CN106113079B - 一种柔性抓取机械手的机械关节 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种柔性抓取机械手的机械关节，包括同轴设置的第一转轴和第二转轴，套设于第一转轴上的传动齿轮，设置在第一转轴和第二转轴上的第一支架、第二支架，以及打滑机构，打滑机构包括可相对回转的第一连接机构和第二连接机构，其中第一连接机构套设在第一转轴上，第二连接机构套设在第二转轴上；第一支架上设有驱动装置，驱动装置与传动齿轮相连接。其结构简单、成本低，无需复杂的控制系统和计算方法，机械关节采用纯机械结构，将其与机械手指相配合，适用于抓取不同形状的物体，包括不规则物体，并可以保持稳定的抓取力。

Description

一种柔性抓取机械手的机械关节

技术领域

本发明涉及机械关节的技术领域，特别涉及一种柔性抓取机械手的机械关节。

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。

在利用机械手臂抓取物体时，末端会设置数个相互协调运动的机械手指，机械手指分别分为数节且通过关节连接。目前，对于抓取不同大小、不同形状的物体，机械手指的自适应程度还不高。

中国专利申请公开说明书CN104303709A公开一种具有仿生几何结构特征的蜓爪式末端执行器，该机械手由框架式机械平台、智能控制系统、反馈系统、传动系统、电力辅助系统组成；在机械手接触果蔬时，通过传感器的力值反馈调节伺服电机的转动幅度，从而来调节爪指内部的高强度柔性聚酰胺绳的收紧或舒张，进而实现对不同大小，不同形状的果蔬进行稳定抓取的目的，提高了末端执行器即机械手指的自适应能力，但是这种设计的结构以及控制方法都较为复杂，其中间环节越多，出现故障和失效的可能性就越大，并且，累计的误差（包括测量误差、计算误差等）也就越大。

发明内容

发明的目的：本发明公开一种柔性抓取机械手的机械关节，其结构简单、成本低，无需复杂的控制系统和计算方法，机械关节采用纯机械结构，将其与机械手指相配合，适用于抓取不同形状的物体，包括不规则物体，并可以保持稳定的抓取力。

技术方案：为了实现以上目的，本发明公开了一种柔性抓取机械手的机械关节，包括同轴设置的第一转轴和第二转轴，套设于第一转轴上的传动齿轮，设置在第一转轴和第二转轴上的第一支架、第二支架，以及打滑机构，打滑机构包括可相对回转的第一连接机构和第二连接机构，其中第一连接机构套设在第一转轴上，第二连接机构套设在第二转轴上；第一支架上设有驱动装置，驱动装置与传动齿轮相连接。这种设计的机械关节用于连接外部机械手指，在抓取物体时，驱动装置驱动机械关节转动，由此带动机械手指抓紧物体；当机械手指收紧物体达到一定程度时，即物体对机械手指的反作用力达到设定值时，打滑机构开始打滑以起到保护作用，同时机械手指停止前进；这样，不仅可以保护齿轮、马达等部件不受损坏，更使抓取力保持稳定，防止抓坏物体；另外，当物体有所松动，物体对机械手指的反作用力减小、低于设定值时，打滑机构停止打滑，机械手指进一步转动抓紧物体，以此可以保持稳定的抓取力，并适用于不同形状的物体，包括不规则物体，使抓取过程安全、可靠。

进一步的，上述一种柔性抓取机械手的机械关节，所述第二连接机构呈圆盘状，其圆形表面的边缘垂直设有一组连续的锯齿；第一连接机构表面垂直设有卡钩，第一连接机构内部设有弹性件。这种设计结构简单，实现了打滑保护的功能，若外部作用力对第二连接机构产生的扭矩足够其克服弹性件对第一连接机构的推力，则第二连接机构相对第一连接机构转动，同时推动第一连接结构退避，锯齿依次滑过卡钩，实现打滑；弹性件具有保持作用和复位作用。

进一步的，上述一种柔性抓取机械手的机械关节，所述第一支架包括第一底板和分别设置在第一底板两端的两个第一侧板，第二支架包括第二底板和分别设置在第二底板两端的两个第二侧板；第一转轴一端分别与第一侧板、第二侧板相连接，第二转轴一端分别与另一侧的第一侧板、第二侧板相连接。这种设计结构紧凑并且牢固、稳定。

进一步的，上述一种柔性抓取机械手的机械关节，所述驱动装置包括马达，以及与马达连接的减速齿轮组，其中减速齿轮组与传动齿轮相连接，马达固定安装在第一支架上。这种设计马达直接安装在第一支架上，可以减少部品数量，节约生产成本。

进一步的，上述一种柔性抓取机械手的机械关节，其特征在于：所述第一支架、第二支架均与外部机械手指相连接。

进一步的，上述一种柔性抓取机械手的机械关节，所述弹性件为压缩弹簧，其套设在第一转轴上，一端与第一连接机构连接，另一端与第一转轴相连接。这种压缩弹簧的设计具有复位功能，将第一连接机构推向第二连接机构，即将卡钩推入相邻锯齿之间，使之连结；使打滑机构在不打滑的情况下保持连轴的稳定性和可靠性。

进一步的，上述一种柔性抓取机械手的机械关节，所述一组锯齿呈连续的波浪形，相对应的，卡钩端部呈圆弧形。这种设计使第一连接机构和第二连接机构的转动具有双向性，除了在抓取物体时具有打滑保护功能，在松开机械手指放开物体时，也具有打滑保护功能，或者在反向抓取物体（机械手指伸入物体的孔或腔体中抓取物体）时也具有打滑保护功能；波浪形的设计使转动较为顺畅，并且可以减缓磨损。

进一步的，上述一种柔性抓取机械手的机械关节，所述一组锯齿呈连续的三角形，相对应的，卡钩端部呈三角形。这种设计同样使第一连接机构和第二连接机构的转动具有双向性，在放开物体时或者在反向抓取物体时，也具有打滑保护功能；三角形的设计使卡钩和锯齿的卡合较为稳定，提高了连轴的可靠性。

上述技术方案可以看出，本发明具有如下有益效果：本发明所述的一种柔性抓取机械手的机械关节，其结构简单、成本低，无需复杂的控制系统和计算方法，机械关节采用纯机械结构，将其与机械手指相配合，适用于抓取不同形状的物体，包括不规则物体，并可以保持稳定的抓取力；可以保护齿轮、马达等部件不受损坏，更防止抓坏物体；既实现正向抓取的打滑保护，又实现反向抓取的打滑保护；正常工作时的连轴可靠性高。

附图说明

图1为本发明所述的一种柔性抓取机械手的机械关节的结构示意图；

图2为本发明所述的一种柔性抓取机械手的打滑机构的剖面结构示意图；

图中：1-第一转轴，2-第二转轴，3-传动齿轮，4-第一支架，41-第一底板，42-第一侧板，5-第二支架，51-第二底板，52-第二侧板，6-打滑机构，61-第一连接机构，611-卡钩，612-弹性件，62-第二连接机构，621-锯齿，7-驱动装置，71-马达，72-减速齿轮组。

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

本发明的一种柔性抓取机械手的机械关节，如图1和图2所示，包括同轴设置的第一转轴1和第二转轴2，套设于第一转轴1上的传动齿轮3，设置在第一转轴1和第二转轴2上的第一支架4、第二支架5，以及打滑机构6，打滑机构6包括可相对回转的第一连接机构61和第二连接机构62，其中第一连接机构61套设在第一转轴1上，第二连接机构62套设在第二转轴2上；第二连接机构62呈圆盘状，其圆形表面的边缘垂直设有一组连续的锯齿621；第一连接机构61表面垂直设有卡钩611，其与锯齿621形状相适应，第一连接机构61内部设有弹性件612，所述弹性件612为压缩弹簧，其套设在第一转轴1上，一端与第一连接机构61连接，另一端与第一转轴1相连接。一组锯齿621呈连续的波浪形或连续的三角形，相对应的，卡钩611端部呈圆弧形或三角形；所述卡钩611为一组卡钩611，其可以呈环形阵列状分布、也可以连续分布在第一连接机构61表面边缘。

第一支架4、第二支架5均与外部机械手指相连接，第一支架4包括第一底板41和分别设置在第一底板41两端的两个第一侧板42，第二支架5包括第二底板51和分别设置在第二底板51两端的两个第二侧板52；第一转轴1一端分别与第一侧板42、第二侧板52相连接，第二转轴2一端分别与另一侧的第一侧板42、第二侧板52相连接；第一支架4上设有驱动装置7，驱动装置7包括马达71，以及与马达71连接的减速齿轮组72，其中减速齿轮组72与传动齿轮3相连接，马达71固定安装在第一支架4上。

传动齿轮3与第一转轴1固定连接，第一连接机构61与第一转轴1滑动连接，两者之间不能相对转动，但是可以在一定范围内直线滑动，可以在第一连接机构61上开设D形孔，并在第一转轴1上设置一段D形轴形状来实现上述要求；第二连接机构62与第二转轴2固定连接，第一连接机构61和第二连接机构62之间通过卡钩611、锯齿621的配合相卡接；第一侧板42与第一转轴1转动连接且设有轴承，与第二转轴2转动连接且设有轴承；第二侧板52与第一转轴1转动连接且设有轴承，与第二转轴2固定连接。

机械关节用于连接外部机械手指，工作原理如下：在抓取物体时，驱动装置驱动传动齿轮3、第一转轴1和第一连接机构61转动，在正常抓取时，卡钩611和锯齿621处于卡接状态，弹性件612（压缩弹簧）对第一连接机构61施加轴向力将其推向第二连接机构62并推紧，第一连接机构61和第二连接机构62稳定结合，起到连轴作用，由此带动第二转轴2和第二支架5转动，即带动机械手指抓取物体并逐渐收紧物体，此时机械手指对物体会产生抓紧力，相应的，物体对机械手指会产生反作用力，在收紧过程中抓紧力与反作用力逐渐增大，当反作用力对第二连接机构62产生的扭矩足够其克服弹性件612（压缩弹簧）对第一连接机构61的推力，则第二连接机构62相对第一连接机构61转动，同时推动第一连接结构61退避，锯齿621依次滑过卡钩611，实现打滑，此时机械手指停止前进；如果机械手进行短途搬运，为了结构和控制的简单，马达71可以持续运转，打滑机构6持续打滑；当物体有所松动，物体对机械手指的反作用力减小、低于设定值时，打滑机构6停止打滑，第一连接机构61带动第二连接机构62、第二转轴2和第二支架5继续转动，机械手指进一步收紧物体，以此避免物体在抓取过程中因位置变动导致的松动和脱落，尤其适合不规则物体的抓取，并且抓取力可以保持稳定，抓取力可以通过弹性件612（压缩弹簧）、锯齿621和卡钩611的形状等来计算与设计。当机械手伸入空心物体的腔体抓取物体时，只需先合拢机械手指，伸入腔体内之后再反向展开机械手指（马达71反转），其基本原理同上。

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 (7)

1.一种柔性抓取机械手的机械关节，其特征在于：包括同轴设置的第一转轴（1）和第二转轴（2），套设于第一转轴（1）上的传动齿轮（3），设置在第一转轴（1）和第二转轴（2）上的第一支架（4）、第二支架（5），以及打滑机构（6），打滑机构（6）包括可相对回转的第一连接机构（61）和第二连接机构（62），其中第一连接机构（61）套设在第一转轴（1）上，第二连接机构（62）套设在第二转轴（2）上；第一支架（4）上设有驱动装置（7），驱动装置（7）与传动齿轮（3）相连接；所述第二连接机构（62）呈圆盘状，其圆形表面的边缘垂直设有一组连续的锯齿（621）；第一连接机构（61）表面垂直设有卡钩（611），第一连接机构（61）内部设有弹性件（612）；所述柔性抓取机械手的机械关节与外部机械手指连接，工作方法包括以下步骤：

S1、在抓取物体时，驱动装置驱动传动齿轮（3）、第一转轴（1）和第一连接机构（61）转动；

S2、在正常抓取时，卡钩（611）和锯齿（621）处于卡接状态，弹性件（612）对第一连接机构（61）施加轴向力将其推向第二连接机构（62）并推紧，第一连接机构（61）和第二连接机构（62）稳定结合，由此带动第二转轴（2）和第二支架（5）转动，带动机械手指抓取物体并逐渐收紧物体；

S3、机械手指对物体会产生抓紧力，相应的，物体对机械手指会产生反作用力，在收紧过程中抓紧力与反作用力逐渐增大，当反作用力对第二连接机构（62）产生的扭矩足够其克服弹性件（612）对第一连接机构（61）的推力，则第二连接机构（62）相对第一连接机构（61）转动，同时推动第一连接结构（61）退避，锯齿（621）依次滑过卡钩（611），实现打滑，此时机械手指停止前进；

S4、机械手进行短途搬运，驱动装置（7）持续运转，打滑机构（6）持续打滑；

S5、当物体有所松动，物体对机械手指的反作用力减小、低于设定值时，打滑机构（6）停止打滑，第一连接机构（61）带动第二连接机构（62）、第二转轴（2）和第二支架（5）继续转动，机械手指进一步收紧物体，以此避免物体的松动和脱落。

2.根据权利要求1所述的一种柔性抓取机械手的机械关节，其特征在于：所述第一支架（4）包括第一底板（41）和分别设置在第一底板（41）两端的两个第一侧板（42），第二支架（5）包括第二底板（51）和分别设置在第二底板（51）两端的两个第二侧板（52）；第一转轴（1）一端分别与第一侧板（42）、第二侧板（52）相连接，第二转轴（2）一端分别与另一侧的第一侧板（42）、第二侧板（52）相连接。

3.根据权利要求1所述的一种柔性抓取机械手的机械关节，其特征在于：所述驱动装置（7）包括马达（71），以及与马达（71）连接的减速齿轮组（72），其中减速齿轮组（72）与传动齿轮（3）相连接，马达（71）固定安装在第一支架（4）上。

4.根据权利要求1所述的一种柔性抓取机械手的机械关节，其特征在于：所述第一支架（4）、第二支架（5）均与外部机械手指相连接。

5.根据权利要求1所述的一种柔性抓取机械手的机械关节，其特征在于：所述弹性件（612）为压缩弹簧，其套设在第一转轴（1）上，一端与第一连接机构（61）连接，另一端与第一转轴（1）相连接。

6.根据权利要求1所述的一种柔性抓取机械手的机械关节，其特征在于：所述一组锯齿（621）呈连续的波浪形，相对应的，卡钩（611）端部呈圆弧形。

7.根据权利要求1所述的一种柔性抓取机械手的机械关节，其特征在于：所述一组锯齿（621）呈连续的三角形，相对应的，卡钩（611）端部呈三角形。