CN108908390B - 一种协同动作的夹爪夹持机构及其机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种协同动作的夹爪夹持机构，其包括有固定板、夹爪、驱动装置和连接器固定座，所述连接器固定座固定在所述固定板上，所述夹爪的一端设置有夹持部，所述夹爪远离夹持部的一端与连杆铰接，所述夹爪和连杆设置有两对，所述夹爪在其中部位置还与从动板铰接，所述连杆远离所述夹爪的一端与主动板铰接，所述主动板与从动板之间设置有弹性元件，所述弹性元件给予所述主动板与从动板相互远离的作用力；当所述驱动装置驱使所述主动板远离/靠近所述从动板时，所述夹爪相对聚拢/分离。本发明涉及还涉及一种机器人。本发明解决了夹爪及其机器人在夹持过程中的瞬间冲击问题。

Description

一种协同动作的夹爪夹持机构及其机器人

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及一种协同动作的夹爪夹持机构及其机器人。

背景技术

随着机器人研究的深入和各方面需求的增长，机器人的应用领域在不断扩大，用于危险环境作业、海洋资源探测、核能利用、军事侦察以及空间探测的特种机器人不断呈现。在机器人获得巨大发展的同时，机器人关键部件之一的机器人手爪也获得了长足的进步。目前，机械手的传动方式主要有腱传动(钢丝绳、绳索等)和连杆传动。

腱具有抗拉强度高和质量轻的特点，容易实现多自由度和远距离动力传输，空间占用少，成本低，是一种零回差的柔顺传动方式。但是，腱本身的刚度有限，位置精度不易控制，使用时需要一定的预紧力，容易与其它零部件产生摩擦，另外，腱的布局容易产生力矩和运动的耦合，这些因素都增加了手爪抓取控制的难度。

另外一类是采用连杆的传动方式，其特点是采用平面连杆机构传动，优点是刚度好、出力大、负载能力强、加工制造容易和能获得较高的精度，构件之间的接触可以依靠几何封闭来实现，能够较好实现多种运动规律和运动的轨迹的要求，但是设计复杂。

目前存在着使用连杆传动的机械手爪，用于将连接器插入目标对接口，连杆传动驱动的夹爪用于保证机械手爪相对目标对接口固定，以使得插接动作的顺利进行，然而连杆传动刚度足够而柔性不足，夹爪夹持过程中容易产生瞬间的冲击，不利于插接动作的顺利进行及机械手爪的长久使用，因此需要对该问题进行研究解决。

发明内容

本发明所要解决的技术问题，在于解决夹爪在夹持过程中的瞬间冲击问题，以及如何使得机器人的夹爪具有防止瞬间冲击的功能。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种协同动作的夹爪夹持机构，包括有固定板、主动板、从动板、夹爪、连杆、驱动装置和连接器固定座，所述连接器固定座固定在所述固定板上，所述夹爪的一端设置有夹持部，所述夹爪远离夹持部的一端与所述连杆铰接，所述夹爪和连杆设置有两对，所述夹爪在其中部位置还与所述从动板铰接，所述连杆远离所述夹爪的一端与所述主动板铰接，所述主动板与从动板之间设置有弹性元件，所述弹性元件给予所述主动板与从动板相互远离的作用力；当所述驱动装置驱使所述主动板远离/靠近所述从动板时，所述夹爪相对聚拢/分离。

在一种优选的实施方式中，所述弹性元件为压缩弹簧。

在一种优选的实施方式中，还包括有扭簧，所述扭簧的一端抵持在从动板上，所述扭簧的另一端抵持在所述夹爪上，所述扭簧给予所述夹爪一个趋于合拢的弹性回复力。

在一种优选的实施方式中，还包括有固定架，所述固定架的一端与固定板锁接，所述连接器固定座固定在所述固定架的另一端的顶板上。

在一种优选的实施方式中，所述连接器固定座与顶板之间还设置有压力传感器。

在一种优选的实施方式中，所述驱动装置包括有丝杆螺母组件和驱动元件，所述丝杆螺母组件包括有丝杆和螺母，所述丝杆的两端分别与所述固定板和顶板转动连接，所述螺母固定在所述主动板上，所述驱动元件可驱使所述丝杆转动。

在一种优选的实施方式中，所述驱动元件为步进电机。

在一种优选的实施方式中，所述固定架还包括有左侧板和右侧板，所述主动板通过滑动副分别与所述左侧板和右侧板连接，所述从动板也通过滑动副分别与所述左侧板和右侧板连接。

在一种优选的实施方式中，所述夹持部为一段与所述夹爪的主体部分成锐角的折弯。

一种机器人，包括有如上述任一项所述的协同动作的夹爪夹持机构。

本发明的有益效果是：

本发明的主动板由于弹性元件的作用处于远离从动板的状态，使得作为连杆机构组件之一的夹爪处于合拢的状态，当需要抓取辅助把手等被夹持物时，利用驱动装置驱使主动板靠近从动板，夹爪张开，然后在弹性元件的弹性力的作用下，以及驱动装置的配合下，主动板再次远离从动板，夹爪合拢，由于夹爪主要在弹性元件的弹性力作用下与被夹持物柔性接触，由此不易损伤夹爪和驱动装置。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

图1是本发明一个实施例的协同动作的夹爪夹持机构的轴测图；

图2是本发明一个实施例的协同动作的夹爪夹持机构的正视图；

图3是本发明一个实施例的协同动作的夹爪夹持机构的右视图；

图4是本发明一个实施例的协同动作的夹爪夹持机构的爆炸图；

图5是本发明一个实施例的协同动作的夹爪夹持机构的应用示意图。

具体实施方式

以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整的描述，以充分地理解本发明的目的、方案和效果。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，如无特殊说明，当某一特征被称为“固定”、“连接”在另一个特征，它可以直接固定、连接在另一个特征上，也可以间接地固定、连接在另一个特征上。此外，本发明中所使用的上、下、左、右等描述仅仅是相对于附图中本发明各组成部分的相互位置关系来说的。

此外，除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与本技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例，而不是为了限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的组合。

参照图1至图4，本实施例的协同动作的夹爪夹持机构1包括有连接器固定座101、压力传感器102、固定架103、丝杆螺母组件104、从动板105、扭簧106、滑动副107、夹爪108、连杆109、压缩弹簧110、主动板111、固定板112、联轴器113、固定座114和驱动元件115。

夹爪108整体外形为板状框架，具有两处折弯，位于夹爪108一端的折弯形成了夹持部1081，夹爪108的另一端与连杆109铰接，夹爪108在靠近与连杆109的铰接处还与从动板105铰接，连杆109远离夹爪108的一端与主动板111铰接，从动板105与主动板111之间还设置有弹性元件110，弹性元件110给予从动板105与主动板111一个相互远离的弹性力，由此，从动板105、夹爪108、连杆109和主动板111组成了一个平面连杆机构，当在弹性元件110和/或其它的外力作用下，从动板105相对主动板111远离或靠近时，夹爪108可合拢或分离。

具体的，主动板111通过驱动装置进行驱动，驱动装置包括有丝杆螺母组件104和驱动元件115，丝杆螺母组件104包括有第一支座1041、丝杆1042、螺母1043和第二支座1044，第一支座1041固定在固定架103的顶板1031上，螺母1043固定在主动板111上，第二支座1044固定在固定板112上，丝杆1042与第一支座1041以及第二支座1044转动连接，丝杆1042与螺母1043螺纹连接。

其中，固定架103包括有顶板1031、左侧板1032和右侧板1033，左侧板1032和右侧板1033锁接固定在固定板112，顶板1031的两端分别锁接在左侧板1032和右侧板1033上，连接器固定座101固定在顶板1031，为对连接器固定座101受到的反作用力进行实时监测，连接器固定座101与顶板1031之间还设置有压力传感器102。

驱动元件115优选为步进电机，步进电机的输出轴通过联轴器113与丝杆1042同轴心固定连接，步进电机本身则通过固定座114固定在固定板112上，驱动元件115选择步进电机可精确控制丝杆1042的旋转角度，由此可精确地控制夹爪108的开合位置。

具体的，弹性元件110为压缩弹簧，其包括有小压缩弹簧1101和大压缩弹簧1102，小压缩弹簧1101通过螺栓(未展示)锁接在从动板105与主动板111之间，大压缩弹簧1102套接在螺母1043上，小压缩弹簧1101设置有两个，两个小压缩弹簧1101和一个大压缩弹簧1102呈三角形布置，以使从动板105与主动板111之间的力均衡传递。

为使从动板105和主动板111的上下运动得到约束和导向，从动板105通过滑动副107分别与左侧板1032和右侧板1033滑动连接，主动板111也通过滑动副107分别与左侧板1032和右侧板1033滑动连接，为加强承载能力，固定架103和滑动副107设置有两对。

其中，在本实施例中，滑动副107选择了滑块1071与线性导轨1072的组合，当然，滑动副107也可以选择燕尾型导轨与滑块的组合或线性导向轴与滑块的组合。

为对夹爪108合拢的作用力进行加强和补充，夹爪108与从动板105之间还设置有扭簧106，扭簧106的一端抵持在从动板105上，扭簧106的另一端抵持在夹爪108上，当夹爪108趋向于张开时，扭簧106趋向于被压缩。

参照图4，并适当参照图3，图4展示了本实施例的夹爪夹持机构1的一个应用实例，通过螺栓合理地调节从动板105与主动板111的初始间距，同时调节弹性元件110的压缩量，可使得夹爪108处于一个合适的初始合拢位置，当从动板105运动到线性导轨1072的末端，而主动板111在驱动装置的作用下继续靠近从动板105时(此时弹性元件110被压缩)，夹爪108会张开，由此可抓取辅助把手3，当夹爪108到达辅助把手3所处位置时，主动板111在驱动装置和弹性元件110的作用下远离从动板105，夹爪108合拢，且其合拢的作用力主要来自弹性元件110的弹性力，夹爪108与辅助把手3时柔性碰触，不易损伤夹爪108和辅助把手3。

从动板105和主动板111的上下运动包括有从动板105和主动板111之间的相对运动，以及从动板105和主动板111一起相对固定板112的运动，一起相对固定板112(也即连接器固定座101，连接器固定座101相对固定板112固定)的运动主要是为了配合夹爪夹持机构1对连接器2的插接动作而设计的。

本发明的夹爪夹持机构1可与机器人协同配合完成连接器2与目标对接口4的插接动作，当连接器固定座101带动连接器2插接进入目标对接口4，而夹爪108夹持住辅助把手3，夹爪108不需要相对目标对接口4运动，由此需要夹爪108相对连接器固定座101运动。

为方便连接器2的线缆通过，从动板105、主动板111和固定板112均开有通孔(未标示)。

为使夹爪108对辅助把手3的夹持更为稳固，夹持部1081和其与夹爪108相连接的部分设置成锐角，为使夹爪108顺利夹持进入辅助把手3，夹持部1081的末端设置有倒角。

本发明的夹爪夹持机构1具有结构简单、质量轻、体积小、动作灵活和可靠性高的特点，适宜推广运用。

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (10)

1.一种协同动作的夹爪夹持机构，其特征在于，包括有固定板、主动板、从动板、夹爪、连杆、驱动装置和连接器固定座，所述连接器固定座固定在所述固定板上，所述夹爪的一端设置有夹持部，所述夹爪远离夹持部的一端与所述连杆铰接，所述夹爪和连杆设置有两对，所述夹爪在其中部位置还与所述从动板铰接，所述连杆远离所述夹爪的一端与所述主动板铰接，所述主动板与从动板之间设置有弹性元件，所述弹性元件给予所述主动板与从动板相互远离的作用力；当所述驱动装置驱使所述主动板远离所述从动板时，所述夹爪相对聚拢，当所述驱动装置驱使所述主动板靠近所述从动板时，所述夹爪相对分离；所述夹爪用于抓取辅助把手，所述连接器固定座用于带动连接器插接进入目标对接口，完成所述连接器与所述目标对接口的插接动作。

2.根据权利要求1所述的协同动作的夹爪夹持机构，其特征在于，所述弹性元件为压缩弹簧。

3.根据权利要求1所述的协同动作的夹爪夹持机构，其特征在于，还包括有扭簧，所述扭簧的一端抵持在从动板上，所述扭簧的另一端抵持在所述夹爪上，所述扭簧给予所述夹爪一个趋于合拢的弹性回复力。

4.根据权利要求1所述的协同动作的夹爪夹持机构，其特征在于，还包括有固定架，所述固定架的一端与固定板锁接，所述连接器固定座固定在所述固定架的另一端的顶板上。

5.根据权利要求4所述的协同动作的夹爪夹持机构，其特征在于，所述连接器固定座与顶板之间还设置有压力传感器。

6.根据权利要求4所述的协同动作的夹爪夹持机构，其特征在于，所述驱动装置包括有丝杆螺母组件和驱动元件，所述丝杆螺母组件包括有丝杆和螺母，所述丝杆的两端分别与所述固定板和顶板转动连接，所述螺母固定在所述主动板上，所述驱动元件可驱使所述丝杆转动。

7.根据权利要求6所述的协同动作的夹爪夹持机构，其特征在于，所述驱动元件为步进电机。

8.根据权利要求4所述的协同动作的夹爪夹持机构，其特征在于，所述固定架还包括有左侧板和右侧板，所述主动板通过滑动副分别与所述左侧板和右侧板连接，所述从动板也通过滑动副分别与所述左侧板和右侧板连接。

9.根据权利要求1所述的协同动作的夹爪夹持机构，其特征在于，所述夹持部为一段与所述夹爪的主体部分成锐角的折弯。

10.一种机器人，其特征在于，包括有如权利要求1至9任一项所述的协同动作的夹爪夹持机构。

Images