CN104589366A - 一种变胞式多功能机械手爪 - Google Patents

Abstract

一种变胞式多功能机械手爪，所述推杆与手腕采用移动副连接；第一杆穿过滑槽与推杆采用第一固定铰链连接，与第二杆采用第一活动铰链连接，与第三杆采用第二活动铰链连接；第二杆与第四杆采用第三活动铰链连接；第三杆与手腕采用第二固定铰链连接，与第五杆采用第四活动铰链连接，与第四杆采用第五活动铰链连接；第四杆与第六杆采用第六活动铰链连接；第五杆与第六杆采用第七活动铰链连接，手腕安装在机械手或者机器人的手臂上时与手臂连为一体，推杆在手腕里面的往复直线运动实现四根相同手指的同时张开或闭合。本发明采用轻型化且较高强度材料加工，实现了它灵活轻便，多方位高效率工作。

Description

一种变胞式多功能机械手爪

技术领域

本发明涉及机械手领域，尤其是一种变胞式多功能机械手爪。

背景技术

随着工农业技术的迅猛发展，各类机械手得到了广泛的研发和应用，对于提高劳动生产率，改善劳动强度有着非常显著的影响。手部也称为手爪，是机械手的执行机构之一，直接用于抓取工件或夹持专用工具进行操作的重要部件。随着机械手的广泛应用，机械手爪的应用已引起人们的广泛关注。为了能够实现自适应安全抓取或高度仿人手运动，目前基本上都是采用自由多关节型的两指、三指或五指机械手爪，但是每个关节的驱动多采用电机和钢丝绳传动，这样将导致机械手爪的转动惯性大、控制系统复杂、成本高、可靠性低等问题。

中国专利CN103433932A公开了一种基于变胞机构的自适应气动柔性抓取机械手爪，其包括支架、底座、接触力传感器、力反馈控制系统、手爪、夹头。支架与底座固定连接形成框形结构，气缸位于框形结构内与底座固定连接，手爪包括曲柄滑块机构和变胞机构，夹头与变胞机构固定连接，工件为抓取对象，夹头与工件接触面上设置接触力传感器；连杆通过转动副A连接在气缸活塞上，连杆与变胞机构活动连接，连杆、气缸活塞和变胞机构中的连杆1构成曲柄滑块机构；曲柄滑块机构的滑块为气缸活塞，连杆与气缸活塞活动连接，力反馈控制系统与接触力传感器相连、气缸相连结合接触力传感器由控制系统控制每个关节的独立运动来实现安全、可靠抓取物体。虽然基于变胞机构的气动柔性抓取机械手爪具有少驱动、控制简单、成本低、有一定柔性、可靠性高且具有自适应的抓取空间几何形状复杂物体等优点，但是被夹持物是仅通过夹持杆和手指来进行夹持，由于夹持杆的弹性将导致夹持操作的稳定性差以及四连杆机构的姿态保持难，同时采用气缸传动则要求气缸的高气密性、气缸传动系统出现故障时维修不便等问题。

鉴于上述问题，有必要提供一种新型的自由多关节型机械手爪，以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种变胞式多功能机械手爪，在满足传统机械手部作业要求及连杆结构简单的前提下，只要一个动力源就可以实现复杂的空间拓扑结构，适用于任何动力源包括气动、液压、伺服电机等，且比同类机械式传动的机械手爪传动更为简单，工作时运动更为可靠，夹紧幅度及力度要求更易满足，采用轻型化且高强度材料加工，运动惯量小、力学性能好等优点。在一种变胞式多功能机械手爪收缩至即将闭合的过程中，由于整个机构实现了变胞，每根手指的第四杆与第六杆便成为一根直角杆，手爪的刚性和稳定性也提高了，抓取目标的内部空间大且不易产生过大变形，抓的更加牢固可靠。

本发明通过以下技术方案来达到上述目的：一种变胞式多功能机械手爪，包括骨架和刀具。骨架具体结构和连接方式为：

所述骨架由推杆、四根相同手指、手腕组成。每一根手指包括：第一杆、第二杆、第三杆、第四杆、第五杆、第六杆、第一固定铰链、第一活动铰链、第二活动铰链、第三活动铰链、第二固定铰链、第四活动铰链、第五活动铰链、第六活动铰链、第七活动铰链、滑槽、以及刀具。所述推杆与手腕采用移动副连接；第一杆穿过滑槽与推杆采用第一固定铰链连接，与第二杆采用第一活动铰链连接，与第三杆采用第二活动铰链连接；第二杆与第四杆采用第三活动铰链连接；第三杆与手腕采用第二固定铰链连接，与第五杆采用第四活动铰链连接，与第四杆采用第五活动铰链连接；第四杆与第六杆采用第六活动铰链连接；第五杆与第六杆采用第七活动铰链连接。手腕安装在机械手或者机器人的手臂上时与手臂连为一体，推杆在手腕里面的往复直线运动最终实现了四根相同手指的同时张开或闭合。

所述滑槽的长度应当满足：当推杆向上运动使得第一杆到达滑槽的上止点时，手爪的最前端可以完全闭合；当推杆向上运动使得第一杆到达滑槽的下止点时，手爪的最前端可以张开足够大。

所述第四杆第一关节的外形设计作用在于推杆向上运动使得第一杆接近滑槽的上止点时，每根手指的第四杆与第六杆便成为一根直角杆并在其它杆的联合作用下向上平动，整个机构实现变胞，运动的速度和冲击变缓，实现手爪闭合时与物体的柔性接触。

本发明突出优点在于：

1、机构的巧妙性和简单性。通过连杆组合式机构巧妙实现了机械手部的张开与闭合。

2、适用性强。将其推杆和手腕做适当长，并用布袋或者布网嵌在手爪内侧就成为了小型的人工采摘手。将其直接安装在采摘机械手的手臂上便可以采摘树上不同种类的水果，也可以抓取一些空中的小吊物。在其最前端加上合适的刀具，它还可以满足不同种类的作业需求。

3、灵活变胞。一种变胞式多功能机械手爪收缩至即将闭合的过程中，由于整个机构实现了变胞，每根手指的第四杆与第六杆便成为一根直角杆，手爪的刚度和稳定性也提高了，抓取目标的内部空间大且不易产生过大变形，抓得更加牢固可靠。

附图说明

图1为本发明所述的变胞式多功能机械手爪的结构示意图。

图2为本发明所述的变胞式多功能机械手爪的第四杆轴测图。

图3为本发明所述的变胞式多功能机械手爪的第六杆轴测图。

图4为本发明所述的变胞式多功能机械手爪的手腕轴测图。

图5为本发明所述的变胞式多功能机械手爪的推杆轴测图。

具体实施方式

以下通过附图和实施例对本发明的技术方案作进一步说明。

如图1至图5所示，本发明所述的变胞式多功能机械手爪，包括骨架和刀具19。所述骨架由四根相同手指、手腕2、推杆1组成。

每一根手指包括：第一杆3、第二杆4、第三杆5、第四杆6、第五杆7、第六杆8、第一固定铰链9、第一活动铰链10、第二活动铰链11、第三活动铰链12、第二固定铰链13、第四活动铰链14、第五活动铰链15、第六活动铰链16、第七活动铰链17、滑槽18、刀具19。

第四杆第一关节20、第四杆第二关节21、第四杆第三关节22、第六杆第一关节23、第六杆第二关节24。

推杆1与手腕2采用移动副连接；第一杆3穿过滑槽与推杆1采用第一固定铰链9连接，与第二杆4采用第一活动铰链10连接，与第三杆5采用第二活动铰链11连接；第二杆4与第四杆6采用第三活动铰链12连接；第三杆5与手腕2采用第二固定铰链13连接，与第五杆7采用第四活动铰链14连接，与第四杆6采用第五活动铰链15连接；第四杆6与第六杆8采用第六活动铰链16连接；第五杆7与第六杆8采用第七活动铰链17连接。

工作原理及过程：

手腕2通常与机械手或者机器人手臂相连，相对于推杆1是固定不动的。当推杆1在手腕2里面的向上运动时，每根手指的第一杆3便在推杆的作用下向外张开，同时也将力传到了第二杆4和第三杆5。第二杆4便在第一杆3力的作用下向外推第四杆6。与此同时，第三杆5在第一杆3力的作用下向外推第四杆6和第五杆7。第四杆6在第二杆4和第三杆5力的共同作用下向外推动第六杆8下端。第五杆7在第三杆5力的作用下向外推第六杆8下端。第六杆8的上端就会在力的作用下向内收敛。这样每根手指的第六杆8上端实现了一个完整的收缩动作，整个机械手爪实现了一个中、下部向外扩张及上部向内收缩的闭合动作或者抓紧动作。当推杆1向上运动使得第一杆3接近滑槽18的上止点时，每根手指的第四杆6与第六杆8便成为一根直角杆并在其它杆的联合作用下向上平动。整个机构实现了变胞，运动的速度和冲击也变缓了，实现了手爪闭合时与物体的柔性接触。此时，推杆1愈往上运动手爪闭合或者抓紧得愈牢固可靠。

当推杆1在手腕2里面的向下运动时，每根手指的第一杆3便在推杆的作用下向内收缩，同时也将力传到了第二杆4和第三杆5。第二杆4便在第一杆3力的作用下向内拉第四杆6。与此同时，第三杆5在第一杆3力的作用下向内拉第四杆6和第五杆7。第四杆6在第二杆4和第三杆5力的共同作用下向内拉第六杆8下端。第五杆7在第三杆5力的作用下向内拉第六杆8下端。第六杆8的上端就会在力的作用下向外张开。这样每根手指上端实现了一个完整的伸张动作，整个机械手爪实现了一个中、下部向内收缩及上部向外伸张的张开动作。

Claims (3)

1.一种变胞式多功能机械手爪，包括骨架部分和刀具，其特征在于，所述骨架部分具体结构和连接方式为：

所述骨架由推杆、四根相同手指、手腕组成，每一根手指包括：第一杆、第二杆、第三杆、第四杆、第五杆、第六杆、第一固定铰链、第一活动铰链、第二活动铰链、第三活动铰链、第二固定铰链、第四活动铰链、第五活动铰链、第六活动铰链、第七活动铰链、滑槽、以及刀具，所述推杆与手腕采用移动副连接；第一杆穿过滑槽与推杆采用第一固定铰链连接，与第二杆采用第一活动铰链连接，与第三杆采用第二活动铰链连接；第二杆与第四杆采用第三活动铰链连接；第三杆与手腕采用第二固定铰链连接，与第五杆采用第四活动铰链连接，与第四杆采用第五活动铰链连接；第四杆与第六杆采用第六活动铰链连接；第五杆与第六杆采用第七活动铰链连接，手腕安装在机械手或者机器人的手臂上时与手臂连为一体，推杆在手腕里面的往复直线运动实现四根相同手指的同时张开或闭合。

2.根据权利要求1所述的变胞式多功能机械手爪,其特征在于，所述滑槽的长度应当满足：当推杆向上运动使得第一杆到达滑槽的上止点时，手爪的最前端可以完全闭合；当推杆向上运动使得第一杆到达滑槽的下止点时，手爪的最前端可以张开足够大。

3.根据权利要求1所述的变胞式多功能机械手爪,其特征在于，所述第四杆第一关节的外形设计作用在于推杆向上运动使得第一杆接近滑槽的上止点时，每根手指的第四杆与第六杆便成为一根直角杆并在其它杆的联合作用下向上平动，整个机构实现变胞，运动的速度和冲击变缓，实现手爪闭合时与物体的柔性接触。