CN110605725A - 一种六自由度高枝抓握机械手 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种六自由度高枝抓握机械手，解决了现有技术中树枝切枝机修整方式单一、使用不灵活的问题。本发明包括支撑座，支撑座上设有旋转机构，旋转机构上设有大臂机构，大臂机构上活动设有小臂机构，小臂机构的自由端活动设有手腕机构，手腕机构上设有机械手机构。本发明大臂机构、小臂机构、手腕机构及机械手机构组成与人手臂相类似的机械手，实现空间内的六自由度自由运动，操作灵活，可用于对不同高度、不同位置的树枝的修整，大大提高电力施工的工作效率。

Description

一种六自由度高枝抓握机械手

技术领域

本发明涉及电力线路施工技术领域，特别是指一种六自由度高枝抓握机械手。

背景技术

在户外的电力线路、用电设施周围经常有长得比较高的树木，为了防止树枝对电线产生影响，需要利用切枝机进行修剪。目前市面上销售的树枝切枝机只能单纯的将树枝锯割下来，实际在电线周围进行操作时，极有可能造成修剪下来的树枝砸落到电线，更有甚者可能造成高压电或感应电通过树枝、切枝机传到操作者造成人身触电的危险。此外，现有的切枝机还存在对较高的树枝修剪不方便，人工修剪操作困难和易坠落等不足，综上现有切枝机裁切方式单一、使用不灵活，需做进一步改进。

发明内容

针对上述背景技术中的不足，本发明提出一种六自由度高枝抓握机械手，解决了现有技术中树枝切枝机修整方式单一、使用不灵活的问题。

本发明的技术方案是这样实现的：一种六自由度高枝抓握机械手，包括支撑座，支撑座上设有旋转机构，旋转机构上设有大臂机构，大臂机构上活动设有小臂机构，小臂机构的自由端活动设有手腕机构，手腕机构上设有机械手机构。

所述支撑座为双盘支撑座，双盘支撑座的上部设有定位槽，所述旋转机构包括旋转轴和托盘，托盘位于定位槽内且与定位槽相配合，旋转轴通过轴承与支撑座转动连接，旋转轴的上部与托盘固定连接、下部通过齿轮副与底座电机相连接，底座电机固定设置在支撑座上。

所述定位槽的底面上设有滚动槽，滚动槽内设有滚动体，滚动体与托盘滚动接触。

所述大臂机构包括大臂本体和U型座，U型座与旋转机构固定连接，大臂本体与U型座铰接且通过摆动驱动件与U型座相连接。

所述摆动驱动件包括大臂电机，大臂本体的下部固定设有第一铰接轴，第一铰接轴通过轴承与U型座转动连接，第一铰接轴通过齿轮副与大臂电机的输出轴相连接。

所述小臂机构包括小臂本体，小臂本体的一端与大臂本体铰接且通过伸缩油缸与大臂本体相连接。

所述手腕机构包括支撑架，支撑架与小臂机构铰接且通过摆动机构与支撑架相连接，支撑架上设有手腕电机，手腕电机与机械手机构相连接。

所述通过摆动机构包括固定在小臂本体上的摆动电机，支撑架的下部固定设有齿轮盘，齿轮盘的中心与小臂本体铰接，摆动电机的输出端设有驱动齿轮，驱动齿轮与齿轮盘啮合。

所述机械手机构包括连接座，连接座上设有左夹爪和右夹爪，左夹爪和右夹爪相对应，左夹爪或右夹爪与设置在连接座上的手部电机相连接。

所述连接座包括筒轴部和板座部，筒轴部通过连接套与手腕电机相连接，左夹爪、右夹爪和手部电机均设置在板座部上。

所述左夹爪和右夹爪均包括半齿轮盘和夹爪，半齿轮盘上固定设有转轴，转轴通过轴承与连接座转动连接，转轴通过齿轮副与手部电机相连接，左夹爪的半齿轮盘与右夹爪的半齿轮盘相啮合；所述夹爪的一端与半齿轮盘铰接、另一端设有槽刀和夹块，夹爪的中部通过连杆与连接座铰接。

本发明大臂机构、小臂机构、手腕机构及机械手机构组成与人手臂相类似的机械手，实现空间内的六自由度自由运动，操作灵活，可用于对不同高度、不同位置的树枝的修整，大大提高电力施工的工作效率。此外，本发明的机械手机构可用于对树枝的裁切或夹持推让（不必裁切时），便于电缆的安装，同时避免裁切的树枝坠落在电缆上，对树枝的修整方式多样，提高工作安全系数，同时避免电力施工过程中对树木的破坏。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明整体三维结构示意图。

图2为本发明旋转机构结构示意图。

图3为本发明大臂机构与小臂机构连接示意图。

图4为本发明手腕机构结构示意图。

图5为本发明机械手机构结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1，如图1所示，一种六自由度高枝抓握机械手，包括支撑座1，支撑座下部可与行走装置相连接，便于装置的移动。支撑座1上设有旋转机构2，旋转机构2上设有大臂机构3，旋转机构可相对支撑座转动，带动大臂机构在平面内转动。大臂机构3上活动设有小臂机构4，小臂机构能相对大臂机构进行摆动，类似与人体的手臂，转动灵活。小臂机构4的自由端活动设有手腕机构5，手腕机构能相对小臂机构进行转动和摆动，手腕机构5上设有机械手机构6，机械手机构类似与人的手掌，实现对树枝的握持和剪切。

进一步，如图2所示，所述支撑座1为双盘支撑座，双盘支撑座的上部设有定位槽101，定位槽为圆形槽，便于旋转机构的定位和安装。所述旋转机构2包括旋转轴201和托盘202，托盘202位于定位槽101内且与定位槽101相配合，定位槽的直径略大于托盘的直径，托板可在定位槽中转动。旋转轴201通过轴承与支撑座1转动连接，旋转轴201的上部与托盘202固定连接或一体成型设置、下部通过齿轮副与底座电机203相连接，即底座电机的输出轴上设有主动齿轮，旋转轴的下部设有从动齿轮，主动齿轮与从动齿轮相啮合。底座电机203固定设置在支撑座1上。底座电机根据需要可采用55BF003型号电机，底座电机通过齿轮副带动旋转轴转动，旋转轴带动托盘上的大臂机构转动。所述定位槽101的底面上设有滚动槽，滚动槽内设有滚动体102，滚动体可采用球形滚珠或滚柱，滚动体102与托盘202滚动接触，减小托盘与定位槽的摩擦。

实施例2，如图3所示，一种六自由度高枝抓握机械手，所述大臂机构3包括大臂本体301和U型座302，U型座302与旋转机构2的托盘202固定连接，大臂本体301与U型座302铰接且通过摆动驱动件与U型座302相连接。摆动驱动件可采用伸缩气缸或油缸，摆动驱动件推动大臂本体301绕与U型座302的铰接点摆动。

进一步，所述摆动驱动件包括大臂电机303，大臂电机固定在大臂本体上，大臂电机可采用55BF003型电机。大臂本体301的下部固定设有第一铰接轴304，第一铰接轴304通过轴承与U型座302转动连接，第一铰接轴304通过齿轮副与大臂电机303的输出轴相连接，即第一铰接轴上固定设有从动齿轮，大臂电机上设有主动齿轮，主动齿轮与从动齿轮啮合，大臂电机通过齿轮副带动第一铰接轴转动，进而实现大臂本体相对U型座的摆动。所述小臂机构4包括小臂本体401，小臂本体401的一端与大臂本体301铰接且通过伸缩油缸402与大臂本体301相连接。在伸缩油缸的作用下，小臂本体绕与大臂本体的铰接点转，实现小臂本体在竖直面内的摆动。

进一步，如图4所示，所述手腕机构5包括支撑架501，支撑架501与小臂机构4的小臂本体铰接且通过摆动机构与支撑架501相连接，即在摆动机构的作用下，支撑架可相对小臂本体摆动，摆动机构可采用伸缩油缸或气缸。支撑架501上设有手腕电机502，手腕电机502与机械手机构6相连接，手腕电机502带动机械手机构6转动。

更进一步，所述通过摆动机构包括固定在小臂本体401上的摆动电机503，支撑架501的下部固定设有齿轮盘504，齿轮盘504的中心与小臂本体401铰接，即齿轮盘绕铰接点转动，摆动电机503的输出端设有驱动齿轮505，驱动齿轮505与齿轮盘504啮合。在摆动电机的作用下，齿轮盘转动带动支撑架摆动，其摆动面与手腕电机502带动机械手机构6转动的转动面垂直。摆动电机503和手腕电机502均可采用36BF003型电机。

其他结构与实施例1相同。

实施例3，如图5所示，一种六自由度高枝抓握机械手，所述机械手机构6包括连接座601，连接座601上设有左夹爪602和右夹爪603，左夹爪602和右夹爪603相对应，即左夹爪与右夹爪能相对运动，实现对树枝的加紧与够或剪切与否。左夹爪602或右夹爪603与设置在连接座601上的手部电机604相连接，手部电机可采用36BF003型电机为左夹爪与右夹爪的相对运动提供动力。

进一步，所述连接座601包括筒轴部6-1和板座部6-2，筒轴部6-1通过连接套605与手腕电机502相连接，连接套605的一端为法兰盘、一端为套筒，套筒与手腕电机的输出轴固定连接，手腕电机带动连接套转动，法兰盘与连接座601的板座部6-2固定连接，进而实现力的有限传动，实现电机轴的精确定位。左夹爪602、右夹爪603和手部电机604均设置在板座部6-2上。所述左夹爪602和右夹爪603均包括半齿轮盘6-3和夹爪6-5，半齿轮盘6-3上固定设有转轴6-4或转轴与半齿轮盘一体成型设置，转轴转动带动半齿轮盘转动。转轴6-4通过轴承与连接座601转动连接，转轴6-4通过齿轮副与手部电机604相连接，手部电机通过齿轮副带动转轴和半齿轮盘转动。左夹爪602的半齿轮盘6-3与右夹爪603的半齿轮盘6-3相啮合，在手部电机的左右下，半齿轮盘转动，两者发生相反转动，实现左夹爪602和右夹爪603的开合及夹紧力的调节。所述夹爪6-5的一端与半齿轮盘6-3铰接、另一端设有槽刀6-6和夹块6-8，槽刀位于夹块的下方，槽刀用于裁切树枝，夹块用于加紧树枝，便于树枝的让位（不用裁切树枝时使用）。夹爪6-5的中部通过连杆6-7与连接座601铰接，形成四杆驱动抓取裁切，灵活高效。

其他结构与实施例2相同。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种六自由度高枝抓握机械手，其特征在于：包括支撑座（1），支撑座（1）上设有旋转机构（2），旋转机构（2）上设有大臂机构（3），大臂机构（3）上活动设有小臂机构（4），小臂机构（4）的自由端活动设有手腕机构（5），手腕机构（5）上设有机械手机构（6）。

2.根据权利要求1所述的六自由度高枝抓握机械手，其特征在于：所述支撑座（1）为双盘支撑座，双盘支撑座的上部设有定位槽（101），所述旋转机构（2）包括旋转轴（201）和托盘（202），托盘（202）位于定位槽（101）内且与定位槽（101）相配合，旋转轴（201）通过轴承与支撑座（1）转动连接，旋转轴（201）的上部与托盘（202）固定连接、下部通过齿轮副与底座电机（203）相连接，底座电机（203）固定设置在支撑座（1）上。

3.根据权利要求2所述的六自由度高枝抓握机械手，其特征在于：所述定位槽（101）的底面上设有滚动槽，滚动槽内设有滚动体（102），滚动体（102）与托盘（202）滚动接触。

4.根据权利要求1或3所述的六自由度高枝抓握机械手，其特征在于：所述大臂机构（3）包括大臂本体（301）和U型座（302），U型座（302）与旋转机构（2）固定连接，大臂本体（301）与U型座（302）铰接且通过摆动驱动件与U型座（302）相连接。

5.根据权利要求4所述的六自由度高枝抓握机械手，其特征在于：所述摆动驱动件包括大臂电机（303），大臂本体（301）的下部固定设有第一铰接轴（304），第一铰接轴（304）通过轴承与U型座（302）转动连接，第一铰接轴（304）通过齿轮副与大臂电机（303）的输出轴相连接。

6.根据权利要求5所述的六自由度高枝抓握机械手，其特征在于：所述小臂机构（4）包括小臂本体（401），小臂本体（401）的一端与大臂本体（301）铰接且通过伸缩油缸（402）与大臂本体（301）相连接。

7.根据权利要求1或6所述的六自由度高枝抓握机械手，其特征在于：所述手腕机构（5）包括支撑架（501），支撑架（501）与小臂机构（4）铰接且通过摆动机构与支撑架（501）相连接，支撑架（501）上设有手腕电机（502），手腕电机（502）与机械手机构（6）相连接。

8.根据权利要求7所述的六自由度高枝抓握机械手，其特征在于：所述通过摆动机构包括固定在小臂本体（401）上的摆动电机（503），支撑架（501）的下部固定设有齿轮盘（504），齿轮盘（504）的中心与小臂本体（401）铰接，摆动电机（503）的输出端设有驱动齿轮（505），驱动齿轮（505）与齿轮盘（504）啮合。

9.根据权利要求1或8所述的六自由度高枝抓握机械手，其特征在于：所述机械手机构（6）包括连接座（601），连接座（601）上设有左夹爪（602）和右夹爪（603），左夹爪（602）和右夹爪（603）相对应，左夹爪（602）或右夹爪（603）与设置在连接座（601）上的手部电机（604）相连接。

10.根据权利要求9所述的六自由度高枝抓握机械手，其特征在于：所述连接座（601）包括筒轴部（6-1）和板座部（6-2），筒轴部（6-1）通过连接套（605）与手腕电机（502）相连接，左夹爪（602）、右夹爪（603）和手部电机（604）均设置在板座部（6-2）上。

11.根据权利要求9或10所述的六自由度高枝抓握机械手，其特征在于：所述左夹爪（602）和右夹爪（603）均包括半齿轮盘（6-3）和夹爪（6-5），半齿轮盘（6-3）上固定设有转轴（6-4），转轴（6-4）通过轴承与连接座（601）转动连接，转轴（6-4）通过齿轮副与手部电机（604）相连接，左夹爪（602）的半齿轮盘（6-3）与右夹爪（603）的半齿轮盘（6-3）相啮合；所述夹爪（6-5）的一端与半齿轮盘（6-3）铰接、另一端设有槽刀（6-6）和夹块（6-8），夹爪（6-5）的中部通过连杆（6-7）与连接座（601）铰接。