CN101648380A - 一种大负载宽范围的夹持器 - Google Patents

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杨双龙
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胡维
蔡尧
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Abstract

本发明公开了一种采用连杆传动的宽范围、大负载夹持器,其包括有一个传动箱体、多个用于抓持物件的指部和一个用于与机器人连接的法兰;所述每一指部均包括有两个指杆,第一指杆采用齿轮驱动,第二指杆采用连杆驱动,通过所有指部及其指杆的联动,可以对不同直径大小的物体实现圆包络夹持。该夹持器仅由一个电机驱动,传动箱体内从电机到指杆的传动采用了同步带和齿轮组,且都布放于箱体内部。该夹持器具有与被抓取物接触点数多、负载大、抓持稳定性和可靠性高等特点。

Description

一种大负载宽范围的夹持器
技术领域
本发明涉及一种大负载、宽范围的夹持装置,具体地说涉及一种可用 于科学实验、工业、娱乐等多个领域的连杆传动的多关节夹持器。
背景技术
目前主要有两种机械手: 一种是工业夹持器,通常是指其结构随着夹持 操作对象的形状而固定。工业夹持器的自由度较少, 一般只有一个活动关 节。由于其结构是随着夹持对象的形状而固定,所以这样的工业夹持器就 是通常我们所说的专用夹具。另 一种是六十年代科学家们研制出的智能型 机器人灵巧手,此类夹持器的特点是它的机械结构与人手相似,具有多个 活动关节,自由度也较多,可以夹持不同尺寸的物体,能模仿人手有灵活 多样的精细操作,如抓握拧捻等。
上述两种机械手存在的问题:工业夹持器可以对大质量的物体进行夹 持,但其夹持范围有限,要求夹持对象规则, 一般都是专物专用;灵巧手 虽可以实现灵活多样的精细操作,但目前大部分仿生夹持器只应用于实验 室,其设计上大多是针对小载荷,形状变化不大或者实验应用的场合,而 且它们大多结构和控制都4艮复杂,成本也相对较高。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有工业夹持器夹持范围有限且专物专用这 个局限性,提出了一种具有夹持范围大、负载率高、适应性较强的、连杆 驱动的多关节夹持器。
本发明中的夹持器包括多关节指部、传动箱体和连接法兰。其中多关
3节指部有三个,呈左右交^l昔分布,即在箱体的一侧布置两个指部,在另一
侧布置一个指部;所述的指部均包括有两个指杆,且两个指杆长度相同, 第一指杆采用齿轮驱动,第二指杆采用连杆传动,布置于同一侧指部的两 个指杆与一个连杆和一个曲柄构成一个平行四边形机构,分布同一侧的两
个指部共用了一套连杆、曲柄。由于平行四边形机构相对杆的角位移、角 速度和角加速度都相等,所以只要保证曲柄与连杆之间的角速度比为2: 1, 就可以实现第一指杆和第二指杆之间的相对角速度比为1: 1,这样的话所有 指部的指杆就具有相同的角速度,两侧指部的两个指杆与掌部即可在指杆 运动的过程中构成一个直径变化的内包括圆,这样就可以实现对不同直径 大小物体的内包络圆夹持。每个指杆、掌部与被夹持的物体具有一个接触 点,则整个夹持器与被夹持的物体可有7个接触点,可保证夹持的稳定性 与可靠性。所述指部的数量不局限于三个,只要保证一侧指部的指杆安装 位置要与另一侧指部指杆的安装位置错开,保证一侧的指部运动不会与另 一侧的指部发生干涉即可。这样的布局主要是为了提高抓持物体时指部与 被抓持物体之间接触点的对称性,使抓持更可靠。
所述的传动机构布置在传动箱体的内部且整个夹持器仅用 一个马达进 行驱动,该传动机构由两套同步带、带轮和五对齿轮组构成。所述电机通 过一对齿数相等的齿轮组将运动分别传递给两套同步带、带轮,同步带轮 又将将运动传递给驱动第 一指杆的齿轮组和驱动曲柄的齿轮组。由于驱动 曲柄的齿轮与驱动第一指杆的齿轮的角速度之比为2: 1,所以第一指杆与 第二指杆的相对角速度指比为l: l,即可保证所有指杆具有相同的转动角
速度,即可保证内包络圆直径的均匀变化。
本发明的优点在于:
(1)本发明中的夹持器自由度少、接触点数多且具有较宽的抓持范围 和较大的抓持重量。
(2 )本发明中的夹持器进一步借助于连杆传动的手指及呈交错布置于箱体两侧的手指且内部可形成不同直径大小的包络圆,使得夹持器可以抓 持不同形状的物体,如圆柱体、长方体、球状体及弹性物体等等。 附图说明
图1为本发明外部结构示意图;
图2为本发明左侧指部结构示意图;
图3为本发明右侧指部结构示意图;
图4为本发明传动箱体内部传动结构示意图。
图中:
1-指部A 2-指部B 3-指部C 4-传动箱体
5-连接法兰 101-第一指杆A 102-第二指杆A 103-连杆A
104-曲柄A 105-轴A 106-空心轴A 107-齿轮A
108-扇形齿4仑A 109-凸耳A 110-凸耳B lll-凸耳C
112-凸耳D 113-凸耳E 114-凸耳F 115-凸耳G
116-轴C 117-轴D 118—凸台A 119-轴E
201-第一指杆B 202-第二指杆B 203-连杆B 204-曲柄B
205-轴B 206-空心轴B 207-齿轮B 208-扇形齿轮B
209-凸耳H 210-凸耳I 211—凸台B 212-凸耳J
213-轴F 214-凸耳K 215-凸耳L 216-凸耳M
217-轴G 218-轴H 301-第一指杆C 302-第二指杆C
401-电才几 術-齿轮c 403-齿4仑D 404-带轮A
405-带轮B 406-齿形带A 407-带轮C 408-带轮D
409-齿形带B 410-减速器A 411-齿轮E 412-减速器A输出轴
413-齿轮F 414-减速器B 415-齿轮G 416-减速器B输出轴
417-齿轮H 具体实施方式
如图1所示,本发明以具有三个指部A1、 B2、 C3、每个指部具有两个指
5杆的夹持器为实施例,三个指部呈左右交错分布,即在箱体的一侧布置两
个指部B2、 C3,在另一侧布置一个指部Al。所述指部的数量不局限于三个, 只要保证一侧指部的安装位置要与另 一侧指部的安装位置错开,在指部运 动的运动过程中不会发生干涉即可。本发明还包括用于布放驱动装置和安 装手部的传动箱体4和一可安装在机器人上的连接法兰5。传动箱体4也可 呈其它便于安装与放置的形状,并不局限于此。
如图2所示,所述指部Al由第一指杆A101和第二指杆A102组成;其 中第一指杆101A与扇形齿轮108通过键连接在轴105上,所述传动箱体内 的马达驱动传递到扇形齿轮A108,带动轴105A和第一指杆A101的转动, 由此实现扇形齿轮A108的驱动。第一指杆AlOl、第二指杆A102、连杆A103、 曲柄A104组成一个平4亍四边形,曲柄A104和齿4仑107通过4建连4妄在一个 空心轴106上,所述传动箱体内的马达驱动传递到齿4仑A107,带动空心轴 A106和曲柄A104转动,曲柄A104的转动通过连杆A103传递到第二指杆 A102,由此实现第二指杆A102的驱动。空心轴A106通过两个球轴承支撑 在轴A105上,即空心轴A106和轴A105可以绕相同的轴线同心旋转。指部 Al的第一指杆A101的一端有两个对称的凸耳A109、凸耳BllO,其上开有 同心轴孔,通过轴D117与第二指杆A102连接,第一指杆A101的另一端通 过两个对称的凸耳E113、凸耳F114上的轴孔与轴A105键连接。第二指杆 A102的末端有一凸台A118,其上开有轴孔,通过轴岸义与轴E119配合。连 杆A103的一端通过两个凸耳Clll、凸耳D112上的轴孔与轴E119配合,连 杆A103的另一端与曲柄A104 —端的对称凸耳G115通过轴C116连接。
如图3所示,所述指部B2由第一指杆B201、第二指杆B202组成;所 述指部C3由第一指杆C301、第二指杆C302组成。第一指杆B201、 C301、 扇形齿轮B208与轴B205通过键连接,所述传动箱体内的马达驱动传递到 扇形齿轮B208,带动第一指杆B201、 C301和轴B205的转动,由此实现第 一指杆B201和C301的驱动。第一指杆B201、第二指杆B202、曲柄B204、
6连杆B203构成一个平行四边形,第一指杆C301、第二指杆C302、曲柄B204、 连杆B203也构成一个平^f亍四边形,两个平^f亍四边形共用曲柄B204和连杆 B203。齿轮B207与曲柄B204通过键连接在空心轴B206上,空心轴B206 通过轴承安装在轴B205上,传动箱体内的马达驱动传递到齿4仑B207,带动 曲柄B204和空心轴B206的转动,曲柄B204的转动通过连杆B203传递到 第二指杆B202和C302,由此推动指部B2和C3的第二指杆B202和C302转 动。指部B2的第一指杆B201的一端有两个对称的凸耳H209、凸耳1210, 其上开有同心轴孔,通过轴F213与第二指杆B202连接,第一指杆B201的 另 一端通过凸耳J212上的轴孔与轴B205键连接。指部B2的第二指杆B202 的末端有一凸台B211,其上开有轴孔,通过轴承与轴H218配合。连杆B203 的一端通过两个凸耳K214、凸耳L215上的轴孔与轴H218配合,连杆B203 的另一端与曲柄B204 —端的对称凸耳M216通过轴G217连接。指部C3的 第一指杆C301、第二指杆C302与连杆B203、曲柄B204的连接关系与指部 B2相同。
如图2、 3、 4所示,电机401的输出轴直接驱动齿轮402和带轮404, 带轮404通过同步带406将运动传递给带轮405,带轮405通过键连接于减 速器410的输入轴上,齿轮411、齿轮413通过4定连接于减速器输出轴412 上,齿轮A107、齿轮411互相啮合且齿数相同,将运动l: l地传递给了曲 柄104和轴106。齿轮B207、齿轮415互相啮合,由于扇形齿轮A108和指 部Al的第一指杆A101都与轴A105键连接,这样就将运动传递给了指部Al 的第一指杆AIOI。由于扇形齿轮A108的分度圆直径是齿轮413分度圓直径 的2倍,所以轴A105与A轴106的角速度比为1: 2,这样就实现了指部 Al的第一指杆AlOl与第二指杆A102的相对角速度传动比为1: 1。与电机 401连接的齿轮402与齿轮403啮合且齿数相同,齿轮403与带轮407同轴, 这样利用同步带409将运动传递给带轮408。带轮408通过键连接于减速器 414输入轴上,齿轮415、齿轮417通过键连接于减速器输出轴416上,齿轮414、齿轮B207互相啮合且齿数相同,齿轮B207和曲柄204都与空心轴 B206一睫连接,这样就将运动传递给了连杆B203;扇形齿轮B208、齿轮417 互相啮合,由于扇形齿轮B208的分度圆直径是齿轮417分度圆直径的2倍, 所以轴B205与空心轴B206的传动比为1: 2,这样就实现了指部B2的第一 指杆B201与第二指杆B202、指部C3的第一指杆C301与第二指杆C302的 相对角速度传动比为1: 1。

Claims (2)

1、一种大负载宽范围夹持器,其特征在于:包括多关节指部、传动箱体及连接法兰;所述指部,呈左右交错分布,即在传动箱体的一侧布置两个指部,在另一侧布置一个指部,两侧指部与传动箱体连接的转轴之间的距离与指杆的有效长度相同;所述的指部均包括有两个指杆,且两个指杆有效长度相同;每个指部的第一指杆由传动箱内的齿轮直接驱动与第一指杆键连接的转轴上的齿轮,来实现第一指杆的驱动;每个指部的第二指杆通过一个四连杆机构实现运动从传动箱到第二指杆的传递,每个指部的两个指杆、一个曲柄和一个连杆共同构成一个平行四边形,连杆实现对第二指杆的驱动,所述夹持器左右两侧各有一个平行四边形机构,其中两个在一侧的指部共用了一套曲柄和连杆;传动箱内只有一个马达,马达的输出轴上键连接一个带轮和一个齿轮,带轮通过齿形带将运动1∶1地传递到所述夹持器左侧的减速器输入轴,齿轮的运动通过一个1∶1啮合的齿轮和一对1∶1传动的齿形带将运动传递到所述夹持器右侧的减速器的输入轴,左右两个减速器具有相同的转动速度,两个减速器的输出轴分别键连接两个齿轮,一个齿轮直接驱动与第一指杆键连接的轴上的扇形齿轮,两者之间的传动比为2∶1,实现对第一指杆的驱动,另一个齿轮直接驱动键连接在一个空心轴上齿轮,传动比为1∶1,空心轴的转动带动其上键连接的曲柄的转动,进而通过连杆使第二指杆转动,第二指杆具有与曲柄相同的转动速度,所以第一指杆与第二指杆的相对角速度传动比为1∶1,所述空心轴与第一指杆键连接的轴通过滚动轴承装配在一起,可绕相同的轴线相对转动。
2、 根据权利要求1所述的一种大负载宽范围夹持器,其特征在于:所述 夹持器的传动机构的同步带为齿轮组。
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