[发明专利]一种单一电机驱动的可升降高精度抓放机械手及其控制方法

说明书

本发明涉及一种单一电机驱动的能够升降的高精度抓放机械手，该机械手包括驱动模块、执行模块和控制模块；驱动模块采用单个电机作为唯一动力装置；执行模块包括机械手手部和机械手运动机构；其中机械手手部包括四只手臂，这四只手臂两两通过限位轴平行连接，通过弹簧和两个啮合的半齿轮实现四只手臂的联动；机械手运动机构由一个凸轮单元和多个杠杆构成，该凸轮单元包括两个同轴设置、互相平行的盘形凸轮，其中的大凸轮(7)驱动多个手臂同时内夹、外张，小凸轮(8)驱动手部的下降和回升；控制模块，包括两个传感反馈装置，分别用于定位机械手手部的升降位置和判断机械手手部是否抓取到物品。该机械手结构简单、操控容易、抓放精确、可靠性高。

技术领域

本发明属于机械技术领域，具体涉及到一种单一电机驱动的机械手及其控制方法。

背景技术

机械手是一种能够模仿人体手、臂功能，完成某些既定动作的自动操作装置，其构造和性能上兼有人体和机械各自的优点，即灵活度与耐力度，可以替代人工实现很大程度的机械化和自动化，特别是由于其能在有害作业环境(有毒、强酸碱、辐射等)下长时间工作，藉以保护人身安全，因而被广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工乃至原子能等领域。

机械手主要由执行模块、驱动模块和控制模块三大部分组成。执行模块由手部(业界习惯称手爪)和运动机构组成。手部是用以抓放物品的部件，运动机构则是用以使手部完成各种复合运动以实现预定动作要求的部件；驱动模块是机械手的动力来源，其实现方式目前主要有4 种，分别为液压驱动、气压驱动、电气驱动和机械驱动；控制模块用以实现机械手的有序动作，同时接受反馈，形成稳定的闭合回路。

可见，若要保证机械手的高效工作，执行模块、驱动模块、控制模块均需具有很高的容错率，这就要求手部和运动机构具有很高的机械强度与精度，以实现物品的高可靠性抓放；最大程度简化驱动模块的动力置配，使用单一动力进行驱动，以避免多动力驱动过程中某一动力失效引起的动作故障；控制模块使用高精密度的控制器件，实现高精度定位，同时最大程度地减少器件数量，以防止某一器件故障引起的控制失效。然而，在已公开的中国专利文献中尚未发现单一动力驱动、高精度抓放机械手的相关技术启示。

发明内容

本发明的目的在于提供一种单一动力驱动的能够升降的高精度抓放机械手及其控制方法，通过单一电机的旋转驱动机械手的升降，抓放，实现物品的高可靠性抓放。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种单一动力驱动的可升降高精度抓放机械手，该机械手包括驱动模块、执行模块和控制模块；

驱动模块，包括单个电机和传动齿轮作为唯一动力装置；

执行模块，主要包括机械手手部和机械手运动机构；其中：

机械手手部包括四只手臂，这四只手臂两两通过限位轴平行连接，通过弹簧和两个啮合的半齿轮实现四只手臂的联动；机械手运动机构由一个凸轮单元和多个杠杆构成，该凸轮单元包括两个同轴设置、互相平行的盘形凸轮，其中的大凸轮7驱动多个手臂同时内夹、外张，小凸轮8驱动手部的下降和回升；

控制模块，包括两个传感反馈装置，分别用于定位机械手手部的升降位置和判断机械手手部是否抓取到物品。

凸轮单元中两个凸轮呈固定夹角设置，由驱动模块的传动齿轮通过从动轴6连接，驱动两个凸轮同轴转动，两个凸轮的从动件分别为两个L形拉杆9，18，凸轮单元转动一圈通过作用杠杆实现机械手手部的升降与抓放动作同时完成。

凸轮单元中大凸轮7经第一L形杠杆9、横拉杆10控制多个手臂外张，小凸轮8经第二L形杠杆18控制手部的下降和回升。

小凸轮8与第二L形杠杆18的接触点与小凸轮8的旋转中心距离越来越小时，实现机械手手部的降落动作；小凸轮8与第二L形杠杆 18的接触点与小凸轮8的旋转中心距离越来越大时，实现机械手手部的回升动作。