CN111230899A

CN111230899A - 一种气动魔方机器人机械手

Info

Publication number: CN111230899A
Application number: CN202010130098.8A
Authority: CN
Inventors: 王宇林; 罗晨; 周怡君
Original assignee: Southeast University
Current assignee: Southeast University
Priority date: 2020-02-28
Filing date: 2020-02-28
Publication date: 2020-06-05

Abstract

本发明提供一种气动魔方机器人机械手，其用于实现抓取及拧动魔方，包括：一个带有两个支撑台的固定平台，两个旋动装置，以及两个夹持装置。本发明的魔方机器人采用气动抓取装置，提供的夹紧力比通过电机的夹紧力大，响应速度更快，并且对比电机夹紧气动夹紧无需限位装置和接触检测装置，可以在简化夹取装置的同时，减少魔方夹紧时的晃动，使夹紧拧动魔方更加稳定。本发明的魔方机器人通过添加摩擦垫和魔方限位件，提供更大的夹紧力和更精确的位置限制功能。

Description

一种气动魔方机器人机械手

技术领域

本发明涉及一种气动魔方机器人机械手技术,属于机器人技术领域。

背景技术

魔方机器人机械手可以通过机械装置实现人类实现拧动复原魔方的功能。

目前，已有众多高校和科研单位对魔方机器人进行了研究，现举例如下。

五邑大学孔凡国等申请的公开号为CN110053059A的专利，其发明名称为“一种双臂魔方机器人”，该专利通过旋转电机旋转机械爪，通过电机推动滑块实现两爪子抓合，抓合方式为直线抓合。由于抓合机构的滑块制作精度问题，导致制作成本较高，且夹紧力较小。

合肥工业大学金栋等申请的公开号为CN110561455A的专利，其发明名称为“一种魔方机器人机械手”，该专利通过旋转电机旋转机械手，以及通过气缸推动的机械手魔方抓合机构，其抓合为直线抓合，滑块滑道需要较高的精度及质量要求。

北京理工大学珠海学院程开等申请的公开号为CN209380752U的专利，其发明名称为“双臂解魔方机器人”，该专利通过旋转电机旋转气动夹爪，实现对魔方的翻动，夹爪连接在气缸上，实现夹爪的闭合夹紧魔方。

现有的魔方解算机器人普遍采取双臂机器人结构，同时现有的魔方机器人的魔方解算结构普遍含有旋转结构和夹持机构两部分。魔方机器人普遍的旋转机构为电机驱动。而魔方机器人的夹持机构主要为由电机驱动和气缸驱动两种夹持方式。其中电机夹持方案普遍夹紧力较小，通过电机夹持魔方不够稳定、晃动幅度较大，在结构设计上复杂。气缸夹持方案在夹紧力方面更大。针对气缸式夹紧方案，普遍的解决方案为通过安装在同一滑道上的两滑块驱动爪子，实现对于魔方的夹紧。在通过滑道和滑块的气动夹紧机构中，滑道和滑块需要精度较高且需要承受载荷较大，相应费用较高。

发明内容

为解决上述问题，本发明公开了一种气动魔方机器人机械手，其对魔方的夹持更为稳定、牢固，在结构上更为简单，降低了对材料的要求。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种气动魔方机器人机械手，其用于实现对魔方的抓取及拧动复原，所述的气动魔方机器人机械手包括：

一个带有两个支撑台的固定平台，支撑台与水平面呈45°角，两支撑台之间的夹角为90°角，以确保两个旋动装置所旋动的两个魔方平面垂直；

两个旋动装置，所述旋动装置包括步进电机、联轴器和支撑板，两个旋动装置相对设置在两个支撑台上；

以及两个夹持装置，两个所述的夹持装置分别设置在两个所述的支撑板上，每个所述的夹持装置包括气缸、两个连接件、一个中间连接件、两个夹持手指、两个摩擦垫、两个魔方限位件和若干合页，所述气缸的底部固定在支撑板上，顶部安装有固定板，所述的中间连接件固定在气缸的推杆头部，所述的两个夹持手指下部分别通过合页固定在固定板的两侧上，同时夹持手指中部通过合页固定在连接件上，两个夹持手指间距为魔方边长；两组夹持手指之间的范围为魔方放置范围；所述连接件通过合页固定在中间连接件上，所述的摩擦垫贴于夹持手指靠近魔方一侧的顶端；所述的两个魔方限位件分别贴于两个摩擦垫的下方。

进一步的，所有与连接板和夹持手指连接的合页均采用螺栓连接方式。

进一步的，所有夹持手指的顶部宽度小于魔方单一块边长。

进一步的，所述的摩擦垫为正方形，所述摩擦垫起到增大与魔方间摩擦力的作用，所述摩擦垫厚度为1mm。

进一步的，所述的魔方限位件为等腰直角三角柱，两侧边长为5mm。

本发明的魔方机器人采用气动抓取装置，提供的夹紧力比通过电机的夹紧力大，响应速度更快，并且对比电机夹紧气动夹紧无需限位装置和接触检测装置，可以在简化夹取装置的同时，减少魔方夹紧时的晃动，使夹紧拧动魔方更加稳定。本发明的魔方机器人通过添加摩擦垫和魔方限位件，提供更大的夹紧力和更精确的位置限制功能。

附图说明

图1、本发明实施例提供的气动魔方机器人的总装图；

图2、本发明实施例提供的旋动装置的结构示意图；

图3、本发明实施例提供的夹持装置的结构示意图。

附图标记列表：1、摩擦垫；2、魔方限位件；3、合页；4、夹持手指；5、连接件；6、中间连接件；7、固定板；8、气缸；9、支撑板；10、联轴器；11、支撑台；12、步进电机；13、支撑台侧板；14、机器人底座；15、螺柱顶丝。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加明确明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不仅限于本发明。

请参阅图1，图1为本发明实施例提供的气动魔方机器人的总装图。魔方机器人可以对魔方进行夹持、松开、旋转、翻转，本实施例的魔方采用三阶魔方，魔方机器人包括固定平台、旋动装置和夹持装置。

固定平台为机器人底座14，上方通过螺栓连接支撑台侧板13，两支撑台侧板13相对平行且垂直于机器人底座14。支撑台11通过支撑台侧板13与机器人底座14相安装，使支撑台11保持固定。请结合图1和图2，旋动装置由支撑板9、联轴器10、支撑台11、步进电机12、螺柱顶丝15组成。步进电机12通过螺栓连接固定在支撑台11的下侧，联轴器10通过侧方螺柱顶丝15固定于步进电机12的输出轴上。联轴器10与支撑板9通过螺栓连接。

请结合图1和图3，夹持装置由摩擦垫1、魔方限位件2、合页3、夹持手指4、连接件5、中间连接件6、固定板7、气缸8组成。摩擦垫1为1mm厚度的正方形硬胶垫，摩擦垫1与夹持手指4通过胶合连接。魔方限位件2为等腰直角三角形柱，其两侧边长为5mm，魔方限位件2与夹持手指4胶合连接，魔方限位件2位于摩擦垫1下方。夹持手指上端宽度略小于魔方单块边长，下端等于合页3的宽度。夹持手指4通过合页3与连接件5和固定板7连接。其中合页3与夹持手指4、连接件6和固定板7通过螺栓连接。两夹持手指4通过合页3相对安装于固定板7的两侧。两连接件5通过合页3连接在中间连接件6上，其连接方式为螺栓连接。气缸8与固定板7通过螺栓连接，同时与中间连接件6通过螺栓连接。两夹持手指4间的开合角的变化范围为0°- 90°。

驱动电机的脉冲序列和步进电机12以90°为一单位旋转魔方的要件：步进电机12步进角位1.8°，实现90°旋转角的脉冲数为50，脉冲时序的脉冲周期T为10ms，其占空比为50%。旋转90°所需时间为500ms，两旋转动作之间的延迟时间为500ms。

气缸8由先导式电磁阀驱动，该电磁阀由受单片机控制的电磁继电器触发。未触发时气缸8状态处于最大量程位置，两夹持手指4间的夹角为90°角；当继电器触发时，气缸8的量程处于最小量程位置，使两夹持手指夹紧魔方。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用仅限本发明，凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种气动魔方机器人机械手，其用于实现抓取及拧动魔方，其特征在于：包括：

两个旋动装置，所述旋动装置包括步进电机、联轴器和支撑板，两个旋动装置相对设置在两个支撑台上；所述支撑板的底面中心通过联轴器与步进电机的输出轴相安装；

以及两个夹持装置，两个所述的夹持装置分别设置在两个所述的支撑板上，每个所述的夹持装置包括一个气缸、一个中间连接件、两个连接件、两个夹持手指、两个摩擦垫、两个魔方限位件和若干合页，所述气缸的底部固定在支撑板上，顶部安装有固定板，所述的中间连接件固定在气缸的推杆头部，所述的两个夹持手指下部分别通过合页固定在固定板的两侧上，同时夹持手指中部通过合页固定在连接件上，两个夹持手指间距为魔方边长；两组夹持手指之间的范围为魔方放置范围；所述连接件通过合页固定在中间连接件上，所述的摩擦垫贴于夹持手指靠近魔方一侧的顶端；所述的两个魔方限位件分别贴于两个摩擦垫的下方。

2.如权利要求1所述的气动魔方机器人机械手，其特征在于：与连接件和夹持手指连接的合页均采用螺栓连接方式。

3.如权利要求1所述的气动魔方机器人机械手，所述夹持手指的顶部宽度小于魔方单一魔方块的边长。

4.如权利要求1所述的气动魔方机器人机械手，其特征在于：所述的摩擦垫为正方形，所述摩擦垫厚度为1mm。

5.如权利要求1所述的气动魔方机器人机械手，其特征在于：所述的魔方限位件为等腰直角三角柱，两侧边长为5mm。