CN107584928A - 一种机器人用铅笔夹具 - Google Patents

Abstract

本发明适用于机器人配件技术领域，提供了一种机器人用铅笔夹具，包括笔套和夹持组件，夹持组件具有容置空间，笔套及容置空间可供铅笔穿过，容置空间内设有弹性件，弹性件的有效长度受限于容置空间的高度，笔套的顶端伸入容置空间并与弹性件连接，容置空间高度可调使弹性件对笔套的弹力可调。本发明夹持组件的容置空间的高度可调，使得弹性件对笔套的弹力变化范围可调，可适用于不同硬度笔芯的铅笔；在使用多种笔芯硬度的铅笔书写时，不需要专门的控制程序，节约了研发成本；铅笔可穿过容置空间，避免铅笔顶端的位置受限而使笔尖距离笔套紧固笔的位置较远，避免该距离过长而使书写不稳定，提高书写质量和流畅度。

Description

一种机器人用铅笔夹具

技术领域

本发明属于机器人配件技术领域，特别涉及一种机器人用铅笔夹具。

背景技术

目前，机器人的基础技术已经成熟，机器人技术正在面向降低开发成本和提高使用效益的方向发展。机器人模拟人书写绘画的过程开发，对自动化技术的自身发展和普及教育有重要意义。目前书法机器人普遍以六轴机器人为基础，主要开发笔画、字型数据库和应用程序。美国开源硬件组织Evil Mad Scientist开发了以AxiDraw为代表的书写绘画机器人，书写笔可以角度可调地固定在笔夹具上，笔夹具安装于Z轴调节机构之上，Z轴调节机构由舵机驱动；双电机驱动的机械臂或轴杆带动书写笔在X轴和Y轴移动。此类机器人结构简单、使用方便，通过多样化结构设计可以适应各种应用场景。但是这种书写绘画机器人以及夹具主要适用于墨水笔。而铅笔是书写练习和绘画学习的基础工具，对计算机辅助工业制图依然有重要影响。目前缺少针对铅笔书写的机器人及夹具。

现有技术中有一种铅笔夹具，如图6所示，这是一种工业机器人教学用夹具，其外筒1一端的封闭端盖用于连接六轴机器人；内筒3位于外筒1另一端开口处，上半部与外筒1配合，被活动端盖4卡在外筒1之内，顶面与外筒1封闭端盖之间安装弹簧2；内筒3设开口空腔，用于安装笔6，笔6用紧固螺栓5固定在内筒3中。该夹具结构紧凑，内筒与外筒与外筒之间的弹簧2具有缓冲作用，用于铅笔能够防止笔芯折断。但是该夹具存在以下问题：

(1)铅笔笔芯硬度不同时书写压力不同，需要控制程序的调整，程序设计复杂；

(2)铅笔比普通墨水笔长，安装后笔尖距离紧固螺栓和机器人连接部位较远，书写过程不稳定。

(3)以倾斜角度书写或做涂覆动作时，铅笔易转动。

发明内容

本发明的目的在于提供一种机器人用铅笔夹具，主要解决传统机器人用铅笔夹具无法适应硬度不同的铅笔以及书写不稳定的技术问题。

本发明是这样实现的，一种机器人用铅笔夹具，包括用于安装铅笔的笔套和用于安装所述笔套的夹持组件，所述夹持组件具有容置空间，所述笔套及容置空间能够供所述铅笔穿过，所述容置空间内设有弹性件，所述弹性件的有效长度受限于所述容置空间的高度，所述笔套的顶端伸入所述容置空间并与所述弹性件连接，所述容置空间的高度可调使所述弹性件对所述笔套的弹力可调。

进一步地，所述夹持组件包括固定板、连接于所述固定板下方的竖板以及连接于所述竖板同侧的上横板和下横板，所述竖板、上横板和下横板围合成半封闭的所述容置空间，所述笔套的上部穿过所述下横板，其顶端限位连接于所述下横板的上表面并与所述弹性件的一端连接，所述弹性件的另一端与所述上横板的下表面连接。

进一步地，所述上横板和下横板平行，所述上横板设有上开孔，所述下横板设有下开孔，所述上开孔和下开孔同轴，所述笔套自所述下开孔穿过并可上下滑动，所述铅笔自所述笔套和上开孔穿过，所述弹性件套设于所述铅笔的外周。

进一步地，所述上横板和/或所述下横板与所述竖板的连接位置高低可调。

进一步地，所述竖板开设有用于连接所述上横板的上安装孔和用于连接下横板的下安装孔，所述上安装孔和/或下安装孔至少有高度不同的两组。

进一步地，所述笔套包括圆柱形的套筒以及设置于所述套筒顶部的端盖，所述套筒与所述下开孔过渡配合，所述端盖的外径大于所述下开孔的直径。

进一步地，所述下开孔的内壁设有轴向贯通的限位槽，所述套筒的外表面设有与所述限位槽配合的限位齿，所述限位齿插入所述限位槽以限制所述笔套的转动，所述限位齿的长度不小于所述限位槽的长度。

进一步地，所述套筒的下部开设有螺孔，一紧固螺栓穿过所述螺孔锁紧所述铅笔。

进一步地，所述固定板的下表面还设有感应体，用于与装配所述机器人用铅笔夹具的承座上的传感器配合，以确定所述承座与机器人用铅笔夹具的装配状态。

进一步地，所述固定板的上表面设有用于连接机器人的快速连接器。

本发明提供的机器人用铅笔夹具具有如下有益效果：第一，夹持组件的容置空间的高度可调，使得弹性件对笔套的弹力变化范围可调，当容置空间高度较小时，弹力可调范围小，适用于笔芯较硬的铅笔，当容置空间高度较大时，弹力可变范围大，适用于笔芯较软的铅笔，这样可适用于不同硬度笔芯的铅笔，适应性强；第二，在使用多种笔芯硬度的铅笔书写时，不需要专门的控制程序，可以使用与其他种类书写笔通用的应用程序，节约了研发成本；第三，铅笔可穿过容置空间，避免铅笔顶端的位置受限而使笔芯距离笔套较远，使笔尖部位和笔套紧固点之间的距离可以控制在合理的范围，避免该距离过长而使书写不稳定，提高书写质量和流畅度。

附图说明

图1是本发明实施例提供的机器人用铅笔夹具的立体结构示意图；

图2是本发明实施例提供的机器人用铅笔夹具的侧视结构示意图；

图3是本发明实施例提供的机器人用铅笔夹具的部分分解结构示意图；

图4是本发明实施例提供的机器人用铅笔夹具的笔套结构示意图；

图5是本发明实施例提供的机器人用铅笔夹具的下横板结构示意图；

图6是现有技术中的机器人用铅笔夹具的结构示意图；

图中标记的含义为：

10-铅笔，20-笔套，30-夹持组件，40-弹性件；

11-笔芯；21-套筒，22-端盖，23-限位齿，211-螺孔；31-容置空间，32-固定板，33-竖板，34-上横板，35-下横板，36-固定螺栓，37-感应体，38-快速连接器，39-固定件；

331-第一安装孔，332-第二安装孔，333-第三安装孔；

341-上开孔，342-上安装孔；351-下开孔，352-下安装孔，353-限位槽。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需说明的是，当部件被称为“固定于”或“设置于”另一个部件，它可以直接或者间接在该另一个部件上。当一个部件被称为“连接于”另一个部件，它可以是直接或者间接连接至该另一个部件上。术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利的限制。术语“第一”、“第二”仅用于便于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明技术特征的数量。“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

为了说明本发明所述的技术方案，以下结合具体附图及实施例进行详细说明。

请查阅图1和图2，本发明实施例提供一种机器人用铅笔夹具，包括用于安装铅笔10的笔套20和用于安装笔套20的夹持组件30，夹持组件30具有容置空间31，笔套20及容置空间31能够供铅笔10穿过，容置空间31内设有弹性件40，弹性件40的有效长度受限于容置空间31的高度，笔套20的顶端伸入容置空间31并与弹性件40连接，容置空间31的高度可调使弹性件40对笔套20的弹力可调。

具体地，铅笔10固定于笔套20上，笔套20安装于夹持组件30上，通过调节夹持组件30的空间位置进行书写绘画等操作。弹性件40的有效长度受限于容置空间31的高度的含义是弹性件40的形变量是与容置空间31的高度相联系的，即弹性件40可以施加到笔套20上的弹力大小是与容置空间31高度相联系的，容置空间31的高度越大，弹性件40的有效长度越大，进而产生的弹力范围越大，容置空间31越小，弹性件40的有效长度越小，可发生的形变量越小，进而施加到笔套20上的弹力范围越小。此处的弹力范围的含义是弹力的可变空间，而非具体的弹力值。例如，当容置空间31很小时，弹性件40已经被压缩，其对笔套20的弹力很大，但是弹力的可变空间很小。这种情况，弹性件40对铅笔10笔芯11受力的缓冲作用小，适合用于笔芯11较硬的铅笔10，当容置空间31高度较大时，弹力可变范围大，对铅笔10笔芯11受力的缓冲作用大，此时适用于笔芯11较软的铅笔10。另一方面，铅笔10可以经笔套20和容置空间31穿过，即指铅笔10的顶端不被限制在笔套20内，而是可以穿过夹持组件30的容置空间31，这样，较长的铅笔10安装好后，其顶端不被弹性件40或夹持组件30所限制，可以使笔芯部位和笔套20之间的距离控制在合理的较小范围内，避免该距离过长而影响书写的稳定性。

该机器人用铅笔夹具的使用原理为：机器人的工作端对接该夹具，将该铅笔夹具移动至预定的工作位置，机器人书写时，预先调整好铅笔10与书写表面的角度和位置，笔芯11接触书写表面的压力通过笔套20传递给弹性件40，书写过程中如果书写表面不平，通过弹性件40的伸缩以微调书写压力，从而能够保护铅笔10的笔芯11。

本发明实施例提供的机器人用铅笔夹具具有如下技术效果：第一，夹持组件30的容置空间31的高度可调，使得弹性件40对笔套20的弹力变化范围可调，当容置空间31高度较小时，弹力可调范围小，适用于笔芯11较硬的铅笔10，当容置空间31高度较大时，弹力可变范围大，适用于笔芯11较软的铅笔10，这样可适用于不同硬度笔芯的铅笔10，适应性强；第二，在使用多种笔芯硬度的铅笔10书写时，不需要专门的控制程序，可以使用与其他种类书写笔通用的应用程序，节约了研发成本；第三，铅笔10可穿过容置空间31，避免铅笔10顶端的位置受限而使笔尖距离笔套20较远，使笔尖部位和笔套20之间的距离可以控制在合理的范围，避免该距离过长而使书写不稳定，提高书写质量和流畅度。

进一步参考图1、2、3，在本实施例中，夹持组件30包括固定板32、连接于固定板32下方的竖板33以及连接于竖板33同侧的上横板34和下横板35，竖板33、上横板34和下横板35围合成半封闭的容置空间31。优选地，上横板34和下横板35平行并与竖板33垂直连接，竖板33垂直连接于固定板32的下表面。竖板33、上横板34和下横板35优选为平板。笔套20的上部穿过下横板35，其顶端限位连接于下横板35的上表面以防止笔套20从下横板35脱落。笔套20的顶端与弹性件40的一端连接，弹性件40的另一端与上横板34的下表面连接，所述连接的具体方式可以为抵触连接或者固定连接，本实施例优选为固定连接，以增强稳定性，便于书写过程的精确控制。本实施例中的弹性件40优选为弹簧。

进一步地，上横板34设有上开孔341，下横板35设有下开孔351，上开孔341和下开孔351同轴，笔套20自下开孔351穿过并且可相对下开孔351内壁滑动，铅笔10自笔套20中穿过，同时向上穿过上开孔341，这样，铅笔10穿过容置空间31，其顶端外露于上开孔341，因此，即使铅笔10较长，由于其顶端未被限制在笔套20或容置空间31内，所以笔尖距离笔套20不会过远。同时，弹性件40(优选为弹簧)套设于铅笔10位于容置空间31内的一段的外周，在机器人操控铅笔10书写时，笔套20受到铅笔10向上的作用力向上移动一定距离使弹簧变形，产生弹力缓冲笔芯11的受力，进而保护笔芯11。

进一步地参考图3，为了根据铅笔笔芯11的软硬调节容置空间31的高度，该上横板34和下横板35之一或者二者均与竖板33的连接位置高低可调。具体地，可以在竖板33上开设用于连接上横板34的第一安装孔331和用于连接下横板35的第二安装孔332，第一安装孔331和第二安装孔332之一为两组或者更多，或者第一安装孔331和第二安装孔332各自为两组或者更多。并且，每组第一安装孔331或第二安装孔332中包含两个或两个以上的孔且高度相同。相应地，在上横板34面对竖板33的侧面开设相应的上安装孔342，下横板35面对竖板33的侧面开设相应的下安装孔352，通过固定件39将上横板34和下横板35连接到竖板33上。竖板33面向固定板32的表面可以开设第三安装孔333，同时在固定板32上开设与之相应的开孔，采用固定件将竖板33连接到固定板32上。

进一步参考图4和图5，为了防止笔套20转动进而防止铅笔10转动，本实施例的笔套20设计为如下结构：笔套20包括圆柱形的套筒21以及设置于套筒21顶部的端盖22，套筒21与下横板35上的下开孔351过渡配合，套筒21外表面较光滑，可以在下开孔351中上下滑动，使笔套20可以上下移动，借助弹性件40的弹力缓冲书写笔的笔芯11受力以及进行书写。端盖22的外径大于下开孔351的直径，用于限制笔套20的下移，防止其从下开孔351脱落。在下开孔351的内壁设有轴向贯通的限位槽353，在套筒21的外表面设有与限位槽353配合的限位齿23，限位齿23插入限位槽353以限制笔套20的转动，同时轴向开槽不会影响笔套20和下开孔351的配合。这样，书写时即使铅笔10倾斜，也不会发生转动，保证书写绘画的流畅性，也加强了下横板35对笔套20的夹持，使其更加稳定。

进一步地，限位齿23的长度不小于限位槽353的长度，限位齿23至少可以从下开孔351中伸出，以更有效地防止笔套20转动。限位齿23的形状为长方体形，相应地，限位槽353的形状为矩形通槽。在其他实施例中，限位槽353和限位齿23的横截面形状还可以是弧形或梯形等。安装笔套20时，将笔套20置于下横板35的上方，将限位齿23和限位槽353上下对位，自下横板35的上方向下插入下开孔351，同时限位齿23插入限位槽353。

进一步地，端盖22为自套筒21顶部向外延伸的环形凸沿，弹簧连接于该环形凸沿上。套筒21的下部对称开设有螺孔211，铅笔10穿入套筒21后，采用固定螺栓36穿入螺孔211将铅笔10锁紧，防止其上下移动。

进一步地，固定板32的下表面还设有感应体37，用于与装配机器人用铅笔夹具的承座上的传感器配合，通过传感器和感应体37的配合，可以确定承座上是否安装了铅笔夹具。该传感器通常为光电传感器，该感应体37优选为金属片或金属圆柱体。进一步地，固定板32的上表面还设有快速连接器38，用于连接机器人。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种机器人用铅笔夹具，其特征在于，包括用于安装铅笔的笔套和用于安装所述笔套的夹持组件，所述夹持组件具有容置空间，所述笔套及容置空间能够供所述铅笔穿过，所述容置空间内设有弹性件，所述弹性件的有效长度受限于所述容置空间的高度，所述笔套的顶端伸入所述容置空间并与所述弹性件连接，所述容置空间的高度可调使所述弹性件对所述笔套的弹力可调。

2.如权利要求1所述的机器人用铅笔夹具，其特征在于，所述夹持组件包括固定板、连接于所述固定板下方的竖板以及连接于所述竖板同侧的上横板和下横板，所述竖板、上横板和下横板围合成半封闭的所述容置空间，所述笔套的上部穿过所述下横板，其顶端限位连接于所述下横板的上表面并与所述弹性件的一端连接，所述弹性件的另一端与所述上横板的下表面连接。

3.如权利要求2所述的机器人用铅笔夹具，其特征在于，所述上横板和下横板平行，所述上横板设有上开孔，所述下横板设有下开孔，所述上开孔和下开孔同轴，所述笔套自所述下开孔穿过并可上下滑动，所述铅笔自所述笔套和上开孔穿过，所述弹性件套设于所述铅笔的外周。

4.如权利要求2所述的机器人用铅笔夹具，其特征在于，所述上横板和/或所述下横板与所述竖板的连接位置高低可调。

5.如权利要求4所述的机器人用铅笔夹具，其特征在于，所述竖板开设有用于连接所述上横板的上安装孔和用于连接下横板的下安装孔，所述上安装孔和/或下安装孔至少有高度不同的两组。

6.如权利要求3所述的机器人用铅笔夹具，其特征在于，所述笔套包括圆柱形的套筒以及设置于所述套筒顶部的端盖，所述套筒与所述下开孔过渡配合，所述端盖的外径大于所述下开孔的直径。

7.如权利要求6所述的机器人用铅笔夹具，其特征在于，所述下开孔的内壁设有轴向贯通的限位槽，所述套筒的外表面设有与所述限位槽配合的限位齿，所述限位齿插入所述限位槽以限制所述笔套的转动，所述限位齿的长度不小于所述限位槽的长度。

8.如权利要求6所述的机器人用铅笔夹具，其特征在于，所述套筒的下部开设有螺孔，一紧固螺栓穿过所述螺孔锁紧所述铅笔。

9.如权利要求2所述的机器人用铅笔夹具，其特征在于，所述固定板的下表面还设有感应体，用于与装配所述机器人用铅笔夹具的承座上的传感器配合，以确定所述承座与机器人用铅笔夹具的装配状态。

10.如权利要求9所述的机器人用铅笔夹具，其特征在于，所述固定板的上表面设有用于连接机器人的快速连接器。