CN106393146B - 一种抓吊适应性机器手 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种抓吊适应性机器手，属于机器人手技术领域，包括蜗杆、蜗轮、滚筒、端口盖、定滑轮、钢绳、弹簧Ⅰ、基座、基座盘Ⅰ、固定支架、基座盘Ⅱ、夹持杆、吊钩、弹簧Ⅱ、弹簧Ⅲ、牵引绳；本发明装置用于机器人抓取物体，实现了不受限于物体形状的自适应抓取功能，利用多个夹持杆获得对物体大小和形状的自适应效果，驱动蜗轮和蜗杆通过吊钩拉紧牵引绳，实现多个夹持杆向中心聚拢的挤压力，达到对物体的多向抓持效果，也可以直接使用吊钩对物体进行提升，结构简单、能耗低、抓持或起吊快速、可靠性好、使用寿命长，借助蜗轮蜗杆的单向驱动，抓持稳定安全性高。

Description

一种抓吊适应性机器手

技术领域

本发明属于机器人手技术领域，涉及一种抓吊适应性机器手。

背景技术

机器人手在机器人领域中有广泛的用途，用于将机器人与物体临时连接和固定起来，并能够在适当的时候进行释放，实现了抓取物体和放开物体，一些机器人手为了降低成本被制作成两个相对运动的部分，以便于最简单的实现抓取和释放功能。机器人手的自适应性是指在抓取前并未知晓要抓取的物体是何种形状与大小，在抓取中也未对抓取的物体进行传感检测，但是却可以自适应地抓取，这种对于物体形状、大小的自动适应性能使得机器人手在实现更为广泛抓取不同物体的同时并不增加传感与控制需求。

机器人手有许多模仿人手的结构，设计为具有更多的手指和手指上具有若干关节，但是那样会采用机械系统、传感系统、控制系统和控制算法，增加了复杂度和高昂的成本。

现有夹持器抓持稳定性性差，对目标物体的抓持力由加持臂合拢而产生，仅能采用抓持力的力封闭抓取物体，缺少较好的包络式形封闭抓取效果，因为力封闭抓取物体未必一定会产生形封闭抓取，但是形封闭抓取一定包括了力封闭抓取，因此抓取稳定性以达到形封闭为最好。传统的夹持器无法做到多向抓持，对目标物体施加抓取力时，该抓取力只能产生的仅仅是一维夹持模式，夹持效果差，对于特定方向放置的长条状物体抓持失效，当目标物体与该方向垂直且目标物体在该方向上大于该夹持臂的长度，则无法实现夹持，如抓取一个球状的物体则无法实现，夹持臂及绞接部分均暴露在工作环境中，在充满粉尘、飞絮的工厂车间环境中，绞接部分之间易夹入小的异物，会因为积满尘絮纤维而无法转动，各种影响和减小使用寿命的因素很多，在多粉尘的食品、纺织、矿业开采等工厂车间中，尘土吸附集聚在长杆及滑槽中，大大影响夹持器在绞接部分的基础上进行滑动的效果，甚至产生故障，长期使用的可靠性差。

发明内容

本发明的目的是为了克服已有技术的不足，提供一种抓吊适应性机器手，用于抓取或起吊物体，对物体大小和形状具有自适应性，实现对物体的多向抓持效果和起吊物体，能够在多个方向对物体提供抓持力或者单一方向进行起吊，对不同方向放置的各种形状(包括圆状)物体均可有效抓持。

本发明采用如下技术方案，一种抓吊适应性机器手，包括蜗杆1、蜗轮2、滚筒3、端口盖4、定滑轮5、钢绳6、弹簧Ⅰ7、基座8、基座盘Ⅰ9、固定支架10、基座盘Ⅱ11、夹持杆12、吊钩16、弹簧Ⅱ18、弹簧Ⅲ19、牵引绳20，蜗轮2和蜗杆1啮合，滚筒3与蜗轮2连接，滚筒3上饶有钢绳6，钢绳6一端设有吊钩16，蜗杆1、蜗轮2、滚筒3设置在基座8内，基座8底部设有基座盘Ⅰ9，基座盘Ⅰ9中心通孔，中心通孔上设有端口盖4，端口盖4中间开孔，基座盘Ⅰ9上以端口盖4为中心在同一圆周上开有三个以上的条形通孔Ⅰ14，三个以上的定滑轮5设置在基座盘Ⅰ9上并位于端口盖4和条形通孔Ⅰ14之间，条形通孔Ⅰ14内设有弹簧Ⅰ7，基座盘Ⅰ9与基座盘Ⅱ11通过固定支架10连接，基座盘Ⅱ11中心通孔且在与基座盘Ⅰ9条形通孔Ⅰ14对应的位置开有条形通孔，条形通孔内设有弹簧Ⅲ19，夹持杆12穿过基座盘Ⅰ9上的条形通孔Ⅰ14和基座盘Ⅱ11上面的条形通孔，牵引绳20一端设置在夹持杆12上，牵引绳20的另一端绕过定滑轮5后连接在端口盖4上，夹持杆12顶部设有弹簧Ⅱ18，弹簧Ⅱ18设置在基座8内。

所述端口盖4为车轮状，包括车毂、轮圈和辐条。

所述基座8底部与基座盘Ⅰ9上条形通孔Ⅰ14对应位置开有弹簧槽21，弹簧Ⅱ18设置在弹簧槽21内。

所述夹持杆12为刚性杆，由强度刚度高度不可受力变形的材料（如YG3、YT5、W18Cr4V等）制成。

所述夹持杆12底部设有橡胶外套13。

所述钢绳6和牵引绳20为麻芯钢丝绳或钢芯钢丝绳。

所述蜗杆1采用电机驱动，电机设置在基座8内部。

所述夹持杆12为弯曲杆，由两根直杆通过连接弯管连接形成。

工作时，电机驱动蜗杆1和蜗轮2，带动滚筒3转动，滚筒3饶起钢绳6，钢绳6将吊钩16拉起，吊钩16上升到端口盖4的位置后，勾住端口盖4一起向上运动，端口盖4拉动牵引绳20，牵引绳20绕过定滑轮5拉动夹持杆12，夹持杆12压迫弹簧Ⅰ7和弹簧Ⅲ19向中间移动，如果待抓物体形状不固定，出现凹凸不平，因为夹持杆12顶部设有弹簧Ⅱ18，夹持杆12受力往上移动，以达到合适的抓取位置，将待取物体抓住；若待取物体上有可供吊钩16吊起的吊环或是孔洞时，直接放下吊钩16将物体吊起。

与现有技术相比，具有以下突出特点：

1、利用蜗轮和蜗杆进行驱动，突然断电时，抓取物不会掉落，更加安全。

2、滚筒带动钢绳，拉动钢绳上的吊钩，吊钩既可以起吊物体又可以拉紧端口盘上的牵引绳，起到一物两用的功能。

3、根据需要设置多个夹持杆，实现对物体大小和形状的自适应功能，对不同方向放置的各种形状(包括圆柱状)物体均可有效抓持。

4、利用钢绳的牵引力，通过使用定滑轮来改变力的方向，使多个夹持杆向装置的中心靠拢，达到对物体的多向抓持作用。

5、蜗杆、蜗轮、滚筒封闭在了装置内部，因此该装置适合在比较恶劣(如存在较多粉尘、飞絮)的工作环境中使用，长期使用的可靠性好，使用寿命长。

6、由于实现了多向抓取，能够在多个方向对目标物体提供抓持力，夹持杆底部设有橡胶外套，能够依靠夹持杆挤压的橡胶外套与目标物体接触点之间产生局部高摩擦区域，进一步依靠摩擦力辅助抓取，因此抓持稳定性高。

7、该装置结构简单，仅需从蜗轮蜗杆装置获得驱动力，就可以轻松让夹持杆向装置的中心靠拢，达到对物体的多向抓持目的，能耗低、抓持快速、耗时短。

附图说明

图1是本发明结构示意图；

图2是本发明结构示意图；

图3是本发明部分放大图；

图4是本发明基座仰视图；

图5是本发明部分部件结构示意图；

图6是本发明传动机构结构示意图；

图7是本发明基座盘Ⅰ与定滑轮的结构示意图（a为俯视图，b为侧视图，c为仰视图，d为立体图）；

图8是本发明基座盘Ⅰ和端口盖配合的结构示意图；

图9是本发明抓取圆筒状物体的示意图；

图10是本发明抓取带吊环物体的结构示意图；

图中，1-蜗杆，2-蜗轮，3-滚筒，4-端口盖，5-定滑轮，6-钢绳，7-弹簧Ⅰ，8-基座，9-基座盘Ⅰ，10-固定支架，11-基座盘Ⅱ，12-夹持杆，13-橡胶外套，14-条形通孔Ⅰ，15-目标物Ⅰ，16-吊钩，17-目标物Ⅱ，18-弹簧Ⅱ，19-弹簧Ⅲ，20-牵引绳，21-弹簧槽。

具体实施方式

下面结合附图及实施例进一步详细说明本发明的具体结构、工作原理及工作过程。

实施例1

本实施例所述一种抓吊适应性机器手，如图1至8所示，包括蜗杆1、蜗轮2、滚筒3、端口盖4、定滑轮5、钢绳6、弹簧Ⅰ7、基座8、基座盘Ⅰ9、固定支架10、基座盘Ⅱ11、夹持杆12、吊钩16、弹簧Ⅱ18、弹簧Ⅲ19、牵引绳20，蜗轮2和蜗杆1啮合，滚筒3连接在蜗轮2上，滚筒3上饶有钢绳6，钢绳6一端设有吊钩16，蜗杆1、蜗轮2、滚筒3设置在基座8内，基座8底部设有基座盘Ⅰ9，基座盘Ⅰ9中心通孔，中心通孔上设有端口盖4，端口盖4为车轮状，包括车毂、轮圈和辐条，基座盘Ⅰ9上以端口盖4为中心在同一圆周上开有8个条形通孔Ⅰ14，基座盘Ⅰ9底部设有8个定滑轮5，定滑轮5位于条形通孔Ⅰ14与端口盖4之间，每个条形通孔Ⅰ14内均设有弹簧Ⅰ7，基座盘Ⅱ11和基座盘Ⅰ9固定在4个固定支架10上，基座盘Ⅱ11中心通孔，基座盘Ⅱ11在与基座盘Ⅰ9条形通孔Ⅰ14对应的位置开有8个条形通孔，8个条形通孔内均设有弹簧Ⅲ19，弹簧Ⅰ7和弹簧Ⅲ19自然状态时比所在条形通孔长度短，夹持杆12穿过基座盘Ⅰ9上的条形通孔Ⅰ14和基座盘Ⅱ11上面的条形通孔，夹持杆12的数量为8根，牵引绳20一端固定在基座盘Ⅰ9和基座盘Ⅱ11之间的夹持杆12上，牵引绳20另一端绕过定滑轮5后连接在车轮状的端口盖4的轮圈上，夹持杆12顶部设有弹簧Ⅱ18，基座8底部开有弹簧槽21，弹簧Ⅱ18设置在弹簧槽21内，夹持杆12底部设有橡胶外套13，夹持杆12为弯曲的刚性杆，由两根平行的直杆通过连接弯管连接形成，直杆和连接管均为高度不可受力变形的材料YG3制成，蜗杆1采用电机驱动，电机设置在基座8内部，钢绳6和牵引绳20为钢芯钢丝绳，弹簧Ⅰ7、弹簧Ⅱ18、弹簧Ⅲ19为常规市售弹簧。

工作时，电机驱动蜗杆1带动蜗轮2，蜗轮2带动滚筒3转动，滚筒3饶起钢绳6，钢绳6将吊钩16拉起，吊钩16上升到端口盖4的位置后，勾住端口盖4一起向上运动，端口盖4拉动牵引绳20，牵引绳20绕过定滑轮5拉动夹持杆12，夹持杆12压迫基座盘Ⅰ9条形通孔Ⅰ14内的弹簧Ⅰ7和基座盘Ⅱ11条形通孔内的弹簧Ⅲ19向中间移动，夹持杆12将待取物体抓取。

如果待抓物体形状不固定，出现凹凸不平，因为夹持杆12顶部设有弹簧Ⅱ18，夹持杆12受竖直方向的力，夹持杆12向上压迫弹簧Ⅱ18向上运动，每根夹持杆12达到合适的竖向位置，滚筒3转动拉起吊钩16，吊钩16吊起到达端口盖4后向上拉起端口盖4，端口盖4拉动牵引绳20，牵引绳20绕过定滑轮5拉动夹持杆12，定滑轮5改变力的方向，使夹持杆12压迫弹簧Ⅰ7和弹簧Ⅲ19向中间移动，夹持杆12达到合适的位置后，将目标物Ⅰ15夹紧后抓取，如图9所示。

如果待取物体上有可供吊钩16吊起的吊环或是孔洞时，如图10所示，直接用滚筒3放下吊钩16将目标物Ⅱ17吊起。

可以根据需要改变夹持杆12的数量，以达到最好的夹持效果。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

Claims (8)

1.一种抓吊适应性机器手，其特征在于，包括蜗杆、蜗轮、滚筒、端口盖、定滑轮、钢绳、弹簧Ⅰ、基座、基座盘Ⅰ、固定支架、基座盘Ⅱ、夹持杆、吊钩、弹簧Ⅱ、弹簧Ⅲ、牵引绳，蜗轮和蜗杆啮合，滚筒与蜗轮连接，滚筒上饶有钢绳，钢绳端头设有吊钩，蜗杆、蜗轮、滚筒设置在基座内，基座底部设有基座盘Ⅰ，基座盘Ⅰ中心通孔，中心通孔上设有端口盖，端口盖中间开孔，基座盘Ⅰ上以端口盖为中心在同一圆周上开有三个以上的条形通孔Ⅰ，三个以上的定滑轮设置在基座盘Ⅰ上并位于端口盖和条形通孔Ⅰ之间，条形通孔Ⅰ内设有弹簧Ⅰ，基座盘Ⅰ与基座盘Ⅱ通过固定支架连接，基座盘Ⅱ中心通孔且在与基座盘Ⅰ上条形通孔Ⅰ对应的位置开有条形通孔，条形通孔内设有弹簧Ⅲ，夹持杆穿过基座盘Ⅰ上的条形通孔Ⅰ和基座盘Ⅱ上的条形通孔，牵引绳一端设置在夹持杆上，另一端绕过定滑轮后连接在端口盖上，夹持杆顶部设有弹簧Ⅱ，弹簧Ⅱ设置在基座内。

2.根据权利要求1所述抓吊适应性机器手，其特征在于，所述端口盖为车轮状，包括车毂、轮圈和辐条。

3.根据权利要求1所述抓吊适应性机器手，其特征在于，基座底部与基座盘Ⅰ上条形通孔Ⅰ对应位置开有弹簧槽。

4.根据权利要求1所述抓吊适应性机器手，其特征在于，夹持杆为刚性杆。

5.根据权利要求1所述抓吊适应性机器手，其特征在于，夹持杆底部设有橡胶外套。

6.根据权利要求1所述抓吊适应性机器手，其特征在于，蜗杆采用电机驱动。

7.根据权利要求1所述抓吊适应性机器手，其特征在于，钢绳和牵引绳为麻芯钢丝绳或钢芯钢丝绳。

8.根据权利要求1所述抓吊适应性机器手，其特征在于，夹持杆为弯曲杆，由两根直杆通过连接弯管连接形成。