CN106393149B - 移动机器人用手爪、机器人手臂及移动机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了移动机器人用手爪、机器人手臂及移动机器人，该手爪包括底板，底板与移动机器人的机械臂固定并随机械臂的旋转而旋转，底板上固定至少一个机械手指，机械手指在机械臂的转动下转动，以拨动门把或者阀门把手或者阀门手轮；本发明通过在机械手指内侧设置带有凸起的手指弹片，通过利用手指弹片的弹性作用可实现穿过门把手，并通过凸起门把手进行固定限位，更好的实现对门把手的开启同时，弹片的固定方式既保证了弹片的固定，又可以起到伸缩的效果。

Description

移动机器人用手爪、机器人手臂及移动机器人

技术领域

本发明涉及制造及控制领域，具体涉及移动机器人用手爪、机器人手臂及移动机器人。

背景技术

在现今的电力机器人应用领域，已经不在仅仅满足于利用机器人进行巡视类的工作，而是越来越多的需要机器人代替人工进行一些实地的操作，比如在环境恶劣的阀厅里打开、关闭阀门，打开、关闭电气柜，以便检查电气柜内部问题等，电气柜门把通常为长条型，阀门通常为带把手的阀门或者圆形的带有筋条的手轮。现在还没有针对门把、阀门打开或关闭而设置的机械手爪，如果是仅仅依靠机械臂，或者普通的电爪，并不能很好地打开或关闭门把或者是阀门，其问题在于简单的电爪进行开门或者打开阀门动作时，将给机器人控制带来很多的困难，而且，如果控制不到位，容易对门把手造成损坏，导致把手经常需要被更换。

因此，如果能对电气柜门与阀门采用机器人来开启，则需要一种稳定性，定位更好的机器人操作手爪。

发明内容

针对上述问题，为了解决现有技术的不足，本发明的第一目的是提供一种移动机器人用手爪，通过该手爪与机械臂配合，可实现对电气柜门把以及阀门的打开或关闭，且有效保证门把或者阀门的使用寿命。

本发明的第二目的是提供一种机器人手臂，该手臂包括前述的手爪，通过该手臂的设置，可顺利实现对门把、阀门把手或这阀门手轮的打开或关闭。

本发明的第三目的是提供一种移动机器人，该移动机器人包括上述的移动机器人用手爪或者是上述的机器人手臂。

本发明提供的第一个方案是：

移动机器人用手爪，包括底板，底板与移动机器人的机械臂固定并随机械臂的旋转而旋转；

底板上固定至少一个机械手指，机械手指在机械臂的转动下转动，以拨动门把或者阀门把手或者阀门手轮。

上述的机械手指在放置于门把或者阀门把手一侧，或者是设于阀门手轮筋条一侧时，通过机械人手臂的旋转，从而带动机械手指旋转从而打开门把或者阀门，当机械手指放置于门板或阀门另一侧时，机械臂带动机械手指反方向旋转时实现关闭门把或者阀门。

此外，上述的机械手指中部可以带关节，也可以不带关节，弯折的手指中部正好实现对机械手指的包容，机械手指的表面为磨砂表面以增大机械手指与门把或阀门之间的摩擦力。

作为优选，所述机械臂与所述机械手指通过连接法兰连接，连接法兰相当于上述的底板，所述机械手指被设置成至少两个，所有的机械手指间隔设定距离设于连接法兰的端面，若机械手指设有两个，两个分别插入到阀门手轮相邻两筋条的空隙中，卡住筋条，机械手指旋转实现打开阀门，自然，也可以是多个机械手指。

为了避免在旋转过程中，把手或者阀门与机械手指脱离，所述机械手指与门把或阀门把手或阀门手轮接触的面上设有用于限定门把或阀门把手或阀门手轮位置的凸起。

或者，所述机械臂与所述机械手指通过连接法兰连接，所述机械手指成对设置以夹持门把或阀门把手或阀门手轮的筋条，具体选择两个机械手指成对设置，成对设置的机械手指在所述连接法兰上设有至少一处，当设有两对机械手指时，两对机械手指的中心线在同一条直线上设置，如对竖直设置的门把手，在打开电气控制柜门时，可仅通过一对机械手指实现对门把手或者阀门把手的打开；上下两组手指组合应该一上一下的位置关系以穿过阀门的手轮实现对阀门的打开，此外，机械手指中部相对于两个成对设置的机械手指的中心稍向外弯曲，赋予机械手指一定的弹性。

进一步地，所述机械手指与门把或阀门把手或阀门手轮接触的面上设有手指弹片，手指弹片的两端与机械手指固定，中部设有凸起，当门把或阀门把手或阀门手轮被夹持时该凸起对门把起到限位作用，为了确保机械手指快速穿过阀门手轮，手指弹片的凸起部分设为光滑表面，除凸起表面设为磨砂表面，以增强转动过程中的摩擦力。

通过上述手指弹片在机械手指内的设置实现对门把的有效支撑，实现了模拟人手指捏门把的效果，结构简单，实用性强，有效实现在环境恶劣的环境中对阀门、电气柜门把手的开启。

所述的手指弹片两端设有开孔，在所述机械手指上设有与开孔位置对应的定位销孔，手指弹片的两端通过手指盖片与机械手指固定，在手指盖片上设置与定位销孔配合的盖片销柱，通过盖片销柱穿过开孔后与定位销孔配合实现对手指弹片的初步固定，同时，为手指盖片与手指弹片之间的间隙设置提供了较大的可能。

进一步地，所述开孔为长条孔，为了配合手指弹片的收缩，特将手指弹片上的开孔设置为长条孔。

进一步地，为了实现对手指盖片的固定，所述手指盖片呈门框型，手指盖片的两侧面通过紧固件与所述的机械手指固定。

为了配合手指盖片的形状设置，所述机械手指的两侧面设有与所述手指盖片的两侧面接合的支撑块。

所述手指弹片与所述手指盖片之间留有第一间隙，在手指弹片受压时，手指弹片将顺着此间隙伸展，从而使手指弹片高度下降，以允许门把或者阀门手轮筋条的通过。

所述机械手指外沿与连接法兰之间留有第二间隙，这样设置的目的是为了满足尺寸较大的门把手，当门把手较宽时，手指弹片被压缩到最远距离仍不能通过时，此时门把手将挤压两侧的机械手指，使机械手指向外侧翻出，手指将沿着手指底面的缝隙向外侧形变，从而使门把手通过手指弹片；若手指的缝隙与连接法兰闭合在一起，则此时手指达到最大形变状态，也就是门把手最大的通过尺寸。

针对在连接法兰端部设有至少一对机械手指的移动机器人用手爪，

在打开电气柜门门把或阀门把手时，具体步骤如下：

1)确定好机械手指的位置，通过旋转机械臂确保机械手指正好对齐电气柜门的门把或者阀门把手；具体地，通过连接法兰中心对准门把的旋转中心来对机械手指的位置进行定位；

2)朝向门把或者阀门推进机械臂，通过挤压结构支撑并挤压门把或者阀门把手；

3)继续推进机械臂，使得门把手推过手指弹片凸起的高点，手指弹片在自身弹性变形的作用下恢复到初始状态，将门把或者阀门把手卡在两机械手指内；

4)保证机械臂转轴与门把手转轴同心，旋转机械臂，门把或阀门把手被打开。

关闭门把时动作相反；

在打开阀门时，具体步骤如下：

1)将两组手指组合各自插入到阀门手轮的间隙内，调正手爪的位置；

2)轻转机械臂末端，使机械手指卡在阀门手轮的筋上，然后继续旋转机械臂末端，打开或者关闭阀门。

本发明提供的第二个方案是：一种机器人手臂，机器人手臂的端部设有所述的移动机器人用手爪。

本发明提供的第三个方案是：一种移动机器人，包括所述的移动机器人用手爪。

本发明提供的第四个方案是：一种移动机器人，包括所述的一种机器人手臂。

本发明的有益效果是：

1)本发明提供了一套解决开门把手或者阀门的结构，满足恶劣环境中机器人的操作，有效提高了机器人进行此类操作的效率，且一机多用，充分利用资源。

2)本发明通过挤压结构的设置，配合机械手指实现发明目的，结构简单，实用性强，易于实现。

3)本发明通过在机械手指内侧设置带有凸起的手指弹片，通过利用手指弹片的弹性作用可实现穿过门把手，并通过凸起门把手进行固定限位，更好的实现对门把手的开启同时，弹片的固定方式既保证了弹片的固定，又可以起到伸缩的效果。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明手指结构示意图；

图3为本发明手指安装示意图一；

图4为本发明手指安装示意图二；

图5为本发明手指安装示意图三；

图6为本发明手指运动示意图；

图7(a)为本发明开门操作示意图一；

图7(b)为本发明开门操作中立体图一；

图8(a)为本发明开门操作示意图二；

图8(b)为本发明开门操作中立体图二；

图9为本发明开门操作示意图三；

图10为本发明操作阀门示意图；

其中，1、机械臂，2、连接法兰，3、机械手指组合，4、手指弹片，5、手指盖片，6、机械手指，7、第一螺钉，8、盖片销柱，9、定位销孔，10、第一间隙，11、第二螺钉，12、第二间隙，13、门把。

具体实施方式

下面结合说明书附图具体实施例对本发明作进一步的描述：

实施例1

移动机器人用手爪，如图1、图8所示，手爪通过机械手抓组合3来控制门把13，然后通过机械臂1末端电机转动，打开、关闭门把，实现操作电气柜门的目的。

具体的说，机械臂1末端电机上通过螺钉安装有连接法兰2，连接法兰2上通过第一螺钉7固定有2组手抓组合3。

手爪组合3各自包括两个机械手指6，机械手指6两两对称且相向安装，机械手指6呈基本的L型，机械手指6较长的一侧呈弧形形状，机械手指6较短的一侧设置有两处螺纹孔，在固定时只安装最近的那一组螺纹孔，通过第二螺钉11实现机械手指6与连接法兰2的固定，如图5所示，使手指组合3底部外沿与连接法兰2留有调整缝隙即第二间隙12，这样设置的目的是为了满足尺寸较大的门把手，当门把手较宽时，手指弹片4被压缩到最远距离仍不能通过时，此时门把手将挤压两侧的机械手指，使机械手指向外侧翻出，手指弹片4将沿着手指弹片4底面的缝隙向外侧形变，从而使门把手通过手指弹片；若手指的缝隙与连接法兰闭合在一起，则此时手指达到最大形变状态，也就是门把手最大的通过尺寸。

如图2、图3所示，在机械手指内侧设置有手指弹片4，手指弹片4为一弧形的弹片，弹片两侧各有一长条开孔；机械手指6上与手指弹片4相对位置上设有定位销孔9，定位销孔9与开孔最外缘同心；手指盖片5的下表面设有一盖片销柱8，将盖片销柱8与定位销孔9对准，然后将手指盖片5扣在手指弹片4上，最后用螺钉将手指盖片5固定在机械手指6上，如此手指弹片4在两个手指盖片销柱8的定位下，无法左右、上下移动。如图4所示，手指弹片4与手指盖片5之间有一定的间隙，可以使手指弹片4在手指盖片销柱8的定位下，沿着手指弹片4的开孔左右伸缩。

此外，为了实现对手指盖片4的固定，所述手指盖片4呈门框型，手指盖片4的两侧面通过紧固件与所述的机械手指6固定；为了配合手指盖片4的形状设置，所述机械手指6的两侧面设有与所述手指盖片的两侧面接合支撑块。

如图6所示，当手指弹片4受到向下的挤压时，手指弹片4将向两端伸展；当取消挤压后，手指弹片4在自身弹性形变的作用下，将向回收缩，手指弹片4的材料最好是弹性钢，有效实现手指弹片4的变形与收缩。

如图7(a)和7(b)所示，当采用此机构进行开门操作时，具体步骤如下：

首先将连接法兰2的中心对准门把的转轴中心；旋转机械臂1末端，使两个机械手指6能刚好对齐门把手；向前推进机械臂1，使门把手卡在左右两个手指组合3的手指弹片4上；在门把手的挤压作用下，左右两片手指弹片4向内收缩，使门把手可以顺利通过手指弹片；如图8(a)和8(b)所示，门把手通过左右两片手指弹片4，手指弹片4在自身形变的作用下，回复到初始状态，此时左右两片手指弹片4将卡住门把手起到限位作用。如图9所示，机械臂1末端逆时针旋转，将门把手打开。机械臂1向后退，门把手在左右两片手指弹片4的带动下，顺着机械臂1向外打开，此为开门过程。关门为此动作的逆过程。

如图10所示，在采用此机构进行开/闭阀门操作时，两组手指组合沿着连接法兰2的中心线对称设置，可将两组手指组合看成一体，分别插入阀门手轮的间隙里，调节连接法兰2中心对准阀门手轮轴中心，轻转机械臂1末端，使手指组合3别住阀门手轮的筋上，然后继续旋转机械臂1末端，打开/关闭阀门。

以上的结构可以实现对门把、阀门把手或者阀门手轮的打开，实现一结构多用，无需更换手爪即可满足复杂情况下多种用途的使用。

此外，为了简化结构，也可以只设置有一对机械手指，打开门把与阀门把手的动作同上，对阀门手轮，两个间隔设定距离设置的机械手指共同穿过阀门手轮上的同一个孔中，在机械臂旋转的带动下实现对阀门手轮的打开或者关闭。

实施例2

本实施例与实施例1的区别是：

本实施例中机械手指与连接法兰之间并未设置有调整间隙，这样的话，整个机械手爪只适用于特定宽度范围的门把手或者阀门的开启。

实施例3

移动机器人用手爪，包括在移动机器人机械臂旋转的带动下可拨动门把或者阀门把手或者阀门手轮的机械手指。

为了避免在旋转过程中，把手或者阀门与机械手指脱离，所述机械手指与门把或阀门把手或阀门手轮接触的面上设有用于限定门把或阀门把手或阀门手轮位置的凸起。

上述的机械手指在放置于门把或者阀门把手一侧，或者是设于阀门手轮筋条一侧时，通过机械人手臂的旋转，从而带动机械手指旋转从而打开门把或者阀门，当机械手指放置于门板或阀门另一侧时，机械臂带动机械手指反方向旋转时实现关闭门把或者阀门。

实施例4

移动机器人用手爪，包括在移动机器人机械臂旋转的带动下可拨动门把或者阀门把手或者阀门手轮的机械手指。

所述机械臂与所述机械手指通过连接法兰连接，所述机械手指设有至少两个，所有的机械手指间隔设定距离设于连接法兰的端面，若机械手指设有两个，两个机械手指以连接法兰的中心线对称设置，两个机械手指分别插入到阀门手轮相邻两筋条的空隙中，卡住筋条，机械手指旋转实现打开阀门，自然，也可以是多个机械手指。

实施例5

一种机器人手臂，机器人手臂的端部设有实施例1中的移动机器人用手爪。

实施例6

一种移动机器人，包括实施例1中的移动机器人用手爪。

实施例7

一种移动机器人，包括实施例5中的一种机器人手臂。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不是本发明的全部实施例，不用以限制本发明，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。

除说明书所述技术特征外，其余技术特征均为本领域技术人员已知技术，为了突出本发明的创新特点，上述技术特征在此不再赘述。

Claims (5)

1.移动机器人用手爪，其特征在于，包括：

底板，底板与移动机器人的机械臂固定并随机械臂的旋转而旋转，

底板上固定至少2个对称且相向安装的机械手指，所述机械手指呈基本的L型，机械手指在机械臂的转动下转动，以拨动门把或者阀门把手或者阀门手轮；

所述机械手指成对设置以夹持门把或阀门把手或阀门手轮的筋条，成对设置的机械手指在所述底板上设有至少一处，所述机械手指与门把或阀门把手或阀门手轮接触的面上设有手指弹片，手指弹片的两端与机械手指固定，中部设有凸起，当门把或阀门把手或阀门手轮被夹持时该凸起对门把手起到限位作用，所述手指弹片为一弧形的弹片，所述手指盖片呈门框型，手指盖片的两侧面通过紧固件与所述的机械手指固定，所述的手指弹片两侧各有一长条开孔，在所述机械手指上设有与开孔位置对应的定位销孔，手指弹片的两端通过手指盖片与机械手指固定，在手指盖片上设置与定位销孔配合的盖片销柱，所述手指弹片与所述手指盖片之间留有第一间隙，在手指弹片受压时，手指弹片将顺着此间隙伸展，从而使手指弹片高度下降；所述机械手指较长的一侧呈弧形形状，所述机械手指较短的一侧设置有两处螺纹孔，在固定时指安装最近的那一组螺纹孔，所述机械手指底部外沿与所述底板之间留有第二间隙。

2.根据权利要求1所述的移动机器人用手爪，其特征在于，所述机械手指与门把或阀门把手或阀门手轮接触的面上设有用于限定门把或阀门把手或阀门手轮位置的凸起。

3.一种机器人手臂，其特征在于，机器人手臂的端部设有根据权利要求1-2中任一项所述的移动机器人用手爪。

4.一种移动机器人，其特征在于，包括根据权利要求1-2中任一项所述的移动机器人用手爪。

5.一种移动机器人，其特征在于，包括根据权利要求3所述的一种机器人手臂。