CN100446938C

CN100446938C - 冲撞式自动抓取机械手

Info

Publication number: CN100446938C
Application number: CNB2006101509387A
Authority: CN
Inventors: 季宝锋; 王立权; 陈东良; 贾守波; 宋辉; 邓辉峰; 郝欣伟; 罗红魏
Original assignee: Harbin Engineering University
Current assignee: Harbin Engineering University
Priority date: 2006-10-25
Filing date: 2006-10-25
Publication date: 2008-12-31
Anticipated expiration: 2026-10-25
Also published as: CN1944000A

Abstract

本发明提供了一种冲撞式自动抓取机械手。它包括机械手支架1，机械手支架1为双层V形结构，机械手支架1上安装有弹簧抱紧抓取装置2、杠杆触发装置3和自动回复和检测装置4，两套弹簧抱紧抓取装置2安装在机械手支架1底部的V形开口处，杠杆触发装置3连接于两套弹簧抱紧抓取装置2之间，自动回复和检测装置4的回复电机安装在机械手支架1的V形顶端，回复电机轴上安装有卷线轮，卷线轮上绕有两段分别与两套弹簧抱紧抓取装置2相连的钢丝绳。本发明不但可以应用在机器人领域，可作为各种机器、设备、工具的机械抓取载体，进行货物的快速抓取、运输和存放等，也可作为一种快速固定工具，完成仪器设备的快速安装、固定工作。

Description

冲撞式自动抓取机械手

(一)技术领域

本实用新型涉及机械领域，特别涉及一种冲撞式、杠杆触发、储存能量瞬间释放、具有自锁功能的极快速冲撞式自动抓取机械手。

(二)背景技术

在许多工作场合，要用到能够实现移动、登高、抓取、举升、投掷等功能的机械装置。例如在机器人比赛中所用的能以最短的时间登上烽火台向燃料筒中投放燃料球的机器人等。传统的设计方法是设计子母式机器人。母机器人将子机器人送上烽火台，子机器人的前端设有V形槽，子机器人在登上烽火台后直冲向主火炬，用V形槽卡位固定后旋转主火炬，最后机器人投球装置再向火炬筒中投球。以这种方法设计的机器人有重量重、稳定性差、组装麻烦、投球时间长、控制复杂且不容易协调、可调性差、子母车分离不彻底等诸多缺点。

在各种机器、设备、工具、货物等的抓取、固定装置运用环境中，多采用的是液压、气压或是电动机械手，而这些机械手都不适合在极快速抓取、固定、具有碰撞的环境中使用。目前，我们尚未见到有关冲撞式的，利用杠杆死点触发，具有自锁功能的，储存能量瞬间释放的具有极快速自动抓取功能的机械手的相关报道。

(三)发明内容

本实用新型的目的是提供一种利用杠杆死点支撑、机械装置本身的冲撞力触发、储存能量瞬间释放、具有自锁功能的冲撞式自动抓取机械手。

本实用新型的目的是这样实现的：它包括机械手支架1，机械手支架1为双层V形结构，机械手支架1上安装有两套弹簧抱紧抓取装置2、杠杆触发装置3和自动回复和检测装置4，两套弹簧抱紧抓取装置2安装在机械手支架1底部的V形开口处，杠杆触发装置3连接于两套弹簧抱紧抓取装置2之间，自动回复和检测装置4的回复电机安装在机械手支架1的V形顶端，回复电机轴上安装有卷线轮，卷线轮上绕有两段分别与两套弹簧抱紧抓取装置2相连的钢丝绳。

本实用新型还可以包括这样一些结构特征：

1、所述的两套弹簧抱紧抓取装置2包括安装在两层机械手支架之机械手支架之间的两旋转轴5、6，套在两旋转轴5、6上的两大扭力弹簧7、8和两组抓取机械爪9、10，两组抓取机械爪的后端分别套在两旋转轴5、6上，两大扭力弹簧的两端分别搭在两层机械手支架和两组抓取机械爪上。

2、所述的杠杆触发装置3由两个带有死顶点杆12、13、回复拉力橡皮筋14、两个连接杆15、16、两个两端支杆回复拉力橡皮筋17、18、旋转轴19组成，两个带有死顶点杆12、13通过旋转轴19铰接，两个带有死顶点杆之间连接回复拉力橡皮筋14，两个带有死顶点杆的另一端有锥形导向凸台，两个两端支杆回复拉力橡皮筋17、18的一端固定在锥形导向凸台内部，另一端与两个连接杆15、16同时套在每一组抓取机械爪中间的横梁上。

3、所述的自动回复和检测装置4还包括两个安装在机械手支架上的支撑滑轮23、24，两钢丝绳21、22经两支撑滑轮23、24与弹簧抱紧抓取装置2相连。

4、所述的弹簧抱紧抓取装置2的两旋转轴5、6的中间设置有支座，支座固定在机械手支架上。

5、所述的两组抓取机械爪9、10呈弧形。

6、所述的自动回复和检测装置4还包括四个行程开关25、26、27、28，四个行程开关25、26、27、28分别安装于机械手支架1的V形开口端。

整个机械手储存能量的过程是由回复电机20完成的，回复电机20通过两根钢丝绳21和22将两组抓取机械爪9、10向两侧拉，拉开的具体位置由V形机械手支架1上的四个行程开关25、26、27、28来确定，这时杠杆触发装置3在多个橡皮筋的拉力作用下由V字形变成一字形，并且通过死点将两组抓取机械爪9、10支撑开来，然后回复电机20再反转将两钢丝绳21、22松开，完成系统的能量储存过程。经实验表明本实用新型设计的机械手抓取速度非常迅速，抓取后非常牢固，不存在脱落(具有自锁特性)和不稳的情况，抓取效果非常好。

本实用新型属于一种机械抓取、固定装置。其可以充当机器、设备等的快速抓取工具；也可以充当物品、设备、工具等的快速固定装置，完成特定情况下需要极快速抓取或是固定的任务。冲撞式自动抓取机械手不但可以应用在机器人领域，其可作为各种机器、设备、工具的机械抓取载体，进行货物的快速抓取、运输和存放等；也可以作为一种快速固定工具，完成仪器、设备的快速安装、固定工作。其具有的极快速抓取、固定、自锁的特性将使其具有广阔的应用前景。

(四)附图说明

图1是冲撞式自动抓取机械手前斜视图；

图2是冲撞式自动抓取机械手后斜视图；

图3是冲撞式自动抓取机械手抓取物件前俯视图(触发前)；

图4是杠杆触发装置简图；

图5是冲撞式自动抓取机械手抓取物件后俯视图(触发后)；

图6是冲撞式自动抓取机械手长导向杆方式示意图；

图7是冲撞式自动抓取机械手使用马盘电机直接检测的方式示意图。

(五)具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体结构及工作原理进行进一步的说明：

结合图1，本实用新型由V形机械手支架1、弹簧抱紧抓取装置2、杠杆触发装置3、自动回复和检测装置4四部分组成。V形机械手支架1是整个机械手的基本骨架，是其他装置安装的载体，其可用铝合金铆接或是其他金属焊接而成，其底端形状是弧形、方形还是其他形状由所抓取的物品的形状决定，必要时可自行调整。V形机械手支架1前段(主要起导向作用)的长短也根据需要采用不同的方式，如图3、图6、图7所示。

弹簧抱紧抓取装置2包括两个旋转轴5、6，两个大扭力弹簧7、8和两组抓取机械爪9、10。结合图2，以机械手左边抱紧装置(即图中右侧抱紧装置)为例：旋转轴5两端都固定在V形机械手支架1上，中间用一支座11支撑着(防止在大扭力的作用下轴变形)；大扭力弹簧7套在旋转轴5上，弹簧的安装是使抓取机械爪向两侧分开时有很强的回复力(始终向中间抱紧的力)作用；抓取机械爪后端可绕旋转轴5转动，前端弯成弧形(其形状可根据需要而变)，弧形的作用一方面是增加抱紧接触面积，使抓取更加稳定，另一方面两边合对的弧形钩具有自锁特性，防止抓取的物品脱落，如图5所示。上下两个抓取机械爪由中间的横梁焊接固定，保持抓取机械爪张开和闭合时的一致性。左右两组抓取机械爪采用对称布置，原理一样。

结合图4，杠杆触发装置3由带有死顶点杆12、带有死顶点杆13、回复拉力橡皮筋14、两个连接杆15、16、两个两端支杆回复拉力橡皮筋17、18、旋转轴19组成。带有死顶点杆12和带有死顶点杆13可绕轴19转动，转动最大角度为185度。目的是：在两杆受向中间弹簧挤压力作用时，两杆在回复拉力橡皮筋14的作用下，使两杆通过死点位置30卡死，即两个杆只能单向运动。两杆的另一端都有一个锥形导向凸台，两个两端支杆回复拉力橡皮筋17、18的一端固定在锥形导向凸台内部，另一端固定在抓取机械爪两旋转轴5、6上，其作用是：在回复电机20通过两钢丝绳21、22将两组抓取机械爪拉开(机械爪张开)时，回复拉力橡皮筋14使死顶点杆12、死顶点杆13回到触发前死点相顶的状态，同时在回复拉力橡皮筋17和18的拉力作用下完成杠杆触发装置所有零件的从组，即由V字形向一字形的转变，凸台起导向和限位作用；当杠杆触发装置3前端(轴19位置)受一冲撞力F作用而触发时，杠杆触发装置3就由一字形变成V字形，其变长的部分由两端支杆回复拉力橡皮筋17和18拉伸补偿，带有死顶点杆12与其连接杆15此时是分开的，右边同左边。

结合图2-3，自动回复和检测装置4由回复电机20，两根钢丝绳21和22，两个支撑滑轮23和24，四个行程开关25、26、27和28组成。回复电机20固定于V形槽的后端，电机带动一个卷线轮29转动，卷线轮29的转动拉动两个钢丝绳21和22，从而带动了两组抓取机械爪9、10的张开与闭合。四个行程开关25、26、27和28的作用是对两组抓取机械爪9、10张开位置起检测作用，若电机选用带有马盘的伺服电机，四个行程开关也可不用，如图7所示。

整个机械手储存能量的过程是由回复电机20完成的，回复电机20通过两根钢丝绳21、22将两组抓取机械爪9、10向两侧拉，拉开的具体位置由V形机械手支架1上的四个行程开关25、26、27、28来确定，这时杠杆触发装置3在多个橡皮筋的拉力作用下由V字形变成一字形，并且通过死点将两组抓取机械爪9、10支撑开来(如图3所示)，然后回复电机20再反转将两钢丝绳21、22松开，完成系统的能量储存过程。

整个机械手抓取、抱紧过程如下：机械手张开时如图1-3所示，两组抓取机械爪9、10在杠杆触发装置3死点的支撑作用下张开着，但两组抓取机械爪9、10始终在两扭力弹簧7、8的作用下有一向中间抱合的趋势。当杠杆触发装置3中间遇到要抱取物品的撞击力F时，杠杆触发装置3就会以轴19向内转动，由原来的一字形变成V字形。失去支撑力的两组抓取机械爪9、10在各自的扭力弹簧的作用下迅速向中间抱合，如图5所示，实现对物品的快速抓取，由于两组抓取机械爪9、10前端具有弧形自锁特性，所以抓取到的物品很难脱落。在整个抓取过程中是撞击力迅速将储存的弹簧能释放，能量转化为机械手的抱紧力，实现这个过程的时间是非常短的，几乎就在撞击的同时能量释放完成，所以说这是一个能量快速释放的过程。

此种机械手的具体实施方案有多种方式，除了上面讲的由四个行程开关检测抓取机械爪张开位置外，还有图6所示的长导向杆方式；图7所示的不用四个行程开关检测而改用马盘电机直接检测的方式；将回复电机和检测装置都拆掉的手动恢复使用方式；将杠杆触发装置换成一个活动金属杠杆硬碰撞的方式等。

图6所示的去掉回复电机和检测装置的简化机械手方案去掉了回复电机和检测装置，加长了导向杆，同时将前端的杠杆触发装置换成一个完整的金属杆，金属杆的两端磨有浅凹槽，我们将抓取机械爪的横梁压在凹槽中，当金属杆受到撞击力作用时，金属杆就会从抓取机械爪的支撑横梁上滑落，从而使抓取机械爪迅速抓住抓取物。采用这种方式优点是机械手在气动运送装置的作用下能迅速抓取抓取物，同时前端的V型长杆具有导向和干扰作用，但同时对金属杆的撞击比较大，撞击10次左右就要换一个金属杆，所以建议使用图4介绍的杠杆触发装置，图4所示的杠杆触发装置也不仅仅局限在方形，根据需要可以对形状做适当修改。

Claims

1、一种冲撞式自动抓取机械手，它包括机械手支架(1)，其特征是：机械手支架(1)为双层V形结构，机械手支架(1)上安装有两套弹簧抱紧抓取装置(2)、杠杆触发装置(3)和自动回复和检测装置(4)，两套弹簧抱紧抓取装置(2)安装在机械手支架(1)底部的V形开口处，杠杆触发装置(3)连接于两套弹簧抱紧抓取装置(2)之间，自动回复和检测装置(4)的回复电机安装在机械手支架(1)的V形顶端，回复电机轴上安装有卷线轮，卷线轮上绕有两段分别与两套弹簧抱紧抓取装置(2)相连的钢丝绳。

2、根据权利要求1所述的冲撞式自动抓取机械手，其特征是：所述的两套弹簧抱紧抓取装置(2)包括安装在两层机械手支架之间的两旋转轴(5、6)，套在两旋转轴(5、6)上的两大扭力弹簧(7、8)和两组抓取机械爪(9、10)，两组抓取机械爪的后端分别套在两旋转轴(5、6)上，两大扭力弹簧的两端分别搭在两层机械手支架和两组抓取机械爪上。

3、根据权利要求2所述的冲撞式自动抓取机械手，其特征是：所述的杠杆触发装置(3)由两个带有死顶点杆(12、13)、回复拉力橡皮筋(14)、两个连接杆(15、16)、两个两端支杆回复拉力橡皮筋(17、18)、旋转轴(19)组成，两个带有死顶点杆(12、13)通过旋转轴(19)铰接，两个带有死顶点杆之间连接回复拉力橡皮筋(14)，两个带有死顶点杆(12、13)的另一端有锥形导向凸台，两个两端支杆回复拉力橡皮筋(17、18)的一端固定在锥形导向凸台内部，另一端与两个连接杆(15、16)同时套在每一组抓取机械爪中间的横梁上。

4、根据权利要求1或2所述的冲撞式自动抓取机械手，其特征是：所述的自动回复和检测装置(4)还包括两个安装在机械手支架上的支撑滑轮(23、24)，两钢丝绳(21、22)经两支撑滑轮(23、24)与弹簧抱紧抓取装置(2)相连。

5、根据权利要求3所述的冲撞式自动抓取机械手，其特征是：所述的自动回复和检测装置(4)还包括两个安装在机械手支架上的支撑滑轮(23、24)，两钢丝绳(21、22)经两支撑滑轮(23、24)与弹簧抱紧抓取装置(2)相连。

6、根据权利要求2所述的冲撞式自动抓取机械手，其特征是：所述的弹簧抱紧抓取装置(2)的两旋转轴(5、6)的中间设置有支座，支座固定在机械手支架上。

7、根据权利要求2所述的冲撞式自动抓取机械手，其特征是：所述的两组抓取机械爪(9、10)呈弧形。

8、根据权利要求4所述的冲撞式自动抓取机械手，其特征是：所述的自动回复和检测装置(4)还包括四个行程开关(25、26、27、28)，四个行程开关(25、26、27、28)分别安装于机械手支架(1)的V形开口端。