CN101531000B - 用于抓取餐盘的机器人手爪 - Google Patents

Abstract

一种用于抓取餐盘的机器人手爪，包括：呈对称结构的左手手爪和右手手爪，左手手爪包括：旋转轴、手指、法兰盘、滚动轴承、驱动器，旋转轴呈一端开口的空心圆柱形状；手指固设在旋转轴上，沿旋转轴圆柱侧壁伸出，呈类圆弧形状，并与旋转轴圆柱侧壁构成一类似V型槽；法兰盘固设在旋转轴底端面上；滚动轴承固设在旋转轴内腔中，其外圈与旋转轴内壁配合；驱动器固设在滚动轴承内圈，其输出轴与法兰盘连接。通过控制左右手爪的旋转轴旋转，可以抓紧或松开餐盘。将该装置安装在服务机器人手臂末端，可以方便、快捷、安全、卫生地端运餐盘，以及家庭、医院等场所中应用的各种托盘。

Description

用于抓取餐盘的机器人手爪

技术领域

本发明涉及的是一种机器人技术领域的抓取装置，具体是一种安装在机器人手臂末端的用于抓取餐盘的机器人手爪。

背景技术

目前，工业机械手已经被广泛地用来代替工人完成各类简单和重复性的工作。这些工业机械手基本上是限定在特定的环境中完成单一的操作。自20世纪80年代末以来，在原有多指形灵巧机械手研究的基础之上，仿人机械手的研究逐渐开展起来。目前国内外的仿人机械手从机构形式上来看大多是多指多关节手，最普遍的是手指数目为3～5个，各个手指的关节数目也多为3个转动关节，自由度为3～5个。现有的机械手大多是采用基于腱的传动方式和仿效人手的驱动原理，但是由于腱的刚度有限，所以驱动系统表现出一定的滞后，从而影响了位置精度；增加了结构的复杂性和装配的难度，同时预紧程度对驱动系统的性能有很大的影响。现有的仿人机械手存在着机械结构互不相同、控制方法互不兼容、作业描述语言缺乏等一系列的问题。

经对现有技术的文献检索发现，中国专利：200820031094.9，提供了一种由第一磁铁、第二磁铁、摆动臂与活动夹臂组成的机械手。当摆动臂与第一磁铁吸合时，活动夹臂抓紧物体；当摆动臂与第二磁铁吸合时，活动夹臂放开物体。但是，该机械手的外形比较大，而活动夹臂的尺寸很小，不适合抓取餐盘这种大小的物体，由于是靠磁铁的吸引力来抓取物体，因此该机械手的抓取载荷也不大，不能满足抓取装有菜肴的餐盘的要求。

检索中还发现，中国专利：200720061556.7，提供了一种具有分布触觉的仿人机械手，包括拇指、食指、中指、无名指和小指，每个手指的末端都设置有小型力/力矩传感器，拇指包括三个关节，与手掌相连的关节由一个转轴正交的电机来控制运动，另外两个关节由两个电机来控制运动；其它手指均包括四个关节，与手掌相连的关节由一个转轴正交的电机来控制运动，另外三个关节各由一个电机来控制运动。虽然该仿人机械手功能非常完善，但是结构比较复杂，具体实现比较困难；过多的电机与力/力矩传感器对于抓取餐盘这个操作来说，不仅存在冗余，还大大增加了成本。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供了一种用于抓取餐盘的机器人手爪。该机构结构简单、可靠性强、抓取载荷大，将该机构安装在服务机器人手臂末端或类似装置上，能够方便、快捷、安全完成抓取餐盘操作。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：呈对称结构的左手手爪和右手手爪。

所述左手手爪包括：旋转轴、手指、法兰盘、滚动轴承、驱动器，旋转轴呈一端开口的空心圆柱形状，另一端面上设置有通孔；手指固设在旋转轴上，沿旋转轴圆柱侧壁伸出，呈类圆弧形状，并与旋转轴圆柱侧壁构成一类似V型槽；法兰盘固设在旋转轴设有通孔一端的外壁上；滚动轴承固设在旋转轴内腔中，其外圈与旋转轴内壁配合；驱动器固设在滚动轴承内圈，其输出轴与法兰盘连接，工作时，驱动器的输出轴的转动带动法兰盘转动，从而带动旋转轴在滚动轴承上转动，此时驱动器自身并不转动。

在所述滚动轴承内圈中固设安装筒，安装筒呈一端开口的空心圆柱形状，另一端面上设置有通孔，驱动器固设在安装筒的空腔中，从而使得驱动器固设在滚动轴承内圈。

所述安装筒，包括：套筒、旋转轴端盖、安装筒端盖，套筒位于两个滚动轴承之间，并与该两个滚动轴承的内圈配合，其中靠近旋转轴设有通孔一端的滚动轴承的外圈还与旋转轴内壁上的台阶面的侧面配合；旋转轴端盖固设在旋转轴开口的一端上，与另一个滚动轴承的外圈配合，旋转轴端盖、套筒、旋转轴内壁上的台阶面共同实现对滚动轴承的轴向定位。安装筒端盖通过螺钉固设在安装筒设有通孔的一端的外壁上，与设置在安装筒中的驱动器螺固；安装筒端盖与靠近旋转轴设有通孔一端的滚动轴承的内圈配合。

所述安装筒，在其靠近开口一端的外壁上还设置有台阶面，该安装筒上的台阶面与另一个滚动轴承的内圈配合，安装筒端盖和该安装筒上的台阶面共同实现对安装筒的轴向定位，同时安装筒端盖还通过该螺钉实现对驱动器的轴向定位。

安装筒开口端面边缘上设置有螺孔，便于机器人手臂与本发明装置固接。

所述手指，内侧设置有与旋转轴垂直的锯齿形沟槽，工作时可防止餐盘滑落；手指内侧还安装有传感器，用于检测是否抓住餐盘；手指焊接固定在旋转轴上。

所述法兰盘，与驱动器的输出轴之间采用型面连接、键连接或者用紧定螺钉固定。

本发明具有如下有益效果：当手爪扣紧餐盘时，由于餐盘作用在手爪上的力是竖直向下的并且几乎经过手爪旋转轴的回转轴线，所以驱动器只需提供较小的扭矩就能抓紧很大的载荷。

附图说明

图1为本发明中的左手手爪正等轴侧图；

图2为本发明中的左手手爪全剖主视图；

图3为本发明左右手爪靠近餐盘示意图；

图4为本发明左右手爪抓取餐盘示意图；

附图中：左手手爪1、右手手爪2、旋转轴3、手指4、驱动器5、法兰盘6、安装筒7、滚动轴承8、安装筒端盖9、套筒10、旋转轴端盖11、锯齿形沟槽12、传感器13。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如附图1、图2、图3、图4所示，本实施例采用的左手手爪1和右手手爪2对称结构。所述左手手爪1包括：旋转轴3、手指4、法兰盘6、两个滚动轴承8、驱动器5，旋转轴3呈一端开口的空心圆柱形状，另一端面上设置有通孔；手指4固设在旋转轴3上，沿旋转轴3圆柱侧壁伸出，呈类圆弧形状，并与旋转轴3圆柱侧壁构成一类似V型槽；法兰盘6固设在旋转轴3设有通孔一端的外壁上；滚动轴承8固设在旋转轴3内腔中，其外圈与旋转轴内壁配合，内圈与驱动器5配合；驱动器5固设在滚动轴承8内圈，其输出轴与法兰盘6连接，工作时，驱动器5的输出轴的转动带动法兰盘6转动，从而带动旋转轴3在滚动轴承8上转动，此时驱动器5自身并不转动。

所述左手手爪1，还包括：安装筒7，安装筒7呈一端开口的空心圆柱形状，另一端面上设置有通孔，安装筒7固设在滚动轴承内圈中，驱动器5固设在安装筒7的空腔中，从而使得驱动器5固设在滚动轴承8内圈中。

所述安装筒7，还包括：套筒10、旋转轴端盖11，套筒10设置在安装筒7上的2个滚动轴承8之间，并与该2个滚动轴承8的内圈配合，其中靠近旋转轴3设有通孔一端的第一滚动轴承8的外圈还与旋转轴3内壁上的台阶面的侧面配合；旋转轴端盖11固设在旋转轴3的开口的一端上，与第二滚动轴承8的外圈配合，旋转轴端盖11、套筒10、旋转轴3内壁上的台阶面共同实现对滚动轴承的轴向定位。

所述安装筒7，在其靠近开口一端的外壁上还设置有台阶面，还包括：安装筒端盖9，安装筒端盖9通过螺钉固设在安装筒7设有通孔的一端的外壁上，该螺钉还穿过安装筒7，与设置在安装筒7中的驱动器5螺固；安装筒端盖9同时还与第一滚动轴承8的内圈配合；安装筒端盖9和该安装筒7上的台阶面共同实现对安装筒的轴向定位，同时安装筒端盖9还通过该螺钉实现对驱动器的轴向定位。

所述安装筒7，其开口端面边缘上设置有螺孔，便于机器人手臂与本发明装置固接。

所述手指4，内侧设置有与旋转轴3垂直的锯齿形沟槽12，工作时可防止餐盘滑落。

所述手指4，内侧还安装有传感器13，用于检测是否抓住餐盘。

所述手指4，焊设在旋转轴3上。

所述法兰盘6，与驱动器5的输出轴之间采用型面连接。

如图3、图4所示本实施例工作过程如下：首先，驱动器5带动左右手爪的旋转轴3向外转动使旋转轴3上的手指4向外张开。然后移动机器人手臂将左右手爪分别移动至餐盘两侧握持部上方，此时手爪与餐盘之间的空隙在设定值范围内。紧接着，驱动器5带动左右手爪的旋转轴3向内侧转动，使餐盘两侧的握持部分卡在手爪的类似V型槽中，同时利用安装在手指4内侧的传感器13检测是否抓住餐盘。最后，通过移动机器人手臂使左右手爪同时上升，使餐盘脱离餐桌，便可端起餐盘。

Claims (9)

1.一种用于抓取餐盘的机器人手爪，包括：呈对称结构的左手手爪和右手手爪，其特征在于：所述的左手手爪包括：旋转轴、手指、法兰盘、滚动轴承、驱动器，旋转轴呈一端开口的空心圆柱形状，另一端面上设置有通孔，手指固设在旋转轴上，沿旋转轴圆柱侧壁伸出，并与旋转轴圆柱侧壁构成一V型槽，法兰盘固设在旋转轴设有通孔一端的外壁上，两个滚动轴承固设在旋转轴内腔中，滚动轴承外圈与旋转轴内壁配合，驱动器固设在滚动轴承内圈，驱动器输出轴与法兰盘连接。

2.根据权利要求1所述的用于抓取餐盘的机器人手爪，其特征是，在所述的滚动轴承内圈中固设安装筒，安装筒呈一端开口的空心圆柱形状，另一端面上设置有通孔，驱动器固设在安装筒的空腔中，从而使得驱动器固设在滚动轴承内圈。

3.根据权利要求2所述的用于抓取餐盘的机器人手爪，其特征是，所述的安装筒，在其靠近开口一端的外壁上还设置有台阶面，该安装筒上的台阶面与另一个滚动轴承的内圈配合，安装筒端盖和该安装筒上的台阶面共同实现对安装筒的轴向定位，同时安装筒端盖还通过该螺钉实现对驱动器的轴向定位。

4.根据权利要求2所述的用于抓取餐盘的机器人手爪，其特征是，所述的安装筒，包括：套筒、旋转轴端盖、安装筒端盖，套筒位于所述两个滚动轴承之间，并与该两个滚动轴承的内圈配合，旋转轴端盖固设在旋转轴开口的一端上，与另一个滚动轴承的外圈配合，安装筒端盖与靠近旋转轴设有通孔一端的滚动轴承的内圈配合。

5.根据权利要求3或者4所述的用于抓取餐盘的机器人手爪，其特征是，安装筒端盖通过螺钉固设在安装筒设有通孔的一端的外壁上，与设置在安装筒中的驱动器螺固.

6.根据权利要求1或者2或者3或者4所述的用于抓取餐盘的机器人手爪，其特征是，安装筒开口端面边缘上设置有与机器人手臂固接的螺孔。

7.根据权利要求1所述的用于抓取餐盘的机器人手爪，其特征是，所述的手指，内侧设置有与旋转轴垂直的锯齿形沟槽。

8.根据权利要求1所述的用于抓取餐盘的机器人手爪，其特征是，所述的手指内侧设有传感器。

9.根据权利要求1所述的用于抓取餐盘的机器人手爪，其特征是，所述的法兰盘，与驱动器的输出轴之间采用型面连接、键连接或者用紧定螺钉固定。

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