机械手的制作方法

1.本技术涉及自动化技术领域，具体涉及一种机械手。


背景技术：

2.机械手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。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。现有的水下多自由度机械手有两种驱动方式：电动式和液压式。
3.电动式机械手主要通过电机驱动机构关节实现相应的动作。其传动部件均为结构件，当需要输出较大力量时，电机和传动部件体积增大，造成机械手尺寸和重量大。此外，电动式机械手采用电源供电，当输出力量大时，对电源要求较高。
4.液压式机械手采用液压传动代替机械传动，输出力量大，结构紧凑，重量轻。目前的液压机械手均采用流量调节阀控制液压执行机构的输入液体流量，从而控制每个关节的输出力量，这存在节流损失和控制难度大的问题。
5.于是，本发明人认为上述缺陷可改善，通过合理运用科学原理进行潜心研究，终于提出一种设计合理且有效改善上述缺陷的本发明。


技术实现要素：

6.本技术旨在提供一种机械手，解决机械手能源效率低、控制性能差的问题。
7.根据本技术的一方面，提出一种机械手，包括：基座、大臂、第一小臂、第二小臂、腕部、钳部，其中，所述基座与所述大臂之间设置有旋转肩关节和俯仰肩关节，所述大臂相对于所述基座进行旋转及俯仰运动，所述大臂和所述第二小臂之间设置有俯仰肘关节，所述第二小臂相对于所述大臂进行俯仰运动，所述第一小臂和所述第二小臂之间设置有旋转肘关节，所述第一小臂相对于所述第二小臂进行旋转运动，所述第一小臂和所述腕部之间设置有俯仰腕关节，所述腕部相对于所述第一小臂进行俯仰运动，所述腕部和所述钳部之间设置有旋转腕关节，所述钳部相对于所述腕部进行旋转，所述钳部内设置有钳关节，用于抓取目标物；所述旋转肩关节、所述俯仰肩关节、所述俯仰肘关节、所述旋转肘关节、所述俯仰腕关节、所述旋转腕关节和所述钳关节均设置有电动系统和液压系统。
8.根据一些实施例，所述旋转肩关节、所述俯仰肩关节、所述俯仰肘关节、所述旋转肘关节、所述俯仰腕关节、所述旋转腕关节和所述钳关节均安装有角度传感器。
9.根据一些实施例，所述旋转肩关节、所述俯仰肩关节、所述俯仰肘关节、所述旋转肘关节、所述俯仰腕关节、所述旋转腕关节和所述钳关节均安装有力传感器。
10.根据一些实施例，机械手还包括电磁换向阀，用于控制液压系统的运动方向。
11.根据一些实施例，所述电动系统包括电机，用于提供液压系统的动力。
12.根据一些实施例，所述电动系统包括电机驱动板，连接于所述电机。
13.根据一些实施例，所述液压系统包括液压泵，连接于所述电机。
14.根据一些实施例，所述液压系统包括液压缸，连接于所述电磁换向阀。
15.根据一些实施例，所述液压系统包括液压马达，连接于所述电磁换向阀。
16.根据一些实施例，所述钳部设置有防滑垫。
17.基于上述的机械手，采用电动系统和液压系统混合控制的多自由度机械手。利用液压传动技术，解决相同大小电驱机械手比液压机械手力量小的问题，同时通过调节电动系统的扭矩和转速控制液压系统的输出压力，解决液压机械手能源效率低，控制特性差的问题。
18.为能更进一步了解本技术的特征及技术内容，请参阅以下有关本技术的详细说明与附图，但是此说明和附图仅用来说明本技术，而非对本技术的保护范围作任何的限制。
附图说明
19.下面结合附图详细说明本公开的实施方式。这里，构成本公开一部分的附图用来提供对本公开的进一步理解。本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。附图中：
20.图1示出根据本技术示例实施例的机械手的结构示意图。
21.图2示出根据本技术示例实施例的机械手的结构示意图。
22.图3示出根据本技术示例实施例的机械手的工作原理结构示意图。
具体实施方式
23.现在将参考附图更全面地描述示例实施例。然而，示例实施例能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施例；相反，提供这些实施例使得本技术将全面和完整，并将示例实施例的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。
24.所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本公开的实施例的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本公开的技术方案而没有这些特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方式、组元、材料、装置或等。在这些情况下，将不详细示出或描述公知结构、方法、装置、实现、材料或者操作。
25.附图中所示的流程图仅是示例性说明，不是必须包括所有的内容和操作/步骤，也不是必须按所描述的顺序执行。例如，有的操作/步骤还可以分解，而有的操作/步骤可以合并或部分合并，因此实际执行的顺序有可能根据实际情况改变。
26.本技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。
27.目前，一种机械手为液压式机械手，其动作的直接动力源是靠液体压力产生并控制的。比如，通过液压泵一一液压控制阀一一液压缸一一驱动机械动作。这样一个驱动过程来完成的。气动式机械手，就是机械手动作的直接动力源是靠气体压力产生并控制的。比
如，通过空气压缩机一一气动控制阀一一气动气缸一一驱动机械动作。液压式机械手，就是机械手动作的直接动力源是靠液体压力产生并控制的。比如，通过液压泵一一液压控制阀一一液压缸一一驱动机械动作。这样一个驱动过程来完成的。
28.液压传动之所以能得到广泛的应用，是由于它具有以下的主要特点：由于液压传动是油管连接，所以借助油管的连接可以方便灵活地布置传动机构，这是比机械传动优越的地方。例如，在井下抽取石油的泵可采用液压传动来驱动，以克服长驱动轴效率低的缺点。
29.另一种机械手为电动式机械手，电动式机械手具有精确度高，节省能源，精密控制，改善环保水平，降低噪音，节约成本的优点。同时具有机械特性硬度小，稳定性差，传递功率小，只适用于调速方式要求不高场合的缺点。
30.本技术提出一种水下电动式和液压式混合的多自由度的机械手。同时具备了以上所述的电动式机械手的优点和液压机械手的优点。
31.于是，本技术人认为上述发明可改善，通过合理运用科学原理进行潜心研究，终于提出一项设计合理且有效改善的发明。
32.下面将参照附图，对根据本技术实施例的一种机械手进行详细说明。
33.图1示出根据本技术示例实施例的机械手的结构示意图。图2示出根据本技术示例实施例的机械手的结构示意图。
34.如图1-2所示，根据本技术示例实施例，本公开一种机械手，包括基座16、大臂15、第二小臂14、第一小臂13、腕部12、钳部11。
35.基座16与大臂15之间设置有旋转肩关节27和俯仰肩关节26，用于大臂15相对于基座16进行旋转及俯仰运动，大臂15和第二小臂14之间设置有俯仰肘关节25，用于第二小臂14相对于大臂15进行俯仰运动，第二小臂14和第一小臂13之间设置有旋转肘关节24，用于第一小臂13相对于第二小臂14进行旋转运动，第一小臂13和腕部12之间设置有俯仰腕关节23，用于腕部12相对于第一小臂13进行俯仰运动，腕部12和钳部11之间设置有旋转腕关节22，用于钳部11相对于腕部12进行旋转，钳部11内设置有钳关节21，用于钳部11抓取目标物。
36.其中，旋转肩关节27、俯仰肩关节26、俯仰肘关节25、旋转肘关节24、俯仰腕关节23、旋转腕关节22和钳关节21均设置有电动系统和液压系统。
37.机械手钳关节21，旋转腕关节22，俯仰腕关节23，旋转肘关节24，俯仰肘关节25，俯仰肩关节26和旋转肩关节27均安装有角度传感器和力传感器。用于采集各关节的旋转角度和受力情况。
38.图3示出根据本技术示例实施例的机械手的工作原理结构示意图。
39.如图3所示，机械手的液压系统包括，钳关节21液压系统，旋转腕关节22液压系统，俯仰腕关节23液压系统，旋转肘关节24液压系统，俯仰肘关节25液压系统，俯仰肩关节26液压系统，旋转肩关节27液压系统。
40.钳关节21液压系统包括油缸71，钳关节电机61，钳关节液压泵51，钳关节电磁换向阀41，钳关节液压缸31，以及钳关节液压缸31的进油管和出油管，钳关节电机61内设有钳关节电机驱动板。钳关节21内安装的角度传感器和液压回路中的电磁换向阀与钳关节21的电机驱动板连接，角度传感器的值作为电机驱动板的位置反馈信号输入到电机驱动板。电机
驱动版通过内部算法，将计算的转速和力矩值输入给液压泵，电机驱动板自动切换电磁换向阀，实现液压管路的切换，将液体以一定的流量和速度输入到液压缸或液压马达的密封容积内，实现液压缸的往复运动或液压马达的旋转运动。钳部11设置有防滑垫。
41.旋转腕关节22液压系统包括油缸71，腕关节旋转电机62，腕关节旋转液压泵52，腕关节旋转电磁换向阀42，腕关节旋转液压马达32，以及液压马达进油管和出油管，腕关节旋转电机62内设有腕关节电机驱动板。旋转腕关节22内安装的角度传感器和液压回路中的电磁换向阀与电机驱动板连接，角度传感器的值作为电机驱动板的位置反馈信号输入到电机驱动板。电机驱动版通过内部算法，将计算的转速和力矩值输入给液压泵，电机驱动板自动切换电磁换向阀，实现液压管路的切换，将液体以一定的流量和速度输入到液压缸或液压马达的密封容积内，实现液压缸的往复运动或液压马达的旋转运动。
42.俯仰腕关节23液压系统包括油缸71，腕关节俯仰电机63，腕关节俯仰液压泵53，腕关节俯仰电磁换向阀43，腕关节俯仰液压缸33，以及液压缸进油管和出油管，腕关节俯仰电机63内设有腕关节俯仰电机驱动板。俯仰腕关节23内安装的角度传感器和液压回路中的电磁换向阀与电机驱动板连接，角度传感器的值作为电机驱动板的位置反馈信号输入到电机驱动板。电机驱动版通过内部算法，将计算的转速和力矩值输入给液压泵，电机驱动板自动切换电磁换向阀，实现液压管路的切换，将液体以一定的流量和速度输入到液压缸或液压马达的密封容积内，实现液压缸的往复运动或液压马达的旋转运动。
43.旋转肘关节24液压系统包括油缸71，肘关节旋转电机64，肘关节旋转液压泵54，肘关节旋转电磁换向阀44，肘关节旋转液压缸34，以及液压缸进油管和出油管，肘关节旋转电机64内设有肘关节旋转电机驱动板。旋转肘关节24内安装的角度传感器和液压回路中的电磁换向阀与电机驱动板连接，角度传感器的值作为电机驱动板的位置反馈信号输入到电机驱动板。电机驱动版通过内部算法，将计算的转速和力矩值输入给液压泵，电机驱动板自动切换电磁换向阀，实现液压管路的切换，将液体以一定的流量和速度输入到液压缸或液压马达的密封容积内，实现液压缸的往复运动或液压马达的旋转运动。
44.俯仰肘关节25液压系统包括油缸71，肘关节俯仰电机65，肘关节俯仰液压泵55，肘关节俯仰电磁换向阀45，肘关节俯仰液压缸35，以及液压缸进油管和出油管，肘关节俯仰电机65内设有肘关节俯仰电机驱动板。俯仰肘关节25内安装的角度传感器和液压回路中的电磁换向阀与电机驱动板连接，角度传感器的值作为电机驱动板的位置反馈信号输入到电机驱动板。电机驱动版通过内部算法，将计算的转速和力矩值输入给液压泵，电机驱动板自动切换电磁换向阀，实现液压管路的切换，将液体以一定的流量和速度输入到液压缸或液压马达的密封容积内，实现液压缸的往复运动或液压马达的旋转运动。
45.俯仰肩关节26液压系统包括油缸71，肩关节俯仰电机66，肩关节俯仰液压泵56，肩关节俯仰电磁换向阀46，肩关节俯仰液压缸36，以及液压缸进油管和出油管，肩关节俯仰电机66内设有肩关节俯仰电机驱动板。俯仰肩关节26内安装的角度传感器和液压回路中的电磁换向阀与电机驱动板连接，角度传感器的值作为电机驱动板的位置反馈信号输入到电机驱动板。电机驱动版通过内部算法，将计算的转速和力矩值输入给液压泵，电机驱动板自动切换电磁换向阀，实现液压管路的切换，将液体以一定的流量和速度输入到液压缸或液压马达的密封容积内，实现液压缸的往复运动或液压马达的旋转运动。
46.旋转肩关节27液压系统包括油缸71，肩关节旋转电机67，肩关节旋转液压泵57，肩
关节旋转电磁换向阀47，肩关节旋转液压缸37，以及液压缸进油管和出油管，肩关节旋转电机67内设有肩关节旋转电机驱动板。旋转肩关节27内安装的角度传感器和液压回路中的电磁换向阀与电机驱动板连接，角度传感器的值作为电机驱动板的位置反馈信号输入到电机驱动板。电机驱动版通过内部算法，将计算的转速和力矩值输入给液压泵，电机驱动板自动切换电磁换向阀，实现液压管路的切换，将液体以一定的流量和速度输入到液压缸或液压马达的密封容积内，实现液压缸的往复运动或液压马达的旋转运动。
47.机械手钳关节液压缸31与钳关节21相连，驱动钳部11张开或闭合。腕部旋转液压马达32与旋转腕关节22相连，驱动钳部11相对腕部12做旋转运动，腕部俯仰液压缸33与俯仰腕关节23相连，驱动腕部12的俯仰运动，肘部旋转液压缸34与旋转肘部关节相连，驱动第一小臂13的旋转运动，肘部俯仰液压缸35与俯仰肘关节25相连，驱动第二小臂14的俯仰运动，肩部俯仰液压缸36与俯仰肩关节26相连，驱动大臂15的俯仰运动，肩部旋转液压缸37与旋转肩关节27相连，驱动大臂15相对底座的旋转运动。
48.机械手基座16内部设有通讯转发控制板，各电机驱动板均与此通讯转发控制板连接，将各电机驱动板采集的状态信息发送给上位机监控平台。
49.机械手各关节均安装有角度传感器，钳部11设定控制开关，腕部12设定旋转开关，机械手内部设有主控制板，各角度传感器与主控制板连接，主控制板与通讯转发板连接，主控制板采集各关节角度传感器的值，发送给通讯转发控制板，通讯转发控制板将采集信息给定的角度发送给各液压泵电机驱动板，实现各液压缸和液压马达的驱动控制。
50.最后应说明的是：以上所述仅为本公开的示例实施例而已，并不用于限制本公开，尽管参照前述实施例对本公开进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。