CN105710878A - 机械抓手 - Google Patents

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吴琼海
董加归
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    • B25J9/10—Programme-controlled manipulators characterised by positioning means for manipulator elements
    • B25J9/12—Programme-controlled manipulators characterised by positioning means for manipulator elements electric
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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Abstract

本发明公开了一种机械抓手，包括基座、安装于所述基座的第一驱动机构和连接于所述基座的三个手指组件，所述三个手指组件之间呈一定夹角，其中两个手指组件活动连接于所述基座，所述第一驱动机构驱动所述活动连接于所述基座的两个手指组件旋转以改变所述夹角的大小。从而使得同一个机械抓手可以夹持各种形状的工件，扩大了机械抓手的适用范围，提高了机械抓手的通用性。利用本发明实施例的机械抓手来夹持加工不同的工件时，无需频繁更换机械抓手或进行夹持空间调试，大大缩短了安装调试的时间，也大大减少了工件的报废率，极大的提高了生产效率。

Description

机械抓手
技术领域
本发明涉及自动化技术领域，尤其是涉及一种机械抓手。
背景技术
在自动化加工过程中，需要利用机械抓手来自动夹持工件。现有的机械抓手，通常使用气缸驱动+杠杆机构来实现工件的自动夹持，其中气缸包括二指平行气缸、三指圆周气缸以及四指圆周气缸等，还有的利用电动的装夹夹具来实现工件的夹持，这些夹持方式都不能调节夹持力度，容易损坏较脆弱的工件。
公知的机械抓手的手指通常有两种类型，一种为两个相对固定设置的手指，只能用来夹持矩形等规则形状的工件；另一种为三个均匀分布且固定设置的手指，主要用来夹持圆形等规则形状的工件。同时，现有的机械抓手的夹持空间的调节范围有限，而且需要手动调节，调节过程比较繁琐。因此，在加工工程中，当工件形状和尺寸改变时，就需要更换不同类型或型号的机械抓手，且型号繁多，选型比较麻烦。
综上所述，现有的机械抓手适用范围较窄，通用性和可控性较差。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种机械抓手，旨在扩大机械抓手的适用范围，提高机械抓手的通用性。
为达以上目的，本发明实施例提出一种机械抓手，包括基座、安装于所述基座的第一驱动机构和连接于所述基座的三个手指组件，所述三个手指组件之间呈一定夹角，其中两个手指组件活动连接于所述基座，所述第一驱动机构驱动所述活动连接于所述基座的两个手指组件旋转以改变所述夹角的大小。
进一步地，所述第一驱动机构包括第一电机和两个驱动齿轮，所述活动连接于所述基座的手指组件连接所述基座的一端设有与其中一个驱动齿轮啮合的从动齿轮。
进一步地，所述第一电机为一个，且与其中一个驱动齿轮连接，所述两个驱动齿轮相互啮合。
进一步地，所述第一电机为两个，每一个第一电机连接一个驱动齿轮。
进一步地，所述机械抓手还包括安装于所述基座的第二驱动机构、第一拉绳和第二拉绳，所述手指组件包括连接于所述基座的第一指节、活动连接于所述第一指节的第二指节和活动连接于所述第二指节的第三指节，所述第一拉绳和所述第二拉绳一端连接所述第三指节，另一端连接所述第二驱动机构，所述第二驱动机构分别拉动所述第一拉绳和所述第二拉绳以使所述第一指节和所述第二指节正向和反向转动，实现所述机械抓手的抓握和张开。
进一步地，所述第一指节和所述第二指节通过第一关节结构连接，所述第二指节和所述第三指节通过第二关节结构连接，所述第一拉绳正向缠绕于所述第一关节结构和所述第二关节结构，所述第二拉绳反向缠绕于所述第一关节结构和所述第二关节结构。
进一步地，所述第二驱动机构包括第二电机和连接于所述第二电机的绕线轴，所述第一拉绳和所述第二拉绳分别沿相反的方向缠绕于所述绕线轴。
进一步地，所述第二电机为两个，分别驱动所述绕线轴正向和反向旋转。
进一步地，所述第二电机为一个，驱动所述绕线轴正向和反向旋转。
进一步地，所述机械抓手还包括力矩传感器，所述第二驱动机构根据所述力矩传感器的检测信号控制所述机械抓手的抓握力度。
本发明所提供的一种机械抓手，通过设置三个手指组件，并让其中两个手指组件活动连接于基座，利用一驱动机构驱动两个手指组件旋转来改变三个手指组件之间的夹角，从而使得同一个机械抓手可以夹持各种形状的工件，扩大了机械抓手的适用范围，提高了机械抓手的通用性。同时，通过驱动机构拉动拉绳来实现机械抓手的抓握和张开来改变夹持空间，使得机械抓手可以夹持不同尺寸的工件，进一步提高了机械抓手的通用性，并且可控性强。利用本发明实施例的机械抓手来夹持加工不同的工件时，无需频繁更换机械抓手或进行夹持空间调试，大大缩短了安装调试的时间，也大大减少了工件的报废率，极大的提高了生产效率。
附图说明
图1是本发明的机械抓手一实施例的立体结构示意图(张开状态)；
图2是本发明实施例的机械抓手改变夹角的示意图(张开状态)；
图3是图2中的机械抓手改变夹角后的示意图(张开状态)；
图4是本发明实施例的机械抓手的拉绳的缠绕示意图(张开状态)；
图5是本发明实施例的机械抓手抓握时的立体结构示意图；
图6是本发明实施例的机械抓手抓握时的另一立体结构示意图；
图7是本发明实施例的机械抓手抓握时的又一立体结构示意图。
附图中：
100-基座201、202-手指组件
210-第一指节211-从动齿轮
220-第二指节230-第三指节
240-第一关节结构241-第一关节槽
242-第二关节头243-第一连接轴
250-第二关节结构251-第二关节槽
252-第三关节头253-第二连接轴
311-驱动齿轮321-绕线轴
400-第一拉绳500-第二拉绳
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
参见图1-图7，提出本发明的机械抓手一实施例，所述机械抓手包括基座100、安装于基座100的第一驱动机构和连接于基座100的三个手指组件(201,202)，三个手指组件(201,202)之间形成一夹持空间，可以夹持工件。其中一个手指组件201固定连接于基座100，另两个手指组件202活动连接于基座100。三个手指组件(201,202)之间呈一定夹角，第一驱动机构驱动活动连接于基座100的两个手指组件202旋转以改变三个手指组件(201,202)之间的夹角的大小。如图2所示为机械抓手改变夹角的示意图，箭头表示手指组件202的旋转方向，虚线表示手指组件旋转后的位置，如图3所示为旋转后的状态。从而，机械抓手通过调节各手指组件(201,202)之间的夹角，可以实现夹持各种形状的工件。
如图2所示，第一驱动机构包括连接于基座100的第一电机(图未示出)和两个驱动齿轮311，活动连接于基座100的手指组件202连接基座100的一端设有与其中一个驱动齿轮311啮合的从动齿轮211，第一电机优选为伺服电机。
本发明实施例中，第一驱动机构包括一个第一电机，该第一电机的旋转轴连接其中一个驱动齿轮311，另一个驱动齿轮311活动连接于基座100，且两个驱动齿轮311相互啮合，从而第一电机驱动与其连接的驱动齿轮311旋转，该驱动齿轮311再带动另一个驱动齿轮311旋转，两个驱动齿轮311分别带动对应的手指组件202旋转，实现对三个手指组件(201,202)之间的夹角进行调整。这种结构只能控制两个手指组件202同时朝相反的方向作旋转运动，但由于只使用一个电机，因此使得结构更加紧凑，并降低了成本。
在某些实施例中，第一驱动机构也可以包括两个第一电机，每一个第一电机连接一个驱动齿轮311，分别驱动对应的驱动齿轮311旋转，进而控制各自对应的手指组件202旋转。这种结构可以独立控制两个手指组件202作旋转运动，即可以控制两个手指组件202同时朝相同或相反的方向旋转，也可以只控制其中一个手指组件202旋转，使得各手指组件(201,202)之间的夹角控制更加灵活。
本发明实施例通过电机特别是伺服电机驱动来调整三个手指组件(201,202)之间的夹角，使得控制更加精准。
进一步地，如图4所示，机械抓手还包括安装于基座100的第二驱动机构、第一拉绳400和第二拉绳500(图4中第一拉绳400和第二拉绳500分别用细虚线和粗虚线表示，以示区别)，每一个手指组件(201,202)包括连接于基座100的第一指节210、活动连接于第一指节210的第二指节220和活动连接于第二指节220的第三指节230。第一拉绳400和第二拉绳500一端连接第二驱动机构，另一端连接第三指节230，作为优选，第一拉绳400与第三指节230的连接点靠近第三指节230的外侧，第二拉绳500与第三指节230的连接点靠近第三指节230的内侧，第二驱动机构分别拉动第一拉绳400和第二拉绳500以使第二指节220和第三指节230正向和反向转动，以改变三个手指组件(201,202)之间的夹持空间，实现机械抓手的抓握和张开。从而使得机械抓手可以夹持不同尺寸的工件，同时通过拉绳来传递第二驱动机构的动力，使得手指组件(201,202)末端的第三指节230有一定的缓冲作用，防止工件受损，提高了可控性。本实施例中，正向转动定义为顺时针转动，相应的反向转动则为逆时针转动；当然，反之亦可。
本发明实施例中，第一拉绳400和第二拉绳500以特定方式缠绕于手指组件(201,202)。具体的，如图4所示，每一个手指组件(201,202)的第一指节210和第二指节220通过第一关节结构240连接，第二指节220和第三指节230通过第二关节结构250连接，第一拉绳400正向缠绕于第一关节结构240和第二关节结构250，第二拉绳500反向缠绕于第一关节结构240和第二关节结构250。
如图4、图5所示，第一关节结构240包括设于第一指节210的第一关节槽241、设于第二指节220并伸入第一关节槽241的第二关节头241以及穿过第一关节槽241和第二关节头242的第一连接轴243，第二指节220可绕第一连接轴243旋转，第一拉绳400和第二拉绳500在第二关节头242上缠绕一圈；第二关节结构250包括设于第二指节头220的第二关节槽251、设于第三指节230并伸入第二关节槽251的第三关节头252以及穿过第二关节槽251和第三关节头252的第二连接轴253，第三指节230可绕第二连接轴253旋转，第一拉绳400和第二拉绳500先穿过或绕过第二指节220，再在第三关节头252上缠绕一圈，最后连接第三指节230的末端。本实施例中，正向缠绕定义为顺时针缠绕，反向缠绕定义为逆时针缠绕；当然，反之亦可。
以上是第一拉绳400和第二拉绳500的优选缠绕方式，本领域技术人员可以理解，还可以采用其它方式将第一拉绳400和第二拉绳500缠绕于手指组件(201,202)，只要能够实现通过拉动两根不同的拉绳(400,500)使得手指组件(201,202)弯曲和伸展即可，在此不再一一列举赘述。
本发明实施例中，第二驱动机构包括第二电机(图未示出)和连接于第二电机的绕线轴321，第一拉绳400和第二拉绳500分别沿相反的方向缠绕于绕线轴321，第二电机优选伺服电机。可选地，第二电机有两个，绕线轴321分别连接两个第二电机，其中一个电机驱动绕线轴321正向旋转，另一个第二电机驱动绕线轴321反向旋转。可选地，第二电机只有一个，该第二电机既可以正转也可以反转，从而可以驱动绕线轴321正向和反向旋转。本实施例中，正向旋转定义为顺时针转动，相应的反向旋转则为逆时针转动；当然，反之亦可。
可选地，第二驱动机构也可以包括两个第二电机和两个绕线轴321，每一个第二电机连接一个绕线轴321，第一拉绳400和第二拉绳500分别缠绕于一个绕线轴321，其中一个第二电机驱动缠绕了第一拉绳400的绕线轴321正向旋转，另一个第二电机驱动缠绕了第二拉绳500的绕线轴321反向旋转。
进一步地，机械抓手还包括力矩传感器(图未示出)，该力矩传感器可以检测手指组件(201,202)夹持工件的力度，并将检测信号发送给第二驱动机构，第二驱动机构则根据力矩传感器的检测信号控制机械抓手的抓握力度，例如，第二驱动机构的第二电机根据检测信号确定继续运转还是停止运转。举例而言，当力矩传感器检测到手指组件(201,202)夹持工件的力度达到设定值时，则向第二驱动机构的第二电机发送检测信号，第二电机接收到检测信号后立即停止运转并保持静止，从而使得机械抓手维持一个合适的抓握力度，防止抓握力度过大而导致工件受损，进一步提高了机械抓手的可控性。
进一步地，手指组件(201,202)的第三指节230上还套设有一个柔软的套子，该套子可以是胶套、泡沫套、海绵套等。一方面可以增加手指组件(201,202)的摩擦力，使得机械抓手抓取工件更加稳定；另一方面可以对工件起保护作用，防止工件受损。
本发明实施例的机械抓手，可以抓取各种形状的工件。当三个手指组件(201,202)之间的夹角如图1、图2、图6、图7所示时，机械抓手可以抓取圆形或者异形工件，其中图1、图2所示为机械抓手张开时的状态，图6、图7所示为机械抓手抓握时的状态；当需要抓取矩形组件时，手指组件则从如图2所示的状态旋转到如图3、图5所示的状态，其中图3所示为机械抓手张开时的状态，图5所示为机械抓手抓握时的状态。
本发明实施例的机械抓手，还可以抓取不同尺寸的工件。当机械抓手需要从如图1所示的张开状态变为如图6所示的抓握状态，或者从如图6所示抓取较大尺寸的工件变为如图7所示抓取较小尺寸的工件时，第二电机正转(或者正转的第二电机转动)带动绕线轴321正转，绕线轴321正转拉动第一拉绳400，第一拉绳400拉动手指组件(201,202)的第二指节220和第三指节230向内转动，使得手指组件(201,202)向内弯曲；反之，当机械抓手需要从图6变为图1的状态，或者从图7变为图6的状态时，第二电机反转(或者反转的第二电机转动)带动绕线轴321反转，绕线轴321反转拉动第二拉绳500，第二拉绳500拉动手指组件(201,202)的第二指节220和第三指节230向外转动，使得手指组件(201,202)向外伸展。
本发明实施例的机械抓手，通过设置三个手指组件(201,202)，并让其中两个手指组件202活动连接于基座100，利用一驱动机构驱动两个手指组件202旋转来改变三个手指组件(201,202)之间的夹角，从而使得同一个机械抓手可以夹持各种形状的工件，扩大了机械抓手的适用范围，提高了机械抓手的通用性。
同时，通过驱动机构拉动拉绳(400,500)来实现机械抓手的抓握和张开来改变夹持空间，使得机械抓手可以夹持不同尺寸的工件，进一步提高了机械抓手的通用性。而且通过拉绳(400,500)来传递第二驱动机构的动力，使得手指组件(201,202)末端的第三指节230有一定的缓冲作用，防止工件受损，提高了可控性。并且，手指组件(201,202)仿人手的设计，夹持工件时更加灵活和实用，适用范围更广，通用性更高。
利用本发明实施例的机械抓手来夹持加工不同形状或尺寸的工件时，无需频繁更换机械抓手或进行夹持空间调试，大大缩短了安装调试的时间，也大大减少了工件的报废率，极大的提高了生产效率。
应当理解的是，以上仅为本发明的优选实施例，不能因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种机械抓手，其特征在于，包括基座(100)、安装于所述基座(100)的第一驱动机构和连接于所述基座(100)的三个手指组件(201,202)，所述三个手指组件(201,202)之间呈一定夹角，其中两个手指组件(202)活动连接于所述基座(100)，所述第一驱动机构驱动所述活动连接于所述基座(100)的两个手指组件(202)旋转以改变所述夹角的大小。
2.根据权利要求1所述的机械抓手，其特征在于，所述第一驱动机构包括第一电机和两个驱动齿轮(311)，所述活动连接于所述基座(100)的手指组件(202)连接所述基座(100)的一端设有与其中一个驱动齿轮(311)啮合的从动齿轮(211)。
3.根据权利要求2所述的机械抓手，其特征在于，所述第一电机为一个，且与其中一个驱动齿轮(311)连接，所述两个驱动齿轮(311)相互啮合。
4.根据权利要求2所述的机械抓手，其特征在于，所述第一电机为两个，每一个第一电机连接一个驱动齿轮(311)。
5.根据权利要求1-4任一项所述的机械抓手，其特征在于，所述机械抓手还包括安装于所述基座(100)的第二驱动机构、第一拉绳(400)和第二拉绳(500)，所述手指组件(201,202)包括连接于所述基座(100)的第一指节(210)、活动连接于所述第一指节(210)的第二指节(220)和活动连接于所述第二指节(220)的第三指节(230)，所述第一拉绳(400)和所述第二拉绳(500)一端连接所述第三指节(230)，另一端连接所述第二驱动机构，所述第二驱动机构分别拉动所述第一拉绳(400)和所述第二拉绳(500)以使所述第二指节(220)和所述第三指节(230)正向和反向转动，实现所述机械抓手的抓握和张开。
6.根据权利要求5所述的机械抓手，其特征在于，所述第一指节(210)和所述第二指节(220)通过第一关节结构(240)连接，所述第二指节(220)和所述第三指节(230)通过第二关节结构(250)连接，所述第一拉绳(400)正向缠绕于所述第一关节结构(240)和所述第二关节结构(250)，所述第二拉绳(250)反向缠绕于所述第一关节结构(240)和所述第二关节结构(250)。
7.根据权利要求5所述的机械抓手，其特征在于，所述第二驱动机构包括第二电机和连接于所述第二电机的绕线轴(321)，所述第一拉绳(400)和所述第二拉绳(500)分别沿相反的方向缠绕于所述绕线轴(321)。
8.根据权利要求7所述的机械抓手，其特征在于，所述第二电机为两个，分别驱动所述绕线轴(321)正向和反向旋转。
9.根据权利要求7所述的机械抓手，其特征在于，所述第二电机为一个，驱动所述绕线轴(321)正向和反向旋转。
10.根据权利要求5所述的机械抓手，其特征在于，所述机械抓手还包括力矩传感器，所述第二驱动机构根据所述力矩传感器的检测信号控制所述机械抓手的抓握力度。
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