CN105773637B - 多功能包装机械手 - Google Patents

Abstract

本发明涉及商品载运及助力机械装置技术，具体而言一种多功能包装机械手。该多功能包装机械手包括驱动手掌和一个以上的手指；驱动手掌包括：动力柄、传动组件，动力柄的驱动轴与传动组件的上部间隙配合，传动组件下部与手指连接；手指由一节以上的指节通过万向节连接头和万向节连接块配合连接，在相邻两个指节连接处还设置弯曲组件，弯曲组件随传动组件的转动使手指弯曲或舒展；当所有手指同时弯曲时，手指均向驱动手掌的中心轴聚拢。本发明实现稳定的抓取、锁紧、放下的动作。该结构是一种机械结构，充分替换了现有几点控制多功能包装机械手的功能，且结构简单、易操作。

Description

多功能包装机械手

技术领域

本发明涉及商品载运及助力机械装置技术，具体而言一种多功能包装机械手。

背景技术

机械手是在机械化，自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。在现代生产过程中，机械手被广泛的运用于自动生产线中，机械人的研制和生产已成为高技术领域内，迅速发展起来的一门新兴的技术，它更加促进了机械手的发展，使得机械手能更好地实现与机械化和自动化的有机结合。机械手虽然还不如人手那样灵活，但它具有能不断重复工作和劳动，不知疲劳，不怕危险，抓举重物的力量比人手力大的特点，因此，机械手已受到许多部门的重视，并越来越广泛地得到了应用。

但是上述所述的机械手适用于高技术领域，在某些方面难免会有一些制约。比如目前网络购物非常火热，“网店”“淘宝”这些热词不断进入人们的视野中，而针对刚开始进行网络创业或者其他创业人员等在创业初期存在的人手少、工作量大的问题，要使用上述机械手则存在经费不足，购买困难等缺陷。对此针对开设“网店”等创业人员在创业初期存在的人手少、工作量大的问题，设计可以抓取不同尺寸、形状、材质商品的机械手，对提高工作效率变得尤为重要。在此背景下我们先到设计一种轻便小巧的纯机械手完成抓取与放下商品的动作。现存机械手都是机电一体化通过电子计算机对机械手抓取与放下商品的动作实现控制，控制过程显得繁琐，并且需要耗费大量资源，因此机械手制造困难价格高昂。我组设计制造的纯机械手，通过对所学机构的组合与创新，使机械手的构造简单，制造低廉，同时机械手在输入动力时能准确完成手指合拢抓取商品；锁死机构紧握商品；反转输入动力放下商品的一系列自动动作。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多功能包装机械手，以解决现有自动化抓取设备成本大、不易操作的问题。

本发明涉及一种多功能包装机械手，其包括驱动手掌和一个以上的手指；所述驱动手掌包括：动力柄、传动组件，所述动力柄的驱动轴与所述传动组件的上部间隙配合，所述传动组件下部与所述手指连接；

所述手指由一节以上的指节通过万向节连接头和万向节连接块配合连接，在相邻两个指节连接处还设置弯曲组件，所述弯曲组件随所述传动组件的转动使手指弯曲或舒展；

当所有所述手指同时弯曲时，所述手指均向所述驱动手掌的中心轴聚拢。

在一些实施例中，优选为，所述传动组件包括：第一曲柄、三角曲柄、第二曲柄；所述第一曲柄的一端与所述动力柄的驱动轴间隙配合，所述第一曲柄的另一端与三角曲柄的中心转轴间隙配合；所述三角曲柄的三个角上的转轴与所述第二曲柄的一端过渡配合，所述第二曲柄的另一端与所述万向轴间隙配合。

在一些实施例中，优选为，所述驱动手掌还包括：支撑组件，所述支撑组件包括：手掌平台、动力台和多个支撑柱；其中，所述动力台设置于手掌平台上方，二者相互平行，且二者之间通过所述支撑柱相连接，所述传动组件设置于二者之间；

所述驱动轴固定于所述动力台的中心通孔，所述动力台与所述第一曲柄胶合；所述手掌平台在对应所述第二曲柄的位置设置万向轴穿孔。

在一些实施例中，优选为，所述手掌平台下方固定有支撑架。

在一些实施例中，优选为，所述指节包括:万向轴、圆柱式手指外壁、轴承座、万向节连接头；其中，所述万向轴处于所述圆柱式手指外壁的中心轴位置，并穿过轴承座，所述轴承座的侧壁与圆柱式手指外壁的内壁固定连接；所述万向轴的相邻手指连接端固定有万向节连接块；相邻手指的连接块用过卡接方式连接。

在一些实施例中，优选为，所述弯曲组件包括：第一关节、第二关节、第一锥齿轮、第二锥齿轮、第一卡扣、第二卡扣、拨叉；其中，所述第一关节固定于一个手指的圆柱式手指外壁上，第二关节固定于相邻手指的圆柱式手指外壁上，所述第一关节和所述第二关节的一端通过平面轴套接，另一端通过阶梯轴套接，并围成弯曲空间；所述第一锥齿轮、第二锥齿轮、第一卡扣、第二卡扣、拨叉均处于弯曲空间内。

在一些实施例中，优选为，所述第一锥齿轮套在一个手指的万向轴上，所述第二锥齿轮与所述第一锥齿轮构成90度啮合；所述第二锥齿轮的尾端固定套有第一卡扣；所述第一卡扣和所述第二卡扣牙嵌式连接；所述第二卡扣固定在拨叉的下端，所述拨叉的上端可滑动式安装在所述平面轴上，所述拨叉的下端可滑动式安装在所述阶梯轴上。

在一些实施例中，优选为，平面轴上还固定安装有第一锁紧卡扣、第二锁紧卡扣，所述第一锁紧卡扣处于第二锁紧卡扣的上方，二者之间存在间距，且二者均处于拨叉上部安装端的下方；所述阶梯轴上还固定安装有复位弹簧，所述复位弹簧处于拨叉下部安装端的下方。

在一些实施例中，优选为，所述平面轴的下端安装有配合使用的棘爪和棘轮。

在一些实施例中，优选为，第一节手指的万向轴与所述第二曲柄的下端胶合；第二锥齿轮与所述第一卡扣胶合；锁紧卡扣与平面轴间隙配合；拨叉通过花键与第二关节胶合；第二卡扣与拨叉的下端胶合；所述万向轴与所述第一锥齿轮过渡配合；万向轴和万向节连接头过渡配合。

本发明实施例提供的一种多功能包装机械手，与现有技术相比，将结构简化为驱动手掌和手指，驱动手掌借助曲柄之间的转动带动多个手指转动，并借助弯曲组件实现手指的弯曲，当手指弯曲时，均向驱动手掌的中心轴聚拢，实现稳定的抓取、锁紧、放下的动作。该结构是一种机械结构，充分替换了现有几点控制多功能包装机械手的功能，且结构简单、易操作。

附图说明

图1为本发明一个实施例中多功能包装机械手的结构示意图；

图2为本发明图1中一个手指的结构示意图；

图3为本发明图2中A-A方向的剖面示意图；

图4为本发明图2中B-B方向的剖面示意图；

图5为本发明第一曲柄的结构示意图；

图6为本发明第二曲柄的结构示意图；

图7为本发明第一关节主视图；

图8为图7中A-A向视图；

图9为本发明拨叉剖面图；

图10为本发明拨叉俯视图；

图11为手指外壁的横截面图；

图12为图11中A-A向视图。

注：1第一关节；2第二关节；3第三关节；4拨叉；5第一节手指外壁；6第二节手指外壁；7第三节手指外壁；8第一节手指的万向节轴；9第二节手指的万向节轴；10第三节手指的万向节轴；11万向节连接头；12万向节连接块；13第一卡扣；14第二卡扣；15花键；16平面轴；17棘轮；18棘爪；19棘轮固定圈；20第二锥齿轮；21第一锥齿轮；22第一轴承座；23第二轴承座；24后盖；25阶梯轴；26平面轴；27支座；28支座支撑轴；29手掌平台；30三角曲柄；31动力台；32套筒；33动力柄；34支撑柱；35第一曲柄；36第二曲柄；37手指。

具体实施方式

下面通过具体的实施例结合附图对本发明做进一步的详细描述。

考虑到现有机电控制的机械手结构复杂、操作麻烦，且成本大的问题，本发明提供了一种多功能包装机械手。

该多功能包装机械手包括驱动手掌和一个以上的手指；驱动手掌包括：动力柄、传动组件，动力柄的驱动轴与传动组件的上部间隙配合，传动组件下部与手指连接；

手指由一节以上的指节通过万向节连接头和万向节连接块配合连接，在相邻两个指节连接处还设置弯曲组件，弯曲组件随传动组件的转动使手指弯曲或舒展；

当所有手指同时弯曲时，手指均向驱动手掌的中心轴聚拢。

将结构简化为驱动手掌和手指，驱动手掌借助曲柄之间的转动带动多个手指转动，并借助弯曲组件实现手指的弯曲，当手指弯曲时，均向驱动手掌的中心轴聚拢，实现稳定的抓取、锁紧、放下的动作。该结构是一种机械结构，充分替换了现有几点控制多功能包装机械手的功能，且结构简单、易操作。

接下来对该多功能包装机械手进行详细说明：

一种多功能包装机械手，如图1所示，主要由驱动手掌和一个以上的手指37组成，驱动手掌主要发出驱动力，手指37在驱动力的作用下进行物品抓握、放开。为了更方便的抓握，手指37由多节组成，一节以上的指节通过万向节连接头11和万向节连接块12配合连接，在相邻两个指节连接处还设置弯曲组件，弯曲组件随传动组件的转动使手指37弯曲或舒展；当所有手指37同时弯曲时，手指37均向驱动手掌的中心轴聚拢。由此实现抓握或放开。

驱动手掌主要以下几个部件组成：动力柄33、传动组件、支撑组件、支架组件；动力柄33发出转动力，传动组件将转动力传递到手指37，带动手指37运动；为了方便动力柄33、传动组件稳定工作，支撑组件提供了稳定的架构。而支架组件主要用于在多功能包装机械手非使用状态的存储。

动力柄33也包含了摇杆、传动柄和驱动轴，摇杆和驱动轴分别处于传动柄的两端，且分列于传动柄的两侧。

支撑组件包括：手掌平台29、动力台31和多个支撑柱34；动力台31、手掌平台29均为板状结构，动力台31设置于手掌平台29上方，二者相互平行，且二者之间通过多个均匀布置的支撑柱34相连接，传动组件设置于二者之间。在本实施例中动力台31为圆形，手掌平台29配合手指37的数目，为多边形结构。其中，驱动轴固定于动力台31的中心通孔，动力台31与第一曲柄35胶合；手掌平台29在对应第二曲柄36的位置设置万向轴穿孔。动力台31为动力柄33提供了稳定的安装位置，在动力台31和手掌平台29之间设置支撑柱34，为传动组件的安装提供牢固的安装空间。

传动组件包括：第一曲柄35(如图5所示)、三角曲柄30、第二曲柄36(如图6所示)；第一曲柄35、第二曲柄36均为自行车曲柄，三角曲柄30为类三角形的圆盘，中心设置转轴安装孔。第一曲柄35的一端与动力柄33的驱动轴间隙配合，动力柄33的下端安装驱动轴，该驱动轴通过间隙配合带动第一曲柄35以驱动轴的圆心所在轴转动。第一曲柄35的另一端与三角曲柄30的中心转轴间隙配合，第一曲柄35带动三角曲柄30转动，同时将转动力分配到三个方向的转动。三角曲柄30的三个角上的转轴与第二曲柄36的一端过渡配合，三角曲柄30带动第二曲柄36转动，并通过过渡配合实现转动的控制，第二曲柄36的另一端与万向轴间隙配合，由此，第二曲柄36带动手指37的万向轴转动。

需要说明的是，与第二曲柄36直接连接的万向轴，其大部分结构都包裹在套筒32里，以保护万向轴受到磨损。在本实施例中设置三个手指结构，如果在其他实施例中设置更多的手指结构，那么三角曲柄中角的数目需要对应性增加。

当多功能包装机械手不使用需要存放时，可以放置于支撑架上，手掌平台29下方固定有支撑架，手掌平台29直接与支撑架(包括支座27和支撑支座的支座支撑轴28)接触。当需要使用多功能包装机械手时，直接将多功能包装机械手从支撑架上取下即可。

如图3、4，指节包括:万向轴(包括第一节手指的万向节轴8、第二节手指的万向节轴9、第三节手指的万向节轴10，三者结构不同)、圆柱式手指外壁(包括第一节手指外壁5、第二节手指外壁6、第三节手指外壁7)、轴承座(包括第一轴承座22、第二轴承座23)、万向节连接头11；由于指节在手指上的位置不同，最上面的指节的万向轴与第二曲柄连接，其他的万向轴都与临近的万向轴连接。其中，万向轴处于圆柱式手指外壁的中心轴位置，并穿过轴承座，轴承座的侧壁与圆柱式手指外壁的内壁固定连接；万向轴的相邻手指连接端通过万向节连接块12、万向节连接头配合连接；相邻手指的连接块用过卡接方式连接。

在两个指节之间设置弯曲组件，其包括：第一关节1(如图7、8所示)、第二关节2、(其他指节上可能是第三关节3、第四关节等)、第一锥齿轮21、第二锥齿轮20、第一卡扣13、第二卡扣14、拨叉4(如图9、10所示)；其中，第一关节1固定于一个手指的圆柱式手指外壁(如图11、12所示)上，第二关节2固定于相邻手指的圆柱式手指外壁上，第一关节1和第二第一关节1端通过平面轴26套接，另一端通过阶梯轴25套接，并围成弯曲空间；第一锥齿轮21、第二锥齿轮20、第一卡扣13、第二卡扣14、拨叉4均处于弯曲空间内。

第一锥齿轮21套在一个手指的万向轴上，第二锥齿轮20与第一锥齿轮21构成90度啮合；第二锥齿轮20的尾端固定套有第一卡扣13；第一卡扣13和第二卡扣14牙嵌式连接；第二卡扣14固定在拨叉4的下端，拨叉4的上端可滑动式安装在平面轴26上，拨叉4的下端可滑动式安装在阶梯轴25上。

为了限制拨叉4的下降高度，平面轴26上还固定安装有第一锁紧卡扣、第二锁紧卡扣，第一锁紧卡扣处于第二锁紧卡扣的上方，二者之间存在间距，且二者均处于拨叉4上部安装端的下方。同时，为了方便拨叉4复位，阶梯轴25上还固定安装有复位弹簧，复位弹簧处于拨叉4下部安装端的下方。

平面轴26的下端安装有配合使用的棘爪17和棘轮17，棘轮通过棘轮固定圈19固定在平面轴26上，能促使间歇性运动。

第一节手指的万向轴与第二曲柄的下端胶合；第二锥齿轮20与第一卡扣13胶合；锁紧卡扣与平面轴26间隙配合；拨叉4通过花键15与第二关节2胶合；第二卡扣14与拨叉4的下端胶合；万向轴与第一锥齿轮21过渡配合；万向轴和万向节连接头11过渡配合。

整个多功能包装机械手的设计要点及工作原理为：

该多功能包装机械手动力源来自动力柄，通过动力柄的转动来带动第一曲柄的转动，第一曲柄的下端与三角曲柄间隙配合并做圆周运动，与此同时三角曲柄的三边分别与第二曲柄链接，并带动第二曲柄分别绕各自的圆心做同步圆周运动。本多功能包装机械手的动力源来至动力柄的转动，可以采用手摇，也可以连接到小型电机上。通过动力柄的转动带动第一曲柄的转动如图2所示手柄的底端固定在动力台上，动力台中心胶合着第一曲柄，随着第一曲柄绕手柄中心的转动从而带动与第一曲柄配合的三角曲柄的转动，三角曲柄上呈正三角形位置的点各有一个第二曲柄并随着三角曲柄的转动，做同步圆周运动。第二曲柄的下端嵌和在手掌的内壁中并可以转动。

接下来，带动手指运动的第二曲柄的下端与手指的主干万向节轴(即万向轴)前段间隙配合，万向节轴前段大部分包裹在有轴承的套筒里，轴承安装在轴承座里，其中轴承与万向节为间隙配合，位于手指外壳(或称手指外壁)内的第一锥齿轮21与万向节轴(即万向轴)为过度配合，万向节轴前段(即第一节指节的万向节轴)再与万向节连接头11做过度配合，万向节连接头11通过万向节连接块12与万向节中段(即第二节指节的万向节轴，因为此例为三个指节，所以称中段)的连接头相配合。万向节中段的连接头与万向节中段轴间隙配合，手指外壳通过第二节手指间隙配合，中间配有轴承并与第二节手指间隙配合，第二节指节的配合链接情况与第一节情况相同。在万向节后段(即第三指节)与轴承间隙配合轴承端盖与后轴承座过度配合，在手指末端套筒与后盖24间隙配合。上述为单个手指上万向节方向的零件配合情况。

如图4所示，每根手指中有两个内部结构相同的指节，指节中的结构如下：第一关节1的两端，一端连接第二锥齿轮20和第一卡扣13，另一端则连接锁紧卡扣。其中第二锥齿轮20和第一卡扣13连接并与阶梯轴25间隙配合，锁紧卡扣与二面轴16间隙配合。而第一卡扣13和第二卡扣14牙嵌式相配合，第一锁紧卡扣和第二锁紧卡扣相配合并通过弹簧与拨叉4胶合，而第二卡扣14也与拨叉4的另一端胶合，而且第二卡扣14的一端的拨叉4通过花键15与第二关节2胶合相连接。此为指节一的内部结构，指节二的内部结构与指节一的内部结构基本相同，在此就不再一一赘述.

万向节前段轴(即第一指节的万向轴)与第二曲柄的下端胶合，并随着第二曲柄的转动做圆周运动。随着万向节轴的转动，一方面传动通过万向节连接块12传递到下一段万向节，另一方面万向节前段上的第一锥齿轮21也随之转动并带动弯曲组件中的第二锥齿轮20做轴心垂直于万向节轴的圆周运动，二者呈直角啮合。而随着弯曲组件中第二锥齿轮20的转动，与第二锥齿轮20胶合的第一卡扣13也随之转动，第一卡扣13和第二卡扣14组成的机构相当于一个牙嵌式离合器，即随着第一卡扣13的转动固定在拨叉4上的第二卡扣14会由于凸台的相对位移产生距离，从而带动拨叉4的下移。与此同时拨叉4也在转动即相当于指节一的弯曲。拨叉4下移则导致拨叉4上端的第一锁紧卡扣也向下移动从而与第二锁紧卡扣相互锁紧。这样就保证了指节不会一直的弯曲而是像人的指节一样弯曲到一定角度就不再弯曲，此为指节一的转动。另一方面随着万向节轴前段的转动，随之带动了万向节中段轴的转动。而中段轴的工作原理与前段的工作原理相同，第一锥齿轮21也随之转动并带动弯曲组件中的第二锥齿轮20做轴心垂直于万向节轴的圆周运动。二者呈直角啮合。而随着指节中第二锥齿轮20的转动，与第二锥齿轮20胶合的第一卡扣13也随之转动，第一卡扣13和第二卡扣14组成的机构相当于一个牙嵌式离合器，即随着第一卡扣13的转动固定在拨叉4上的第二卡扣14会由于凸台的相对位移产生距离，从而带动拨叉4的下移。与此同时拨叉4也在转动即相当于指节二的弯曲。拨叉4下移则导致拨叉4上端的第一锁紧卡扣也向下移动从而与第二锁紧卡扣相互锁紧。这样就保证了指节不会一直的弯曲而是像人的指节一样弯曲到一定角度就不再弯曲，此为指节二的转动。至此单个手指的弯曲动作基本完成，同理另外两根手指由于是做的同步圆周运动，即实现了同步弯曲的动作，也就是我们所说的抓取动作。而对于释放动作的进行只需要将手柄反向转动就可以实现多功能包装机械手的松开动作了。

本设计的特点便是机构简单，利用各机构在配合上下功夫，使得纯多功能包装机械手能完成一系列的抓取、锁紧、放下的动作。如果纯多功能包装机械手在机构上简单并且能够完成机电控制多功能包装机械手的功能，就代表这种多功能包装机械手更有应用前景，因为这种多功能包装机械手简化了操作控制过程，再与感应器相联系或者网络控制也可以完成更多复杂的动作。

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。

Claims (9)

1.一种多功能包装机械手，其特征在于，包括驱动手掌和一个以上的手指；所述驱动手掌包括：动力柄、传动组件，所述动力柄的驱动轴与所述传动组件的上部间隙配合，所述传动组件下部与所述手指连接；

所述手指由一节以上的指节通过万向节连接头和万向节连接块配合连接，在相邻两个指节连接处还设置弯曲组件，所述弯曲组件随所述传动组件的转动使手指弯曲或舒展；

当所有所述手指同时弯曲时，所述手指均向所述驱动手掌的中心轴聚拢；

所述传动组件包括：第一曲柄、三角曲柄、第二曲柄；所述第一曲柄的一端与所述动力柄的驱动轴间隙配合，所述第一曲柄的另一端与三角曲柄的中心转轴间隙配合；所述三角曲柄的三个角上的转轴与所述第二曲柄的一端过渡配合，所述第二曲柄的另一端与万向轴间隙配合；

驱动手掌借助曲柄之间的转动带动多个手指转动，并借助弯曲组件实现手指的弯曲，当手指弯曲时，均向驱动手掌的中心轴聚拢。

2.如权利要求1所述的多功能包装机械手，其特征在于，所述驱动手掌还包括：支撑组件，所述支撑组件包括：手掌平台、动力台和多个支撑柱；其中，所述动力台设置于手掌平台上方，二者相互平行，且二者之间通过所述支撑柱相连接，所述传动组件设置于二者之间；

所述驱动轴固定于所述动力台的中心通孔，所述动力台与所述第一曲柄胶合；所述手掌平台在对应所述第二曲柄的位置设置万向轴穿孔。

3.如权利要求2所述的多功能包装机械手，其特征在于，所述手掌平台下方固定有支撑架。

4.如权利要求1所述的多功能包装机械手，其特征在于，所述指节包括:万向轴、圆柱式手指外壁、轴承座、万向节连接头；其中，万向轴处于所述圆柱式手指外壁的中心轴位置，并穿过轴承座，所述轴承座的侧壁与圆柱式手指外壁的内壁固定连接；所述万向轴的相邻手指连接端固定有万向节连接块；相邻手指的连接块用过卡接方式连接。

5.如权利要求1-4任一项所述的多功能包装机械手，其特征在于，所述弯曲组件包括：第一关节、第二关节、第一锥齿轮、第二锥齿轮、第一卡扣、第二卡扣、拨叉；其中，所述第一关节固定于一个手指的圆柱式手指外壁上，第二关节固定于相邻手指的圆柱式手指外壁上，所述第一关节和所述第二关节的一端通过平面轴套接，另一端通过阶梯轴套接，并围成弯曲空间；所述第一锥齿轮、第二锥齿轮、第一卡扣、第二卡扣、拨叉均处于弯曲空间内。

6.如权利要求5所述的多功能包装机械手，其特征在于，所述第一锥齿轮套在一个手指的万向轴上，所述第二锥齿轮与所述第一锥齿轮构成90度啮合；所述第二锥齿轮的尾端固定套有第一卡扣；所述第一卡扣和所述第二卡扣牙嵌式连接；所述第二卡扣固定在拨叉的下端，所述拨叉的上端可滑动式安装在所述平面轴上，所述拨叉的下端可滑动式安装在所述阶梯轴上。

7.如权利要求6所述的多功能包装机械手，其特征在于，所述平面轴上还固定安装有第一锁紧卡扣、第二锁紧卡扣，所述第一锁紧卡扣处于第二锁紧卡扣的上方，二者之间存在间距，且二者均处于拨叉上部安装端的下方；所述阶梯轴上还固定安装有复位弹簧，所述复位弹簧处于拨叉下部安装端的下方。

8.如权利要求7所述的多功能包装机械手，其特征在于，所述平面轴的下端安装有配合使用的棘爪和棘轮。

9.如权利要求8所述的多功能包装机械手，其特征在于，第一节手指的万向轴与所述第二曲柄的下端胶合；第二锥齿轮与所述第一卡扣胶合；锁紧卡扣与平面轴间隙配合；拨叉通过花键与第二关节胶合；第二卡扣与拨叉的下端胶合；所述万向轴与所述第一锥齿轮过渡配合；万向轴和万向节连接头过渡配合。