仿人工打磨机械手的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及自动化机械手技术领域，特别是仿人工打磨机械手。
【背景技术】
[0002] 随着人们对产品外观造型的重视，无论是生活用品还是工业产品的外形越来越复 杂，工件或模具的打磨工作量在产品生产中日益增多，利用打磨机械手替代人工实现工件 自动打磨是当前打磨加工的发然趋势。中国专利CN103009244A公开了一种用于水泥熟料断 面打磨的机械手，大大提高了水泥熟料打磨的质量和效率。中国专利CN103639867A公开了 一种机器人打磨机，该发明提高了打磨操作的自动化水平，降低了成本，但是很难实现外形 复杂工件的打磨。现有的机械手打磨有两种打磨方式:一种是工件固定，机械手持旋转式磨 具对工件表面打磨，适用于大型工件加工；另一种是磨具固定，机械手持工件在磨具上打 磨，适用于小型工件。这两种作业方式大都采用力传感器反馈通过控制打磨正压力，适用表 面硬度较大的刚性工件。对于工件表面硬度小的复杂表面工件还没有适用的自动打磨机械 手。
[0003] 树脂模具、卫生陶瓷坯体等工件外形复杂、表面硬度低，传统的利用机械"磨削"式 的打磨不能满足其要求，其打磨工序大部分仍采用人工打磨方式。但是，随着用工成本的增 加及产品需求的增多，人工打磨工序已经成为提高劳动生产率的一大障碍，急需一种自动 化生产设备来解决这一难题。
【发明内容】
[0004] 本发明目的在于提供一种区别于传统利用旋转"磨削"打磨动作，模仿人工"往复" 运动打磨动作的打磨机械手。该机械手安装在具有多自由度的机械臂末端，通过铰接手指 的角度变化反馈工件曲面的变化，控制打磨压力，尤其适用于低硬度、大型复杂表面工件自 动打磨加工。
[0005] 为实现上述目的，本发明采用以下技术方案实现： 仿人工打磨机械手，包括柔性手指和往复运动手部，往复运动手部与关节机器臂末端 手腕相连;所述的往复运动手部包括往复连杆、主动齿轮;主动齿轮与电机同轴，并且与从 动齿轮I啮合;从动齿轮I与从动齿轮II同轴，从动齿轮II与随动轮II通过随动连杆b 传动；随动轮II与随动轮I同轴;从动连杆两端分别与往复连杆、从动齿轮I连接;随动连 杆c两端分别与往复连杆、随动轮I连接;从动齿轮I和随动轮I之间通过随动连杆a连 接;所述的从动连杆、往复连杆、随动连杆c、随动连杆a形成平行四边形机构;主动连杆两 端分别与往复连杆和主动齿轮连接，主动连杆、从动连杆在往复连杆上连接点为同一点，并 且主动连杆和从动连杆为对称摆杆。
[0006] 具体的，主动齿轮、从动齿轮I、随动轮I安装在底板同一侧并且转动轴线平行，主 动齿轮与从动齿轮I啮合； 电机、从动齿轮II和随动轮II安装在底板的另一侧；电机输出轴与主动齿轮同轴固 定连接;从动齿轮II与从动齿轮I同轴固定连接，随动轮II与随动轮I同轴固定连接； 主动连杆、从动连杆和随动连杆C为同长度连杆;主动连杆一端与主动齿轮通过转动 副连接，从动连杆一端与从动齿轮I通过转动副连接;主动连杆的另一端、从动连杆的另一 端分别与往复连杆的中间轴孔通过转动副同轴连接； 随动连杆a和随动连杆b为同长度连杆，且长度等于从动齿轮I与随动轮I轴间距； 随动连杆a两端分别与从动齿轮I和随动轮I通过转动副连接;随动连杆b两端分别与从 动齿轮Π 和随动轮II通过转动副连接;随动连杆b与随动连杆a平行；随动连杆c 一端 连接到随动连杆a与随动轮I的转动副上，另一端与往复连杆端部通过转动副连接； 柔性手指安装在往复连杆另一端部。
[0007] 主动齿轮、从动齿轮I、从动齿轮II和随动轮I、随动轮II上与连杆连接的转动 副与各个轮系中心线的偏心距相等。
[0008] 柔性手指包括三对铰接的手指，每一对手指的指根端通过转动副与手指支架连 接，且同轴连接一个角度传感器;每对手指的两根手指间有旋转弹簧连接，擦布为柔性多层 片状结构，安装在手指的末端。
[0009] 本发明提供的仿人工打磨机械手，结构简单，操作方便，擦布角度自动调整，可实 现人工打磨动作，能够对外形复杂工件进行打磨作业，具有良好的打磨效果。
【附图说明】
[0010]图1为本发明的主视结构不意图； 图2为本发明的俯视结构示意图； 图3为本发明的机构简图； 图4为本发明的柔性手指结构示意图。
【具体实施方式】
[0011] 下面结合附图及实施例来对本发明进行进一步介绍。
[0012] 如图1和图2所示，仿人工打磨机械手，包括柔性手指1和往复运动手部，柔性手指1 固定在往复运动手部上，往复运动手部与关节机器臂末端手腕相连。
[0013] 具体的，柔性手指1安装在往复连杆21上。
[0014] 主动齿轮23、从动齿轮I 24、随动轮126安装在底板27同一侧，通过转动副与底板 27连接，主动齿轮23、从动齿轮I 24、随动轮126的转动轴线平行，主动齿轮23与从动齿轮I 24相互啮合。
[0015] 电机211、从动齿轮II 212和随动轮II 213安装在底板27的另一侧。电机211固定 安装在底板27上，电机211输出轴与主动齿轮23同轴固定连接。从动齿轮II 212与从动齿轮 I 24同轴固定连接，随动轮II 213与随动轮I 26同轴固定连接。
[0016] 主动连杆22、从动连杆210和随动连杆c 29两端均有轴线平行的轴孔，三杆轴孔间 距相等。主动连杆22-端轴孔与主动齿轮23通过转动副连接，转动副轴线与主动齿轮23轴 线平行;从动连杆210-端轴孔与从动齿轮I 24通过转动副连接，转动副轴线与从动齿轮I 24轴线平行。主动连杆22的另一端轴孔、从动连杆210的另一端轴孔与往复连杆21的中间轴 孔通过转动副同轴连接。
[0017] 随动连杆a 25和随动连杆b 28两端均有轴线平行的轴孔，两杆轴孔间距相等且等 于从动齿轮I 24与随动轮I 26轴间距。随动连杆a 25两端轴孔分别与从动齿轮I 24和随动 轮I 26通过转动副连接，转动副轴线均与从动齿轮I 24轴线平行。随动连杆b 28两端轴孔 分别与从动齿轮II 212和随动轮II 213通过转动副连接，转动副轴线均与从动齿轮I 24轴 线平行。随动连杆b 28与随动连杆a 25平行，且两端转动副轴线不重合。随动连杆c 29-端 轴孔连接到随动连杆a 25与随动轮I 26的转动副上，另一端轴孔与往复连杆21端部轴孔通 过转动副连接。
[0018] 如图3所示，距离、和相等，距离和#相等，距离|^和_相 等，直线g^和平行。
[0019] 如图4所示，柔性手指1包括三对铰接的手指15、旋转弹簧11、轴承12、角度传感器 13、支架14以及擦布16。每根手指15均为杆状结构，指根端通过转动副与手指支架14连接， 且同轴连接一个角度传感器13,用于测试手指15摆动角度。每对手指15的两根手指基本处 于同一平面内呈"八"字分布，两根手指间有旋转弹簧11连接，弹簧力方向将手指向"八"字 内压，手指15内侧结构限制两手指15间最小夹角。所有手指15与手指支架14连接的转动副 转轴相互平行，且分布在一个平面内或对称分布在一个平面两侧。三对手指15所在平面平 行且间距相同。擦布16为柔性多层片状结构，与每根手指15末端连接。
[0020] 本发明的仿人工打磨机械手安装在多自由度的机械臂末端，与机械臂联动实现复 杂表面工件打磨作业。打磨作业动作实现如下： 往复运动手部通过电机211带动主动齿轮23连续旋转，主动齿轮23与从动齿轮I 24啮 合传动。两个齿轮旋转带动主动连杆22和从动连杆210运动，实现图3中点沿直线往复运动。 从动齿轮I 24通过随动连杆a 25和随动连杆b 28带动随动轮I 26以相同转速转动。由于随 动连杆a 25和随动连杆b 28不重合，因此避免了从动齿轮I 24和随动轮I 26转动过程中的 奇异点。从动齿轮I 24和随动轮I 26保持相同转速转动，随动连杆a 25与往复连杆21始终 保持平行，即图3四边形始终为平行四边形，从而保证了往复连杆21及其杆端连接 的柔性手指1运动过程中姿态不变。该往复运动手部实现了柔性手指1 一定距离内的快速直 线往复运动打磨。
[0021] 柔性手指1末端在关节机器臂的带动下与工件接触，每对手指15的两指间夹角随 其指根与工件距离减小而增大。由于每对手指15两指间旋转弹簧11的作用，两指间夹角决 定了手指压在工件表面的压力大小，通过检测和调整中间一对手指的夹角大小实现打磨压 力控制。两侧的两对手指的指间夹角的是否相等反映了擦布与工件表面的吻合程度，通过 调整机械手姿态保持两侧对手指指间夹角保持一致，以保证与工件的全面接触。
【主权项】
1. 一种仿人工打磨机械手，其特征在于:包括柔性手指（1)和往复运动手部，往复运动 手部与关节机器臂末端手腕相连； 主动齿轮(23)、从动齿轮1(24)、随动轮1(26)安装在底板（27)同一侧并且转动轴线平 行，主动齿轮(23)与从动齿轮1(24)啮合； 电机(211)、从动齿轮11(212)和随动轮11(213)安装在底板(27)的另一侧；电机(211)输出轴与主动齿轮(23)同轴固定连接;从动齿轮11(212)与从动齿轮1(24)同轴固定连接， 随动轮11(213)与随动轮1(26)同轴固定连接； 主动连杆（22 )、从动连杆（210 )和随动连杆c(29 )为同长度连杆；主动连杆(22 )-端与 主动齿轮(23 )通过转动副连接，从动连杆(210 )-端与从动齿轮I(24 )通过转动副连接;主 动连杆(22)的另一端、从动连杆(210)的另一端分别与往复连杆(21)的中间轴孔通过转动 副同轴连接； 随动连杆a(25)和随动连杆b(28)为同长度连杆，且长度等于从动齿轮1(24)与随动轮I(26)轴间距；随动连杆a(25)两端分别与从动齿轮1(24)和随动轮1(26)通过转动副连接;随 动连杆b(28)两端分别与从动齿轮11(212)和随动轮11(213)通过转动副连接；随动连杆b (28)与随动连杆a(25)平行；随动连杆c(29)-端连接到随动连杆a(25)与随动轮1(26)的转 动副上，另一端与往复连杆(21)端部通过转动副连接； 柔性手指(1)安装在往复连杆(21)另一端部。2. 根据权利要求1所述的仿人工打磨机械手，其特征在于:所述的柔性手指（1)包括三 对铰接的手指（15)，每一对手指（15)的指根端通过转动副与手指支架（14)连接，且同轴连 接一个角度传感器（13);每对手指（15)的两根手指间有旋转弹簧（11)连接，擦布（16)为柔 性多层片状结构，安装在手指(15)的末端。
【专利摘要】本发明涉及自动化机械手技术领域，具体是一种仿人工打磨机械手，包括柔性手指和往复运动手部，往复运动手部包括往复连杆、主动齿轮；主动齿轮与从动齿轮I啮合；从动齿轮I与从动齿轮II同轴，从动齿轮II与随动轮II通过随动连杆b传动；随动轮II与随动轮I同轴；从动连杆两端分别与往复连杆、从动齿轮I连接；随动连杆c两端分别与往复连杆、随动轮I连接；从动齿轮I和随动轮I之间通过随动连杆a连接；主动连杆两端分别与往复连杆和主动齿轮连接，主动连杆和从动连杆为对称摆杆。本发明提供的仿人工打磨机械手，结构简单，操作方便，擦布角度自动调整，可实现人工打磨动作，能够对外形复杂工件进行打磨作业，具有良好的打磨效果。
【IPC分类】B25J11/00
【公开号】CN105479465
【申请号】CN201610060397
【发明人】黄金凤, 李占贤, 王志军, 李炜
【申请人】华北理工大学
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2016年1月28日