一种带六维力传感的通用重载抓取机械手结构的制作方法

1.本实用新型涉及一种带六维力传感的通用重载抓取机械手结构，属于结构设计领域。


背景技术：

2.近年来，随着对保障装备提出的快速高效、无人自主、通用性等要求，对新型保障装备的需求更加强烈。先前保障装备主要存在以下不足：一是自动化程度低，由于负载质量大、形状和吊点等特征各不相同，需要较多操作人员手工连接机械手与负载吊装接口；二是通用性差，针对不同形状、质量、质心位置的负载，往往需要不同的机械手，通过更换不同的吊装接口装置实现不同负载吊装。因此，解决对不同装备的快速、通用保障问题变得极其重要。


技术实现要素：

3.为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种带六维力传感的通用重载抓取机械手结构，该带六维力传感的通用重载抓取机械手结构可实现对不同尺寸、不同质量、及不同姿态负载的抓取。
4.本实用新型通过以下技术方案得以实现。
5.本实用新型提供的一种带六维力传感的通用重载抓取机械手结构，包括电机；所述电机的输出轴连接有谐波减速器，谐波减速器通过电机安装座连接有机械手本体；所述谐波减速器上连接有减速器输出法兰，减速器输出法兰的下端轴上连接有传感器连接法兰，传感器连接法兰的上端与谐波减速器连接；所述传感器连接法兰通过套筒连接有六维力传感器，六维力传感器的一端连接有起重销组件；所述起重销组件通过卡套与机械手本体连接，机械手本体通过碟簧与套筒连接。
6.还包括防护罩，防护罩的末端采用阶梯状结构与机械手本体连接。
7.所述防护罩上装有视觉标签。
8.所述起重销组件包括固定端和与固定端连接的活动端，固定端的侧面通过卡套与机械手本体连接，顶部与六维力传感器连接。
9.所述活动端的端面为圆弧形状并设有导向角，在活动端的起吊接触面设有对称斜面。
10.所述电机安装座采用螺钉连接在谐波减速器与机械手本体之间。
11.所述传感器连接法兰采用滑槽结构。
12.所述卡套为两半拼接式结构，在卡套上设有斜面，卡套通过斜面与固定端连接。
13.本实用新型的有益效果在于：结构简单、承载能力大、接口可通用适配、可靠性高、适用范围广，可实现快速、安全、可靠的吊装抓取工作，提高了抓取对接速度、节省抓取时间。
附图说明
14.图1是本实用新型的结构示意图；
15.图2是图1中起重销组件的主视图；
16.图3是图2中固定端的结构图；
17.图4是图2中活动端的结构图；
18.图5是图1中碟簧的结构图；
19.图6是图1中卡套的结构图；
20.图7是图6的俯视图；
21.图8是图1中机械手本体的剖视图；
22.图中：1-防护罩，2-谐波减速器，3-减速器输出法兰，4-电机安装座，5-套筒，6-碟簧，7-卡套，8-起重销组件，9-机械手本体，10-六维力传感器，11-传感器连接法兰，12-电机。
具体实施方式
23.下面进一步描述本实用新型的技术方案，但要求保护的范围并不局限于所述。
24.如图1～8所示，一种带六维力传感的通用重载抓取机械手结构，包括电机12；所述电机12的输出轴连接有谐波减速器2，谐波减速器2通过电机安装座4连接有机械手本体9，电机安装座4用于支撑谐波减速器2；所述谐波减速器2上连接有减速器输出法兰3，减速器输出法兰3的下端轴上连接有传感器连接法兰11，传感器连接法兰11的上端与谐波减速器2连接，可实现电机12驱动力矩输出，谐波减速器2可驱动传感器连接法兰3转动，实现对谐波减速器2的定位；所述传感器连接法兰11通过套筒5连接有六维力传感器10，其传递运动，能压缩碟簧6，六维力传感器10的一端连接有起重销组件8，六维力传感器10可感知起重销组件8各方位受力情况；所述起重销组件8通过卡套7与机械手本体9连接，机械手本体9通过碟簧6与套筒5连接，碟簧6可以保护六维力传感器10不过载。
25.还包括防护罩1，防护罩1的末端采用阶梯状结构与机械手本体9连接。
26.所述防护罩1上装有视觉标签，既能保护内部零部件，起到防尘、防水的作用，又能通过视觉系统反馈机械手位置，为视觉系统提供测量位置参考。
27.所述起重销组件8包括固定端和与固定端连接的活动端，固定端的侧面通过卡套7与机械手本体9连接，顶部与六维力传感器10连接。
28.所述活动端的端面为圆弧形状并设有导向角，可防锁死、防脱，还增大了抓取时对机器人位置控制误差的包容度，在活动端的起吊接触面设有对称斜面，能够防止起吊过程脱销。
29.优选的，活动端可根据负载接口形式快速适配更换，可通用于各种负载的抓取。
30.所述电机安装座4采用螺钉连接在谐波减速器2与机械手本体9之间。
31.所述传感器连接法兰11采用滑槽结构，可实现轴向相当移动和动力传递。
32.所述卡套7为两半拼接式结构，在卡套7上设有斜面，卡套7通过斜面与固定端连接，保证起重销组件8具有一定的姿态适应能力和自动定位能力。
33.进一步的，卡套7采用斜面的形式对起重销组件8进行定位，并具有一定姿态适应能力、自动定心能力，使六维力传感器10在正常的受力和位移范围下工作，保护六维力传感
器10受力不会过大。
34.具体的，六维力传感器10可感知起重销组件8对准起吊孔过程的接触力情况，通过主动控制机器人位移和姿态可实现柔顺插销动作。
35.进一步的，六维力传感器10上方加装碟簧6，在插销过程中，通过结构限位，使起重销组件8具有较小位移，六维力传感器10在正常的受力和位移范围下工作。
36.可以理解的，六维力传感器10、套筒5以及内嵌的传感器连接法兰11连接在一起，通过谐波减速器2驱动。
37.可以理解的，电机12转动，依次带动谐波转速器2、减速器输出法兰3、传感连接法兰11、套筒5、六维力传感器10、起重销组件8转动，实现负载的旋锁和起吊、插销、抓取。
38.本实用新型装在机械臂末端，通过六维力传感器感知起重销组件对准情况，可实现负载的自适应主动柔顺插销、起吊动作；起重销组件的模块化设计接口可实现任意吊装接口的适配，解决了大质量负载在吊装过程中自动对接难、接口适配难的问题；采用人工智能、机器视觉技术实现自动抓取，节省了人力成本，排除抓取过程对操作人员的安全隐患；提高了吊具的通用化水平，可在不需要更换吊具的情况下吊装多种尺寸的负载。
39.实施例
40.如上所述，起重销组件8采用蘑菇头形状，在吊装时可准确起吊负载；起重销组件8通过拼接式的卡套7固定在机械手本体9内，机械手本体9与起重销组件8留有间隙，允许一定量的横向晃动；起重销组件8上端与六维力传感器10连接，传感器连接法兰11内嵌在套筒5内，传感器连接法兰11、套筒5以及六维力传感器10采用螺钉连接在一起，套筒5中间套有碟簧6；传感器连接法兰11采用滑槽结构与减速器输出法兰3连接；减速器输出法兰3与谐波减速器2采用螺钉连接；电机安装座4安装在机械手本体9上端，支撑谐波减速器2；防护罩1采用阶梯结构与机械手本体9连接，采用螺钉固定，防护罩1上装有视觉标签，机器人视觉系统通过标签获取机械手位置；工作时，电机驱动谐波减速器2、传感器连接法兰11、套筒5、六维力传感器10以及起重销组件8同时转动，六维力传感器10可反馈起重销组件8受到的接触力和力矩，机器人控制系统可根据接触力和力矩控制机器人调节插销姿态，实现柔顺插销、抓取。
41.本实用新型的具体工作过程如下：
42.第一步：吊装机器人系统通过测量机械手防护罩1上的视觉标签，获取机械手起重销组件8和负载起吊孔位置，根据位置偏差，驱动机械手自动运动到起吊孔上方；
43.第二步：控制机械手向下插销，通过六维力传感器感知插销过程起重销组件8与起吊孔之间的接触力，采用力-位柔顺控制算法进行起重销组件(8)的姿态调节，实现快速柔顺插销动作；
44.第三步：插销完成后，电机12驱动起重销组件8旋转90
°
，并向上提拉机械手张紧，实现起吊锁定，起重销组件8的对称斜面结构可防止起重销从起吊孔中脱出，实现安全起吊作业。
45.综上所述，与现有技术相比，本实用新型达到了如下技术效果。
46.1.机械手设计了起重销旋转驱动机构，采用电机、谐波减速器作为动力，其中电机内置角位移编码器，实现了起重销的插销和旋锁角度的精确控制；
47.2.机械手内置六维力传感器，可实现机械手插销过程的精确力和力矩感知，便于
机器人进行插销过程主动柔顺控制；
48.3.针对六维力传感器量程较小，不便于起吊重型负载的问题，设计了传感器保护机构，通过碟簧和限位结构实现了重载吊装过程的传感器过载保护；
49.4.机械手起重销组件由固定端和活动端组成，活动端可根据负载起吊接口形式快速更换，可实现对不同尺寸、不同接口负载的自适应抓取；
50.5.起重销组件采用圆弧形状和对称斜面，增大了对接负载起吊孔时对机器人位置控制误差的包容度，能够防锁死、防脱，可以实现与负载吊装接口的精准快速对接，提高了机械手的操作性。