CN102615650A - 一种串联增力机构的机械手夹持装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种串联增力机构的机械手夹持装置，主要包括电动机、联轴器、第一杠杆、第二杠杆、丝杆、螺母、第一铰杆和第二铰杆，所述电动机与通过联轴器与丝杆固定连接，所述螺母通过螺纹连接与丝杆相连接，所述第一杠杆与第二杠杆分别通过铰链与螺母相连接，所述第一铰杆通过铰链与第一杠杆相连接，所述第一铰杆通过铰链与第一杠杆相连接，所述第一杠杆与第二杠杆将工件夹持住。本发明提供了一种串联增力机构的机械手夹持装置，机械手结构简单、紧凑、外围体积小，另外螺旋传动具有反向自锁功能，可以减轻机械手夹持工件后夹紧力保持机构的设计工作，可以使用在一些要求夹持力比较大的场合。

Description

一种串联增力机构的机械手夹持装置
技术领域
本发明涉及一种机械手，具体涉及一种基于电力驱动螺旋、铰杆和杠杆三级串联增力机构的机械手夹持装置。
背景技术
随着工业技术的发展，机械手在自动生产中应用广泛。目前，机械手夹持装置的驱动方式主要采用液压驱动式、气压驱动式和电驱动式。液压驱动式的优点是夹紧力大，便于自动控制系统压力及夹紧速度；主要缺点是工作过程中液压油易产生热和泄漏，从而引起火灾和对环境造成污染，能源利用率低下，夹紧速度不如气动装置快，系统故障较多。气压驱动式的优点是以空气作为传动介质，不会产生环境污染，夹持动作迅速，便于自动化控制，系统故障少，夹持后依靠压缩空气的势能，能够持续保持对被夹持工件的夹紧力，不再消耗能源，所以能量利率高；主要缺点是压缩空气容易泄露，所以系统压力较低（一般为0.4～0.7MPa），因而造成夹持力不可能很大。电驱动式以绿色、环保、易传输、易存储的电能作为能源，配合电机和运动转换机构，就可以实现机械手运动臂的运动。在机械传动中再利用串联组合机械增力机构对力的放大作用，可以大大增加机械手的夹持力；主要缺点是必须有一个机械自锁机构环节，以使得电动机断电后仍能保持对工件的夹紧力。
为了解决上述一系列问题，本发明提供了一种串联增力机构的机械手夹持装置，机械手结构简单、紧凑、外围体积小，另外螺旋传动具有反向自锁功能，可以减轻机械手夹持工件后夹紧力保持机构的设计工作，可以使用在一些要求夹持力比较大的场合。
 
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的以上问题，提供一种串联增力机构的机械手夹持装置。
为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：
一种串联增力机构的机械手夹持装置，主要包括电动机、联轴器、第一杠杆、第二杠杆、丝杆、螺母、第一铰杆和第二铰杆，所述电动机与通过联轴器与丝杆固定连接，所述螺母通过螺纹连接与丝杆相连接，所述第一杠杆与第二杠杆分别通过铰链与螺母相连接，所述第一铰杆通过铰链与第一杠杆相连接，所述第一铰杆通过铰链与第一杠杆相连接，所述第一杠杆与第二杠杆将工件夹持住。
进一步地，所述螺母包含有螺母本体与螺母滚动体，且所述螺母是中空的，所述丝杆在螺母的中空腔内来回移动。
进一步地，所述电动机的输出轴固定在联轴器上，所述丝杆的一端固定在联轴器上。
进一步地，所述第一铰杆和第二铰杆的理论压力角α为一个非线性的量，且越小越好。
进一步地，所述螺母、第一杠杆与第一铰杆为串联连接，所述螺母、第一杠杆与第一铰杆为串联连接，从而形成三级串联增力机构。
本发明的有益效果是:
本发明的一种串联增力机构的机械手夹持装置，结构简单、紧凑、外围体积小，另外螺旋传动具有反向自锁功能，可以减轻机械手夹持工件后夹紧力保持机构的设计工作，可以使用在一些要求夹持力比较大的场合。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为串联增力机构的机械手夹持装置的整体结构示意图。
图中标号说明：1、电动机，2、第一杠杆，3、第二杠杆，4、联轴器，5、丝杆，6、螺母，61、螺母本体，62、螺母滚动体，7、第一铰杆，8、第二铰杆，9、工件。
具体实施方式
下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本发明。
参照图1所示，一种串联增力机构的机械手夹持装置，主要包括电动机1、联轴器4、第一杠杆2、第二杠杆3、丝杆5、螺母6、第一铰杆7和第二铰杆8，所述电动机1与通过联轴器4与丝杆5固定连接，所述螺母6通过螺纹连接与丝杆5相连接，所述第一杠杆2与第二杠杆3分别通过铰链与螺母6相连接，所述第一铰杆7通过铰链与第一杠杆2相连接，所述第一铰杆8通过铰链与第一杠杆3相连接，所述第一杠杆2与第二杠杆3将工件9夹持住，使之来回直线移动。此外，所述螺母6包含有螺母本体61与螺母滚动体62，且所述螺母6是中空的，所述丝杆5在螺母6的中空腔内来回移动。丝杆螺母传动结构紧凑，实现了旋转运动与直线运动之间的相互转换，且带有自锁功能。
并且，所述电动机1的输出轴固定在联轴器上4，所述丝杆5的一端固定在联轴器4上，使用联轴器4连接能消除电动机1与丝杆5之间的安装误差。
对上述技术方案进一步地优化，在实际工作中，所述第一铰杆7和第二铰杆8的理论压力角α为一个非线性的量，且越小越好，则驱动机械手夹持装置的运动速度由快变慢，符合工作要求。
再者，所述螺母6、第一杠杆2与第一铰杆7为串联连接，所述螺母6、第一杠杆3与第一铰杆8为串联连接，从而形成三级串联增力机构，显著放大了对工件6的抓取力。在实际工作中，可根据不同的应用场合选择合适的机构，可适当的改变支撑点的位置，实现机械手的内夹持；亦可根据工件6的外形，选择二爪、三爪或其他爪完成抓取动作。
本发明的工作原理：
当电动机1旋转时，通过联轴器4带动丝杆5旋转并传递扭矩，螺母6向右直线移动，导致第一铰杆7与第一铰杆8的理论压力角α变小。通过角度效应将输出力放大，传递与增力与第一杠杆2与第一铰杆7上，再次将输出力放大，转化为夹持工件6的作用力F，从而夹紧工件6。当电动机1反向转动时，驱动螺母6向左右直线移动，工件6被松开。
图1所示的机械手的夹持力F，可用下列公式计算：                                                
式中：  
Figure 170951DEST_PATH_IMAGE004
——电动机的额定转矩；
       
Figure 75322DEST_PATH_IMAGE006
——丝杆的中径；
       
Figure 535778DEST_PATH_IMAGE008
——夹持机构的副数（图1所示为2副）；
       
Figure 412467DEST_PATH_IMAGE010
——丝杆螺纹升角；
       
Figure 234930DEST_PATH_IMAGE012
——丝杆与螺母的当量摩擦角；
       ——铰杆机构的理论压力角；
       
Figure 825497DEST_PATH_IMAGE016
——杠杆主动臂、从动臂的长度；
       
Figure 556693DEST_PATH_IMAGE018
——铰杆机构的机械效率；
      
Figure 612373DEST_PATH_IMAGE020
——杠杆机构的机械效率。
由力学公式可以发现，机械手的夹持力F与丝杆5的螺旋升角与摩擦角的和的正切
Figure 429020DEST_PATH_IMAGE022
成反比，与铰杆机构理论压力角
Figure 228348DEST_PATH_IMAGE014
的正切
Figure 751734DEST_PATH_IMAGE024
成反比，与杠杆机构的主动臂、从动臂长度的比值
Figure 240965DEST_PATH_IMAGE026
成正比。设机构中电动机1，螺母6均已选定，在机械手夹持状态下
Figure 544908DEST_PATH_IMAGE028
、、、
Figure 985619DEST_PATH_IMAGE034
，铰杆机构的机械效率
Figure 776858DEST_PATH_IMAGE036
，杠杆机构的机械效率
Figure 917989DEST_PATH_IMAGE038
，则图1所示机械手夹持装置能把电动机1输出的扭矩作用在丝杆5中径上的作用力放大约40倍。这一数据充分表明，采用螺旋-铰杆-杠杆串联增力机构的机械手，可以使用在一些要求夹持力比较大的场合。
综上所述，本发明的一种串联增力机构的机械手夹持装置，结构简单、紧凑、外围体积小，另外螺旋传动具有反向自锁功能，可以减轻机械手夹持工件后夹紧力保持机构的设计工作，可以使用在一些要求夹持力比较大的场合。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
联轴器是用来联接不同机构中的两根轴（主动轴和从动轴）使之共同旋转以传递扭矩的机械零件，消除两轴之间的安装误差。 

Claims (5)

1.一种串联增力机构的机械手夹持装置，主要包括电动机（1）、联轴器（4）、第一杠杆（2）、第二杠杆（3）、丝杆（5）、螺母（6）、第一铰杆（7）和第二铰杆（8），其特征在于：所述电动机（1）与通过联轴器（4）与丝杆（5）固定连接，所述螺母（6）通过螺纹连接与螺母（6）相连接，所述第一杠杆（2）与第二杠杆（3）分别通过铰链与丝杆（5）相连接，所述第一铰杆（7）通过铰链与第一杠杆（2）相连接，所述第一铰杆（8）通过铰链与第一杠杆（3）相连接，所述第一杠杆（2）与第二杠杆（3）将工件（9）夹持住。
2.根据权利要求1所述的串联增力机构的机械手夹持装置，其特征在于：所述螺母（6）包含有螺母本体（61）与螺母滚动体（62），且所述螺母（6）是中空的，所述丝杆（5）在螺母（6）的中空腔内来回移动。
3.根据权利要求1所述的串联增力机构的机械手夹持装置，其特征在于：所述电动机（1）的输出轴固定在联轴器上（4），所述丝杆（5）的一端固定在联轴器（4）上。
4.根据权利要求1所述的串联增力机构的机械手夹持装置，其特征在于：所述第一铰杆（7）和第二铰杆（8）的理论压力角α为一个非线性的量。
5.根据权利要求1所述的串联增力机构的机械手夹持装置，其特征在于：所述螺母（6）、第一杠杆（2）与第一铰杆（7）为串联连接，所述螺母（6）、第一杠杆（3）与第一铰杆（8）为串联连接。
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