CN104891170B - 机械手和带有机械手的机械装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种机械手，其包括气缸、转臂、电机、抓手安装板、抓手，其中，所述气缸设于转臂的顶部，所述推拉杆的顶端固定于推拉杆轴承座，该推拉杆穿过所述旋转输出轴的内部并在推拉杆的底端安装抓手，随着气缸中的活塞杆的上下运动，所述推拉杆也进行上下运动，进而带动连杆铰接形成的抓手实现抓取和撑开的动作；同时，在旋转输出轴上固定从动轮，从动轮由主动轮驱动，从而带动旋转输出轴绕自身的轴线进行360°旋转，此时，所述旋转输出轴的底端固定有抓手安装板，抓手安装板安装所述抓手，因此，所述抓手安装板以及抓手的运动状态与所述旋转输出轴保持一致。本发明还涉及一种带有机械手的机械装置。

Description

机械手和带有机械手的机械装置

技术领域

本发明涉及工业机器人领域，尤其涉及一种机械手。

背景技术

随着工业化进程的推进，在搬运、制造、存储等工序中，人力操作逐渐被机器人所替代，从而降低生产成本，提高生产效率，并将工人从重复枯燥的机械劳动中解放出来，加速社会向智能化和机械化的方向发展。

然而，通用的工业机器人在某些特殊领域已经无法替代人工完成特定的作业要求，比如：为完成抓取动作，通用的工业机器人需要增加相应的工装夹具才能使用；以及为适应通用性标准多轴机器人往往存在过度设计的问题等。另外，通用的工业机器人还存在价格昂贵、维护费用高的缺点。

发明内容

有鉴于此，确有必要提供一种可实现特定的抓取动作且维护成本较低的机械手以及机械装置。

本发明提供一种机械手，其包括气缸、转臂、电机、抓手安装板、抓手，其中，

所述转臂固定于一摆臂，所述转臂为空心的圆筒结构，所述转臂的顶端与所述气缸相连，所述转臂的底端设有抓手安装板,所述转臂的中间设有连接件，所述连接件为空心的圆筒结构且与所述转臂相连通，所述连接件的内表面设有第一键槽，所述摆臂对应于连接件的位置设有与所述连接件配合设置的输出轴，该输出轴的外表面设有与所述第一键槽匹配的第一键以实现所述转臂可绕所述输出轴的轴线旋转，所述转臂的内表面设有第二键槽，所述转臂内安装有旋转输出轴，所述旋转输出轴为空心的圆筒结构，所述旋转输出轴外套设深沟球轴承和一对角接触轴承，所述深沟球轴承和所述角接触轴承均设于所述转臂的内部，所述角接触轴承的下方安装有电机安装板，所述电机安装板上设有电机，所述电机位于所述转臂的一侧，所述电机还设有主动轮和从动轮，所述主动轮和从动轮通过同步带连接，所述从动轮安装于所述旋转输出轴并位于所述电机安装板的下方，且所述从动轮与所述旋转输出轴为同轴设置以实现在所述主动轮的驱动下所述从动轮和旋转输出轴绕所述旋转输出轴的轴线同轴转动；

所述气缸包括活塞杆，所述气缸的侧壁设有进气孔和出气孔，所述进气孔和出气孔分别与进气管和出气管相连以使所述活塞杆进行反复的上下运动，所述活塞杆的底部连有推拉杆轴承盖和推拉杆轴承座，所述推拉杆轴承盖和推拉杆轴承座固定连接，所述推拉杆轴承座内安装上下设置且同轴的第一轴承和第二轴承，所述推拉杆轴承座的外表面设有与所述转臂的第二键槽匹配的第二键，推拉杆的一端通过第一轴承及第二轴承而固定于推拉杆轴承座，所述推拉杆的另一端穿过所述旋转输出轴的内部而延伸至所述抓手安装板的中间的一侧，所述推拉杆外套设直线轴承且所述直线轴承设于所述旋转输出轴的内部以在活塞杆的带动下所述推拉杆实现上下运动；

所述抓手安装板用于安装所述抓手，所述抓手安装板的顶端通过一压板固定于所述旋转输出轴的底端以实现抓手安装板以及抓手与所述旋转输出轴保持一致的运动状态，所述抓手安装板的底端设有固定杆；

所述抓手包括对称设置的一对第一连杆、一对第二连杆和一对爪齿，所述第一连杆的第一端铰接于所述推拉杆的底端，所述第一连杆的第二端与第二连杆的第一端相铰接，所述第二连杆的中部固定于所述固定杆的一端，所述爪齿设于所述第二连杆的第二端，所述爪齿用于抓取待拾物，以实现当所述推拉杆上下运动时所述抓手实现撑开和抓取动作。

其中，所述爪齿包括一具有弧度的钩状结构，所述钩状结构与待拾物的边沿一致。

其中，所述摆臂的一侧固定有转臂电机，所述转臂电机用于驱动所述转臂绕所述输出轴的轴线旋转。

本发明还提供一种带有上述机械手的机械装置，其进一步包括减速机、摆臂电机、旋转底座和旋转底座电机，所述摆臂安装于所述减速机上，所述减速机安装于所述旋转底座上，所述旋转底座安装于一控制柜的顶面，所述控制柜内装有所述旋转底座电机，所述摆臂电机安装于所述减速机的一侧，所述摆臂电机用于驱动减速机以进一步驱动所述摆臂在垂直方向以摆臂的靠近所述旋转底座的一端为中心来回在180°范围内转动，所述旋转底座电机用于驱动所述旋转底座转动以带动所述摆臂绕所述旋转底座的中心旋转。

与现有技术相比较，本发明所述机械手和带有机械手的机械装置具有以下优点：所述气缸设于转臂的顶部，所述推拉杆的顶端固定于推拉杆轴承座，该推拉杆穿过所述旋转输出轴的内部并在推拉杆的底端安装抓手，随着气缸中的活塞杆的上下运动，所述推拉杆也进行上下运动，进而带动连杆铰接形成的抓手实现抓取和撑开的动作；同时，在旋转输出轴上固定从动轮，从动轮由主动轮驱动，从而带动旋转输出轴绕自身的轴线进行360°旋转，此时，所述旋转输出轴的底端固定有抓手安装板，抓手安装板安装所述抓手，因此，所述抓手安装板以及抓手的运动状态与所述旋转输出轴保持一致。即在旋转输出轴绕自身的轴线进行360°旋转时，抓手安装板以及抓手也绕着旋转输出轴的轴线进行360°同步旋转。所述转臂可由摆臂带动而以所述输出轴的轴线进行旋转。因而所述机械手可在三维空间内多个位置定位抓取和松开物品。另外，该推拉杆设在所述旋转输出轴的内部，其为一体的设计，因而具有较好的抵抗抖动能力，可承受较大的瞬间的冲击。该机械手的结构较简单，易于维护，且成本较低。

所述摆臂在旋转底座电机的驱动下而可实现在水平面内左右转动，同时所述摆臂可在所述摆臂电机的驱动下实现在垂直方向上下运动。因而该机械装置可在较大的三维空间实现精准定位，利于工业化应用。

所述抓手的爪齿的部分可根据具体的待取物品的形状和轮廓而设计。因而适应性较好，应用更广。

附图说明

图1为本发明所述带有机械手的机械装置的整体结构示意图。

图2为图1中机械手的放大结构示意图。

图3为图2所述机械手的剖面示意图。

图4为图2所述机械手在拆下转臂后的结构示意图。

图5和图6为图2所述机械手的转臂从不同角度的结构示意图。

图7为图5所述转臂的剖面示意图。

图8为图4中所述机械手中电机的放大结构示意图。

图9为图2所述机械手的抓手的放大结构示意图。

图10为图9所述机械手在抓取待拾物的工作示意图。

在附图1至附图10中，1表示转臂；1a表示连接件；1a1表示第一键槽；1b表示第二键槽；1c表示旋转输出轴；1c1表示深沟球轴承；1c2表示角接触轴承；2表示摆臂；2a表示输出轴；2a1表示第一键；3表示气缸；3a表示活塞杆；3b表示进气孔；3c表示出气孔；3d表示气缸法兰；4表示抓手安装板；4a表示压板；4b表示固定杆；5表示电机；5a表示主动轮；5b表示从动轮；5c表示同步带；6表示电机安装板；7表示推拉杆；7a表示直线轴承；8表示推拉杆轴承盖；9表示推拉杆轴承座；9a表示第一轴承；9b表示第二轴承；9c表示第二键；10表示抓手；10a表示第一连杆；10b表示第二连杆；10c表示爪齿；10c1表示钩状结构；11表示转臂电机；12表示摆臂电机；13表示减速机；14表示旋转底座；15表示控制柜；16表示待拾物；L₁表示输出轴的轴线；L₂表示旋转输出轴的轴线。

如下具体实施例将结合上述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明提供的机械手和带有机械手的机械装置作进一步说明。

请参阅图1及图2，为本发明提供的带有机械手的机械装置。所述带有机械手的机械装置包括机械手(图未标)、转臂电机11、摆臂2、摆臂电机12、减速机13和旋转底座14。所述机械手安装于所述摆臂2上。所述机械手包括一转臂1和设于转臂1中间位置的连接件1a。所述机械手通过所述连接件1a连接于所述摆臂2上。定义所述转臂2包括相对设置的第一端和第二端，其中，所述第一端靠近所述连接件1a。所述转臂电机11设于所述摆臂2的第一端。所述摆臂2的第二端固定于所述减速机13上。所述摆臂电机12安装于所述减速机13的一侧。所述减速机13安装于所述旋转底座14，即所述摆臂2的第二端靠近所述旋转底座14。所述旋转底座14安装于一控制柜15。所述控制柜15内装有一旋转底座电机(图未示)。所述摆臂电机12用于驱动所述摆臂2在垂直方向以所述摆臂2的第二端为中心来回在180°范围内转动，即沿A1方向转动。所述旋转底座14位于所述控制柜15的顶面，并可绕所述旋转底座14的中心沿A2方向旋转，进而可带动所述摆臂2以及机械手在水平面内绕所述旋转底座14的中心旋转。

请参阅图2至图4，所述机械手包括转臂1、气缸3、抓手安装板4、电机5和抓手10。所述转臂1固定于所述摆臂2。所述转臂1为空心的圆筒结构。所述转臂1的顶端与所述气缸3相连。所述转臂1的底端设有抓手安装板4。请参阅图5～图7，所述转臂1的中间设有连接件1a。所述连接件1a为空心的圆筒结构，所述连接件1a与所述转臂1相连通。所述连接件1a的内表面设有第一键槽1a1。所述摆臂2对应于所述连接件1a的位置设有输出轴2a。所述输出轴2a设于所述连接件1a的内部空间该输出轴2a的外表面设有与所述第一键槽1a1匹配的第一键2a1，而实现输出轴2a与连接件1a配合设置。所述转臂电机11用于驱动所述机械手绕着所述输出轴2a的轴线L₁进行360°旋转，即所述转臂1可绕所述输出轴2a的轴线L₁进行360°旋转，进而可带动所述抓手10、抓手安装板4及气缸3绕所述输出轴2a的轴线L₁进行360°旋转。

所述转臂1的内表面设有第二键槽1b。所述转臂1内安装有旋转输出轴1c。请参阅图7，所述旋转输出轴1c为空心的圆筒结构。所述旋转输出轴1c外套设深沟球轴承1c1和一对相向设置的角接触轴承1c2。所述深沟球轴承1c1和所述角接触轴承1c2均设于所述转臂1的内部。即，所述转臂1的内表面设有多个孔肩(图未标)，该多个孔肩用于安装所述深沟球轴承1c1和所述角接触轴承1c2。所述深沟球轴承1c1靠近所述旋转输出轴1c的顶端。所述角接触轴承1c2靠近所述旋转输出轴1c的中间。所述角接触轴承1c2的下方安装有电机安装板6。请参阅图8，所述电机安装板6上设有电机5。所述电机5位于所述转臂1的一侧。所述电机5还设有主动轮5a和从动轮5b。所述主动轮5a和从动轮5b通过同步带5c连接。所述电机5驱动所述主动轮5a转动，从而带动所述从动轮5b同步转动。所述从动轮5b固定安装于所述旋转输出轴1c并位于所述电机安装板6的下方。所述从动轮5b与所述旋转输出轴1c为同轴设置，以实现在所述主动轮5a的驱动下所述从动轮5b和旋转输出轴1c绕所述旋转输出轴1c的轴线L₂同轴转动。

所述气缸3包括活塞杆3a，所述活塞杆3a设于所述气缸3的内部空间。所述气缸3的侧壁设有进气孔3b和出气孔3c。所述进气孔3b和出气孔3c穿过所述气缸3的侧壁而可向所述气缸3的内部导入以及抽出气体。所述进气孔3b和出气孔3c分别与进气管(图未示)和出气管(图未示)相连，以使在导入气体和抽出气体的作用下，所述活塞杆3a进行反复的上下运动。所述气缸3通过气缸法兰3d安装于所述摆臂2上。所述活塞杆3a的底部连有推拉杆轴承盖8和推拉杆轴承座9。所述推拉杆轴承盖8和推拉杆轴承座9固定连接。所述推拉杆轴承座9内安装有上下设置且同轴的第一轴承9a和第二轴承9b。所述推拉杆轴承座9的外表面设有与所述转臂1的第二键槽1b匹配的第二键9c。推拉杆7的一端(即顶端)通过第一轴承9a及第二轴承9b而固定于推拉杆轴承座9。也就是说，所述推拉杆轴承盖8和推拉杆轴承座9起到联轴器的作用而将活塞杆3a与推拉杆7连接，实现动作的传递，即所述推拉杆7与活塞杆3a的运动状态一致。所述推拉杆7的另一端(即底端)穿过所述旋转输出轴1c的内部而延伸至所述抓手安装板4的中间的一侧。所述推拉杆7的靠近其底端的位置外套设直线轴承7a。所述直线轴承7a设于所述旋转输出轴1c的内部，以在活塞杆3a的带动下所述推拉杆7实现上下运动。所述直线轴承7a一方面起到支撑所述推拉杆7的作用，另一方面减少推拉杆7在上下运动时的阻力。

所述抓手安装板4用于安装所述抓手10。所述抓手安装板4的顶端通过一压板4a固定于所述旋转输出轴1c的底端，以实现抓手安装板4以及抓手10与所述旋转输出轴1c保持一致的运动状态。所述压板4a的形状和大小与所述旋转输出轴1c的形状及大小相匹配，只要使所述抓手安装板4可固定于所述旋转输出轴1c即可。所述抓手安装板4的底端设有固定杆4b。

请参阅图9，所述抓手10包括对称设置的一对第一连杆10a、一对第二连杆10b和一对爪齿10c。所述第一连杆10a的第一端铰接于所述推拉杆7的底端。所述第一连杆10a的第二端与第二连杆10b的第一端相铰接。所述第二连杆10b的中部固定于所述固定杆4b的一端。所述爪齿10c设于所述第二连杆10b的第二端。所述爪齿10c包括一具有弧度的钩状结构10c1。所述钩状结构10c1的形状与待拾物16的轮廓和边沿相匹配，以便于实现牢固抓取。请参阅图10，所述爪齿10c用于抓取待拾物16，以实现当所述推拉杆7上下运动时所述抓手10实现撑开和抓取动作。具体的，当推拉杆7向下运动时，所述第一连杆10a的第一端也跟着向下运动，带动所述第二连杆10b向外撑开；当推拉杆7向上运动时，所述第一连杆10a的第一端也跟着向上运动，带动所述第二连杆10b向内收拢，实现抓取动作。

本发明还可提供一种机械手。该机械手为上述图1所示的机械装置中的机械手，其可安装于其他类型的机械装置上，只要将转臂1固定于某一固定臂上，通过气缸3以及电机5即可实现抓手10绕旋转输出轴1c的轴线进行360°旋转、以及实现撑开和抓取的动作。

与现有技术相比较，本发明所述机械手和带有机械手的机械装置具有以下优点：所述气缸3设于转臂1的顶部，所述推拉杆7的顶端固定于推拉杆轴承座9，该推拉杆7穿过所述旋转输出轴1c的内部并在推拉杆7的底端安装抓手10，随着气缸3中的活塞杆3a的上下运动，所述推拉杆7也进行上下运动，进而带动连杆铰接形成的抓手10实现抓取和撑开的动作；同时，在旋转输出轴1c上固定从动轮5b，从动轮5b由主动轮5a驱动，从而带动旋转输出轴1c绕自身的轴线进行360°旋转，此时，所述旋转输出轴1c的底端固定有抓手安装板4，抓手安装板4安装所述抓手10，因此，所述抓手安装板4以及抓手10的运动状态与所述旋转输出轴1c保持一致。即在旋转输出轴1c绕自身的轴线进行360°旋转时，抓手安装板4以及抓手10也绕着旋转输出轴1c的轴线进行360°同步旋转。所述转臂1可由摆臂2带动而以所述输出轴2a的轴线进行旋转。因而所述机械手可在三维空间内多个位置定位抓取和松开物品。另外，该推拉杆7设在所述旋转输出轴1c的内部，其为一体的设计，因而具有较好的抵抗抖动能力，可承受较大的瞬间的冲击。该机械手的结构较简单，易于维护，且成本较低。

另外，本领域技术人员还可在本发明精神内作其他变化，当然这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围内。

Claims (4)

1.一种机械手，其特征在于，其包括气缸、转臂、电机、抓手安装板、抓手，其中，

所述转臂固定于一摆臂，所述转臂为空心的圆筒结构，所述转臂的顶端与所述气缸相连，所述转臂的底端设有抓手安装板,所述转臂的中间设有连接件，所述连接件为空心的圆筒结构且与所述转臂相连通，所述连接件的内表面设有第一键槽，所述摆臂对应于连接件的位置设有与所述连接件配合设置的输出轴，该输出轴的外表面设有与所述第一键槽匹配的第一键以实现所述转臂可绕所述输出轴的轴线旋转，所述转臂的内表面设有第二键槽，所述转臂内安装有旋转输出轴，所述旋转输出轴为空心的圆筒结构，所述旋转输出轴外套设深沟球轴承和一对角接触轴承，所述深沟球轴承和所述角接触轴承均设于所述转臂的内部，所述角接触轴承的下方安装有电机安装板，所述电机安装板上设有电机，所述电机位于所述转臂的一侧，所述电机还设有主动轮和从动轮，所述主动轮和从动轮通过同步带连接，所述从动轮安装于所述旋转输出轴并位于所述电机安装板的下方，且所述从动轮与所述旋转输出轴为同轴设置以实现在所述主动轮的驱动下所述从动轮和旋转输出轴绕所述旋转输出轴的轴线同轴转动；

所述气缸包括活塞杆，所述气缸的侧壁设有进气孔和出气孔，所述进气孔和出气孔分别与进气管和出气管相连以使所述活塞杆进行反复的上下运动，所述活塞杆的底部连有推拉杆轴承盖和推拉杆轴承座，所述推拉杆轴承盖和推拉杆轴承座固定连接，所述推拉杆轴承座内安装上下设置且同轴的第一轴承和第二轴承，所述推拉杆轴承座的外表面设有与所述转臂的第二键槽匹配的第二键，推拉杆的一端通过第一轴承及第二轴承而固定于推拉杆轴承座，所述推拉杆的另一端穿过所述旋转输出轴的内部而延伸至所述抓手安装板的中间的一侧，所述推拉杆外套设直线轴承且所述直线轴承设于所述旋转输出轴的内部以在活塞杆的带动下所述推拉杆实现上下运动；

所述抓手安装板用于安装所述抓手，所述抓手安装板的顶端通过一压板固定于所述旋转输出轴的底端以实现抓手安装板以及抓手与所述旋转输出轴保持一致的运动状态，所述抓手安装板的底端设有固定杆；

所述抓手包括对称设置的一对第一连杆、一对第二连杆和一对爪齿，所述第一连杆的第一端铰接于所述推拉杆的底端，所述第一连杆的第二端与第二连杆的第一端相铰接，所述第二连杆的中部固定于所述固定杆的一端，所述爪齿设于所述第二连杆的第二端，所述爪齿用于抓取待拾物，以实现当所述推拉杆上下运动时所述抓手实现撑开和抓取动作。

2.如权利要求1所述的机械手，其特征在于，所述爪齿包括一具有弧度的钩状结构，所述钩状结构的形状与待拾物的边沿相匹配。

3.如权利要求1所述的机械手，其特征在于，所述摆臂的一侧固定有转臂电机，所述转臂电机用于驱动所述转臂绕所述输出轴的轴线旋转。

4.一种带有如权利要求1至3任一项所述的机械手的机械装置，其进一步包括减速机、摆臂电机、旋转底座和旋转底座电机，所述摆臂安装于所述减速机上，所述减速机安装于所述旋转底座上，所述旋转底座安装于一控制柜的顶面，所述控制柜内装有所述旋转底座电机，所述摆臂电机安装于所述减速机的一侧，所述摆臂电机用于驱动减速机以进一步驱动所述摆臂在垂直方向以摆臂的靠近所述旋转底座的一端为中心来回在180°范围内转动，所述旋转底座电机用于驱动所述旋转底座转动以带动所述摆臂绕所述旋转底座的中心旋转。