为本专利技术的正面外观图；
[0010]图2为本专利技术的右侧外观图；
[0011]图3为本专利技术在夹紧过程中的受力示意图；
[0012]附图编号说明：
[0013]111、左侧板；112、右侧板；12、外壳；131、左伺服电机；132、右伺服电机；14、基座；15、立式座轴承；16、双向丝杆；17、连接杆；18、联轴器；19、弹簧；21、电机支架；22、圆形轴承；23、正反螺母；24、法兰；25、磁编码器。
具体实施方式
[0014]下面结合附图与具体实施方式对本专利技术作进一步详细描述：
[0015]本专利技术提供两自由度增力式机械手及控制方法，实现板类物体的可靠抓取。
[0016]图1为本专利技术的正面外观图，包含左侧板111、右侧板112、外壳12、左伺服电机131、右伺服电机132、基座14、立式座轴承15、双向丝杆16、连接杆17、联轴器18、弹簧19。
[0017]图2为本专利技术的右侧外观图，包含电机支架21、圆形轴承22、正反螺母23、法兰24、磁编码器25。
[0018]工作原理：左伺服电机131和右伺服电机132固定在电机支架21和外壳12上，而电机支架21也固定在外壳12上。左侧板111和右侧板112通过轴承22安装在双向丝杆16上，通过连接杆17固定在基座14上。右边的伺服电机132配有磁编码器25，通过联轴器18、法兰24、轴承22和正反螺母23与双向丝杆16相连，控制左侧板111和右侧板112实现张开和闭合操作。左边的伺服电机131配有磁编码器25，通过联轴器18与立式座轴承15固定，带动基座14，控制左侧板111和右侧板112旋转。左侧板111和右侧板112之间安装有弹簧装置19，左侧板111和右侧板112在最小闭合状态留有的间隙中，弹簧19会依然处于拉伸状态，因此当左侧板111和右侧板112夹紧物体时，左侧板111和右侧板112上不仅有因电机132而产生向内的挤压力，还有来自弹簧19向内的弹力。此外，左侧板111和右侧板112前端设计为楔形，有利于深入空隙中完成夹取操作。
[0019]双向丝杆中的螺旋副在力矩和轴向载荷作用下的相对运动，可看成作用在中径的水平力推动滑块(物体)沿螺纹运动。
[0020]作用在螺旋副上的力矩与轴向载荷驱动力的关系如下所示：
[0021][0022]式1中，T为螺旋副上的力矩，即双向丝杆提供的力矩大小；F
a
为轴向载荷驱动力，即电机在丝杆上所提供的的夹紧物体时的挤压力大小；d2为螺纹丝杆上圆柱的直径，称为中径，该圆柱的母线上牙型沟槽和凸起宽度相等；ψ为螺纹升角，在中径d2圆柱上，螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线的平面的夹角；ρ为摩擦角。
[0023]通常情况下丝杆上所提供的力矩已知，因此可由式1得到驱动力F
a
，其推导公式如下所示：
[0024][0025]因此外物重量越大，其所需的驱动力就会越大，相应的扭矩就会越大，电机功率就会越大。
[0026]结合图3说明本专利技术在夹取物体时的受力情况和工作步骤：
[0027]1、本专利技术的装置通过外壳12安装在其它装置上，如工业机器人、机械臂，在其它装置的带动下靠近目标物体。到达工作位置，通过扫描装置扫描目标上的信息，并确认待夹取的物体。使左侧板111、右侧板112张开，并深入到目标物之间开始夹取目标物。在夹取的过程中，可依靠左边电机131使机械手旋转，调整抓取姿态，而不需要通过外部的机械臂去调整，相当于增加了一个关节自由度，且此种设计方式更加灵活，操作简单。此外，通过将左侧板111、右侧板112插入到倾斜的物体空隙处，再依靠机械手的旋转功能，可对其进行摆正处理。
[0028]2、在目标物被夹紧的过程中，左侧板111、右侧板112在运动的过程中的受力情况如图3所示。以右侧板112为例，首先会受到来自右边伺服电机132的扭矩而施加在丝杆上提供向内的电机挤压力F
a
。由于弹簧19在运动的过程中一直处于拉伸状态，所以其产生的弹力方向同电机提供的力度方向一致，大小为F
S
＝k
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.两自由度增力式机械手，包含左侧板（111）、右侧板（112）、外壳（12）、左伺服电机（131）、右伺服电机（132）、基座（14）、立式座轴承（15）、双向丝杆（16）、连接杆（17）、联轴器（18）和弹簧（19），其特征在于：所述立式座轴承（15）固定在基座（14）上，所述左伺服电机（131）和右伺服电机（132）通过电机支架（21）和外壳（12）固定，所述电机支架（21）固定在外壳（12）上，所述外壳（12）固定在机器人上，所述左伺服电机（131）通过联轴器（18）与立式座轴承（15）固定，带动立式座轴承（15）旋转实现机械手旋转；所述右伺服电机（132）通过联轴器（18）与法兰（24）固定，所述法兰（24）套装...

【专利技术属性】
技术研发人员：王栋，崔建伟，姜汇策，崔林威，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：