一種機械手及一種蛇形機器臂系統(tǒng)裝置的實現(xiàn)方法
【技術領域】
[0001 ]本發(fā)明涉及一種機械手及一種蛇形機器臂系統(tǒng)裝置的實現(xiàn)方法。
【背景技術】
[0002]相比早期機器人只為替代單一的工種，或者在指定的環(huán)境下完成單一的動作而言，如今對于機器人的研究更多的是基于復雜乃至未知的環(huán)境下，多任務的結合。在這種非結構化的、未知的環(huán)境下作業(yè)的大趨勢下，以輪式或者履帶式作為移動方式的傳統(tǒng)的移動機器人，其運動穩(wěn)定性差、在特殊環(huán)境中運動不靈活等弊病日益暴露出來。這就使得以新的運動方式代替?zhèn)鹘y(tǒng)移動形式的機器人的研究成為了熱點。
[0003]與傳統(tǒng)的輪式或行走式機器人相比，蛇形機器臂由于其天生的多關節(jié)、多冗余自由度，可以有多種運動模式，這就為蛇形機器臂在不同領域的使用與推廣成為可能；同時，與目前使用廣泛的工業(yè)多軸機械臂相比(如六軸機械臂)，蛇形機器臂結構上更加靈活，更適用于空間狹小、情況復雜的工作環(huán)境。然而另一個現(xiàn)實是，鮮有研究機構對蛇形機器臂進行深入廣泛的研究，尤其是在國內(nèi)，更遑論將蛇形機器臂與實際的工業(yè)作業(yè)相結合。
[0004]目前蛇形機器人(臂)的主要設計方式有以下幾種:一是關節(jié)平行連接，這樣的方式控制雖然簡單，但最大的問題在于不能實現(xiàn)三維空間的運動，極大限制了使用范圍；二是關節(jié)正交連接，這種方式可實現(xiàn)幾乎三維空間內(nèi)的任意角度的運動，控制方式簡便，但按照現(xiàn)有的技術，使用這種方式需要的驅(qū)動機構較多;三是關節(jié)萬向節(jié)連接，能夠?qū)崿F(xiàn)三維空間內(nèi)的360度旋轉，但加工復雜，控制難度高。如何設計出加工難度低、運動范圍廣、控制簡單、驅(qū)動精簡的機械結構，是蛇形機械臂的熱點與難點

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的第一目的在于針對現(xiàn)有機械手中普遍存在的驅(qū)動結構復雜、和控制復雜的不足，提出了一種機械手的結構，以達到簡單易控制，而且能夠?qū)嶋H運用于工業(yè)作業(yè)中的目的。
[0006]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術方案:
[0007]—種機械手，包括基座、機械臂和驅(qū)動機構，其特征在于，機械臂由至少兩個關節(jié)件串聯(lián)而成，每一關節(jié)件具有一轉動軸，相鄰關節(jié)件的轉動軸平行或正交，機械臂第一端最末的關節(jié)件能夠以其轉動軸為轉動中心轉動的方式連結于所述基座，其余各關節(jié)件能夠以其轉動軸為轉動中心與相鄰的關節(jié)件相轉動連結，機械臂第二端最末的關節(jié)件安裝有終端執(zhí)行器;每一所述關節(jié)件對應配置有拉繩，拉繩在驅(qū)動機構的驅(qū)動下獨立拉動對應關節(jié)件使該關節(jié)件繞其自身的轉動軸正反轉動。
[0008]本發(fā)明優(yōu)點在于利用正交或平行關節(jié)件的連接及使用拉繩以控制關節(jié)件的擺動，增加了工作空間范圍，結構簡單而且易于控制。
[0009]本發(fā)明可通過如下方案進行改進:
[0010]所述的一種機械手，其特征在于，所述驅(qū)動機構由若干驅(qū)動單元組成，每一所述關節(jié)件對應配置有一驅(qū)動單元和兩根拉繩，所述驅(qū)動單元包括驅(qū)動支架、推動機構和驅(qū)動杠桿，所述驅(qū)動支架安裝在所述基座上，所述驅(qū)動杠桿具有兩個拉繩連接部，所述驅(qū)動杠桿鉸接在所述驅(qū)動支架上且其鉸接位置處于所述兩個拉繩連接部之間，所述推動機構鉸接于所述驅(qū)動支架上，推動機構具有可伸縮運動的輸出軸，輸出軸與所述驅(qū)動杠桿鉸接，輸出軸的伸縮運動使所述驅(qū)動杠桿繞其鉸接中心軸正反轉動，兩根所述拉繩的一端與關節(jié)件相連接且分列在對應關節(jié)件之轉動軸的兩側，另一端與對應的拉繩連接部連接。從理論上來說，當用直線型驅(qū)動結構來驅(qū)動一個萬向節(jié)連接關節(jié)時，至少需要三根驅(qū)動拉線、三個電機來驅(qū)動，因此，采用上述驅(qū)動機構，一個驅(qū)動單元即能驅(qū)動兩根拉線，也即兩個正交型關節(jié)件只需要用四根拉線來驅(qū)動，即所需推動機構數(shù)量僅為兩個，因此，相比平行連接方式而言，上述驅(qū)動機構增加了工作空間的范圍，又相比萬向節(jié)連接方式而方，述驅(qū)動機構減少了驅(qū)動機構的數(shù)量、降低了加工、控制難度。
[0011 ]所述的一種機械手，其特征在于，每一拉繩還配置有拉繩預緊裝置，拉繩預緊裝置包括設置在拉繩之與拉繩連接部連接的一端周壁上的外螺紋、可與所述外螺紋螺合的調(diào)節(jié)螺母，及調(diào)節(jié)彈簧，所述拉繩依次穿過所述拉繩連接部和調(diào)節(jié)彈簧后與調(diào)節(jié)螺母螺合，調(diào)節(jié)彈簧兩端分別抵頂調(diào)節(jié)螺母和拉繩連接部。拉繩預緊裝置可以在拉繩不緊的時候調(diào)節(jié)其松緊度。
[0012]所述的一種機械手，其特征在于，所述機械臂由至少兩種不同規(guī)格大小的關節(jié)件所組成，關節(jié)件依其尺寸由大到小從機械臂第一端排布到機械臂第二端，所述驅(qū)動機構根據(jù)所驅(qū)動的關節(jié)件的大小而具備有至少兩種不同規(guī)格的驅(qū)動單元，相同規(guī)格的驅(qū)動單元其驅(qū)動杠桿的鉸接中心分布在同一圓心的同一圓周上，并且在該圓周上呈等角分布，不同規(guī)格的驅(qū)動單元其驅(qū)動杠桿的鉸接中心分布在同一圓心的不同直徑的圓周上。機械臂采用至少兩種不同規(guī)格大小的關節(jié)件所組成可使拉繩之間擁有相對運動的空間，同時又為了盡量減輕機械臂本身重量。驅(qū)動杠桿采用長度不等的兩種形式，采用了短臂的杠桿可以提高了驅(qū)動單元的響應速度，從而提高機械手的靈活程度
[0013]所述的一種機械手，其特征在于，關節(jié)件包括有關節(jié)柱，關節(jié)柱的兩端分別設置上鉸接部和下鉸接部，所述下鉸接部形成有所述轉動軸，上鉸接部可與相鄰關節(jié)件的下鉸接部相鉸接。
[0014]所述的一種機械手，其特征在于，關節(jié)柱與上鉸接部之間設置有與關節(jié)柱同中心軸的上圓盤，上圓盤上設置若干供拉繩連接或拉繩通過上過孔，上過孔的中心軸分布在以上圓盤的中心軸為圓心的同一圓周上，并且在該圓周上呈等角分布。
[0015]所述的一種機械手，其特征在于，關節(jié)柱與下鉸接部之間設置有與關節(jié)柱同中心軸的下圓盤，下圓盤上設置若干供拉繩通過的下過孔，下過孔的中心分布在以下圓盤的中心為圓心的同一圓周上，并且在該圓周上呈等角分布。
[0016]所述的一種機械手，其特征在于，所述機械手還包括有控制器，每一所述關節(jié)件配置有用以實時檢測該關節(jié)件相對以該關節(jié)件之轉動軸為轉動中心相連接相鄰關節(jié)件的轉動角度的角度檢測裝置，所述角度檢測裝置將所檢測的轉動角度信息反饋至控制器，控制器做出停止或調(diào)節(jié)的驅(qū)動指令作用于所述驅(qū)動機構。
[0017]所述的一種機械手，其特征在于，角度檢測裝置包括角度檢測傳感器模塊和關節(jié)連接滾軸，所述角度檢測傳感器模塊安裝在對應的關節(jié)件上并具有一檢測孔，所述關節(jié)連接滾軸連接相鄰兩個關節(jié)件且其中心軸作為所述其對應的關節(jié)件的轉動軸，關節(jié)連接滾軸跟隨關節(jié)件相對以該關節(jié)件之轉動軸為轉動中心相連接相鄰關節(jié)件的轉動而轉動，關節(jié)連接滾軸的一端延伸設置有檢測頭，檢測頭伸進所述檢測通孔實時測量轉動角。
[0018]本發(fā)明的第二目的在于針對現(xiàn)有機械手中普遍存在的驅(qū)動結構復雜、和控制復雜的不足，提出了一種機械手的使用方法，以達到簡單易于實施，能夠?qū)嶋H運用于工業(yè)作業(yè)中的目的。
[0019]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術方案:
[0020]一種蛇形機器臂系統(tǒng)裝置的實現(xiàn)方法，其特征在于，蛇形機器臂系統(tǒng)裝置使用上述所述的機械手，包括以下步驟:A:根據(jù)控制器設定的參數(shù)，驅(qū)動機構工作，拉繩在驅(qū)動機構的驅(qū)動下獨立拉動對應關節(jié)件使該關節(jié)件繞其自身的轉動軸正反轉動，從而帶動對應關節(jié)件能夠進行擺動;B:關節(jié)件運動時，角度檢測裝置將所檢測的轉動角度是否到達預定位置信息反饋至控制器，控制器做出相應