全方位零件装配误差自适应补偿系统

摘要

本发明提供一种全方位零件装配误差自适应补偿系统，包括安装基座、模块化XY并联柔性运动平台、六自由度柔性运动平台、三自由度倾角误差补偿装置和气动自适应机械手；安装基座位于所述模块化XY并联柔性运动平台的上方，与模块化XY并联柔性运动平台相连接；六自由度柔性运动平台位于安装基座及模块化XY并联柔性运动平台之间，固定于模块化XY并联柔性运动平台上；三自由度倾角误差补偿装置通过贯穿模块化XY并联柔性运动平台的直杆与六自由度柔性平台相连接；自适应机械手位于所述三自由度倾角误差补偿装置远离六自由度柔性运动平台的一侧，与三自由度倾角误差补偿装置相连接。本发明的结构简单紧凑、可全方位消除零件装配误差。

权利要求

1.一种全方位零件装配误差自适应补偿系统，其特征在于，包括安装基座、模块化XY并联柔性运动平台、六自由度柔性运动平台、三自由度倾角误差补偿装置和气动自适应机械手；所述安装基座位于所述模块化XY并联柔性运动平台的上方，且与所述模块化XY并联柔性运动平台相连接；所述六自由度柔性运动平台位于所述安装基座及所述模块化XY并联柔性运动平台之间，且固定于所述模块化XY并联柔性运动平台上；所述三自由度倾角误差补偿装置通过贯穿所述模块化XY并联柔性运动平台的直杆与所述六自由度柔性平台相连接；

所述气动自适应机械手位于所述三自由度倾角误差补偿装置远离所述六自由度柔性运动平台的一侧，且与所述三自由度倾角误差补偿装置相连接；所述模块化XY并联柔性运动平台包括圆盘和多个镶嵌式XY柔性移动模块，多个所述镶嵌式XY柔性移动模块固定于所述圆盘外围，且沿所述圆盘的周向间隔排布，所述圆盘上设有中心通孔；所述安装基座与所述镶嵌式XY柔性移动模块远离所述气动自适应机械手的端面相连接；所述六自由度柔性运动平台位于所述安装基座与所述圆盘之间，且固定于所述圆盘上；所述直杆贯穿所述中心通孔。

2.根据权利要求1所述的全方位零件装配误差自适应补偿系统，其特征在于：所述镶嵌式XY柔性移动模块包括第一柔性移动单元和第二柔性移动单元，所述第一柔性移动单元镶嵌于所述第二柔性移动单元的下端部，所述第一柔性移动单元和所述第二柔性移动单元的运动方向正交；所述第一柔性移动单元和所述第二柔性移动单元均包括两个平行间隔排布的柔性簧片。

3.根据权利要求1所述的全方位零件装配误差自适应补偿系统，其特征在于：所述六自由度柔性运动平台包括外圆环、多个柔性支链、内圆环、中心环和多个短簧片；所述内圆环位于所述中心环外围，所述外圆环位于所述内圆环外围；所述柔性支链一端与所述外圆环的内侧相连，另一端与所述内圆环的外侧相连；所述短簧片一端与所述内圆环的内侧相连接，另一端与所述中心环的外侧相连接。

4.根据权利要求3所述的全方位零件装配误差自适应补偿系统，其特征在于，所述多个柔性支链包括第一柔性支链、第二柔性支链和第三柔性支链，所述第一柔性支链、所述第二柔性支链和所述第三柔性支链沿所述外圆环的周向均匀间隔分布；所述多个短簧片包括第一短簧片、第二短簧片、第三短簧片和第四短簧片，所述第一短簧片、所述第二短簧片、所述第三短簧片和第四短簧片沿所述内圆环的周向均匀间隔分布。

5.根据权利要求1所述的全方位零件装配误差自适应补偿系统，其特征在于：所述三自由度倾角误差补偿装置包括关节头、关节窝、所述直杆、第一进气嘴和出气孔；所述关节头为球面，所述关节窝位于所述关节头远离所述气动自适应机械手的一侧，所述关节窝与所述关节头邻近的一侧为球形凹面，且所述关节窝的中心与所述关节头的中心重合，所述关节窝与所述关节头之间具有间隙；所述关节窝远离所述关节头的一侧设置有环形空腔；所述直杆一端与所述关节头相连接，另一端贯穿所述关节窝，并延伸至所述关节窝远离所述关节头的一侧；所述第一进气嘴位于所述关节窝的侧面，且与所述环形空腔相连通；所述出气孔位于所述环形空腔的底面，所述出气孔将所述环形空腔与所述间隙相连通。

6.根据权利要求5所述的全方位零件装配误差自适应补偿系统，其特征在于：所述环形空腔的内侧和外侧均具有环形凹槽；所述三自由度倾角误差补偿装置还包括第一O型圈和第二O型圈，所述第一O型圈和所述第二O型圈分别位于所述环形空腔内侧和外侧的所述环形凹槽内。

7.根据权利要求1所述的全方位零件装配误差自适应补偿系统，其特征在于：所述气动自适应机械手包括第一手指、第二手指、第一弹簧、第二弹簧、壳体、第二进气嘴、第一密封圈、第一支撑环、第二密封圈、第三密封圈、第二支撑环、第四密封圈；所述壳体内形成有空腔；所述第一手指和所述第二手指分别部分插入所述空腔相对的两端，以于所述壳体内形成U型腔体；所述第一弹簧将所述第一手指固定于所述壳体上，所述第二弹簧将所述第二手指固定于所述壳体上；所述第二进气嘴与所述U型腔体相连通；所述第一支撑环安装在所述第一手指上，且位于所述第一手指插入至所述空腔内的部分与所述壳体之间；所述第二支撑环安装在所述第二手指上，且位于所述第二手指插入至所述空腔内的部分与所述壳体之间；所述第一密封圈和所述第二密封圈位于所述第一手指插入至所述空腔内的部分与所述壳体之间，且分别位于所述第一支撑环相对的两侧，所述第三密封圈和所述第四密封圈位于所述第二手指插入至所述空腔内的部分与所述壳体之间，且分别位于所述第二支撑环相对的两侧。

8.根据权利要求7所述的全方位零件装配误差自适应补偿系统，其特征在于：所述气动自适应机械手还包括第一安装堵头、第二安装堵头、第三安装堵头、第四安装堵头、第五安装堵头；所述第一安装堵头、所述第二安装堵头、所述第三安装堵头、所述第四安装堵头、所述第五安装堵头沿所述壳体的周向分布。

说明书

全方位零件装配误差自适应补偿系统

技术领域

[0001] 本发明涉及机械技术领域，特别是涉及一种全方位零件装配误差自适应补偿系统。

背景技术

[0002] 精密装配是一种对装配零件之间的配合精度要求非常高的装配作业。长期以来，零件的精密装配一直是精密制造的重要环节，装配环节的质量对产品的性能有着重要的影
响。随着科学技术的高速发展，零件装配的自动化水平越来越高，主要体现在大批量零件装
配、保证产品质量及其稳定性、提高劳动生产率以及降低生产成本等方面。在零件精密装配
的工作模式中轴孔类零件的装配作业在整个装配中占主要部分，例如销轴与轴孔、轴承与
轴等装配都属于轴孔装配。然而，在机器人进行这类精密装配作业时，由于装配环境的不确
定性，甚至出现突发状况，装配件之间即使出现微小的偏差，都有可能导致装配件无法完成
装配，甚至损坏装配件及周边设备。

[0003] 目前，实现精密装配的方式主要有主动和被动两种方式。前者包含驱动器、传动机构、传感器(视觉、触觉和力觉等传感器)及控制器等，装配系统利用多种传感器对装配信息
进行检测，并将信息反馈到控制器中，通过控制算法实现对驱动器的精密控制。这种主动装
配方式主要依靠精密设备来提高装配精度和效率，设备的性能直接影响着装配效果。这种
方式在技术上有较高难度，并且在经济上也不可行。被动装配方式是一种利用柔性/弹性机
构在装配力的作用下产生被动变形以消除零件装配误差的方式，不难看出这种自适应装配
方式不需要精密设备和复杂的控制算法，因此目前已成为装配领域的研究热点。

[0004] 现有的被动式自适应装配系统主要具有以下三个问题：一、自适应误差范围较小，尤其是沿x/y/z三个方向的倾角误差补偿能力有限，因此其应用范围受限；二、只能对某几
个方向的装配误差进行补偿，因此这种装配系统只能针对某种特定的场合，不具有通用性。
对于空间六自由度运动(三个平移和三个转动)，只有沿竖直方向的运动误差不需要补偿，
其余沿五个方向的装配误差都需要由自适应补偿装置自身来消除，因此补偿装置必须具有
五个被动自由度；三、装配系统除了包含消除装配误差的补偿装置以外还需要一个机械抓
手来抓取或释放零件。工业上常采用夹持器抓手，这种抓手虽然简单，但是均为对心抓取，
即各手指同时运动或停止，彼此之间无法协同运动。在抓取装配零件时，如果机械手与零件
之间即使存在微小位置误差，都会导致较大的接触力，进而对零件或机械手造成破坏。虽然
现在已经涌现出多种多样的自适应机械手，它们可以自动适应零件形状并消除机械手与零
件之间的位置误差，但是它们通常具有结构复杂、成本高等缺点。此外，虽然软体自适应机
械手简单低廉，但因其冗余自由度过多而无法用于精密装配。

发明内容

[0005] 为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种全方位零件装配误差自适应补偿系统，用于解决现有技术中的自适应装配系统存在的上述问题。

[0006] 本发明提供一种全方位零件装配误差自适应补偿系统，包括安装基座、模块化XY并联柔性运动平台、六自由度柔性运动平台、三自由度倾角误差补偿装置和气动自适应机
械手；所述安装基座位于所述模块化XY并联柔性运动平台的上方，且与所述模块化XY并联
柔性运动平台相连接；所述六自由度柔性运动平台位于所述安装基座及所述模块化XY并联
柔性运动平台之间，且固定于所述模块化XY并联柔性运动平台上；所述三自由度倾角误差
补偿装置通过贯穿所述模块化XY并联柔性运动平台的直杆与所述六自由度柔性平台相连
接；所述气动自适应机械手位于所述三自由度倾角误差补偿装置远离所述六自由度柔性运
动平台的一侧，且与所述三自由度倾角误差补偿装置相连接。

[0007] 可选地，所述模块化XY并联柔性运动平台包括圆盘和多个镶嵌式XY柔性移动模块，多个所述镶嵌式XY柔性移动模块固定于所述圆盘外围，且沿所述圆盘的周向间隔排布，
所述圆盘上设有中心通孔；所述安装基座与所述镶嵌式XY柔性模块远离所述气动自适应机
械手的端面相连接；所述六自由度柔性运动平台位于所述安装基座与所述圆盘之间，且固
定于所述圆盘上；所述直杆贯穿所述中心通孔。

[0008] 可选地，所述镶嵌式XY柔性移动模块包括第一柔性移动单元和第二柔性移动单元，所述第一柔性移动单元镶嵌于所述第二柔性单元的下端部，所述第一柔性移动单元和
所述第二柔性移动单元的运动方向正交；所述第一柔性移动单元和所述第二柔性单元均包
括两个平行间隔排布的柔性簧片。

[0009] 可选地，所述六自由度串并联柔性运动平台包括外圆环、多个柔性支链、内圆环、中心环和多个短簧片；所述内圆环位于所述中心环外围，所述外圆环位于所述内圆环外围；
所述柔性支链一端与所述外圆环的内侧相连，另一端与所述内圆环的外侧相连；所述短簧
片一端与所述内圆环的内侧相连接，另一端与所述中心环的外侧相连接。

[0010] 可选地，所述多个柔性支链包括第一柔性支链、第二柔性支链和第三柔性支链，所述第一柔性支链、所述第二柔性支链和所述第三柔性支链沿所述外圆环的周向均匀间隔分
布；所述多个短簧片包括第一短簧片、第二短簧片、第三短簧片和第四短簧片，所述第一短
簧片、所述第二短簧片、所述第三短簧片和第四短簧片沿所述内圆环的周向均匀间隔分布。

[0011] 可选地，所述三自由度倾角误差补偿装置包括关节头、关节窝、所述直杆、第一进气嘴和出气孔；所述关节头为球面，所述关节窝位于所述关节头远离所述气动自适应机械
手的一侧，所述关节窝与所述关节头邻近的一侧为球形凹面，且所述关节窝的中心与所述
关节头的中心重合，所述关节窝与所述关节头之间具有间隙；所述关节窝远离所述关节头
的一侧设置有环形空腔；所述直杆一端与所述关节头相连接，另一端贯穿所述关节窝，并延
伸至所述关节窝远离所述关节头的一侧；所述第一进气嘴位于所述关节窝的侧面，且与所
述环形空腔相连通；所述出气孔位于所述环形空腔的底面，所述出气孔将所述环形空腔与
所述间隙相连通。

[0012] 可选地，所述环形空腔的内侧和外侧均具有环形凹槽；所述三自由度倾角误差补偿装置还包括第一O型圈和第二O型圈，所述第一O型圈和所述第二O型圈分别位于所述环形
空腔内侧和外侧的所述环形凹槽内。

[0013] 可选地，所述气动自适应机械手包括第一手指、第二手指、第一弹簧、第二弹簧、壳体、第二进气嘴、第一密封圈、第一支撑环、第二密封圈、第三密封圈、第二支撑环、第四密封
圈；所述壳体内形成有空腔；所述第一手指和所述第二手指分别部分插入所述空腔相对的
两端，以于所述壳体内形成U型腔体；所述第一弹簧将所述第一手指固定于所述壳体上，所
述第二弹簧将所述第二手指固定于所述壳体上；所述第二进气嘴与所述U型腔体相连通；所
述第一支撑环安装在所述第一手指上，且位于所述第一手指插入至所述空腔内的部分与所
述壳体之间；所述第二支撑环安装在所述第二手指上，且位于所述第二手指插入至所述空
腔内的部分与所述壳体之间；所述第一密封圈和所述第二密封圈位于所述第一手指插入至
所述空腔内的部分与所述壳体之间，且分别位于所述第一支撑环相对的两侧，所述第三密
封圈和所述第四密封圈位于所述第二手指插入至所述空腔内的部分与所述壳体之间，且分
别位于所述第二支撑环相对的两侧。

[0014] 可选地，所述气动自适应机械手还包括第一安装堵头、第二安装堵头、第三安装堵头、第四安装堵头、第五安装堵头；所述第一安装堵头、所述第二安装堵头、所述第三安装堵
头、所述第四安装堵头、所述第五安装堵头沿所述壳体的周向分布。

[0015] 如上所述，本发明的全方位零件装配误差自适应补偿系统，具有以下有益效果：本发明的全方位零件装配误差自适应补偿系统结构简单紧凑、低成本、易于拆卸、可无摩擦地
沿着x/y轴大范围移动以及x/y/z轴大角度转动、自适应无损地抓取零件、可全方位消除零
件装配误差。

附图说明

[0016] 图1为一种零件装配的结构示意图。

[0017] 图2为本发明的全方位零件装配误差自适应补偿系统的立体结构示意图。

[0018] 图3为本发明的全方位零件装配误差自适应补偿系统的爆炸图。

[0019] 图4为本发明的全方位零件装配误差自适应补偿系统的工作原理图。

[0020] 图5为本发明的全方位零件装配误差自适应补偿系统中的模块化XY并联柔性运动平台的结构示意图。

[0021] 图6为本发明的模块化XY并联柔性运动平台中的镶嵌式XY柔性移动模块的结构示意图；其中，图6中的(a)图为装配后的镶嵌式XY柔性移动模块的结构示意图，图6中的(b)图
为装配前的镶嵌式XY柔性移动模块的结构示意图。

[0022] 图7为本发明的六自由度串并联柔性运动平台的结构示意图。

[0023] 图8为本发明的六自由度串并联柔性运动平台中的柔性支链工作原理图。

[0024] 图9为本发明的六自由度串并联柔性运动平台在不同自由度运动的示意图；其中，图9中的(a)图为六自由度串并联柔性运动平台沿左右方向运动的示意图，图9中的(b)图为
六自由度串并联柔性运动平台沿前后方向运动的示意图，图9中的(c)图为六自由度串并联
柔性运动平台沿周向转动的示意图。

[0025] 图10为本发明的三自由度倾角误差补偿装置的爆炸图。

[0026] 图11为本发明的三自由度倾角误差补偿装置的剖视图。

[0027] 图12为本发明的气动自适应机械手的立体结构示意图。

[0028] 图13位本发明的气动自适应机械手的剖视图。

[0029] 元件标号说明：1、误差补偿装置，2、夹持器机械手，3、装配零件，4、底座，5、装配孔，11、安装基座，12、模块化XY并联柔性运动平台，121、镶嵌式XY柔性运动模块，122、圆盘，
1211、第一柔性移动单元，1212、第二柔性移动单元，1213、第一连接位置，1214、第二连接位
置，1215、柔性簧片，13、六自由度柔性运动平台，1300、机构间隙，1301、外圆环，1302、第一
柔性支链，1303、第二柔性支链，1304、第三柔性支链，1305、内圆环，1306、中心环，1307、第
一短簧片，1308、第二短簧片，1309、第三短簧片，1310、第四短簧片，14、三自由度倾角误差
补偿装置，1401、关节头，1402、关节窝，1403、直杆，1405、第一进气嘴，1406、第一O型圈，
1407、第二O型圈，1408、环形空腔，1409、出气孔，1410、空气薄膜，15、气动自适应机械手，
501、第一手指，502、第二手指，503、第一弹簧，504、第二弹簧、505、壳体，506、第一安装堵
头，507、第二安装堵头，508、第三安装堵头，509、第四安装堵头，510、第五安装堵头，511、U
型腔体，512、第二进气嘴，513、第一密封圈，514、第一支撑环，515、第二密封圈，516、第三密
封圈，517、第二支撑环，518、第四密封圈，20、装配零件。

具体实施方式

[0030] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于
本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他
实施例，都属于本发明保护的范围。

[0031] 以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方
案、等同方案以及没有背离本发明的精神和范围的其他技术方案。

[0032] 本领域技术人员应理解的是，在本发明的揭露中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关
系是基于附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指
示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术
语不能理解为对本发明的限制。

[0033] 一种零件装配系统如图1所示，装配系统利用装在误差补偿装置1末端的夹持器机械手2来抓取装配零件3，将所述装配零件3插入底座4中的装配孔5中，其中所述装配孔5上
设有倒角，起导向作用。对于圆柱形零件而言，装配系统只需具备四个方向的自由度(x,y,θ
x,θy,)就能完成轴孔装配任务；对于方形零件或其它异状而言，要想将其插入装配孔5中，
装配系统需要具有五个被动自由度(x,y,θx,θy,θz)才能自适应消除装配误差。

[0034] 实施例一

[0035] 请参阅图2及图3所示，本发明提供一种全方位零件装配误差自适应补偿系统，包括安装基座11、模块化XY并联柔性运动平台12、六自由度柔性运动平台13、三自由度倾角误
差补偿装置14和气动自适应机械手15；所述安装基座11位于所述模块化XY并联柔性运动平
台12的上方，且与所述模块化XY并联柔性运动平台12相连接；所述六自由度柔性运动平台
13位于所述安装基座11及所述模块化XY并联柔性运动平台12之间，且固定于所述模块化XY
并联柔性运动平台13上；所述三自由度倾角误差补偿装置14通过贯穿所述模块化XY并联柔
性运动平台13的直杆1403与所述六自由度柔性平台13相连接；所述气动自适应机械手15位
于所述三自由度倾角误差补偿装置14远离所述六自由度柔性运动平台13的一侧，且与所述
三自由度倾角误差补偿装置14相连接。

[0036] 本发明的全方位零件装配误差自适应补偿系统结构简单紧凑、低成本、易于拆卸、可无摩擦地沿着x/y轴大范围移动以及x/y/z轴大角度转动、自适应无损地抓取零件、可全
方位消除零件装配误差。

[0037] 需要说明的是，所述三自由度倾角补偿装置14从运动状态上看，实际上为一个三自由度球形关节。

[0038] 需要进一步说明的是，如图4所示所示六自由度柔性运动平台13与所述三自由度倾角误差补偿装置14之间具有机构间隙1300。

[0039] 请结合图2及图3参阅图4所示，本发明的全方位零件装配误差自适应补偿系统的工作原理图，其中O点为三自由度球形关节的球心。将装配零件20插入装配孔时，由于装配
误差的存在，所述装配零件20会受到来自装配孔所施加的接触力或力矩。当接触力为沿x轴
的Fx时，三自由度球形关节不发生转动，因此，六自由度柔性运动平台13也不产生任何变
形，而模块化XY并联柔性运动平台12在接触力作用下产生沿x轴的变形以消除装配误差；当
接触力矩为沿y轴的My时，三自由度球形关节绕其球心O产生沿y轴的转动角度以消除装配
误差，期间六自由度柔性运动平台产生13被动变形，而模块化XY并联柔性运动平台12不产
生任何变形。

[0040] 实施例二

[0041] 请结合图3参阅图5至6，所述模块化XY并联柔性运动平台12包括圆盘122和多个镶嵌式XY柔性移动模块121，多个所述镶嵌式XY柔性移动模块121固定于所述圆盘122外围，且
沿所述圆盘122的周向间隔排布，所述圆盘122上设有中心通孔(未示出)；所述安装基座11
与所述镶嵌式XY柔性模块121远离所述气动自适应机械手15的端面相连接；所述六自由度
柔性运动平台13位于所述安装基座11与所述圆盘122之间，且固定于所述圆盘122上；所述
直杆1403贯穿所述中心通孔(未示出)。

[0042] 作为示例，如图6所示，所述镶嵌式XY柔性移动模块121包括第一柔性移动单元1211和第二柔性移动单元1212，所述第一柔性移动单元1211镶嵌于所述第二柔性单元1212
的下端部，所述第一柔性移动单元1211和所述第二柔性移动单元1212的运动方向正交；所
述第一柔性移动单元1211和所述第二柔性单元1212均包括两个平行间隔排布的柔性簧片
1215。所述第一柔性移动单元1211的两个所述柔性簧片1215的排布方向与所述第二移动单
元1212的两个所述柔性簧片1215的排布方向正交。

[0043] 请结合图3参阅图7至图9，所述六自由度串并联柔性运动平台13包括外圆环1301、多个柔性支链、内圆环1305、中心环1306和多个短簧片；所述内圆环1305位于所述中心环
1306外围，所述外圆环1301位于所述内圆环1305外围；所述柔性支链一端与所述外圆环
1301的内侧相连，另一端与所述内圆环1305的外侧相连；所述短簧片一端与所述内圆环
1305的内侧相连接，另一端与所述中心环1306的外侧相连接。

[0044] 作为示例，所述多个柔性支链包括第一柔性支链1302、第二柔性支链1303和第三柔性支链1304，所述第一柔性支链1302、所述第二柔性支链1303和所述第三柔性支链1304
沿所述外圆环1301的周向均匀间隔分布；所述多个短簧片包括第一短簧片1307、第二短簧
片1308、第三短簧片1309和第四短簧片1310，所述第一短簧片1307、所述第二短簧片1308、
所述第三短簧片1309和第四短簧片1310沿所述内圆环1305的周向均匀间隔分布。

[0045] 进一步说，所述六自由度串并联柔性运动平台13由单块材料加工而成。所述柔性支链具有相同的结构，在本实施例中的所述柔性支链为三条，三条所述柔性支链呈120°间
隔布置，即所述第一柔性支链1302、所述第二柔性支链1303和所述第三柔性支链1304呈
120°间隔布置。

[0046] 如图8所示，以所述第一柔性支链1302为例，所述第一柔性支链1302包括柔性短梁A1B1、菱形柔性结构B1B2B3B4和柔性短梁B4C1。两柔性短梁在外力矩M作用下产生弯曲变形，根
据伪刚体模型法，它们可以等效成一个转动副(R)；菱形柔性结构在外力F作用下可以产生
线性运动，可以等效一个移动副(P)。因此，由外环机构为3‑RPR构型，故而所述内圆环1305
可以产生三自由度平面运动(x,y,θz)，如图9所示。所述中心环1306通过所述第一短簧片
1307、所述第二短簧片1308、所述第三短簧片1309和所述第四短簧片1310连接到所述内圆
环1305上，所述每根簧片既可以产生弯曲变形有可以产生扭转变形，所述中心环1306可以
产生三自由度离面运动(z,θx,θy)(未示出)。考虑到所述外圆环1301与所述内圆环1305串
联连接，因此，最终所述中心环1306具有六个方向的运动自由度。

[0047] 请结合图3参阅图10及图11，所述三自由度倾角误差补偿装置14包括关节头1401、关节窝1402、所述直杆1403、第一进气嘴1405和出气孔1409；所述关节头1401为球面，所述
关节窝1402位于所述关节头1401远离所述气动自适应机械手15的一侧，所述关节窝1402与
所述关节头1401邻近的一侧为球形凹面，且所述关节窝1402的中心与所述关节头1401的中
心重合，所述关节窝1402与所述关节头1401之间具有间隙；所述关节窝1402远离所述关节
头1401的一侧设置有环形空腔1408；所述直杆1403一端与所述关节头1401相连接，另一端
贯穿所述关节窝1402，并延伸至所述关节窝1402远离所述关节头1401的一侧；所述第一进
气嘴1405位于所述关节窝1402的侧面，且与所述环形空腔1408相连通；所述出气孔1409位
于所述环形空腔1408的底面，所述出气孔1409将所述环形空腔1408与所述间隙相连通。

[0048] 作为示例，所述环形空腔1408的内侧和外侧均具有环形凹槽；所述三自由度倾角误差补偿装置14还包括第一O型圈1406和第二O型圈1407，所述第一O型圈1406和所述第二O
型圈1407分别位于所述环形空腔1408内侧和外侧的所述环形凹槽内，起密封作用。气体由
所述第一进气嘴1405进入所述环形空腔1408，再由所述出气孔1409达到所述关节头1401与
所述关节窝1402之间的间隙，并在间隙处形成一层空气薄膜1410，通常，所述空气薄膜1410
厚度为几十个微米。由于空气薄膜1410的存在，所述关节头1401可绕其中心无摩擦的转动。

[0049] 请结合图3参阅图12及图13，所述气动自适应机械手15包括第一手指501、第二手指502、第一弹簧503、第二弹簧504、壳体505、第二进气嘴512、第一密封圈513、第一支撑环
514、第二密封圈515、第三密封圈516、第二支撑环517、第四密封圈518；所述壳体505内形成
有空腔；所述第一手指501和所述第二手指502分别部分插入所述空腔相对的两端，以于所
壳体505内形成U型腔体511；所述第一弹簧503将所述第一手指502固定于所述壳体505上，
所述第二弹簧504将所述第二手指502固定于所述壳体505上；所述第二进气嘴512与所述U
型腔体511相连通；所述第一支撑环514安装在所述第一手指501上，且位于所述第一手指
501插入至所述空腔内的部分与所述壳体505之间；所述第二支撑环517安装在所述第二手
指502上，且位于所述第二手指502插入至所述空腔内的部分与所述壳体505之间；所述第一
密封圈513和所述第二密封圈515位于所述第一手指501插入至所述空腔内的部分与所述壳
体505之间，且分别位于所述第一支撑环514相对的两侧，所述第三密封圈516和所述第四密
封圈518位于所述第二手指502插入至所述空腔内的部分与所述壳体505之间，且分别位于
所述第二支撑环517相对的两侧。

[0050] 作为示例，所述气动自适应机械手15还包括第一安装堵头506、第二安装堵头507、第三安装堵头508、第四安装堵头509、第五安装堵头510；所述第一安装堵头506、所述第二
安装堵头507、所述第三安装堵头508、所述第四安装堵头509、所述第五安装堵头510沿所述
壳体505的周向分布。

[0051] 作为示例，所述第一支撑环514安装在第一手指501上，起支撑和线性运动导向的作用，所述第二密封圈515起防尘作用，避免灰尘进入到所述U型腔体511内，所述第二支撑
环517安装在第二手指502上，起支撑和线性运动导向的作用，所述第三密封圈516通常起防
尘的作用，所示第一密封圈513和第四密封圈518起密闭U型腔体511内气体的作用。当所述
气动机械手15没有气体通入时，所述第一手指501和所述第二手指分别在所述第一弹簧
503、所述第二弹簧504的拉力下回到初始位置。所述气动机械手15的自适应抓取主要分以
下三个过程：第一，当所述气动机械手15的两手指都未触碰被抓取的零件时，气体通过所述
第二进气嘴512进入到所述U型腔体511内，同时推动所述第一手指501、所述第二手指502同
步运动；第二，由于所述气动机械手15定位或者零件加工公差等导致各手指无法同时触碰
工件，假设所述第一手指501先触碰工件，气体在所述第一手指501端受阻，会继续推动所述
第二手指502继续运动，直到所述第一手指501和所述第二手指502都触碰零件；第三，当所
述第一手指501和所述第二手指502都触碰零件后，在气体作用下，所述第一手指501和所述
第二手指502同时抓紧零件，由于U型腔体内气体压力都相同，因此所述第一手指501和所述
第二手指502所施加的抓取力也相同，实现了抓取力的均匀性和一致性。本发明的气动自适
应机械手15为两指结构，这种结构在抓取异状零件时会出现抓不稳(即零件相对机械手滑
动)的情况，根据该机械手的设计原理，很容易将两指机械手改成三指机械手，从而消除两
指机械手抓不稳的情况，本发明中的三指机械手模型未示出。

[0052] 对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论
从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权
利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有
变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

[0053] 此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当
将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员
可以理解的其他实施方式。