CN111015713B - 一种可增强夹持力的机械手 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种可增强夹持力的机械手，包括两个夹持臂、基座和驱动部件；两个夹持臂镜像对称设置并分别与基座和驱动部件连接，驱动部件驱动两个夹持臂运动实现夹持或张开运动；驱动部件设置在基座内，驱动部件连接有绳索并作为绳索的起始端；夹持臂包括与基座铰接的根指部件、末指部件、和用于传动夹持臂夹持或张开运动以及锁定夹持臂夹持状态的锁定传动机构；锁定传动机构设置在根指部件上并与末指部件连接；末指部件与根指部件铰接并设置有滑轮；绳索从驱动部件起始，依次穿过基座、根指部件和末指部件，以及绕过滑轮后与锁定传动机构连接。本发明在夹持物体时具有更大的加持力，以提高夹持的稳定性。

Description

一种可增强夹持力的机械手

技术领域

本发明涉及机械手技术领域，更具体地说，涉及一种可增强夹持力的机械手。

背景技术

绳索驱动的欠驱动机械手是由绳索作为驱动源的一种欠驱动机械手。该机械手由于采用绳索驱动，故其体积较小，结构简单，对动力源的方式要求较为低。另一方面，由于采用绳索驱动，故在绳索与结构件之间会存在这较大的摩擦力，而且由于绳索的尺寸在机械手结构中受到限制，这就制约了绳索机构的最大抓取力。

为了提高绳索机构的抓取夹持力，现有绳索驱动的欠驱动机械手考虑增加绳索的粗度，这样一方面使得机械手的尺寸会相应的变大，另一方面在进行运动过程中，绳索变形所需要的能量就会相应的增大，而且绳索增粗的方式还需要增大驱动源，会导致驱动电机的体积变大，使机械手的体积相应的变大，对于能量的消耗也会变得增大起来，从而大大降低机械手的灵活性，以及限制了该机械手的适用场合和适用范围。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的缺点与不足，提供一种可增强夹持力的机械手，该机械手夹持物体时具有更大的加持力，这样不仅增了在静止夹持时的夹持力，而且可以使机械手能够承受在快速移动过程中物体所带来的加速度，以提高夹持的稳定性。

为了达到上述目的，本发明通过下述技术方案予以实现：一种可增强夹持力的机械手，其特征在于：包括两个夹持臂、基座和驱动部件；两个所述夹持臂镜像对称设置并分别与基座和驱动部件连接，驱动部件驱动两个夹持臂运动实现夹持或张开运动；

所述驱动部件设置在基座内，驱动部件连接有绳索并作为绳索的起始端；所述夹持臂包括与基座铰接的根指部件、末指部件、和用于传动夹持臂夹持或张开运动以及锁定夹持臂夹持状态的锁定传动机构；所述锁定传动机构设置在根指部件上并与末指部件连接；所述末指部件与根指部件铰接并设置有滑轮；所述绳索从驱动部件起始，依次穿过基座、根指部件和末指部件，以及绕过滑轮后与锁定传动机构连接，实现驱动部件驱动绳索拉动锁定传动机构转动，以带动与基座铰接的根指部件和末指部件朝基座方向夹持，或做张开运动。

在上述方案中，本发明在机械手夹持臂的关节部位加上锁定传动机构，该锁定传动机构与驱动绳索的末端相固定，利用绳索的拉力将固定于根指部件的锁定传动机构对末指部件作用，通过这种作用可使得夹持臂的根指部件与末指部件之间的转矩变得更大，甚至还可以利用锁定传动机构将根指部件与末指部件的相对位置锁死，使得夹持臂在夹持物体时具有更大的加持力，这样不仅增了夹持臂在静止夹持时的夹持力，而且可以使机械手能够承受在快速移动过程中物体所带来的加速度，以提高夹持的稳定性。

所述驱动部件包括设置在基座内的舵机和卷扬；所述卷扬与舵机的输出端连接并绕接有绳索；所述卷扬和基座均设置有接线孔，绳索依次从卷扬的接线孔和基座的接线孔穿出。

所述末指部件包括与根指部件铰接的末指本体、用于安装滑轮的滑轮支撑块和关节安装部件；所述滑轮支撑块设置在末指本体的一端并与滑轮固定连接；所述关节安装部件设置在末指本体的铰接端，关节安装部件上方设置有绳索通孔。

所述锁定传动机构包括左右保持架、设置有棘齿面的关节固定块、旋转块和顶块；所述左右保持架设置在根指部件上；所述关节固定块安装在关节安装部件上；所述旋转块与左右保持架铰接；所述顶块与左右保持架滑动连接，其一端与旋转块铰接，另一端与棘齿面啮合；从关节安装部件上方绳索通孔穿过的绳索穿过关节固定块与旋转块连接，实现驱动部件驱动绳索拉动旋转块转动，以带动顶块在左右保持架滑动且一端在棘齿面的齿位移动，使得与基座铰接的根指部件和与根指部件铰接的末指部件朝基座方向夹持，或做张开运动。

所述关节安装部件开设有固定块限位槽；所述关节固定块包括关节固定块本体、设置在关节固定块本体两侧的固定挡块和关节固定块通孔；所述固定挡块与固定块限位槽匹配连接实现关节固定块本体安装于关节安装部件上；所述关节固定块通孔和末指本体与根指部件铰接孔保持同心，根指部件、末指本体和关节固定块同一铰接轴连接，使得关节固定块作为末指部件与根指部件的铰接关节。

所述棘齿面设置在关节固定块本体上；所述棘齿面设置有用于绳索通过的绳索槽。

所述根指部件包括根指本体和设置在根指本体上的两块固定板；所述左右保持架分别与固定板连接并开设有限位槽。

所述顶块包括顶块本体和设置在顶块本体两侧的支撑杆；两侧的支撑杆分别与左右保持架的限位槽滑动连接；所述顶块本体一端与旋转块铰接，另一端的端面设置为与棘齿面啮合的斜面，作为顶头。

所述旋转块包括直角状本体和用于将顶块定位于棘齿面齿位以提高夹持力度的限位挡块；所述限位挡块与直角状本体的顶角处连接；所述直角状本体的顶角处与左右保持架铰接，直角状本体一直角边的端部与顶块铰接，另一直角边的端部作为绳索的连接终端。

本发明还包括用于延迟旋转块工作的弹簧；所述弹簧一端与绕过滑轮的绳索连接，另一端与连接在旋转块并穿过末指部件绳索通孔的绳索连接。该弹簧起到一定的缓冲作用。

本发明机械手的绳索绕线方式是这样的：绳索的起始端与卷扬的接线孔相连，并依次穿过基座的接线孔，根指本体，根指部件的上连接孔内侧和末指本体，然后绕接滑轮180度，再依次穿过绳索通孔和棘齿面的绳索槽，最后旋转块连接。其中，还包括弹簧，该弹簧一端与绕过滑轮的绳索连接，另一端与连接在旋转块并穿过末指部件绳索通孔的绳索连接。

本发明机械手是这样工作的：两个夹持臂的舵机转动带动卷扬转动，进而使得绳索收紧，带动每个夹持臂的根指部件和末指部件夹持闭合。当根指部件和末指部件与物体接触时，驱动绳索继续收缩，拉动弹簧，进而带动旋转块转动，此时，旋转块带动顶块沿左右保持架的限位槽滑动，顶块的顶头与棘齿面啮合。当旋转块与顶块铰接的一直角边与顶块成一条直线时，该夹持臂进入死点位置，同时限位挡块与顶块相触，使得顶块的顶头定位于棘齿面的齿位，实现提高夹持臂的夹持力度以完成物体的夹持工序。

本发明利用绳索的拉力带动旋转块转动，将位于根指部件的顶块对位于末指部件上带有棘齿面的关节固定块作用，通过这种作用可使得夹持臂的根指部件与末指部件之间的转矩变得更大，甚至还可以利用左右保持架、旋转块、顶块和关节固定块将根指部件与末指部件的相对位置锁死，使得夹持臂在夹持物体时具有更大的加持力，这样不仅增了夹持臂在静止夹持时的夹持力，而且可以使机械手能够承受在快速移动过程中物体所带来的加速度，以提高夹持的稳定性。

与现有技术相比，本发明具有如下优点与有益效果：本发明可增强夹持力的机械手在夹持物体时具有更大的加持力，这样不仅增了在静止夹持时的夹持力，而且可以使机械手能够承受在快速移动过程中物体所带来的加速度，以提高夹持的稳定性。

附图说明

图1是本发明可增强夹持力的机械手的示意图；

图2是本发明可增强夹持力的机械手中夹持臂和基座的剖视图；

图3是本发明可增强夹持力的机械手中锁定传动机构的示意图；

图4是本发明夹持臂夹持臂进入死点位置的状态示意图；

图5是本发明机械手中卷扬的示意图；

图6是本发明机械手中左右保持架的示意图；

图7是本发明机械手中根指部件的示意图；

图8是本发明机械手中末指部件的示意图；

图9是本发明机械手中顶块的示意图；

图10是本发明机械手中关节固定块的示意图；

图11是本发明机械手中旋转块的示意图；

其中，1为基座、1-1为铰接端、1-2为接线孔、2为根指部件、2-1为根指本体、2-2为固定板、3为末指部件、3-1为末指本体、3-2为绳索通孔、3-3为滑轮支撑块、3-4为固定块限位槽、3-5为铰接孔、3-6为关节安装部件、4为滑轮、5为左右保持架、5-1为限位槽、6为关节固定块、6-1为棘齿面、6-2固定挡块、6-3关节固定块通孔、6-4为绳索槽、7为旋转块、7-1为直角状本体、7-2为限位挡块、7-3为连接孔、8为顶块、8-1为顶块本体、8-2为顶头、8-3为支撑杆、9为弹簧、10为绳索、11为舵机、12为卷扬、12-1为接线孔、12-2为绕线柱。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的描述。

实施例

如图1至图11所示，本发明可增强夹持力的机械手包括两个夹持臂、基座1和驱动部件，其中，两个夹持臂镜像对称设置并分别与基座1和驱动部件连接，驱动部件驱动两个夹持臂运动实现夹持或张开运动。驱动部件设置在基座1内，驱动部件连接有绳索10并作为绳索10的起始端，而夹持臂包括与基座1铰接的根指部件2、末指部件3、和用于传动夹持臂夹持或张开运动以及锁定夹持臂夹持状态的锁定传动机构。其中，锁定传动机构设置在根指部件2上并与末指部件3连接，末指部件3与根指部件2铰接并设置有滑轮4，绳索10从驱动部件起始，依次穿过基座1、根指部件2和末指部件3，以及绕过滑轮4后与锁定传动机构连接，实现驱动部件驱动绳索10拉动锁定传动机构转动，以带动与基座1铰接的根指部件2和末指部件3朝基座方向夹持，或做张开运动。

具体地说，驱动部件包括设置在基座1内的舵机11和卷扬12，卷扬12与舵机11的输出端连接并通过绕线柱12-2绕接有绳索10，该卷扬12设置有接线孔12-1。该基座1设置有接线孔1-2，并通过铰接端1-1与根指部件2铰接，绳索10依次从卷扬12的接线孔12-1和基座1的接线孔1-2穿出。

本发明的末指部件3包括与根指部件2铰接的末指本体3-1、用于安装滑轮4的滑轮支撑块3-3和关节安装部件3-6，滑轮支撑块3-3设置在末指本体3-1的一端并与滑轮4固定连接，关节安装部件3-6设置在末指本体3-1的铰接端，关节安装部件3-6上方设置有绳索通孔3-2。

本发明的锁定传动机构包括左右保持架5、设置有棘齿面6-1的关节固定块6、旋转块7和顶块8，该左右保持架5设置在根指部件上，而关节固定块6安装在关节安装部件3-6上，而旋转块7与左右保持架5铰接，顶块8与左右保持架5滑动连接，其一端与旋转块7铰接，另一端与棘齿面6-1啮合；从关节安装部件3-6上方绳索通孔3-2穿过的绳索10穿过关节固定块6与旋转块7连接，实现驱动部件驱动绳索10拉动旋转块7转动，以带动顶块8在左右保持架5滑动且一端在棘齿面6-1的齿位移动，使得与基座1铰接的根指部件2和与根指部件2铰接的末指部件3朝基座1方向夹持，或做张开运动。

具体地说，关节安装部件3-6开设有固定块限位槽3-4，关节固定块6包括关节固定块本体、设置在关节固定块本体两侧的固定挡块6-2和关节固定块通孔6-3，该固定挡块6-2与固定块限位槽3-4匹配连接实现关节固定块本体安装于关节安装部件3-6上，关节固定块通孔6-3和末指本体3-1与根指部件1的铰接孔3-5保持同心，根指部件2、末指本体3-1和关节固定块6同一铰接轴连接，使得关节固定块6作为末指部件2与根指部件1的铰接关节。棘齿面6-1设置在关节固定块本体上，并设置有用于绳索10通过的绳索槽6-4。

本发明的根指部件2包括根指本体2-1和设置在根指本体2-1上的两块固定板2-2，左右保持架5分别与固定板2-2连接并开设有限位槽5-1。顶块8包括顶块本体8-1和设置在顶块本体8-1两侧的支撑杆8-3；两侧的支撑杆8-3分别与左右保持架5的限位槽5-1滑动连接，该顶块本体8-1一端与旋转块7铰接，另一端的端面设置为与棘齿面6-1啮合的斜面，作为顶头8-2。

本发明的旋转块7包括直角状本体7-1和用于将顶块8定位于棘齿面6-1齿位以提高夹持力度的限位挡块7-2，该限位挡块7-2与直角状本体7-1的顶角处连接，直角状本体7-1的顶角处与左右保持架5铰接，直角状本体7-1一直角边的端部与顶块8铰接，另一直角边的端部连接孔7-3作为绳索10的连接终端。本发明还包括用于延迟旋转块工作的弹簧9，该弹簧9一端与绕过滑轮4的绳索10连接，另一端与连接在旋转块7并穿过末指部件3绳索通孔3-2的绳索10连接。

本发明机械手的绳索10绕线方式是这样的：绳索10的起始端与卷扬12的接线孔12-1相连，并依次穿过基座1的接线孔1-2，根指本体2-1，根指部件2的上连接孔内侧和末指本体3-1，然后绕接滑轮4 180度，再依次穿过绳索通孔3-2和棘齿面6-1的绳索槽6-4，最后旋转块7连接。其中，还包括弹簧9，该弹簧9一端与绕过滑轮4的绳索10连接，另一端与连接在旋转块7并穿过末指部件绳索通孔3-2的绳索10连接。

本发明机械手是这样工作的：两个夹持臂的舵机11转动带动卷扬12转动，进而使得绳索10收紧，带动每个夹持臂的根指部件2和末指部件3夹持闭合。当根指部件2和末指部件3与物体接触时，驱动绳索10继续收缩，拉动弹簧9，进而带动旋转块7转动，此时，旋转块7带动顶块8沿左右保持架5的限位槽5-1滑动，顶块8的顶头8-2与棘齿面6-1啮合。当旋转块7与顶块8铰接的一直角边与顶块8成一条直线时，该夹持臂进入死点位置，同时限位挡块7-2与顶块8相触，使得顶块8的顶头8-2定位于棘齿面6-1的齿位，实现提高夹持臂的夹持力度以完成物体的夹持工序。

本发明利用绳索10的拉力带动旋转块7转动，将位于根指部件2的顶块8对位于末指部件3上带有棘齿面6-1的关节固定块6作用，通过这种作用可使得夹持臂的根指部件2与末指部件3之间的转矩变得更大，甚至还可以利用左右保持架5、旋转块7、顶块8和关节固定块6将根指部件2与末指部件3的相对位置锁死，使得夹持臂在夹持物体时具有更大的加持力，这样不仅增了夹持臂在静止夹持时的夹持力，而且可以使机械手能够承受在快速移动过程中物体所带来的加速度，以提高夹持的稳定性。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种可增强夹持力的机械手，其特征在于：包括两个夹持臂、基座和驱动部件；两个所述夹持臂镜像对称设置并分别与基座和驱动部件连接，驱动部件驱动两个夹持臂运动实现夹持或张开运动；

所述驱动部件设置在基座内，驱动部件连接有绳索并作为绳索的起始端；所述夹持臂包括与基座铰接的根指部件、末指部件、和用于传动夹持臂夹持或张开运动以及锁定夹持臂夹持状态的锁定传动机构；所述锁定传动机构设置在根指部件上并与末指部件连接；所述末指部件与根指部件铰接并设置有滑轮；所述绳索从驱动部件起始，依次穿过基座、根指部件和末指部件，以及绕过滑轮后与锁定传动机构连接，实现驱动部件驱动绳索拉动锁定传动机构转动，以带动与基座铰接的根指部件和末指部件朝基座方向夹持，或做张开运动；

所述末指部件包括与根指部件铰接的末指本体、用于安装滑轮的滑轮支撑块和关节安装部件；所述滑轮支撑块设置在末指本体的一端并与滑轮固定连接；所述关节安装部件设置在末指本体的铰接端，关节安装部件上方设置有绳索通孔；

所述锁定传动机构包括左右保持架、设置有棘齿面的关节固定块、旋转块和顶块；所述左右保持架设置在根指部件上；所述关节固定块安装在关节安装部件上；所述旋转块与左右保持架铰接；所述顶块与左右保持架滑动连接，其一端与旋转块铰接，另一端与棘齿面啮合；从关节安装部件上方绳索通孔穿过的绳索穿过关节固定块与旋转块连接，实现驱动部件驱动绳索拉动旋转块转动，以带动顶块在左右保持架滑动且一端在棘齿面的齿位移动，使得与基座铰接的根指部件和与根指部件铰接的末指部件朝基座方向夹持，或做张开运动。

2.根据权利要求1所述的可增强夹持力的机械手，其特征在于：所述驱动部件包括设置在基座内的舵机和卷扬；所述卷扬与舵机的输出端连接并绕接有绳索；所述卷扬和基座均设置有接线孔，绳索依次从卷扬的接线孔和基座的接线孔穿出。

3.根据权利要求1所述的可增强夹持力的机械手，其特征在于：所述关节安装部件开设有固定块限位槽；所述关节固定块包括关节固定块本体、设置在关节固定块本体两侧的固定挡块和关节固定块通孔；所述固定挡块与固定块限位槽匹配连接实现关节固定块本体安装于关节安装部件上；所述关节固定块通孔和末指本体与根指部件铰接孔保持同心，根指部件、末指本体和关节固定块同一铰接轴连接，使得关节固定块作为末指部件与根指部件的铰接关节。

4.根据权利要求3所述的可增强夹持力的机械手，其特征在于：所述棘齿面设置在关节固定块本体上；所述棘齿面设置有用于绳索通过的绳索槽。

5.根据权利要求1所述的可增强夹持力的机械手，其特征在于：所述根指部件包括根指本体和设置在根指本体上的两块固定板；所述左右保持架分别与固定板连接并开设有限位槽。

6.根据权利要求5所述的可增强夹持力的机械手，其特征在于：所述顶块包括顶块本体和设置在顶块本体两侧的支撑杆；两侧的支撑杆分别与左右保持架的限位槽滑动连接；所述顶块本体一端与旋转块铰接，另一端的端面设置为与棘齿面啮合的斜面，作为顶头。

7.根据权利要求1所述的可增强夹持力的机械手，其特征在于：所述旋转块包括直角状本体和用于将顶块定位于棘齿面齿位以提高夹持力度的限位挡块；所述限位挡块与直角状本体的顶角处连接；所述直角状本体的顶角处与左右保持架铰接，直角状本体一直角边的端部与顶块铰接，另一直角边的端部作为绳索的连接终端。

8.根据权利要求1所述的可增强夹持力的机械手，其特征在于：还包括用于延迟旋转块工作的弹簧；所述弹簧一端与绕过滑轮的绳索连接，另一端与连接在旋转块并穿过末指部件绳索通孔的绳索连接。

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