[发明专利]柔性机械手的关节驱动装置及柔性机械手

说明书

技术领域

本发明涉及一种柔性机械手的关节驱动装置，以及利用该关节驱动装置的柔性机械手。

背景技术

机械手是一种能模拟人体上肢部分功能，实现手部按预定要求完成现场作业的自动化技术装备。从结构来看，机械手分为机座、大小手臂、手腕和手部夹持器等部分，它们构成了机械手的本体结构。其手臂主要用来实现手部夹持器的空间定位，而手腕主要用来完成手部夹持器的空间定向。为了适应工业现场各种复杂的作业，一般要求机械手的手腕机构具有三个自由度，方能满足机械手手部在一定的空间区域内任意方向上把持所用工具的使用要求。实际手腕的结构是多种多样的，柔性手腕只是其中的一类。一般来说，它是由多个运动传递元件串联而成，各元件之间可以相对转动，且能模仿人的手腕动作使机器人手部在一定空间区域内实现任意姿态和位置的空间定向机构。柔性手腕的作用是调整和改变机械手手部末端夹持器的空间姿态以配合手臂的运动来完成各种复杂的作业。与其它类型的手腕相比，它具有运动范围大、结构紧凑、自身重量轻和对作业环境适应能力强等优点。由于柔性手腕具有明显的优越性，因此被多种机械手所采用。目前市场上的柔性机械手，以挪威Trallfa NilsUnder-hang公司研制的柔性手腕的知名度最高，它被广泛装备在Trallfa系列喷漆机器人上。

现有柔性机械手基本模型的机构，如图1所示；该驱动装置机构采用两个连杆，中间使用一个球副相连。连杆A上端固定，连杆B可以在三维空间内工作，而如果采用原来的单一自由度的转动副或滑动副，连杆B则只能在平面内工作。此外，采用的动力装置也不是直接安装在关节处的电机驱动，而是采用多个气动人工肌肉驱动器作为动力装置。这些驱动器两端被分别固定在连杆A和连杆B上，驱动器的数目为偶数个，且安装位置相对成180度。驱动装置的运动是由驱动器来驱动连杆，连杆带动关节运动。之所以采用这种方式是借鉴人体上肢的运动时肌肉的工作情况，当一个驱动器收缩以带动连杆B收缩时，另外与之相对的驱动器就会伸张，而当连杆B要恢复的原先位置时，则原来伸张的驱动器就可以收缩，以产生拉力将连杆B恢复到原来位置，而原来收缩的驱动器此时则会伸张。

上述的柔性机械手存在如下技术缺点：由于关节间力传递结构复杂，每一关节需要电机驱动，使得机械手臂重量较大，从而位置控制难以达到要求。

(1)一般人工肌肉的负载压值不是很大；

(2)关节弯转角度不够大，从而影响到机器人的工作性能；

(3)机械手不具备后期发展冗余自由度的功能，并且加工困难；

(4)阐述的驱动理论都是从平面考虑的，并且都没分析相应方向的转向轴(很重要)；

(5)传统机械手关节不具备很好的柔性；

(6)气动人工肌肉行程小(气动人工肌肉空载时可达20％，有载时只可达到10％；而有的传统气缸可达到40％)；气动人工肌肉的变形为非线性环节，具有时变性，使准确控制其位移十分困难；在工作过程中，气动人工肌肉自身温度会发生变化，随着温度的变化，其性能也会改变，这给高精度控制带来困难。

发明内容

本发明的第一目的是提供一种柔性机械手的关节驱动装置，结构简单，驱动容易，重量较轻，位置控制简单。

第二目的是提供一种使用了该关节驱动装置的机械手。

为达到上述第一目的，本发明所提供的技术方案是：一种柔性机械手的关节驱动装置，该关节驱动装置包括圆柱形弹性壳和液压驱动器，该圆柱形弹性壳的一端设有通孔，与液压驱动器的出口连通；所述圆柱形弹性壳的通孔端与关节的固定端固定连接，另一端和关节的活动端活动连接。

该关节驱动装置还包括有端盖和连接圈，所述圆柱形弹性壳的通孔端与连接圈固定连接，另一端与端盖固定连接。

为达到上述第二目的，本发明所提供的技术方案是：一种柔性机械手，包括臂体、掌体、第一关节驱动装置、第二关节驱动装置和夹持器，所述第一关节驱动装置一端与臂体固定连接，另一端与掌体活动连接；所述第二关节驱动装置的一端与掌体固定连接，另一端与夹持器活动连接；所述臂体和掌体之间是通过圆球副来连接。

所述臂体上设有凹槽，所述第一关节驱动装置设在凹槽中；所述掌体上设有滑轨和可在滑轨中滑动的滑块；所述第一关节驱动装置的另一端与滑块固定连接。

所述第一关节驱动装置设有至少四个，所述臂体上的凹槽、掌体上的滑轨和滑块相应地设有至少四个；所述凹槽均匀地设在臂体的外周面上，所述滑轨均匀地设在掌体的外周面上。