具有六自由度的雙作用機(jī)械手的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及具有六自由度的雙作用機(jī)械手，包括基座、腰部、大臂、小臂和末端執(zhí)行器，其中基座、腰部、大臂、小臂和末端執(zhí)行器之間依次通過中空關(guān)節(jié)軸連接，并在機(jī)械手內(nèi)部布線；即基座與腰部通過腰部中空關(guān)節(jié)軸連接，腰部與大臂通過肩部中空關(guān)節(jié)軸連接，大臂與小臂通過肘部中空關(guān)節(jié)軸連接，小臂與末端執(zhí)行器通過腕部俯仰中空關(guān)節(jié)軸連接，其特征在于腰部中空關(guān)節(jié)軸與肩部關(guān)節(jié)軸的軸線垂直且匯交于一點(diǎn)；肩部中空關(guān)節(jié)軸、肘部中空關(guān)節(jié)軸和腕部俯仰中空關(guān)節(jié)軸三者相互平行；所述末端執(zhí)行器包括電動(dòng)扳手、手爪、末端執(zhí)行器箱體、手爪旋轉(zhuǎn)直流伺服電機(jī)和手爪開合直流伺服電機(jī)；電動(dòng)扳手和末端執(zhí)行器箱體通過腕部偏轉(zhuǎn)中空關(guān)節(jié)軸連接。
【專利說明】
具有六自由度的雙作用機(jī)械手
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及核電站機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，具體為具有六自由度的雙作用機(jī)械手。
【背景技術(shù)】
[0002]目前世界上的核電站反應(yīng)堆都是利用金屬鈾或钚等材料的鏈?zhǔn)搅炎兎磻?yīng)產(chǎn)生巨大的熱能，在裂變的過程中，會(huì)產(chǎn)生一定的放射性污染物?；瘜W(xué)和容積控制系統(tǒng)(RCV)為保持核電站回路水質(zhì)，采用大量RCV003/004FI過濾器，這些過濾器中的過濾芯需要定期更換，以避免回路中出現(xiàn)過多的放射性污染物。
[0003]美國RoboProbe Technologies公司研制的一種7自由度的液壓驅(qū)動(dòng)操作手臂PREDATOR，用于核工廠設(shè)備的維護(hù)維修和核物質(zhì)處理工作，采用具有力反饋的主從控制，提高操作者的臨場(chǎng)感，有效減少了工作的事故率，能夠以與人類相似的移動(dòng)和速度完成工作任務(wù)。加拿大Inuktun Services公司研制了遠(yuǎn)程控制蛇形機(jī)械手臂Python，該機(jī)械手臂具有防水、抓取、提升、彎曲、旋轉(zhuǎn)等功能，可用于核工廠水下設(shè)備的檢測(cè)和維修，也可用于核廢料的回收，可靠性極高，到目前為止還是零故障率。歐美等國家已針對(duì)核電站的安全運(yùn)營開發(fā)了一系列核電站機(jī)器人設(shè)備，但這些設(shè)備或?qū)儆诩夹g(shù)秘密，或價(jià)格很高，設(shè)備維護(hù)成本高，不利于工業(yè)化推廣。
[0004]現(xiàn)在國內(nèi)的作業(yè)方式，通常需要十余名操作人員佩戴好必要的防護(hù)措施，采用人工接力的方式將廢濾芯運(yùn)送到指定位置，使得更換過濾器的作業(yè)不僅工作強(qiáng)度大，而且存在強(qiáng)輻射危險(xiǎn)，嚴(yán)重影響作業(yè)效率與操作人員的人身安全。因此，攻克核電站應(yīng)用機(jī)器人中關(guān)鍵技術(shù)，開展核電站專用機(jī)器人的國產(chǎn)化研究已經(jīng)迫在眉睫。
[0005]現(xiàn)有的相關(guān)抓取機(jī)械手，如申請(qǐng)?zhí)枮?01511002154.5的中國專利公開的托輥?zhàn)トC(jī)械手，其兩個(gè)手爪外形分別為同一直徑的半圓，其只能抓取同一種規(guī)格的圓柱型物體，對(duì)于不同直徑的物體還需要更換不同規(guī)格的機(jī)械手指才能完成作業(yè)任務(wù)；如專利號(hào)為ZL201310291512.3的中國專利公開的烘干設(shè)備的機(jī)械手及抓取機(jī)構(gòu)，其兩個(gè)手爪外形分別為L(zhǎng)型，雖然能夠抓取不同直徑的圓柱體，但是每個(gè)手爪分別與圓柱型物體只有一條接觸線，只能抓取質(zhì)量比較輕的物體。且上述兩個(gè)機(jī)械手只具有單一的抓取功能，不能在高輻射環(huán)境中進(jìn)行長(zhǎng)期作業(yè)，均不能直接應(yīng)用于RCV003/004FI過濾器中的過濾芯的更換作業(yè)中。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0006]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是:提供一種具有六自由度的雙作用機(jī)械手。該機(jī)械手可在核電站高輻射環(huán)境中對(duì)RCV003/004FI過濾器中的過濾芯進(jìn)行更換作業(yè)，抓取精度高，安全性好，且工作效率顯著提高。
[0007]為了解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型提出以下技術(shù)方案:一種具有六自由度的雙作用機(jī)械手，包括基座、腰部、大臂、小臂和末端執(zhí)行器，其中基座、腰部、大臂、小臂和末端執(zhí)行器之間依次通過中空關(guān)節(jié)軸連接，并在機(jī)械手內(nèi)部布線；其特征在于所述末端執(zhí)行器包括電動(dòng)扳手、手爪、末端執(zhí)行器箱體、手爪旋轉(zhuǎn)直流伺服電機(jī)和手爪開合直流伺服電機(jī)；電動(dòng)扳手和末端執(zhí)行器箱體通過腕部偏轉(zhuǎn)中空關(guān)節(jié)軸連接;手爪開合直流伺服電機(jī)通過電機(jī)支架安裝于末端執(zhí)行器箱體中部，手爪旋轉(zhuǎn)直流伺服電機(jī)通過電機(jī)支架安裝于末端執(zhí)行器箱體后部，手爪開合直流伺服電機(jī)和手爪旋轉(zhuǎn)直流伺服電機(jī)的軸線均與末端執(zhí)行器箱體中軸線重合，手爪旋轉(zhuǎn)直流伺服電機(jī)的輸出軸經(jīng)過第一直齒輪、傳動(dòng)軸、第二直齒輪與手爪相連;手爪開合直流伺服電機(jī)通過聯(lián)軸器與手爪相連；
[0008]所述電動(dòng)扳手包括萬能套筒、擰緊軸、動(dòng)態(tài)扭矩傳感器、霍爾傳感器、無刷直流電機(jī)、電動(dòng)扳手直流伺服電機(jī)和電動(dòng)扳手箱體，其中無刷直流電機(jī)通過電機(jī)支架安裝于電動(dòng)扳手箱體前部，電動(dòng)扳手直流伺服電機(jī)通過電機(jī)支架安裝在電動(dòng)扳手箱體后部，無刷直流電機(jī)的軸線和電動(dòng)扳手直流伺服電機(jī)的軸線均與電動(dòng)扳手箱體中軸線重合，無刷直流電機(jī)的輸出軸通過擰緊軸與萬能套筒相連接，在擰緊軸上安裝有動(dòng)態(tài)扭矩傳感器，在電動(dòng)扳手箱體前部安裝霍爾傳感器;所述電動(dòng)扳手直流伺服電機(jī)的輸出軸通過一對(duì)電動(dòng)扳手錐齒輪與腕部偏轉(zhuǎn)中空關(guān)節(jié)軸相連接，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)扳手的整體轉(zhuǎn)動(dòng)；
[0009]所述手爪包括手指、手指連桿、手爪支架、拉桿、拉桿支架和套筒;所述手指的數(shù)量為兩個(gè)，兩個(gè)手指為對(duì)稱的V型結(jié)構(gòu)，每個(gè)手指分別通過手指連桿與手爪支架一端連接，所述手指連桿的中部與拉桿的一端連接，兩個(gè)拉桿的另一端通過拉桿支架連接，拉桿支架的另一側(cè)與套筒連接，套筒內(nèi)設(shè)有套軸芯軸和滾珠絲杠，套筒內(nèi)壁與滾珠絲杠上的螺母連接， 套軸芯軸的一端通過聯(lián)軸器與手爪開合直流伺服電機(jī)連接，另一端與滾珠絲杠連接;所述手爪支架的另一端通過腕部翻轉(zhuǎn)中空關(guān)節(jié)軸與傳動(dòng)軸連接。
[0010]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果是:[〇〇11] 1)末端執(zhí)行器主要由電動(dòng)扳手和手爪兩部分組成，分別用于松緊螺栓和抓取更換過濾器中的過濾芯，不需要兩個(gè)手臂，降低了移動(dòng)平臺(tái)的負(fù)載。在更換過濾芯作業(yè)時(shí)，兩者之間能夠迅速切換，提高了作業(yè)效率，延長(zhǎng)了核電站應(yīng)用機(jī)械手的使用壽命。
[0012]2)電動(dòng)扳手中安裝有動(dòng)態(tài)扭矩傳感器和霍爾傳感器，安裝在擰緊軸上的動(dòng)態(tài)扭矩傳感器，會(huì)時(shí)刻監(jiān)測(cè)扭矩值的變化，當(dāng)達(dá)到預(yù)定扭矩時(shí)，無刷直流電機(jī)停止工作;安裝在電動(dòng)扳手箱體內(nèi)部前端的霍爾傳感器，時(shí)刻測(cè)量擰緊軸轉(zhuǎn)過的圈數(shù)，當(dāng)達(dá)到預(yù)定的圈數(shù)時(shí)，無刷直流電機(jī)停止工作。不僅能夠通過扭矩控制直流電機(jī)啟停，而且還能通過螺母轉(zhuǎn)的位移來控制電機(jī)的啟停。
[0013]3)現(xiàn)有的抓取機(jī)械手的手指與圓柱型過濾芯為一條接觸線，兩個(gè)手指只有兩條接觸線進(jìn)行接觸，受力不均衡;而本申請(qǐng)的手爪具有一個(gè)開合自由度，兩個(gè)手指分別為對(duì)稱的 V型結(jié)構(gòu)，當(dāng)手指抓住圓柱型過濾芯時(shí)，手指和圓柱型過濾芯的四個(gè)位置接觸為四條線接觸，而且四條接觸線關(guān)于圓柱型過濾芯中軸線互相對(duì)稱，使兩個(gè)手指所受的作用力均衡，降低手爪部分的撓曲變形，從而減小對(duì)手爪運(yùn)動(dòng)精度的影響。
[0014]4)本實(shí)用新型中除腕部翻轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)之外的五個(gè)關(guān)節(jié)，包括腰關(guān)節(jié)、肩關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)、 腕部俯仰關(guān)節(jié)、腕部偏轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，采用偏置設(shè)計(jì)，即大臂與小臂、小臂與末端執(zhí)行器的中軸線均不共線，能夠進(jìn)行很好地折疊，且折疊時(shí)不會(huì)發(fā)生干涉，使機(jī)械手易于存儲(chǔ)和使用。本實(shí)用新型針對(duì)核電站典型作業(yè)環(huán)境，使用該雙作用機(jī)械手時(shí)，工作人員無需與污染源過濾芯直接接觸，不僅使維護(hù)的安全性大大增加，而且維護(hù)效率也顯著提高。【附圖說明】
[0015]圖1為本實(shí)用新型具有六自由度的雙作用機(jī)械手一種實(shí)施例的總體主視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖2為本實(shí)用新型具有六自由度的雙作用機(jī)械手一種實(shí)施例折疊狀態(tài)的總體俯視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖3為本實(shí)用新型具有六自由度的雙作用機(jī)械手一種實(shí)施例的基座I和腰部2的裝配結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖4為本實(shí)用新型具有六自由度的雙作用機(jī)械手一種實(shí)施例的大臂3的裝配結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖5為本實(shí)用新型具有六自由度的雙作用機(jī)械手一種實(shí)施例的小臂4的裝配結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖6為本實(shí)用新型具有六自由度的雙作用機(jī)械手一種實(shí)施例的末端執(zhí)行器5的裝配結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖7為本實(shí)用新型具有六自由度的雙作用機(jī)械手一種實(shí)施例的電動(dòng)扳手51的裝配結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖8為本實(shí)用新型具有六自由度的雙作用機(jī)械手一種實(shí)施例的手爪52的裝配結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖中:1_基座、2-腰部、3-大臂、4-小臂、5-末端執(zhí)行器；11-基座箱體、12-基座防輻射鉛板、21-腰部箱體、22-腰部中空關(guān)節(jié)軸、23-腰部旋轉(zhuǎn)直流伺服電機(jī)、24-第一錐齒輪、25-電機(jī)驅(qū)動(dòng)器;31-大臂箱體、32-肩部中空關(guān)節(jié)軸、33-大臂旋轉(zhuǎn)直流伺服電機(jī)、34-肘部中空關(guān)節(jié)軸、35-小臂旋轉(zhuǎn)直流伺服電機(jī)、36-第二錐齒輪、37-第三錐齒輪;41-小臂箱體、42-腕部俯仰中空關(guān)節(jié)軸、43-末端執(zhí)行器旋轉(zhuǎn)直流伺服電機(jī)、44-第四錐齒輪;51-電動(dòng)扳手、52-手爪、53-末端執(zhí)行器箱體、54-手爪旋轉(zhuǎn)直流伺服電機(jī)、55-手爪開合直流伺服電機(jī)、56-第一直齒輪、57-傳動(dòng)軸、58-第二直齒輪;511-萬能套筒、512-擰緊軸、513-動(dòng)態(tài)扭矩傳感器、514-霍爾傳感器、515-無刷直流電機(jī)、516-電動(dòng)扳手直流伺服電機(jī)、517-電動(dòng)扳手箱體、518-腕部偏轉(zhuǎn)中空關(guān)節(jié)軸、519-電動(dòng)扳手錐齒輪;521-手指、522-手指連桿、523-手爪支架、524-拉桿、525-拉桿支架、526-套筒。
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面將結(jié)合實(shí)施例及附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。實(shí)施例是以本實(shí)用新型所述技術(shù)方案為前提進(jìn)行的具體實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和過程。但本申請(qǐng)的權(quán)利要求保護(hù)范圍不限于下述實(shí)施例的描述:
[0025]本實(shí)用新型具有六自由度的雙作用機(jī)械手(簡(jiǎn)稱機(jī)械手，參見圖1-8)包括基座1、腰部2、大臂3、小臂4和末端執(zhí)行器5，其中基座1、腰部2、大臂3、小臂4和末端執(zhí)行器5之間依次通過中空關(guān)節(jié)軸連接，并在機(jī)械手內(nèi)部布線;基座I與腰部2通過腰部中空關(guān)節(jié)軸22連接，腰部2與大臂3通過肩部中空關(guān)節(jié)軸32連接，大臂3與小臂4通過肘部中空關(guān)節(jié)軸34連接，小臂4與末端執(zhí)行器5通過腕部俯仰中空關(guān)節(jié)軸42連接，腰部中空關(guān)節(jié)軸22與肩部中空關(guān)節(jié)軸
32的軸線垂直且匯交于一點(diǎn)；肩部中空關(guān)節(jié)軸32、肘部中空關(guān)節(jié)軸34和腕部俯仰中空關(guān)節(jié)軸42三者相互平行；
[0026]所述末端執(zhí)行器5(參見圖6)包括電動(dòng)扳手51、手爪52、末端執(zhí)行器箱體53、手爪旋轉(zhuǎn)直流伺服電機(jī)54和手爪開合直流伺服電機(jī)55;電動(dòng)扳手51主要用于擰緊和擰松RCV過濾芯安裝位置端蓋上螺母，手爪52主要用于抓取、更換過濾芯；電動(dòng)扳手51和末端執(zhí)行器箱體 53通過腕部偏轉(zhuǎn)中空關(guān)節(jié)軸518連接;手爪開合直流伺服電機(jī)55通過電機(jī)支架安裝于末端執(zhí)行器箱體53中部，手爪旋轉(zhuǎn)直流伺服電機(jī)54通過電機(jī)支架安裝于末端執(zhí)行器箱體53后部，手爪開合直流伺服電機(jī)55和手爪旋轉(zhuǎn)直流伺服電機(jī)54的軸線均與末端執(zhí)行器箱體53中軸線重合，手爪旋轉(zhuǎn)直流伺服電機(jī)54的輸出軸經(jīng)過第一直齒輪56、傳動(dòng)軸57、第二直齒輪58 與手爪52相連;手爪開合直流伺服電機(jī)55通過聯(lián)軸器與手爪52相連；
[0027]所述電動(dòng)扳手51(參見圖7)包括萬能套筒511、擰緊軸512、動(dòng)態(tài)扭矩傳感器513、霍爾傳感器514、無刷直流電機(jī)515、電動(dòng)扳手直流伺服電機(jī)516和電動(dòng)扳手箱體517,其中無刷直流電機(jī)515通過電機(jī)支架安裝于電動(dòng)扳手箱體517前部，電動(dòng)扳手直流伺服電機(jī)516通過電機(jī)支架安裝在電動(dòng)扳手箱體517后部，無刷直流電機(jī)515的軸線和電動(dòng)扳手直流伺服電機(jī) 516的軸線均與電動(dòng)扳手箱體517中軸線重合，無刷直流電機(jī)515的輸出軸通過擰緊軸512與萬能套筒511相連接，在擰緊軸512上安裝有動(dòng)態(tài)扭矩傳感器513,在電動(dòng)扳手箱體517前部安裝霍爾傳感器514;所述電動(dòng)扳手直流伺服電機(jī)516的輸出軸通過一對(duì)電動(dòng)扳手錐齒輪 519與腕部偏轉(zhuǎn)中空關(guān)節(jié)軸518相連接，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)扳手51的整體轉(zhuǎn)動(dòng)；
[0028]所述手爪52(參見圖8)包括手指521、手指連桿522、手爪支架523、拉桿524、拉桿支架525和套筒526;所述手指521的數(shù)量為兩個(gè)，兩個(gè)手指521為對(duì)稱的V型結(jié)構(gòu)，每個(gè)手指521 分別通過手指連桿522與手爪支架523—端連接，所述手指連桿522的中部與拉桿524的一端連接，兩個(gè)拉桿524的另一端通過拉桿支架525連接，拉桿支架525的另一側(cè)與套筒526連接， 套筒526內(nèi)設(shè)有套軸芯軸和滾珠絲杠，套筒526內(nèi)壁與滾珠絲杠上的螺母連接，套軸芯軸的一端通過聯(lián)軸器與手爪開合直流伺服電機(jī)55連接，另一端與滾珠絲杠連接;所述手爪支架 523的另一端通過腕部翻轉(zhuǎn)中空關(guān)節(jié)軸與傳動(dòng)軸57連接；
[0029]當(dāng)通過萬能套筒511擰緊螺母時(shí)，安裝在擰緊軸512上的動(dòng)態(tài)扭矩傳感器513,會(huì)時(shí)刻監(jiān)測(cè)扭矩值的變化，當(dāng)達(dá)到預(yù)定扭矩時(shí)，無刷直流電機(jī)515停止工作;拆卸螺母時(shí)，安裝在電動(dòng)扳手箱體517內(nèi)部前端的霍爾傳感器514,時(shí)刻測(cè)量擰緊軸512轉(zhuǎn)過的圈數(shù)，當(dāng)達(dá)到預(yù)定的圈數(shù)時(shí)，無刷直流電機(jī)515停止工作。電動(dòng)扳手直流伺服電機(jī)516通過電機(jī)支架安裝在電動(dòng)扳手箱體517后部，其軸線與電動(dòng)扳手箱體517中軸線重合，經(jīng)過電動(dòng)扳手錐齒輪519與腕部偏轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)軸518相連接，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)扳手51的整體轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0030]擰松螺母時(shí)，螺母受到的轉(zhuǎn)矩越來越小，螺母對(duì)擰緊軸512的作用力矩也越來越小，甚至逐漸接近為零(通過動(dòng)態(tài)扭矩傳感器513測(cè)扭矩來控制無刷直流電機(jī)515停止很不方便)，此時(shí)可以通過霍爾傳感器514測(cè)量螺母沿螺栓的軸向總位移(即螺母所旋轉(zhuǎn)的圈數(shù))，當(dāng)螺母沿軸向達(dá)到指定的位移時(shí)，無刷直流電機(jī)515停止轉(zhuǎn)動(dòng)。抒緊螺母時(shí)，當(dāng)達(dá)到指定的預(yù)緊力時(shí)，通過動(dòng)態(tài)扭矩傳感器513測(cè)出此時(shí)擰緊軸上512的扭矩，當(dāng)此扭矩達(dá)到指定的扭矩時(shí)，無刷直流電機(jī)515停止轉(zhuǎn)動(dòng)。[〇〇31]手爪開合直流伺服電機(jī)55通過聯(lián)軸器驅(qū)動(dòng)套軸芯軸轉(zhuǎn)動(dòng)，套軸芯軸轉(zhuǎn)動(dòng)通過滾珠絲杠帶動(dòng)與套筒連接的拉桿支架525移動(dòng)，進(jìn)而經(jīng)拉桿524帶動(dòng)手指521動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)手爪的開合;手爪旋轉(zhuǎn)直流伺服電機(jī)54通過電機(jī)支架安裝于末端執(zhí)行器箱體53后部，其中軸線與末端執(zhí)行器箱體53中軸線重合，經(jīng)過一對(duì)第一直齒輪56、傳動(dòng)軸57、第二直齒輪58與腕部翻轉(zhuǎn)中空關(guān)節(jié)軸相連，腕部翻轉(zhuǎn)中空關(guān)節(jié)軸與手爪支架523相連，手爪旋轉(zhuǎn)直流伺服電機(jī)54通過一對(duì)第一直齒輪56、傳動(dòng)軸57、一對(duì)第二直齒輪58驅(qū)動(dòng)腕部翻轉(zhuǎn)中空關(guān)節(jié)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)手爪支架523旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)手爪52的整體旋轉(zhuǎn)。
[0032]所述基座1(參見圖3)包括基座箱體11，基座箱體11的內(nèi)壁上布置有基座防輻射鉛板12，用于屏蔽輻射、保護(hù)基座箱體11內(nèi)部的電器元件，基座箱體11下端與移動(dòng)平臺(tái)機(jī)械連接；
[0033]所述腰部2(參見圖3)包括腰部箱體21、腰部中空關(guān)節(jié)軸22、第一錐齒輪24、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器25和腰部旋轉(zhuǎn)直流伺服電機(jī)23，所述腰部箱體21呈正方體，腰部箱體21下部通過垂直于基座箱體11上平面的腰部中空關(guān)節(jié)軸22與基座箱體11連接，腰部旋轉(zhuǎn)直流伺服電機(jī)23和電機(jī)驅(qū)動(dòng)器25均布置于基座箱體11內(nèi)部，腰部旋轉(zhuǎn)直流伺服電機(jī)23通過第一錐齒輪24與腰部中空關(guān)節(jié)軸22連接，驅(qū)動(dòng)腰部2實(shí)現(xiàn)水平方向上的旋轉(zhuǎn)，為減小機(jī)械手各組成部分(指除基座I外，腰部2、大臂3、小臂4、末端執(zhí)行器5)的尺寸及轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，電機(jī)驅(qū)動(dòng)器25布置于基座箱體11內(nèi)部，電機(jī)驅(qū)動(dòng)器25驅(qū)動(dòng)機(jī)械手所有電機(jī)的動(dòng)作；
[0034]所述大臂3(參見圖4)包括大臂箱體31、肩部中空關(guān)節(jié)軸32、大臂旋轉(zhuǎn)直流伺服電機(jī)33、肘部中空關(guān)節(jié)軸34和小臂旋轉(zhuǎn)直流伺服電機(jī)35，所述大臂箱體31呈圓柱形，大臂旋轉(zhuǎn)直流伺服電機(jī)33和小臂旋轉(zhuǎn)直流伺服電機(jī)35均布置在大臂箱體31內(nèi)，且二者的軸線與大臂箱體31中軸線重合，大臂旋轉(zhuǎn)直流伺服電機(jī)33通過電機(jī)支架安裝在大臂箱體31下部，大臂旋轉(zhuǎn)直流伺服電機(jī)33的輸出端通過第二錐齒輪36與肩部中空關(guān)節(jié)軸32連接，通過肩部中空關(guān)節(jié)軸32將大臂箱體31與腰部箱體21連接，驅(qū)動(dòng)大臂3實(shí)現(xiàn)俯仰方向上的轉(zhuǎn)動(dòng);小臂旋轉(zhuǎn)直流伺服電機(jī)35通過電機(jī)支架布置于大臂箱體31上部，小臂旋轉(zhuǎn)直流伺服電機(jī)35的輸出軸通過第三錐齒輪37與肘部中空關(guān)節(jié)軸34相連，通過肘部中空關(guān)節(jié)軸34將大臂與小臂連接，驅(qū)動(dòng)小臂4實(shí)現(xiàn)俯仰方向上的轉(zhuǎn)動(dòng)；其中腰部中空關(guān)節(jié)軸22與肩部中空關(guān)節(jié)軸32的軸線垂直且匯交與一點(diǎn)；
[0035]所述小臂4(參見圖5)包括小臂箱體41、腕部俯仰中空關(guān)節(jié)軸42和末端執(zhí)行器旋轉(zhuǎn)直流伺服電機(jī)43，所述小臂箱體41呈圓柱形，末端執(zhí)行器旋轉(zhuǎn)直流伺服電機(jī)43通過電機(jī)支架安裝在小臂箱體41上部，末端執(zhí)行器旋轉(zhuǎn)直流伺服電機(jī)43的軸線與小臂箱體41中軸線重合，末端執(zhí)行器旋轉(zhuǎn)直流伺服電機(jī)43的輸出軸通過第四錐齒輪44與腕部俯仰中空關(guān)節(jié)軸42連接，通過腕部俯仰中空關(guān)節(jié)軸42將小臂4與末端執(zhí)行器5連接，驅(qū)動(dòng)末端執(zhí)行器5實(shí)現(xiàn)俯仰方向上的整體旋轉(zhuǎn)。
[0036]基座I與腰部2通過腰部中空關(guān)節(jié)軸22連接構(gòu)成腰關(guān)節(jié)，腰部2與大臂3通過肩部中空關(guān)節(jié)軸32連接構(gòu)成肩關(guān)節(jié)，大臂3與小臂4通過肘部中空關(guān)節(jié)軸34連接構(gòu)成肘關(guān)節(jié)，小臂4與末端執(zhí)行器5通過腕部俯仰中空關(guān)節(jié)軸42連接構(gòu)成腕部俯仰關(guān)節(jié)，手爪52與腕部翻轉(zhuǎn)中空關(guān)節(jié)軸通過套筒526連接構(gòu)成腕部翻轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，末端執(zhí)行器箱體53與電動(dòng)扳手51通過腕部偏轉(zhuǎn)中空關(guān)節(jié)軸518連接構(gòu)成腕部偏轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)。
[0037]所述的肩關(guān)節(jié)的中軸線與肘關(guān)節(jié)的中軸線平行，所述的肘關(guān)節(jié)的中軸線平行于腕部俯仰關(guān)節(jié)的中軸線，所述的腕部俯仰關(guān)節(jié)的中軸線垂直于腕部翻轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的中軸線，所述的腕部俯仰關(guān)節(jié)的中軸線與腕部翻轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的中軸線匯交于空間一點(diǎn)，所述的腕部俯仰關(guān)節(jié)的中軸線、腕部翻轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的中軸線與腕部偏轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的中軸線相互垂直。
[0038]本實(shí)用新型的進(jìn)一步特征在于所述手指521上設(shè)有壓力傳感器。
[0039]本實(shí)用新型中末端執(zhí)行器的手爪具有一個(gè)開合自由度，兩個(gè)手指分別為對(duì)稱的V型結(jié)構(gòu)，使手指和圓柱形過濾器有四條線接觸，其中四條接觸線關(guān)于過濾芯中軸線互相對(duì)稱，保證抓住的過濾芯受力均勻;并采用多傳感信息融合技術(shù)，能綜合處理末端執(zhí)行器各種傳感器(動(dòng)態(tài)扭矩傳感器513、霍爾傳感器514、壓力傳感器)的信息，可實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的精確定位，機(jī)械手的抓取準(zhǔn)確性高。
[0040]本實(shí)用新型具有六自由度的雙作用機(jī)械手的工作過程及原理是:在執(zhí)行作業(yè)之前，針對(duì)特定環(huán)境的作業(yè)任務(wù)，將機(jī)械手安裝在特定的移動(dòng)平臺(tái)上，并調(diào)整機(jī)械手各組成部分的狀態(tài)，使機(jī)械手的性能達(dá)到最優(yōu)。機(jī)械手在移動(dòng)平臺(tái)的運(yùn)送下到達(dá)作業(yè)地點(diǎn)后，通過控制電源給基座箱體內(nèi)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器通電，電機(jī)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)各個(gè)電機(jī)工作，從而驅(qū)動(dòng)機(jī)械手臂(腰部、大臂、小臂、末端執(zhí)行器)自由轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而完成相應(yīng)的作業(yè)任務(wù)。作業(yè)完成后，再通過移動(dòng)平臺(tái)將機(jī)器人運(yùn)送回指定位置。
[0041]本實(shí)用新型中的雙作用是指末端執(zhí)行器具有兩個(gè)功能，即既能實(shí)現(xiàn)擰緊和擰松 RCV過濾器安裝位置端蓋上的螺母，又能實(shí)現(xiàn)抓取、更換過濾芯。本實(shí)用新型具有六自由度的雙作用機(jī)械手，具有六自由度，針對(duì)核電站典型作業(yè)環(huán)境，用于核電站-回路化學(xué)和容積控制系統(tǒng)中放射性過濾芯更換作業(yè)中，能夠?qū)崿F(xiàn)更換放射性過濾芯的目的，并使過濾芯能夠安裝在移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)上。[〇〇42]上述技術(shù)方案所提供的具有六自由度的雙作用機(jī)械手，構(gòu)型設(shè)計(jì)巧妙，各關(guān)節(jié)偏置布置，各關(guān)節(jié)軸線具有正交或者平行關(guān)系，使機(jī)械手具有較好的折疊性，在不工作時(shí)，具有較小的外形體積，以減少占地空間;在工作時(shí)，各關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)角范圍達(dá)到或接近360度，使其具有較大的工作空間，實(shí)現(xiàn)了機(jī)械手優(yōu)良的靈活性能。[〇〇43]上述技術(shù)方案所提供的具有六自由度的雙作用機(jī)械手，機(jī)械手采用軸中走線，即各機(jī)械臂中的電氣元件所連接的線纜均經(jīng)機(jī)械臂間的中空關(guān)節(jié)軸與基座相連接，不僅美觀，而且避免了線纜與機(jī)械手可能發(fā)生的纏繞，同時(shí)能夠最大限度的減少輻射對(duì)線路的危害，影響機(jī)械手的工作。
[0044]上述技術(shù)方案所提供的具有六自由度的雙作用機(jī)械手是通過手爪和電動(dòng)扳手的配合來更換過濾芯，使用它的好處在于，維護(hù)人員無需直接與污染源舊過濾器接觸，不僅提高了作業(yè)效率，而且維修人員的人身安全也得到了保證。
[0045]本實(shí)用新型未述及之處適用于現(xiàn)有技術(shù)。
[0046]最后應(yīng)說明的是:以上各實(shí)施例僅用以說明本實(shí)用新型的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制;盡管參照前述各實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解:其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分或者全部技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本申請(qǐng)權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種具有六自由度的雙作用機(jī)械手，包括基座、腰部、大臂、小臂和末端執(zhí)行器，其中 基座、腰部、大臂、小臂和末端執(zhí)行器之間依次通過中空關(guān)節(jié)軸連接，并在機(jī)械手內(nèi)部布線； 其特征在于所述末端執(zhí)行器包括電動(dòng)扳手、手爪、末端執(zhí)行器箱體、手爪旋轉(zhuǎn)直流伺服電機(jī) 和手爪開合直流伺服電機(jī)；電動(dòng)扳手和末端執(zhí)行器箱體通過腕部偏轉(zhuǎn)中空關(guān)節(jié)軸連接;手 爪開合直流伺服電機(jī)通過電機(jī)支架安裝于末端執(zhí)行器箱體中部，手爪旋轉(zhuǎn)直流伺服電機(jī)通 過電機(jī)支架安裝于末端執(zhí)行器箱體后部，手爪開合直流伺服電機(jī)和手爪旋轉(zhuǎn)直流伺服電機(jī) 的軸線均與末端執(zhí)行器箱體中軸線重合，手爪旋轉(zhuǎn)直流伺服電機(jī)的輸出軸經(jīng)過第一直齒 輪、傳動(dòng)軸、第二直齒輪與手爪相連;手爪開合直流伺服電機(jī)通過聯(lián)軸器與手爪相連；所述電動(dòng)扳手包括萬能套筒、擰緊軸、動(dòng)態(tài)扭矩傳感器、霍爾傳感器、無刷直流電機(jī)、電 動(dòng)扳手直流伺服電機(jī)和電動(dòng)扳手箱體，其中無刷直流電機(jī)通過電機(jī)支架安裝于電動(dòng)扳手箱 體前部，電動(dòng)扳手直流伺服電機(jī)通過電機(jī)支架安裝在電動(dòng)扳手箱體后部，無刷直流電機(jī)的 軸線和電動(dòng)扳手直流伺服電機(jī)的軸線均與電動(dòng)扳手箱體中軸線重合，無刷直流電機(jī)的輸出 軸通過擰緊軸與萬能套筒相連接，在擰緊軸上安裝有動(dòng)態(tài)扭矩傳感器，在電動(dòng)扳手箱體前 部安裝霍爾傳感器;所述電動(dòng)扳手直流伺服電機(jī)的輸出軸通過一對(duì)電動(dòng)扳手錐齒輪與腕部 偏轉(zhuǎn)中空關(guān)節(jié)軸相連接，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)扳手的整體轉(zhuǎn)動(dòng)；所述手爪包括手指、手指連桿、手爪支架、拉桿、拉桿支架和套筒;所述手指的數(shù)量為兩 個(gè)，兩個(gè)手指為對(duì)稱的V型結(jié)構(gòu)，每個(gè)手指分別通過手指連桿與手爪支架一端連接，所述手 指連桿的中部與拉桿的一端連接，兩個(gè)拉桿的另一端通過拉桿支架連接，拉桿支架的另一 側(cè)與套筒連接，套筒內(nèi)設(shè)有套軸芯軸和滾珠絲杠，套筒內(nèi)壁與滾珠絲杠上的螺母連接，套軸 芯軸的一端通過聯(lián)軸器與手爪開合直流伺服電機(jī)連接，另一端與滾珠絲杠連接;所述手爪 支架的另一端通過腕部翻轉(zhuǎn)中空關(guān)節(jié)軸與傳動(dòng)軸連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有六自由度的雙作用機(jī)械手，其特征在于所述手指上設(shè)有 壓力傳感器。
【文檔編號(hào)】B25J9/12GK205600732SQ201620452230
【公開日】2016年9月28日
【申請(qǐng)日】2016年5月18日
【發(fā)明人】田穎, 張明路, 呂曉玲, 張紹春, 盧鈺仁
【申請(qǐng)人】河北工業(yè)大學(xué)