CN109434812A - 一种基于并联机构的轻型抓取装置及其应用 - Google Patents

Abstract

一种基于并联机构的轻型抓取装置及其应用，该装置包括驱动机构、执行机构、夹持机构，所述驱动机构驱动执行机构，所述执行机构带动夹持机构实现抓取功能，其特征为：驱动机构包含5个驱动机构单元、执行机构包含4个执行机构单元，通过5个驱动机构单元控制所述4个执行机构单元实现全方位抓取功能。本装置有益效果：结构简单，紧凑，维修维护方便，能够实现全方位抓取功能。

Description

一种基于并联机构的轻型抓取装置及其应用

技术领域

本发明涉及一种机械工程技术领域，尤其是涉及一种轻型机械臂装置中的一种基于并联机构的轻型抓取装置及其应用。

背景技术

在智能仓储的应用背景下，需要从不同高度、位置快速抓取物品，机械手臂可以模仿人的手和臂展的部分功能，能够精确定位到空间上的某一点，并以一定的方式抓取、搬运或者实现其他特定的操作，相比与人工的作业方式，具有安全、高效的特点。在众多结构的机械臂中，并联机构具有高刚度、机构紧凑、动态响应好等特点，适用于需要快速响应、精确定位、运动稳定及较大载荷的场合。

中国专利申请(申请号：CN201711422120)公开了一种基于有序单开链的机器人抓取装置，该装置包括基座、回转臂、第一单开链单元、第二单开链单元、第三单开链单元和末端执行器，所述的基座与回转臂连接，所述的回转臂与第一单开链单元连接，所述的第二单开链单元与第三单开链单元连接，所述的第三单开链单元与末端执行器连接。

然而，目前，用于智能仓储的移动机器人往往采用通用型串联机械臂实现，其驱动置于关节处，偏重力矩较大，一般体积大而重，同时刚度、惯性和缓冲效果都直接会影响手臂的位置精度、响应速度和平稳性；但同时，传统的并联机构其运动空间较小，也约束了它在大工作空间领域应用的广泛性。

发明内容

本发明目的是解决上述现有技术中的不足，提出一种基于并联机构的轻型抓取装置及其应用。

一种基于并联机构的轻型抓取装置，包括驱动机构，执行机构，夹持机构，所述驱动机构驱动执行机构，所述执行机构带动夹持机构实现抓取功能，其特征为：驱动机构包含5个驱动机构单元、执行机构包含4个执行机构单元，通过5个驱动机构单元控制所述4个执行机构单元实现全方位抓取功能。

一种轻型机械臂，包括上述基于并联机构的轻型抓取装置。

一种机器人，包括上述的轻型机械臂，所述机器人为应用于仓储的机器人。

有益效果：结构简单，紧凑，维修维护方便，能够实现全方位抓取功能。

附图说明

图1是本发明基于并联机构的轻型抓取装置结构示意图；

图2是基于并联机构的轻型抓取装置爆炸示意图；

图3是基于并联机构的轻型抓取装置执行机构组件中4组并联执行机构单元中一组的爆炸示意图；

图4是本发明基于并联机构的轻型抓取装置驱动机构单元示意图；

图5是本发明基于并联机构的轻型抓取装置执行机构组件示意图。

附图标记说明：1、中心主驱动电机；2、固定端上底座；3、高精度大导程丝杆；4、光轴导杆；5、执行端连杆；6、执行机构上端盖；7、执行机构下端盖；8、内啮合齿轮拨盘；9、拨盘驱动电机；10、固定端下底座；11、末端执行夹具；12、同步带；13、丝杆螺母；14、内啮合小齿轮；15、端面轴承。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明：

一种基于并联机构的轻型抓取装置，包括驱动机构，执行机构，夹持机构，所述驱动机构驱动执行机构，所述执行机构带动夹持机构实现抓取功能，驱动机构包含5个驱动机构单元、执行机构包含4个执行机构单元，通过5个驱动机构单元控制所述4个执行机构单元实现全方位抓取功能。

如图1、2所示，本发明的轻型抓取装置原理结构示意图。包括驱动机构，执行机构，夹持机构。驱动机构驱动执行机构，执行机构带动夹持机构实现抓取功能。驱动机构由中心主驱动电机1、拨盘驱动电机9、固定端上底座2，高精度大导程丝杆3，光轴导杆4，固定端下底座10组成。固定端上底座2与固定端下底座10通过四根光轴导杆4和五根精度大导程丝杆3连接成一个整体，限定该并联机构抓取装置轴向的运动形式，所述的高精度大导程丝杆3通过轴承与两固定端上、下底座安装固定。驱动机构包含1个中心驱动机构单元和4个侧驱动机构单元，中心驱动机构单元包含中心主驱动电机1，中心高精度大导程丝杆3，所述的高精度大导程丝杆3设置在上下底座中心，通过轴承与固定端上、下底座安装固定，并通过安装于固定端上底座2的中心主驱动电机1驱动，可实现在电机驱动下灵活转动，实现整机的轴向位移；一个侧驱动机构单元包含一个拨盘驱动电机9、一个高精度大导程丝杆3，通过拨盘驱动电机9驱动高精度大导程丝杆3转动；4个侧驱动机构单元分别通过轴承与固定端上、下底座安装固定，并分别通过安装于固定端下底座10的拨盘驱动电机9驱动，可分别实现4个执行机构单元的轴向转动。

执行机构由执行机构上端盖6，并联的四套执行机构单元，端面轴承15，执行机构下端盖7组成，执行机构上端盖6和执行机构下端盖7的中心开设有螺纹孔，与中心高精度大导程丝杆3套合，执行机构上端盖6和执行机构下端盖7中心孔四周开设有圆孔，高精度大导程丝杆3，光轴导杆4，从中穿过，执行机构上端盖6和执行机构单元之间，4个执行机构单元之间，执行机构单元和执行机构下端盖7之间通过端面轴承15组成一个执行机构。夹持机构由执行端连杆5，末端执行夹具11组成，执行端连杆5和末端执行夹具11通过轴承连接。

如图3所示，一个执行机构单元由一个拨盘驱动电机9，一个高精度大导程丝杆3，一个光轴导杆4，一个丝杆配合螺母13，一个内啮合小齿轮14，一个同步带12，一个内啮合齿轮拨盘8组成，高精度大导程丝杆3上套合有丝杆螺母13，光轴4上套设有内啮合小齿轮14，丝杆螺母13和内啮合小齿轮14通过同步带12连接，内啮合小齿轮14及丝杠配合螺母13被光轴导杆4和丝杆3限制了自由度，其只能沿着自身轴做转动自由度和轴向位移的自由度，丝杆螺母被驱动机构单元两端的端面轴承15限制了单独轴向位移的自由度，无法实现独立的轴向滑移，必然造成丝杆螺母13自身与丝杆3同步转动，转动的扭矩通过同步带12传递给内啮合小齿轮14，从而带动了内啮合齿轮拨盘8的转动。每两组内啮合齿轮拨盘连接一件末端执行夹具，这样，总共四组内啮合拨盘两两并联组成一套夹持系统执行末端。

如图4所示，本发明驱动机构示意图。因为执行机构中的执行机构单元均为并联形式，可分别通过各自的驱动电机独立驱动控制，在一定的控制逻辑即可实现独立和协同的动作，在末端执行夹具的配合动作之下即可实现快速伸出、回缩、夹持、放松的动作，完成整套抓取动作。当4个并联丝杆和中心丝杆同时等速旋转时，因5根丝杆同时转动向5个螺母施加轴向力，必然带着整个驱动机构组件沿着丝杆整体上下实现轴向位移，此时丝杆提供轴向力而四根光轴导杆只提供导向作用。

如图5所示，本发明执行机构示意图，作为并联机构轻型抓取装置的执行端，所述的并联机构为四组可独立驱动并绕中心轴转动的拨盘连杆机构，而四组并联机构组成的加持末端执行机构可以整体实现绕中心丝杆转动，这里所述的末端执行机构绕中心轴转动均指的是驱动机构组件中的4个并联的驱动拨盘可实现或独立或同步的绕中心丝杆转动。通过执行端连杆的配合完成多位置、多角度、多行程的自由抓取动作。整个装置结构紧凑、多路执行机构可同步动作，维修维护方便，能够实现全方位抓取功能，具有很高的使用价值和很广泛的应用场所。

此外，本发明还公开一种轻型机械臂，该机械臂包括上述基于并联机构的轻型抓取装置。

本发明还公开一种机器人，包括上述的轻型机械臂，所述机器人为应用于仓储的机器人。

在以上的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是以上描述仅是本发明的较佳实施例而已，本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，因此本发明不受上面公开的具体实施的限制。同时任何熟悉本领域技术人员在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (9)

1.一种基于并联机构的轻型抓取装置，包括驱动机构、执行机构、夹持机构，所述驱动机构驱动执行机构，所述执行机构带动夹持机构实现抓取功能，其特征为：驱动机构包含5个驱动机构单元、执行机构包含4个执行机构单元，通过5个驱动机构单元控制所述4个执行机构单元实现全方位抓取功能。

2.根据权利要求1所述的基于并联机构的轻型抓取装置，其特征为：所述驱动机构包括中心主驱动电机、拨盘驱动电机、固定端上、下底座，高精度大导程丝杆，光轴导杆，固定端下底座；所述固定端上底座与固定端下底座通过光轴导杆和高精度大导程丝杆连接成一个整体，限定该并联机构的轻型抓取装置轴向的运动形式，所述的高精度大导程丝杆通过轴承与两固定端上、下底座安装固定，同时中心主驱动电机、拨盘驱动电机分别设置在固定端上下底座上。

3.根据权利要求2所述的基于并联机构的轻型抓取装置，其特征为：所述光轴导杆为四根，所述高精度大导程丝杆为五根。

4.根据权利要求1所述的基于并联机构的轻型抓取装置，其特征为：所述驱动机构包含1个中心驱动机构单元和4个侧驱动机构单元；所述中心驱动机构单元包含中心主驱动电机，高精度大导程丝杆，所述的高精度大导程丝杆设置在上下底座中心，通过轴承与固定端上、下底座安装固定，并通过安装于固定端上底座的中心主驱动电机1驱动；一个所述侧驱动机构单元包含一个拨盘驱动电机、一个高精度大导程丝杆，通过拨盘驱动电机驱动高精度大导程丝杆转动；4个侧驱动机构单元分别通过轴承与固定端上、下底座安装固定，并分别通过安装于固定端下底座的拨盘驱动电机驱动，可分别实现4个执行机构单元的轴向转动。

5.根据权利要求1所述的基于并联机构的轻型抓取装置，其特征为：所述执行机构包括执行机构上端盖，并联的四套执行机构单元，端面轴承，执行机构下端盖，执行机构上端盖和执行机构下端盖的中心开设有螺纹孔，与中心高精度大导程丝杆套合，执行机构上端盖和执行机构下端盖中心孔四周开设有圆孔，高精度大导程丝杆，光轴导杆从中穿过。

6.根据权利要求5所述的基于并联机构的轻型抓取装置，其特征为：所述执行机构上端盖和执行机构单元之间、4个执行机构单元之间、执行机构单元和执行机构下端盖之间通过端面轴承组成一个执行机构。

7.根据权利要求1所述的基于并联机构的轻型抓取装置，其特征为：所述夹持机构由执行端连杆，末端执行夹具组成，执行端连杆和末端执行夹具通过轴承连接。

8.一种轻型机械臂，其特征为：包括上述权利要求1-7任一所述的基于并联机构的轻型抓取装置。

9.一种机器人，包括如权利要求8所述的轻型机械臂，其特征为:所述机器人为应用于仓储的机器人。