一种六自由度运料机器人的制作方法

本实用新型属于机器人技术领域，具体涉及一种六自由度运料机器人。

背景技术：

机械手是一种能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。特点是可以通过编程来完成各种预期的作业，构造和性能上兼有人和机械手机器各自的优点。机械手是最早出现的工业机器人，也是最早出现的现代机器人，它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。

在现今的生活上，科技日新月益的进展之下，机械人手臂与有人类的手臂最大区别就在于灵活度与耐力度。也就是机械手的最大优势可以重复的做同一动作在机械正常情况下永远也不会觉得累。机械手臂的应用也将会越来越广泛，机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动生产设备，作业的准确性和环境中完成作业的能力。

机械手主要由执行机构、驱动机构和控制系统三大部分组成。手部是用来抓持工件(或工具)的部件，根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式，如夹持型、托持型和吸附型等。运动机构，使手部完成各种转动(摆动)、移动或复合运动来实现规定的动作，改变被抓持物件的位置和姿势。运动机构的升降、伸缩、旋转等独立运动方式，称为机械手的自由度。为了抓取空间中任意位置和方位的物体，需有6个自由度。自由度是机械手设计的关键参数，自由度越多，机械手的灵活性越大，通用性越广，其结构也越复杂。一般专用机械手有2～3个自由度。控制系统是通过对机械手每个自由度的电机的控制，来完成特定动作。同时接收传感器反馈的信息，形成稳定的闭环控制。控制系统的核心通常是由单片机或dsp等微控制芯片构成，通过对其编程实现所要功能。

现有的机械手在夹持不规则的金属物品时，由于形状不规则，在夹持时，夹爪容易将物品夹坏，为了解决该问题，一般将夹爪的夹持部设计为弧形或者其他与不规则物品贴合的形状，这样能够增大夹爪与不规则物品接触的面积，从而避免将物品夹坏。但是，在夹持时，并不能保证每次夹爪都夹持在物品上的同一位置，一旦发生偏差，就不能保证夹持部与物品较好地贴合，容易将物品夹坏。

为了解决上述问题，专利号为201711294738.3的一种工业机器人夹持部件，包括夹持梁、固定爪、移动爪和连接杆，所述夹持梁一端连接固定爪，所述夹持梁一端连接移动爪，所述移动爪上设置多个通孔，所述通孔内设置连杆，所述连杆连接浮动块和限定块，所述浮动块的一侧连接防滑块，所述连杆连接弹簧，所述移动爪上设置滑动块，所述滑动块上设置螺纹孔和光滑孔，所述夹持梁内设置滑动槽，所述夹持梁的一侧设置自锁电机，所述自锁电机与螺杆连接，所述螺杆与滑动块连接，所述螺杆的一端设置滚动轴，所述滚动轴与轴承连接，所述滑动槽内设置滑竿，所述滑竿与滑动块连接，所述夹持梁与连接杆连接，所述连接杆与万向轴连接，所述万向轴与机械臂连接，所述自锁电机与连接线路连接，所述连接线路外侧设置保护套。

上述实用新型在固定爪和移动爪上设置多个均匀分布的浮动块，浮动块通过弹簧提供弹力，浮动块上连接防滑块，可提高与不规则物品的摩擦力，增加夹持的稳定性，浮动块与连杆连接，连杆与限定块连接，对浮动块进行限定，防止浮动块的脱离，在夹持不规则物品时，浮动块可根据不规则物品表面变化进行自调节，以适应不规则的表面，对物品进行稳定的夹持。

上述实用新型虽然能够对不规则的物品进行夹持，但是由于夹持不规则的物品时，每根弹簧的伸缩量不同，导致每根弹簧的弹力不同，从而导致不规则物品上各个夹持点的夹持力不同，同样也容易将不规则的物品夹坏。

技术实现要素：

本实用新型目的是：旨在提供一种六自由度运料机器人，在夹持不规则的金属物品时，夹爪与金属物品贴合较好，受力均匀，从而避免将不规则的金属物品夹坏。

为实现上述技术目的，本实用新型采用的技术方案如下：

一种六自由度运料机器人，包括本体结构和机械手，所述机械手又包括壳体，所述壳体上安装有第五伺服电机，所述壳体内安装有传动机构，所述第五伺服电机与传动机构连接，所述传动机构连接有两个结构相同且对称设置的绝缘的夹爪，其中每个夹爪的前端开设有凹槽，所述凹槽的底部连接有导电块，所述导电块与电源负极连接，所述导电块上连接导电凸块，所述导电块侧壁上连接有导电环，所述导电环与导电块之间设置有绝缘层，所述凹槽内滑动连接有金属夹块，所述金属夹块与导电块之间连接有绝缘弹簧，所述导电凸块位于绝缘弹簧中部，所述金属夹块上连接有导电杆，所述导电杆又包括导电杆前段、导电杆中段和导电杆后段，所述导电杆前段和导电杆后段为绝缘体，所述导电杆插入导电环中，所述夹爪前端连接有环形液囊，所述环形液囊内装有介电微粒与绝缘液体的混合液，所述环形液囊内设置有电极板，所述电极板与电源正极连接，所述金属夹块位于环形液囊中部，所述环形液囊通过第一液管连接有正反转水泵，所述正反转水泵的电源两极分别与导电杆中段和导电环连接，所述正反转水泵用于向环形液囊内注入介电微粒与绝缘液体的混合液。

工作时，动力机构带动第一连接盘转动，第二伺服电机带动第二连接盘转动，第三伺服电机带动第三连接盘转动，从而实现对第一关节臂、第二关节臂和第四连接盘位置的控制，第四伺服电机带动第一转轴转动，从而对机械手进行角度的控制，第五伺服电机通过传动机构控制两个夹爪的闭合和张开，从而控制机械手夹持不规则的金属物品；在两个夹爪闭合时，首先两个金属夹块夹在金属物品两侧，随着两个夹爪越夹越紧，金属夹块向凹槽底部滑动，绝缘弹簧被压缩，导电杆在导电环内滑动，当导电杆后段与导电环接触时，正反转水泵不通电，直到导电杆中段与导电环接触时，正反转水泵通电工作，向环形液囊内注入介电微粒与绝缘液体的混合液，直到导电杆前段与导电环接触时，正反转水泵断电停止工作，两个夹爪继续夹紧，直到金属夹块与导电凸块接触，导电块将负电荷通过导电凸块传递给金属物品，使金属物品带负电荷，由于电极板带有正电荷，所以在电极板与金属物品之间形成电场，介电微粒与绝缘液体的混合液在电场的作用下变成固态，使环形液囊与金属物品的表面充分接触，避免将不规则的金属物品夹坏。夹持结束后，断开电极板和导电块的电源，电场消失，介电微粒与绝缘液体的混合液由固态变成液态，两个夹爪逐渐张开，金属夹块在绝缘弹簧的作用下复位，金属物品被放下，机器人进入下一个工作循环。

进一步限定，所述金属夹块与导电块之间的距离为d，则导电凸块的长度为0.2d，导电杆前段的长度为0.3d，导电杆中段的长度为0.4d，导电杆后段的长度为0.3d。当正反转水泵向环形液囊内注入介电微粒与绝缘液体的混合液结束后，金属夹块与导电块之间的距离为0.1d，从而在注入液体与施加电场的步骤之间留有适量的时间间隔，保证机器人正常工作。

进一步限定，在两个所述的环形液囊之间连接有第二液管，所述第二液管左右两端从两个夹爪的内部穿过，所述第二液管中部位于两个夹爪外部，所述第二液管位于两个夹爪外部的部分为螺旋伸缩结构。当两个环形液囊注入混合液后，两个环形液囊通过第二液管连接，能够保证两个环形液囊内的压力基本相等，从而使金属物品两侧受到的夹持力基本相等，受力均衡，避免该物品被夹坏；另外当两个夹爪张开或者闭合时，螺旋伸缩结构能够保证第二液管不会被拉断。

进一步限定，所述金属夹块与凹槽的接触面填充有润滑油。当金属夹块在凹槽内滑动时，润滑油能够减小摩擦力，从而减小零部件的磨损。

进一步限定，所述本体结构又包括底座，所述底座上安装有第一连接盘，所述底座通过第一连接盘转动连接有第一关节臂，所述底座内安装有动力机构，所述动力机构与第一连接盘连接，所述第一关节臂上安装有第二连接盘，所述第二连接盘上连接有第二伺服电机，所述第一关节臂通过第二连接盘转动连接有第二关节臂，所述第二关节臂上安装有第三连接盘，所述第三连接盘上连接有第三伺服电机，所述第二关节臂通过第三连接盘转动连接有第四连接盘，所述第四连接盘上连接有第四伺服电机，所述第四伺服电机的输出轴上连接有第一齿轮，所述第四连接盘上连接有筒体，所述筒体内转动连接有第一转轴，所述第一转轴的后端连接有与第一齿轮啮合的第二齿轮，所述第一转轴的前端连接有转动节，所述转动节内安装有转动机构，所述机械手通过转动机构与转动节转动连接。

进一步限定，所述传动机构包括连接在第五伺服电机输出轴上的第三齿轮，所述第三齿轮啮合有第四齿轮，所述两个夹爪后端分别连接有第五齿轮和第六齿轮，所述第五齿轮与第六齿轮啮合，所述第六齿轮与第四齿轮啮合，所述第四齿轮、第五齿轮和第六齿轮均转动连接在壳体内部。第五伺服电机带动第三齿轮转动，第三齿轮将动力传递给第四齿轮、第六齿轮和第五齿轮，从而控制两个夹爪的夹紧与张开，达到夹持物品的目的。

进一步限定，所述转动机构包括连接在第一转轴上的第一锥齿轮，所述转动节内连接有第二转轴，所述第二转轴上连接有与第一锥齿轮啮合的第二锥齿轮，所述壳体连接在第二转轴上。第一转轴带动第一锥齿轮转动，第一锥齿轮再将动力传递给第二锥齿轮和第二转轴，从而带动壳体转动，到达控制机械手的转动角度的目的。

进一步限定，所述第一转轴上还连接有第七齿轮和第八齿轮，所述第二齿轮、第七齿轮和第八齿轮的分度圆直径依次增大，所述第四连接盘上还连接有第六伺服电机和第七伺服电机，所述第六伺服电机的输出轴上连接有与第七齿轮啮合的第九齿轮，所述第七伺服电机的输出轴上连接有与第八齿轮啮合的第十齿轮，所述第一齿轮、第九齿轮与第十齿轮结构相同。通过不同的齿轮副传动，实现不同的传动比，可以根据第一转轴转速的情况，选择启动不同的伺服电机，达到快速并且精确地控制机械手的转动角度的目的。

进一步限定，所述动力机构包括第八伺服电机，所述第八伺服电机安装在底座的侧壁上，所述第八伺服电机的输出轴连接有蜗杆，所述蜗杆连接有涡轮，所述涡轮连接在第三转轴上，所述第三转轴转动连接在底座内，所述第三转轴上端与第一连接盘连接。通过第八伺服电机及蜗轮蜗杆结构，能够较为精确地控制整个运料机器人的转动角度。

进一步限定，所述第二关节臂上开设有通孔。这样能够减小第二关节臂的重量，节省材料，方便控制。

本实用新型与现有技术相比，主要有以下优点：

1、在夹块内侧设置环形液囊，能够增大夹爪与不规则的金属物品之间的接触面积，防止夹爪将物品夹坏；

2、将两个环形液囊连通，能够保证两个环形液囊内的液压基本相等，使被夹持的不规则金属物品各个夹持部位的受力均衡，防止局部过大的压力将物品夹坏；

3、采用三个伺服电机通过不同传动比的齿轮副，使得对机械手的转动角度的控制更加快速和精确。

附图说明

本实用新型可以通过附图给出的非限定性实施例进一步说明；

图1为本实用新型实施例的结构示意图一；

图2为本实用新型实施例的结构示意图二；

图3为本实用新型实施例的主视结构示意图；

图4为本实用新型实施例的俯视结构示意图；

图5为本实用新型实施例中机械手的内部结构示意图；

图6为本实用新型实施例中机械手内部的部分结构示意图；

图7为图6中A处的局部放大结构示意图；

图8为图7中B处的局部放大结构示意图；

图9为本实用新型中导电杆的工作原理示意图；

图10为本实用新型实施例中第四连接盘的内部结构示意图；

图11为本实用新型实施例中转动机构的结构示意图；

图12为本实用新型实施例中动力机构的结构示意图；

主要元件符号说明如下：

底座11、第一连接盘12、第一关节臂13、第二连接盘14、第二伺服电机15、第二关节臂16、正反转水泵17、第三连接盘18、第三伺服电机19、机械手2、壳体21、第五伺服电机22、夹爪23、凹槽231、导电块232、导电凸块233、导电环234、绝缘弹簧235、金属夹块24、导电杆241、导电杆前段241a、导电杆中段241b、导电杆后段241c、环形液囊242、电极板243、第一液管26、第二液管27、螺旋伸缩结构271、第四连接盘3、第四伺服电机31、第一齿轮32、筒体33、第二齿轮34、转动节35、第七齿轮36、第八齿轮37、第六伺服电机38、第七伺服电机39、第九齿轮310、第十齿轮311、第三齿轮41、第四齿轮42、第五齿轮43、第六齿轮44、第一锥齿轮51、第二转轴52、第二锥齿轮53、第八伺服电机61、蜗杆62、涡轮63、第三转轴64。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员可以更好地理解本实用新型，下面结合附图和实施例对本实用新型技术方案进一步说明。

如图1到图4所示，本实用新型的一种六自由度运料机器人，包括本体结构和机械手2，机械手2用于夹持不规则的金属物品，机械手2可以为两爪结构、三爪结构或者其他不同数量夹爪的结构，本实施例中以两爪结构为例；本体结构拥有六个自由度，用于控制机械手2到达不同的位置，达到运送物品的目的。

其中本体结构又包括底座11，底座11内安装有动力机构，动力机构用于为整个机器人在水平面内旋转提供动力。如图12所示，动力机构又包括第八伺服电机61，第八伺服电机61安装在底座11的侧壁上，第八伺服电机61的输出轴连接有蜗杆62，蜗杆62连接有涡轮63，涡轮63连接在第三转轴64上，第三转轴64转动连接在底座11内，第三转轴64上端与第一连接盘12连接。

工作时，第八伺服电机61通过蜗杆62和涡轮63带动第三转轴64和第一连接盘12转动。

底座11通过第一连接盘12转动连接有第一关节臂13，第一关节臂13上安装有第二连接盘14，第二连接盘14上连接有第二伺服电机15，第一关节臂13通过第二连接盘14转动连接有第二关节臂16，为了能够减小第二关节臂16的重量，节省材料，第二关节臂16上开设有通孔，第二关节臂16上安装有第三连接盘18，第三连接盘18上连接有第三伺服电机19。

上述实施例中的第一连接盘12、第一关节臂13、第二连接盘14、第二伺服电机15、第二关节臂16、第三连接盘18、第三伺服电机19的具体结构以及它们之间的连接关系，均与现有技术中的六自由度机器人的相应结构相同，此处不再赘述。

第二关节臂16通过第三连接盘18转动连接有第四连接盘3，第四连接盘3上连接有第四伺服电机31，第四伺服电机31的输出轴上连接有第一齿轮32，第四连接盘3上连接有筒体33，筒体33内转动连接有第一转轴，第一转轴的后端连接有与第一齿轮32啮合的第二齿轮34。

工作时，第四伺服电机31通过第一齿轮32和第二齿轮34控制第一转轴的转动，在上述实施例中，为了能够更加快速和精确地控制第一转轴的转速，如图10所示，在第一转轴上还连接有第七齿轮36和第八齿轮37，第二齿轮34、第七齿轮36和第八齿轮37的分度圆直径依次增大，第四连接盘3上还连接有第六伺服电机38和第七伺服电机39，第六伺服电机38的输出轴上连接有与第七齿轮36啮合的第九齿轮310，第七伺服电机39的输出轴上连接有与第八齿轮37啮合的第十齿轮311，第一齿轮32、第九齿轮310与第十齿轮311结构相同，这样三个齿轮副的传动比依次减小。

当机械手2偏离被夹持物品的角度较大时，启动第四伺服电机31，第四伺服电机31通过第一齿轮32和第二齿轮34控制第一转轴快速转动，以节省时间，提高工作效率；当机械手2运动到偏离被夹持物品的角度适中时，启动第六伺服电机38，第六伺服电机38通过第九齿轮310和第七齿轮36控制第一转轴较快速地转动，降低转速；当机械手2运动到偏离被夹持物品的角度较小时，启动第七伺服电机39，第七伺服电机39通过第十齿轮311和第八齿轮37控制第一转轴较快速地转动，进一步减低转速，提高转动精度。通过上述结构，在控制机械手2的转动时，可以根据机械手2偏离被夹持物品的角度大小而启动不同的伺服电机，以达到快速准确地控制机械手2转动的目的。

第一转轴的前端连接有转动节35，转动节35内安装有转动机构，如图11所示，转动机构包括连接在第一转轴上的第一锥齿轮51，转动节35内连接有第二转轴52，第二转轴52上连接有与第一锥齿轮51啮合的第二锥齿轮53，壳体21连接在第二转轴52上。

工作时，第一转轴带动第一锥齿轮51转动，第一锥齿轮51再将动力传递给第二锥齿轮53和第二转轴52，从而带动壳体21转动，到达控制机械手2的转动角度的目的。

如图5到图8所示，机械手2又包括壳体21，壳体21上安装有第五伺服电机22，壳体21内安装有传动机构，如图5所示，传动机构包括连接在第五伺服电机22输出轴上的第三齿轮41，第三齿轮41啮合有第四齿轮42，两个夹爪23后端分别连接有第五齿轮43和第六齿轮44，第五齿轮43与第六齿轮44啮合，第六齿轮44与第四齿轮42啮合，第四齿轮42、第五齿轮43和第六齿轮44均转动连接在壳体21内部。

工作时，第五伺服电机22带动第三齿轮41转动，第三齿轮41将动力传递给第四齿轮42、第六齿轮44和第五齿轮43，从而控制两个夹爪23的夹紧与张开，达到夹持物品的目的。

传动机构连接有两个结构相同且对称设置的绝缘的夹爪23，其中每个夹爪23的前端开设有凹槽231，凹槽231的底部连接有导电块232，导电块232与电源负极连接，导电块232上连接导电凸块233，导电块232与导电凸块233一体成型，导电块232侧壁上连接有导电环234，导电环234与导电块232之间设置有绝缘层，凹槽231内滑动连接有金属夹块24，金属夹块24与凹槽231的接触面填充有润滑油，当金属夹块24在凹槽231内滑动时，润滑油能够减小摩擦力，从而减小零部件的磨损。

金属夹块24与导电块232之间连接有绝缘弹簧235，导电凸块233位于绝缘弹簧235中部，金属夹块24上连接有导电杆241，导电杆241又包括导电杆前段241a、导电杆中段241b和导电杆后段241c，导电杆前段241a和导电杆后段241c为绝缘体，导电杆中段241b为导电体，导电杆241插入导电环234中，为了在注入液体与施加电场的步骤之间留有适量的时间间隔，如图9所示，假设金属夹块24与导电块232之间的距离为d，优选导电凸块233的长度为0.2d，导电杆前段241a的长度为0.3d，导电杆中段241b的长度为0.4d，导电杆后段241c的长度为0.3d。当正反转水泵17向环形液囊242内注入介电微粒与绝缘液体的混合液结束后，金属夹块24与导电块232之间的距离为0.1d，从而在注入液体与施加电场的步骤之间留有适量的时间间隔，保证机器人正常工作。

夹爪23前端连接有环形液囊242，在两个的环形液囊242之间连接有第二液管27，第二液管27左右两端从两个夹爪23的内部穿过，第二液管27中部位于两个夹爪23外部，第二液管27位于两个夹爪23外部的部分为螺旋伸缩结构271。当两个环形液囊242注入混合液后，两个环形液囊242通过第二液管27连接，能够保证两个环形液囊242内的压力基本相等，从而使金属物品两侧受到的夹持力基本相等，受力均衡，避免该物品被夹坏；另外当两个夹爪23张开或者闭合时，螺旋伸缩结构271能够保证第二液管27不会被拉断。

环形液囊242内装有介电微粒与绝缘液体的混合液，环形液囊242内设置有电极板243，电极板243与电源正极连接，金属夹块24位于环形液囊242中部，环形液囊242通过第一液管26连接有正反转水泵17，正反转水泵17的电源两极分别与导电杆中段241b和导电环234连接，第一液管26从正反转水泵17开始沿着第二关节臂16、筒体33和夹爪23的侧壁布置，最终穿过金属夹块24后与环形液囊242连接，正反转水泵17的进液管与机器人外部的储液池连接(图中未画出)，此布置方式为本领域的常规技术手段，此处不再赘述。

工作时，第五伺服电机22通过传动机构控制两个夹爪23的闭合和张开，从而控制机械手2夹持不规则的金属物品；在两个夹爪23闭合时，首先两个金属夹块24夹在金属物品两侧，随着两个夹爪23越夹越紧，金属夹块24向凹槽231底部滑动，绝缘弹簧235被压缩，导电杆241在导电环234内滑动，当导电杆后段241c与导电环234接触时，正反转水泵17不通电，直到导电杆中段241b与导电环234接触时，正反转水泵17通电工作，向环形液囊242内注入介电微粒与绝缘液体的混合液，直到导电杆前段241a与导电环234接触时，正反转水泵17断电停止工作，两个夹爪23继续夹紧，直到金属夹块24与导电凸块233接触，第五伺服电机22停止工作，导电块232将负电荷通过导电凸块233传递给金属物品，使金属物品带负电荷，由于电极板243带有正电荷，所以在电极板243与金属物品之间形成电场，介电微粒与绝缘液体的混合液在电场的作用下变成固态(介电微粒可以是二氧化钛复合材料，绝缘液体可以是甲基硅油，在外电场作用下，混合液中的固体颗粒获得感应极矩，首先在两极板间排成链，随电场进一步增强，链之间相互作用而聚集成柱，从而由液相进入固相)，使环形液囊242与金属物品的表面充分接触，避免将不规则的金属物品夹坏。

夹持结束后，断开电极板243和导电块232的电源，电场消失，介电微粒与绝缘液体的混合液由固态变成液态，第五伺服电机22通过传动机构带动两个夹爪23张开，金属夹块24在绝缘弹簧235的作用下复位，金属物品被放下，机器人进入下一个工作循环。在两个夹爪23张开时，正反转水泵17也可以进行反转，使环形液囊242内的混合液减少，从而更加利于金属物品从两个夹爪23中脱离。

以上对本实用新型提供的一种六自由度运料机器人进行了详细介绍。具体实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。