CN108890669A - 轻型多功能机械手 - Google Patents

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马豪男
张志安
高逸夫
夏文霞
黎晴亮
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    • B25J15/0616—Gripping heads and other end effectors with vacuum or magnetic holding means with vacuum

Abstract

本发明公开了一种轻型多功能机械手，包括主驱动组件、手背板组件和两条机械臂，主驱动组件固定在手背板组件上，两条机械臂对称设置在手背板组件上。机械臂包括副驱动组件、第一手指板组件、球头铰链连杆组件、第二手指板组件和标准真空吸盘组件。第一手指板组件一端从手背板组件伸出并与主驱动组件固定连接；第二手指板组件一端与第一手指板组件的另一端通过联轴器转动连接；球头铰链连杆组件一端固定在手背板组件上，另一端固定在第二手指板组件上；副驱动组件固定于第二手指板组件的另一端；真空吸盘组件设置在第二手指板组件内并与副驱动组件连接固定。本发明有效解决了机械手适用范围小的问题，且能够保证在夹取工作完成后，不会污染夹取物。

Description

轻型多功能机械手
技术领域
本发明属于机器人技术领域，具体涉及一种轻型多功能机械手。
背景技术
随着自动化生产的发展，自动化机器人正逐渐替代人进行物体分拣与搬运任务，而执行部件多为工业机械手。搬运存储运输工作的主要特点为工作量大、工作内容单调，对工人的体力和精力消耗大。
目前工业机械手大多受自身条件限制，产生抓取能力有限，适用范围较小的问题。一般的方法是更换夹具来提高机械手的适用范围，在夹具更换的过程中，除耗费时间外，还增加了生产成本，无形中加大了工人的劳动强度。而采用组合式机械手能有效提高机械手运用范围，在提高生产效率和降低生产成本方面有极高的运用价值。
中国专利CN201720432455.X公开了《一种组合式机械手》，该发明是一种解决工件翻转时掉落问题的组合式机械手，该机械手通过将工件考在装在夹爪一侧的压板上，有效解决了翻转问题，但其自身结构较重，适用范围依然受限。
中国专利CN201710890731.1公开了《一种多功能机械手末端复合吸夹机构及方法》，该发明是一种采用吸夹式的方案来拓展抓取能力的机械手，但其自身质量较大，其采用气缸驱动的方式不利于控制，直线导轨的引入必将产生润滑油对工件的污染。
发明内容
本发明的目的在于提供一种轻型多功能机械手，有效解决了机械手适用范围小的问题，且能够保证在夹取工作完成后，不会污染夹取物。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种轻型多功能机械手，包括主驱动组件、手背板组件和两条机械臂，主驱动组件固定在手背板组件上，两条机械臂对称设置在手背板组件上。机械臂包括副驱动组件、第一手指板组件、球头铰链连杆组件、第二手指板组件和标准真空吸盘组件。第一手指板组件一端从手背板组件伸出并与主驱动组件固定连接；第二手指板组件一端与第一手指板组件的另一端通过联轴器转动连接；球头铰链连杆组件一端固定在手背板组件上，另一端固定在第二手指板组件上；副驱动组件固定于第二手指板组件的另一端；真空吸盘组件设置在第二手指板组件内并与副驱动组件连接固定。
本发明与现有技术相比，其显著优点在于：（1）采用电机驱动，有效降低自身质量并易于控制；（2）真空吸盘一方面增大了夹取所需的摩擦力，另一方面真空吸盘位置可变形，机械手可由钳夹式机械手变为吸气式机械手；（3）传动机构采用铜齿轮，在减小间隙和震动的情况下不会污染夹取物；（4）结构主体采用碳纤维材料，在保证支撑强度的条件下，有效减轻自身质量，提高负载能力。
附图说明
图1为本发明的轻型多功能机械手的整体外形图。
图2为本发明的主驱动组件结构示意图。
图3为本发明的副驱动组件结构示意图。
图4为本发明的手背板组件结构示意图。
图5为本发明的第一手指板组件结构示意图。
图6为本发明的球头铰链连杆组件结构示意图。
图7为本发明的第二手指板组件结构示意图。
图8为本发明的吸盘转轴结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
结合图1，本发明所述的轻型多功能机械手，包括主驱动组件1、手背板组件3和两条机械臂，主驱动组件1固定在手背板组件3上，两条机械臂对称设置在手背板组件3上。机械臂包括副驱动组件2、第一手指板组件4、球头铰链连杆组件5、第二手指板组件6和标准真空吸盘组件7。第一手指板组件4一端从手背板组件3伸出并与主驱动组件1固定连接；第二手指板组件6一端与第一手指板组件4的另一端通过联轴器转动连接；球头铰链连杆组件5一端固定在手背板组件3上，另一端固定在第二手指板组件6上；副驱动组件2固定于第二手指板组件6的另一端；真空吸盘组件7设置在第二手指板组件6内并与副驱动组件2连接固定。
图4为本发明的手背板组件3结构示意图，包括手腕板3-2、支撑柱3-3和两个手背板3-1，一个手背板3-1平行设置在另一个手背板3-1的正上方，手腕板3-2和支撑柱3-3均通过螺栓固定在两个手背板3-1之间，其中支撑柱3-3位于前端面，手腕板3-2位于后端面。两个手背板3-1上分别对应设有两个并列的第一通孔，用以和第一标准法兰轴承1-5相配合，限制法兰轴承1-5相配合在手背板面上的移动。两条机械臂关于支撑柱3-3左右对称。
图2为本发明的主驱动组件1结构示意图，所述主驱动组件1包括主驱动舵机1-1、第一标准舵盘1-2、主驱动轴联轴器1-3和两个并排啮合的转轴，转轴包括驱动轴1-4、标准铜齿轮1-6和两个第一标准法兰轴承1-5。转轴设置在两个手背板3-1之间，分别位于第一通孔内，主驱动舵机1-1位于两个手背板3-1的正上方，通过四根标准铜柱与位于上方的手背板3-1顶面固连，第一标准舵盘1-2与主驱动舵机1-1的输出轴固连；一个转轴通过主驱动轴联轴器1-3与第一标准舵盘1-2固连，标准铜齿轮1-6固定在驱动轴1-4，两个第一标准法兰轴承1-5设置在驱动轴1-4上，与其同轴配合，且与标准铜齿轮1-6的两端分别留有间隙，第一标准法兰轴承1-5用于对转轴进行轴向限位。
图7为本发明的第二手指板组件6结构示意图，包括两个第二手指板6-1、两个第二手指板联轴器6-2和若干第二支撑柱6-3。一个第二手指板6-1平行设置在另一个第二手指板6-1的正上方，通过若干第二支撑柱6-3支撑固定，两个第二手指板组件6相对一侧的第二手指板6-1侧壁设有防滑齿，同一个第二手指板组件6中的两个第二手指板6-1相对的侧面一端分别固连第二手指板联轴器6-2，通过第二手指板联轴器6-2与第一手指板组件4转动连接，另一端固定副驱动组件2。
图3为本发明的副驱动组件2结构示意图，包括副驱动舵机2-1、副驱动舵机安装架2-2、第二标准舵盘2-3、副驱动舵机联轴器2-4、吸盘转轴2-6和两个第二标准法兰轴承2-5。副驱动舵机2-1通过副驱动舵机安装架2-2固定在位于上方的第二手指板6-1的顶面，第二标准舵盘2-3与副驱动舵机2-1的输出轴固连，吸盘转轴2-6两端分别设有第二标准法兰轴承2-5，第二标准法兰轴承2-5用于对转轴进行轴向限位，吸盘转轴2-6通过副驱动舵机联轴器2-4与第二标准舵盘2-3连接。
结合图8，所述吸盘转轴2-6包括转轴和吸盘，转轴包括吸盘固定架和设置在吸盘固定架两端的轴，吸盘固定在吸盘固定架内，两端的轴上分别套有第二标准法兰轴承2-5，位于上方的轴通过副驱动舵机联轴器2-4与第二标准舵盘2-3连接，吸盘转轴用以实现吸盘向外转动，完成机械手功能转换。
图5为本发明的第一手指板组件4结构示意图，包括第一手指转轴4-2、两个第一手指板4-1、两个第三标准法兰轴承4-3和若干第二支撑柱4-4。两个第一手指板4-1平行间隔设置，一个第一手指板4-1位于另一个第一手指板4-1的正上方，通过若干第二支撑柱4-4连接支撑，，两个第一手指板4-1一端伸入两个手背板3-1之间，夹住标准铜齿轮1-6，且驱动轴1-4两端分别穿过两个第一手指板4-1，两个第一手指板4-1的另一端设有第一手指转轴4-2，并通过第三标准法兰轴承4-3限位，且第三标准法兰轴承4-3还对第二手指板联轴器6-2轴向限位，所述第一手指转轴4-2通过第二手指板联轴器6-2与两个第二手指板6-1转动连接。
图6为本发明的球头铰链连杆组件5结构示意图，球头铰链连杆组件5包括两个对称设置的子组件，所述子组件包括螺杆5-2和固定在螺杆5-2两端的球头铰链5-1。球头铰链5-1的顶面和底面为平面，位于一端的球头铰链5-1通过螺栓与手背板3-1固连，位于另一端的球头铰链5-1与第二手指板6-1固定连接。
位于同一个机械臂上的不与主驱动轴联轴器1-3连接的驱动轴1-4的轴线、第一手指转轴4-2的轴线、球头铰链5-1与手背板3-1连接处的中心轴线、球头铰链5-1与第二手指板6-1连接处的中心轴线在同一个水平面上的投影的四个点，构成平行四边形，使得第二手指板6-在主驱动舵机1-1驱动下平行移动。
工作流程：当本发明轻型多功能机械手工作方式分为两种，当钳夹式机械手工作时，副驱动舵机2-1先通电完成初始化，控制真空吸盘组件7工作皮碗面向内，且两皮碗以手背板组件3中间竖直平面对称，主驱动舵机1-1通电张开，当机械手到达抓取位置时，主驱动舵机1-1闭合夹紧抓取物体，真空吸盘组件7开始工作，将皮碗内部形成真空，此时钳夹式机械手工作完成；当吸气式机械手工作时，主驱动舵机1-1先通电初始化，并张开一定角度，副驱动舵机2-1通电初始化，控制真空吸盘组件7向外偏转90°，皮碗工作面向外，当机械手到达工作位置时，真空吸盘组件7开始工作，将皮碗内部形成真空，此时吸气式手部工作完成。

Claims (10)

1.一种轻型多功能机械手，其特征在于：包括主驱动组件（1）、手背板组件（3）和两条机械臂，主驱动组件（1）固定在手背板组件（3）上，两条机械臂对称设置在手背板组件（3）上；机械臂包括副驱动组件（2）、第一手指板组件（4）、球头铰链连杆组件（5）、第二手指板组件（6）和标准真空吸盘组件（7）；第一手指板组件（4）一端从手背板组件（3）伸出并与主驱动组件（1）固定连接；第二手指板组件（6）一端与第一手指板组件（4）的另一端通过联轴器转动连接；球头铰链连杆组件（5）一端固定在手背板组件（3）上，另一端固定在第二手指板组件（6）上；副驱动组件（2）固定于第二手指板组件（6）的另一端；真空吸盘组件（7）设置在第二手指板组件（6）内并与副驱动组件（2）连接固定。
2.根据权利要求1所述的轻型多功能机械手，其特征在于：所述手背板组件（3）包括手腕板（3-2）、支撑柱（3-3）和两个手背板（3-1），一个手背板（3-1）平行设置在另一个手背板（3-1）的正上方，手腕板（3-2）和支撑柱（3-3）均固定在两个手背板（3-1）之间，其中支撑柱（3-3）位于前端面，手腕板（3-2）位于后端面，两个手背板（3-1）上分别对应设有两个并列的第一通孔，两条机械臂关于支撑柱（3-3）左右对称。
3.根据权利要求2所述的轻型多功能机械手，其特征在于：上述主驱动组件（1）包括主驱动舵机（1-1）、第一标准舵盘（1-2）、主驱动轴联轴器（1-3）和两个并排啮合的转轴，转轴包括驱动轴（1-4）、标准铜齿轮（1-6）和两个第一标准法兰轴承1-5；转轴设置在两个手背板（3-1）之间，分别位于第一通孔内，主驱动舵机（1-1）位于两个手背板（3-1）的正上方，通过四根标准铜柱与位于上方的手背板（3-1）顶面固连，第一标准舵盘（1-2）与主驱动舵机（1-1）的输出轴固连；其中一个转轴通过主驱动轴联轴器（1-3）与第一标准舵盘（1-2）固连，标准铜齿轮（1-6）固定在驱动轴（1-4），两个第一标准法兰轴承1-5设置在驱动轴（1-4）上，与其同轴配合，且与标准铜齿轮（1-6）的两端分别留有间隙。
4.根据权利要求3所述的轻型多功能机械手，其特征在于：所述第二手指板组件（6）包括两个第二手指板（6-1）、两个第二手指板联轴器（6-2）和若干第二支撑柱（6-3），一个第二手指板（6-1）平行设置在另一个第二手指板（6-1）的正上方，通过若干第二支撑柱（6-3）支撑固定，同一个第二手指板组件（6）中的两个第二手指板（6-1）相对的侧面一端分别固连第二手指板联轴器（6-2），通过第二手指板联轴器（6-2）与第一手指板组件（4）转动连接，另一端固定副驱动组件（2）。
5.根据权利要求4所述的轻型多功能机械手，其特征在于：上述两个第二手指板组件（6）相对一侧的第二手指板（6-1）侧壁设有防滑齿。
6.根据权利要求4所述的轻型多功能机械手，其特征在于：上述副驱动组件（2）包括副驱动舵机（2-1）、副驱动舵机安装架（2-2）、第二标准舵盘（2-3）、副驱动舵机联轴器（2-4）、吸盘转轴（2-6）和两个第二标准法兰轴承（2-5），副驱动舵机（2-1）通过副驱动舵机安装架（2-2）固定在位于上方的第二手指板（6-1）的顶面，第二标准舵盘（2-3）与副驱动舵机（2-1）的输出轴固连，吸盘转轴（2-6）两端分别设有第二标准法兰轴承（2-5），吸盘转轴（2-6）通过副驱动舵机联轴器（2-4）与第二标准舵盘（2-3）连接。
7.根据权利要求6所述的轻型多功能机械手，其特征在于：所述吸盘转轴（2-6）包括转轴和吸盘，转轴包括吸盘固定架和设置在吸盘固定架两端的轴，吸盘固定在吸盘固定架内，两端的轴上分别套有第二标准法兰轴承（2-5），位于上方的轴通过副驱动舵机联轴器（2-4）与第二标准舵盘（2-3）连接。
8.根据权利要求6所述的轻型多功能机械手，其特征在于：上述第一手指板组件（4）包括第一手指转轴（4-2）、两个第一手指板（4-1）、两个第三标准法兰轴承（4-3）和若干第二支撑柱（4-4）；两个第一手指板（4-1）平行间隔设置，一个第一手指板（4-1）位于另一个第一手指板（4-1）的正上方，通过若干第二支撑柱（4-4）连接支撑，两个第一手指板（4-1）一端伸入两个手背板（3-1）之间，夹住标准铜齿轮（1-6），且驱动轴（1-4）两端分别穿过两个第一手指板（4-1），两个第一手指板（4-1）的另一端设有第一手指转轴（4-2），并通过第三标准法兰轴承（4-3）限位，所述第一手指转轴（4-2）通过第二手指板联轴器（6-2）与两个第二手指板（6-1）转动连接。
9.根据权利要求8所述的轻型多功能机械手，其特征在于：上述球头铰链连杆组件（5），球头铰链连杆组件（5）包括两个对称设置的子组件，所述子组件包括螺杆（5-2）和固定在螺杆（5-2）两端的球头铰链（5-1）；球头铰链（5-1）的顶面和底面为平面，位于一端的球头铰链（5-1）与手背板（3-1）固连，位于另一端的球头铰链（5-1）与第二手指板（6-1）固定连接。
10.根据权利要求9所述的轻型多功能机械手，其特征在于：位于同一个机械臂上的不与主驱动轴联轴器（1-3）连接的驱动轴（1-4）的轴线、第一手指转轴（4-2）的轴线、球头铰链（5-1）与手背板（3-1）连接处的中心轴线、球头铰链（5-1）与第二手指板（6-1）连接处的中心轴线在同一个水平面上的投影的四个点，构成平行四边形，使得第二手指板（6-1）在主驱动舵机（1-1）驱动下平行移动。
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