CN105397826A - 一种电动三指定心机械手 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电动三指定心机械手，包括：固定单元(1)、驱动单元(2)、传动单元(3)和执行单元(4)；所述的固定单元(1)用于为驱动单元(2)提供安装空间，所述的驱动单元(2)通过电源驱动其转动；所述的传动单元(3)用于将驱动单元(2)的动力传递给执行单元(4)；所述的执行单元(4)沿其轴线均匀分布三根机械手指(28)，所述的机械手指(28)通过传动单元(3)的驱动进行同步径向运动。利用上述机械手实现了工件的快速抓取和牢固夹持，并在抓取后使工件外轮廓轴线与机械手轴线一致，并使工件能够准确定位，提高了操作精度。

Description

一种电动三指定心机械手

技术领域

本发明涉及机械自动化领域，具体涉及一种电动三指定心机械手。

背景技术

机械手作为机器人末端工具，是机器人作业时必不可少的工具。机械手按驱动方式分为电动、气动和液压驱动式；按手指数量分为二指、三指和多指；按材料分为刚性和柔性。电动刚性机械手，由于其具有承载力大、精度高、夹持牢固可靠等多种优点，在机器人应用领域中具有重要作用。

目前，国内外对电动机械手开展了一些研究，但集定位准确、牢固夹持、精密传动、限位保护等多种优点为一身，并具有适合多种形状和尺寸工件的机械手比较少。

发明内容

本发明的目的在于，为了实现工件的快速抓取和牢固夹持，并在抓取后使工件外轮廓轴线与机械手轴线一致，并使工件准确定位，本发明提出了一种电动三指定心机械手。

为了实现上述目的，本发明提供的一种电动三指定心机械手，包括：固定单元、驱动单元、传动单元和执行单元。其中，固定单元是机械手的基准单元，用于为驱动单元提供安装空间，对其他单元起到定位支撑作用；所述的驱动单元是机械手的动力部分，是机械手工作的动力来源，其通过电源驱动其转动；所述的传动单元是机械手的中间过渡部分，用于将驱动单元的动力传递给执行单元；所述的执行单元是机械手的最终执行部分，通过沿其轴线均匀分布三根机械手指，所述的机械手指通过传动单元的驱动进行同步径向运动，进而能够执行机械手的工件抓取动作。

作为上述技术方案的进一步改进，所述的固定单元包括：连接器、端部罩、法兰和连接罩。所述的连接器固定于端部罩的顶部，作为机械手内部和外部电气连接元件，用于将外界的电气线和信号线引入固定单元内。所述端部罩的底部与连接罩的顶部通过法兰固定，所述驱动单元通过法兰支撑于端部罩内，并延伸至连接罩内与传动单元连接。该端部罩和连接罩既是内部零件的保护罩，也是机械手的固定支撑部分，是其它零部件的支撑基础。

作为上述技术方案的进一步改进，所述的驱动单元包括：电机、减速箱和输出轴。所述的电机是机械手动力的提供部分，所述的减速箱起到了增大转矩、降低转速和提高系统精度的作用，用于将电机输出的扭矩增大后，通过输出轴输出至传动单元。

作为上述技术方案的进一步改进，所述的传动单元包括：联轴器、丝杠、轴承、导向块、导向槽、三槽楔形块、楔形滑块和丝杠螺母。所述的联轴器用于连接输出轴和丝杠，使得丝杠与输出轴保持同步转动。所述的轴承是传动单元中的支撑部分，其套设于丝杠外，并固定于连接罩底部设有的轴承座上，所述的丝杠螺母通过螺纹套设于丝杠上，该丝杠螺母的顶部固定有导向块，所述的导向块位于轴承的下方，并嵌入与其形状相匹配的导向槽内。所述的导向块和导向槽是传动单元中的丝杠螺母沿着机械手轴线进行直线运动的导向部分。所述的三槽楔形块固定于丝杠螺母的底部，在该三槽楔形块的边缘沿其周向均匀分布有三个楔形滑块，所述的楔形滑块侧壁上均设有供三槽楔形块嵌入的凹槽。

当丝杠转动时，所述的导向块受导向槽的作用阻碍丝杠螺母转动，进而带动丝杠螺母通过螺纹沿丝杠轴线进行直线运动，所述的丝杠和丝杠螺母配合后将电机的转动运动转换为丝杠螺母的直线运动，此时，所述三槽楔形块和三个楔形滑块的凹槽配合后，通过三槽楔形块驱动三个楔形滑块沿丝杠径向进行定心运动，所述的三槽楔形块和楔形滑块配合后将丝杠螺母的直线运动转换为垂直于丝杠轴线、沿其径向的定心运动。

作为上述技术方案的进一步改进，所述的传动单元还包括限位开关和线缆罩；所述的限位开关是传动单元中的限位保护装置，该限位开关通过在导向槽两端分别设有的按钮与导向块配合，使得导向块与按钮碰触后，通过限位开关驱动电机停转，进而限制导向块的运动行程。所述的线缆罩是传动单元内部线缆的保护装置，该线缆罩固定于传动单元外。

作为上述技术方案的进一步改进，所述的传动单元还包括定位套筒；所述的定位套筒套设于丝杠上，并固定于轴承处，所述的轴承通过定位套筒沿轴向定位。

作为上述技术方案的进一步改进，所述的执行单元包括：三槽直线块、三个直线滑块和密封板。所述的三个直线滑块分别沿三槽直线块上设有的一个滑道滑动，每个直线滑块的两端分别固定一根机械手指和一个楔形滑块，使得每个机械手指与其对应的楔形滑块保持同步运动；所述的密封板覆盖于靠近机械手指一端的三槽直线块上，用于将执行单元的内部空间与外部密封隔绝。

本发明的一种电动三指定心机械手的优点在于：

1、采用机械手指垂直于机械手轴线的定心运动，使抓取的工件轴线与机械手轴线保持一致，进而保证工件的定位准确；并在重复抓取过程中，使每次抓取的工件与机械手轴线都保持一致，有利于提高重复定位精度。

2、采用可更换的机械手指，使机械手适应多种形状和尺寸的工件需求，具有通用性。

3、采用减速箱、丝杠、丝杠螺母、滑槽和滑块等精密传动机构，提高了机械手的操作精度。

4、采用刚性三指结构，具有夹持的可靠性。

5、具有限位保护装置，使机械手在设定的行程范围内运动，避免超出行程外的电机堵转。

附图说明

图1为本发明实施例中的一种电动三指定心机械手的整体结构剖视图。

图2为本发明实施例中的固定单元的结构剖视图。

图3为本发明实施例中的驱动单元的结构示意图。

图4a为本发明实施例中的传动单元的结构剖视图。

图4b为图4a中示出的三槽楔形块和楔形滑块的结构示意图。

图5为本发明实施例中的执行单元的结构示意图。

1、固定单元2、驱动单元3、传动单元

4、执行单元5、连接器6、端部罩

7、法兰8、连接罩9、轴承座

10、电机11、减速箱12、输出轴

13、平键14、联轴器15、丝杠

16、轴承17、导向块18、导向槽

19、三槽楔形块20、楔形滑块21、丝杠螺母

22、限位开关23、线缆罩24、定位套筒

25、三槽直线块26、直线滑块27、密封板

28、机械手指29、凹槽

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明所述的一种电动三指定心机械手进行详细说明。

如图1所示，本发明的一种电动三指定心机械手，包括：固定单元1、驱动单元2、传动单元3和执行单元4。所述的固定单元1用于为驱动单元2提供安装空间，固定单元1是机械手的基准单元，对其他单元起到定位支撑作用。所述的驱动单元2是机械手的动力部分，是机械手工作的动力来源，该驱动单元2通过电源驱动其转动。所述的传动单元3是机械手的中间过渡部分，用于将驱动单元2的动力传递给执行单元4。所述的执行单元4沿其轴线均匀分布三根机械手指28(如图5所示)，所述的机械手指28通过传动单元3的驱动进行同步径向运动。

基于上述结构的机械手，如图2所示，在本实施例中，所述的固定单元包括：连接器5、端部罩6、法兰7和连接罩8。所述的连接器5固定于端部罩6的顶部，用于将外界的电气线和信号线引入固定单元1内，作为机械手内部和外部的电气线和信号线的连接接口。所述端部罩6的底部与连接罩8的顶部通过法兰7固定，所述驱动单元2通过法兰7支撑于端部罩6内，并延伸至连接罩8内与传动单元3连接。该端部罩6和连接罩8，既是内部零件的保护罩，也是机械手的固定支撑部分，是其他零部件的支撑基础。所述的法兰7是电机安装法兰，用于固定驱动单元。

如图3所示，所述的驱动单元包括：电机10、减速箱11、输出轴12和平键13。所述的电机10是机械手动力提供部分。所述的减速箱11起到了增大扭矩、降低转速和提高系统精度的作用。该减速箱11的两端分别连接电机10和输出轴12，用于将电机10输出的扭矩增大后，通过输出轴12输出至传动单元。所述的输出轴12是驱动单元的输出端，其可通过设有的平键13与传动单元连接。

如图4所示，所述的传动单元包括：联轴器14、丝杠15、轴承16、导向块17、导向槽18、三槽楔形块19、楔形滑块20、丝杠螺母21、限位开关22、线缆罩23和定位套筒24。

所述联轴器14的一端通过平键13与输出轴12连接，其另一端和丝杠15连接，使得丝杠15与输出轴12保持同步转动。所述的轴承16是传动单元中的支撑部分，该轴承16套设于丝杠15外，并固定于连接罩8底部设有的轴承座9上，所述的丝杠螺母21通过螺纹套设于丝杠15上，该丝杠螺母21的顶部固定有导向块17，所述的导向块17位于轴承16的下方，并嵌入与其形状相匹配的导向槽18内；该导向块17和导向槽18是传动单元中的丝杠螺母21沿着机械手轴线进行直线运动的导向部分，导向块17可设计呈十字形，并与十字形的导向槽18滑动配合，从而实现运动的准确导向。所述的三槽楔形块19固定于丝杠螺母21的底部，在该三槽楔形块19的边缘沿其周向均匀分布有三个楔形滑块20，所述的楔形滑块20侧壁上均设有供三槽楔形块19嵌入的凹槽29。

当丝杠15转动时，所述的导向块17受导向槽18的作用阻碍丝杠螺母21转动，进而带动丝杠螺母21通过螺纹沿丝杠15轴线进行直线运动；所述的丝杠15和丝杠螺母21将电机10的转动运动转换为丝杠螺母21的直线运动。此时，所述三槽楔形块19和三个楔形滑块20的凹槽29配合后，通过三槽楔形块19驱动三个楔形滑块20沿丝杠15径向进行定心运动。所述的三槽楔形块19和楔形滑块20配合后将丝杠螺母21的直线运动转换为垂直于丝杠15轴线、沿其径向的定心运动。

所述的限位开关22是传动系统的限位保护装置，该限位开关22通过在导向槽18两端分别设有的按钮与导向块17配合，使得当导向块17碰到限位开关22的按钮时，通过限位开关22驱动电机停转，进而保证机械手运动件在设定的行程范围内运动，避免超出行程外的电机堵转。所述的线缆罩23作为传动单元内部线缆的保护装置，该线缆罩23固定于传动单元3外。所述的定位套筒24套设于丝杠15上，并固定于轴承16处，所述的轴承16通过定位套筒24沿轴向定位。

如图5所示，所述的执行单元包括：三槽直线块25、直线滑块26、密封板27和三根机械手指28。所述的三个直线滑块26分别沿三槽直线块25上设有的一个滑道滑动，每个直线滑块26的两端分别固定一根机械手指28和一个楔形滑块20，使得每个机械手指28与其对应的楔形滑块20保持同步运动；直线滑块26与楔形滑块20之间可通过设有的螺钉连接，通过楔形滑块20的运动后，进一步带动机械手指28随直线滑块26在三槽直线块25的槽内沿机械手径向进行直线滑动。

所述的密封板27是机械手的密封部分，该密封板27安装在靠近机械手指28一端的三槽直线块25上，用于将执行单元的内部空间与外部密封隔绝。另外，所述的三根机械手指28沿圆周均匀分布在三槽直线块25上，机械手指28与直线滑块26之间可通过设有的螺钉连接，并随着直线滑块26的滑动而运动，机械手指28可根据工件形状和尺寸进行更换。

参考图1-5所示，上述电动三指定心机械手的具体运动过程为：利用系统控制电机10开启，并通过减速箱11带动丝杠15旋转，该丝杠15上的丝杠螺母21带动三槽楔形块19沿丝杠15轴线进行直线运动，此时楔形滑块20在三槽楔形块19的垂直压力作用下，沿丝杠15的径向向外或向内滑动，从而带动直线滑块26在三槽直线块25的槽内运动，通过这种传动形式，最终使三根机械手指28以机械手轴线为中心进行定心运动，实现了工件的定心抓取操作。

本发明采用机械手指垂直于机械手轴线的定心运动，使抓取的工件轴线与机械手轴线保持一致，进而保证工件的定位准确，并在重复抓取过程中使每次抓取的工件与机械手轴线均保持一致，有利于提高重复定位精度；采用可更换的机械手指，使机械手适应不同工件的形状和尺寸，具有很强的通用性；采用减速箱、丝杠螺母、丝杠、滑槽和滑块等精密传动机构，提高了机械手的操作精度；刚性三指结构，具有夹持的可靠性。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种电动三指定心机械手，其特征在于，包括：固定单元(1)、驱动单元(2)、传动单元(3)和执行单元(4)；所述的固定单元(1)用于为驱动单元(2)提供安装空间，所述的驱动单元(2)通过电源驱动其转动；所述的传动单元(3)用于将驱动单元(2)的动力传递给执行单元(4)；所述的执行单元(4)沿其轴线均匀分布三根机械手指(28)，所述的机械手指(28)通过传动单元(3)的驱动进行同步径向运动。

2.根据权利要求1所述的电动三指定心机械手，其特征在于，所述的固定单元(1)包括：连接器(5)、端部罩(6)、法兰(7)和连接罩(8)；所述的连接器(5)固定于端部罩(6)的顶部，用于将外界的电气线和信号线引入固定单元(1)内，所述端部罩(6)的底部与连接罩(8)的顶部通过法兰(7)固定，所述驱动单元(2)通过法兰(7)支撑于端部罩(6)内，并延伸至连接罩(8)内与传动单元(3)连接。

3.根据权利要求2所述的电动三指定心机械手，其特征在于，所述的驱动单元(2)包括：电机(10)、减速箱(11)和输出轴(12)；所述减速箱(11)的两端分别连接电机(10)和输出轴(12)，用于将电机(10)输出的扭矩增大后，通过输出轴(12)输出至传动单元(3)。

4.根据权利要求3所述的电动三指定心机械手，其特征在于，所述的传动单元(3)包括：联轴器(14)、丝杠(15)、轴承(16)、导向块(17)、导向槽(18)、三槽楔形块(19)、楔形滑块(20)和丝杠螺母(21)；所述的输出轴(12)通过联轴器(14)与丝杠(15)连接，使得丝杠(15)与输出轴(12)保持同步转动，所述的轴承(16)套设于丝杠(15)外，并固定于连接罩(8)底部设有的轴承座(9)上，所述的丝杠螺母(21)通过螺纹套设于丝杠(15)上，该丝杠螺母(21)的顶部固定有导向块(17)，所述的导向块(17)位于轴承(16)的下方，并嵌入与其形状相匹配的导向槽(18)内；所述的三槽楔形块(19)固定于丝杠螺母(21)的底部，在该三槽楔形块(19)的边缘沿其周向均匀分布有三个楔形滑块(20)，所述的楔形滑块(20)侧壁上均设有供三槽楔形块(19)嵌入的凹槽(29)；

当丝杠(15)转动时，所述的导向块(17)受导向槽(18)的作用阻碍丝杠螺母(21)转动，进而带动丝杠螺母(21)通过螺纹沿丝杠(15)轴线进行直线运动；此时，所述三槽楔形块(19)和三个楔形滑块(20)的凹槽(29)配合后，通过三槽楔形块(19)驱动三个楔形滑块(20)沿丝杠(15)径向进行定心运动。

5.根据权利要求4所述的电动三指定心机械手，其特征在于，所述的传动单元(3)还包括限位开关(22)和线缆罩(23)；所述的限位开关(22)通过在导向槽(18)两端分别设有的按钮与导向块(17)配合，使得导向块(17)与按钮碰触后，通过限位开关(22)驱动电机(10)停转；所述的线缆罩(23)固定于传动单元(3)外，用于保护传动单元(3)内设置的线缆。

6.根据权利要求4所述的电动三指定心机械手，其特征在于，所述的传动单元(3)还包括定位套筒(24)；所述的定位套筒(24)套设于丝杠(15)上，并固定于轴承(16)处，所述的轴承(16)通过定位套筒(24)沿轴向定位。

7.根据权利要求4-6之一所述的电动三指定心机械手，其特征在于，所述的执行单元(4)包括：三槽直线块(25)、三个直线滑块(26)和密封板(27)；所述的三个直线滑块(26)分别沿三槽直线块(25)上设有的一个滑道滑动，每个直线滑块(26)的两端分别固定一根机械手指(28)和一个楔形滑块(20)，使得每个机械手指(28)与其对应的楔形滑块(20)保持同步运动；所述的密封板(27)覆盖于靠近机械手指(28)一端的三槽直线块(25)上，用于将执行单元(4)的内部空间与外部密封隔绝。