具有混联式机构的移动机械手制造技术

本实用新型专利技术属公开了一种具有混联式机构的移动机械手，包括移动平台、并联承载装置和机械手。本实用新型专利技术能够综合并联机构和串联机构的双重优点，提高了系统的刚度、工作空间、结构稳定性和作业灵活性。

A mobile manipulator with a mixed mechanism

The utility model discloses a mobile manipulator with a parallel connection mechanism, which comprises a mobile platform, a parallel bearing device and a manipulator. The utility model can integrate the dual advantages of the parallel mechanism and the series mechanism, and improves the rigidity, workspace, structural stability and operation flexibility of the system.

【技术实现步骤摘要】
具有混联式机构的移动机械手
本技术涉及移动机器人领域，尤其涉及一种具有混联式机构的移动机械手。
技术介绍
机械手被广泛应用到生产加工、服务运输等各个领域，具有工作效率高、重复精度好、功能强大等优点。然而，固定在操作台上的机械手，由于其工作空间十分有限，极大地制约了机械手功能的拓展。移动机器人是一种具有高度自规划、自组织、自适应能力，适合在复杂的非结构化环境中工作，集环境感知、动态决策与规划、运动控制与执行等多种功能为一体，相对固定式机器人和机械手，其应用范围和功能都大为拓展和提高，在军事、民用和科学研究中得到广泛应用，包括航天、海洋、军事、建筑、医疗护理、农林、商业服务和灾害救护等，是机器人研究中的重要领域。移动机械手是将机械手安装在移动机器人上，集成了移动平台和机械手两个子系统，这种结构使其拥有几乎无限大的工作空间和高度的运动冗余性，同时具有移动和操作功能，使其能够在更短的时间内，以更优的位姿完成更大范围内的任务，优于传统的机械手和移动机器人。文章《带有机械臂的全方位移动机器人的研制》采用全方位移动机构设计了一种全方位移动机械臂，但是其刚度和稳定性较低。专利CN201510206946.8公开了一种重载搬运装配移动机器人，采用移动平台和Stewart并联平台，实现系统的搬运、装配作业，但是其系统的工作空间和作业灵活性明显受到限制。可以看出，现有技术中移动机械手的移动平台多是作为运动载体，其上搭载的机械手臂通常采用串联关节臂，这存在以下问题：单纯的基于串联机构的移动机械手，整体系统的刚度和稳定性较低，难以完成高强度的搬运作业，尤其是在负载变化或执行大负载抓取以及重载搬运作业时极易导致失稳，而此时仅仅具有运动载体功能的移动平台难以进行有效的反馈调节进行匹配，因而容易造成整车倾覆事故，影响移动机械手的高效稳定作业，增加了作业失败的可能性；而单纯的并联机构其系统的工作空间和作业灵活性明显受到限制。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本技术提供一种具有混联式机构的移动机械手，基于并联机构和串联机构的优点，技术一种刚度高、工作空间大、结构稳定、作业灵活的新型移动机械手，同时能够根据作业负载的变化，通过调整并联承载装置在移动平台的姿态，实现系统对负载变化的匹配。为解决上述技术问题，本技术的技术方案为：具有混联式机构的移动机械手，包括移动平台1、机械手2、并联承载装置3、姿态传感器41和力传感器42。所述的并联承载装置3包含上平台31和下平台32。所述上平台31为网状辐射盘面，在网状辐射盘面的中心设置有回转安装座313。在上平台31的底面设置有加强筋板312、球铰安装座311和支撑架37。在上平台31和下平台32之间设置有刚度支撑杆36。在移动平台1上安装有姿态传感器41和力传感器42。进一步说，在上平台31的底面设置有3个加强筋板312、3个球铰安装座311和1个支撑架37。其中，3个加强筋板312呈品字形分布。3个球铰安装座311呈品字形分布。支撑架37位于上平台31底面的中心。为了更好地说明本技术的结构特点，现换一角度对本技术的结构特点进行阐述：本产品包括移动平台、并联承载装置、机械手，所述的并联承载装置具有上平台和下平台，并联承载装置的上平台的中部为网状辐射盘面，网状辐射盘面的中心设置有回转安装座，回转安装座上设置有回转支撑和圆柱齿轮，上平台的底面设置有加强筋板、球铰安装座和支撑架，并联承载装置的驱动元件通过球铰安装座安装在并联承载装置的上平台和下平台之间，上平台和下平台之间设置有刚度支撑杆，并联承载装置的下平台与移动平台的上表面通过移动副联接，机械手的底座固定在并联承载装置的上平台的回转安装座上，机械手第一关节的驱动元件安装在并联承载装置的支撑架内部。所述的并联承载装置的下平台设置有移动导轨和传动螺母，下平台的表面设置有刚度支撑杆的第一连接铰。所述的移动平台的上表面设置有导轨槽，导轨槽的一端为通槽，另一端为盲槽，移动平台的上表面与并联承载装置的下平台采用导轨副联接。所述的加强筋板和球铰安装座在并联承载装置的上平台的底面成中心对称布置。所述的加强筋板和球铰安装座均为3个，所述的每个球铰安装座均具有两个球窝。所述的支撑架的底面设置有刚度支撑杆的第二连接铰。所述的机械手具有单个或多个自由度。所述的并联承载装置的驱动元件为电机驱动。所述的机械手的驱动元件为电机驱动。所述的混联式移动机械手，还包括监测系统和运动控制系统，监测系统包括姿态传感器和力传感器，姿态传感器和力传感器安装在移动平台上用以检测移动平台的姿态和载荷信息。工作时，根据作业对象的空间位置，运动控制系统控制移动平台运动到作业对象附近位置，进行粗定位，同时调整机械手的姿态，进行精定位，在此过程中，当机械手与作业对象之间的相对位置出现不匹配时，运动控制系统控制发出指令控制并联承载装置进行姿态调整，增加机械手与作业对象之间的定位协调空间。机械手与作业对象之间的定位完成后，根据作业工艺的要求，运动控制系统生成机械手的作业轨迹，控制机械手进行作业，作业过程中，当负载变化时，运动控制系统可控制并联承载装置进行姿态调整，实现整体系统对负载变化的匹配。本技术的优点在于：本技术所述的混联式移动机械手，能够综合并联机构和串联机构的双重优点，与传统的移动机械手相比，提高了系统的刚度、工作空间、结构稳定性和作业灵活性。采用的并联承载装置能够实现姿态的调整，有利于增加机械手与作业对象间的定位协调，进一步增大了系统的工作空间和灵活性。通过实时检测机械手作业过程中移动平台的姿态信息和载荷信息，当负载变化时，通过反馈控制，运动控制系统可控制并联承载装置进行姿态调整，实现整体系统对负载变化的匹配。附图说明图1本技术的移动机械手的结构图。图2本技术的移动机械手的并联承载装置的主视图。图3本技术的移动机械手的并联承载装置的俯视图。图4本技术的并联承载装置上平台的俯视图。图5本技术的并联承载装置上平台的底部结构图。图6本技术的并联承载装置的支撑架的结构图。图7本技术的并联承载装置下平台的结构图。图8本技术的移动平台上表面的结构图。图9本技术的混联式移动机械手的控制系统图。图10本技术的并联承载装置的驱动模块的结构图。上述图中的标记为：1、移动平台。12、导轨凹槽。2、机械手。21、机械手底座。22、机械手驱动电机。3、并联承载装置。31、并联承载装置的上平台。311、球铰安装座。312、加强筋板。313、回转安装座。3131、回转支撑。3132、圆柱齿轮。32、并联承载装置的下平台。33、并联承载装置的驱动模块。331、驱动电机。332、减速模块。3321、圆柱齿轮。3322、角接触轴承轴承。333、执行机构。3331、主动机构。3332、从动机构。34、移动导轨。35、传动螺母。36、刚度支撑杆。361、第一连接铰。362、第二连接铰。37、支撑架。4、监测系统。41、姿态传感器。42、力传感器。5、运动控制系统。具体实施方式下面结合附图对本技术做进一步说明：参见图1，具有混联式机构的移动机械手,包括移动平台1、并联承载装置3和机械手2。所述的并联承载装置3包含上平台31和下平台32。所述上平台3本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.具有混联式机构的移动机械手，其特征在于：包括移动平台（1）、机械手（2）、并联承载装置（3）、姿态传感器（41）和力传感器（42）；所述的并联承载装置（3）包含上平台（31）和下平台（32）；所述上平台（31）为网状辐射盘面，在网状辐射盘面的中心设置有回转安装座（313）；在上平台（31）的底面设置有加强筋板（312）、球铰安装座（311）和支撑架（37）；在上平台（31）和下平台（32）之间设置有刚度支撑杆（36）；在移动平台（1）上安装有姿态传感器（41）和力传感器（42）。

【技术特征摘要】
1.具有混联式机构的移动机械手，其特征在于：包括移动平台（1）、机械手（2）、并联承载装置（3）、姿态传感器（41）和力传感器（42）；所述的并联承载装置（3）包含上平台（31）和下平台（32）；所述上平台（31）为网状辐射盘面，在网状辐射盘面的中心设置有回转安装座（313）；在上平台（31）的底面设置有加强筋板（312）、球铰安装座（311）和支撑架（37）；在上平台（31）和下平台（32）之间设置有刚度支撑杆（36）；在移动平台（1）上安装有姿态传感器（41）和力传感器（42）。2.根据权利要求1所述的具有混联式机构的移动机械手，其特征在于：在上平台（31）的底面设置有3个加强筋板（312）、3个球铰安装座（311）和1个支撑架（37）；其中，3个加强筋板（312）呈品字形分布；3个球铰安装座（311）呈品字形分布；支撑架（37）位于上平台（31）底面的中心。3.根据权利要求2所述的具有混联式机构的移动机械手，其特征在于：支撑架（37）为铸造件整体结构；机械手（2）内含机械手第一关节的驱动元件；机械手第一关节的驱动元件安装在支撑架（37）之中。4.根据权利要求1所述的具有混联式机构的移动机械手，其特征在于：在上平台（31）和下平台（32）之间设有3个以上的并联承载装置的驱动模块（33）。5.根据权利要求4所述的具有混联式机构的移动机械手，其特征在于：并联承载装置的驱动模块（33）的一端与球铰安装座（311）相连接；并联承载装置的驱动模块（33）的另一端通过安装座（334）与下平台（32）的顶部相连接。6.根据权利要求5所述的具有混联式机构的移动机械...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘玉飞，吴靖文，张席，訾斌，许德章，钱森，汪步云，鞠锦勇，路恩，潘瑞，沈亚兰，
申请(专利权)人：安徽工程大学，
类型：新型
国别省市：安徽,34