CN110815262B - 一种孔用机械爪 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种孔用机械爪，包括壳体模块、驱动模块、夹爪模块、防护模块，所述驱动模块包括电机和移动架组，所述电机和所述移动架组固定连接，所述电机固定设置在所述壳体模块上，所述夹爪模块与所述移动架组连接，所述电机带动所述移动架组做轴向运动，从而带动所述夹爪模块实现夹持操作，所述防护模块与所述夹爪模块连接，实现对夹持物的防滑落保护；本发明通过所述防护模块的设置，具有防护功能，当发生突然停电、孔用机械爪出现故障或者在高速搬运等情况下，避免工件可能出现滑落现象，起到保护作用。

Description

一种孔用机械爪

技术领域

本发明涉及抓取设备技术领域，具体涉及一种孔用机械爪。

背景技术

现在轴承、齿轮等带孔的工件在理料以及上料过程中，已经实现自动化夹取和搬运。目前气动驱动的夹爪装置较多，但是仍然存在不少缺陷。

例如德国SCHUNK的抓取系统孔用机械手存在径向工作范围小，不能适应连续孔径变化系列的工件以及不能精准控制径向位移的变化；市场上其他气动驱动的孔用机械手，使用的夹爪悬臂一般比较长，夹持力比较小，不能应用于稍重的工件；且现有的夹爪均没有防滑落功能，夹持的工件在突然停电、孔用机械爪出现故障或者在高速搬运等情况下会出现滑落现象，造成工件损坏等。

鉴于上述缺陷，本发明创作者经过长时间的研究和实践终于获得了本发明。

发明内容

为解决上述技术缺陷，本发明采用的技术方案在于，提供一种孔用机械爪，包括壳体模块、驱动模块、夹爪模块、防护模块，所述驱动模块包括电机和移动架组，所述电机和所述移动架组固定连接，所述电机固定设置在所述壳体模块上，所述夹爪模块与所述移动架组连接，所述电机带动所述移动架组做轴向运动，从而带动所述夹爪模块实现夹持操作，所述防护模块与所述夹爪模块连接，实现对夹持物的防滑落保护。

较佳的，所述移动架组包括支撑板、丝杠、压板、夹爪连接板，所述压板和所述夹爪连接板均设置在所述支撑板上，所述电机通过所述丝杠与所述支撑板固定连接，所述夹爪模块与所述压板、所述夹爪连接板连接。

较佳的，所述移动架组还包括滑块、导轨，所述导轨设置在所述支撑板上，且所述滑块和所述导轨滑动连接，所述滑块固定设置在所述壳体模块上。

较佳的，所述的壳体模块包括外壳、连接板、固定板，所述外壳形状为两端开口的长方体，所述电机和所述滑块均设置于所述外壳内部，所述连接板和所述固定板分别设置在所述外壳的两端开口位置，所述连接板与机器手相连接。

较佳的，所述夹爪模块均置于所述外壳的外侧，环形均布在所述丝杠的外围，每个所述夹爪模块均包括连杆、连接杆、小连接板、夹爪、铰座；所述夹爪通过所述小连接板与所述连接杆连接，所述连接杆的一端通过销轴对称设置有两第一轴承，所述第一轴承设置在所述固定板上的T型滑槽内；所述夹爪上还设置有两个铰接座，所述连杆一端与所述铰接座活动连接，另一端与所述铰座活动连接，所述铰座固定设置在所述压板或所述夹爪连接板上。

较佳的，所述固定板上沿所述丝杠径向方向对应所述夹爪模块环形设置有三个长方形的所述T型滑槽，所述第一轴承设置于所述T型滑槽内并可在所述T型滑槽内沿所述T型滑槽延伸方向自由滚动。

较佳的，所述夹爪上两个所述铰接座之间设置有阶梯孔，所述阶梯孔通过螺钉将橡胶块固定连接在所述夹爪外表面，所述橡胶块外表面设置为曲面。

较佳的，所述防护模块包括径向压簧、导向块、连接组件、支撑组件，所述径向压簧环形均布在所述支撑组件的外围，一端固接在所述导向块上，另一端与所述连接组件连接，且所述径向压簧始终处于压缩状态，所述连接组件设置在所述夹爪上。

较佳的，所述连接组件包括导向杆、防护头、固定筒、滑动销、移动杆、移动销、轴向压簧，所述导向杆带有螺纹的一端与所述防护头相连接，另一端置于所述径向压簧内，所述夹爪上设置有一开口槽，所述开口槽内有螺纹孔，所述固定筒带有螺纹的一端固接在所述开口槽内，所述移动杆一端与所述移动销固定连接，且所述移动销置于所述防护头的第一滑动槽内，并可在所述第一滑动槽内自由移动，另一端与所述滑动销固定连接，所述滑动销置于所述固定筒内的第二滑动槽内，并可在所述第二滑动槽内自由移动，所述轴向压簧套设在所述移动杆上，且置于所述夹爪开口槽内，所述轴向压簧一端与所述防护头接触，另一端与所述固定筒接触。

较佳的，所述支撑组件包括滑杆、轴套、横杆、支撑柱、支撑弹簧、支撑滑杆、支撑销，所述导向块与所述支撑组件相连接，所述滑杆远离所述导向块的一端与所述横杆相连接，所述夹爪连接板的通孔内设置有轴套，所述滑杆置于所述轴套的内侧，并可在所述轴套内滑动；所述横杆中部与所述滑杆相连接，两端与所述支撑滑杆连接；所述支撑滑杆至少设置有两个，所述支撑滑杆一端与所述支撑销固定连接，且所述支撑销置于所述支撑柱一端的第三滑动槽内，并可在所述第三滑动槽内自由滑动；所述的支撑弹簧对应所述支撑滑杆设置，并置于所述支撑滑杆的外围，一端接触所述横杆，另一端接触所述支撑柱，所述支撑柱固接在所述固定板上。

与现有技术比较本发明的有益效果在于：本发明通过所述防护模块的设置，具有防护功能，当发生突然停电、孔用机械爪出现故障或者在高速搬运等情况下，避免工件可能出现滑落现象，起到保护作用；同时能精准控制径向运动位移，孔用机械爪轴向(垂直)方向使用丝杠传动，径向使用平行四边形机构，径向位移与轴向位移关系表达式比较简单，通过轴向位移精准控制可实现径向位移的精准运动；能适应连续变化的一定范围内的带孔工件，夹爪使用平行四边形机构，当连杆发生转动时，夹爪的位移变化是连续的；夹取力比较大，使用平行四边形机构，有两个连杆支撑，比单个连杆悬臂支撑时夹取力大，效果更佳；调节范围大，根据连杆的长度以及径向压簧长度合理的配合，可实现调节范围大。

附图说明

图1为所述孔用机械爪的结构视图；

图2为所述驱动模块的结构视图；

图3为所述夹爪模块的结构视图；

图4为所述固定板的结构视图；

图5为所述防护模块的结构视图。

图中数字表示：

1-壳体模块；2-驱动模块；3-夹爪模块；4-防护模块；101-外壳；102-连接板；103-固定板；104-限位块；201-滑块；202-导轨；203-支撑板；204-电机；205-电机固定板；206-电机连接板；207-丝杠；208-压板；209-夹爪连接板；301-销轴；302-第二轴承；303-连杆；304-第一轴承；305-连接杆；306-小连接板；307-夹爪；308-橡胶块；309-第一弹性挡圈；310-铰座；401-径向压簧；402-导向块；403-滑杆；404-轴套；405-横杆；406-支撑柱；407-支撑弹簧；408-支撑滑杆；409-支撑销；410-导向杆；411-防护头；412-固定筒；413-滑动销；414-移动杆；415-移动销；416-轴向压簧。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。

如图1所示，图1为所述孔用机械爪的结构视图；本发明所述孔用机械爪包括壳体模块1、驱动模块2、夹爪模块3、防护模块4。所述驱动模块2包括电机204和移动架组，所述电机204和所述移动架组固定连接，所述电机204固定设置在所述壳体模块1上，所述夹爪模块3与所述移动架组连接，所述电机204带动所述移动架组做轴向运动，从而带动所述夹爪模块3实现夹持操作，所述防护模块4与所述夹爪模块3连接，实现对夹持物的防滑落保护。

如图2所示，图2为所述驱动模块的结构视图；所述移动架组包括支撑板203、电机固定板205、电机连接板206、丝杠207、压板208、夹爪连接板209。所述电机204通过所述电机固定板205和所述电机连接板206固定设置在所述壳体模块1上，所述压板208和所述夹爪连接板209均设置在所述支撑板203上，所述电机204通过所述丝杠207与所述支撑板203固定连接。

较佳的，所述移动架组还包括滑块201、导轨202，所述导轨202设置在所述支撑板203上，且所述滑块201和所述导轨202滑动连接，所述滑块201固定设置在所述壳体模块1上。

通过所述电机204的制动，带动所述支撑板203沿所述丝杠207做轴向运动，所述夹爪模块3通过所述压板208和所述夹爪连接板209与所述支撑板203连接，所述滑块201和所述导轨202的设置，实现所述支撑板203的运动导向，使所述支撑板203的轴向运动更加稳定。

所述的壳体模块1包括外壳101、连接板102、固定板103、限位块104。所述外壳101形状为两端开口的长方体，所述电机204和所述滑块201均设置于所述外壳101内部，所述外壳101上下表面均有四个阶梯通孔，用于将所述电机固定板205和所述滑块201固定在所述外壳101上；所述外壳101侧壁开有方形孔，便于所述电机204电源线和外界连接。

所述连接板102和所述固定板103分别设置在所述外壳101的两端开口位置，所述连接板102与机器人末端相连接；所述固定板103上设置有圆形孔便于所述丝杠207的设置，所述固定板103上还设置有一T形通孔，便于所述导轨202和所述支撑板203的滑动。所述限位块104与所述固定板103相连接，所述限位块104对应所述压板208，限制所述压板208的移动位置，避免所述支撑板203运动范围过大造成所述夹爪模块3的损坏。

所述滑块201一侧固接在所述外壳101里，另一侧置于所述导轨202的外围，所述导轨202和所述支撑板203相连接。较佳的，所述支撑板203和所述压板208形成T形板，所述支撑板203与所述导轨202相连接，所述压板208通过六个螺钉和所述夹爪模块3上3个所述铰座310相连接，所述压板208上的阶梯孔置于所述丝杠207的外围。

所述电机204、所述电机固定板205、所述电机连接板206均置于所述外壳101里侧，所述电机204采用KSS线性驱动器系列中的外部驱动器，固接在所述电机连接板206上，所述电机固定板205与所述电机连接板206相连接，所述丝杠207镶嵌在所述电机204内，一端带有限位块，置于所述外壳101里侧，另一端带有螺纹孔，并与所述压板208相连接。所述夹爪连接板209和所述支撑板203、所述铰座310相连接。

较佳的，所述夹爪连接板209两侧有U形槽，夹爪收拢时，由于机械夹爪所形成的外圆比较小，左右两侧的所述夹爪307会置于所述U形槽内。

如图3所示，图3为所述夹爪模块的结构视图；所述夹爪模块3设置有三个，均置于所述外壳101的外侧，环形均布在所述丝杠207的外围。每个所述夹爪模块3均包括销轴301、第二轴承302、连杆303、第一轴承304、连接杆305、小连接板306、夹爪307、橡胶块308、第一弹性挡圈309、铰座310。

所述夹爪307通过所述小连接板306与所述连接杆305连接，所述连接杆305的一端通过所述销轴301对称设置有两所述第一轴承304，所述第一轴承304设置在所述固定板103上的T型滑槽内，实现所述连接杆305端部和所述固定板103的滑动连接。所述夹爪307上还设置有两个铰接座，两所述连杆303的一端分别通过所述销轴301与所述铰接座连接，所述连杆303的另一端通过所述销轴301与所述铰座310连接，且所述连杆303两端的各所述销轴301均对应设置有两所述第二轴承302，从而使所述连接杆305的端部均活动连接，所述连接杆305可绕所述销轴301自由转动。所述铰座310固定设置在所述压板208或所述夹爪连接板209上。

具体的，所述销轴301设置有五个，两端均设有环形槽，便于安放所述第一弹性挡圈309，从而便于所述销轴301在设置位置上的固定。一个较长的所述销轴301置于所述第一轴承304内，另外四根所述销轴301置于所述第二轴承302内。所述第二轴承302有八个，分别置于两个所述铰座310和所述夹爪307上所述铰接座的阶梯孔内。

所述连杆303有两个，所述连杆303的一端置于所述铰座310内，另一端置于所述夹爪307的所述铰接座内，起到连接所述铰座310和所述夹爪307的作用。

所述第一轴承304设置有两个，分别置于所述连接杆305的两侧；如图4所示，图4为所述固定板的结构视图；对应的，所述固定板103上沿所述丝杠207径向方向对应所述夹爪模块3环形设置有三个长方形的所述T型滑槽，所述第一轴承304设置于所述T型滑槽内并可在所述T型滑槽内沿所述T型滑槽延伸方向自由滚动。

所述小连接板306为L形板，用于连接所述夹爪307和所述连接杆305，所述夹爪307上两个所述铰接座之间设置有两个阶梯孔，所述阶梯孔通过螺钉可以和所述橡胶块308连接，所述橡胶块308外表面设置为曲面。

当所述夹爪307在外撑工作时，所述橡胶块308外表面与待夹持物上孔的内表面接触，随着夹持力的增加，所述橡胶块308上表面发生变形，增大与孔的接触面积。

如图5所示，图5为所述防护模块的结构视图；所述防护模块包括径向压簧401、导向块402、连接组件、支撑组件，所述径向压簧401环形均布在所述支撑组件的外围，一端固接在所述导向块402上，另一端与所述连接组件连接，且所述径向压簧401始终处于压缩状态，所述连接组件设置在所述夹爪307上。

所述连接组件包括导向杆410、防护头411、固定筒412、滑动销413、移动杆414、移动销415、轴向压簧416，所述导向杆410带有螺纹的一端与所述防护头411相连接，另一端置于所述径向压簧401内，所述夹爪307上设置有一开口槽，所述开口槽内有螺纹孔，所述固定筒412带有螺纹的一端固接在所述开口槽内，所述移动杆414一端与所述移动销415固定连接，且所述移动销415置于所述防护头411的第一滑动槽内，并可在所述第一滑动槽内自由移动，另一端与所述滑动销413固定连接，所述滑动销413置于所述固定筒412内的第二滑动槽内，并可在所述第二滑动槽内自由移动；所述轴向压簧416套设在所述移动杆414上，且置于所述夹爪307开口槽内，所述轴向压簧416一端与所述防护头411接触，另一端与所述固定筒412接触。

所述支撑组件包括滑杆403、轴套404、横杆405、支撑柱406、支撑弹簧407、支撑滑杆408、支撑销409，所述导向块402与所述支撑组件相连接，所述滑杆403远离所述导向块402的一端与所述横杆405相连接，所述夹爪连接板209的通孔内设置有所述轴套404，所述滑杆403置于所述轴套404的内侧，并可在所述轴套404内滑动，所述横杆405中部与所述滑杆403相连接，两端与所述支撑滑杆408连接，所述支撑滑杆408有两个，一端与所述支撑销409固定连接，且所述支撑销409置于所述支撑柱406一端的第三滑动槽内，并可在所述第三滑动槽内自由滑动；所述支撑弹簧407设置有两个，置于所述支撑滑杆408的外围，一端接触所述横杆405，另一端接触所述支撑柱406，所述支撑柱406有两个，且固接在所述固定板103上。

使用时，本发明所述孔用机械爪安装在机械臂末端，处于垂直状态，带孔工件平放在工作台上，一层或者多层。机械臂在视觉的作用下，对工件进行定位，然后所述孔用机械爪的所述电机204启动，所述丝杠207往上运动，带动所述支撑板203、所述夹爪连接板209运动，所述连杆303转动，所述夹爪307径向回缩，压缩所述径向压簧401，所述连接杆305朝着径向运动，所述第一轴承304在所述固定板103的槽中滚动。当所述径向压簧401压到最短时，所述电机204停止工作，完成夹取前的复位。

当工作台上的带孔工件只有1层时，所述夹爪307对准孔，在机械臂的作用下往下运动，所述防护头411的B面与所述导向块402的端面会先接触工作台，此时所述防护头411的B面和带孔工件的下表面平齐，孔用机械爪继续运动，所述轴向压簧416与所述支撑弹簧407被压缩，所述移动杆414在所述固定筒412内滑动，所述支撑滑杆408在所述支撑柱406内滑动，直到所述防护头411的A面接触所述橡胶块308，所述孔用机械爪停止往下运动。所述电机204启动，所述丝杠207往下运动，所述连杆303转动，所述夹爪307径向扩张，所述防护头411先接触工件孔的内曲面，随着夹爪307继续径向扩张，所述移动销415在防护头411的U型槽内滑动，所述橡胶块308的曲面接触工件孔的内曲面，所述夹爪307再往外扩张0.1mm，挤压所述橡胶块308，增大与孔的接触面积。然后，所述孔用机械爪带着工件往上运动，脱离工作台，所述轴向压簧416的弹力大于所述防护头411与带孔工件上孔的摩擦力，所述滑动销413在所述第一滑动槽内滑动，所述支撑销409在所述第三滑动槽内滑动，使得所述轴向压簧416和所述支撑弹簧407均处于原长，此时所述防护头411的A面与带孔工件的下表面接触。在所述防护头411与所述导向块402移动过程中，所述径向压簧401的轴线基本始终处于水平。在所述径向压簧401的作用下，所述防护头411径向扩张，使得三个所述防护头411形成的圆直径大于工件的孔径，能防止工件从孔用机械爪上滑脱，对工件有防护作用。

当带孔工件处于多层时，孔用机械爪可以沿孔运动到所述防护头411的A面与工件的底面平齐时为止。与一层时唯一不同，多层时，轴向压簧416始终处于原长。当工件被提起时，只有所述径向压簧401发生动作。

本发明所述孔用机械爪具有防护功能，当发生突然停电、孔用机械爪出现故障或者在高速搬运等情况下，工件可能出现滑落现象，起到保护作用；能精准控制径向运动位移，孔用机械爪轴向(垂直)方向使用丝杠传动，径向使用平行四边形机构，径向位移与轴向位移关系表达式比较简单，通过轴向位移精准控制可实现径向位移的精准运动；能适应连续变化的一定范围内的带孔工件，夹爪使用平行四边形机构，当连杆发生转动时，夹爪的位移变化是连续的；夹取力比较大，使用平行四边形机构，有两个连杆支撑，比单个连杆悬臂支撑时夹取力大，效果更佳；调节范围大，根据连杆的长度以及径向压簧长度合理的配合，可实现调节范围大。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，对本发明而言仅仅是说明性的，而非限制性的。本专业技术人员理解，在本发明权利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多改变，修改，甚至等效，但都将落入本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种孔用机械爪，其特征在于，包括壳体模块、驱动模块、夹爪模块、防护模块，所述驱动模块包括电机和移动架组，所述电机和所述移动架组固定连接，所述电机固定设置在所述壳体模块上，所述夹爪模块与所述移动架组连接，所述电机带动所述移动架组做轴向运动，从而带动所述夹爪模块实现夹持操作，所述防护模块与所述夹爪模块连接，实现对夹持物的防滑落保护；

所述移动架组包括支撑板、丝杠、压板、夹爪连接板，所述压板和所述夹爪连接板均设置在所述支撑板上，所述电机通过所述丝杠与所述支撑板固定连接，所述夹爪模块与所述压板、所述夹爪连接板连接。

2.如权利要求1所述的孔用机械爪，其特征在于，所述移动架组还包括滑块、导轨，所述导轨设置在所述支撑板上，且所述滑块和所述导轨滑动连接，所述滑块固定设置在所述壳体模块上。

3.如权利要求2所述的孔用机械爪，其特征在于，所述的壳体模块包括外壳、连接板、固定板，所述外壳形状为两端开口的长方体，所述电机和所述滑块均设置于所述外壳内部，所述连接板和所述固定板分别设置在所述外壳的两端开口位置，所述连接板与机器手相连接。

4.如权利要求3所述的孔用机械爪，其特征在于，所述夹爪模块均置于所述外壳的外侧，环形均布在所述丝杠的外围，每个所述夹爪模块均包括连杆、连接杆、小连接板、夹爪、铰座；所述夹爪通过所述小连接板与所述连接杆连接，所述连接杆的一端通过销轴对称设置有两第一轴承，所述第一轴承设置在所述固定板上的T型滑槽内；所述夹爪上还设置有两个铰接座，所述连杆一端与所述铰接座活动连接，另一端与所述铰座活动连接，所述铰座固定设置在所述压板或所述夹爪连接板上。

5.如权利要求4所述的孔用机械爪，其特征在于，所述固定板上沿所述丝杠径向方向对应所述夹爪模块环形设置有三个长方形的所述T型滑槽，所述第一轴承设置于所述T型滑槽内并可在所述T型滑槽内沿所述T型滑槽延伸方向自由滚动。

6.如权利要求4所述的孔用机械爪，其特征在于，所述夹爪上两个所述铰接座之间设置有阶梯孔，所述阶梯孔通过螺钉将橡胶块固定连接在所述夹爪外表面，所述橡胶块外表面设置为曲面。

7.如权利要求4所述的孔用机械爪，其特征在于，所述防护模块包括径向压簧、导向块、连接组件、支撑组件，所述径向压簧环形均布在所述支撑组件的外围，一端固接在所述导向块上，另一端与所述连接组件连接，且所述径向压簧始终处于压缩状态，所述连接组件设置在所述夹爪上。

8.如权利要求7所述的孔用机械爪，其特征在于，所述连接组件包括导向杆、防护头、固定筒、滑动销、移动杆、移动销、轴向压簧，所述导向杆带有螺纹的一端与所述防护头相连接，另一端置于所述径向压簧内，所述夹爪上设置有一开口槽，所述开口槽内有螺纹孔，所述固定筒带有螺纹的一端固接在所述开口槽内，所述移动杆一端与所述移动销固定连接，且所述移动销置于所述防护头的第一滑动槽内，并可在所述第一滑动槽内自由移动，另一端与所述滑动销固定连接，所述滑动销置于所述固定筒内的第二滑动槽内，并可在所述第二滑动槽内自由移动，所述轴向压簧套设在所述移动杆上，且置于所述夹爪的所述开口槽内，所述轴向压簧一端与所述防护头接触，另一端与所述固定筒接触。

9.如权利要求7所述的孔用机械爪，其特征在于，所述支撑组件包括滑杆、轴套、横杆、支撑柱、支撑弹簧、支撑滑杆、支撑销，所述导向块与所述支撑组件相连接，所述滑杆远离所述导向块的一端与所述横杆相连接，所述夹爪连接板的通孔内设置有轴套，所述滑杆置于所述轴套的内侧，并可在所述轴套内滑动；所述横杆中部与所述滑杆相连接，两端与所述支撑滑杆连接；所述支撑滑杆至少设置有两个，所述支撑滑杆一端与所述支撑销固定连接，且所述支撑销置于所述支撑柱一端的第三滑动槽内，并可在所述第三滑动槽内自由滑动；所述的支撑弹簧对应所述支撑滑杆设置，并置于所述支撑滑杆的外围，一端接触所述横杆，另一端接触所述支撑柱，所述支撑柱固接在所述固定板上。

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