CN111618838A - 抓取机械手 - Google Patents

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乔景慧
何鑫达
谢晓东
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Abstract

抓取机械手，该抓取机械手包括旋转装置、推送装置和抓取装置；推送装置安装在旋转装置上，抓取装置安装在推送装置上，本发明的具体优势：1.可以实现快速准确的将物体放置到一个正确的位置；2.机械手的整体尺寸较小，无需占用大面积空地；3.制造廉价，为企业节省开支，更具有经济性；4.可以实现无工作空白区作业，提高生产效率；5.可以调节抓取装置张合的程度，适用于大部分物体，适用范围广。

Description

抓取机械手
技术领域
本发明属于零部件设计领域，更具体地说，是设计了一种抓取机械手装置。
背景技术
目前的货物搬运很多都是由人工进行搬运，但是人工搬运会出现由于物体的形状、体积等因素而导致搬运费时费力的情况，并且由于是人工搬运，会有人休息的情况，进而出现工作空白区导致不能全天的工作，使企业的工作效率降低，且人工搬运成本也很高。
发明内容
发明目的：
本发明是一种机械手，其目的是解决以往所存在的问题，其针对以往的问题设计一款可以调节抓取装置张开的大小以适应物体不同大小、体积的机械手，可以实现安全、快速、工作效率高、无工作空白期等优点，提高生产效率，增加利润。
技术方案：
抓取机械手，其特征在于：该抓取机械手包括旋转装置、推送装置和抓取装置；
推送装置安装在旋转装置上，抓取装置安装在推送装置上。
旋转装置包括：气缸、圆柱齿轮、齿条、和圆盘；齿条与气缸的伸缩端连接，齿条与圆柱齿轮啮合，圆盘与圆柱齿轮连接并联动。
推送装置包括：前后直线推杆电机、竖向推杆电机、支架和直臂；
支架的底部活动设置在圆盘上，支架的顶部能做相对于圆盘的摆动；
前后直线推杆电机的后端活动设置在圆盘上，前后直线推杆电机的前端能够在使用时做上扬和下沉的动作；前后直线推杆电机的前端活动连接在支架上；
直臂的前端连接抓取装置，支架的顶部与直臂活动连接，使得直臂形成以支架为支点的杠杆结构；
竖向推杆电机的底端连接支架，竖向推杆电机的顶端连接直臂的后部，使用时，通过竖向推杆电机的上升和下降控制直臂的前端下降和上扬。
抓取装置包括：抓取爪、抓取装置支架、伺服电机、滑块、抓取装置推杆、丝杠、丝杠套、齿轮Ⅰ、齿轮Ⅱ和轴Ⅱ；抓取装置支架安装在直臂的前端，伺服电机安装在抓取装置支架上，齿轮Ⅰ安装在伺服电机的轴Ⅱ上，丝杠安装在抓取装置支架上，齿轮Ⅱ安装在丝杠上且能带动丝杠转动，丝杠套安装在丝杠上且能沿着丝杠的轴向移动，抓取装置推杆的后端与丝杠套直接或间接的活动连接，抓取装置推杆的前端与滑块活动连接，滑块为能沿着抓取爪的滑道移动且也能临时与滑道固定的结构，，抓取爪的后端活动连接在抓取装置支架上。
滑块上设置有用于临时固定滑块的螺钉，螺钉穿过滑块或滑块的底板且与滑块或底板螺纹配合。
优点效果：
工业机械手是近几十年发展起来的一种高科技生产设备。它的特点是可通过编程来完成各种预期的作业任务，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点。机械手作业的准确性和在各种环境中完成作业的能力有着广阔的发展前景。它是自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。在现代生产过程中，机械手被广泛的运用于自动生产线中，机器人的研制和生产已成为高技术邻域，它同时促进了机械手的发展。机械手虽然目前还不如人手那样灵活，但它具有能不断重复工作和劳动，不知疲劳，不怕危险，抓举重物的力量比人手力大的特点，因此，机械手已受到许多部门的重视，并越来越广泛地得到了应用。
而目前的很多机械手结构复杂且不合理，效果不是很好，为推广带来一定影响。
本发明提供一种抓取机械手，该机械手包括:旋转装置、推送装置、抓取装置三个部分。当机械手开始工作时，首先，旋转装置将机械手直臂旋转到物体附近区域，同时，三个直线推杆电机和伺服电机联动，将抓取装置调至一个合适的位置并将物体抓起，然后旋转装置再旋转90°，三个直线推杆电机和伺服电机联动，将抓取装置调至一个合适的位置并将物体放在正确的位置，即为完成一次工作，以此循环连续工作。
旋转装置采用齿条通过螺栓与气缸连接，齿条与安装在轴Ⅰ上的圆柱齿轮啮合，进而带动与轴Ⅰ连接的圆盘进行旋转运动。
推送装置直线推杆电机Ⅰ、直线推杆电机Ⅱ、支架和圆盘形成一个三角形结构。直线推杆电机Ⅲ、直臂和支架形成一个三角形结构。
抓取装置当伺服电机启动，带动齿轮Ⅰ运动，齿轮Ⅱ与齿轮Ⅰ啮合带动丝杠进行旋转运动，丝杠与丝杠套配合将旋转运动转化为直线运动，丝杠套带动固定件进行前后移动，当固定件前后移动时，固定件通过抓取装置推杆使抓取装置实现张开和闭合运动，进而实现对物体的抓取与释放运动。
当机械手开始工作时，首先，旋转装置将机械手直臂旋转到物体附近，同时，三个直线推杆电机和伺服电机联动，将抓取装置调至一个合适的位置并将物体抓起，然后旋转装置再进行旋转，三个直线推杆电机和伺服电机联动，将抓取装置调至一个合适的位置并将物体放在正确的位置，记为完成一次工作，以此循环连续工作。
本发明的具体优势：
1.可以实现快速准确的将物体放置到一个正确的位置；
2.机械手的整体尺寸较小，无需占用大面积空地；
3.制造廉价，为企业节省开支，更具有经济性；
4.可以实现无工作空白区作业，提高生产效率；
5.可以调节抓取装置张合的程度，适用于大部分物体，适用范围广。
附图说明：
图1为本发明实施例中提供的机械手装置装配示意图；
图2为本发明实施例中提供的旋转装置部分三维示意图；
图3为本发明实施例中提供的抓取装置部分三维示意图；
图4为本发明实施例中提供的丝杠部分三维示意图；
图5为本发明实施例中提供的抓取装置部分三维示意图；
图6为本发明实施例中提供的机械手装置三维示意图；
图7为本发明的整体结构示意图。
具体实施方式
抓取机械手，该抓取机械手包括旋转装置、推送装置和抓取装置；
推送装置安装在旋转装置上，抓取装置安装在推送装置的直臂上；本发明的特点在于可以实现旋转、横向移动、纵向移动，并且可以实现X、Y、Z的联动。
旋转装置安装在工作台12上；旋转装置包括：气缸13、圆柱齿轮16、齿条14、轴Ⅰ15和圆盘10；齿条14通过螺栓与气缸13的伸缩端连接，齿条14与安装在轴Ⅰ15上的圆柱齿轮16啮合，圆盘10 与圆柱齿轮16连接并联动。
圆柱齿轮16的轴为轴Ⅰ15，圆盘10与圆柱齿轮16的轴Ⅰ15相连。
使用时通过气缸13的伸缩控制齿条14的移动驱动圆柱齿轮16 旋转，进而使得圆柱齿轮16带动与轴Ⅰ15相连的圆盘10作旋转运动，当然，圆盘10也可以直接安装在圆柱齿轮16上。
推送装置安装在旋转装置的圆盘10上，推送装置包括：前后直线推杆电机、竖向推杆电机06、支架05和直臂04；
支架05的底部通过支架底座11活动设置在圆盘10上，支架05 的顶部能以支架05的底部为轴做相对于圆盘10(或支架底座11)的摆动(如图1和7，支架底座11上设置一横轴11-1，也就是平行于圆盘10，但垂直于直臂04，如图7所示；支架05能以横轴11-1为轴转动)；
前后直线推杆电机的后端通过直线推杆电机底座09活动设置在圆盘10上(直线推杆电机底座09也设置一个电机横轴09-1，也就是平行于圆盘10，但垂直于直臂04，如图7所示。前后直线推杆电机能以该电机横轴09-1为轴转动)，前后直线推杆电机的前端能够在使用时做上扬和下沉的动作；前后直线推杆电机的前端活动连接在支架05上；(连接点位于支架05的顶端和底端之间，也是有个活动转轴05-1连接)
直臂04的前端连接抓取装置，支架05的顶部与直臂04活动连接，使得直臂04形成以支架05为支点的杠杆结构；
竖向推杆电机06的底端连接支架05(可以通过转轴活动连接)，竖向推杆电机06的顶端连接直臂04的后部(竖向推杆电机06的顶端与直臂04的连接点位于支架05的后部，通过转轴06-1活动连接)，使用时，通过竖向推杆电机06的上升和下降控制直臂04的前端下降和上扬。
前后直线推杆电机包括直线推杆电机Ⅰ08和直线推杆电机Ⅱ07；直线推杆电机Ⅰ08和直线推杆电机Ⅱ07的末端通过直线推杆电机底座09安装在圆盘10上，前端通过螺栓(转轴)安装在支架05上，支架05通过支架底座11安装在圆盘10上，形成了一个活动的三角形结构。竖向推杆电机06的末端安装在支架05的横梁上，顶端与直臂04通过螺栓(转轴06-1)活动相连，直臂04通过螺栓(转轴) 与支架05顶端连接，这样直臂04、直线推杆电机Ⅲ06和支架05同样构成了一个活动的三角形结构，直臂04与支架05形成杠杆结构。
抓取装置安装在直臂04的前端，抓取装置包括：抓取爪01、抓取装置支架02、伺服电机03、滑块18、抓取装置推杆19、丝杠17、丝杠套23、固定件24、齿轮Ⅰ21、齿轮Ⅱ22和轴Ⅱ20；抓取装置支架02安装在直臂04的前端，伺服电机03通过螺栓安装在抓取装置支架02上(如图1所示安装在抓取装置支架02后侧面上，即图1所示的与直臂04同侧，即左侧)，齿轮Ⅰ21安装在伺服电机03的轴Ⅱ20上，丝杠17安装在抓取装置支架02上，齿轮Ⅱ22安装在丝杠17上且能带动丝杠17转动，丝杠套23安装在丝杠17上且能沿着丝杠17的轴向移动(丝杠17轴向上不做直线移动，只转动)，固定件 24通过螺栓与丝杠套23连接，抓取装置推杆19的后端与丝杠套23 直接或间接的活动(一般抓取装置推杆19连接在固定件24上即视为与丝杠套23间接连接)连接(活动连接就是后端连接在丝杠套23上的一个转轴上，使得前端能够以该转轴为轴摆动，或者通过一个万向球头活动连接)，抓取装置推杆19的前端与滑块18活动连接(也是通过转轴18-1或万向球头活动连接)，滑块18为能沿着抓取爪01 的滑道01-1移动且也能临时与滑道01-1固定的结构，(滑块18在滑道里移动且不脱落，这属于现有公知的技术，采用任何一种滑道技术都可以实现，例如：如图6所示，滑道01-1的侧壁设置有限位槽01-2，滑块18的底板18-2伸进该限位槽01-2内，安装时，从滑道01-1的一端将滑块18装入滑道内)，抓取爪01的后端活动连接在抓取装置支架02上(也就是说抓取爪01的后端安装在抓取装置支架 02上的一个轴上或者通过万向球头活动连接，使得抓取爪01的前端能够以该轴为轴摆动或者通过万向球头实现摆动)，使用时，伺服电机03启动，带动齿轮Ⅰ21运动，齿轮Ⅰ21啮合齿轮Ⅱ22转动并带动丝杠17进行旋转运动，而因为丝杠套23是不转动的且与丝杠17 螺纹配合，丝杠17与丝杠套23配合将旋转运动转化为直线运动，丝杠套23沿丝杠17轴向前后移动，丝杠套23此时带动抓取装置推杆 19的后端移动，而此时滑块18是与滑道01-1固定的也就是与抓取爪01固定的，而抓取装置推杆19的前端又是与滑块18(通过转轴或万向球头)活动连接的，使得抓取装置推杆19带动抓取爪01的前端做张开和闭合动作。
或者固定件24通过抓取装置推杆19带动抓取爪01实现张开和闭合运动，进而实现对物体的抓取与释放运动。
滑块18上设置有用于临时固定滑块18的螺钉18-3，螺钉18-2 穿过滑块18或滑块的底板18-12且与滑块或底板18-1螺纹配合。使用时，通过旋拧螺钉18-2使其顶紧滑道01-1的底板01-3完成滑块 18与滑道01-1之间的相对固定，也可以说是将滑块18固定在道01-1内。
需要固定滑块18时，旋拧螺钉18-3使其与滑道01-1固定，需要调整滑块的位置时，反向旋拧螺钉18-2，使得滑块18可移动，调整滑块18在滑道01-1的位置，进而调整抓取爪01张开的大小，以实现对不同大小的物体进行抓取的目的。
综上，本发明是一种抓取机械手，该机械手包括旋转装置、推送装置、抓取装置，旋转装置安装在工作台上。推送装置安装在旋转装置上，抓取装置安装在推送装置上。本发明的特点在于可以实现旋转、横向移动、纵向移动，并可以实现X、Y、Z三轴的联动。
旋转装置安装在工作台12上，该装置包括：气缸13、圆柱齿轮 16、齿条14、轴Ⅰ15、圆盘10，齿条14通过螺栓与气缸13连接并与安装在轴Ⅰ15上的圆柱齿轮16啮合，进而带动与轴Ⅰ15相连的圆盘10进行旋转运动。
推送装置安装在圆盘10上，该装置包括：直线推杆电机Ⅰ08、直线推杆电机Ⅱ07、直线推杆电机Ⅲ06、支架05、直臂04、支架底座11、直线推杆电机底座09，直线推杆电机Ⅰ08和直线推杆电机Ⅱ 07的末端通过直线推杆电机底座09安装在圆盘10上，前端通过螺栓安装在支架05上，支架05通过支架底座11安装在圆盘10上，形成一个三角形结构，直线推杆电机Ⅰ08、直线推杆电机Ⅱ07进行伸缩运动进而带动支架05以及安装在支架05上其他部件进行横向移动。竖向推杆电机06的末端安装在支架05的横梁上，前端与直臂 04通过螺栓进行连接，直臂04通过螺栓与支架05顶端连接，这样直臂04、直线推杆电机Ⅲ06和支架05同样构成三角形结构，当直线推杆电机Ⅲ06进行伸缩运动时，直臂04完成上下运动。
抓取装置安装在直臂04的前端，该装置包：抓取爪01、抓取装置支架02、伺服电机03、滑块18、抓取装置推杆19、丝杠17、丝杠套23、固定件24、齿轮Ⅰ21、齿轮Ⅱ22、轴Ⅱ20，抓取装置支架 02安装在直臂04上，伺服电机03通过螺栓安装在抓取装置支架02 上，齿轮Ⅰ21安装在伺服电机03的轴Ⅱ20上，丝杠17安装在抓取装置支架02上，齿轮Ⅱ22安装在丝杠17的前端，丝杠套23安装在丝杠17上，固定件24通过螺栓与丝杠套23连接，抓取装置推杆19的一端与固定件24连接，另一端与滑块18连接，滑块18通过抓取装置01的滑道进入抓取装置01里，抓取装置01连接在抓取装置支架02上，当伺服电机03启动，带动齿轮Ⅰ21运动，齿轮Ⅱ22与齿轮Ⅰ21啮合带动丝杠17进行旋转运动，丝杠17与丝杠套23配合将旋转运动转化为直线运动，丝杠套23带动固定件24进行前后移动，当固定件24前后移动时，固定件24通过抓取装置推杆19带动抓取装置01实现张开和闭合运动，进而实现对物体的抓取与释放运动，另外滑块18上有一个螺钉，通过旋转螺钉实现滑块18位置的调整，进而实现抓取装置01张开的大小，以实现对不同大小的物体进行抓取。
当机械手开始工作时，首先，旋转装置进行旋转，然后按照需要的抓取爪张开的角度调整滑块18在滑道01-1内的位置并通过旋拧螺钉18-3使其与滑道01-1固定，然后驱动旋转装置的圆盘10(控制齿条14的前后移动，使其啮合圆柱齿轮16转动，进而带动圆盘10 转动)将机械手直臂旋转到物体附近，通过伺服电机03控制齿轮Ⅰ 21转动，齿轮Ⅰ21啮合齿轮Ⅱ22转动，齿轮Ⅱ22带动丝杠17转动，使得丝杠套23移动，将抓取爪01张开，(丝杠套23可以是前移也可以是后移控制抓取爪01张开，优选为前移控制抓取爪01张开)，然后通过竖向推杆电机06的伸缩来控制直臂04前端的抓取装置上扬和下沉直至调整至合适位置，然后控制直线推杆电机Ⅰ08和直线推杆电机Ⅱ07向前伸出，推动支架05向前倾，直至到达抓取指定位置 (可以随时控制竖向推杆电机06调整抓取装置上扬和下沉的角度)，然后控制齿轮Ⅰ21反向转动，使得丝杠套23反向移动，控制抓取爪 01收拢，并抓住物品，然后，控制直线推杆电机Ⅰ08和直线推杆电机Ⅱ07收缩，使得支架05向后复位，同时可以控制竖向推杆电机06 来调整抓取物品之后的抓取装置的高度，然后旋转装置(圆盘10) 再进行旋转，再通过竖向推杆电机06、直线推杆电机Ⅰ08和直线推杆电机Ⅱ07的动作将抓取装置调至合适的位置，然后再次控制抓取爪01张开，并将物体放在正确的位置，进而整体完成抓取工作。

Claims (5)

1.抓取机械手，其特征在于：该抓取机械手包括旋转装置、推送装置和抓取装置；
推送装置安装在旋转装置上，抓取装置安装在推送装置上。
2.根据权利要求1所述的抓取机械手，其特征在于：旋转装置包括：气缸(13)、圆柱齿轮(16)、齿条(14)、和圆盘(10)；齿条(14)与气缸(13)的伸缩端连接，齿条(14)与圆柱齿轮(16)啮合，圆盘(10)与圆柱齿轮(16)连接并联动。
3.根据权利要求2所述的抓取机械手，其特征在于：推送装置包括：前后直线推杆电机、竖向推杆电机(06)、支架(05)和直臂(04)；
支架(05)的底部活动设置在圆盘(10)上，支架(05)的顶部能做相对于圆盘(10)的摆动；
前后直线推杆电机的后端活动设置在圆盘(10)上，前后直线推杆电机的前端能够在使用时做上扬和下沉的动作；前后直线推杆电机的前端活动连接在支架(05)上；
直臂(04)的前端连接抓取装置，支架(05)的顶部与直臂(04)活动连接，使得直臂(04)形成以支架(05)为支点的杠杆结构；
竖向推杆电机(06)的底端连接支架(05)，竖向推杆电机(06)的顶端连接直臂(04)的后部，使用时，通过竖向推杆电机(06)的上升和下降控制直臂(04)的前端下降和上扬。
4.根据权利要求3所述的抓取机械手，其特征在于：抓取装置包括：抓取爪(01)、抓取装置支架(02)、伺服电机(03)、滑块(18)、抓取装置推杆(19)、丝杠(17)、丝杠套(23)、齿轮Ⅰ(21)、齿轮Ⅱ(22)和轴Ⅱ(20)；抓取装置支架(02)安装在直臂(04)的前端，伺服电机(03)安装在抓取装置支架(02)上，齿轮Ⅰ(21)安装在伺服电机(03)的轴Ⅱ(20)上，丝杠(17)安装在抓取装置支架(02)上，齿轮Ⅱ(22)安装在丝杠(17)上且能带动丝杠(17)转动，丝杠套(23)安装在丝杠(17)上且能沿着丝杠(17)的轴向移动，抓取装置推杆(19)的后端与丝杠套(23)直接或间接的活动连接，抓取装置推杆(19)的前端与滑块(18)活动连接，滑块(18)为能沿着抓取爪(01)的滑道(01-1)移动且也能临时与滑道(01-1)固定的结构，，抓取爪(01)的后端活动连接在抓取装置支架(02)上。
5.根据权利要求4所述的抓取机械手，其特征在于：滑块(18)上设置有用于临时固定滑块(18)的螺钉(18-2)，螺钉(18-2)穿过滑块(18)或滑块的底板(18-1)且与滑块或底板(18-1)螺纹配合。
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