CN108501012A - 智能机械手 - Google Patents

Abstract

本发明涉及零件夹取技术领域，具体涉及一种智能机械手，包括安装架，安装架底部沿着安装架的中轴线对称设置有中空的固定手臂，固定手臂内沿着固定手臂内壁粘接有充满气的气囊；安装架中心位置设置有气缸，气囊和气缸连通，气缸的活塞杆上固定安装有用于对待夹持物件进行吸附的吸盘；固定手臂底端通过转轴转动连接有转动时能压缩气囊的夹持手，且该转轴上固定连接有转盘，安装腔室内设置有凹陷的供转盘的转动区域，所述转盘上滑动连接有能一端端头滑出转盘的滑块，转动区域旁还设置有用于滑块进入的限位槽；固定手臂底端为可压缩的弹性头，固定手臂内设置有安装腔室，安装腔室内设置有连杆，所述连杆一端和弹性头固定连接、另一端和滑块铰接。

Description

智能机械手

技术领域

本发明涉及零件夹取技术领域，具体涉及一种智能机械手。

背景技术

机械手主要由手部和运动机构。手部是用来抓持工件(或工具)的部件，根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式，如夹持型、托持型和吸附型等。运动机构，使手部完成各种转动(摆动)、移动或复合运动来实现规定的动作，改变被抓持物件的位置和姿势。

但现有的机械手对物件进行夹持时常常出现夹持不稳的现象，特别是针对一些易碎的物件，比如：玻璃材质的物件、陶瓷物件等，若夹持力度过大，这些物件极有可能将在夹持时碎裂，所以夹持力度一般不能太大，但若是夹持力度不够，这些物件又容易滑落，一旦滑落后掉下，也极容易摔碎。

发明内容

本发明的解决的技术问题在于提供一种智能机械手，以解决现有机械手对易碎物件进行夹持时容易出现夹持不稳导致物件滑落的问题。

本发明提供的基础方案为：智能机械手，包括安装架，所述安装架底部沿着安装架的中轴线对称设置有中空的固定手臂，所述固定手臂内沿着固定手臂内壁粘接有充满气的气囊；所述安装架中心位置设置有气缸，所述气囊和气缸连通，所述气缸的活塞杆上固定安装有用于对待夹持物件进行吸附的吸盘；所述固定手臂底端通过转轴转动连接有转动时能压缩气囊的夹持手，且该转轴上固定连接有转盘，所述固定手臂内设置有安装腔室，所述安装腔室内设置有凹陷的供转盘的转动区域，所述转盘上滑动连接有能一端端头滑出转盘的滑块，所述转动区域旁还设置有用于供滑块进入的限位槽；所述固定手臂底端为可被压缩的弹性头，所述安装腔室内设置有连杆，所述连杆一端和弹性头固定连接、另一端和滑块铰接；安装腔室靠近安装架的中轴线一侧的侧壁上开设有安装口，安装口旁的安装腔室侧壁上滑动连接有顶块，所述安装口内转动连接有用于对物件进行接触夹持的接触齿轮；所述安装腔室内滑动连接有用于和接触齿轮啮合的齿条，所述齿条的一端设置有斜面，所述顶块位于安装腔室内一端上设置有和齿条斜面配合的另一斜面，所述顶块的斜面顶端和连杆之间连接有弹簧。

本发明的工作原理及优点在于：若待夹持的物件是易碎的玻璃杯，且玻璃杯的杯口竖直朝下放置，在对玻璃杯进行夹持时，当弹性头碰触到玻璃杯或放置玻璃杯的平面时，弹性头受到压缩，使得位于弹性头内的连杆向转盘一侧移动，连杆移动使得滑块从限位槽滑动到转盘内，然后转盘以及转盘上的滑块在连杆的带动下在凹陷的转动区域内转动，使得和转盘固定连接的转轴转动，进而使得夹持手向外张开，夹持手向外张开的过程中，将压缩到中空的固定手臂内的气囊，使得气囊内的气体进入到气缸内，气缸内的气压增加，气缸的活塞以及活塞杆竖直向下运动，使得活塞杆上的吸盘竖直向下运动，直至和玻璃杯接触，将玻璃杯吸住；而夹持手向外张开后弹性头将不再和放置玻璃杯平面接触，弹性头将在自身的弹性作用力下渐渐恢复原来的形状，弹性头上固定连接的连杆随着弹性头向远离转盘一侧运动，由于凹陷的转动区域的限制，使得滑块无法滑出转盘，滑块以及转盘在连杆的带动下转动，当滑块滑动到限位槽处时，滑块在连杆的拉动作用下进入到限位槽内，转盘停止转动，此时，夹持手无法继续转动，避免在对玻璃杯进行夹持时夹持手向外张开，失去对玻璃杯的夹持作用；而转盘转动使得夹持手向玻璃杯靠拢，由于气囊沿着固定手臂内壁粘接，在夹持手转动过程中，气囊内将产生负压，使得气缸内的气体回到气囊内，气缸的活塞以及活塞杆向上运动，带动玻璃杯向上运动，这时带动整个机械手向上运动，夹持手便能对玻璃杯进行夹持，完成玻璃杯的夹持动作。

当夹持手和吸盘对玻璃杯的夹持和吸附作用力不够时，玻璃杯将滑落，玻璃杯滑落时，将使得和玻璃杯接触的接触齿轮转动，接触齿轮转动时将使得和接触齿轮啮合的齿条沿着顶块的斜面滑动，使得顶块向安装腔室外滑动，对玻璃杯进行夹持，避免玻璃杯继续向下滑动；同时，顶块的制作长度便能限制对顶块施加的最大夹持力度，避免顶块将玻璃杯夹碎。

与现有技术相比，通过吸盘和夹持手同时对需要进行夹持的物件进行吸附和夹持，能有效的避免在对物件进行夹持时物件滑落，且当物件滑落时，通过接触齿轮能够自动检测该物件是否滑动，且在物件进行滑动时，使顶块滑出，增加对物件的夹持力度，避免被夹持的物件继续滑落；通过改变顶块的长度，便能改变对物件的最大夹持力度，避免物件被夹持坏；在碰触到放置物件的平面等物体时，机械手将自动张开，且在机械手张开时，气缸将自动下降，方便对物件的夹持和取下；弹簧的设置使得连杆向转盘一侧移动时，顶块在连杆以及弹簧的拉动作用下降滑入到安装腔室内，齿条将向远离该顶块处移动，方便物件放下后再次夹持物件时顶块能够在物件滑动时滑出。

进一步，所述安装腔室内还转动连接有换向齿轮，所述换向齿轮分别和齿条以及接触齿轮啮合，所述顶块设置在接触齿轮靠近弹性头一侧。

通过换向齿轮，使得齿条只能向着下方运动，齿条向下运动过程中使得设置在接触齿轮靠近弹性头一侧的顶块滑出，当夹持的物件并没有滑落到该顶块处时，物件滑落到该顶块所在位置时将被顶块挡住而无法继续向下滑动。

进一步，所述安装口内壁上固定连接有电机，电机的输出轴上固定连接有“Y”形的安装支架，所述接触齿轮安装在安装支架内；所述换向齿轮和安装腔室之间通过转轴连接，且换向齿轮可在转动上滑动，该转轴和安装腔室连接处设置有电磁铁，所述电磁铁上抵靠有铁材质的弹簧，所述弹簧一端和电磁铁连接、另一端和换向齿轮连接；所述电磁铁上电连接有微控制器，所述微控制器还和电机电连接，所述微控制器能控制电磁铁通电再控制电机输出轴转动180°。

若被夹持的物件为玻璃杯，且玻璃杯杯口向上放置到平面时，通过微控制器控制电磁铁通电，弹簧将受到电磁铁的吸附作用力而压缩，换向齿轮沿着转轴向安装腔室侧壁滑动，使得换向齿轮和接触齿轮之间脱离，然后微控制器控制电机转动，使得电机的输出轴转动180°，电机的输出轴转动使得电机输出轴上焊接的安装支架转动，安装支架上的转动连接的接触齿轮转动，接触齿轮上接触夹持的玻璃杯开始随接触齿轮的转动而转动，使得玻璃杯颠倒；这时，可使得机械手向下运动，使得弹性头碰触到放置玻璃杯的平面，将玻璃杯放置到平面后进行重新夹持。

进一步，所述吸盘和物件的接触面上设置有压力传感器，所述压力传感器和微控制器电连接，所述微控制器根据压力传感器传递的电信号控制电机和电磁铁工作。

若玻璃杯杯口向上放置，当弹性头碰触到放置玻璃杯的平面时，活塞杆上的吸盘向下运动时，吸盘将进入到玻璃杯内，不会对玻璃杯进行吸附，这时，吸盘上的压力传感器将感应不到压力，然后压力传感器传递一个电信号给微控制器，微控制器接收到压力传感器传递的电信号后控制电磁铁通电，然后控制电机转动，实现被夹持物件是否需要转换夹持方向的自动识别。

进一步，所述吸盘内设置有进气口，所述进气口上设置有电磁阀，所述电磁阀和微控制器电连接，所述微控制器能够控制该电磁阀开启和关闭，所述进气口和气缸连通。

在需要放下吸盘上吸附的物件时，可通过微控制器控制电磁阀开启，使得气缸内的气体进入到吸盘内，使得吸盘内被注入气体，使得吸盘松开被吸住的物件。

进一步，所述气缸上设置有充气阀。

当需要对气缸或气囊进行充气时，可通过打开充气阀对气缸和气囊进行充气。

附图说明

图1为本发明实施例中智能机械手的结构示意图；

图2为本发明实施例中接触齿轮、换向齿轮以及电机的连接结构示意图；

图3为图1中A处的局部放大图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细的说明：

说明书附图中的附图标记包括：安装架1、气囊2、转盘3、连杆4、玻璃杯5、夹持手6、吸盘7、固定手臂8、电机9、电磁铁10、接触齿轮11、换向齿轮12、齿条13、顶块14、弹簧15。

实施例

在本实施例中，夹持的物件选用玻璃杯进行举例说明。

实施例基本如附图1、附图2和附图3所示：智能机械手，包括安装架1，安装架1底部沿安装架1中轴线对称设置有中空的固定手臂8，固定手臂8内粘接有充满气的气囊2；安装架1中部设置有气缸，气缸的活塞杆上粘接连接有吸盘7，气囊2和气缸内部连通；固定手臂8底端转动连接有夹持手6，夹持手6顶端侧壁和气囊2接触且粘接，夹持手6和固定手臂8底端通过转轴转动连接，夹持手6转动过程中将压紧固定手臂8内的气囊2；夹持手6内设置有安装腔室，夹持手6和固定手臂8之间连接的转轴上焊接有转盘3，转盘3边沿铰接有连杆4，转盘3和连杆4位于安装腔室内；夹持手6底端为可压缩的呈半圆状的弹性头，弹性头可采用橡胶材质，连杆4底端位于弹性头处且和弹性头之间固定连接；靠近安装架1中轴线一侧的夹持手6侧壁上开设有安装口，即在夹持手6的内侧设置安装口，安装口侧壁上固定安装有电机9，电机9的输出轴上焊接有“Y”形的安装支架，“Y”形的安装支架内转动连接有能够和玻璃杯5接触的接触齿轮11，安装腔室内设置有用于和接触齿轮11啮合的换向齿轮12，换向齿轮12和安装腔室侧壁之间通过转轴连接，换向齿轮12可在转轴上滑动，且该转轴和安装腔室侧壁的连接处设置有电磁铁10，电磁铁10上抵靠有铁材质的弹簧，该弹簧和换向齿轮12之间铰接，当电磁铁10通电时，该弹簧将受到电磁铁10的吸附作用力而压缩，使得换向齿轮12沿着转轴向安装腔室侧壁滑动，进而使得换向齿轮12和接触齿轮11之间脱离；

安装腔室内还滑动套接有用于和换向齿轮12啮合的齿条13，齿条13底端设置有斜面；安装口之下的夹持手6侧壁上滑动连接有用于阻止玻璃杯5滑落的顶块14，顶块14位于安装腔室内一端设置有和齿条13斜面配合的另一斜面，当齿条13向下运动的过程中，顶块14将在齿条13的推动作用下往安装腔室外滑动，阻挡玻璃杯5继续向下滑动；顶块14斜面的高端铰接有弹簧15，弹簧15和连杆4铰接；

另外，吸盘7面上还设置有压力传感器，压力传感器上线路连接有微控制器，微控制器和电机9以及电磁铁10线路连接，微控制器能根据压力传感器传递的电信号先控制电磁铁10通电，然后控制电机9转动，微控制器控制电机9转动时使得电机9的输出轴转动180°；在本实施例中，压力传感器可选用TELESKY的HX711模块，微控制器可选用AT89C51系列单片机。

具体实施时，在对玻璃杯5进行夹持时，若玻璃杯5杯口向下放置，当弹性头碰触到放置玻璃杯5的平面时，弹性头受到压缩，使得位于弹性头内的连杆4向上移动，连杆4向上移动使得转盘3转动，和转盘3固定连接的转轴转动，进而使得夹持手6向外张开，夹持手6向外张开的过程中，将压缩中空的固定手臂8内的气囊2，使得气囊2内的气体进入到气缸内，气缸内的气压增加，气缸的活塞以及活塞杆向下运动，使得活塞杆上的吸盘7向下运动，直至和玻璃杯5接触，将玻璃杯5吸住；而夹持手6向外张开后弹性头将不再和放置玻璃杯5的平面接触，弹性头将在自身的弹性作用力下渐渐恢复原来的形状，弹性头上固定连接的连杆4随着弹性头向下运动，使得转盘3转动，转盘3转动使得夹持手6向玻璃杯5靠拢，由于夹持手6顶端侧壁和气囊2接触且粘接，在夹持手6转动过程中，气囊2内将产生负压，使得气缸内的气体回到气囊2内，气缸的活塞以及活塞杆向上运动，带动玻璃杯5向上运动，这时只需带动整个机械手向上运动，夹持手6便能对玻璃杯5进行夹持，完成玻璃杯5的夹持动作；

当吸盘7对玻璃杯5的吸附作用力不够时，玻璃杯5将滑落，玻璃杯5滑落时，将使得和玻璃杯5接触的接触齿轮11转动，接触齿轮11转动时将使得和接触齿轮11啮合的换向齿轮12转动，换向齿轮12转动使得换向齿轮12上啮合的齿条13沿着顶块14的斜面向下运动，使得顶块14向安装腔室外滑动，对玻璃杯5进行夹持，避免玻璃杯5继续向下滑动；同时，玻璃杯5采用的是玻璃材质，若顶块14对玻璃杯5的夹持力度过大，可能导致玻璃杯5破裂，这时，只需要限制顶块14的制作长度便能限制顶块14玻璃杯5的夹持力度；

若玻璃杯5杯口向上放置，当弹性头碰触到放置的玻璃杯5时，活塞杆上的吸盘7向下运动时，吸盘7将进入到玻璃杯5内，不会对玻璃杯5进行吸附，这时，吸盘7上的压力传感器将感应不到压力，然后压力传感器传递一个电信号给微控制器，微控制器接收到压力传感器传递的电信号后控制电磁铁10通电，弹簧将受到电磁铁10的吸附作用力而压缩，换向齿轮12沿着转轴向安装腔室侧壁滑动，使得换向齿轮12和接触齿轮11之间脱离，然后微控制器控制电机9转动，使得电机9的输出轴转动180°，电机9的输出轴转动使得电机9输出轴上焊接的安装支架转动，安装支架上转动连接的接触齿轮11转动，接触齿轮11上接触夹持的玻璃杯5开始随接触齿轮11的转动而转动，使得玻璃杯5颠倒至杯口向上；这时，可使得机械手向下运动，使得弹性头碰触到放置的玻璃杯5或放置玻璃杯的平面，将玻璃杯5放置到平面后进行重新夹持。

另外，还可在安装腔室内设置转盘3转动的凹陷的圆形转动区域，转盘3设置在转动区域内，在转盘3盘面上滑动连接滑块，使得滑块能够随转盘3在转动区域内滑动；将连杆4和滑块连接，在安装腔室内设置用于滑块进入的限位槽，当连杆4向上运动时，滑块完全滑入到转盘3盘面上，然后在连杆4继续向上运动时，滑块以及转盘3随连杆4转动；当弹性头在自身的弹性作用力下向下运动，弹性头上固定连接的连杆4向下运动，转动区域限制了连杆4将滑块从转盘3上拉出，使得转盘3以及滑块随连杆4转动，当滑块转动到限位槽处时，连杆4继续向下运动将使得滑块滑入限位槽内，夹持手6无法继续转动，避免在对玻璃杯5等物件进行夹持过程中夹持手6转动。

其外，还可在吸盘7上设置进气口，在进气口处设置电磁阀，将电磁阀和微控制器连接，然后将进气口和气缸连通，且在气缸上设置充气阀。在气缸上设置充气阀方便对气缸和气囊2进行充气，在需要放下吸盘7上吸附的物件时，可通过微控制器控制电磁阀开启，使得气缸内的气体进入到吸盘7内，使得吸盘7内被注入气体，使得吸盘7松开被吸住的物件。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (6)

1.智能机械手，其特征在于，包括安装架，所述安装架底部沿着安装架的中轴线对称设置有中空的固定手臂，所述固定手臂内沿着固定手臂内壁粘接有充满气的气囊；所述安装架中心位置设置有气缸，所述气囊和气缸连通，所述气缸的活塞杆上固定安装有用于对待夹持物件进行吸附的吸盘；所述固定手臂底端通过转轴转动连接有转动时能压缩气囊的夹持手，且该转轴上固定连接有转盘，所述固定手臂内设置有安装腔室，所述安装腔室内设置有凹陷的供转盘的转动区域，所述转盘上滑动连接有能一端端头滑出转盘的滑块，所述转动区域旁还设置有用于供滑块进入的限位槽；所述固定手臂底端为可被压缩的弹性头，所述安装腔室内设置有连杆，所述连杆一端和弹性头固定连接、另一端和滑块铰接；安装腔室靠近安装架的中轴线一侧的侧壁上开设有安装口，安装口旁的安装腔室侧壁上滑动连接有顶块，所述安装口内转动连接有用于对物件进行接触夹持的接触齿轮；所述安装腔室内滑动连接有用于和接触齿轮啮合的齿条，所述齿条的一端设置有斜面，所述顶块位于安装腔室内一端上设置有和齿条斜面配合的另一斜面，所述顶块的斜面顶端和连杆之间连接有弹簧。

2.根据权利要求1所述的智能机械手，其特征在于，所述安装腔室内还转动连接有换向齿轮，所述换向齿轮分别和齿条以及接触齿轮啮合，所述顶块设置在接触齿轮靠近弹性头一侧。

3.根据权利要求2所述的智能机械手，其特征在于，所述安装口内壁上固定连接有电机，电机的输出轴上固定连接有“Y”形的安装支架，所述接触齿轮安装在安装支架内；所述换向齿轮和安装腔室之间通过转轴连接，且换向齿轮可在转动上滑动，该转轴和安装腔室连接处设置有电磁铁，所述电磁铁上抵靠有铁材质的弹簧，所述弹簧一端和电磁铁连接、另一端和换向齿轮连接；所述电磁铁上电连接有微控制器，所述微控制器还和电机电连接，所述微控制器能控制电磁铁通电再控制电机输出轴转动180°。

4.根据权利要求3所述的智能机械手，其特征在于，所述吸盘和物件的接触面上设置有压力传感器，所述压力传感器和微控制器电连接，所述微控制器根据压力传感器传递的电信号控制电机和电磁铁工作。

5.根据权利要求1或4所述的智能机械手，其特征在于，所述吸盘内设置有进气口，所述进气口上设置有电磁阀，所述电磁阀和微控制器电连接，所述微控制器能够控制该电磁阀开启和关闭，所述进气口和气缸连通。

6.根据权利要求5所述的智能机械手，其特征在于，所述气缸上设置有充气阀。