一种闭链结构五自由度步进电机驱动工业机械手的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及机械手技术领域，特别是一种闭链结构五自由度步进电机驱动工业机 械手。
【背景技术】
[0002] 工业机器手在制造业中发挥着重要作用，机器手比工人操作更为准确、快速，会使 产品成品率及生产效率大幅提高，目前对适用于中小企业自动化生产的通用机械手的需求 越来越大，随着机械手技术的广泛应用，具有独立控制器、动作灵活、适用于中小批量自动 化生产的通用机械手得到迅速发展，目前通用机械手大多数是为开链形式的串联结构关节 型直流电机驱动机械手，其主要特点为驱动电机全部都安装在机械手的各个关节上，通过 电机带动机械手各个关节的转动，实现机械手的各种动作。由于开链形式的串联结构关节 型直流电机驱动机械手的驱动电机都安装在关节的位置，这种结构方式存在以下问题：机 械手手臂需要承载电机的重量并需满足刚度要求，手臂截面尺寸需要做得较大，这样会增 大驱动电机的负载，增加手臂的运动惯量，导致机械手动态性能下降，同时驱动电机都安装 在关节位置造成机械手的结构复杂、模块化程度低。而具有成本低、结构简单、刚性好、精度 高、模块化程度高特点的通用机械手在中小批量自动化生产的作用越来越重要。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的在于：针对现有机械手成本高、结构复杂、模块化程度低的不足，提 出一种闭链结构五自由度步进电机驱动工业机械手，可实现共设有回转、大臂俯仰、小臂俯 仰、手腕弯转，手腕回转五个自由度的运动，具有成本低、结构简单、刚性好、精度高、模块化 程度高的特点，可用于现代制造业中的中小批量自动化生产。
[0004] 本发明提供的技术方案是：一种闭链结构五自由度步进电机驱动工业机械手，由 底座、廻转台、大臂、大臂步进推杆、小臂、小臂步进推杆、腕部摆杆、腕部步进推杆、手爪组 成，大臂安装在回转台上，大臂步进推杆通过铰链与大臂及回转台相连接，小臂步进推杆通 过铰链与大臂及小臂相连接，腕部步进推杆通过铰链与腕部摆杆及小臂相连，手爪安装在 腕部摆杆上。
[0005] 本发明突出优点在于：采用步进推杆与手臂组成三角形的闭链结构，与现有开链 结构的机械手相比，提升了机械手臂刚性，减少了机械手臂质量，提高了精度，使得机械手 具有了成本低、结构简单、刚性好、精度高、模块化程度高、可实现任意轨迹控制的特点。
【附图说明】
[0006] 图1为本发明所述一种闭链结构五自由度步进电机驱动工业机械手示意图。
[0007] 图2闭链结构机械手手臂末端受载后的变形位移图
[0008] 图3闭链结构机械手测量精度分析图
【具体实施方式】
[0009] 以下通过附图对本发明的技术方案作进一步说明。
[0010] -种闭链结构五自由度步进步进电机驱动工业机械手，由1底座、2廻转台、3大 臂、4大臂步进推杆、5小臂、6小臂步进推杆、7腕部摆杆、8腕部步进推杆、9手爪组成，大臂 安装在回转台上，大臂步进推杆通过铰链与大臂及回转台相连接，小臂步进推杆通过铰链 与大臂及小臂相连接，腕部步进推杆通过铰链与腕部摆杆及小臂相连，手爪安装在腕部摆 杆上。
[0011] 在工作中，机械手由于手臂、电机与夹持重物的质量会对手臂产生静载与动载作 用，手臂会发生变形，如图2所示，显然闭链结构机械手的悬臂长度Ll小于开链结构机械手 的悬臂长度L1+L2,故闭链结构机械手手臂末端产生的变形位移小于开链结构机械手手臂 产生的位移，闭链结构机械手手臂比开链结构机械手手臂刚度有一定程度的提高，由于手 臂刚性得到提高，因此可以减小手臂截面尺寸，进而可减少手臂运动惯量，提高机械手动 态性能。
[0012] 开链结构机械手是通过测量控制机械手臂关节处电机的转动角度Θ 1来控制手 臂末端的移动位置，手臂转动角度Θ1若采用普通精度光电编码器来测量则测量精度不 高，若采用高精度光电编码器来测量则会导致成本提高、可靠性下降。闭链结构机械手通过 测量机械手臂步进推杆的位移量Ll来控制手臂转动角度Θ 1，进而控制手臂末端的移动位 置，具有缩小机械手臂末端位置测控误差的作用，如图3所示，设L1、Θ 1对应的变化量分别 为LI'、Θ 1'，则L1、Θ 1与LI'、Θ 1'之间的对应关系为：
【主权项】
1. 一种闭链结构五自由度步进电机驱动工业机械手，由底座、廻转台、大臂、大臂步进 电机推杆、小臂、小臂步进电机推杆、腕部摆杆、腕部步进电机推杆、手爪组成，大臂安装在 回转台上，大臂步进电机推杆通过铰链与大臂及回转台相连接，小臂步进电机推杆通过铰 链与大臂及小臂相连接，腕部步进电机推杆通过铰链与腕部摆杆及小臂相连，手爪安装在 腕部摆杆上。
【专利摘要】本发明涉及机械手技术领域，特别是一种闭链结构五自由度步进电机驱动工业机械手，由底座、廻转台、大臂、大臂步进电机推杆、小臂、小臂步进电机推杆、腕部摆杆、腕部步进电机推杆、手爪组成，大臂安装在回转台上，大臂步进电机推杆通过铰链与大臂及回转台相连接，小臂步进电机推杆通过铰链与大臂及小臂相连接，腕部步进电机推杆通过铰链与腕部摆杆及小臂相连，手爪安装在腕部摆杆上；本发明采用步进电机推杆与手臂组成三角形的闭链结构，与现有开链结构的机械手相比，提升了机械手臂刚性，减少了机械手臂质量，提高了精度，使得机械手具有了成本低、结构简单、刚性好、精度高、模块化程度高的特点。
【IPC分类】B25J9-00
【公开号】CN104875181
【申请号】CN201510010445
【发明人】张铁异, 方宇, 周晓蓉, 张琦, 陶思源, 雷发兵, 肖雨凤
【申请人】广西大学
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2015年1月9日