CN101823261B

CN101823261B - 一种机器人手爪结构

Info

Publication number: CN101823261B
Application number: CN2010101758776A
Authority: CN
Inventors: 郭洪红; 刘晓彤; 郑业明
Original assignee: Beijing Union University
Current assignee: Beijing Union University
Priority date: 2010-05-19
Filing date: 2010-05-19
Publication date: 2011-12-07
Anticipated expiration: 2030-05-19
Also published as: CN101823261A

Abstract

本发明涉及一种机器人手爪结构，包括圆弧形手指对、铜柱、前挡板、上端盖、下端盖，以及舵盘双连杆结构，该舵盘双连杆结构具有一个圆形舵盘和两个连杆，所述两个连杆分别耦接于舵盘上距离圆心一定距离的以圆心为中心的对称位置上，两个连杆的柄端分别设置一与舵盘所在平面垂直且同向的手指，形成手指对，用于夹持工件；圆盘中心具有一凹槽齿轮结构，能够与驱动结构上相对应的凸起齿轮耦合，并通过该齿轮结构驱动圆盘而带动连杆两端上的柄上的手指运动。该机器人手爪结构简单，成本低，适用于大规模生产。

Description

一种机器人手爪结构

技术领域

本发明涉及一种机器人手爪结构，属于自动控制、机械等交叉领域。

背景技术

工业机器人的机械部分的设计是工业机器人设计的重要部分，虽然工业机器人不同于专用设备，它具有较强的灵活性，但是，要设计和制造万能机器人是不现实的。不同应用领域的工业机器人机械系统设计上的差异比工业机器人的其它系统设计上的差异大得多。用在工业上的机器人的手一般称之为末端操作器，它是机器人直接用于抓取和握紧(吸附)专用工具(如喷枪、扳手、焊具、喷头等)进行操作的部件，它具有模仿人手动作的功能，并安装于机器人手臂的前端。由于被握工件的形状、尺寸、重量、材质及表面状态的不同，工业机器人末端操作器是多种多样的，大致可分为：夹钳式取料手、吸附式取料手、专用操作器及转换器、仿生多指灵巧手。在机器人手爪应用中，机器人的手一般由方形的手掌和节状的手指组成。手指是直接与工件接触的部件。手部松开和夹紧工件，就是通过手指的张开与闭合来实现的。机器人的手部一般有两个手指，也有三个或多个手指，其结构形式常取决于被夹持工件的形状和特性。常见的手指的形状有V型指，平面指，长指等。指面的形状常有光滑指面、齿形指面、和柔性指面等。光滑指面平整光滑，用来夹持已加工表面，避免已加工表面受损；齿形指面的指面刻有齿纹，可增加夹持工件的磨擦力，以确保夹紧牢靠，多用来夹持表面粗糙的毛坯或半成品；柔性指面内镶橡胶、泡沫、石棉等物，有增加磨擦力，保护工件表面，隔热等作用，一般用于夹持已加工表面、炽热件，也适于夹持薄壁件和脆性工件。手抓中具有传动机构，它是向手指传递运动和动力，以实现夹紧和松开动作的机构。传动机构根据手指开合的动作特点分为回转型和移动型。回转型又分为一支点回转和多支点回转。根据手爪夹紧是摆动还是平动，又可分为摆动回转型和平动回转型。

虽然各种机器人手爪在各领域中有着重要的应用，但是企业不得不面临一个问题，就是如何是机器人手爪结构更为简单，成本更低。申请人经过多年的研究，致力于设计出一种成本经济，操作、设计简单的机器人手爪。

发明内容

本发明提供了一种机器人手爪，包括以下部件：圆弧形手指对、铜柱、前挡板、上端盖、下端盖，以及舵盘双连杆结构；其特征在于，该舵盘双连杆结构具有一个圆形舵盘和两个连杆，所述两个连杆分别耦接于舵盘上距离圆心一定距离的以圆心为中心的对称位置上，两个连杆的柄端分别设置一与舵盘所在平面垂直且同向的手指，形成手指对，用于夹持工件；圆盘中心具有一凹槽齿轮结构，能够与驱动结构上相对应的凸起齿轮耦合，并通过该齿轮结构驱动圆盘而带动连杆两端上的柄上的手指运动。

进一步，所述机器人手爪还包括一伺服电机，设置于所述上端盖和下端盖之间，所述直流伺服电机用于驱动所述手爪，直流伺服电机正转，连杆伸开，手爪张开；直流伺服电机反转，连杆收缩，手爪闭合。

所述手指圆弧型手指，手指外上设置胶垫。

所述前挡板分为上下挡板，所述上下挡板以所述圆弧形手指对为界，对称设置于所述圆弧形手指对的上下两侧，以阻止所述圆弧形手指对沿与前挡板所在平面的垂直方向上的运动；所述铜柱设置在上端盖上，铜柱数量至少为两个；所述伺服电机上具有与铜柱数量相等的、用于固定伺服点机的孔，铜柱插入到伺服电机上的孔中，形成对伺服电机的固定。

所述上端盖上设有两个对称的凹槽，用于引导圆弧形手指对的运动，上端盖上具伺服电机设置于上端盖和下端盖之间。

所述舵盘双连杆结构的舵盘中心具有一凹槽齿轮结构，能够与卫伺服电机上相对应的凸起齿轮耦合，并通过该齿轮结构驱动圆盘而带动连杆两端上的柄上的手指运动；所述舵盘双连杆机构设置于上端盖内部，与所述圆弧形手指对相连接，双连杆的运动带动圆弧形手指对沿所述凹槽运动，实现对工件的加紧和放松；伺服电机与舵盘中心耦接，伺服电机能够正反旋转，当伺服电机顺时针转动时，其带动舵盘顺时针转动，经连杆传动，连杆上的圆弧形手指对沿着凹槽向舵盘中心移动，实现对工件的加紧；反之当伺服电机逆时针转动时，其带动舵盘逆时针转动，经连杆传动，连杆上的圆弧形手指对沿着凹槽向远离舵盘中心移动，实现对工件的放松。

附图说明

图1是本发明所展示的舵盘双连杆结构；

图2是本发明所展示的舵盘双连杆结构实物；

图3是本发明展示的机械手手爪的结构；

图4是本发明的舵盘双连杆结构的驱动示意图；

图5是本发明所展示的舵盘双连杆结构的几何示意图；

图6是本发明所展示的手爪抓紧工件时舵盘双连杆结构的几何示意图；

图7是本发明所展示的手爪完全放松工件时舵盘双连杆结构的几何示意图；

具体实施方式

下面结合附图来说明本发明的优选的实施方式。在本发明中，为了节约经济成本与操作、设计简单、设计参数少，优选地，本发明所展示的机器人手爪具有一舵盘双连杆结构，其具体结构在后文中详细说明。应当注意，其不作为对本发明的限定，仅用来说明本发明的宗旨，本领域的技术人员可以预见到，完全可以采用其他的诸如V型指还是平面指夹钳式、吸附式结构。

参见附图1、2，附图1示出了该舵盘双连杆结构得结构图，附图2示出了一种舵盘双连杆结构实物。该结构包括一个圆形舵盘和两个连杆，所述两个连杆分别耦接于舵盘上距离圆心一定距离的以圆心为中心的对称位置上，两个连杆的柄端分别设置一与舵盘所在平面垂直且同向的手指，用于夹持工件；圆盘中心具有一凹槽齿轮结构，能够与驱动结构上相对应的凸起齿轮耦合，并通过该齿轮结构驱动圆盘而带动连杆两端上的柄上的手指运动。该结构采用直流伺服电机来驱动，在本实施方式中，直流伺服电机正转，连杆伸开，手爪张开；直流伺服电机反转，连杆收缩，手爪闭合。

由于车床、铣床加工的零件多属圆柱形的，所以在设计手爪时要选V型指，防止工件在中途脱落，在优选的实施方式中，本发明的手爪采用了圆弧型手指，并加设了橡胶垫，这样，相对于V型指能更牢固的夹持工件。

如图3所示，上述图示出了本发明展示的机械手手爪的结构。参见附图3，本发明展示的机械手手爪包括以下部件：圆弧形手指对(1)；铜柱(2)；前挡板(3)；上端盖(4)；下端盖(5)；伺服电机(6)，以及舵盘双连杆结构(图3中由于遮挡而未示出)。其中所述前挡板(3)分为上下挡板，所述上下挡板以所述圆弧形手指对为界，对称设置于所述圆弧形手指对的上下两侧，以阻止所述圆弧形手指对沿与前挡板所在平面的垂直方向上的运动；铜柱(2)设置在上端盖(4)之上，铜柱数量至少为两个，也可以为多个；上端盖上设有两个对称的凹槽，用于引导圆弧形手指对的运动。伺服电机(6)设置于上端盖和下端盖之间，上端盖上的铜柱(2)插入到伺服电机上的孔中，形成对伺服电机的固定，伺服电机上具有与铜柱相等的、用于固定伺服点机的孔。图2a的左上角示出了组合后的机械手手爪抓紧工件的情形。

进一步参见图4，舵盘双连杆结构的舵盘中心具有一凹槽齿轮结构(图中未示出)，能够与卫伺服电机上相对应的凸起齿轮耦合，并通过该齿轮结构驱动圆盘而带动连杆两端上的柄上的手指运动；所述舵盘双连杆机构设置于上端盖内部，与所述圆弧形手指对相连接，双连杆的运动带动圆弧形手指对沿所述凹槽运动，实现对工件的加紧和放松；伺服电机与舵盘中心耦接，伺服电机能够正反旋转，如图4，当伺服电机顺时针转动时，其带动舵盘顺时针转动，经连杆传动，连杆上的圆弧形手指对沿着凹槽向舵盘中心移动，实现对工件的加紧；反之当伺服电机逆时针转动时，其带动舵盘逆时针转动，经连杆传动，连杆上的圆弧形手指对沿着凹槽向远离舵盘中心移动，实现对工件的放松。

接下来说明本发明的效果。圆弧手指对之间的距离范围决定了该圆弧手指对所能夹持工件的大小。如图5所示，点A对应舵盘的中心，点B对应连杆与舵盘的耦接点，点C表示圆弧形手指。当手指处于抓紧工件的状态时，此时两连杆与舵盘的耦接点之间的连线垂直于圆弧形手指对之间的连线(此时的状态可以由图1所示来近似示意)。

参见图6，设x为闭合时圆弧手指对之间的距离，y为连杆与舵盘的耦接点到舵盘的中心的距离，h为连杆与舵盘的耦接点到舵盘中心与圆弧形手指的连线的距离；当圆弧形手指对抓紧工件时，X取最小值，由此可知，

X = \sqrt{y^{2} - h^{2}}

(式1)

当y＝10mm，h＝6mm时，有

当手指处于放松工件的状态时，并处于完全张开状态时，如图7所示。设H为手爪张开时的最大距离，即连杆上两柄之间的最大距离；y为连杆的长度；h为连杆与舵盘的耦接点到舵盘的中心的距离。则有：

H＝2(y+h) (式2)

当y＝10mm，h＝6mm时，H＝2(10+6)＝32mm。

由此可知，该实施方式中，手爪能够夹持工件的大小范围为16-32mm。

Claims

1.一种机器人手爪，包括以下部件：圆弧形手指对、铜柱、前挡板、上端盖、下端盖，以及舵盘双连杆结构；

所述前挡板分为上下挡板，所述上下挡板以所述圆弧形手指对为界，对称设置于所述圆弧形手指对的上下两侧，以阻止所述圆弧形手指对沿与前挡板所在平面的垂直方向上的运动；铜柱设置在上端盖之上，铜柱数量至少为两个；上端盖上设有两个对称的凹槽，用于引导圆弧形手指对的运动，

其特征在于，该舵盘双连杆结构具有一个圆形舵盘和两个连杆，所述两个连杆分别耦接于舵盘上距离圆心一定距离的以圆心为中心的对称位置上，两个连杆的柄端分别设置一与舵盘所在平面垂直且同向的手指，形成圆弧形手指对，用于夹持工件；舵盘中心具有一凹槽齿轮结构，能够与驱动结构上相对应的凸起齿轮耦合，并通过该齿轮结构驱动舵盘而带动连杆柄端的手指运动。

2.如权利要求1所述的机器人手爪，其特征在于，所述驱动结构为一直流伺服电机，所述直流伺服电机用于驱动所述手爪，直流伺服电机正转，连杆伸开，手爪张开；直流伺服电机反转，连杆收缩，手爪闭合，直流伺服电机设置于上端盖和下端盖之间，上端盖上的铜柱插入到直流伺服电机上的孔中，形成对直流伺服电机的固定，所述孔的数量与所述铜柱数量相等。

3.如权利要求2所述的机器人手爪，其特征在于，所述舵盘双连杆机构设置于上端盖内部，与所述圆弧形手指对相连接，双连杆的运动带动圆弧形手指对沿所述上端盖上的凹槽运动，实现对工件的加紧和放松；直流伺服电机与舵盘中心耦接，直流伺服电机能够正反旋转，当直流伺服电机顺时针转动时，其带动舵盘顺时针转动，经连杆传动，连杆上的圆弧形手指对沿着上端盖上的凹槽向舵盘中心移动，实现对工件的加紧；反之当直流伺服电机逆时针转动时，其带动舵盘逆时针转动，经连杆传动，连杆上的圆弧形手指对沿着上端盖上的凹槽向远离舵盘中心移动，实现对工件的放松。