CN108326885A - 一种内置控制器的大行程电动夹爪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种内置控制器的大行程电动夹爪，包括夹取机构、驱动机构、传动机构、减速机构和控制电路板；所述驱动机构通过减速机构驱动连接传动机构，传动机构驱动夹取机构开合，控制电路板控制连接驱动机构；所述驱动机构包括电机和电机安装座，电机的输出轴上固定安装有输出轴齿轮，电机安装座尾部还设置有底座，控制电路板安装在底座内；所述夹取机构包括手指、齿条、导轨和导轨座，手指内设置有齿条安装槽，齿条安装在齿条安装槽内，齿条安装槽内还设置有减震块，减震块设置在齿条端面与齿条安装槽内壁之间。该电动夹爪通过设置减震块，能够吸收电机瞬时产生的冲击力，从而避免因电机过冲所导致的被夹物体损坏，延长系统寿命。

Description

一种内置控制器的大行程电动夹爪

技术领域

本发明涉及电动夹爪技术领域，具体是一种内置控制器的大行程电动夹爪。

背景技术

在工业自动化行业，移动机器人上会采用机械臂来进行物料的搬运整理，如分拣机器人，排爆机器人。在医疗自动化设备中，比如血液分析仪，生化分析仪，血涂片制备仪，也采用机械手来进行试管，试管架以及载玻片的调度，运载，以上的一些应用中，机械手末端夹持器往往都采用气动夹爪来实现。然而气动夹爪需要采用气泵，在上面一些场合有很多限制，另外气动夹爪也会来环境噪音，所以就出现了电动夹爪，摒弃了气源，简化工厂，接电即用。

现有技术中的电动夹爪通常采用伺服电机或者步进电机驱动控制，实现夹爪的夹持。夹住物体后，由于电机会过冲，会对被夹物体产生冲击，损坏物体，也会对夹爪传动系统产生冲击，导致系统寿命下降。另外，现有技术中的电动夹爪在使用过程中稳定性不佳，影响加工精度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种内置控制器的大行程电动夹爪，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种内置控制器的大行程电动夹爪，包括夹取机构、驱动机构、传动机构、减速机构和控制电路板；所述驱动机构通过减速机构驱动连接传动机构，传动机构驱动夹取机构开合，控制电路板控制连接驱动机构；所述驱动机构包括电机和电机安装座，电机的输出轴上固定安装有输出轴齿轮，电机通过输出轴齿轮连接减速机构，电机安装在电机安装座内；所述电机安装座尾部还设置有底座，控制电路板安装在底座内；所述减速机构由多个减速齿轮轴以及安装在减速齿轮轴上的级联齿轮组成；所述传动机构包括齿轮轴，减速机构的输出端驱动连接齿轮轴；所述夹取机构包括手指、齿条、导轨和导轨座，所述手指共有两个，且相对设置，手指内设置有齿条安装槽，齿条安装在齿条安装槽内，且齿条安装槽内还设置有减震块，减震块设置在齿条端面与齿条安装槽内壁之间；所述导轨固定安装在导轨座内，导轨与导轨座配合形成容纳手指的活动腔，两个手指均安装在活动腔内，导轨上转动安装有将手指紧贴导轨内壁的滚针，齿轮轴延伸至活动腔内，且齿轮轴与两个手指内的齿条啮合。

作为本发明进一步的方案：所述电机通过机米螺丝固定在电机安装座内。

作为本发明再进一步的方案：所述齿条安装槽内设置有两个减震块，且两个减震块对称设置在齿条的两端。

作为本发明再进一步的方案：所述导轨内侧还设置有交叉滚子保持架，交叉滚子保持架位于导轨与手指之间。

作为本发明再进一步的方案：所述齿轮轴上还套设有两个轴承，两个轴承分别安装在导轨和导轨座上。

作为本发明再进一步的方案：所述控制电路板由三个电路板单体组成，其中两个电路板单体竖直安装，另外一个电路板单体水平安装，电机安装座内还开设有用于容纳竖直安装的电路板单体的电路板容纳腔，竖直安装的电路板单体的上部延伸至电路板容纳腔内。

作为本发明再进一步的方案：所述底座内还设置有位置检测机构，位置检测机构包括磁铁固定座，磁铁固定座安装在电机的尾轴上，磁铁固定座上安装有一个圆形的径向冲刺的磁铁，位置检测机构还包括一个霍尔传感器，所述霍尔传感器安装在水平安装的电路板单体上，且霍尔传感器正对磁铁的中心。

作为本发明再进一步的方案：所述底座上还设置有插座机构，插座机构由航空插座和锁紧螺母组成，航空插座通过锁紧螺母固定在底座上，且航空插座电性连接控制电路板。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、该内置控制器的大行程电动夹爪，通过内置控制电路板，减小了该电动夹爪的尺寸简化了控制方式，通过对该电动夹爪的行程进行严密的规划计算，实现了在宽度为44mm的情况下具有20mm的最大行程，具有重要的市场价值；

2、该内置控制器的大行程电动夹爪，通过设置减震块，能够吸收电机瞬时产生的冲击力，从而避免因电机过冲所导致的被夹物体损坏，降低了对夹爪传动系统产生冲击，延长系统寿命；

3、该内置控制器的大行程电动夹爪通过结构设计，保证齿轮轴和夹爪在运行过程中不会出现晃动或窜动，提高了操作精度，并通过设置位置检测机构，实现了该电动夹爪的精确位置控制，另外，通过在导轨与手指之间设置交叉滚子保持架，提高了手指运行的平稳性。

附图说明

图1为内置控制器的大行程电动夹爪的整体外观示意图。

图2为内置控制器的大行程电动夹爪的内部结构示意图。

图3为内置控制器的大行程电动夹爪的内部详细结构示意图。

图4为内置控制器的大行程电动夹爪中夹取机构的俯视结构示意图。

图5为内置控制器的大行程电动夹爪中夹取机构的剖视结构示意图(沿滚针中心处剖开)。

图6为内置控制器的大行程电动夹爪的张开过程示意图。

图7为内置控制器的大行程电动夹爪中手指的结构示意图。

图中：1-夹取机构、101-手指、102-齿条、103-减震块、104-导轨、105-导轨座、106-交叉滚子保持架、2-驱动机构、201-输出轴齿轮、202-电机、203-电机安装座、3-位置检测机构、301-磁铁固定座、302-磁铁、303-底座、4-传动机构、401-滚针、402-齿轮轴、403-轴承、5-减速机构、501-级联齿轮、502-减速齿轮轴、6-控制电路板、601-电路板单体、7-插座机构、701-航空插座、702-锁紧螺母。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明的技术方案作进一步详细地说明。

请参阅图1-7，一种内置控制器的大行程电动夹爪，包括夹取机构1、驱动机构2、传动机构4、减速机构5和控制电路板6；所述驱动机构2通过减速机构5驱动连接传动机构4，传动机构4驱动夹取机构1开合，控制电路板6控制连接驱动机构2，用于控制驱动机构2的运行，进而控制夹取机构1的开合；所述驱动机构2包括电机202和电机安装座203，电机202的输出轴上固定安装有输出轴齿轮201，电机202通过输出轴齿轮201连接减速机构5，电机202安装在电机安装座203内，电机202的安装方式不加限制，本实施例中，优选的，所述电机202通过机米螺丝固定在电机安装座203内；所述电机安装座203尾部还设置有底座303，控制电路板6安装在底座303内，控制电路板6具体结构为现有技术，在此不加赘述，本实施例中，优选的，控制电路板6由三个电路板单体601组成，其中两个电路板单体601竖直安装，另外一个电路板单体601水平安装，电机安装座203内还开设有用于容纳竖直安装的电路板单体601的电路板容纳腔，竖直安装的电路板单体601的上部延伸至电路板容纳腔内；所述底座303内还设置有位置检测机构3，位置检测机构3包括磁铁固定座301，磁铁固定座301安装在电机202的尾轴上，磁铁固定座301上安装有一个圆形的径向冲刺的磁铁302，位置检测机构3还包括一个霍尔传感器，所述霍尔传感器安装在水平安装的电路板单体601上，且霍尔传感器正对磁铁302的中心，磁铁固定座301、磁铁302、霍尔传感器共同构成位置检测机构3，用于检测电机202的转动，进而获得夹取机构1的位置；所述底座303上还设置有插座机构7，插座机构7由航空插座701和锁紧螺母702组成，航空插座701通过锁紧螺母702固定在底座303上，且航空插座701电性连接控制电路板6，以便于该电动手爪外接通电；所述减速机构5由多个减速齿轮轴502以及安装在减速齿轮轴502上的级联齿轮501组成，这些级联齿轮501设置为交错堆叠的形式；所述传动机构4包括齿轮轴402，减速机构5的输出端驱动连接齿轮轴402，且减速机构5的输出端通过对称安装两个级联齿轮501来保证齿轮轴402受力的均匀性；所述夹取机构1包括手指101、齿条102、导轨104和导轨座105，所述手指101共有两个，且相对设置，通过两个手指101之间的开合来实现物品的取放，手指101内设置有齿条安装槽，齿条102安装在齿条安装槽内，且齿条安装槽内还设置有减震块103，减震块103设置在齿条102端面与齿条安装槽内壁之间，减震块103选择弹性好且硬度满足设计要求的材料制作，减震块103能够吸收电机202瞬时产生的冲击力，从而避免因电机过冲所导致的被夹物体损坏，降低了对夹爪传动系统产生冲击，延长系统寿命，减震块103的数量不加限制，本实施例中，优选的，所述齿条安装槽内设置有两个减震块103，且两个减震块103对称设置在齿条102的两端；所述导轨104固定安装在导轨座105内，导轨104与导轨座105配合形成容纳手指101的活动腔，两个手指101均安装在活动腔内，导轨104上转动安装有将手指101紧贴导轨104内壁的滚针401，齿轮轴402延伸至活动腔内，且齿轮轴402与两个手指101内的齿条102啮合，齿轮轴402转动时，通过与齿条102的啮合作用，带动手指101沿着导轨104移动，通过控制齿轮轴102的转动方向，就能够控制两个手指101相互靠近或相互远离，从而实现该电动手爪的开合，滚针401用于在手指101移动过程中限定其位置，使手指101与导轨104压紧，手指101在一定的预紧力下做直线运动，保证手指101与导轨104在移动过程中不会出现间隙，从而提高了加工精度，所述导轨104内侧还设置有交叉滚子保持架106，交叉滚子保持架106位于导轨104与手指101之间，用于提高手指101运行的平稳性；所述齿轮轴402上还套设有两个轴承403，两个轴承403分别安装在导轨104和导轨座105上，通过导轨104和导轨座105压紧轴承403，来保证齿轮轴402不会产生径向间隙，另外，减速齿轮轴502顶紧齿轮轴402，避免齿轮轴402产生轴向窜动。

如图6为该电动夹爪张开的状态，虚线表示的夹爪101为该夹爪走完全程时候的状态。从图中可以看出滚针401刚开始只与夹爪101的上啮合面啮合，在走完全程时，滚针401同时与夹爪101的上、下啮合面啮合。

图7中，尺寸A表示手指101的长度，尺寸B表示齿条102长度，尺寸C表示啮合面长度，尺寸D表示夹爪101上啮合面宽度，尺寸E为夹爪101下啮合面宽度。为了保证在长度44mm的情况下单个夹爪行程有10mm的行程，并且两边的滚针401能够与两个夹爪101有足够的啮合长度。设计师需根据齿条102的模数、齿数，与之配合的齿轮的模数、齿数，滚针401的直径长度等确定A、B、C、D、E、F等尺寸来保证具有做够的啮合长度。

为了保证运动的稳定性，需要有滚针401的支撑，保证夹爪101的左右方向不会晃动，而滚针401与两边的夹爪101接触为线接错，为保证稳定性需要两根滚针401提供支撑，同时滚针401不能干涉到齿条102。因此夹爪101与齿条102应该设计成对称结构，如图7所示，为保证单边10mm行程，齿条102长度至少为10mm(如图6尺寸B所示)，两边的滚针401需要与两个夹爪101啮合，啮合面长度(如图6所示尺寸C)按最小设计应该为10mm(如图6尺寸C所示)，但是滚针401的啮合面为左右两个，所以夹爪101的长度(如图6尺寸A所示)至少为30mm，再加上夹爪101的运动距离10mm，所以该电动手爪的最小宽度为40mm，再加上两边的外壳厚度2mm，故而该电动手爪的宽度为44mm。

两个夹爪101上的齿条102需与齿轮啮合传动，齿轮模数0.5齿数，齿数12，分度圆直径6mm，齿轮的直径也应该在我们的考虑范围内，故齿条102的长度应该为10mm加上齿轮的直径为16mm，再保证夹爪101的长度不变的情况下需要滚针401与夹爪101具有较长的啮合长度，因此需要将滚针401的上啮合面(如图6尺寸D所示)加宽，保证滚针401与夹爪101在下啮合面分离时，上啮合面与夹爪101的啮合线更长，滚针401的下啮合面(如图6尺寸E所示)减短，同时需要考虑右边的滚针401与夹爪101的下接触面刚退出啮合前，左边的滚针401与夹爪101的下接触面啮合上，这样能够保证运动时始终有一个滚针401能够完全与两夹爪101啮合。

所述内置控制器的大行程电动夹爪，通过内置控制电路板，减小了该电动夹爪的尺寸简化了控制方式，通过对该电动夹爪的行程进行严密的规划计算，实现了在宽度为44mm的情况下具有20mm的最大行程，具有重要的市场价值；所述内置控制器的大行程电动夹爪，通过设置减震块103，能够吸收电机202瞬时产生的冲击力，从而避免因电机过冲所导致的被夹物体损坏，降低了对夹爪传动系统产生冲击，延长系统寿命；所述内置控制器的大行程电动夹爪，通过结构设计，保证齿轮轴402和夹爪101在运行过程中不会出现晃动或窜动，提高了操作精度，并通过设置位置检测机构3，实现了该电动夹爪的精确位置控制，另外，通过在导轨104与手指101之间设置交叉滚子保持架106，提高了手指101运行的平稳性。

上面对本发明的较佳实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (8)

1.一种内置控制器的大行程电动夹爪，其特征在于，包括夹取机构(1)、驱动机构(2)、传动机构(4)、减速机构(5)和控制电路板(6)；所述驱动机构(2)通过减速机构(5)驱动连接传动机构(4)，传动机构(4)驱动夹取机构(1)开合，控制电路板(6)控制连接驱动机构(2)；所述驱动机构(2)包括电机(202)和电机安装座(203)，电机(202)的输出轴上固定安装有输出轴齿轮(201)，电机(202)通过输出轴齿轮(201)连接减速机构(5)，电机(202)安装在电机安装座(203)内；所述电机安装座(203)尾部还设置有底座(303)，控制电路板(6)安装在底座(303)内；所述减速机构(5)由多个减速齿轮轴(502)以及安装在减速齿轮轴(502)上的级联齿轮(501)组成；所述传动机构(4)包括齿轮轴(402)，减速机构(5)的输出端驱动连接齿轮轴(402)；所述夹取机构(1)包括手指(101)、齿条(102)、导轨(104)和导轨座(105)，所述手指(101)共有两个，且相对设置，手指(101)内设置有齿条安装槽，齿条(102)安装在齿条安装槽内，且齿条安装槽内还设置有减震块(103)，减震块(103)设置在齿条(102)端面与齿条安装槽内壁之间；所述导轨(104)固定安装在导轨座(105)内，导轨(104)与导轨座(105)配合形成容纳手指(101)的活动腔，两个手指(101)均安装在活动腔内，导轨(104)上转动安装有将手指(101)紧贴导轨(104)内壁的滚针(401)，齿轮轴(402)延伸至活动腔内，且齿轮轴(402)与两个手指(101)内的齿条(102)啮合。

2.根据权利要求1所述的内置控制器的大行程电动夹爪，其特征在于，所述电机(202)通过机米螺丝固定在电机安装座(203)内。

3.根据权利要求2所述的内置控制器的大行程电动夹爪，其特征在于，所述齿条安装槽内设置有两个减震块(103)，且两个减震块(103)对称设置在齿条(102)的两端。

4.根据权利要求1或2或3所述的内置控制器的大行程电动夹爪，其特征在于，所述导轨(104)内侧还设置有交叉滚子保持架(106)，交叉滚子保持架(106)位于导轨(104)与手指(101)之间。

5.根据权利要求4所述的内置控制器的大行程电动夹爪，其特征在于，所述齿轮轴(402)上还套设有两个轴承(403)，两个轴承(403)分别安装在导轨(104)和导轨座(105)上。

6.根据权利要求1所述的内置控制器的大行程电动夹爪，其特征在于，所述控制电路板(6)由三个电路板单体(601)组成，其中两个电路板单体(601)竖直安装，另外一个电路板单体(601)水平安装，电机安装座(203)内还开设有用于容纳竖直安装的电路板单体(601)的电路板容纳腔，竖直安装的电路板单体(601)的上部延伸至电路板容纳腔内。

7.根据权利要求6所述的内置控制器的大行程电动夹爪，其特征在于，所述底座(303)内还设置有位置检测机构(3)，位置检测机构(3)包括磁铁固定座(301)，磁铁固定座(301)安装在电机(202)的尾轴上，磁铁固定座(301)上安装有一个圆形的径向冲刺的磁铁(302)，位置检测机构(3)还包括一个霍尔传感器，所述霍尔传感器安装在水平安装的电路板单体(601)上，且霍尔传感器正对磁铁(302)的中心。

8.根据权利要求1所述的内置控制器的大行程电动夹爪，其特征在于，所述底座(303)上还设置有插座机构(7)，插座机构(7)由航空插座(701)和锁紧螺母(702)组成，航空插座(701)通过锁紧螺母(702)固定在底座(303)上，且航空插座(701)电性连接控制电路板(6)。