CN105058373B - 一种基于双虎克铰机构的机械臂柔顺对接装置 - Google Patents

Abstract

一种基于双虎克铰机构的机械臂柔顺对接装置，它涉及一种虎克铰对接装置。本发明为了解决现有的对接装置存在控制复杂且机构接触力较大，不易保护对接装置的问题。本发明的机械臂末端执行器安装在末端执行器存放装置的上端，连接件(1)的上端通过连接孔(1‑1)与外置机械臂连接，第一十字轴(2)安装在工具接头(5)的上部，内环(3)安装在工具接头(5)的上端内侧壁，外环(4)安装在工具接头(5)的上端外侧壁，连接件(1)的下端通过外环(4)与工具接头(5)连接；末端执行器存放装置包括虎克铰机构和缓冲复位机构，虎克铰机构安装在缓冲复位机构上。本发明适用于空间中机械结构的对接。

Description

一种基于双虎克铰机构的机械臂柔顺对接装置

技术领域

本发明涉及一种双虎克铰对接装置，具体涉及一种机械臂柔顺对接装置。

背景技术

机械臂在工作过程中，不可避免地会涉及到不同机构的对接问题。对接机构不仅在地面上有着广泛的应用，在航天失重环境下也起着重要作用。刚性对接技术对机械臂的精度要求很高，且由于接触力等原因，极易造成对接机构的损伤。现有的对接装置要求机械臂精度高，对接功能通过对机械臂采取主动控制实现，控制复杂且机构接触力较大，不易保护对接装置。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有的对接装置存在控制复杂且机构接触力较大，不易保护对接装置的问题，进而提供一种基于双虎克铰机构的机械臂柔顺对接装置。

本发明的技术方案是：一种基于双虎克铰机构的机械臂柔顺对接装置包括机械臂末端执行器和末端执行器存放装置，机械臂末端执行器安装在末端执行器存放装置的上端，

机械臂末端执行器包括第一连接件、第一十字轴、内环、外环和工具接头，第一连接件的上端通过连接孔与外置机械臂连接，第一十字轴安装在工具接头的上部，内环安装在工具接头的上端内侧壁，外环安装在工具接头的上端外侧壁，第一连接件的下端通过外环与工具接头连接；

末端执行器存放装置包括虎克铰机构和缓冲复位机构，虎克铰机构安装在缓冲复位机构上，

虎克铰机构包括连接座、第二十字轴、两个第一销钉和十字轴座，连接座与工具接头的下端连接，十字轴座安装在连接座的下端，第二十字轴通过两个第一销钉安装在十字轴座的上端，

缓冲复位机构包括缓冲弹簧、复位弹簧和连接底座，连接底座的外侧壁上开设多个移动槽，连接底座通过安装在多个移动槽内的第二连接件与十字轴座的下部连接，缓冲弹簧安装在连接底座内，且缓冲弹簧的上端与十字轴座的下端相抵，复位弹簧套装在十字轴座的外侧壁和连接底座的外侧壁上。

本发明与现有技术相比具有以下效果：1.本发明主体采用缓冲复位机构和虎克铰机构，实现末端执行器存放装置与末端执行器的有容差对接和安全存放。本发明对接两端均为虎克铰机构、零件数目少，同现有装置相比结构简单，装置可以实现有容差对接，对接接触力小，存放过程安全、可靠，装置中没有控制元件，制造成本低。特别适合机械臂末端执行器需频繁更换且不便直接监测的场合，其对接原理同样适用于空间中机械结构的对接。

机械臂末端执行器和其存放装置均由虎克铰机构传递运动，构成双虎克铰对接结构。两者进行对接时，由于虎克铰机构结构的自适应性，对接末端可以小角度转动，顺利完成对接任务，同时减小对接接触力，保护作业装置。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；图2是本发明完成对接后剖面示意图；图3是末端执行器结构示意图；图4是末端执行器去除连接件的结构示意图；图5是末端执行器存放装置结构示意图；图6是末端执行器存放装置剖视图；图7是十字轴的机构示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合1至图7说明本实施方式，本实施方式的一种基于双虎克铰机构的机械臂柔顺对接装置包括机械臂末端执行器和末端执行器存放装置，机械臂末端执行器安装在末端执行器存放装置的上端，

机械臂末端执行器包括第一连接件1、第一十字轴2、内环3、外环4和工具接头5，第一连接件1的上端通过连接孔1-1与外置机械臂连接，第一十字轴2安装在工具接头5的上部，内环3安装在工具接头5的上端内侧壁，外环4安装在工具接头5的上端外侧壁，第一连接件1的下端通过外环4与工具接头5连接；

末端执行器存放装置包括虎克铰机构和缓冲复位机构，虎克铰机构安装在缓冲复位机构上，

虎克铰机构包括连接座8、第二十字轴10、两个第一销钉11和十字轴座12，连接座8与工具接头5的下端连接，十字轴座12安装在连接座8的下端，第二十字轴10通过两个第一销钉11安装在十字轴座12的上端，

缓冲复位机构包括缓冲弹簧14、复位弹簧15和连接底座16，连接底座16的外侧壁上开设多个移动槽16-2，连接底座16通过安装在多个移动槽16-2内的第二连接件与十字轴座12的下部连接，缓冲弹簧14安装在连接底座16内，且缓冲弹簧14的上端与十字轴座12的下端相抵，复位弹簧15套装在十字轴座12的外侧壁和连接底座16的外侧壁上。

所述机械臂末端执行器的第一连接件1一端通过连接孔1-1与机械臂连接，另一端利用螺钉通过通孔4-1与十字轴外环4连接。

具体实施方式二：结合图1至图4说明本实施方式，本实施方式的工具接头5包括立柱和三个连接臂，连接臂中可以放置不同的工具，实现不同功能。三个连接臂均布连接在立柱的下端，三个连接臂交汇处的底端中心位置处设有球面凹槽5-2，每个连接臂的两侧端面上均设有一个凹槽5-1。凹槽5-2可以实现与连接座8顶部半球凸起8-1的配合，实现末端执行器的定位；机械臂与末端执行器脱离时，凹槽5-1可以实现与锁紧套6的卡紧，方便机械臂与末端执行器脱离。其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：结合图5说明本实施方式，本实施方式的虎克铰机构还包括3个锁紧套6和3个第一螺钉7，3个第一螺钉7安装在连接座8上，每个第一螺钉7上套装有一个锁紧套6。第一螺钉7将与之连接的锁紧套6紧固在连接座8上。机械臂与末端执行器脱离时，锁紧套6可以实现与凹槽5-1的卡紧，方便机械臂与末端执行器脱离。其它组成和连接关系与具体实施方式二相同。

具体实施方式四：结合图5说明本实施方式，本实施方式的虎克铰机构还包括两个第二螺钉9，两个第二螺钉9安装在第二十字轴10上，起着连接连接座8和第二十字轴10的作用。其它组成和连接关系与具体实施方式二或三相同。

具体实施方式五：结合图5说明本实施方式，本实施方式的移动槽16-2为长方形移动槽。其它组成和连接关系与具体实施方式四相同。

具体实施方式六：结合图6说明本实施方式，本实施方式的连接座8的上端带有半球形凸起8-1。半球凸起8-1可以与凹槽5-2实现球面配合，实现末端执行器的轴向定位。其它组成和连接关系与具体实施方式五相同。

所述虎克铰机构的连接座8上端有3个圆孔，分别安装3个内六角圆柱头第一螺钉7，3个内六角圆柱头第一螺钉7外部分别套有锁紧套6。连接座8顶部半球凸起8-1与工具接口5的底部球面凹槽5-2构成球面副。实现工具接口5接触工具连接座8继而顺时针旋转时，锁紧套6与工具接口5的侧面凹槽5-1卡紧。

所述缓冲复位机构的连接底座16侧面均匀分布4个槽16-2，通过内六角圆柱头螺钉将连接底座16与十字轴座12固定。工具连接底座16通过螺钉固定于地面，实现虎克铰机构只能浮动而不会圆周转动。

所述末端执行器内的十字轴2两端通过两个内六角圆柱头螺钉实现与十字轴外环4的配合，另外两端插入销钉与十字轴内环3相配合，构成虎克铰机构。

所述末端执行器存放装置内部的虎克铰机构是十字轴10两端通过两个内六角圆柱头螺钉9实现其与工具连接座的配合。另外两端插入销钉11，实现其与十字轴座12的配合，构成虎克铰机构。

所述缓冲复位机构的缓冲弹簧14上端与十字轴座12接触，下端与工具连接底座16接触，实现十字轴座的上下浮动，保护末端执行器不受损伤。所述复位弹簧15上端与工具连接座8接触，下端与工具连接底座16接触，实现当末端执行器离开时，对工具连接座的复位，方便末端执行器下次的存放。所述工具连接底座底部外围有8和圆孔16-1，使其方便安装、定位于地面上。

本发明是一种利用双虎克铰机构为主，辅以双弹簧机构，可以对机械臂末端执行器实现大容差接收并平稳存放的装置，适合机械臂末端执行器需频繁更换且不便直接监测的场合，其对接原理同样适用于空间中机械结构的对接。

末端执行器存放装置内部有虎克铰机构、复位缓冲机构。其中的虎克铰机构和末端执行器中虎克铰机构构成双虎克铰对接装置，复位缓冲机构中，缓冲弹簧实现存放装置的浮动，减小对接接触力；复位弹簧实现末端执行器轴线竖直，便于机械臂下次抓取该执行器。

结合图1、图2、图3、图4、图5、图6和图7说明本发明的原理。存放末端执行器时，当机械臂末端执行器送至工具连接座8的上方并与工具连接座8发生接触时，由于两个虎克铰机构的存在，工具连接座8将自适应性调整位姿，以方便机械臂末端执行器中工具接口5的侧面凹槽5-1与工具连接座8上的内六角圆柱头螺钉卡紧。工具连接底座16的4个槽16-2使得十字轴座12只能上下浮动，防止机械臂末端执行器水平方向的转动引起十字轴座12的水平转动。复位弹簧15可调整工具连接座8的形态，缓冲弹簧14上下浮动，实现对于机械臂末端执行器的缓冲，避免机械臂末端执行器因受到冲击而产生损伤。十字轴10两端与工具连接座8相配合，另外两端插入销钉，构成虎克铰机构，实现存放装置小角度自适应偏转。当机械臂末端执行器离开时，复位弹簧15可以扶正工具连接座8，使末端执行器轴线竖直，方便机械臂再次抓取该执行器。

Claims (6)

1.一种基于双虎克铰机构的机械臂柔顺对接装置，其特征在于：它包括机械臂末端执行器和末端执行器存放装置，机械臂末端执行器安装在末端执行器存放装置的上端，

机械臂末端执行器包括第一连接件(1)、第一十字轴(2)、内环(3)、外环(4)和工具接头(5)，第一连接件(1)的上端通过连接孔(1-1)与外置机械臂连接，第一十字轴(2)安装在工具接头(5)的上部，内环(3)安装在工具接头(5)的上端内侧壁，外环(4)安装在工具接头(5)的上端外侧壁，第一连接件(1)的下端通过外环(4)与工具接头(5)连接；

末端执行器存放装置包括虎克铰机构和缓冲复位机构，虎克铰机构安装在缓冲复位机构上，

虎克铰机构包括连接座(8)、第二十字轴(10)、两个第一销钉(11)和十字轴座(12)，连接座(8)与工具接头(5)的下端连接，十字轴座(12)安装在连接座(8)的下端，第二十字轴(10)通过两个第一销钉(11)安装在十字轴座(12)的上端，

缓冲复位机构包括缓冲弹簧(14)、复位弹簧(15)和连接底座(16)，连接底座(16)的外侧壁上开设多个移动槽(16-2)，连接底座(16)通过安装在多个移动槽(16-2)内的第二连接件与十字轴座(12)的下部连接，缓冲弹簧(14)安装在连接底座(16)内，且缓冲弹簧(14)的上端与十字轴座(12)的下端相抵，复位弹簧(15)套装在十字轴座(12)的外侧壁和连接底座(16)的外侧壁上。

2.根据权利要求1所述的一种基于双虎克铰机构的机械臂柔顺对接装置，其特征在于：工具接头(5)包括立柱和三个连接臂，三个连接臂均布连接在立柱的下端，三个连接臂交汇处的底端中心位置处设有球面凹槽(5-2)，每个连接臂的两侧端面上均设有一个凹槽(5-1)。

3.根据权利要求2所述的一种基于双虎克铰机构的机械臂柔顺对接装置，其特征在于：虎克铰机构还包括多个锁紧套(6)和多个第一螺钉(7)，多个第一螺钉(7)安装在连接座(8)上，每个第一螺钉(7)上套装有一个锁紧套(6)。

4.根据权利要求3所述的一种基于双虎克铰机构的机械臂柔顺对接装置，其特征在于：虎克铰机构还包括两个第二螺钉(9)，两个第二螺钉(9)安装在第二十字轴(10)上。

5.根据权利要求4所述的一种基于双虎克铰机构的机械臂柔顺对接装置，其特征在于：移动槽(16-2)为长方形移动槽。

6.根据权利要求5所述的一种基于双虎克铰机构的机械臂柔顺对接装置，其特征在于：连接座(8)的上端带有半球形凸起。