一种利用机械手控制物品平面运动的方法技术

本发明专利技术公开了一种利用机械手控制物品平面运动的方法，本方法中通过一个执行件抓取固定物品，然后通过安装在基座上的两组主要由连杆构成的运动支链控制执行件实现平面运动，其特征在于，通过依附于运动支链的自转传动机构，在两组运动支链控制执行件平面运动的同时，带动执行件同步旋转运动。本发明专利技术具有能够以更简单的方式更好地提高物品平面运动的可动作范围的优点。动作范围的优点。动作范围的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种利用机械手控制物品平面运动的方法


[0001]本专利技术涉及生产或物流用机械手领域，具体涉及一种利用机械手控制物品平面运动的方法。

技术介绍

[0002]在产品生产流水线以及物流输送分拣系统中，通常均需要采用机械手实现物品的平面运动控制，以实现生产控制自动化过程。常见的平面移动控制机械手可分为串联跟并联两类。其中串联式机械手中，最常见的为关节支臂式机械手结构，即采用两节或三节支臂依次相接，然后在后支臂上安装电机带动前支臂实现一个方向自由度的运动控制，最前端支臂上安装可固定物品的执行件。这样多节支臂组合能够实现末端执行件在三维空间的运动控制。工作时，由执行件拾取固定住需移动的物件，然后靠电机控制各支臂运动，实现对物件的移动控制。
[0003]这种串联式机械手具有结构简单经典、控制稳定可靠、运动空间大和工作空间内部奇异（不能到达位置点）较少等优点。但是串联式机械手的开环运动链使得结构较为复杂，运动控制精度较低；而且串联式机械手每个关节处都需要安装驱动装置，所以其自重较大，运动的惯性也相对较大，不仅不利于控制，而且增加了能耗，提高了成本。故串联式机械手通常适用于需移动物品质量体积较大，移动空间范围较大以及移动位置精度要求较低的场合中使用。
[0004]对于主要在固定平面上平移，且被移动对象质量体积较小，移动位置精度要求较高的物品移动控制，更多是采用平面移动控制并联式机械手实现。并联机械手通常是采用并联的连杆机构构成多组运动支链，靠各组运动支链带动末端执行件实现平移控制，其采用的是闭环运动链，各组构件运动链是互相独立的，各运动链的误差会相互抵消。这样极大的提高了机构的运动精度，而且同时也增加机构的整体刚度和承载能力。另外由于并联机械手的结构特性，它的驱动装置可以安装在机架上，这样就可以减少构件由于驱动装置而增加的质量，减轻机构的运动链的自身重量，提高运动速度和减小运动惯性。
[0005]但是并联机械手的缺点也很明显，由于并联机械手有较多的运动支链，所以并联机械手的实际工作空间很小，并联机械手的所具有的奇异点情况也比较复杂，而且难以实现转动方向上自由度的控制，需移动物品能够被控制到达的方位角度范围比较有限。一般地说，在并联式机械手中，如果要实现物品在同一平面X轴和Y轴两个方向自由度的移动控制，通常需要至少两组运动支链，最少要五连杆相连才能实现控制。例如CN202011190090.7公开的二自由度球面运动并联机构。
[0006]如果需要实现物品在同一平面上X轴和Y轴以及自转三个方向上自由度的移动控制，通常需要三组并联的运动支链，最少要七连杆相连才能实现控制。例如CN201910868664.2公开的一种三自由度广义球面并联机构；CN201810973840.4公开的一种应用于力反馈设备的三自由度并联机构；CN201810974973.3公开的一种应用于遥操作主手的三自由度并联机构；以及CN201921321553.1公开的一种三自由度并联机器人装置，等等。
[0007]故对于本领域技术人员，在并联机械手控制物品平面运动的领域中，如何能够采用更少的运动支链和连杆实现物品更多自由度的控制，进而用更简便的方式更好地提高物体平面运动控制的灵活性，是一直的研究方向。

技术实现思路

[0008]针对上述现有技术的不足，本专利技术所要解决的技术问题是：怎样提供一种能够以更简单的方式更好地提高物品平面运动的可动作范围的利用机械手控制物品平面运动的方法。
[0009]为了解决上述技术问题，本专利技术采用了如下的技术方案：一种利用机械手控制物品平面运动的方法，本方法中通过一个执行件抓取固定物品，然后通过安装在基座上的两组主要由连杆构成的运动支链控制执行件实现平面运动，其特征在于，通过依附于运动支链的自转传动机构，在两组运动支链控制执行件平面运动的同时，带动执行件同步旋转运动。
[0010]这样，通过并联式机械手的两组运动支链控制带动执行件平面运动（具有沿X轴和Y轴方向的位移）的同时，依靠依附于运动支链的自转传动机构带动执行件同步转动，使得物品在被抓取平移的过程中，能够进一步调整方向，增加了一个沿Z轴自转的自由度控制。故极大地提高了物品平面移动控制方位范围。同时本方法结合了串并联机械手各自的优势，由于本方法主要基于两组串联式运动支链实现控制，故具有并联式机械手结构简单，运动精度较高，能耗低，成本低廉的优点。同时通过依附于运动支链的自转传动机构增加了能够控制物品转动的功能，故又具有串联式机械手控制灵活，可控制动作范围更大的优点。故能够使得串并联两种机械手方式优点共存且缺点互补。极大地扩展了机械手控制方式的种类。
[0011]进一步地，两组运动支链上各自依附设置有一组自转传动机构并带动执行件旋转。
[0012]这样，多出一组自转传动机构，能够很好地实现冗余驱动方式，可以改善机构在工作空间内的奇异性，在运动过程中可以更好地跨过改奇异位形，减少执行件奇异点，提高应用实用性。
[0013]进一步地，本方法由一种并联式机械手实现，所述并联式机械手，包括一个作为安装基础的基座和一个设置在末端并用于抓取物品的执行件，基座上并列地安装有两组主要由连杆构成的运动支链和执行件相连，其中，执行件垂直安装在一个执行连杆上，执行连杆两端分别和两组运动支链前端可转动连接，还包括至少一组依附于任一运动支链的自转传动机构，自转传动机构用于带动执行连杆做同步旋转运动。
[0014]这样，本机械手使用时，依靠并联安装的两组连杆式运动支链能够带动执行连杆沿平面内做X轴和Y轴的平动，实现执行连杆上执行件在平面上X轴和Y轴方向上的自由度控制；同时依靠自转传动机构可以进一步带动执行连杆做同步旋转运动，从而依靠串联传动的方式实现执行连杆上执行件在平面上沿Z轴自转的自由度控制。故本专利技术同时结合了串联式机械手和并联式机械手的优点并实现缺点互补，同时具有具有误差小，精度高以及被抓取物品移动空间角度范围大的特点。
[0015]进一步地，每组运动支链，包括一个原动杆和从动杆，原动杆一端垂直固定连接在
一个固定于基座的运动电机的输出轴上，原动杆另一端通过垂直方向设置的第一转动关节（即转轴）和从动杆一端可转动连接，从动杆另一端通过垂直方向设置的第二转动关节和执行连杆的一端可转动连接；两组运动支链的从动杆分别连接在执行连杆的两端；所述运动电机的输出轴、第一转动关节和第二转动关节均平行设置；所述自转传动机构一端安装在基座上，另一端和从动杆相连并能够带动从动杆绕第一转动关节旋转。
[0016]这样，两组运动支链和基座以及执行连杆一起，构成了闭式的单运动链，能够通过两个运动电机通过各自的运动支链实现对执行连杆在垂直于各关节的平面上X轴和Y轴方向上的移动自由度控制。同时该过程中，能够通过自转传动机构带动从动杆绕第一转动关节旋转，进而改变了从动杆和执行连杆之间的角度，使得执行连杆在原本沿X轴和Y轴平动的基础上增加了一个自转的运动，进而实现了X轴平动、Y轴平动和Z轴自转的三自由度运动控制。其中设置的执行连杆构件，使得能够通过执行连杆构件本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用机械手控制物品平面运动的方法，本方法中通过一个执行件抓取固定物品，然后通过安装在基座上的两组主要由连杆构成的运动支链控制执行件实现平面运动，其特征在于，通过依附于运动支链的自转传动机构，在两组运动支链控制执行件平面运动的同时，带动执行件同步旋转运动。2.如权利要求1所述的利用机械手控制物品平面运动的方法，其特征在于，两组运动支链上各自依附设置有一组自转传动机构并带动执行件旋转。3.如权利要求1所述的利用机械手控制物品平面运动的方法，其特征在于，本方法由一种并联式机械手实现，所述并联式机械手，包括一个作为安装基础的基座和一个设置在末端并用于抓取物品的执行件，基座上并列地安装有两组主要由连杆构成的运动支链和执行件相连，其中，执行件垂直安装在一个执行连杆上，执行连杆两端分别和两组运动支链前端可转动连接，还包括至少一组依附于任一运动支链的自转传动机构，自转传动机构用于带动执行连杆做同步旋转运动。4.如权利要求3所述的利用机械手控制物品平面运动的方法，其特征在于，每组运动支链，包括一个原动杆和从动杆，原动杆一端垂直固定连接在一个固定于基座的运动电机的输出轴上，原动杆另一端通过垂直方向设置的第一转动关节和从动杆一端可转动连接，从动杆另一端通过垂直方向设置的第二转动关节和执行连杆的一端可转动连接；两组运动支链的从动杆分别连接在执行连杆的两端；所述运动电机的输出轴、第一转动关节和第二转动关节均平行设置；所述自转传动机构一端安装在基座上，另一端和从动杆相连并能够带动从动杆绕第一转动关节旋转。5.如权利要求4所述的利用机械手控制物品平面运动的方法，其特征在于，所述自转传动机构包括一个安装在基座上的自转电机，自转电机和对应的运动电机同轴设置，自转电机通过带式传动机构和对应的第一转动关节处的从动杆端部相连并带动该从动杆绕第一转动关节旋转。6.如权利要求5所述的利用机械手控制物品平面运动的方法，其特征在于，所述带式传...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴小勇，武树林，王杰，
申请(专利权)人：重庆理工大学，
类型：发明
国别省市：