CN111531575A - 一种旋转组件、旋转式机械手抓取机构及机器人 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种旋转组件、旋转式机械手抓取机构及机器人，所述旋转式机械手抓取结构，可适用于抓取不同尺寸规格工件，尤其是对圆柱型或球型工件的抓取，利用三点定圆的几何原理，通过设计位于中心的主动齿轮驱动沿圆周分布的从动齿轮旋转的方式实现多个旋转组件的同步旋转，进而依靠多个旋转组件的包络圆尺寸变化实现同心运动进而抓取工件，该机构具有旋转组件开合行程大、抓取牢固、适应范围广、易抓易放、抓取平稳、结构简单、使用方便等优点。

Description

一种旋转组件、旋转式机械手抓取机构及机器人

技术领域

本发明实施例涉及工业自动化机械设备技术领域，尤其涉及一种旋转组件、旋转式机械手抓取机构及机器人。

背景技术

三指对心机械手可以实现对圆柱型工件或有对心要求工件的可靠抓取，特别是对中心定位有比较高要求的使用场景，两指平动机械手很难实现对中操作，因此三指对心机械手在整车制造、物流分拣、3C、食品、药品、化妆品及服务机器人等众多领域有着强大的应用需求。

目前三指对心机械手的三手指多为平行移动，运行行程有限，对工件尺寸的适应性较差，无法应用在同一生产线上尺寸大小有明显差距的工件抓取场景。

现有技术中存在一种两指或三指对心抓取机构方案，它通过采用液压或气动源驱动楔形钩上下运动，进而带动与楔形钩相配合、带有楔形斜面的手指横向往复运动，实现手指闭合和张开，达到抓取和释放的目的。

其楔形钩与手指上楔形面是滑动接触，为了减小滑动摩擦力，对零件表面加工制造及表面处理要求较高，且易出现滑动卡滞及手指使用寿命短等问题；其次，手指张开及闭合的行程较短，适应工件范围有限，为了获得较大的运动行程，需要在纵向加长楔形钩，由此带来机械手的尺寸和重量有大幅增加，进而又限制其应用范围。

发明内容

为了解决现有技术存在的上述技术缺陷，本发明实施例提供的旋转组件，进行模块化设计可以灵活进行组装和更换，提高产品的适用范围和整体使用寿命。

本发明实施例提供的旋转式机械手抓取机构及机器人，通过设置位于中心的主动齿轮驱动沿圆周分布的从动齿轮旋转的方式实现旋转组件的同步旋转，进而依靠旋转组件的包络圆尺寸变化实现同心运动进而抓取工件，该机构具有旋转组件开合行程大、抓取牢固、适应范围广、易抓易放、抓取平稳、结构简单、使用方便等优点。

第一方面，本发明实施例提供的一种旋转组件，包括，

包括，第一旋转结构、第二旋转结构、保护结构和第一动力结构；

所述第二旋转结构包括上旋转结构和下旋转结构，所述上旋转结构与所述下旋转结构连接，所述上旋转结构通过第一固定件安装在所述第一旋转结构下方，所述下旋转结构通过第二固定件安装在第一安装件上，所述第一安装件通过第三固定件安装在所述第一动力结构上方，通过所述第一动力结构带动所述第一安装件转动，进而带动所述第一旋转结构和第二旋转结构随之转动；

其中，所述保护结构可拆卸套在所述第一旋转结构上。

作为本发明的一个优选实施例，所述第一旋转结构为竖直状圆柱状结构或弯曲状圆柱状结构。

作为本发明的一个优选实施例，所述上旋转结构与所述第一旋转结构相对于所述第一安装件为垂直方向安装，所述下旋转结构相对于所述第一安装件为平行方向安装。

与现有技术相比，本发明实施例的一种旋转组件，包括第一旋转结构、第二旋转结构、保护结构和第一动力结构，所述旋转组件模块化设计可以灵活进行组装和更换，同时采用第一旋转结构与保护结构分开设计，便于更换或维护保护结构，提高产品的适用范围和整体使用寿命。

第二方面，本发明实施例还提供了一种旋转机械手抓取机构，包括，本发明实施例第一方面提供的任一技术方案所述的一种旋转组件、第二动力结构和第三动力结构；

所述第一动力结构和第二动力结构设置在腔室中，并分别安装于第二安装件的上端面，所述第一动力结构分布在所述第二动力结构周围，所述第三动力结构安装于所述第二安装件的下端面，由所述第三动力结构向所述第二动力结构提供动力，通过所述第二动力结构带动第一动力结构转动，实现所述旋转组件的张开和闭合。

作为本发明的一个优选实施例，所述第二安装件上间隔设置有第一孔、第二孔、第二孔和第四孔，所述第一孔用于安装所述旋转组件，所述第二孔用于安装所述腔室，所述第三孔用于穿所述第三动力结构的输出轴，所述第四孔用于安装所述第三动力结构。

作为本发明的一个优选实施例，所述腔室上有至少两个圆形区域，用于分别容纳所述第一动力结构，所述旋转组件从上到下穿过所述腔室上的通孔安装在所述第二安装件的第一孔上。

作为本发明的一个优选实施例，所述第二安装件第一孔为突起空心圆柱型，所述第一孔外侧上套设有第一润滑件，所述第一润滑件的外侧套设有第一动力结构，设置在所述第一孔内第四固定件与所述第一孔配合固定安装所述第一动力结构至所述第二安装件上。

作为本发明的一个优选实施例，所述第二动力结构设置在第三动力结构的输出轴上，进而通过所述第二动力结构带动所述第一动力结构转动。

作为本发明的一个优选实施例，所述第一动力结构与所述第二动力结构之间设置有一个或多个传动结构。

作为本发明的一个优选实施例，所述第一动力结构为从动齿轮，所述第二动力结构为主动齿轮，所述第二动力结构与所述第一动力结构啮合连接，并驱动沿圆周分布的第一动力结构转动。

与现有技术相比，本发明实施例提供的一种旋转机械手抓取机构，通过在第二动力结构的带动下，旋转组件可绕第二安装件上突起圆柱型轴转动，实现多个旋转组件的张开与闭合，传动机构简单，通过旋转抓取，可以产生较大的行程，适用范围广。

第三方面，本发明实施例还提供了一种自动抓取工件机器人，包括第一方面提供的任一技术方案所述的旋转机械手抓取机构。

与现有技术相比，本发明实施例提供的自动抓取物件机器人的有益效果与本发明实施例第二方面提供的任一技术方案所述的一种旋转机械手抓取机构有益效果相同，在此不在赘述。

附图说明

附图用于对本发明的进一步理解，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。

图1为本发明一实施例提供的旋转式机械手抓取机构中的旋转组件立体图；

图2为本发明一实施例提供的旋转式机械手抓取机构中旋转组件俯视图；

图3为本发明一实施例提供的旋转式机械手抓取机构中旋转组件A-A剖面图；

图4为本发明另一实施例提供的旋转式机械手抓取机构中第一旋转结构和第二旋转结构的剖面图；

图5为本发明实施例提供的旋转式机械手抓取机构立体图；

图6是本发明实施例提供的旋转式机械手抓取机构图5所示俯视图；

图7是本发明实施例提供的旋转式机械手抓取机构图5所示实施例中C-C剖面图；

图8是本发明实施例提供的旋转式机械手抓取机构图5所示实施例中闭合状态示意图；

图9是本发明实施例提供的旋转式机械手抓取机构图5所示实施例中闭合状态另一示意图；

图10是本发明实施例提供的旋转式机械手抓取机构图5所示实施例中支架侧视图；

图11是本发明实施例提供的旋转式机械手抓取机构图5所示实施例中支架俯视图；

图12是本发明实施例提供的旋转式机械手抓取机构图5所示实施例中手掌俯视图；

图13是本发明实施例提供的旋转式机械手抓取机构图5所示实施例中手掌立体图；

图14是本发明实施例提供的第一动力结构和第二动力结构的转动方向示意图；

图15是本发明实施例提供的旋转式机械手抓取机构采用夹取式抓取工件结构示意图；

图16是本发明实施例提供的旋转式机械手抓取机构采用内撑式抓取工件结构示意图；

图中标号说明：

旋转组件1、保护结构101、第一旋转结构102、第二旋转结构103、第一紧固件104、第二固定件105、第三固定件106、第一安装件107、第一动力结构108、第四固定件119、第一润滑件120、腔室2、圆形区域201、通孔202、第二安装件3、第一孔301、第二孔302、第三孔303、第四孔304、上端面305、下端面306、第三动力结构4、油封5、垫片6、第二动力结构7。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，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仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明实施例的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

为了更好地理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体实施方式对本发明技术方案进行详细说明。

第一方面，如图1-3所示，本发明实施例提供了一种旋转组件，在本发明实施例，所述旋转组件相当于抓取机构里的手指，包括，第一旋转结构102、第二旋转结构103、保护结构101和第一动力结构108；

所述第二旋转结构103包括上旋转结构和下旋转结构，所述上旋转结构与所述下旋转结构连接，所述上旋转结构通过第一固定件104安装在所述第一旋转结构102下方，所述下旋转结构通过第二固定件105安装在第一安装件107上，所述第一安装件107通过第三固定件106安装在所述第一动力结构108上方，通过所述第一动力结构108带动所述第一安装件107转动，进而带动所述第一旋转结构102和第二旋转结构103随之转动；其中，所述保护结构101可拆卸套在所述第一旋转结构102上。

本发明实施例中，所述第一动力结构108为齿轮，所述第一安装件107表面为圆形结构也可以为其它结构，本发明实施例对此不做限制，所述保护结构101采用非金属材料，表面粗糙，可以增加与工件的摩擦力，提高抓取可靠性，此外，还可以根据工件的特性，采用不同材料的指套，通过将保护结构101和第一旋转结构102分开设计，便于根据所抓取工件的特性，更换不同材料的保护结构101，提高旋转式机械手的适用范围。

在本发明优选实施例中，如图1或图4所示，所述第一旋转结构102为竖直状圆柱状结构或弯曲状圆柱状结构，也就是说，夹取组件可为竖直状或者弯曲状结构，可以用于抓取不同形状的物品。

在本发明优选实施例中，所述上旋转结构与所述第一旋转结构102相对于所述第一安装件107为垂直方向安装，所述下旋转结构相对于所述第一安装件107为平行方向安装，这样可以有第二旋转结构103安装在第一动力结构108上，且实现旋转组件的开合行程大可以抓取更大尺寸的物品。

在本发明实施例中，需要说明的是，所述旋转组件是旋转式机械手抓取的核心组件，所述第一旋转结构102相当于指尖，第二旋转结构103相当于指根，保护结构101相当于指套，第一安装件107相当于手指安装件，上述第一固定件104、第二固定件106和第三固定件105为螺钉，手指或指尖可以是不同的结构形式，以便适应不同尺寸的被抓取工件。

与现有技术相比，本发明实施例公开的一种旋转组件，包括第一旋转结构102、第二旋转结构103、保护结构101和第一动力结构108，所述旋转组件模块化设计可以灵活进行组装和更换，同时采用第一旋转结构102与保护结构101分开设计，便于更换或维护保护结构101，提高产品的适用范围和整体使用寿命。

第二方面，如图5-7所示，本发明实施例还提供了一种旋转式机械手抓取机构，包括，至少两个本发明实施例第一方面提供任一技术方案所述的旋转组件1、第二动力结构7和第三动力结构4；

本发明实施例中，第三动力结构4为驱动组件，可采用电动、液压或气动等方式，本发明实施例对此不作限制。

根据实际需要，每套旋转式机械手抓取机构上可以设置两个旋转组件、三个旋转组件、四个旋转组件或五个旋转组件等等，分别对应两指机械手、三指机械手、四指机械手或五指机械手，抓取原理同三指状态。

在本发明实施例中，以旋转组件为三个，构成三指构型进行详细说明本发明实施例。

所述第一动力结构108和第二动力结构7设置在腔室2中，并分别安装于第二安装件的上端面305，所述第一动力结构108分布在所述第二动力结构7周围，所述第三动力结构4安装于所述第二安装件的下端面306，由所述第三动力结构4向所述第二动力结构7提供动力，通过所述第二动力结构7带动第一动力结构108转动，实现所述旋转组件的张开和闭合，如图5-6所示为手指张开状态图，如图8-9为手指闭合状态图。

如图10-11所示，所述第二安装件3上间隔设置有第一孔301、第二孔302、第二孔302和第四孔304，所述第一孔301用于安装所述旋转组件1，所述第二孔302用于安装所述腔室2，所述第三孔303用于穿所述第三动力结构4的输出轴，所述第四孔304用于安装所述第三动力结构4，可以将除第一孔301、第二孔302、第三孔303以及第四孔304以外的位置挖空，因此可以起到减轻自重的作用。

如图12-13所示，所述腔室2上有设置三个圆形区域201，用于分别容纳所述第一动力结构108，所述旋转组件从上到下穿过所述腔室2上的通孔202安装在所述第二安装件的第一孔301上，可以采用螺钉安装，本发明实施例中的腔室2相当于手掌，手掌可以设置为横截面为圆形，方形或者不规则形状，本发明对此不作现在。

所述第二安装件第一孔301为凸起空心内螺纹圆柱型，相当于轴，所述旋转组件可绕第二安装件3上的轴转动，所述第一孔301外侧上套设有第一润滑件120，所述第一润滑件120的外侧套设有第一动力结构108，设置在所述第一孔301内第四固定件119与所述第一孔301配合固定安装所述第一动力结构108至所述第二安装件3上，在本发明实施例，上述第一润滑件120为自润滑套，起到结构件之间的润滑作用，可以减小结构件转动的摩擦力，又可以承受轴向力。

所述第二动力结构7设置在第三动力结构4的输出轴上，进而通过所述第二动力结构7带动所述第一动力结构108转动。

在本发明实施例中，所述第一动力结构108为从动齿轮，所述第二动力结构7为主动齿轮，所述第二动力结构7与第一动力结构108啮合连接，并驱动沿圆周分布的第一动力结构108转动。

作为本发明优选实施例，所述第一动力结构108与所述第二动力结构7之间设置有一个或多个传动结构，所述传动结构为齿轮，齿轮分别与第一动力结构108和所述第二动力结构7啮合，可以实现更大的开合行程。所述第三动力结构4为电动或液压或气动的驱动方式，驱动方式多样。

本发明实施例通过主动齿轮和从动齿轮设计，一个驱动组件可以驱动两个以上从动齿轮转动，实现手指的旋转贴紧工件或远离工件，达到抓取和释放的目的。

在所述主动齿轮上下个设置一个垫片6，一般可为聚四氟乙烯材质，起到隔挡减磨作用，所述第三动力结构4的输出轴根部有油封5，用于将传动部件中需要润滑的部件与出力部件隔离，防止杂质等异物进入第三动力结构4中。

本发明实施例，通过主动齿轮带动从动齿轮转动，手指安装件随着转动，进而带动指尖和指套随之转动，实现三指的张开和闭合，以用于抓取和释放工件，特别是圆柱型或球型工件。

如果本发明实施例中，本发明实施例提供的一种旋转式机械手抓取机构，可适用于不同尺寸规格的圆柱型或球型工件的抓取机构，通过设计位于中心的主动齿轮驱动沿圆周分布的从动齿轮旋转的方式实现多个机械手指的同步旋转，进而依靠多个手指的包络圆尺寸变化实现同心运动进而抓取工件，该机构具有手指开合行程大、抓取牢固、适应范围广、易抓易放、抓取平稳、结构简单、使用方便等优点，另外，旋转组件模块化设计，多个旋转组件沿主动齿轮周向均布，可以实现两指、三指、四指或五指构型。

本发明实施例提供的一种旋转式机械手抓取机构抓取工件的过程如下：

当旋转组件为三个，即为三指机械手时，接到抓取指令后，第三动力结构工作，其输出轴带动主动齿轮旋转，进而驱动从动齿轮旋转，如图14所示，三个旋转组件分别绕各自的轴同步顺时针旋转或同步逆时针旋转，三旋转组件分别贴紧并压紧工件，待状态稳定后，便可以抓起工件并执行搬运操作。如图15所示，旋转式机械手抓取机构可以采用夹取式抓取。如图16所示，旋转式机械手抓取机构也可以采用内撑式抓取，具体采用何种形式，根据实际应用场景选取。

本发明实施例提供的一种旋转式机械手抓取机构抓取安装的过程如下：

第一步，将第三动力结构安装到第二安装件上，并将油封、垫片套在第三动力结构的输出轴上；

第二步，将主动齿轮套在第三动力结构的输出轴上，再放上垫片；

第三步，分别将旋转组件的自润滑套套在第二安装件的第一孔上，将从动齿轮套在自润滑套上，拧上第四固定件T型螺杆，第四固定件T型螺杆上的外螺纹与第二安装件的第一孔上的内螺纹拧紧；

第四步，使用第三固定件将旋转组件的手指安装件安装到从动齿轮上；

第五步，将手掌安装到第二安装件上，并拧紧螺钉；

第六步，将指套、指尖和指根、组装好，安装到手指安装件上。

与现有技术相比，本发明实施例提供的一种旋转式机械手抓取机构，可适用于不同尺寸规格的圆柱型或球型工件的抓取机构，利用三点定圆的几何原理，旋转组件模块化设计，多个旋转组件沿主动齿轮周向均布，可以实现两指、另外，三指、四指、五指构型或更多指构型。在三指构型中，通过设计位于中心的主动齿轮驱动沿圆周分布的从动齿轮旋转的方式实现三个机械手指的同步旋转，进而依靠三个手指的包络圆尺寸变化实现同心运动进而抓取工件，该机构具有手指开合行程大、抓取牢固、适应范围广、易抓易放、抓取平稳、结构简单、使用方便等优点。

第三方面，本发明实施例还提供了一种自动抓取工件机器人，包括第一方面提供的任一技术方案所述的旋转机械手抓取机构。

与现有技术相比，本发明实施例提供的自动抓取物件机器人的有益效果与本发明实施例第二方面提供的任一技术方案所述的一种旋转机械手抓取机构有益效果相同，在此不在赘述。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种旋转组件，其特征在于，包括，第一旋转结构、第二旋转结构、保护结构和第一动力结构；

所述第二旋转结构包括上旋转结构和下旋转结构，所述上旋转结构与所述下旋转结构连接，所述上旋转结构通过第一固定件安装在所述第一旋转结构下方，所述下旋转结构通过第二固定件安装在第一安装件上，所述第一安装件通过第三固定件安装在所述第一动力结构上方，通过所述第一动力结构带动所述第一安装件转动，进而带动所述第一旋转结构和第二旋转结构随之转动；

其中，所述保护结构可拆卸套在所述第一旋转结构上。

2.如权利要求1所述的一种旋转组件，其特征在于，所述第一旋转结构为竖直状圆柱状结构或弯曲状圆柱状结构。

3.如权利要求1所述的一种旋转组件，其特征在于，所述上旋转结构与所述第一旋转结构相对于所述第一安装件为垂直方向安装，所述下旋转结构相对于所述第一安装件为平行方向安装。

4.一种旋转机械手抓取机构，其特征在于，包括，至少两个如权利要求1至3所述的一种旋转组件、第二动力结构和第三动力结构；

所述第一动力结构和第二动力结构设置在腔室中，并分别安装于第二安装件的上端面，所述第一动力结构分布在所述第二动力结构周围，所述第三动力结构安装于所述第二安装件的下端面，由所述第三动力结构向所述第二动力结构提供动力，通过所述第二动力结构带动第一动力结构转动，实现所述旋转组件的张开和闭合。

5.如权利要求4所述的一种旋转机械手抓取机构，其特征在于，所述第二安装件上间隔设置有第一孔、第二孔、第二孔和第四孔，所述第一孔用于安装所述旋转组件，所述第二孔用于安装所述腔室，所述第三孔用于穿所述第三动力结构的输出轴，所述第四孔用于安装所述第三动力结构。

6.如权利要求5所述的一种旋转机械手抓取机构，其特征在于，所述腔室上有至少两个圆形区域，用于分别容纳所述第一动力结构，所述旋转组件从上到下穿过所述腔室上的通孔安装在所述第二安装件的第一孔上。

7.如权利要求4所述的一种旋转机械手抓取机构，其特征在于，所述第二安装件第一孔为凸起空心内螺纹圆柱型，所述第一孔外侧上套设有第一润滑件，所述第一润滑件的外侧套设有第一动力结构，设置在所述第一孔内第四固定件与所述第一孔配合固定安装所述第一动力结构至所述第二安装件上。

8.如权利要求7所述的旋转式机械手抓取机构，其特征在于，所述第一动力结构为从动齿轮，所述第二动力结构为主动齿轮，所述第二动力结构与所述第一动力结构啮合连接，并驱动沿圆周分布的第一动力结构转动，所述第二动力结构设置在第三动力结构的输出轴上，进而通过所述第二动力结构带动所述第一动力结构转动。

9.如权利要求8所述的旋转式机械手抓取机构，其特征在于，所述第一动力结构与所述第二动力结构之间设置有一个或多个传动结构。

10.一种自动抓取工件机器人，包括如权利要求1至9任一项所述的旋转机械手抓取机构。

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