CN106041942A - 一种抓取大小混杂圆管的机械手及其工作方法 - Google Patents

Abstract

一种抓取大小混杂圆管的机械手，包括机械手基座、一组机械手指和设置在机械手基座上的一组主关节，一组机械手指分别与一组主关节连接，一组主关节呈环形阵列状设置在机械手基座上，机械手基座上设有主关节驱动装置、控制装置、感应装置和位置检测装置；机械手指包括第一指节、第二指节和连接两者的机械关节，机械关节由独立的机械关节驱动装置驱动，第一指节与主关节连接，第二指节端部横向设有夹爪，夹爪与第二指节通过弹性件连接；机械关节驱动装置、主关节驱动装置、感应装置和位置检测装置均与控制装置连接。这种设计结构简单，可以双向抓取，适用于各种尺寸的圆管以及带有中空圆孔的物体，并能自动抓取大小混杂的圆管。

Description

一种抓取大小混杂圆管的机械手及其工作方法

技术领域

本发明涉及机械手的技术领域，特别涉及一种抓取大小混杂圆管的机械手。

背景技术

关节机器人，也称关节手臂机器人或关节机械手臂，是当今工业领域中最常见的工业机器人的形态之一，适合用于诸多工业领域的机械自动化作业。对于关节机器人，关节是其重要组成部分，实现了机械手臂的相对运动。

一款机械手臂能实现的功能往往比较单一，若想实现多种功能，则结构和控制系统将变得复杂，目前，大多数抓取圆管的机械手只能单一实现从外部抓取或从内部抓取，从外部抓取无法应对外径超大的圆管，从内部抓取无法应对内径超小的圆管，其适用范围有限，使用不便。

发明内容

发明的目的：本发明公开一种抓取大小混杂圆管的机械手，其结构简单、成本低，可以实现双向抓取，即从圆管内部抓取或外部抓取均能实现，适用于各种尺寸的圆管以及带有中空圆孔的物体；并能自动检测被抓物体形状，制定抓取方式；可以自动抓取大小混杂的圆管。

技术方案：为了实现以上目的，本发明公开了一种抓取大小混杂圆管的机械手，包括机械手基座、一组机械手指和设置在机械手基座上的一组主关节，其中一组机械手指分别与一组主关节连接，一组主关节呈环形阵列状设置在机械手基座上，机械手基座上设有主关节驱动装置、控制装置、感应装置和位置检测装置；所述机械手指包括第一指节、第二指节和连接两者的机械关节，机械关节由独立的机械关节驱动装置驱动，其中第一指节与主关节连接，第二指节端部横向设有夹爪，夹爪与第二指节通过弹性件连接；所述机械关节驱动装置、主关节驱动装置、感应装置和位置检测装置均与控制装置连接。这种设计结构简单、成本低，可以实现双向抓取，即从圆管内部抓取或外部抓取均能实现，适用于各种尺寸的圆管以及带有中空圆孔的物体；当抓取力过大时，弹性件变形，防止夹爪过度前进、夹坏物体；并能通过感应装置自动检测被抓物体形状，制定抓取方式；可以自动抓取大小混杂的圆管。

进一步的，上述一种抓取大小混杂圆管的机械手，所述夹爪呈弯曲的条状。这种设计更贴合圆管壁或圆孔壁，使抓取更可靠。

进一步的，上述一种抓取大小混杂圆管的机械手，所述弹性件一端与第二指节端部固定连接，另一端与夹爪中部固定连接。这种设计弹性件往两个方向均可变形，以满足双向抓取的要求。

进一步的，上述一种抓取大小混杂圆管的机械手，夹爪的横截面呈方形。这种设计由方形的一面贴紧圆管，以增大接触面积，提高摩擦力，保证抓取的可靠性。

进一步的，上述一种抓取大小混杂圆管的机械手，所述夹爪上设有橡胶套，且橡胶套表面设有防滑纹。这种设计既保护了夹爪，也保护了被抓物体，防止夹爪和物体间的碰伤；防滑纹的设计提高了夹爪和物体间的摩擦力，降低物体滑落的可能，使抓取物体更可靠。

进一步的，上述一种抓取大小混杂圆管的机械手，所述夹爪内外壁均设有摩擦片。这种设计提高了抓取时的摩擦力，内外壁均设有摩擦片是为了应对抓取圆管以及抓取圆孔壁两种情况。

进一步的，上述一种抓取大小混杂圆管的机械手，所述一组机械手指的数量为2~5个。机械手指数量多，分布的夹爪多，越能贴合圆管，

进一步的，上述一种抓取大小混杂圆管的机械手，所述夹爪内外壁均设有安装摩擦片用的凹槽。这种设计起到固定、保护摩擦片的作用，防止使用过程中摩擦片的变形和脱落。

进一步的，上述一种抓取大小混杂圆管的机械手，所述弹性件为片弹簧或橡胶弹性体。

一种抓取大小混杂圆管的机械手的工作方法，具体工作方法如下：1）位置检测装置与控制装置相配合，使机械手整体到达第一设定位置；2）机械手在第一设定位置的水平面上运行并通过感应装置测定圆管的形状；3）控制装置进行数据分析并确定抓取方式，然后发出指令；4）机械手根据指令从圆管外部抓取或从圆管内部抓取，步骤分别如下，从圆管外部：a）机械手的一组机械手指打开至设定程度，同时机械手整体到达第二设定位置；b）控制装置发出指令使主关节和机械关节开始动作，则机械手通过一组机械手指开始抓取圆管并逐渐收紧，此时夹爪自动调节并贴紧圆管；c）控制装置发出指令使主关节停止动作，此时机械关节继续运转，抓紧圆管；d）弹性件变形后，控制装置发出指令使机械关节停止运转；从圆管内部：a）机械手的一组机械手指合拢至设定程度，同时机械手整体到达第二设定位置，一组机械手指伸入中空圆孔；b）控制装置发出指令使主关节和机械关节开始动作，则机械手通过一组机械手指开始抓取中空圆孔的孔壁并逐渐收紧，此时夹爪自动调节并贴紧孔壁；c）控制装置发出指令使主关节停止动作，此时机械关节继续运转，抓紧圆管；d）弹性件变形后，控制装置发出指令使机械关节停止运转；5）机械手将物体移至第三设定位置；6）控制装置发出指令，主关节和机械关节开始动作，一组机械手指松开圆管，机械手退避；7）机械手移动至第一设定位置开始一下轮形状测定和抓取、搬送。

上述技术方案可以看出，本发明具有如下有益效果：本发明所述的一种抓取大小混杂圆管的机械手，其结构简单、成本低，可以实现双向抓取，即从圆管内部抓取或外部抓取均能实现，适用于各种尺寸的圆管以及带有中空圆孔的物体；提高抓取接触面的摩擦力，保证抓取的可靠性；当抓取力过大时，弹性件变形，防止夹爪过度前进、夹坏物体；；并能通过感应装置自动检测被抓物体形状，制定抓取方式；可以自动抓取大小混杂的圆管。

附图说明

图1为本发明所述的一种抓取大小混杂圆管的机械手的结构示意图；

图2为本发明所述的一种抓取大小混杂圆管的机械手的夹爪和摩擦片的结构示意图；

图3为本发明所述的一种抓取大小混杂圆管的机械手的夹爪和橡胶套的结构示意图；

图4为本发明所述的一种抓取大小混杂圆管的机械手抓取圆管时的示意图；

图中：1-机械手基座，2-机械手指，21-第一指节，22-第二指节，3-主关节，4-机械关节，5-夹爪，6-弹性件，7-橡胶套，8-摩擦片。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明具体实施方式进行详细的描述。

实施例

本发明的一种抓取大小混杂圆管的机械手，如图1至图4所示，包括机械手基座1、一组机械手指2和设置在机械手基座1上的一组主关节3，其中一组机械手指2分别与一组主关节3连接，一组主关节3均匀设置在机械手基座1上并呈环形阵列状设置，机械手基座1上设有主关节驱动装置、控制装置、感应装置和位置检测装置；所述机械手指2包括第一指节21、第二指节22和连接两者的机械关节4，机械关节4由独立的机械关节驱动装置驱动，其中第一指节21与主关节3连接，第二指节22端部横向设有夹爪5，夹爪5与第二指节22通过弹性件6连接，弹性件6一端与第二指节22端部固定连接，另一端与夹爪5中部固定连接；夹爪5呈弯曲的条状且横截面呈方形；夹爪5上设有橡胶套7，且橡胶套7表面设有防滑纹，或者夹爪5内外壁均设有摩擦片8，用来代替橡胶套7；夹爪5内外壁均设有安装摩擦片8用的凹槽；一组机械手指2的数量为2~5个。

机械关节驱动装置、主关节驱动装置、感应装置和位置检测装置均与控制装置连接。

其工作原理如下：先由主关节3和机械关节4一起转动进行初步抓取，再由机械关节4单独转动进行精确抓取（即最后的夹紧、固定）；由于结构和控制误差，会造成抓取不紧或抓取过度，为消除抓取不紧的现象，在设定时直接让其过度抓取到某一程度，然后依靠弹性件6来缓和过度的抓取力：弹性件6变形，防止夹爪过度前进而夹坏物体；另外，夹爪5对物体的刚性接触转化为弹性件6对物体的柔性接触，即抓取力变为弹性件6变形后的弹力。

其工作方法如下：

1）位置检测装置与控制装置相配合，使机械手整体到达第一设定位置；

2）机械手在第一设定位置的水平面上运行并通过感应装置测定圆管的形状；

3）控制装置进行数据分析并确定抓取方式，然后发出指令；

4）机械手根据指令从圆管外部抓取或从圆管内部抓取，步骤分别如下，

从圆管外部：a）机械手的一组机械手指2打开至设定程度，同时机械手整体到达第二设定位置；b）控制装置发出指令使主关节3和机械关节4开始动作，则机械手通过一组机械手指2开始抓取圆管并逐渐收紧，此时夹爪5自动调节并贴紧圆管；c）控制装置发出指令使主关节3停止动作，此时机械关节4继续运转，抓紧圆管；d）弹性件6变形后，控制装置发出指令使机械关节4停止运转；

从圆管内部：a）机械手的一组机械手指2合拢至设定程度，同时机械手整体到达第二设定位置，一组机械手指2伸入中空圆孔；b）控制装置发出指令使主关节3和机械关节4开始动作，则机械手通过一组机械手指2开始抓取中空圆孔的孔壁并逐渐收紧，此时夹爪5自动调节并贴紧孔壁；c）控制装置发出指令使主关节3停止动作，此时机械关节4继续运转，抓紧圆管；d）弹性件6变形后，控制装置发出指令使机械关节4停止运转；

5）机械手将物体移至第三设定位置；

6）控制装置发出指令，主关节3和机械关节4开始动作，一组机械手指2松开圆管，机械手退避；

7）机械手移动至第一设定位置开始一下轮形状测定和抓取、搬送。

所述第一设定位置，为机械手指2端部在被抓物体上方，其距离为安全距离，根据机械手和被抓物体的尺寸，由位置检测装置与控制装置控制；第二设定位置，为机械手指2开始抓取被抓物体时机械手整体所在位置；第三设定位置，为运送被抓物体的目的地。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种抓取大小混杂圆管的机械手，其特征在于：包括机械手基座（1）、一组机械手指（2）和设置在机械手基座（1）上的一组主关节（3），其中一组机械手指（2）分别与一组主关节（3）连接，一组主关节（3）呈环形阵列状设置在机械手基座（1）上，机械手基座（1）上设有主关节驱动装置、控制装置、感应装置和位置检测装置；

所述机械手指（2）包括第一指节（21）、第二指节（22）和连接两者的机械关节（4），机械关节（4）由独立的机械关节驱动装置驱动，第一指节（21）与主关节（3）连接，第二指节（22）端部横向设有夹爪（5），夹爪（5）与第二指节（22）通过弹性件（6）连接；

所述机械关节驱动装置、主关节驱动装置、感应装置和位置检测装置均与控制装置连接。

2.根据权利要求1所述的一种抓取大小混杂圆管的机械手，其特征在于：所述夹爪（5）呈弯曲的条状。

3.根据权利要求1所述的一种抓取大小混杂圆管的机械手，其特征在于：所述弹性件（6）一端与第二指节（22）端部固定连接，另一端与夹爪（5）中部固定连接。

4.根据权利要求1所述的一种抓取大小混杂圆管的机械手，其特征在于：所述夹爪（5）的横截面呈方形。

5.根据权利要求1所述的一种抓取大小混杂圆管的机械手，其特征在于：所述夹爪（5）上设有橡胶套（7），且橡胶套（7）表面设有防滑纹。

6.根据权利要求1所述的一种抓取大小混杂圆管的机械手，其特征在于：所述夹爪（5）内外壁均设有摩擦片（8）。

7.根据权利要求1所述的一种抓取大小混杂圆管的机械手，其特征在于：所述一组机械手指（2）的数量为2~5个。

8.根据权利要求6所述的一种抓取大小混杂圆管的机械手，其特征在于：所述夹爪（5）内外壁均设有安装摩擦片（8）用的凹槽。

9.根据权利要求1所述的一种抓取大小混杂圆管的机械手，其特征在于：所述弹性件（6）为片弹簧或橡胶弹性体。

10.一种抓取大小混杂圆管的机械手的工作方法，其特征在于：具体工作方法如下：

1）位置检测装置与控制装置相配合，使机械手整体到达第一设定位置；

2）机械手在第一设定位置的水平面上运行并通过感应装置测定圆管的形状；

3）控制装置进行数据分析并确定抓取方式，然后发出指令；

4）机械手根据指令从圆管外部抓取或从圆管内部抓取，步骤分别如下:

从圆管外部抓取：a）机械手的一组机械手指（2）打开至设定程度，同时机械手整体到达第二设定位置；b）控制装置发出指令使主关节（3）和机械关节（4）开始动作，则机械手通过一组机械手指（2）开始抓取圆管并逐渐收紧，此时夹爪（5）自动调节并贴紧圆管；c）控制装置发出指令使主关节（3）停止动作，此时机械关节（4）继续运转，抓紧圆管；d）弹性件（6）变形后，控制装置发出指令使机械关节（4）停止运转；

从圆管内部抓取：a）机械手的一组机械手指（2）合拢至设定程度，同时机械手整体到达第二设定位置，一组机械手指（2）伸入中空圆孔；b）控制装置发出指令使主关节（3）和机械关节（4）开始动作，则机械手通过一组机械手指（2）开始抓取中空圆孔的孔壁并逐渐收紧，此时夹爪（5）自动调节并贴紧孔壁；c）控制装置发出指令使主关节（3）停止动作，此时机械关节（4）继续运转，抓紧圆管；d）弹性件（6）变形后，控制装置发出指令使机械关节（4）停止运转；

5）机械手将物体移至第三设定位置；

6）控制装置发出指令，主关节（3）和机械关节（4）开始动作，一组机械手指（2）松开圆管，机械手退避；

7）机械手移动至第一设定位置开始一下轮形状测定和抓取、搬送。