CN108621149A - 一种自动抓取反应杯的机械手装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自动抓取反应杯的机械手装置，包括底座，以及设置在底座上的传动机构和升降机构；所述的传动机构包括步进电机、同步带轮、从动轮和同步带，所述步进电机的输出轴连接同步带轮，同步带绕在从动轮和同步带轮上；所述的升降机构上设置抓取机构，升降机构与同步带的一侧连接。本发明的优点：提供了一种全新的机电结合，结构紧凑轻巧的自动抓杯装置；断电或脱机情况下，稳定可靠，机械手部件不存在掉落现象；抓取效率高，控制精确，可方便实现仪器设备的自动化。

Description

一种自动抓取反应杯的机械手装置

技术领域

本发明涉及一种机械手装置，具体涉及一种抓取反应杯的机械手装置。

背景技术

机械手装置一般用于抓取、搬运某些物件，它可以代替人进行繁锁、精细、或者枯燥单一的劳动，或者在有害环境下代替人进行作业，保障人身安全，实现自动化作业

现有机械手在实际实施或作业过程中，存在动作缓慢、抓取物件不可靠，导致无法准确抓取或抓取脱落的缺陷；在医学临床实验室免疫项目的测定过程中，有限的样品量在一次抓取失误就有可能交叉污染或无法得出检验结果。

自动抓杯装置由机械手固定板、直线滑轨、步进电机、传感器、弹簧、传动部件、驱动部件、机械手部件等组成。结构紧凑轻巧，加工工艺简单，制造成本低。通过驱动部件带动四杆机构实现抓杯功能，巧妙设计机械爪手，通过传感器反馈，判别反应杯的抓取情况，减小整机运行错误率。

申请人于2011年10月20日,曾申请名为『抓去反应杯的机械手装置』的实用新型，申请号为『201120400162.6』、专利号为『CN202241283U』，现已授权。该实用新型中公开了一种：包括底座，以及设置在底座一侧的步进电机，和设置在底座另一侧的升降机构，还包括设置在升降机构上的抓取机构；所述步进电机的输出轴上设有凸轮随动器并贯穿底座连接升降机构。该机构在实践中发现，当机械手没有在原点部并且发生断电时，机械手会出现掉落现象，对于反应杯抓取的机械手而言，这种情况时不利的，同时该机械手无法只能判断机械手的开合，而无法判断是否正确抓取了反应杯。

发明内容

本发明的目的是提供一种防止机械手断电脱落并且能够检测抓杯和开合的机械手装置。

为了达到上述目的，提供一种自动抓取反应杯的机械手装置，包括底座、传动机构和升降机构；所述的传动机构包括设置在底座上的步进电机和从动轮，步进电机的输出轴上连接有同步带轮，从动轮和同步带轮上绕有同步带；所述的升降机构固定在同步带的一侧，所述的升降机构上设置有抓取机构，电机驱动同步带轮带动同步带运动从而使升降机构竖直运动。

本发明改变电机直接与升降机连接的传动方式，将电机和升降机构通过同步带进行连接，同步带自身的阻力能够保证在抓取机构不在原点位置时断电，也不会下降，能够保证在原来的位置。

优选的，所述的抓取机构包括抓取驱动机构和抓取执行机构，所述的抓取驱动机构为电磁铁,所述的抓取执行机构包括两对摇杆滑块机构,其中摇杆部包括机械爪手,滑块部与电磁铁连接,通过驱动电磁铁作用在滑块部上,通过滑块部的移动带动两个机械爪手张合。

优选的，抓取执行机构固定在驱动固定板上，升降机构带动驱动固定板运动，所述摇杆滑块机构包括机械手、移动块、转轴和连接块，所述的机械手和移动块固定连接为摇杆部，机械爪手通过转轴与驱动固定板连接，所述移动块上具有滑槽，所述的连接块上的销钉可在滑槽内移动并与移动块产生相对转动，所述的驱动固定板上具有竖直凹槽，所述的连接块作为滑块部在竖直凹槽内移动，通过连接块上的电磁铁实现连接块的上下移动，从而带动机械爪手张合作用。

机械爪手和移动块固定连接成为摇杆，驱动固定板是固定不动杆，转轴是转动连接副，连接块是滑块。机械手部分是左右对称结构，摇杆通过销钉将摇杆在连接块上形成转动连接副，连接块在驱动固定板上的凹槽内可以进行竖直上下运动，设计的凹槽与连接块进行机械公差配合加工，保证运动平稳顺畅。连接块与电磁铁固定连接，该机构是摇杆滑块机构的逆向应用，动力通过电磁铁作用在连接块上，实现连接块上下运动，从而带动机械爪手张合运动。电磁铁具有较快的相应速度，为了配合其相应速度，设置的摇杆滑块机构具有相应的响应结构，能够保证快速抓取。

移动块材质为铜，滑块材质为铝。滑块与移动块形成的转动副耐磨性较好。

本申请中的摇杆滑块机构可以为分别的完整的两套摇杆滑块机构，更优的，是通过一个滑块带动两个摇杆，即，两个摇杆滑块机构对称设置，一个滑块穿过两个移动快内的凹槽内。

电磁铁断电，电磁铁带动销钉向上运动，带动两个移动快开口减小，实现机械爪手合紧。反之，机械手张开。抓取机构将对称的摇杆滑块机构与电磁铁连接来实现的。电磁铁的微小直线运动转换成爪手的张合运动，电磁铁反应快，提高抓取反应杯速度。

优选的，所述的两个机械爪手之间设有拉伸弹簧。

优选的，机械爪手具有V形槽，V形槽开口端间距小于反应杯直径。

机械爪手V形槽用于夹持反应杯，由于V形槽考开口端间距小于反应杯直径，因此在抓取到反应杯和未抓取到反应杯时机械爪手之间的转动角度不同。

优选的，所述的升降机构包括直线滑轨和驱动固定板，所述的抓取机构安装于驱动固定板内，驱动固定板通过带传动件与同步带连接。

带传动件为板件，板件至少包括一个与驱动固定板连接的面以及与同步带连接的面。优选的，为L形。

优选的，同步带的另一侧固定有配重块。

配重块可进一步与抓取机构平衡使得抓取机构不易滑落。

设置在从动轮和同步带轮上的同步带会形成长圆形的环状结构，环装结构的两侧实现向上和向下运动，同步带的一侧是指能够实现上下运动的部分，另一侧则是与之相对的另一部分。

优选的，所述的从动轮为堕轮。

优选的，所述的从动轮设有从动轮固定板，从动轮固定板上设有长圆孔，通过螺栓穿过长圆孔将从动轮固定板与底座连接，所述的从动轮固定板上设有张紧块。

由于从动轮固定板上的长圆孔使得从动轮与底座能够产生竖直方向的相对位移，在从动轮固定板上设置有张紧块，从动轮在重力影响下产生向下的力，保证了绕于其上的同步带自然张紧。同时也有利于同步带的安装。

优选的，所述底座上设有拖链，拖链一端固定在底座上，另一端与驱动固定板连接。

优选的，所述的连接块两侧的驱动固定板上设有对称的抓杯传感器和空杯传感器，连接块上设有两个高低位置不同的挡片，其中抓杯传感器在爪手抓住杯子时被一个挡片遮挡并反馈信号，空杯传感器在爪手未抓杯而合紧时被另一个挡片遮挡并反馈信号。

对于机械爪手的开合状态可以通过其滑块部的竖直位移的距离进行判断，由于所述的机械爪手V形槽开口端间距小于反应杯直径，因此在机械爪手未抓到杯子的时候，其闭合状态相对于抓取到杯子时的状态有所不同，反映到滑块部的竖直位移，也具有一定的差值，利用这个差值，设计两个挡片，分别通过两个传感器进行监测，这样对于监测状态而言可以判断出是否因抓取到杯子而闭合。

两侧的传感器是为了判断杯子有无抓取到，若杯子没有抓取到，机械爪手末端处于相互贴合状态，若杯子抓取到了，机械爪手贴紧反应杯，爪子末端没有相互贴合，这两个状态都是通过两侧的传感器来反馈的。

通过机械手三维模拟试验设计双挡片的挡板的距离。

双挡片可以同时作为是否抓住反应杯的传感器反馈挡片，减少零件数量，结构简单紧凑。

所述的底座的顶部设有原点传感器，原点传感器下方设有传感器挡片。

本发明中步进电机带动同步带运动，同步带通过带传动件带动驱动固定板做上下直线往复运动，从而带动安装在驱动固定板上的抓取机构做上下直线往复运动。所述电磁铁通电，电磁铁向下运动，带动两个移动块和两个机械爪手组成的摇杆滑块机构，在铰接处开口增大，实现机械爪手的张开。抓杯状态的传感器包括抓杯传感器和空杯传感器。此时，所述抓杯传感器和空杯传感器皆没有反馈信号，机械爪手处于张开状态。电磁铁断电，电磁铁向上运动，带动两个移动块、两个机械爪手组成的摇杆滑块机构，在铰接端处开口减小，实现机械爪手的合紧。安装在所述机械爪手上的弹簧，保证反应杯更好的抓取。此时，所述抓杯传感器反馈信号，机械爪手抓取到反应杯。所述空杯传感器反馈信号，机械爪手没有抓取到反应杯。为了判别机械爪手是否抓取到反应杯，机械爪手V形槽开口端间距小于反应杯直径。

本发明的优点：提供了一种全新的机电结合，结构紧凑轻巧的自动抓杯装置；断电或脱机情况下，稳定可靠，机械手部件不存在掉落现象；抓取效率高，控制精确，可方便实现仪器设备的自动化。

应理解，在本发明范围内中，本发明的上述各技术特征和在下文(如实施方式)中具体描述的各技术特征之间都可以互相组合，从而构成新的或优选的技术方案。限于篇幅，在此不再一一累述。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明的机械爪手打开的结构示意图；

图3是本发明的机械爪手抓取反应杯的结构示意图；

图4是本发明的机械爪手未抓取反应杯的结构示意图；

图5是本发明的机械爪手抓取反应杯的仰视图；

其中：

1-传动机构 11-步进电机 12-同步带轮

13-同步带 14-从动轮 15-从动轮固定板

16-配重块 17-张紧块 2-抓取机构

21-抓取驱动机构 22-抓取执行机构 221-销钉

222-第一移动块 223-第二移动块 224-第一转轴

225-第二转轴 226-第一机械爪手 227-第二机械爪手

228-拉伸弹簧 229-连接块 3-底座

41-驱动固定板 42-直线滑轨 5-原点传感器

6-传感器挡片 7-拖链 8-反应杯

91-抓杯传感器 92-空杯传感器 93-传感器双档片

具体实施方式

如图1-4所示的一种自动抓取反应杯的机械手装置，包括底座3，以及设置在底座上的传动机构1和升降机构；所述的传动机构1包括步进电机11、同步带轮12、从动轮14和同步带13，所述步进电机11的输出轴连接同步带轮12，同步带13绕在从动轮14和同步带轮12上。所述的从动轮14设有从动轮固定板15，从动轮固定板15上设有长圆孔，通过螺栓穿过长圆孔将从动轮固定板15与底座3连接，所述的从动轮固定板15上设有张紧块17。同步带13的另一侧设有配重块16，从动轮14为堕轮。由于从动轮固定板15上的长圆孔使得从动轮14与底座3能够产生竖直方向的相对位移，在从动轮固定板15上设置有张紧块17，从动轮在重力影响下产生向下的力，保证了绕于其上的同步带13自然张紧。同时也有利于同步带13的安装。

所述的升降机构包括直线滑轨41和驱动固定板41，抓取机构2安装于驱动固定板41内，驱动固定板41通过带传动件与同步带13连接。带传动件为板件，板件至少包括一个与驱动固定板连接的面以及与同步带连接的面。在本实施例中带传动件为L形。驱动固定板41可沿着直线滑轨41上下运动。底座3的顶部设有原点传感器5，原点传感器5下方设有传感器挡片6。底座3上设有拖链7，拖链7一端固定在底座3上，另一端与驱动固定板41连接。

所述的抓取机构包括抓取驱动机构21和抓取执行机构22，抓取驱动机构21为电磁铁。所述的抓取执行机构22第一机械爪手226、第二机械爪手227、第一移动块222、第二移动块223、第一转轴224、第二转轴225和连接块229，连接块229上设有销钉221。第一移动块222和第二移动块223上设有槽孔，槽孔穿过销钉221，销钉221的上下运动能改变两个移动块夹角变化，第一机械爪手226通过第一转轴224固定在驱动固定板41上，第二机械爪手227通过第二转轴225固定在驱动固定板41上，第一机械爪手226和第二机械爪手227分别绕第一转轴224和第二转轴225转动，第一转轴224和第二转轴225形成转动副。第一机械爪手226和第一移动块222固定连接，两者具有一定夹角，构成摇杆部，第二机械爪手227和第二移动块223固定连接，两者具有一定夹角，也构成摇杆部，第一移动块222和第二移动块223的开合能够导致第一机械爪手226和第二机械爪手227分别绕各自转轴转动，从而控制两个机械爪手的开合。驱动固定板41上设有竖直凹槽，所述的连接块229在竖直凹槽内做竖直运动。移动块、机械爪手、连接块和驱动固定板之间构成了两对对称的摇杆滑块机构，通过滑块部的竖直运动可以使得两个机械爪手之间具有一定角度变化，从而能够抓取和放开反应杯。电磁铁与连接块229连接，所述的两个机械爪手之间设有拉伸弹簧228。机械爪手V形槽开口端间距小于反应杯直径，如图5所示。机械爪手和移动块固定连接成为摇杆，驱动固定板是固定不动杆，转轴是转动连接副，连接块是滑块。机械手部分是左右对称结构，摇杆通过销钉将摇杆在连接块上形成转动连接副，连接块在驱动固定板上的凹槽内可以进行竖直上下运动，设计的凹槽与连接块进行机械公差配合加工，保证运动平稳顺畅。连接块与电磁铁固定连接，该机构是摇杆滑块机构的逆向应用，动力通过电磁铁作用在连接块上，实现连接块上下运动，从而带动机械爪手张合运动。电磁铁具有较快的相应速度，为了配合其相应速度，设置的摇杆滑块机构具有相应的响应结构，能够保证快速抓取。移动块材质为铜，滑块材质为铝。滑块与移动块形成的转动副耐磨性较好。电磁铁断电，电磁铁带动销钉向上运动，带动两个移动快开口减小，实现机械爪手合紧。反之，机械手张开。抓取机构将对称的摇杆滑块机构与电磁铁连接来实现的。电磁铁的微小直线运动转换成爪手的张合运动，电磁铁反应快，提高抓取反应杯速度。

所述的连接块229两侧的驱动固定板41上设有对称的抓杯传感器91和空杯传感器92，连接块229上设有两个高低位置不同的传感器双挡片93，其中抓杯传感器91在爪手抓住杯子时被一个挡片遮挡并反馈信号，空杯传感器92在爪手未抓杯而合紧时被另一个挡片遮挡并反馈信号。对于机械爪手的开合状态可以通过其滑块部的竖直位移的距离进行判断，机械爪手V形槽开口端间距小于反应杯直径，因此在机械爪手未抓到杯子的时候，其闭合状态相对于抓取到杯子时的状态有所不同，反映到滑块部的竖直位移，也具有一定的差值，利用这个差值，设计两个挡片，分别通过两个传感器进行监测，这样对于监测状态而言可以判断出是否因抓取到杯子而闭合。两侧的传感器是为了判断杯子有无抓取到，若杯子没有抓取到，机械爪手末端处于相互贴合状态，若杯子抓取到了，机械爪手贴紧反应杯，爪子末端没有相互贴合，这两个状态都是通过两侧的传感器来反馈的。通过机械手三维模拟试验设计双挡片的挡板的距离。双挡片可以同时作为是否抓住反应杯的传感器反馈挡片，减少零件数量，结构简单紧凑。

步进电机11带动同步带13运动，同步带13通过带传动件带动驱动固定板41做上下直线往复运动，从而带动安装在驱动固定板41上的抓取机构2做上下直线往复运动。所述同步带13上安装有配重块16，防止断电、脱机等情况下，抓取机构2掉落。电磁铁通电，电磁铁向下运动，带动两个移动块、两个机械爪手组成的摇杆滑块机构，在连接处开口增大，实现机械爪手的张开。此时，所述抓杯传感器91和所述空杯传感器92皆没有反馈信号，机械爪手处于张开状态。电磁铁断电，电磁铁向上运动，带动四杆机构在连接处开口减小，实现机械爪手的合紧。安装在所述机械爪手上的弹簧228，保证反应杯更好的抓取。此时，所述抓杯传感器91反馈信号，机械爪手抓取到反应杯。所述空杯传感器92反馈信号，机械爪手没有抓取到反应杯。

本发明具有以下优点：结构简单紧凑，装配关系简洁明了；机械抓取反应杯通过电磁铁控制，电磁铁反应快速，将电磁铁的微小直线运动转换成机械手的张合运动；机械手上下运动通过同步带控制，断电或脱机情况下，稳定可靠，机械手部件不存在掉落现象；机械爪手末端是V形槽，两个机械爪手之间安装拉伸弹簧，可以保证机械手在高速运动过程中，抓取牢固不易掉落；第一移动块和第二移动块材料是铜，销钉材料是不锈钢，为了销钉与第一移动块和第二移动块行程的转动副耐磨性好；连接块设计了凸台与驱动固定板上的凹槽通过机械公差配合，使得连接块的凸台在驱动固定板上的凹槽中能够做平稳的直线滑动。

以上已详细描述了本发明的较佳实施例，但应理解到，在阅读了解本发明的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (9)

1.一种自动抓取反应杯的机械手装置，其特征在于，包括底座、传动机构和升降机构；所述的传动机构包括设置在底座上的步进电机和从动轮，步进电机的输出轴上连接有同步带轮，从动轮和同步带轮上绕有同步带；所述的升降机构固定在同步带的一侧，所述的升降机构上设置有抓取机构，电机驱动同步带轮带动同步带运动从而使升降机构竖直运动。

2.根据权利要求1所述的自动抓取反应杯的机械手装置，其特征在于，所述的抓取机构包括抓取驱动机构和抓取执行机构，所述的抓取驱动机构为电磁铁,所述的抓取执行机构包括两对摇杆滑块机构,其中摇杆部包括机械爪手,滑块部与电磁铁连接,通过驱动电磁铁作用在滑块部上,通过滑块部的移动带动两个机械爪手张合。

3.根据权利要求2所述的自动抓取反应杯的机械手装置，其特征在于，抓取执行机构固定在驱动固定板上，升降机构带动驱动固定板运动，所述摇杆滑块机构包括机械手、移动块、转轴和连接块，所述的机械手和移动块固定连接为摇杆部，机械爪手通过转轴与驱动固定板连接，所述移动块上具有滑槽，所述的连接块上的销钉可在滑槽内移动并与移动块产生相对转动，所述的驱动固定板上具有竖直凹槽，所述的连接块作为滑块部在竖直凹槽内移动，通过连接块上的电磁铁实现连接块的上下移动，从而带动机械爪手张合作用。

4.根据权利要求3所述的自动抓取反应杯的机械手装置，其特征在于，两个机械爪手之间设有拉伸弹簧。

5.根据权利要求3所述的自动抓取反应杯的机械手装置，其特征在于，所述的机械爪手具有V形槽，V形槽开口端间距小于反应杯直径。

6.根据权利要求5所述的自动抓取反应杯的机械手装置，其特征在于，所述的连接块两侧的驱动固定板上设有对称的抓杯传感器和空杯传感器，连接块上设有两个高低位置不同的挡片，其中抓杯传感器在爪手抓住杯子时被一个挡片遮挡并反馈信号，空杯传感器在爪手未抓杯而合紧时被另一个挡片遮挡并反馈信号。

7.根据权利要求1所述的自动抓取反应杯的机械手装置，其特征在于，所述的升降机构包括直线滑轨和驱动固定板，所述的抓取机构安装于驱动固定板内，驱动固定板通过带传动件与同步带连接。

8.根据权利要求7所述的自动抓取反应杯的机械手装置，其特征在于，同步带的另一侧固定有配重块。

9.根据权利要求1所述的自动抓取反应杯的机械手装置，其特征在于，所述的从动轮设有从动轮固定板，从动轮固定板上设有长圆孔，通过螺栓穿过长圆孔将从动轮固定板与底座连接，所述的从动轮固定板上设有张紧块。