CN110421591A - 一种被动手指及使用该结构的二指机械爪 - Google Patents

Abstract

一种被动手指及使用该结构的二指机械爪，直线导轨安装在平移气缸上，两个滑块与直线导轨形成滑动副；被动手指结构为：呈锐角分布的两根弹性条上端汇集形成指尖，若干横梁两端经柔性铰链连接至两根弹性条之间，两根弹性条下端固定在固定钩顶板上。被动手指安装在主、辅固定块上组成被动手指组件，两个被动手指组件分别经一个可调安装板固定在一个滑块上。当气缸上一个气动接头通气时，两个被动手指组件分开，当缸体上的另一个气动接头通气时，两个被动手指组件闭合。本发明具有抓取适应性强，抓取稳固采用柔性结构而不易损伤物体，装配简便，制作成本低等特点。

Description

一种被动手指及使用该结构的二指机械爪

技术领域

本发明涉及了机械爪，特别是具有柔性结构抓取稳固的二指机械爪。

背景技术

目前常见的机械抓取装置主要包括吸盘、单自由度机械夹爪、欠驱动机械爪以及钢性机械爪。吸盘不易抓取表面不平整物体、疏松有孔物体。单自由度机械夹爪抓取适应性差，针对不同形状或不同尺寸的物体需要专门设计夹爪轮廓。欠驱动机械爪抓取适应性较好，但是成本高、安装复杂、同时易损伤所抓取物体；其缺点为：零件多，组装复杂，有的需要传感器、成本高；刚性机械爪易对所抓取物体产生较大压强从而损伤物体、成本高、零件多、组装复杂、有的需要传感器、成本高。

发明内容

本发明的目的是提供一种依靠转动副的弹性变性来进行转动，自适应物体形状、抓取适应强不损伤物体，成本低的二指机械爪。

本发明目的是这样实现的：一种安装被动手指的二指机械爪，包括，平移气缸的缸体上安装有直线导轨，两个滑块位于直线导轨上面，并与之形成滑动配合关系，当缸体上的一个气动接头通气时，两个滑块分开，当缸体上的另一个气动接头通气时，两个滑块闭合；其特征是，被动手指结构为：两根板式弹性条呈锐角分布，并在上端汇集在一起形成指尖，若干横梁的两端分别经柔性铰链连接在两根弹性条之间，固定钩为左、右部对称的弯折板件，其左部截面形状由从右向左水平段竖直向下段以及从左向右水平段首尾衔接组成，且从左向右水平段小于从右向左水平段，竖直向下段和从左向右水平段组成弯钩，两根弹性条的下端固定在固定钩顶板上，且两根弹性条的外侧面下沿分别位于固定钩的两个外立面上；

被动手指组件由被动手指安装在主固定块和辅固定块上组成，其结构如下：主固定块由前侧主板，左丶右侧立板以及底板围合组成一个后部开口和顶开口的长方体形框，左、右两侧有固定卡块的固定凸起固定在主固定块的底板上表面上，被动手指从主固定块的后部开口插入并使被动手指的固定钩卡套在两个固定卡块上面形成滑块配合关系，且固定钩的左右外立面和外底面分别与固定块的左、右侧立板的左、右内立面以及底板上表面相贴合，辅固定块由辅固定凸起固定在辅固定立板前侧面上构成，辅固定凸起的形状与主固定块的固定凸起形状对称；两根固定螺栓穿过辅固定块上的辅固定孔后旋接在固定凸起的螺纹孔上，从而将辅固定块的辅固定立板固定在主固定块的后部开口上，被动手指的固定钩卡套在辅固定块的两个辅固定卡块上而形成滑动配合关系，上述主固定块的前侧立板外表面下部和辅固定块的辅固定立板后侧面下部分别固联有形状对称、其底部与主固定块底板底面齐平的安装耳和辅安装耳；

两个上述被动手指组件分别经安装螺栓插入安装耳和辅安装耳的安装孔后旋接固定在一个可调安装板的安装螺孔上，两个可调安装板再分别经四颗连接螺栓固定在所述一个滑块上。

所述被动手指上设置有复合套；上述复合套为包覆在两根弹性条外表面的外层，且外层上有用于增大摩擦的花纹；或者，上述复合套由包覆在两根弹性条外表面的外层以及位于相邻两横梁之间并贴合在两根弹性条内表面上的内层一体化组成。

所述复合套为硅橡胶复合套；所述弹性条为热塑性聚氨酯材质。

所述两根弹性条上有镂空。

所述两根弹性条为一个等腰三角形的两个腰；所述两个被动手指组件中的两个主固定块的底板内表面与位于水平的底板外表面之间有一倾斜角而使两个被动手指的相邻两个弹性条平行且呈竖直方向。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、被动手指1的几何特征为多个梯形结构，且为高弹性材料，所以被动手指1向待抓取物体方向弯曲，内侧的弹性条12可以自适应地贴合到所抓取物体表面，可以适应多种弧度和形状的物体，抓取适应性强。

2、所采用的材料为弹性材料二不是刚性材料，不易损伤物体。

3、采用柔顺结构使得被动手指的一体化程度高、制造装配简便，且不需要传感器，因此价格较低。

4、固定钩11与固定组件的所有邻接面均重合，使得被动手指的固定非常稳固。

本发明采用柔性材料制造，可以自适应物体形状，抓取适应性强；对所抓取物体压强小、不易损伤物体；由于采用了柔顺结构柔性铰链使其生产成本、安装成本大大降低。

附图说明

图1为被动手指主视图。

图2为被动手指左视图。

图3为被动手指立体图。

图4为被动手指剖视图。

图5为被动手指集成二指立体图。

图6为被动手指集成二指局部爆炸图。

图7为被动手指固定结构爆炸图。

图8为被动手指固定结构剖视图。

图9为被动手指集成二指抓取物体主视图。

图10为本发明另一实施侧的立体装视图。

图11为图10的爆炸图。

图12为图11中被动手指及固定组件的爆炸图。

图13为图12被动手指以及固定组件装配后的剖视图。

具体实施方式

图1-图4示出，一种安装被动手指的二指机械爪，包括，平移气缸的缸体上安装有直线导轨，两个滑块位于直线导轨上面，并与之形成滑动配合关系，当缸体上的一个气动接头通气时，两个滑块分开，当缸体上的另一个气动接头通气时，两个滑块闭合；其特征是，被动手指结构为：两根板式弹性条呈锐角分布，并在上端汇集在一起形成指尖，若干横梁的两端分别经柔性铰链连接在两根弹性条之间，固定钩为左、右部对称的弯折板件，其左部截面形状由从右向左水平段竖直向下段以及从左向右水平段首尾衔接组成，且从左向右水平段小于从右向左水平段，竖直向下段和从左向右水平段组成弯钩，两根弹性条的下端固定在固定钩顶板上，且两根弹性条的外侧面下沿分别位于固定钩的两个外立面上；

被动手指组件由被动手指安装在主固定块和辅固定块上组成，其结构如下：主固定块由前侧主板，左丶右侧立板以及底板围合组成一个后部开口和顶开口的长方体形框，左、右两侧有固定卡块的固定凸起固定在主固定块的底板上表面上，被动手指从主固定块的后部开口插入并使被动手指的固定钩卡套在两个固定卡块上面形成滑块配合关系，且固定钩的左右外立面和外底面分别与固定块的左、右侧立板的左、右内立面以及底板上表面相贴合，辅固定块由辅固定凸起固定在辅固定立板前侧面上构成，辅固定凸起的形状与主固定块的固定凸起形状对称；两根固定螺栓穿过辅固定块上的辅固定孔后旋接在固定凸起的螺纹孔上，从而将辅固定块的辅固定立板固定在主固定块的后部开口上，被动手指的固定钩卡套在辅固定块的两个辅固定卡块上而形成滑动配合关系，上述主固定块的前侧立板外表面下部和辅固定块的辅固定立板后侧面下部分别固联有形状对称、其底部与主固定块底板底面齐平的安装耳和辅安装耳。

两个上述被动手指组件分别经安装螺栓插入安装耳和辅安装耳的安装孔后旋接固定在一个可调安装板的安装螺孔上，两个可调安装板再分别经四颗连接螺栓固定在所述一个滑块上。

如图1、图2：该被动手指主要由固定钩11、两根弹性条12、若干横梁13、指尖14组成。两根弹性条12呈锐角分布，并在一端汇集在一起倒圆为指尖14，两根弹性条12中间连接若干横梁13，横梁13主要包括横梁主体131、两个横梁端部132，横梁端部132与弹性条12在连接处构成柔性铰链133.两根弹性条12的另一端与固定钩11相连，固定钩11包括内钩面111、外底面112、外立面113、侧立面114。

如图2，指尖14处厚度比固定钩11厚度小。

如图3，弹性条12的中部可以设置镂空121。以使其对弧形物体有更好的抓取效果。

如图4，弹性条12和指尖14外可以增加材料摩擦系数较大的复合套15，以增加抓取时的摩擦力，提高抓取负载和抓取可靠性。复合套15主要包括外层151和内层152，由于横梁13的存在，内层152是间隔开的，但均和外层151连接在一起。也可以只有外层151.外层151上可以增设花纹等以进一步增大抓取摩擦系数。

可以将所提的被动手指集成设计为平移二指机械爪，如图5到图9。

平移二指机械爪主要由两个被动手指1，两个固定组件2，可调安装板4、平移气缸5组成。

如图7，固定组件2包括主固定块21和辅固定块22。主固定块21上有固定凹槽211、固定凸起212、安装耳213；固定凹槽211上有凹槽底面2111、凹槽立面2112、凹槽侧立面2113；固定凸起212上有固定卡块2121、固定螺纹孔2122；安装耳213上有安装孔2131. 辅固定块22上有辅固定立板221、辅固定凸起222、辅安装耳223；辅固定凸起222上有辅固定卡块2221、辅固定孔2222.辅固定耳223上有辅安装孔2231.

被动手指1与固定组件2安装时，首先安装被动手指1与主固定块21。将固定钩11的外底面112与凹槽底面2111重合放置，并使内钩面111与固定卡块2121重合，外立面113与凹槽立面2113重合，将被动手指1向凹槽侧立面2113方向推入直至固定钩11的一个侧立面114与凹槽立面2113重合。然后安装辅固定块22，使辅固定卡块2221与内钩面111重合，并向被动手指1方向推入。使用固定螺栓31穿过辅固定孔2222与固定螺纹2122连接。拧紧固定螺栓31使得辅固定立板221与固定钩11的另一个侧立面114重合。 被动手指1与固定组件2安装完成。

可调安装板4是用来可调地连接上述固定组件2与平移气缸5的。可调固定板4上有与平移气缸5连接的连接孔41，可调地安装固定组件2的数个安装螺孔42。平移气缸5现有技术，主要由缸体51、直线导轨52、两个滑块53组成。滑块53上有连接螺纹孔531.给气动接头6通气，可使两个滑块53沿直线导轨52同时同速相对或相向运动。 使用连接螺栓33穿过连接孔41与连接螺孔531连接在一起，使得可调安装板4与平移气缸5连接在一起。使用安装螺栓32穿过安装耳213上的安装孔2131及辅安装耳223上的辅安装孔2231拧紧在安装螺纹42上，使得固定组件2与可调安装板4连接在一起。

被动手指1的材料为热塑性弹性体材料尤其是热塑性聚氨酯。使其对弧形物体有更好的抓取效果。

如图4，弹性条12和指尖14外可以增加材料摩擦系数较大的复合套15，以增加抓取时的摩擦力，提高抓取负载和抓取可靠性。复合套15主要包括外层151和内层152，由于横梁13的存在，内层152是间隔开的，但均和外层151连接在一起。也可以只有外层151.外层151上可以增设花纹等以进一步增大抓取摩擦系数。

复合套15的材料为硅橡胶类。

图10至图13中，1被动手指，2固定组件，21主固定块，211侧立板，2111槽口，2112侧立板内壁面，212卡板，2122螺孔，22辅固定片，31螺栓，32螺栓，33螺栓，4可调安装板，41条孔，42螺孔，5平移气缸，51缸体，52直线导轨，53滑块，6气动接头。

图9-图12示出，一种安装被动手指的二指机械爪，包括，平移气缸5的缸体51上安装有直线导轨52，两个滑块53位于直线导轨52上面，并与之形成滑动配合关系，当缸体51上的一个气动接头6通气时，两个滑块分开，当缸体51上的另一个气动接头通气时，两个滑块闭合；其特征是，被动手指1结构为：两根板式弹性条12呈锐角分布，并在上端汇集在一起形成指尖14，若干横梁13的两端分别经柔性铰链133连接在两根弹性条之间，固定钩11为左、右部对称的弯折板件，其左部截面形状由从右向左水平段竖直向下段以及从左向右水平段首尾衔接组成，且从左向右水平段小于从右向左水平段，竖直向下段和从左向右水平段组成弯钩，两根弹性条的下端固定在固定钩11顶板上，且两根弹性条的外侧面下沿分别位于固定钩11的两个外立面113上；被动手指组件由被动手指1安装固定在主固定块21和两个辅固定片22上组成，其结构如下：主固定 块21的横截面形状为直角梯形，其底部有一横向凹槽，顶部两侧向上延伸形成左、右侧立板211，中部向上延伸为朝左、右凸出的卡板212，并形成左、右纵向槽口2111，被动手指的固定钩11沿纵向槽口2111套入两个卡板212，且固定钩与主固定块(21)的所有邻接面均形成滑动配合关系，两个辅固定片22分别位螺栓31旋接固定在主固定块21前、后侧立面的螺孔2122上。

两个被动手指组件的横向凹槽分别卡套在一个可调安装板4的凸棱上，并由四颗螺栓32加以固定，两个可调安装板4再分别经另外四颗螺栓33固定在所述滑块53上。主固定块的纵向截面为矩形。两个被动手指组件中的两个主固定块21的中部卡板212所在的顶板与主固定块位于水平的底面之间有一倾斜角而使两个被动手指1的相邻两个弹性条平行且呈竖直方向。参照图3，固定钩与主固定块的所有邻接面贴合。与第一实施例相比，第二实施例将原来1个主固定块+1个辅固定块变成了一个主固定块+2个辅固定片，将之前的可调安装平板4改成了有凸棱的可调安装板，改变了安装的方向，降低了整体了这部分的厚度，方便加工。

Claims (10)

1.一种安装被动手指的二指机械爪，包括，平移气缸（5）的缸体（51）上安装有直线导轨（52），两个滑块（53）位于直线导轨（52）上面，并与之形成滑动配合关系，当缸体（51）上的一个气动接头（6）通气时，两个滑块分开，当缸体（51）上的另一个气动接头通气时，两个滑块闭合；其特征是，被动手指（1）结构为：两根板式弹性条（12）呈锐角分布，并在上端汇集在一起形成指尖（14），若干横梁（13）的两端分别经柔性铰链（133）连接在两根弹性条之间，固定钩（11）为左、右部对称的弯折板件，其左部截面形状由从右向左水平段竖直向下段以及从左向右水平段首尾衔接组成，且从左向右水平段小于从右向左水平段，竖直向下段和从左向右水平段组成弯钩，两根弹性条的下端固定在固定钩（11）顶板上，且两根弹性条的外侧面下沿分别位于固定钩（11）的两个外立面（113）上；

被动手指组件由被动手指（1）安装在主固定块（21）和辅固定块（22）上组成，其结构如下：主固定块（21）由前侧主板，左丶右侧立板以及底板围合组成一个后部开口和顶开口的长方体形框，左、右两侧有固定卡块（2121）的固定凸起（212）固定在主固定块（21）的底板上表面上，被动手指（1）从主固定块（21）的后部开口插入并使被动手指（1）的固定钩（11）卡套在两个固定卡块（2121）上面形成滑块配合关系，且固定钩（11）的左右外立面（113）和外底面（112）分别与固定块（21）的左、右侧立板的左、右内立面以及底板上表面相贴合，辅固定块（22）由辅固定凸起（222）固定在辅固定立板（221）前侧面上构成，辅固定凸起（222）的形状与主固定块的固定凸起（212）形状对称；两根固定螺栓(31)穿过辅固定块（22）上的辅固定孔（2222）后旋接在固定凸起（212）的螺纹孔（2122）上，从而将辅固定块（22）的辅固定立板（221）固定在主固定块（21）的后部开口上，被动手指（1）的固定钩（11）卡套在辅固定块（22）的两个辅固定卡块（2221）上而形成滑动配合关系，上述主固定块（21）的前侧立板外表面下部和辅固定块(22）的辅固定立板（221）后侧面下部分别固联有形状对称、其底部与主固定块（21）底板底面齐平的安装耳（213）和辅安装耳（223）；

两个上述被动手指组件分别经安装螺栓（32）插入安装耳（213）和辅安装耳（223）的安装孔后旋接固定在一个可调安装板（4）的安装螺孔（42）上，两个可调安装板(4)再分别经四颗连接螺栓（33）固定在所述一个滑块（53）上。

2.根据权利要求1所述的二指机械爪，其特征在于，所述被动手指（1）上设置有复合套（15）；上述复合套（15）为包覆在两根弹性条（12）外表面的外层（151），且外层（151）上有用于增大摩擦的花纹；或者，上述复合套（15）由包覆在两根弹性条外表面的外层（151）以及位于相邻两横梁（3）之间并贴合在两根弹性条内表面上的内层（152）一体化组成。

3.根据权利要求2所述的二指机械爪，其特征在于，所述复合套（15）为硅橡胶复合套；所述弹性条（12）为热塑性聚氨酯材质。

4.根据权利要求3所述的二指机械爪，其特征在于，所述两根弹性条（12）上有镂空（121）。

5.根据权利要求1-4任一权利要求所述的二指机械爪，其特征在于，所述两根弹性条（12）为一个等腰三角形的两个腰；所述两个被动手指组件中的两个主固定块（21）的底板内表面与位于水平的底板外表面之间有一倾斜角而使两个被动手指（1）的相邻两个弹性条（12）平行且呈竖直方向。

6.一种安装被动手指的二指机械爪，包括，平移气缸（5）的缸体（51）上安装有直线导轨（52），两个滑块（53）位于直线导轨（52）上面，并与之形成滑动配合关系，当缸体（51）上的一个气动接头（6）通气时，两个滑块分开，当缸体（51）上的另一个气动接头通气时，两个滑块闭合；其特征是，被动手指（1）结构为：两根板式弹性条（12）呈锐角分布，并在上端汇集在一起形成指尖（14），若干横梁（13）的两端分别经柔性铰链（133）连接在两根弹性条之间，固定钩（11）为左、右部对称的弯折板件，其左部截面形状由从右向左水平段竖直向下段以及从左向右水平段首尾衔接组成，且从左向右水平段小于从右向左水平段，竖直向下段和从左向右水平段组成弯钩，两根弹性条的下端固定在固定钩（11）顶板上，且两根弹性条的外侧面下沿分别位于固定钩（11）的两个外立面（113）上；

被动手指组件由被动手指（1）安装固定在主固定块（21）和两个辅固定片（22）上组成，其结构如下：主固定 块（21）的横截面形状为直角梯形，其底部有一横向凹槽，顶部两侧向上延伸形成左、右侧立板（211），中部向上延伸为朝左、右凸出的卡板（212），并形成左、右纵向槽口（2111），被动手指的固定钩（11）沿纵向槽口（2111）套入两个卡板（212），且固定钩与主固定块(21)的所有邻接面均形成滑动配合关系，两个辅固定片（22）分别位螺栓（31）旋接固定在主固定块（21）前、后侧立面的螺孔（2122）上；

两个被动手指组件的横向凹槽分别卡套在一个可调安装板（4）的凸棱上，并由四颗螺栓（32）加以固定，两个可调安装板（4）再分别经另外四颗螺栓（33）固定在所述滑块（53）上。

7.根据权利要求6所述的二指机械爪，其特征在于，所述被动手指（1）上设置有复合套（15）；上述复合套（15）为包覆在两根弹性条（12）外表面的外层（151），且外层（151）上有用于增大摩擦的花纹；或者，上述复合套（15）由包覆在两根弹性条外表面的外层（151）以及位于相邻两横梁（3）之间并贴合在两根弹性条内表面上的内层（152）一体化组成。

8.根据权利要求7所述的二指机械爪，其特征在于，所述复合套（15）为硅橡胶复合套；所述弹性条（12）为热塑性聚氨酯材质。

9.根据权利要求8所述的二指机械爪，其特征在于，所述两根弹性条（12）上有镂空（121）。

10.根据权利要求9所述的二指机械爪，其特征在于，所述两个被动手指组件中的两个主固定块（21）的中部卡板（212）所在的顶板与主固定块位于水平的底面之间有一倾斜角而使两个被动手指（1）的相邻两个弹性条平行且呈竖直方向。