CN111015708B - 一种适用于抓取多种零件的机械手爪 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种适用于抓取多种零件的机械手爪，包括机械手连接部、真空吸盘机构、三点式气爪机构和平行气爪机构，真空吸盘机构、三点式气爪机构和平行气爪机构分别设于机械手连接部上不同方向的外侧面上，机械手连接部的顶面外接工业机器人。本适用于抓取多种零件的机械手爪为一种多功能机械手爪，可完成多种类别零件的抓取和放置，该机械手爪使用灵活，可同时适用多种类别零件的抓取或夹持，设备成本较低，适合在工程项目中大范围推广和使用。

Description

一种适用于抓取多种零件的机械手爪

技术领域

本发明涉及机械手技术领域，特别涉及一种适用于抓取多种零件的机械手爪。

背景技术

在工程中，为了适应不同的抓取任务，通常会设计开发不同的机械手手爪，如结构较为简单的三点气爪、平行气爪，结构较为复杂的多指灵巧手爪等。但在目前的工程应用中，三点气爪、平行气爪适用于外轮廓规则零件的夹持任务，且只能进行一种动作；而多指灵巧手爪虽然能夹持复杂曲面的工件并能够进行多种复杂的操作，但目前的研究成果距离实用化要求还有很大的距离。因此在不同的工程应用上，仍需要采用不同的机械手爪来完成特定的抓取或夹持任务。而在同一工程项目中常常会涉及多种类别的零件(例如：包括不同直径的圆形薄片零件、六角螺栓等)，这就需要配备多种不同的机械手爪来完成相应零件的抓取或夹持，使得设备成本较高，使用的灵活程度低。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种适用于抓取多种零件的机械手爪，该机械手爪使用灵活，可同时适用多种类别零件的抓取或夹持，设备成本较低，适合在工程项目中大范围推广和使用。

本发明的技术方案为：一种适用于抓取多种零件的机械手爪，包括机械手连接部、真空吸盘机构、三点式气爪机构和平行气爪机构，真空吸盘机构、三点式气爪机构和平行气爪机构分别设于机械手连接部上不同方向的外侧面上，机械手连接部的顶面外接工业机器人。其中，真空吸盘机构采用真空吸取的方式，主要适用于吸取多种不同直径、不同尺寸或形状的薄片零件；三点式气爪机构利用三个气爪的开合动作，主要适用于夹取具备一定厚度的圆形零件；平行气爪机构利用两个U型卡块的开合动作，形成带有半六角形内槽的U形槽，主要适用于抓取六角螺母或六角螺栓等零件。

所述机械手连接部呈长方体状，真空吸盘机构、三点式气爪机构和平行气爪机构分布于相邻的三个外侧面上。

所述真空吸盘机构包括真空吸盘、吸盘连接件和滑动连接板，真空吸盘通过吸盘连接件固定安装于滑动连接板上；

真空吸盘机构与机械手连接部的连接处设有第一连接板，第一连接板上设有第一导轨，第一导轨上设有相配合的第一滑块，滑动连接板与第一滑块固定连接。其中，第一导轨和第一滑块的配合使用，第一滑块可在第一导轨上根据实际需要进行上下移动，以保证真空吸盘接触到零件，再根据圆形薄片零件的直径尺寸选择相应的吸嘴对零件进行吸取即可。

所述真空吸盘包括相配合的内圈吸嘴和外圈吸嘴，内圈吸嘴从真空吸盘的顶端引入真空(其引入处为内圈出气孔)，外圈吸嘴从真空吸盘的外侧引入真空(其引入处为外圈出气孔)，保证两组吸嘴之间的独立运作，内圈吸嘴和外圈吸嘴分成内外两圈均匀开孔，分别用于吸取不同直径尺寸的圆形薄片零件。

所述三点式气爪机构包括第一壳体、第一活塞杆、第一活塞、第一弹簧、第一连杆和夹爪手指，第一活塞、第一活塞杆、第一弹簧和第一连杆分别设于第一壳体内，第一壳体底部分布有三个夹爪手指，第一活塞杆设于第一壳体内的中部，第一活塞设于第一活塞杆上，第一弹簧套于第一活塞杆上，且第一弹簧上端与第一活塞底面固定连接，第一活塞杆外周分布有三个第一连杆，各第一连杆的上端与第一活塞底面铰接，各第一连杆的下端与夹爪手指铰接。向三点式气爪机构充入气体时，第一活塞克服第一弹簧的预紧力向下运动，通过第一连杆转化为第一连杆下端与夹爪手指铰接处(可采用滑动式铰接块的结构形式)沿半径轨道向外的运动，从而控制三个夹爪手指松开夹取的零件，反之受第一弹簧的预紧力作用夹紧零件。

三点式气爪机构与机械手连接部的连接处设有第二连接板，三点式气爪通过第二连接板安装于机械手连接部上。

一般情况下，圆形零件上存在一条高5mm左右、夹角为106°左右的引线，为确保三点式气爪机构夹紧过程中不对圆形零件引线产生干扰，三点式气爪机构的夹持点设计在圆形零件的外缘。

所述三点式气爪机构中，对于夹持的圆形零件，为确保三点式气爪机构夹紧过程中不对圆形零件边缘造成损伤，夹爪手指长度在传统夹爪的基础上延长20～40mm；

各夹爪手指的下端内侧设有橡胶垫。可有效保证在夹紧过程中不接触圆形零件的其他部分且防止零件划伤。

所述三点式气爪机构中还设有位置传感器，该位置传感器一般为三点式气爪机构的自带标准件，固定于其第一外壳外侧的卡槽内，利用位置传感器可实时监测到气爪所处的位置，便于工业机器人对该夹紧力的控制。

所述平行气爪机构包括第一U型卡块、第二U型卡块、第二壳体、第二活塞杆、第二活塞、第二弹簧和第二连杆，第二活塞杆、第二活塞、第二弹簧和第二连杆分别设于第二壳体内，第一U型卡块和第二U型卡块设于第二壳体的一侧，第二活塞杆设于第二壳体内的中部，第二活塞设于第二活塞杆上，第二弹簧套于第二活塞杆上，且第二弹簧上端与第二活塞底面固定连接，第二活塞杆外周分布有两个第二连杆，各第二连杆的上端与第二活塞底面铰接，各第二连杆的下端与第一U型卡块或第二U型卡块铰接。向平行气爪机构充入气体时，第二活塞克服第二弹簧的预紧力向外运动，通过第二连杆转化为第二连杆下端与第一U型卡块、第二U型卡块的铰接处(可采用滑动式铰接块的结构形式)沿半径轨道向外的运动，从而控制第一U型卡块、第二U型卡块松开夹取的零件，反之受第二弹簧的预紧力作用夹紧零件。

平行气爪机构与机械手连接部的连接处设有第三连接板，平行气爪机构通过第三连接板安装于机械手连接部上。

所述平行气爪机构中，第一U型卡块与第二U型卡块对称安装，但第一U型卡块和第二U型卡块长度不等。在第一U型卡块与第二U型卡块合拢夹取六角螺栓或六角螺母等零件的过程中，依靠长度较长的U型卡块的导向作用来纠正零件的摆放方向，保证稳定夹取该零件。

本适用于抓取多种零件的机械手爪安装时，机械手连接部与外部设备连接，通常安装于工业机器人上。机械手连接部相邻的三个外侧面依次为第一连接面、第二连接面和第三连接面，机械手连接部的顶面为第四连接面。真空吸盘机构中，第一导轨上设有两个沉孔，与第一连接板上的通孔相对应，通过沉孔螺钉将导轨和第一连接板固定安装在机械手连接部的第一连接面上，第一滑块与第一导轨组成一个整体，滑动连接板的某个平面上设有四个沉孔，与第一滑块背面的螺纹孔相对应，通过沉孔螺钉将滑块连接板固定在滑块背面上，吸盘连接件和真空吸盘组成一个整体，过盈连接固定于滑动连接板的另一个平面上。三点式气爪机构中，第二连接板的某个平面上对称布置有四个沉孔，与机械手连接部第二连接面上的螺纹孔相对应，通过沉孔螺钉将第二连接板固定在机械手连接部的第二连接面上，三点式气爪机构顶部设有三个螺纹通孔，与第二连接板的另一个平面上的沉孔相对应，通过沉孔螺钉将三点式气爪机构固定在第二连接板的另一个平面上。平行气爪机构中，第三连接板的两个平面上各设有两个沉孔，分别与机械手连接部第三连接面、第四连接面上的螺纹孔相对应，通过沉孔螺钉将第三连接板固定在机械手连接部的第三连接面上，平行气爪机构上设有四个螺纹孔，与第三连接板上的沉孔相对应，通过沉孔螺钉将平行气爪机构固定在第三连接板上；平行气爪机构中的第一U型卡块和第二U型卡块上各设有两个沉孔，分别与平行气爪的两个滑块上的螺纹孔相对应，通过沉孔螺钉将第一U型卡块和第二U型卡块固定在平行气爪的其他组成部件上。

本适用于抓取多种零件的机械手爪使用时，工业机器人根据所检测到的零件类别，通过转动或在一定范围内自由移动机械手连接部来选择相应的夹取机构来进行零件的夹取即可，其中，真空吸盘机构采用真空吸取的方式，主要适用于吸取多种不同直径、不同尺寸或形状的薄片零件；三点式气爪机构利用三个气爪的开合动作，主要适用于夹取具备一定厚度的圆形零件；平行气爪机构利用两个U型卡块的开合动作，形成带有半六角形内槽的U形槽，主要适用于抓取六角螺母。

本发明相对于现有技术，具有以下有益效果：

本适用于抓取多种零件的机械手爪为一种多功能机械手爪，可完成多种类别零件的抓取和放置，该机械手爪使用灵活，可同时适用多种类别零件的抓取或夹持，设备成本较低，适合在工程项目中大范围推广和使用。

本适用于抓取多种零件的机械手爪中，真空吸盘机构改变了现有吸盘机构只能吸取相同直径和形状的薄片零件的特点，对其进行多通道改进，使改进后的真空吸盘机构可适应不同直径、不同形状的薄片零件吸取，一般可适应直径10mm-30mm的薄片零件吸取，扩大其在工程项目中的适用范围，从而提高工作效率。

本适用于抓取多种零件的机械手爪中，平行气爪机构通过设置对称安装、但长度不等的两个U型卡块，利用这两个U型卡块的开合动作形成带有半六角形内侧的U型手爪，并依靠其较长边的导向作用纠正六角螺栓或六角螺母等零件的摆放方向，并夹取该零件，可有效提高零件夹取的精确度。

附图说明

图1为本适用于抓取多种零件的机械手爪的整体结构示意图。

图2为图1所示机械手爪的主视图。

图3为图2的A方向平面视图。

图4为真空吸盘的底面示意图。

图5为图4的B-B截面视图。

图6为三点式气爪机构的结构示意图。

图7为三点式气爪机构中壳体内部的结构示意图。

图8为平行气爪机构的结构示意图。

上述各图中，各附图标记所示部件如下：a为机械手连接部，b为真空吸盘机构，c为三点式气爪机构，d为平行气爪机构，1为真空吸盘，1-1为内圈吸嘴，1-2为外圈吸嘴，1-3为内圈出气孔，1-4为外圈出气孔，2为吸盘连接件，3为滑动连接板，4为第一连接板，5为第一导轨，6为第一滑块，7为第二连接板，8为第一壳体，8-1为卡槽，9为第一活塞杆，10为第一活塞，11为第一弹簧，12为第一连杆，13为夹爪手指，14为滑动式铰接块，15为第三连接板，16为第一U型卡块，17为第二U型卡块，18为第二壳体，19为第二活塞杆，20为第二活塞，21为第二弹簧，22为第二连杆。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例

本实施例一种适用于抓取多种零件的机械手爪，如图1至图3所示，包括机械手连接部a、真空吸盘机构b、三点式气爪机构c和平行气爪机构d，真空吸盘机构、三点式气爪机构和平行气爪机构分别设于机械手连接部上不同方向的外侧面上，机械手连接部的顶面外接工业机器人。其中，真空吸盘机构采用真空吸取的方式，主要适用于吸取多种不同直径、不同尺寸或形状的薄片零件；三点式气爪机构利用三个气爪的开合动作，主要适用于夹取具备一定厚度的圆形零件；平行气爪机构利用两个U型卡块的开合动作，形成带有半六角形内槽的U形槽，主要适用于抓取六角螺母或六角螺栓等零件。

上述各组成机构的具体结构如下：

(1)机械手连接部：

其整体呈长方体状，真空吸盘机构、三点式气爪机构和平行气爪机构分布于相邻的三个外侧面上。

(2)真空吸盘机构：

如图2所示，真空吸盘机构包括真空吸盘1、吸盘连接件2和滑动连接板3，真空吸盘通过吸盘连接件固定安装于滑动连接板上；

真空吸盘机构与机械手连接部的连接处设有第一连接板4，第一连接板上设有第一导轨5，第一导轨上设有相配合的第一滑块6，滑动连接板与第一滑块固定连接。其中，第一导轨和第一滑块的配合使用，第一滑块可在第一导轨上根据实际需要进行上下移动，以保证真空吸盘接触到零件，再根据圆形薄片零件的直径尺寸选择相应的吸嘴对零件进行吸取即可。

如图4或图5所示，真空吸盘包括相配合的内圈吸嘴1-1和外圈吸嘴1-2，内圈吸嘴从真空吸盘的顶端引入真空(其引入处为内圈出气孔1-3)，外圈吸嘴从真空吸盘的外侧引入真空(其引入处为外圈出气孔1-4)，保证两组吸嘴之间的独立运作，内圈吸嘴和外圈吸嘴分成内外两圈均匀开孔，分别用于吸取不同直径尺寸的圆形薄片零件。

(3)三点式气爪机构：

如图3所示，三点式气爪机构与机械手连接部的连接处设有第二连接板7，三点式气爪通过第二连接板安装于机械手连接部上。

如图6或图7所示，包括第一壳体8、第一活塞杆9、第一活塞10、第一弹簧11、第一连杆12和夹爪手指13，第一活塞、第一活塞杆、第一弹簧和第一连杆分别设于第一壳体内，第一壳体底部分布有三个夹爪手指，第一活塞杆设于第一壳体内的中部，第一活塞设于第一活塞杆上，第一弹簧套于第一活塞杆上，且第一弹簧上端与第一活塞底面固定连接，第一活塞杆外周分布有三个第一连杆，各第一连杆的上端与第一活塞底面铰接，各第一连杆的下端与夹爪手指铰接。向三点式气爪机构充入气体时，第一活塞克服第一弹簧的预紧力向下运动，通过第一连杆转化为第一连杆下端与夹爪手指铰接处(可采用滑动式铰接块14的结构形式)沿半径轨道向外的运动，从而控制三个夹爪手指松开夹取的零件，反之受第一弹簧的预紧力作用夹紧零件。

三点式气爪机构中还设有位置传感器，该位置传感器一般为三点式气爪机构的自带标准件，固定于其第一外壳外侧的卡槽8-1内(如图6所示)，利用位置传感器可实时监测到气爪所处的位置，便于工业机器人对该夹紧力的控制。

一般情况下，圆形零件上存在一条高5mm左右、夹角为106°左右的引线，为确保三点式气爪机构夹紧过程中不对圆形零件引线产生干扰，三点式气爪机构的夹持点设计在圆形零件的外缘。

三点式气爪机构中，对于夹持的圆形零件，为确保三点式气爪机构夹紧过程中不对圆形零件边缘造成损伤，夹爪手指长度在传统夹爪的基础上延长20～40mm；各夹爪手指的下端内侧设有橡胶垫。可有效保证在夹紧过程中不接触圆形零件的其他部分且防止零件划伤。

(4)平行气爪机构：

如图2所示，平行气爪机构与机械手连接部的连接处设有第三连接板15，平行气爪机构通过第三连接板安装于机械手连接部上。

如图8所示，平行气爪机构包括第一U型卡块16、第二U型卡块17、第二壳体18、第二活塞杆19、第二活塞20、第二弹簧21和第二连杆22，第二活塞杆、第二活塞、第二弹簧和第二连杆分别设于第二壳体内，第一U型卡块和第二U型卡块设于第二壳体的一侧，第二活塞杆设于第二壳体内的中部，第二活塞设于第二活塞杆上，第二弹簧套于第二活塞杆上，且第二弹簧上端与第二活塞底面固定连接，第二活塞杆外周分布有两个第二连杆，各第二连杆的上端与第二活塞底面铰接，各第二连杆的下端与第一U型卡块或第二U型卡块铰接。向平行气爪机构充入气体时，第二活塞克服第二弹簧的预紧力向外运动，通过第二连杆转化为第二连杆下端与第一U型卡块、第二U型卡块的铰接处(可采用滑动式铰接块的结构形式)沿半径轨道向外的运动，从而控制第一U型卡块、第二U型卡块松开夹取的零件，反之受第二弹簧的预紧力作用夹紧零件。

其中，第一U型卡块与第二U型卡块对称安装，但第一U型卡块和第二U型卡块长度不等。在第一U型卡块与第二U型卡块合拢夹取六角螺栓或六角螺母等零件的过程中，依靠长度较长的U型卡块的导向作用来纠正零件的摆放方向，保证稳定夹取该零件。

上述适用于抓取多种零件的机械手爪安装时，机械手连接部与外部设备连接，通常安装于工业机器人上。机械手连接部相邻的三个外侧面依次为第一连接面、第二连接面和第三连接面，机械手连接部的顶面为第四连接面。真空吸盘机构中，第一导轨上设有两个沉孔，与第一连接板上的通孔相对应，通过沉孔螺钉将导轨和第一连接板固定安装在机械手连接部的第一连接面上，第一滑块与第一导轨组成一个整体，滑动连接板的某个平面上设有四个沉孔，与第一滑块背面的螺纹孔相对应，通过沉孔螺钉将滑块连接板固定在滑块背面上，吸盘连接件和真空吸盘组成一个整体，过盈连接固定于滑动连接板的另一个平面上。三点式气爪机构中，第二连接板的某个平面上对称布置有四个沉孔，与机械手连接部第二连接面上的螺纹孔相对应，通过沉孔螺钉将第二连接板固定在机械手连接部的第二连接面上，三点式气爪机构顶部设有三个螺纹通孔，与第二连接板的另一个平面上的沉孔相对应，通过沉孔螺钉将三点式气爪机构固定在第二连接板的另一个平面上。平行气爪机构中，第三连接板的两个平面上各设有两个沉孔，分别与机械手连接部第三连接面、第四连接面上的螺纹孔相对应，通过沉孔螺钉将第三连接板固定在机械手连接部的第三连接面上，平行气爪机构上设有四个螺纹孔，与第三连接板上的沉孔相对应，通过沉孔螺钉将平行气爪机构固定在第三连接板上；平行气爪机构中的第一U型卡块和第二U型卡块上各设有两个沉孔，分别与平行气爪的两个滑块上的螺纹孔相对应，通过沉孔螺钉将第一U型卡块和第二U型卡块固定在平行气爪的其他组成部件上。

上述适用于抓取多种零件的机械手爪使用时，工业机器人根据所检测到的零件类别，通过转动或在一定范围内自由移动机械手连接部来选择相应的夹取机构来进行零件的夹取即可，其中，真空吸盘机构采用真空吸取的方式，主要适用于吸取多种不同直径、不同尺寸或形状的薄片零件；三点式气爪机构利用三个气爪的开合动作，主要适用于夹取具备一定厚度的圆形零件；平行气爪机构利用两个U型卡块的开合动作，形成带有半六角形内槽的U形槽，主要适用于抓取六角螺母。

如上所述，便可较好地实现本发明，上述实施例仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围；即凡依本发明内容所作的均等变化与修饰，都为本发明权利要求所要求保护的范围所涵盖。

Claims (1)

1.一种适用于抓取多种零件的机械手爪，其特征在于，包括机械手连接部、真空吸盘机构、三点式气爪机构和平行气爪机构，真空吸盘机构、三点式气爪机构和平行气爪机构分别设于机械手连接部上不同方向的外侧面上，机械手连接部的顶面外接工业机器人；

所述机械手连接部呈长方体状，真空吸盘机构、三点式气爪机构和平行气爪机构分布于相邻的三个外侧面上；

所述真空吸盘机构包括真空吸盘、吸盘连接件和滑动连接板，真空吸盘通过吸盘连接件固定安装于滑动连接板上；

真空吸盘机构与机械手连接部的连接处设有第一连接板，第一连接板上设有第一导轨，第一导轨上设有相配合的第一滑块，滑动连接板与第一滑块固定连接；

所述真空吸盘包括相配合的内圈吸嘴和外圈吸嘴，内圈吸嘴从真空吸盘的顶端引入真空，外圈吸嘴从真空吸盘的外侧引入真空，内圈吸嘴和外圈吸嘴分成内外两圈均匀开孔，分别用于吸取不同直径尺寸的圆形薄片零件；

所述三点式气爪机构包括第一壳体、第一活塞杆、第一活塞、第一弹簧、第一连杆和夹爪手指，第一活塞、第一活塞杆、第一弹簧和第一连杆分别设于第一壳体内，第一壳体底部分布有三个夹爪手指，第一活塞杆设于第一壳体内的中部，第一活塞设于第一活塞杆上，第一弹簧套于第一活塞杆上，且第一弹簧上端与第一活塞底面固定连接，第一活塞杆外周分布有三个第一连杆，各第一连杆的上端与第一活塞底面铰接，各第一连杆的下端与夹爪手指铰接；

三点式气爪机构与机械手连接部的连接处设有第二连接板，三点式气爪通过第二连接板安装于机械手连接部上；

所述三点式气爪机构中，各夹爪手指的下端内侧设有橡胶垫；

所述三点式气爪机构中还设有位置传感器，固定于其第一壳体外侧的卡槽内；

所述平行气爪机构包括第一U型卡块、第二U型卡块、第二壳体、第二活塞杆、第二活塞、第二弹簧和第二连杆，第二活塞杆、第二活塞、第二弹簧和第二连杆分别设于第二壳体内，第一U型卡块和第二U型卡块设于第二壳体的一侧，第二活塞杆设于第二壳体内的中部，第二活塞设于第二活塞杆上，第二弹簧套于第二活塞杆上，且第二弹簧上端与第二活塞底面固定连接，第二活塞杆外周分布有两个第二连杆，各第二连杆的上端与第二活塞底面铰接，各第二连杆的下端与第一U型卡块或第二U型卡块铰接；

平行气爪机构与机械手连接部的连接处设有第三连接板，平行气爪机构通过第三连接板安装于机械手连接部上；

所述平行气爪机构中，第一U型卡块与第二U型卡块对称安装，但第一U型卡块和第二U型卡块长度不等。

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