CN110978035A - 双向回转机构、多自由度装置以及柔性机械抓手 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种双向回转机构、多自由度装置以及柔性机械抓手，双向回转机构包括两个支座、位于两个支座之间并分别连接两个支座的十字轴组件，十字轴组件包括十字连接架与相同的四根连杆构件；十字连接架包括铰接座一、铰接座二以及四个连接耳座，铰接座一通过第一轴连接至其中一个支座，铰接座二通过第二轴连接至另外一个支座，第一轴与第二轴之间互相垂直，连接耳座上设有连接孔；连杆构件包括连杆本体、弹性件、铰接座三与限位件，弹性件套设在连杆本体上，连杆本体的一端通过铰接座三连接至支座，限位件设在连杆本体的另一端上；本发明采用柔性化结构，以完成不同工件的抓取，具有通用性强、适用性广的优点。

Description

双向回转机构、多自由度装置以及柔性机械抓手

技术领域

本发明涉及一种双向回转机构、多自由度装置以及柔性机械抓手。

背景技术

现有的抓手为刚性结构，末端为金属卡具，执行机构无法满足抓取易碎或者需要特殊保护表面的物体。对于工件的抓取任务，需要特制对应的工具，导致增加时间和生产成本。

例如在现有的汽车制造领域中，需要使用机械抓手来移动、搬运、安装保险杠，目前混线生产的保险杠线中，需要导入多个抓手多台机器人才能实现自动化下线，成本高；此外，由于不同车型的保险杠形状都不相同，传统汽车保险杠抓手均为专用型的抓手设计，一个抓手只能对应一种保险杠，通用性较差。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明提供了一种双向回转机构、多自由度装置以及柔性机械抓手，以解决现有技术中的难题。

本发明的第一目的是提供了一种双向回转机构，包括对置的两个支座、位于两个支座之间并分别连接两个支座的十字轴组件，其中，十字轴组件包括十字连接架与相同的四根连杆构件；

十字连接架包括铰接座一、铰接座二以及四个连接耳座，铰接座一通过第一轴连接至其中一个支座，铰接座二通过第二轴连接至另外一个支座，第一轴与第二轴之间互相垂直，连接耳座上设有连接孔；

连杆构件包括连杆本体、弹性件、铰接座三与限位件，弹性件套设在连杆本体上，连杆本体的一端通过铰接座三连接至支座，限位件设在连杆本体的另一端上，连杆本体能够贯穿连接孔并压缩弹性件；

其中，四根连杆构件中，相邻的两个连杆构件与不同的支座相连接。

在本发明的上述技术方案中，其中一个支座受到垂直与其表面的作用力时，四根连杆构件中的弹性件受力平衡，此时两个支座之间互相平行；其中一个支座受到非垂直与其表面的作用力时，四根连杆构件中的至少一个弹性件进一步压缩，其他的弹性件反向复原，形成平衡状态。

进一步的，本发明的十字轴组件能够实现两个支座之间动态的受力平衡，在受力后通过多个连杆构件中的连杆本体与弹性件之间的抵接关系，实现两个支座之间柔性化调整，适用于多种不同的场合。

根据本发明的另一种实施方式，限位件为限位螺母或者限位销。

根据本发明的另一种实施方式，支座上设有凸出的连接块，连接块上设有通孔，铰接座一通过第一轴与其中一个连接块相连，铰接座二通过第二轴与另外一个连接块相连。

本发明中，通过特别设计的十字连接架与连杆构件之间的配合连接，实现两个自由度的转动，在用于抓取物体时，能够有效吸收两个自由度的偏差，柔性化结构具有较高的匹配能力，便于进行模块化、通用化设计。

本发明的第二目的是提供一种多自由度装置，其特征在于，包括前述的双向回转机构、以及用于驱动支座产生位移的横移机构，其中横移机构包括基座、导向轨与活动块，导向轨安装在基座上，活动块与导向轨配合连接，其中两个支座分别为外支座与内支座，内支座固定在活动块上并能够沿着导向轨的导向方向进行位移。

在本发明的上述技术方案中，横移机构能够驱动支座(双向回转机构)进行位移，以改变双向回转机构的位置。

根据本发明的另一种实施方式，进一步包括驱动支座复位的回弹机构，回弹机构包括与导向轨平行的直导杆、固定在直导杆上的挡圈、套在直导杆上的弹簧，直导杆的一端固定在基座上，弹簧的两端分别抵在挡圈与基座上。

根据本发明的另一种实施方式，还设有俯仰机构，俯仰机构包括回转轴、固定块一、固定块二，固定块一安装在活动块上，回转轴安装在固定块一上，并且回转轴能够相对固定块一进行回转转动，固定块二安装在回转轴上，其中一个支座与固定块二相连接。

根据本发明的另一种实施方式，固定块一和/或固定块二上设有锁定螺栓。

根据本发明的另一种实施方式，回转轴的轴向与导向轨的导向方向之间垂直。

本发明的第三目的是提供一种柔性机械抓手，包括前述的多自由度装置、抓手本体、支撑臂，抓手本体设置在的自由度装置中的外支座上，的多自由度装置中的基座设置在支撑臂的执行末端上。

根据本发明的另一种实施方式，抓手本体包括抓手框架、固定安装在抓手框架上的若干吸盘，若干吸盘呈阵列式分布。

根据本发明的另一种实施方式，抓手本体还包括柔性垫，柔性垫位于若干吸盘的吸取面上，其中柔性垫的厚度为5mm—50mm。

本发明具备以下有益效果：

本发明的双向回转机构能够实现两个自由度的转动，并且能够自动回位，能够适用于较多的场合，尤其是不同工件的抓取过程，便于模块化、通用化设计；

本发明的多自由度装置在进行围绕第一轴、第二轴转动的同时，还设置了横移机构，以改变双向回转机构的空间位置，使其能够适应于不同的待夹取工件；

此外，设置的回弹机构能够使得双向回转机构顺利回位，进而整个多自由度装置形成为可以自动复位的结构，使用范围广。

本发明的柔性机械抓手通过吸盘的方式进行工件的抓取，不会破坏工件的表面，同时抓手本体安装在多自由度装置的执行末端，其能够适合与不同规格工件的抓取，尤其是表面不平整、不规则的工件，具有较好的抓取效果；

此外，本发明中在吸盘的吸取面上还设置了柔性垫，例如海绵体，其具有较好的受压收缩能力，可以有效消除因工件表面不平整因素所导致的抓取失败几率，提高抓取的效率与稳定性。

下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。

附图说明

图1是本发明柔性机械抓手的结构示意图；

图2是本发明柔性机械抓手的局部示意图，其显示了多自由度装置与抓手本体部分；

图3是图2的侧视图；

图4是图2的爆炸示意图；

图5是本发明双向回转机构的爆炸示意图；

图6是本发明支座的结构示意图；

图7是本发明十字连接架的结构示意图；

图8是本发明横移机构的结构示意图；

图9是本发明俯仰机构的结构示意图；

图10是本发明柔性机械抓手的抓取远离示意图；

图11是本发明吸盘的分布示意图；

图12是本发明吸盘的设置示意图。

具体实施方式

本示例中以柔性机械抓手综合显示多自由度装置与双向回转机构的具体结构，其中，单独取出双向回转机构、或者多自由度装置以进行其他场合的使用均可，本示例是针对其一种具体的使用场合进行说明其结构，本领域技术人员应当作广义的理解，而不是作为本发明的限定。

下面以应用于汽车保险杠的抓取场合为例，进行介绍如下：

一种抓取汽车保险杠的工装，包括桁架100、设置在桁架100上的两个柔性机械抓手，两个柔性机械抓手能够产生对向的滑动位移，以配合抓取汽车保险杠，如图1－12所示，柔性机械抓手包括支撑臂200、横移机构300、回弹机构400、俯仰机构500、双向回转机构600与抓手本体700，其中横移机构300、回弹机构400、俯仰机构500、双向回转机构600形成多自由度装置。

横移机构300能够驱动俯仰机构500与双向回位机构进行位置的改变，其包括基座310、两个导向轨320、设在导向轨320上的活动块330，基座310固定在支撑臂200上，两个导向轨320平行设置在基座310上，活动块330与导向轨320之间配合连接，以实现通过活动块330的滑动推动前端的俯仰机构500与双向回弹机构400进行同步滑动。

其中，导向轨320与活动块330之间的配合连接可以直接采用直线轴承、光轴的方式实现，如图8所示。

回弹机构400用于驱使俯仰机构500与双向回位机构回到不受外部作用力的初始状态，其包括直导杆410、挡圈420、回弹弹簧430与可活动板440，其中直导杆410的一端固定在基座310上，其与导向轨320之间平行，优选为位于两个导向轨320之间，挡圈420固定在直导杆410上，用于限制可活动板440的位置，弹簧套在直导杆410上，并位于挡圈420与基座310之间，可活动板440与俯仰机构500相连，其套在直导杆410上，并且能够随着活动块330滑动以压紧或者放松回弹弹簧430。

其中，还可以设置辅助导向杆450，以提高可活动板440滑动的平稳性。

俯仰机构500用于在汽车保险杠结构差异较大时，手动调整前端抓手本体700的抓取面位置，如图9所示，其包括回转轴510、两个固定块一520、两个固定块二530，两个固定块一520通过方形板540安装在活动块330上，可活动板440与该方形板540相连，回转轴510安装在两个固定块一520上，并且通过固定块一520上的锁定螺栓521进行锁定，其中在锁定螺栓521放松时，回转轴510能够相对固定块一520进行转动；两个固定块二530安装在回转轴510上，并且位于两个固定块一520之间，其中，固定块二530用于与双向回位机构相连接以支撑双向回位机构。

优选的，在固定块二530上也设有锁定螺栓531，以锁定双向回位机构相对回转轴510的位置。

本示例中，回转轴510的轴向与导向轨320的导向方向之间设置为互相垂直，也可以根据其他场合进行适应性设定二者之间的空间位置关系。

双向回转机构600能够进行两个自由度的转动，以吸收夹取汽车保险杠过程中的位置偏差，如图4、图5所示，其包括内支座610、外支座620、十字轴组件630，十字轴组件630位于内支座610、外支座620之间，并分别连接内支座610、外支座620。

十字轴组件630包括十字连接架631、相同的四根连杆构件632、第一轴633、第二轴634；

如图5、图7所示，十字连接架631包括铰接座一6311、铰接座二6312以及四个连接耳座6313，铰接座一6311通过第一轴633连接至外支座620，铰接座二6312通过第二轴634连接至外支座620，四个连接耳座6313以均布的方式设置，并且在连接耳座6313上设有连接孔6314；

其中，第一轴633与第二轴634之间互相垂直。

连杆构件632包括连杆本体6321、弹性件6322(弹簧)、铰接座三6323与限位件6324，弹性件6322套设在连杆本体6321上，连杆本体6321的一端通过铰接座三6323连接至外支座620或内支座610，连杆本体6321的另一端贯穿连接孔6314，并通过限位件6324进行限位锁定，此时连杆本体6321在受到作用力后能够压紧弹性件6322至连接耳上6313，在作用力消失后，弹性件6322产生复位力而驱使连杆本体6321复位；

其中限位件6324为限位螺母或者限位销。

具体的，四根连杆构件632中，其中两个对向的连杆构件632与外支座620相连，剩余两个对向的连杆构件632与内支座610相连。

进一步的，外支座620与内支座610上设有凸出的连接块640，如图6所示，连接块640上设有用于轴穿过的通孔641，铰接座一6311通过第一轴633与其中一个连接块640相连，铰接座二6312通过第二轴634与另外一个连接块640相连。

本示例中的抓手本体700采用负压吸盘结构，其包括抓手框架710、固定安装在抓手框架710上的若干吸盘720，抓手框架710安装在外支座620上，具体的，若干吸盘720采用大面积阵列分布方式，如图10所示，其设置多排结构，能够有效吸收待抓取点的位置偏差，

进一步的，每个吸盘720配备有单独的截止阀，如图11所示，各个吸盘720均可以独立工作，相互之间没有干涉影响。

其中，在若干吸盘720的吸取面上还设置了柔性垫730，以实现对汽车保险杠位置偏差的二次吸收，具体的，柔性垫730的厚度为5mm—50mm，例如为30mm，其中，柔性垫730可以为海绵。

如图12所示，其显示了本发明夹取汽车保险杠的原理，以待抓取点为O为例进行分析如下：

X方向为汽车保险杠的前进方向，抓取汽车保险杠后，通过桁架100的运动实现该位移，其中在移动过程中的轻微振动、晃动现象可以通过抓手本体700上的吸盘720进行吸收；

Y方向为汽车保险杠前进方向的水平方向，其根据汽车保险杠的大小数据，改变两个柔性机械手爪之间的间距即可实现。

Z方向为竖直向上的方向，抓取汽车保险杠后，通过桁架100的运动实现该位移，其中，在移动过程中的轻微振动、晃动现象可以通过抓手本体700上的吸盘720进行吸收；

α为围绕X轴旋转的方向，工件的待抓取面与X方向存在夹角时，抓手本体700受压围绕第二轴634旋转，吸收上述角度的偏差，其中第二轴634的复位依靠弹性件6322的复位力来实现；

β为围绕Y轴旋转的方向，工件的抓取过程不需要该定位，故不作处理；

γ为围绕Z轴旋转的方向，工件的待抓取面与Z方向存在夹角时，抓手本体700受压围绕第一轴633旋转，吸收上述角度的偏差，其中第一轴633的复位也依靠弹性件6322的复位力来实现；

n为工件待抓取面的法向方向，当吸盘720与n方向存在偏差时，活动块330受压产生滑动位移，柔性垫730受压也会压缩，进行偏差吸收，并防止汽车保险杠被吸盘720压坏，其中活动块330的复位依靠弹簧力实现。

汽车保险杠的抓取点在空间具有六个自由度，不同车型的保险杠的六个自由度均存在较大的差异，本示例中采用了空间六个自由度、结合待抓取面法向方向共计七个定位要素进行分别定位，采用柔性化结构，以完成不同车型保险杠的抓取，具有通用性强、适用性广的优点。

虽然本发明以较佳实施例揭露如上，但并非用以限定本发明实施的范围。任何本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的发明范围内，当可作些许的改进，即凡依照本发明所做的同等改进，应为本发明的范围所涵盖。

Claims (10)

1.一种双向回转机构，其特征在于，包括对置的两个支座(610、620)、位于两个所述支座(610、620)之间并分别连接两个所述支座(610、620)的十字轴组件(630)，其中，所述十字轴组件(630)包括：

十字连接架(631)；

相同的四根连杆构件(632)；

所述十字连接架(631)包括铰接座一(6311)、铰接座二(6312)以及四个连接耳座(6313)，所述铰接座一(6311)通过第一轴(633)连接至其中一个所述支座，所述铰接座二(6312)通过第二轴(634)连接至另外一个所述支座，所述第一轴(633)与所述第二轴(634)之间互相垂直，所述连接耳座(6313)上设有连接孔(6314)；

所述连杆构件(632)包括连杆本体(6321)、弹性件(6322)、铰接座三(6323)与限位件(6324)，所述弹性件(6322)套设在所述连杆本体(6321)上，所述连杆本体(6321)的一端通过铰接座三(6323)连接至所述支座(610、620)，所述限位件(6324)设在所述连杆本体(6321)的另一端上，所述连杆本体(6321)能够贯穿所述连接孔(6314)并压缩所述弹性件(6322)；

其中，四根所述连杆构件(632)中，相邻的两个所述连杆构件(632)与不同的所述支座相连接。

2.如权利要求1所述的双向回转机构，其特征在于，所述限位件(6324)为限位螺母或者限位销。

3.如权利要求1所述的双向回转机构，其特征在于，所述支座(610、620)上设有凸出的连接块(641)，所述连接块(640)上设有通孔(641)，所述铰接座一(6311)通过所述第一轴(633)与其中一个所述连接块(640)相连，所述铰接座二(6312)通过所述第二轴(634)与另外一个所述连接块(640)相连。

4.一种多自由度装置，其特征在于，包括如权利要求1－3任一所述的双向回转机构(600)、以及用于驱动所述支座产生位移的横移机构(300)，其中所述横移机构(300)包括基座(310)、导向轨(320)与活动块(330)，所述导向轨(320)安装在所述基座(310)上，所述活动块(330)与所述导向轨(320)配合连接，其中两个所述支座(610、620)分别为外支座(620)与内支座(610)，所述内支座(610)固定在所述活动块(330)上并能够沿着所述导向轨(320)的导向方向进行位移。

5.如权利要求4所述的柔性多自由度装置，其特征在于，进一步包括驱动所述支座复位的回弹机构(400)，所述回弹机构(400)包括与所述导向轨(320)平行的直导杆(410)、固定在所述直导杆(410)上的挡圈(420)、套在所述直导杆(410)上的弹簧(430)，所述直导杆(410)的一端固定在所述基座(310)上，所述弹簧(430)的两端分别抵在所述挡圈(420)与所述基座(310)上。

6.如权利要求4所述的柔性多自由度装置，其特征在于，还设有俯仰机构(500)，所述俯仰机构(500)包括回转轴(510)、固定块一(520)、固定块二(530)，所述固定块一(520)安装在所述活动块(330)上，所述回转轴(510)安装在所述固定块一(520)上，并且所述回转轴(510)能够相对所述固定块一(520)进行回转转动，所述固定块二(530)安装在所述回转轴(510)上，其中一个所述支座与所述固定块二(530)相连接。

7.如权利要求6所述的柔性双向回转装置，其特征在于，所述固定块一(520)和/或所述固定块二(530)上设有锁定螺栓。

8.一种柔性机械抓手，其特征在于，包括如权利要求4－7之一所述的多自由度装置、抓手本体(700)、支撑臂(200)，所述抓手本体(700)设置在所述的自由度装置中的所述外支座(620)上，所述的多自由度装置中的基座(310)设置在所述支撑臂(200)的执行末端上。

9.如权利要求8所述的柔性机械抓手，其特征在于，所述抓手本体(700)包括抓手框架(710)、固定安装在所述抓手框架(710)上的若干吸盘(720)，若干所述吸盘(720)呈阵列式分布。

10.如权利要求9所述的柔性机械抓手，其特征在于，所述抓手本体(700)还包括柔性垫(730)，所述柔性垫(730)位于若干所述吸盘(720)的吸取面上，其中所述柔性垫(730)的厚度为5mm—50mm。

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