CN109109011B

CN109109011B - 一种可调机械手

Info

Publication number: CN109109011B
Application number: CN201811091894.4A
Authority: CN
Inventors: 孙尧; 万熠; 梁西昌; 黄鑫; 荣学文
Original assignee: Shandong University
Current assignee: Shandong University
Priority date: 2018-09-19
Filing date: 2018-09-19
Publication date: 2021-10-19
Anticipated expiration: 2038-09-19
Also published as: CN109109011A

Abstract

本发明公开了一种可调机械手，它解决了现有技术中机械手夹取力即时调整效果差、夹取过程中不够流畅的问题，能够提高机械手的灵巧性、智能性、仿生性以及顺畅性；其技术方案为：包括两个相对设置的机械手指，机械手指通过连杆机构连接直线传动机构，所述直线传动机构与驱动装置相连，通过驱动装置控制直线传动机构沿直线方向来回运动，使机械手指完成夹取与松开动作；所述驱动装置配置液力耦合器，液力耦合器一侧安装调节装置，通过调节装置调节液力耦合器内部空间的体积，实现驱动装置输出扭矩的调节，进而调节机械手指的夹取力。

Description

一种可调机械手

技术领域

本发明涉及机器人应用与设计技术领域，尤其涉及一种可调机械手。

背景技术

近年来，机器人技术不论在工业领域还是民用领域的领域都有飞速的发展和应用。机械手是机械臂工作的末端执行机构，其性能直接决定了机器人的工作效率和性能。

当前，现有的机械手都朝着灵巧性、智能型发展。但是现有技术中的机械手存在夹取力不稳定、夹取力难以即时调节等问题，并且存在很强的“机械质感”，难以像真正的手一样在夹取过程中实现力量和速度的即时变化，因此流畅性很差。亦或是结构设计复杂、控制过程复杂，生产成本高。

因此，基于以上问题，机械手的灵巧性、智能性、以及仿生性都受到了极大的限制。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种可调机械手，能够提高机械手的灵巧性、智能性、仿生性以及顺畅性，解决现有机械手运行机械质感强、夹取力即时调整效果差、夹取过程中夹取速度降低但夹取力也随之改变以及夹取过程中不够流畅的问题。

本发明采用下述技术方案：

一种可调机械手，包括两个相对设置的机械手指，机械手指通过连杆机构连接直线传动机构，所述直线传动机构与驱动装置相连，通过驱动装置控制直线传动机构沿直线方向来回运动，使机械手指完成夹取与松开动作；

所述驱动装置配置液力耦合器，液力耦合器一侧安装调节装置，通过调节装置调节液力耦合器内部空间的体积，实现驱动装置输出扭矩的调节，进而调节机械手指的夹取力。

进一步的，所述连杆机构包括铰接于机械手指底部且相互平行的第一连杆、第二连杆，两个第二连杆之间通过连接板相连；

所述第一连杆内侧与第三连杆的一端铰接，第三连杆穿过连接板上的条形槽且两个第三连杆的另一端铰接于推杆连接件的同一点。

进一步的，所述推杆连接件内部开设有贯穿的槽孔，第三连杆铰接于槽孔内壁；所述推杆连接件远离连接板的一侧与直线传动机构相连。

进一步的，所述第二连杆与套设于推杆连接件外侧的支撑座铰接，所述支撑座的底部通过封装板与用于承载驱动装置、直线传动机构的外壳相连。

进一步的，所述直线传动机构通过齿轮组与驱动装置相连。

进一步的，所述直线传动机构包括套筒、设于套筒内部且与其螺纹连接的丝杆，所述丝杆穿过底板与齿轮固定连接，所述底板上方固定有套设于套筒外侧的固定套，套筒可沿固定套移动。

进一步的，所述液力耦合器内部装满液压油时，通过改变液压油的浓度和粘度可改变输出扭矩。

进一步的，所述液力耦合器内部装有一定容量的液压油时，通过调节装置调节液力耦合器内腔容积，可改变输出扭矩。

进一步的，所述机械手指内侧设有压力传感器。

进一步的，所述直线传动机构设置限位开关。

进一步的，所述调节装置为调节螺栓，调节螺栓为手动调节或电动调节；电动调节时，可根据压力传感器传回的数值实现闭环调节。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明的驱动装置连接液力耦合器，能够有效调节夹取力的大小，防止机械手指夹取力过大，以致夹碎物体，也可防止机械手指夹取力过小，以致夹不住物体；同时，可以保持夹取力稳定，防止直流电机因过载而发热或烧坏，可缓冲启动冲击，有效防止传动零件损坏；

(2)本发明套筒在丝杆的作用下沿固定套内部移动，套筒带动推杆连接件移动，从而使连杆机构带动两个机械手指彼此靠近或远离，以实现夹取与松开动作；丝杆与套筒的螺纹配合具有自锁功能，即在驱动装置不启动时，套筒与丝杆不会发生相对滑动，不会导致机械手指夹取物品松动；

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明去除外壳后的结构示意图；

图3为本发明去除外壳、支撑座后的结构示意图；

图4为图3去除固定套后的结构示意图；

图5为本发明的外壳内部结构示意图；

图6为本发明的液力耦合器内部结构示意图；

其中，1-机械手指；2-第一连杆；3-第二连杆；4-封装板；5-外壳；6-调节螺栓；7-支撑座；8-第三连杆；9-套筒；10-限位开关；11-固定套；12-齿轮组；13-液力耦合器；14-驱动装置；15-推杆连接件；16-丝杆；17-轴承；18-从动叶轮；19-主动叶轮；20-底板；21-连接板；22-导向块；23-凸起。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

正如背景技术所介绍的，现有技术中存在机械手夹取力即时调整效果差、夹取过程中不够流畅的不足，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种可调机械手。

本申请的一种典型的实施方式中，如图1-图6所示，提供了一种可调机械手，包括机械手指1、连杆机构、直线传动机构、液力耦合器13、驱动装置14、支撑座7和外壳5等。

外壳5的内部靠下位置安装底板20，外壳5的顶部安装封装板4，封装板4的上部安装支撑座7，支撑座7的顶部安装连接板21。

所述外壳5、支撑座7的内部均为空腔。

机械手指1有两个，且相对安装；每一个机械手指1均连接连杆机构。

所述机械手指1内侧设有压力传感器，当机械手指1接触物品时，压力传感器可实时传出压力数值。

所述连杆机构包括第一连杆2、第二连杆3和第三连杆8，第一连杆2呈H型，其一端与机械手指1底部一端铰接，另一端与支撑座7端部铰接。

每组连杆机构分别包括两个第二连杆3，第二连杆3一端与机械手指1底部靠近夹持侧一端铰接，第二连杆3另一端与连接板21铰接。

所述第三连杆8一端与H型的第一连杆2内侧(夹取侧)铰接，第三连杆8倾斜穿过两个第二连杆3之间并穿过连接板21上的条形槽；第三连杆8的另一端与推杆连接件15铰接。

所述连接板21开设两个相互平行且错开布置的条形槽，用于两个第三连杆8穿过。

所述推杆连接件15为矩形块状结构，其一端开设有贯穿的槽孔，第三连杆8与槽孔内壁同一点位置铰接；推杆连接件15另一端且与连接板21相背一侧与直线传动机构相连。

直线传动机构包括丝杆16、套筒9和固定套11，套筒9内部设有与丝杆16相配合的螺纹，丝杆16套设于套筒9内部且二者螺纹连接，套筒9顶端与推杆连接件15固定。

丝杆16与套筒9的螺纹配合具有自锁功能，即在驱动装置14不启动时，套筒9与丝杆16不会发生相对滑动，不会导致机械手指1夹取物品松动。

所述套筒9一端穿过连接板21，另一端外侧套设有固定套11，套筒9在丝杆16的作用下可沿固定套11上、下移动(图示方向)；所述固定套11端部与底板20固定。

所述套筒9一侧固定有截面呈矩形且为长条状的导向块22，导向块22远离套筒9一侧具有凸起23；所述凸起23与安装在外壳5内部的限位开关10配合，以实现限位的功能。

所述固定套11侧面设有用于导向块22运动的导向槽。

所述丝杆16远离套筒9一端通过齿轮组12与液力耦合器13相连，液力耦合器13安装于驱动装置14一端；其中，齿轮组12位于底板20下方，且丝杆16连接齿轮端通过轴承17与外壳5底部相连。

所述液力耦合器13的输出轴为齿轮轴，其输出轴上连接主动叶轮19和从动叶轮18；液力耦合器13一侧安装调节装置。

优选地，所述齿轮组12为减速齿轮组，以降低丝杆16的转动速度，进而降低机械手指1的夹取速度。

优选地，所述调节装置为调节螺栓6。

所述驱动装置14为电机，电机配置液力耦合器13，液力耦合器13是一个密闭装置，密闭装置内腔与外界通过螺纹孔贯通，螺纹孔与调节螺栓6配合连接。

当顺时针拧松调节螺栓6时，调节螺栓末6端与内腔组成密闭装置容积增大；反之，当逆时针拧紧调节螺栓6时，调节螺栓6末端与内腔组成的密闭装置容积减少。

即通过液力耦合器13一侧的调节螺栓6可实现液力耦合器13内腔容积的改变。进而，当内腔灌有一定量的液体量时，在电机驱动下，主动叶轮19带动从动叶轮18转动，当主动叶轮19输入扭矩不变，且通过调节螺栓6改变内腔容积时，会影响从动叶轮18输出的扭矩的大小，进而实现调节机械手指1的夹取力。

当液力耦合器13调节好扭矩，驱动装置14驱动机械手指1夹紧物体，机械手指1开始接触物体时，驱动装置14转速不变，机械手指1夹取的速度逐步降低至零，夹取力逐渐增大至设定的恒定数值，保持抓取物体稳定。

液力耦合器13装满不同浓度和粘度的液体时，其输出的扭矩不同；当输入扭矩不变时，液体浓度和粘度越大，输出扭矩越大，反之越小。

液力耦合器13装入不同容量的同一种液体时，输出的扭矩不同；当输入的扭矩不变时，液力耦合器13内装入的液体容量越多或空气越少时，输出的扭矩越大；当装满液体时，输出扭矩达到最大；当装入的液体少于某一数值时，输出的扭矩为零。

以图示方向对本申请操作过程进行论述：

驱动装置14通过液力耦合器13、齿轮组12带动丝杆16转动，由于丝杆16与套筒9螺纹连接，套筒9在丝杆16的作用下沿固定套11内部上下移动；套筒9带动推杆连接件15上下移动，从而使连杆机构带动两个机械手指1彼此靠近或远离，以实现夹取与松开动作。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims

1.一种可调机械手，其特征在于，包括两个相对设置的机械手指，机械手指通过连杆机构连接直线传动机构，所述直线传动机构与驱动装置相连，通过驱动装置控制直线传动机构沿直线方向来回运动，使机械手指完成夹取与松开动作；所述直线传动机构通过齿轮组与驱动装置相连，所述直线传动机构包括套筒、设于套筒内部且与其螺纹连接的丝杆，所述丝杆穿过底板与齿轮固定连接，所述底板上方固定有套设于套筒外侧的固定套，套筒可沿固定套移动，驱动装置通过液力耦合器、齿轮组带动丝杆转动，由于丝杆与套筒螺纹连接，套筒在丝杆的作用下沿固定套内部上下移动，套筒带动推杆连接件上下移动，从而使连杆机构带动两个机械手指彼此靠近或远离，以实现夹取与松开动作；

所述驱动装置配置液力耦合器，液力耦合器一侧安装调节装置，通过调节装置调节液力耦合器内部空间的体积，实现驱动装置输出扭矩的调节，进而调节机械手指的夹取力；所述液力耦合器的输出轴为齿轮轴，其输出轴上连接主动叶轮和从动叶轮，所述调节装置为调节螺栓，液力耦合器是一个密闭装置，密闭装置内腔与外界通过螺纹孔贯通，螺纹孔与调节螺栓配合连接，通过调节螺栓可实现液力耦合器内腔容积的改变，进而当内腔灌有一定量的液体量时，在驱动装置驱动下，主动叶轮带动从动叶轮转动，当主动叶轮输入扭矩不变，且通过调节螺栓改变内腔容积时，会影响从动叶轮输出的扭矩的大小，进而实现调节机械手指的夹取力。

2.根据权利要求1所述的一种可调机械手，其特征在于，所述连杆机构包括铰接于机械手指底部且相互平行的第一连杆、第二连杆，两个第二连杆之间通过连接板相连；

所述第一连杆内侧与第三连杆的一端铰接，第三连杆穿过连接板上的条形槽且两个第三连杆的另一端铰接于推杆连接件的同一点；所述推杆连接件内部开设有贯穿的槽孔，第三连杆铰接于槽孔内壁；所述推杆连接件远离连接板的一侧与直线传动机构相连。

3.根据权利要求2所述的一种可调机械手，其特征在于，所述第二连杆与套设于推杆连接件外侧的支撑座铰接，所述支撑座的底部通过封装板与用于承载驱动装置、直线传动机构的外壳相连。

4.根据权利要求1所述的一种可调机械手，其特征在于，所述液力耦合器内部装有液压油，通过改变液压油的浓度和粘度可改变输出扭矩。

5.根据权利要求1所述的一种可调机械手，其特征在于，所述机械手指内侧设有压力传感器。

6.根据权利要求1所述的一种可调机械手，其特征在于，所述直线传动机构设置限位开关。

7.根据权利要求1所述的一种可调机械手，其特征在于，所述调节螺栓为手动调节或电动调节；电动调节时，可根据压力传感器传回的数值实现闭环调节。