一种无源机械手
技术领域
本发明涉及自动化设备技术领域,特别涉及一种无源机械手。
背景技术
为追求更高的生产效率,越来越多的场合开始采用机械手来替代原来人工的工作,例如物品转运工作,现有物品转运机械手大多采用有源机械手,即这类机械手需要通过连接了动力源的驱动机构来驱动夹爪运动(夹爪开合无需动力源驱动的机械手,称为无源机械手),从而实现物品的夹持和松开。
对于依靠电力驱动夹爪的机械手来说,若想将其应用于易燃易爆物品的抓取,则需要专门对电气部分作防爆设计,以防止电气部件运行时产生电火花导致起火和爆炸,而采用压缩气体或液体(采用气缸或油缸)来驱动夹爪的机械手在防爆性上要明显优于电驱动的机械手,故而在防爆机械上得到了更加广泛的应用。
总的来说,无论是采用电力还是压缩气体或液体来驱动夹爪运动,都需要为机械手的夹爪配备带动力源的驱动机构,这样将导致以下问题:1、机械手结构变得复杂、体积相对较大。2、机械手的造价相对较高。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种无源机械手,该机械手的夹爪在执行夹持和松开动作时无需带动力源的驱动机构来驱动,同时该机械手的结构紧凑、体积较小且造价低廉。
为了解决上述技术问题,本发明采用如下技术方案:一种无源机械手,包括机械臂以及至少两个夹爪,所述夹爪包括夹杆以及连接在夹杆前端的夹头,
此外,该无源机械手还包括夹爪锁止机构以及位于所述机械臂下方的夹爪座,所述夹爪座活动连接于机械臂且可相对于机械臂上下移动;
在所述夹杆上设有1号连接点和2号连接点, 所述1号连接点位于夹头和2号连接点之间,所述1号连接点与夹爪座铰接,所述2号连接点与机械臂活动连接;
所述夹爪锁止机构包括相互配合的锁止钩和引导与锁止结构,所述锁止钩、引导与锁止结构分开设置在夹爪座和机械臂上,所述引导与锁止结构包括锁止槽、用于引导所述锁止钩移动至锁止槽中并可引导锁止钩从所述锁止槽中脱出的引导结构;
松开物体时,让所述夹爪座抵靠住物体,将所述机械臂相对于夹爪座往下移动,所述夹杆受机械臂施加的下压力作用绕1号连接点往外翻转,使得所有夹头彼此远离,从而松开原本被夹持的物体,在所述机械臂相对于夹爪座往下移动的过程中,所述锁止钩经引导结构移动至锁止槽中,以锁止所述夹爪并使其保持张开状态;
夹持物体时,让所述夹爪座抵靠住物体,将所述机械臂相对于夹爪座先往下再往上移动使得锁止钩经引导结构从锁止槽中脱出,以解除对夹爪的锁止,在所述机械臂相对于夹爪座往上移动的过程中,所述夹杆受机械臂施加的上提力作用绕1号连接点往内翻转,使得所有张开的夹头彼此靠拢,从而夹住物体。
进一步地,所述夹爪锁止机构还包括分开安装在夹爪座和机械臂上的锁止钩安装座与锁止块;
所述锁止钩包括连接杆和锁止头,所述连接杆的一端可转动连接在锁止钩安装座上,所述连接杆的另一端连接锁止头, 在所述连接杆与锁止钩安装座之间设有扭簧, 所述扭簧的两端分别连接锁止钩安装座和连接杆;
所述锁止槽竖直开设在锁止块上,所述引导结构包括设置在锁止槽上方且向右下方倾斜的导入斜面,在所述锁止块的右侧开设有连通锁止槽的导入缺口,在所述锁止槽的左侧还竖直开设有导出槽,所述导出槽的下部与锁止槽的下部连通;
松开物体时,在所述机械臂相对于夹爪座往下移动的过程中,所述锁止头抵靠住导入斜面且在导入斜面的反作用力下锁止杆向右偏转,当所述锁止头顺着导入斜面移动至导入缺口处时,在所述扭簧复位力的作用下,所述锁止杆向左偏转,使得所述锁止头经导入缺口进入锁止槽中,从而锁止所述夹爪并使其保持张开状态;
夹持物体时,先将所述机械臂相对于夹爪座往下移动,使得所述锁止头向下移动并经锁止槽下部往左进入导出槽中,再将所述机械臂相对于夹爪座往上移动并使所述锁止头从导出槽中向上脱出,进而实现所有张开的夹头彼此靠拢并夹住物体。
更进一步地,所述扭簧轴向可压缩,所述导出槽位于导入斜面的下方,在所述导出槽的上部设有导出斜面,沿所述导出斜面越往上,所述导出槽的深度越浅直至与锁止块表面平齐,所述锁止头抵靠住导出斜面从导出槽中向上脱出时,所述扭簧被轴向压缩。
优选的,所述导出槽的下端低于锁止槽的下端,所述导出槽与锁止槽的下端侧壁位于同一平面内且该平面往左下方倾斜。
其中,所述机械臂包括连接臂以及固定连接在连接臂下端的连接板,在所述连接板的左半部开设有朝左下方倾斜设置的第一腰形孔,在所述连接板的右半部开设有朝右下方倾斜设置的第二腰形孔,在所述第一腰形孔和第二腰形孔内设有轴承,在所述2号连接点设有与夹杆垂直的轴,所述轴承安装在轴上。
其中,所述夹爪座包括底板及安装在底板上的叉形支座,所述叉形支座包括两块竖直设置的立板,所述立板上竖直开设有第三腰形孔,所述连接板插入两块立板之间的叉口中并由穿过第三腰形孔且可在第三腰形孔中上下移动的螺栓与叉形支座活动连接。
优选的,所述锁止头包括垂直于连接杆设置的销轴以及安装在所述销轴上的轴承。
更加优选的,在所述机械臂上设有锁止钩限位块,所述锁止钩限位块位于连接杆的左侧,所述锁止头位于导出槽中时,所述连接杆往左偏转并正好抵靠住锁止钩限位块。
在本发明的一个实例中,该无源机械手用于加料罐的抓取,在所述夹头的夹持面上开设有用于夹持加料罐罐沿的夹持槽,在所述机械臂的顶端设有用于连接吊绳的吊环。
在本发明提供的无源机械手中,夹爪的合拢和打开完全依靠纯机械结构来控制。具体来说,本发明是通过夹爪座与机械臂之间的相对移动来控制夹爪执行对应的动作,而在打开夹爪和夹持物体的动作过程中,本发明还通过夹爪座与机械臂之间的相对移动同时控制了夹爪锁止机构执行锁止和解锁夹爪的动作,从而保证了夹爪动作执行的准确性和可靠性。由于本发明未用到带动力源的驱动机构驱动夹爪开合,故其在整体结构上更加简单紧凑,体积更小,造价也更加低廉,同时还具有极高的防爆安全性。
附图说明
图1为本发明所涉无源机械手的立体结构示意图。
图2为图1所涉无源机械手中机械臂与叉形支座的结构示意图。
图3为本发明所涉无源机械手中锁止块的一种结构示意图。
图4为本发明所涉无源机械手中锁止块的另一种结构示意图。
图5-11为本发明所涉无源机械手放开和夹取加料罐动作分解示意图。
图12为图5中A部位的局部放大图。
图13为图6中A部位的局部放大图。
图14为图7中A部位的局部放大图。
图15为图8中A部位的局部放大图。
图16为图9中A部位的局部放大图。
图17为图10中A部位的局部放大图。
图18为图11中A部位的局部放大图。
图中:
1——机械臂 2——夹爪 3——夹爪锁止机构
4——夹爪座 5——锁止钩限位块 6——吊环
7——加料罐 1a——连接臂 1b——连接板
2a——夹杆 2b——夹头 3a——锁止钩
3b——锁止块 3c——锁止钩安装座 3d——扭簧
4a——底板 4b——叉形支座 1b1——第一腰形孔
1b2——第二腰形孔 2a1——1号连接点 2a2——2号连接点
2b1——夹持槽 3a1——连接杆 3a2——锁止头
3b1——锁止槽 3b2——导入斜面 3b3——导入缺口
3b4——导出槽 3b5——导出斜面 4b1——立板
4b2——第三腰形孔。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员的理解,下面结合实施例与附图对本发明作进一步的说明,实施方式提及的内容并非对本发明的限定。
需要提前说明的是,在本发明中,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定” 等术语应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外,在本发明中,除非另有明确的规定和限定,第一特征在第二特征 “上”或“下”可以包括第一和第二特征直接接触,也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且,第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方,或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方,或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。术语“深度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、 “外”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, 仅是为了便于描述本发明和简化描述,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发明的限制。
图1-3示出了一种无源机械手,其包括机械臂1以及至少两个夹爪2,夹爪2包括夹杆2a以及连接在夹杆2a前端的夹头2b,此外,该无源机械手还包括夹爪锁止机构3以及位于机械臂1下方的夹爪座4,夹爪座4活动连接于机械臂1且可相对于机械臂1上下移动;在夹杆2a上设有1号连接点2a1和2号连接点2a2, 其中,1号连接点2a1位于夹头2b和2号连接点2a2之间,1号连接点2a1与夹爪座4铰接,2号连接点2a2与机械臂1活动连接;前述夹爪锁止机构3包括相互配合的锁止钩3a和引导与锁止结构,锁止钩3a、引导与锁止结构分开设置在夹爪座4和机械臂1上,引导与锁止结构包括锁止槽3b1、用于引导锁止钩3a移动至锁止槽3b1中并可引导锁止钩3a从锁止槽3b1中脱出的引导结构。
松开物体(即图中的加料罐7)时,见图5-8及图12-15所示,让夹爪座4抵靠住物体,将机械臂1相对于夹爪座4往下移动,夹杆2a受机械臂1施加的下压力作用绕1号连接点2a1往外翻转,使得所有夹头2b彼此远离,从而松开原本被夹持的物体,在机械臂1相对于夹爪座4往下移动的过程中,锁止钩3a经引导结构移动至锁止槽3b1中,以锁止夹爪2并使其保持张开状态。
夹持物体(即图中的加料罐7)时,见图9-11及图16-18所示,让夹爪座4抵靠住物体,将机械臂1相对于夹爪座4先往下再往上移动使得锁止钩3a经引导结构从锁止槽3b1中脱出,以解除对夹爪2的锁止,在机械臂1相对于夹爪座4往上移动的过程中,夹杆2a受机械臂1施加的上提力作用绕1号连接点2a1往内翻转,使得所有张开的夹头2b彼此靠拢,从而夹住物体。
在上述图示的无源机械手中,夹爪2的合拢和打开完全依靠纯机械结构来控制。具体来说,其是通过夹爪座4与机械臂1之间的相对移动来控制夹爪2执行对应的动作,而在打开夹爪2和夹持物体的动作过程中,其还通过夹爪座4与机械臂1之间的相对移动同时控制了夹爪锁止机构3执行锁止和解锁夹爪2的动作,从而保证了夹爪2动作执行的准确性和可靠性。由于该机械手未用到带动力源的驱动机构驱动夹爪2开合,故其在整体结构上更加简单紧凑,体积更小,造价也更加低廉,同时还兼具了极高的防爆安全性。
具体来说,前述夹爪锁止机构3还包括如图1-3及图12-18中所示分开安装在夹爪座4和机械臂1上的锁止钩安装座3c与锁止块3b;其中,锁止钩3a包括连接杆3a1和锁止头3a2,连接杆3a1的一端可转动连接在锁止钩安装座3c上,连接杆3a1的另一端连接锁止头3a2, 在连接杆3a1与锁止钩安装座3c之间设有扭簧3d, 扭簧3d的两端分别连接锁止钩安装座3c和连接杆3a1;锁止槽3b1竖直开设在锁止块3b上,引导结构包括设置在锁止槽3b1上方且向右下方倾斜的导入斜面3b2,在锁止块3b的右侧开设有连通锁止槽3b1的导入缺口3b3,在锁止槽3b1的左侧还竖直开设有导出槽3b4,导出槽3b4的下部与锁止槽3b1的下部连通。
松开物体(即图中所示的加料罐7)时,见图12-15所示,在机械臂1相对于夹爪座4往下移动的过程中,锁止头3a2抵靠住导入斜面3b2且在导入斜面3b2的反作用力下锁止杆3a1向右偏转,当锁止头3a2顺着导入斜面3b2移动至导入缺口3b3处时,在扭簧3d复位力的作用下,锁止杆3a1向左偏转,使得锁止头3a2经导入缺口3b3进入锁止槽3b1中,从而锁止夹爪2并使其保持张开状态;此时整个机械手整体往上移动即可与加料罐7分离(见图8所示)。
夹持物体时,见图16-18所示,先将机械臂1相对于夹爪座4往下移动,使得锁止头3a2向下移动并经锁止槽3b1下部往左进入导出槽3b4中,再将机械臂1相对于夹爪座4往上移动并使锁止头3a2从导出槽3b4中向上脱出,进而实现所有张开的夹头2b彼此靠拢并夹住物体。
上述夹爪锁止机构3整体结构简单,其通过简单的机械结构实现了复杂的解锁和锁止动作,值得一提的是,在锁止和解锁夹爪2时,锁止头3a2是从不同的方向进出锁止槽3b1,这样的设计可以预防锁止和解锁过程中的误动作,更好地保障机械手的工作可靠性。
进一步地,在上述实施例中,扭簧3d轴向可压缩(即该扭簧3d同普通螺旋弹簧一样,在轴线方向上可压缩),具体见图3所示,导出槽3b4位于导入斜面3b2的下方,在导出槽3b4的上部设有导出斜面3b5,沿导出斜面3b5越往上,导出槽3b4的深度越浅直至与锁止块3b表面平齐,当锁止头3a2抵靠住导出斜面3b5从导出槽3b4中向上脱出时,扭簧3d将被轴向压缩。需要说明的是,实际应用时,也可以不将导出槽3b4设置在导入斜面3b2的下方,而将其设计在导入斜面3b2的左侧(即导出槽3b4与导入斜面3b2在俯视方向上的投影不产生任意重合),对于导出槽3b4偏置在导入斜面3b2左侧的情况,当扭簧3d未受偏转扭矩(即扭簧3d处于自然状态)时,应当保证锁止头3a2处于导入斜面3b2的上方(即锁止头3a2在俯视方向上的投影与导入斜面3b2在俯视方向上的投影产生重合),以避免机械臂1相对于夹爪座4往下移动时锁止头3a2往左移动滑入导出槽3b4中,导致错误动作。若采用图3所示设计(将导出槽3b4设于导入斜面3b2的下方、采用轴向可压缩的扭簧3d并在导出槽3b4的上部设置导出斜面3b5),则可极大程度避免机械臂1相对于夹爪座4往下移动时锁止头3a2滑入导出槽3b4产生错误动作的情况,更好地保证夹爪锁止机构3的工作可靠性。
图4示出了有别于图3的另一种锁止块3b的结构,与图3不同的是,在图4中,导出槽3b4的下端低于锁止槽3b1的下端,导出槽3b4与锁止槽3b1的下端侧壁位于同一平面内且该平面往左下方倾斜。导出槽3b4与锁止槽3b1的下端侧壁整体往左下方倾斜的设计可以让锁止头3a2更低阻力、更轻松地从锁止槽3b1进入导出槽3b4中,从而让夹爪锁止机构3的解锁动作更顺畅。
在上述实施例中,见图2所示,机械臂1包括连接臂1a以及固定连接在连接臂1a下端的连接板1b,在连接板1b的左半部开设有朝左下方倾斜设置的第一腰形孔1b1,在连接板1b的右半部开设有朝右下方倾斜设置的第二腰形孔1b2,在第一腰形孔1b1和第二腰形孔1b2内设有轴承,在2号连接点2a2设有与夹杆2a垂直的轴,轴承安装在轴上。需要说明的是,本领域技术人员应当明白,实际应用时,夹杆2a与机械臂1之间的活动连接并不局限于上述方式,还可以采用其他类似的衍生结构,为简化表述,对于这些衍生结构就不再一一详细说明。在图2所示的结构中,夹爪座4包括底板4a及安装在底板4a上的叉形支座4b,叉形支座4b包括两块竖直设置的立板4b1,立板4b1上竖直开设有第三腰形孔4b2,连接板1b插入两块立板4b1之间的叉口中并由穿过第三腰形孔4b2且可在第三腰形孔4b2中上下移动的螺栓与叉形支座4b活动连接。其中,锁止头3a2包括垂直于连接杆3a1设置的销轴以及安装在销轴上的轴承。
在上述实施例的基础上,为避免连接杆3a1过度往左偏转导致机械臂1相对夹爪座4往下运动时锁止头3a2无法顺着导入斜面3b2进入锁止槽3b1中(即无法正确完成锁止动作),见图2及图12-18所示,在机械臂1上设有锁止钩限位块5,锁止钩限位块5位于连接杆3a1的左侧,锁止头3a2位于导出槽3b4中时,连接杆3a1往左偏转并正好抵靠住锁止钩限位块5。
最后,需要说明的是,上述图中所示无源机械手用于加料罐的抓取时,在夹头2b的夹持面上应当开设有用于夹持加料罐罐沿的夹持槽2b1,并在机械臂1的顶端设计吊环6,以便将机械手与生产车间内行吊或悬臂吊的吊绳连接。
上述实施例为本发明较佳的实现方案,除此之外,本发明还可以其它方式实现,在不脱离本技术方案构思的前提下任何显而易见的替换均在本发明的保护范围之内。
为了让本领域普通技术人员更方便地理解本发明相对于现有技术的改进之处,本发明的一些附图和描述已经被简化,并且为了清楚起见,本申请文件还省略了一些其它元素,本领域普通技术人员应该意识到这些省略的元素也可构成本发明的内容。