CN111300469A - 抓稳工件的机械夹爪 - Google Patents

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傅峰峰
江志强
刘楚奇
陈伟俊
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    • B25J15/0213—Gripping heads and other end effectors servo-actuated comprising articulated grippers actuated by gears

Abstract

本发明给出抓稳工件的机械夹爪，包括夹臂和弹性件，弹性件施加弹力以使夹臂转动夹合，夹臂的夹合程度与弹性件的形变程度反相关从而与弹性件的弹力反相关，夹臂转动夹合带动弹性件转向以使弹力转向从而使弹力的力臂增大。本发明给出的机械夹爪是依赖弹性件的弹力来夹紧工件的。由于夹臂的夹合程度与弹性件的形变程度反相关，故机械夹爪夹紧大件工件时夹合程度低而形变程度高，即弹力大，又因为转动夹合过程中弹力力臂增大，故机械夹爪夹紧大件工件时力臂较小；根据上述原理可知，机械夹爪夹紧小件工件时力臂较大而弹力较小，所以本机械夹爪对不同规格的工件的夹持力基本相同，容易抓稳工件。

Description

抓稳工件的机械夹爪
技术领域
本发明涉及机械夹爪领域。
背景技术
目前，发明人在内部不公开地研发了一种机械夹爪，包括夹爪主体、左第二夹臂，第一夹臂左侧和第二夹臂右侧分别配有横向弹簧，各弹簧的一端安装在夹爪主体内，弹簧的另一端安装在对应的夹臂上，弹簧始终向夹臂提供推力驱使左第二夹臂合拢；夹臂夹持工件时，夹持力完全由弹簧提供。
现有技术的缺陷在于：两个夹臂距离越近，弹簧向夹臂提供的推力就越小，夹臂就越难抓紧工件，故该机械夹爪在夹持小工件时容易抓不稳工件。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明旨在给出一种容易抓稳工件的机械夹爪。
抓稳工件的机械夹爪，包括夹臂和弹性件，弹性件施加弹力以使夹臂转动夹合，夹臂的夹合程度与弹性件的形变程度反相关从而与弹性件的弹力反相关，夹臂转动夹合带动弹性件转向以使弹力转向从而使弹力的力臂增大。
进一步地，在弹性件与夹臂之间装有与夹臂一体转动的扭力臂，弹性件对扭力臂施加弹力则扭力臂带动夹臂转动夹合，同时将弹性件与扭力臂二者的连接端带离夹臂转点以使弹性件转向从而使弹力的力臂增大。
进一步地，包括夹爪主体，夹臂接在夹爪主体上；弹性件近端接在夹爪主体上，远端接在扭力臂上。
进一步地，夹爪主体和扭力臂分别突起有固定柱，弹性件两端分别设有挂钩，两端的挂钩分别不可滑脱地勾在夹爪主体和扭力臂两者的固定柱上且可相对于固定柱转动。
进一步地，所述夹臂配有铰轴，夹臂通过所述铰轴来实现转动，所述扭力臂固装在所述铰轴上从而与夹臂一体转动。
进一步地，弹性件是拉簧。
进一步地，包括驱动装置，所述夹臂包括第一夹臂和第二夹臂，第一夹臂和第二夹臂联动，弹性件对第一夹臂施加弹力以使第一夹臂和第二夹臂转动夹合，驱动装置驱动第二夹臂转动以使第一夹臂和第二夹臂转动张开。
进一步地，第一夹臂包括一体转动的主臂和副臂，弹性件对主臂施加弹力，主臂带动副臂转动夹合；第二夹臂包括一体转动的施力臂和从动臂，驱动装置驱动施力臂转动，施力臂带动从动臂转动张开。
进一步地，所述驱动装置包括电机，电机的输出轴配有传动齿轮，电机通过传动齿轮来驱动施力臂转动张开；副臂和施力臂分别设有啮齿且通过啮齿相互啮合从而实现联动
有益效果在于：本发明给出的机械夹爪是依赖弹性件的弹力来夹紧工件的。由于夹臂的夹合程度与弹性件的形变程度反相关，故机械夹爪夹紧大件工件时夹合程度低而形变程度高，即弹力大，又因为转动夹合过程中弹力力臂增大，故机械夹爪夹紧大件工件时力臂较小；根据上述原理可知，机械夹爪夹紧小件工件时力臂较大而弹力较小，所以本机械夹爪对不同规格的工件的夹持力基本相同，容易抓稳工件。
附图说明
图1为本发明机械夹爪正面视角的内部示意图；
图2为本发明机械夹爪正面视角的内部示意图(隐藏了副臂)；
图3为图2中机械夹爪的仰视角示意图；
图4为本发明机械夹爪正面视角的另一幅内部示意图(隐藏了施力臂)；
图5为副臂和扭力臂位置关系示意图；
图6为扭力臂的示意图；
图中：10、夹爪主体；21、从动臂；22、施力臂；23、第一铰轴；24、啮齿；25、铰接处；26、扭力臂；27、主臂；28、副臂；29、第一连接件；30、拉簧；31、挂钩；32、固定柱；33、安装孔；34、轴孔；35、电机输出轴；40、第二铰轴；41、第三铰轴；42、第二连接件。
具体实施方式
如图1所示，抓稳工件的机械夹爪包括夹爪主体10、第一夹臂、第二夹臂、扭力臂26、拉簧30、电机，第一夹臂包括施力臂22、从动臂21，第二夹臂包括主臂27、副臂28。从动臂21和施力臂22分别配有第三铰轴41和第二铰轴40并通过各自的铰轴来铰设在夹爪主体10内的左侧，主臂27近端配有第一铰轴23并通过第一铰轴23来铰设在夹爪主体10内的右侧；副臂28的近端铰接在夹爪主体10的壳体上，二者的铰接处25如图3所示，铰接处25仅位于壳体上而非贯穿夹爪主体10。主臂27和副臂28二者的远端通过第二连接件42来实现联动。如图2、图3、图5所示，扭力臂26的右端以和主臂27同轴的方式固装在主臂27上从而实现扭力臂26和主臂27一体转动，其中扭力臂26结构如图6所示，扭力臂26通过右端轴孔34来和主臂27同轴安装，扭力臂26左端设有安装孔33，安装孔33处凸起有图2和图3中所示的固定柱32。拉簧30(图中所示为一个整体的拉簧30)的上下两端分别设有挂钩31，拉簧30下端的挂钩31以可转动的方式不可滑脱地挂在所述固定柱32上，拉簧30上端的挂钩31以可转动的方式不可滑脱地勾在夹爪主体10内(此连接方式相当于铰接)。
如图1和图4所示，电机输出轴35通过若干组传动齿轮来驱动施力臂22的第二铰轴40转动，从而驱使施力臂22转动。施力臂22和副臂28二者近端的侧壁上分别设有啮齿24，二者通过啮齿24相互啮合。施力臂22和从动臂21二者的远端通过第一连接件29实现联动，主臂27和副臂28二者的远端通过第二连接件42实现联动。
工作过程如下：在本实施例中作为拉力装置的拉簧30由始至终保持将扭力臂26上拉的状态，故被拉簧30上拉的扭力臂26会保持向第二夹臂施加一个顺时针的扭力。常态下，由于电机无动力，且第二夹臂通过副臂28上的啮齿24带动施力臂22来实现第一夹臂和第二夹臂联动，故常态下第一夹臂和第二夹臂在拉簧30的弹力作用下保持夹紧。第一夹臂和第二夹臂需要张开时，电机输出轴35向施力臂22的第二铰轴40输出扭矩从而使第二铰轴40旋转，带动施力臂22随第二铰轴40作顺时针转动；顺时针转动的施力臂22通过第一连接件29来带动从动臂21绕第三铰轴41作顺时针转动。由于第二夹臂和第一夹臂通过啮齿24实现联动，故副臂28会在顺时针转动的施力臂22的带动下绕副臂28的铰接处25作逆时针转动。逆时针转动的副臂28通过第二连接件42来带动主臂27绕第一铰轴23作逆时针转动，而逆时针转动的主臂27带动固装的扭力臂26也绕第一铰轴23作逆时针一体转动，使得拉簧30一边被逆时针转动的扭力臂26下拉(拉簧30形变程度增大，弹性力不断增大；夹臂夹合程度减小)，一边被扭力臂26右拉使拉簧30不断靠近第一铰轴23从而弹力力臂减小，此过程中拉簧30的拉力对第一铰轴23的力矩始终大小相等(即拉簧30的弹力乘以弹力力臂的乘积绝对值为恒值，第一铰轴23到拉簧30距离为弹力力臂)。第一夹臂和第二夹臂张开到合适的程度后，电机撤力，拉簧30将扭力臂26上拉使得扭力臂26带动主臂27绕第一铰轴23顺时针一体转动，籍此主臂27实现转动夹合，此过程中，拉簧30在自身回弹力作用下回弹(拉簧30形变程度减小，弹性力减小，同时夹臂夹合程度增大)，同时其因下端的挂钩31被扭力臂26左推而往左摆动转向远离第一铰轴23从而使弹力力臂增大，直至第一夹臂和第二夹臂共同夹到工件或者副臂28和施力臂22相抵时才会使拉簧30停止回弹，此过程中拉簧30的拉力对第一铰轴23的力矩也始终大小相等，故第一夹臂和第二夹臂夹持工件时能够保持夹持力恒定。
非优选地，拉簧30还可以改为变速电机驱动的伸缩套杆，伸缩套杆的上端铰接在夹爪主体10内而下端铰接在扭力臂26的左端；伸缩套杆上拉扭力臂26并被扭力臂26左推时，变速电机控制输出拉力变小以使伸缩套杆的拉力对第一铰轴23的力矩不变；同理，伸缩套杆被扭力臂26右拉时，变速电机控制输出拉力变大以使伸缩套杆的拉力对第一铰轴23的力矩不变。
非优选地，扭力臂26和主臂27非同轴地固定安装，同样也能实现扭力臂26和主臂27联动，而且同样能够维持拉簧30的拉力对第一铰轴23的力矩始终大小相等。
非优选地，拉簧30可以改为处于压缩状态的弹簧，弹簧近端铰设在扭力臂26上，而弹簧远端铰设在夹爪主体10的下部；弹簧向扭力臂26施加推力使得扭力臂26绕第一铰轴23顺时针转动带动主臂27转动夹合，扭力臂26还将弹簧左推转向使得弹力转向，弹簧和扭力臂26的连接端远离第一铰轴23。

Claims (9)

1.抓稳工件的机械夹爪，其特征是：包括夹臂和弹性件，弹性件施加弹力以使夹臂转动夹合，夹臂的夹合程度与弹性件的形变程度反相关从而与弹性件的弹力反相关，夹臂转动夹合带动弹性件转向以使弹力转向从而使弹力的力臂增大。
2.如权利要求1所述的抓稳工件的机械夹爪，其特征是：在弹性件与夹臂之间装有与夹臂一体转动的扭力臂，弹性件对扭力臂施加弹力则扭力臂带动夹臂转动夹合，同时将弹性件与扭力臂二者的连接端带离夹臂转点以使弹性件转向从而使弹力的力臂增大。
3.如权利要求2所述的抓稳工件的机械夹爪，其特征是：包括夹爪主体，夹臂接在夹爪主体上；弹性件近端接在夹爪主体上，远端接在扭力臂上。
4.如权利要求3所述的抓稳工件的机械夹爪，其特征是：夹爪主体和扭力臂分别突起有固定柱，弹性件两端分别设有挂钩，两端的挂钩分别不可滑脱地勾在夹爪主体和扭力臂两者的固定柱上且可相对于固定柱转动。
5.如权利要求2所述的抓稳工件的机械夹爪，其特征是：所述夹臂配有铰轴，夹臂通过所述铰轴来实现转动，所述扭力臂固装在所述铰轴上从而与夹臂一体转动。
6.如权利要求1或2所述的抓稳工件的机械夹爪，其特征是：弹性件是拉簧。
7.如权利要求1或2所述的抓稳工件的机械夹爪，其特征是：包括驱动装置，所述夹臂包括第一夹臂和第二夹臂，第一夹臂和第二夹臂联动，弹性件对第一夹臂施加弹力以使第一夹臂和第二夹臂转动夹合，驱动装置驱动第二夹臂转动以使第一夹臂和第二夹臂转动张开。
8.如权利要求7所述的抓稳工件的机械夹爪，其特征是：第一夹臂包括一体转动的主臂和副臂，弹性件对主臂施加弹力，主臂带动副臂转动夹合；第二夹臂包括一体转动的施力臂和从动臂，驱动装置驱动施力臂转动，施力臂带动从动臂转动张开。
9.如权利要求7所述的抓稳工件的机械夹爪，其特征是：所述驱动装置包括电机，电机的输出轴配有传动齿轮，电机通过传动齿轮来驱动施力臂转动张开；副臂和施力臂分别设有啮齿且通过啮齿相互啮合从而实现联动。
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