CN108527416A - 一种缠绕机器手 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种缠绕机器手，属于机器人手领域，其包括万向节、定长杆Ⅰ、缠绕机构、抓取机构、传动机构、固定机构，万向节设置在定长杆Ⅰ顶端，缠绕机构设置在定长杆Ⅰ底端，缠绕机构与抓取机构连接，传动机构设置在缠绕机构上方，固定装置固定在缠绕机构上；本发明装置是用于机器人抓取物体，实现缠绕式抓取物体，以简单的杆件结构实现了抓取和释放物体的目的，其结构简单，可靠性好，使用寿命长，缠绕抓取稳定性高。

Description

一种缠绕机器手

技术领域

本发明专利属于机器人手技术领域，涉及一种缠绕机器手。

背景技术

机器人手在机器人领域中有广泛的用途，用于将机器人与物体临时连接和固定起来，并能够在适当的时候进行释放，实现了抓取物体和释放功能，一些机器人手为了降低成本被制作成两个相对运动的部分，以便于最简单的实现抓取和释放功能。缠绕机器手是对机器手的抓取方法的一次改进，在不改变抓取和释放的原理上改变了抓取与释放的方式。

机器人手有许多模仿人手的结构，设计为具有更多的手指和手指上具有若干的关节，但那样会采用机械系统、传感系统、控制系统和控制算法，增加了复杂度、提高了成本。

现有的机器手抓取长杆件时多数为点面接触或小面积的面面接触，抓取时存在着平衡稳定性差的弊端，采用缠绕式抓取与释放就可以改善这一问题，从提高了机器手的工作效率，现有机器手改变其工作环境是的拆装与携带也是十分不方便的，而缠绕机器手就可以使拆装与携带变得十分方便，因缠绕机器手的组成零件十分简单，可以使其组装变得更简洁。

发明内容

为了克服已有技术的不足，本发明提供了一种缠绕机器手，用于抓取物体，实现对物体的大面积接触抓取，以维持物体的平稳；采用杆件实现缠绕，对杆件的抓取效果可以大幅度的提升。

本发明缠绕机器手包括万向节、定长杆Ⅰ、缠绕机构、抓取机构、传动机构、固定机构，万向节设置在定长杆Ⅰ顶端，缠绕机构设置在定长杆Ⅰ底端，缠绕机构与抓取机构连接，传动机构设置在缠绕机构上方，固定装置固定在缠绕机构上；

其中固定机构包括固定齿轮、固定轴、固定支座、刚卷，固定支座包括底板、2个中空的侧板，2个侧板分别倾斜固定在底板两端上，固定齿轮通过2个固定轴设置在侧板内，2个固定轴上缠绕有刚卷，侧板上开有条状开口，条状开口中间为齿轮槽，固定齿轮设置在齿轮槽中，刚卷的一端设置在条状开口上并能从其内伸出或缩回；

缠绕机构包括定长杆Ⅱ、可伸长杆Ⅰ、可伸长杆Ⅱ、可伸长杆Ⅲ、可伸长杆Ⅳ、定长杆Ⅲ、液压杆Ⅰ、电机Ⅰ、转动轮、液压杆Ⅱ、液压杆Ⅲ、液压杆Ⅳ、液压杆Ⅴ，定长杆Ⅱ、可伸长杆Ⅰ、可伸长杆Ⅱ、可伸长杆Ⅲ、可伸长杆Ⅳ、定长杆Ⅲ依次通过单向转动销连接，定长杆Ⅱ通过单向转动销与定长杆Ⅰ连接，电机Ⅰ设置在定长杆Ⅲ一端内部，电机Ⅰ的输出端上固定有转动轮；液压杆Ⅰ一端固定在定长杆Ⅱ上，液压杆Ⅰ另一端的伸缩杆固定在可伸长杆Ⅰ上，可伸长杆Ⅰ、可伸长杆Ⅱ、可伸长杆Ⅲ、可伸长杆Ⅳ、定长杆Ⅲ之间依次设置有液压杆Ⅱ、液压杆Ⅲ、液压杆Ⅳ、液压杆Ⅴ，安装方式同液压杆Ⅰ；

抓取机构包括橡胶套、指尖件、抓取杆件Ⅰ、抓取液压杆Ⅰ、2个抓取液压杆Ⅱ、抓取杆件Ⅱ、抓取杆件Ⅲ，抓取杆件Ⅱ一端固定在转动轮上，另一端与抓取杆件Ⅰ一端连接，抓取杆件Ⅰ另一端通过抓取杆件Ⅲ与指尖件连接，橡胶套套装在指尖件上，抓取液压杆Ⅰ一端固定在抓取杆件Ⅱ上，另一端的伸缩杆与抓取杆件Ⅲ固接，抓取液压杆Ⅱ一端固定在抓取杆件Ⅱ上，另一端的伸缩杆固定在抓取杆件Ⅰ上；

传动机构包括蜗杆、传动带支撑架、传动带、2个传动带滚轮、小蜗轮、大蜗轮、电机Ⅱ、电机Ⅲ、电机Ⅳ、电机Ⅴ、支架Ⅰ、支架Ⅱ、支座，支架Ⅰ、支架Ⅱ分别固定在可伸长杆Ⅱ两侧，支座固定在可伸长杆Ⅱ内，电机Ⅳ、电机Ⅴ分别设置在支架Ⅰ、支架Ⅱ上，电机Ⅳ、电机Ⅴ的输出端上分别固定一个小蜗轮，蜗杆设置在支架Ⅰ、支架Ⅱ上并位于2个小蜗轮上方，2个小蜗轮与蜗杆相配合并带动蜗杆转动，阶梯销一端固定在支座上，大蜗轮设置在阶梯销另一端上，传动带支撑架固定在大蜗轮上，蜗杆与大蜗轮相配合并带动大蜗轮旋转，电机Ⅱ、电机Ⅲ分别通过支架固定在传动带支撑架两端相对的一侧，传动带通过2个传动带滚轮设置在传动带支撑架上方，电机Ⅱ、电机Ⅲ输出端分别与2个传动带滚轮连接并带动其转动。

所述可伸长杆Ⅰ为U型结构，其包括U型的基座、2个活动板，活动板一端上开有单向转动销安装孔Ⅰ，活动板另一端上装有滚子，基座一端上开有单向转动销安装孔Ⅱ，另一端上开有滑动槽，活动板通过滚子设置在基座的滑动槽内并沿其移动，弹簧一端固定在基座内，另一端与活动板带滚子的一端连接，液压杆Ⅰ的一端固定在定长杆Ⅱ上，另一端的伸缩杆固定在可伸长杆Ⅰ的轴上；可伸长杆Ⅱ、可伸长杆Ⅲ、可伸长杆Ⅳ的结构同可伸长杆Ⅰ。

所述定长杆Ⅱ为U型结构。

所述单向转动销为带有凸起的圆柱销，单向转动销安装孔Ⅰ和单向转动销安装孔Ⅱ为上半圆直径大于下半圆直径的孔，单向转动销在单向转动销安装孔Ⅰ或单向转动销安装孔Ⅱ中转动半圈。

所述固定齿轮包括轮体和固定在轮体上的挡片，挡片设置在齿轮槽外。

本装置中可伸长杆数量大于4。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

1、物体的抓取方式从常规的点接触变为了面接触，增大了机器手与物体的接触面积，使得物体与机器手的摩擦力增大，让物体的抓取变得更稳定；

2、此机器手结构简单，以简单的杆件为主要零件，零件生产制造容易，零件的加工成本较低，使设备的运行成本较低；

3、以液压杆为能源装置，以液压杆简单的运动路径，完成对物体的抓取和释放；

4、设备运行所需零件简单，设备故障容易诊断，更换零件方便；

5、此机器手多处采用销连接，拆装便捷，利于更换工作地点；

6、缠绕机构上使用了弹簧，增加了被抓取物体与机器手的适应性；

7、传动机构中使用了蜗轮与蜗杆传动，提升了机器手的使用寿命；

8、抓取效果的可调性，增加机器手的主体杆件数，达到最优的抓取效果。

本发明装置结构简单，可靠性好，使用寿命长，缠绕抓取稳定性高，适于工业化生产和市场推广应用。

附图说明

图1是本发明装置的结构示意图；

图2是本发明缠绕机构的结构示意图；

图3是本发明缠绕机构的结构示意图；

图4是本发明可伸长杆的结构示意图；

图5是本发明可伸长杆的剖视结构示意图；

图6是活动板结构示意图；

图7是可伸长杆Ⅱ和部分传动机构示意图；

图8本发明抓取机构的结构示意图；

图9是本发明抓取机构的结构示意图；

图10是本发明的蜗杆与小蜗轮配合结构是示意图；

图11是本发明的单向转动销结构示意图；

图12是本发明的固定机构结构示意图；

图13是本发明固定齿轮和固定轴结构示意图；

图14是本发明固定机构剖面结构示意图；

图15是固定齿轮剖视结构示意图；

图16是传送机构侧视结构示意图；

图17是传送机构俯视结构示意图

图18是本发明的抓取实物（使用状态）结构示意图；

图中：1-万向节，2-定长杆Ⅰ，3-固定齿轮，4-固定轴，5-固定支座，6-定长杆Ⅱ，7-可伸长杆Ⅰ，8-蜗杆，9-可伸长杆Ⅱ，10-可伸长杆Ⅲ，11-可伸长杆Ⅳ，12-定长杆Ⅲ，13-橡胶套，14-指尖件，15-抓取杆件Ⅰ，16-抓取液压杆Ⅰ，17-抓取液压杆Ⅱ，18-抓取杆件Ⅱ，19-传动带支撑架，20-传动带，21-传动带滚轮，22-小蜗轮，23-刚卷，24-大蜗轮，25-滚子，26-弹簧，27-挡片，28-单向转动销，29-阶梯销，30-液压杆Ⅰ，31-电机Ⅰ，32-抓取杆件Ⅲ，33-转动轮，34-电机Ⅱ，35-电机Ⅲ，36-电机Ⅳ，37-电机Ⅴ，38-液压杆Ⅱ，39-液压杆Ⅲ，40-液压杆Ⅳ，41-液压杆Ⅴ，42-基座，43-活动板，44-单向转动销安装孔Ⅰ，45-滑动槽，46-单向转动销安装孔Ⅱ，47-轴，48-支架Ⅰ，49-支架Ⅱ，50-支座，51-缠绕机构，52-抓取机构，53-传动机构，54-固定机构，55-凸起，56-底板，57-侧板，58-条状开口，59-齿轮槽，60-轮体。

具体实施方式

下面结合附图及实施例进一步详细说明本发明的具体结构、工作原理及工作过程。

实施例1：如图1-17所示，本缠绕机器手包括万向节1、定长杆Ⅰ2、缠绕机构51、抓取机构52、传动机构53、固定机构54，万向节1设置在定长杆Ⅰ2顶端，缠绕机构设置在定长杆Ⅰ2底端，缠绕机构与抓取机构连接，传动机构设置在缠绕机构上方，固定装置固定在缠绕机构上；

其中固定机构包括固定齿轮3、固定轴4、固定支座5、刚卷23，固定支座5包括底板56、2个中空的侧板57，2个侧板分别倾斜固定在底板两端上，固定齿轮3通过2个固定轴4设置在侧板57内，2个固定轴4上缠绕有刚卷23，侧板上开有条状开口58，条状开口58中间为齿轮槽59，固定齿轮3设置在齿轮槽59中，刚卷23的一端设置在条状开口58上并能从其内伸出或缩回；

缠绕机构包括定长杆Ⅱ6、可伸长杆Ⅰ7、可伸长杆Ⅱ9、可伸长杆Ⅲ10、可伸长杆Ⅳ11、定长杆Ⅲ12、液压杆Ⅰ30、电机Ⅰ31、转动轮33、液压杆Ⅱ38、液压杆Ⅲ39、液压杆Ⅳ40、液压杆Ⅴ41，定长杆Ⅱ6、可伸长杆Ⅰ7、可伸长杆Ⅱ9、可伸长杆Ⅲ10、可伸长杆Ⅳ11、定长杆Ⅲ12依次通过单向转动销连接，定长杆Ⅱ6通过单向转动销与定长杆Ⅰ2连接，电机Ⅰ31设置在定长杆Ⅲ12一端内部，电机Ⅰ31的输出端上固定有转动轮33；液压杆Ⅰ30一端固定在定长杆Ⅱ6上，液压杆Ⅰ另一端的伸缩杆固定在可伸长杆Ⅰ7的轴47上，可伸长杆Ⅰ7、可伸长杆Ⅱ9、可伸长杆Ⅲ10、可伸长杆Ⅳ11、定长杆Ⅲ12之间依次设置有液压杆Ⅱ38、液压杆Ⅲ39、液压杆Ⅳ40、液压杆Ⅴ41，安装方式同液压杆Ⅰ30；可伸长杆Ⅰ7为U型结构，其包括U型的基座42、2个活动板43，活动板43一端上开有单向转动销安装孔Ⅰ44，活动板43另一端上装有滚子25，基座42一端上开有单向转动销安装孔Ⅱ46，另一端上开有滑动槽45，活动板43通过滚子25设置在基座42的滑动槽45内并沿其移动，弹簧26一端固定在基座42内，另一端与活动板43带滚子的一端连接，可伸长杆Ⅱ9、可伸长杆Ⅲ10、可伸长杆Ⅳ11的结构同可伸长杆Ⅰ7；单向转动销安装孔Ⅰ和单向转动销安装孔Ⅱ为上半圆直径大于下半圆直径的孔，单向转动销28在单向转动销安装孔Ⅰ或单向转动销安装孔Ⅱ中转动半圈；

抓取机构包括橡胶套13、指尖件14、抓取杆件Ⅰ15、抓取液压杆Ⅰ16、2个抓取液压杆Ⅱ17、抓取杆件Ⅱ18、抓取杆件Ⅲ32，抓取杆件Ⅱ18一端固定在转动轮33上，另一端与抓取杆件Ⅰ15一端连接，抓取杆件Ⅰ15另一端通过抓取杆件Ⅲ32与指尖件14连接，橡胶套13套装在指尖件14上，抓取液压杆Ⅰ16一端固定在抓取杆件Ⅱ18上，另一端的伸缩杆与抓取杆件Ⅲ固接，抓取液压杆Ⅱ17一端固定在抓取杆件Ⅱ18上，另一端的伸缩杆固定在抓取杆件Ⅰ15上；

传动机构包括蜗杆8、传动带支撑架19、传动带20、2个传动带滚轮21、小蜗轮22、大蜗轮24、电机Ⅱ34、电机Ⅲ35、电机Ⅳ36、电机Ⅴ37、支架Ⅰ48、支架Ⅱ49、支座50，支架Ⅰ48、支架Ⅱ49分别固定在可伸长杆Ⅱ9两侧，支座50固定在可伸长杆Ⅱ9内，电机Ⅳ36、电机Ⅴ37分别设置在支架Ⅰ48、支架Ⅱ49上，电机Ⅳ36、电机Ⅴ37的输出端上分别固定一个小蜗轮22，蜗杆8设置在支架Ⅰ48、支架Ⅱ49上并位于2个小蜗轮22上方，2个小蜗轮22与蜗杆8相配合并带动蜗杆转动，阶梯销29一端固定在支座50上，大蜗轮24设置在阶梯销29另一端上，传动带支撑架19固定在大蜗轮24上，蜗杆8与大蜗轮24相配合并带动大蜗轮旋转，电机Ⅱ34、电机Ⅲ35分别通过支架固定在传动带支撑架19两端相对的一侧，传动带20通过2个传动带滚轮21设置在传动带支撑架19上方，电机Ⅱ34、电机Ⅲ35输出端分别与2个传动带滚轮21连接并带动其转动。

实施例2：如图11、15所示，本装置结构同实施例1，不同在于：定长杆Ⅱ6为U型结构；单向转动销28为带有凸起的圆柱销，单向转动销28在单向转动销安装孔Ⅰ或单向转动销安装孔Ⅱ中转动半圈；固定齿轮3包括轮体60和固定在轮体上的挡片27，挡片27设置在齿轮槽59外。

工作时抓取装置的指尖件14、橡胶套13、抓取杆件Ⅲ32、抓取杆件Ⅰ15、抓取杆件Ⅱ18通过抓取液压杆Ⅰ16、2个抓取液压杆Ⅱ17驱动，配合抓取物体并把物体固定，启动电机Ⅰ31带动转动轮33使物体可以平稳的放在传动机构上，物体放下后再次驱动；物体到达传动机构后启动电机Ⅱ34、电机Ⅲ35带动设置在传动带支撑架两端的传动带滚轮21将物体运送到固定机构处 ，到达固定机构的物体利用自身重力按压挡板27驱动固定齿轮3转动，固定齿轮3牵引刚卷23从条状开口58伸出而使物体固定；物体固定好之后启动电机Ⅳ36、电机Ⅴ37，电机Ⅳ36、电机Ⅴ37带动小蜗轮22从而使蜗杆8带动大蜗轮24，进而使整个传送机构旋转90°；启动液压杆Ⅰ30、液压杆Ⅱ38、液压杆Ⅲ39、液压杆Ⅳ40、液压杆Ⅴ41，使杆件从抓取机构开始对物体依次进行缠绕固定进而达到抓取的目的；可以根据需要改变可伸长杆、定长杆的个数，以达到最好的抓取效果（图18）。

Claims (6)

1.一种缠绕机器手，其特征在于：包括万向节（1）、定长杆Ⅰ（2）、缠绕机构、抓取机构、传动机构、固定机构，万向节（1）设置在定长杆Ⅰ（2）顶端，缠绕机构设置在定长杆Ⅰ（2）底端，缠绕机构与抓取机构连接，传动机构设置在缠绕机构上方，固定装置固定在缠绕机构上；

其中固定机构包括固定齿轮（3）、固定轴（4）、固定支座（5）、刚卷（23），固定支座（5）包括底板（56）、2个中空的侧板（57），2个侧板分别倾斜固定在底板两端上，固定齿轮（3）通过2个固定轴（4）设置在侧板（57）内，2个固定轴（4）上缠绕有刚卷（23），侧板上开有条状开口（58），条状开口（58）中间为齿轮槽（59），固定齿轮（3）设置在齿轮槽（59）中，刚卷（23）的一端设置在条状开口（58）上并能从其内伸出或缩回；

缠绕机构包括定长杆Ⅱ（6）、可伸长杆Ⅰ（7）、可伸长杆Ⅱ（9）、可伸长杆Ⅲ（10）、可伸长杆Ⅳ（11）、定长杆Ⅲ（12）、液压杆Ⅰ（30）、电机Ⅰ（31）、转动轮（33）、液压杆Ⅱ（38）、液压杆Ⅲ（39）、液压杆Ⅳ（40）、液压杆Ⅴ（41），定长杆Ⅱ（6）、可伸长杆Ⅰ（7）、可伸长杆Ⅱ（9）、可伸长杆Ⅲ（10）、可伸长杆Ⅳ（11）、定长杆Ⅲ（12）依次通过单向转动销连接，定长杆Ⅱ（6）通过单向转动销与定长杆Ⅰ（2）连接，电机Ⅰ（31）设置在定长杆Ⅲ（12）一端内部，电机Ⅰ（31）的输出端上固定有转动轮（33）；液压杆Ⅰ（30）一端固定在定长杆Ⅱ（6）上，液压杆Ⅰ另一端的伸缩杆固定在可伸长杆Ⅰ（7）上；可伸长杆Ⅰ（7）、可伸长杆Ⅱ（9）、可伸长杆Ⅲ（10）、可伸长杆Ⅳ（11）、定长杆Ⅲ（12）之间依次设置有液压杆Ⅱ（38）、液压杆Ⅲ（39）、液压杆Ⅳ（40）、液压杆Ⅴ（41），安装方式同液压杆Ⅰ（30）；

抓取机构包括橡胶套（13）、指尖件（14）、抓取杆件Ⅰ（15）、抓取液压杆Ⅰ（16）、2个抓取液压杆Ⅱ（17）、抓取杆件Ⅱ（18）、抓取杆件Ⅲ（32），抓取杆件Ⅱ（18）一端固定在转动轮（33）上，另一端与抓取杆件Ⅰ（15）一端连接，抓取杆件Ⅰ（15）另一端通过抓取杆件Ⅲ（32）与指尖件（14）连接，橡胶套（13）套装在指尖件（14）上，抓取液压杆Ⅰ（16）一端固定在抓取杆件Ⅱ（18）上，另一端的伸缩杆与抓取杆件Ⅲ（32）固接，抓取液压杆Ⅱ（17）一端固定在抓取杆件Ⅱ（18）上，另一端的伸缩杆固定在抓取杆件Ⅰ（15）上；

传动机构包括蜗杆（8）、传动带支撑架（19）、传动带（20）、2个传动带滚轮（21）、小蜗轮（22）、大蜗轮（24）、电机Ⅱ（34）、电机Ⅲ（35）、电机Ⅳ（36）、电机Ⅴ（37）、支架Ⅰ（48）、支架Ⅱ（49）、支座（50），支架Ⅰ（48）、支架Ⅱ（49）分别固定在可伸长杆Ⅱ（9）两侧，支座（50）固定在可伸长杆Ⅱ（9）内，电机Ⅳ（36）、电机Ⅴ（37）分别设置在支架Ⅰ（48）、支架Ⅱ（49）上，电机Ⅳ（36）、电机Ⅴ（37）的输出端上分别固定一个小蜗轮（22），蜗杆（8）设置在支架Ⅰ（48）、支架Ⅱ（49）上并位于2个小蜗轮（22）上方，2个小蜗轮（22）与蜗杆（8）相配合并带动蜗杆转动，阶梯销（29）一端固定在支座（50）上，大蜗轮（24）设置在阶梯销（29）另一端上，传动带支撑架（19）固定在大蜗轮（24）上，蜗杆（8）与大蜗轮（24）相配合并带动大蜗轮旋转，电机Ⅱ（34）、电机Ⅲ（35）分别通过支架固定在传动带支撑架（19）两端相对的一侧，传动带（20）通过2个传动带滚轮（21）设置在传动带支撑架（19）上方，电机Ⅱ（34）、电机Ⅲ（35）输出端分别与2个传动带滚轮（21）连接并带动其转动。

2.根据权利要求1所述的缠绕机器手，其特征在于：可伸长杆Ⅰ（7）为U型结构，其包括U型的基座（42）、2个活动板（43），活动板（43）一端上开有单向转动销安装孔Ⅰ（44），活动板（43）另一端上装有滚子（25），基座（42）一端上开有单向转动销安装孔Ⅱ（46），另一端上开有滑动槽（45），活动板（43）通过滚子（25）设置在基座（42）的滑动槽（45）内并沿其移动，弹簧（26）一端固定在基座（42）内，另一端与活动板（43）带滚子的一端连接，液压杆Ⅰ（30）另一端的伸缩杆固定在可伸长杆Ⅰ（7）的轴（47）上；可伸长杆Ⅱ（9）、可伸长杆Ⅲ（10）、可伸长杆Ⅳ（11）的结构同可伸长杆Ⅰ（7）。

3.根据权利要求1所述的缠绕机器手，其特征在于：定长杆Ⅱ（6）为U型结构。

4.根据权利要求2所述的缠绕机器手，其特征在于：单向转动销（28）为带有凸起的圆柱销，单向转动销安装孔Ⅰ和单向转动销安装孔Ⅱ为上半圆直径大于下半圆直径的孔，单向转动销在单向转动销安装孔Ⅰ或单向转动销安装孔Ⅱ中转动半圈。

5.根据权利要求1所述的缠绕机器手，其特征在于：固定齿轮（3）包括轮体（60）和固定在轮体上的挡片（27），挡片（27）设置在齿轮槽（59）外。

6.根据权利要求1所述的缠绕机器手，其特征在于：本装置中可伸长杆数量大于4。