CN108772834A - 一种多自由度机械手 - Google Patents

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杜立彬
王新庆
李正宝
陈光源
吴承璇
曲君乐
崔晨元
姚贵鹏
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Oceanographic Instrumentation Research Institute Shandong Academy of Sciences
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Oceanographic Instrumentation Research Institute Shandong Academy of Sciences
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Abstract

本发明涉及机械技术领域，尤其为一种多自由度机械手，包括底座、设置在底座顶部的支撑架以及安装在支撑架内部的机械臂，内杆的一端安装有夹具，缠绕柱的表面环形缠绕有钢绞绳，主动轮和从动轮之间设置有传动带，螺纹环的内部设置有螺纹柱，抵板的底部设置有挤压板，该多自由度机械手，工作电机的输出轴带动夹持框转动，进而使得机械臂整体在凹槽内转动，能够对机械臂的夹持弧度进行调节，从而实现多自由度转动，钢绞绳以及夹持板的本身具有一定的弹性，使得两块夹持板在夹持过程中具有一定的反作用力，从而避免夹具夹持过紧，导致产品损害的现象产生，挤压垫和外杆过盈配合，能够有效防止外杆脱落，使得整体运行平稳。

Description

一种多自由度机械手
技术领域
本发明涉及机械技术领域，具体为一种多自由度机械手。
背景技术
机械手是一种能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。特点是可以通过编程来完成各种预期的作业，构造和性能上兼有人和机械手机器各自的优点，机械手是最早出现的工业机器人，也是最早出现的现代机器人，它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。
现有的机械手能实现高度、长度以及方向的调节，但对于弧度方向无法进行调节，导致机械手在使用过程中较为生硬，同时在夹持时，机械手的灵活度较差，容易出现机械手将产品夹伤现象。鉴于此，我们提出一种多自由度机械手。
发明内容
本发明的目的在于提供一种多自由度机械手，以解决上述背景技术中提出的机械手在使用过程中较为生硬以及容易出现机械手将产品夹伤现象的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种多自由度机械手，包括底座、设置在所述底座顶部的支撑架以及安装在所述支撑架内部的机械臂，所述机械臂包括外杆以及内杆，所述内杆的一端安装有夹具，所述外杆的内壁一端设置有液压缸，所述液压缸的表面设置有活塞杆，所述内杆靠近所述活塞杆一端设置有挡块；
所述夹具包括顶杆，所述顶杆的一端设置有直板，所述直板的两端分别设置有夹持板，所述夹持板的一端设置有缠绕柱，所述缠绕柱的表面环形缠绕有钢绞绳，所述直板的表面设置有转动柱，所述转动柱的表面设置有从动轮，所述直板靠近所述从动轮的顶部设置有主动轮，所述主动轮和所述从动轮之间设置有传动带，所述主动轮的表面设置有小型电机。
作为优选，所述外杆的内部为中空结构，所述内杆和所述外杆滑动配合。
作为优选，所述钢绞绳的另一端环形缠绕在所述转动柱表面。
作为优选，所述从动轮和所述转动柱同轴设置。
作为优选，所述主动轮通过所述传动带与所述从动轮传动连接。
作为优选，所述底座的内部安装有旋转电机，所述底座的顶部设置有转动盘，所述支撑架的内部设置有凹槽，所述凹槽的一侧内壁安装有轴承垫，所述轴承垫的内部设置有连接轴，所述凹槽的一侧外壁设置有工作电机，所述工作电机的两侧安装有连接架，所述凹槽内部设置有夹持框；
所述夹持框包括夹持槽，所述夹持框一侧外壁设置有安装槽，所述夹持框的顶部设置有螺纹环，所述螺纹环的内部设置有螺纹柱，所述螺纹柱的底部安装有抵板，所述抵板的底部设置有挤压板。
作为优选，所述旋转电机的输出轴和所述转动盘焊接固定。
作为优选，所述夹持槽的尺寸和所述外杆的尺寸相适配。
作为优选，所述螺纹柱和所述螺纹环螺纹连接。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
1、该多自由度机械手，工作电机的输出轴带动夹持框转动，进而使得机械臂整体在凹槽内转动，能够对机械臂的夹持弧度进行调节，从而实现多自由度转动。
2、该多自由度机械手，钢绞绳以及夹持板的本身具有一定的弹性，使得两块夹持板在夹持过程中具有一定的反作用力，从而避免夹具夹持过紧，导致产品损害的现象产生。
3、该多自由度机械手，挤压垫和外杆过盈配合，能够有效防止外杆脱落，使得整体运行平稳。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明的机械臂外部结构示意图；
图3为本发明的机械臂内壁结构示意图；
图4为本发明的夹具结构示意图；
图5为本发明的底座内部结构示意图；
图6为本发明的支撑架结构示意图；
图7为本发明的夹持框结构爆炸图。
图中：1、底座；11、旋转电机；12、旋转盘；2、支撑架；21、凹槽； 22、轴承垫；23、连接轴；24、工作电机；25、连接架；26、夹持框；261、夹持槽；262、安装槽；263、螺纹环；264、螺纹柱；265、抵板；266、挤压垫；3、机械臂；31、外杆；32、内杆；33、夹具；331、顶杆；332、直板；333、夹持板；334、缠绕柱；335、钢绞绳；336、转动柱；337、从动轮；338、传动带；339、主动轮；3310、小型电机；34、挡块；35、液压缸；36、活塞杆。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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设备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。
实施例1
一种多自由度机械手，如图1至图3所示，包括底座1、设置在底座1顶部的支撑架2以及安装在支撑架2内部的机械臂3，机械臂3包括外杆31以及内杆32，内杆32的一端安装有夹具33，外杆31的内壁一端设置有液压缸 35，液压缸35的表面设置有活塞杆36，内杆32靠近活塞杆36一端设置有挡块34，外杆31的内部为中空结构，内杆32和外杆31滑动配合。
本实施例中，挡块34凸出设置在内杆32外壁，使得挡块34和外杆31 内壁卡接，内杆32从外杆31内滑出。
进一步的，液压缸35采用上海佳油机械设备有限公司生产的型号为HOB63 的工程用液压缸，压力范围为31.5MPA，速度范围为3m/s，活塞杆36也由该厂家生产，且其配套电路也可由该厂家提供，除此之外，本发明中涉及到电路和电子元器件以及模块的均为现有技术，本领域技术人员完全可以实现，无需赘言，本发明保护的内容也不涉及对于软件和方法的改进。
具体的，活塞杆36和内杆32焊接固定，方便利用活塞杆36带动内杆331 顶出。
在具体实施过程中，为了避免以往机械式夹持容易产生产品损害的现象，本发明人员对夹具33的结构作出改进，如图4所示，夹具33包括顶杆331，顶杆331的一端设置有直板332，直板332的两端分别设置有夹持板333，夹持板333的一端设置有缠绕柱334，缠绕柱334的表面环形缠绕有钢绞绳335，直板332的表面设置有转动柱336，转动柱336的表面设置有从动轮337，直板332靠近从动轮337的顶部设置有主动轮339，主动轮339和从动轮337之间设置有传动带338，主动轮339的表面设置有小型电机3310，钢绞绳335 的另一端环形缠绕在转动柱336表面，从动轮337和转动柱336同轴设置，主动轮339通过传动带338与从动轮337传动连接。
本实施例中，直板332采用球墨铸铁材质制成，其材质坚硬，且稳定性好，不易发生弯折以及断裂现象。
进一步的，夹持板333采用铝合金材质制成，其材质具有良好的韧性，且方便对产品进行夹持。
具体的，钢绞绳335高碳铬钢丝材质制成，其材质具有良好的结构性，不易折断，同时韧性好，具有一定弹性。
值得说明的是，小型电机3310采用山东祥和集团股份有限公司博山微电机厂生产的型号为ZYT的永磁直流电动机，且其配套电路也可由该厂家提供，除此之外，本发明中涉及到电路和电子元器件以及模块的均为现有技术，本领域技术人员完全可以实现，无需赘言，本发明保护的内容也不涉及对于软件和方法的改进。
实施例2
在具体实施过程中，为了方便对机械臂3进行弧度方向的调节，本发明人员对支撑架2的结构作出改进，作为一种优选实施例，如图5和图6所示，底座1的内部安装有旋转电机11，底座1的顶部设置有转动盘12，支撑架2 的内部设置有凹槽21，凹槽21的一侧内壁安装有轴承垫22，轴承垫22的内部设置有连接轴23，凹槽21的一侧外壁设置有工作电机24，工作电机24的两侧安装有连接架25，凹槽21内部设置有夹持框26，旋转电机11的输出轴和转动盘12焊接固定。
本实施例中，连接轴23和轴承垫22转动连接，方便连接轴23在轴承垫 22内转动，进而实现机械臂3的弧度调节。
进一步的，连接轴23的另一端焊接在夹持框26表面，使得连接轴23和夹持框26连接紧密，不易断裂。
值得说明的是，旋转电机11采用佛山市南海永坤精密机电有限公司生产的型号为NCV-3700W的立式齿轮减速机，整机功率为3700W，且其配套电路也可由该厂家提供，除此之外，本发明中涉及到电路和电子元器件以及模块的均为现有技术，本领域技术人员完全可以实现，无需赘言，本发明保护的内容也不涉及对于软件和方法的改进。
在具体实施过程中，为了方便对机械臂3进行夹持，本发明人员对夹持框26的结构作出改进，如图7所示，夹持框26包括夹持槽261，夹持框26 一侧外壁设置有安装槽262，夹持框26的顶部设置有螺纹环263，螺纹环263 的内部设置有螺纹柱264，螺纹柱264的底部安装有抵板265，抵板265的底部设置有挤压板266，夹持槽261的尺寸和外杆31的尺寸相适配，螺纹柱264 和螺纹环263螺纹连接。
本实施例中，抵板265和螺纹柱264焊接固定，方便通过螺纹柱264带动抵板265运动。
进一步的，挤压板266采用丁晴橡胶材质制成，其材质具有良好的弹性，方便挤压板266直接贴合在外杆31的表面。
本发明的多自由度机械手在使用过程中，将外杆31放入到夹持框26内部的夹持槽261内，并通过螺纹柱264螺入到螺纹环263内，使得抵板265 顶出，并将挤压垫266贴合在外杆31表面，能够对外杆31进行固定，同时挤压垫266和外杆31过盈配合，能够有效防止外杆31脱落，使得整体运行平稳；
将旋转电机11接入电源，通过旋转电机11带动旋转盘12转动，进而调节机械臂3整体夹持的方向，并利用液压缸35带动活塞杆36将内杆32顶出，能够对机械臂3整体的长度进行调节，将工作电机24接入电源是，工作电机24的输出轴带动夹持框26转动，进而使得机械臂3整体在凹槽21内转动，能够对机械臂3的夹持弧度进行调节，从而实现多自由度转动；
夹持时，将小型电机3310接入电源，主动轮339通过传动带338带动从动轮337转动，进而使得钢绞绳335收卷到转动柱336内，此时钢绞绳335 对夹持板33形成一定的拉力，将两个夹持板33向中心弯曲，实现夹持工作，同时钢绞绳335以及夹持板33的本身具有一定的弹性，使得两块夹持板33 在夹持过程中具有一定的反作用力，从而避免夹具33夹持过紧，导致产品损害的现象产生。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (9)

1.一种多自由度机械手，包括底座(1)、设置在所述底座(1)顶部的支撑架(2)以及安装在所述支撑架(2)内部的机械臂(3)，其特征在于：所述机械臂(3)包括外杆(31)以及内杆(32)，所述内杆(32)的一端安装有夹具(33)，所述外杆(31)的内壁一端设置有液压缸(35)，所述液压缸(35)的表面设置有活塞杆(36)，所述内杆(32)靠近所述活塞杆(36)一端设置有挡块(34)；
所述夹具(33)包括顶杆(331)，所述顶杆(331)的一端设置有直板(332)，所述直板(332)的两端分别设置有夹持板(333)，所述夹持板(333)的一端设置有缠绕柱(334)，所述缠绕柱(334)的表面环形缠绕有钢绞绳(335)，所述直板(332)的表面设置有转动柱(336)，所述转动柱(336)的表面设置有从动轮(337)，所述直板(332)靠近所述从动轮(337)的顶部设置有主动轮(339)，所述主动轮(339)和所述从动轮(337)之间设置有传动带(338)，所述主动轮(339)的表面设置有小型电机(3310)。
2.根据权利要求1所述的一种多自由度机械手，其特征在于：所述外杆(31)的内部为中空结构，所述内杆(32)和所述外杆(31)滑动配合。
3.根据权利要求1所述的一种多自由度机械手，其特征在于：所述钢绞绳(335)的另一端环形缠绕在所述转动柱(336)表面。
4.根据权利要求1所述的一种多自由度机械手，其特征在于：所述从动轮(337)和所述转动柱(336)同轴设置。
5.根据权利要求1所述的一种多自由度机械手，其特征在于：所述主动轮(339)通过所述传动带(338)与所述从动轮(337)传动连接。
6.根据权利要求1所述的一种多自由度机械手，其特征在于：所述底座(1)的内部安装有旋转电机(11)，所述底座(1)的顶部设置有转动盘(12)，所述支撑架(2)的内部设置有凹槽(21)，所述凹槽(21)的一侧内壁安装有轴承垫(22)，所述轴承垫(22)的内部设置有连接轴(23)，所述凹槽(21)的一侧外壁设置有工作电机(24)，所述工作电机(24)的两侧安装有连接架(25)，所述凹槽(21)内部设置有夹持框(26)；
所述夹持框(26)包括夹持槽(261)，所述夹持框(26)一侧外壁设置有安装槽(262)，所述夹持框(26)的顶部设置有螺纹环(263)，所述螺纹环(263)的内部设置有螺纹柱(264)，所述螺纹柱(264)的底部安装有抵板(265)，所述抵板(265)的底部设置有挤压板(266)。
7.根据权利要求6所述的一种多自由度机械手，其特征在于：所述旋转电机(11)的输出轴和所述转动盘(12)焊接固定。
8.根据权利要求6所述的一种多自由度机械手，其特征在于：所述夹持槽(261)的尺寸和所述外杆(31)的尺寸相适配。
9.根据权利要求6所述的一种多自由度机械手，其特征在于：所述螺纹柱(264)和所述螺纹环(263)螺纹连接。
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