CN111716347B - 一种机械爪 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种机械爪，用于从存纸装置中夹取纸张提供到图像形成装置，旨在利用机械爪代替测试人员实现图像形成装置的测试自动化，其特征在于，包括：一个机械臂；以及分别安装在机械臂上的两个夹持构件，其中，每一个夹持构件具有：与机械臂相结合的结合杆；以及从该结合杆延伸出去的爪状部，爪状部包括多个手指部件，每个手指部件具有一个前端部，该前端部具有一个在夹持时处于纸张一侧的纸张侧部，以及与该纸张侧部呈相反位置的远离侧部，远离侧部具有第一弧状曲面。

Description

一种机械爪

技术领域

本发明属于机械设备及打印设备领域，具体涉及一种机械爪。

背景技术

目前的图像形成装置的测试中，需要人工将纸张从存纸装置移动至图像形成装置并操作存纸装置和图像形成装置，工作效率较低，所以需要设计一种机械爪来代替测试人员的工作，从而实现图像形成装置的测试自动化。

然而，现有技术中没有专门针对夹取打印纸张的机械爪，而现有的机械爪主要形式为二指爪结构、五指抓结构或针对性设计的专项设计爪，这些机械爪用于夹取打印纸张时普遍存在以下问题：纸张在夹取过程中容易产生旋转；对于边缘上翘或处于蓬松状态的纸张，夹取过程中容易被夹形成硬性折叠；不能同时完成横向夹纸和纵向点击打印机按钮；普通机械爪的手指越长，末端抓力越小，受力不平衡，纸容易掉。

发明内容

为解决上述问题，提供一种机械爪，旨在利用机械爪代替测试人员实现图像形成装置的测试自动化，不仅能够实现自动取纸放纸，还能够操控图像形成装置的操作按钮，并且操控复杂度低，易于编程，采用了如下技术方案：

本发明提供了一种机械爪，用于从存纸装置中夹取纸张提供到图像形成装置，其特征在于，包括：一个机械臂；以及分别安装在机械臂上的两个夹持构件，其中，每一个夹持构件具有：与机械臂相结合的结合杆；以及从该结合杆延伸出去的爪状部，爪状部包括多个手指部件，每个手指部件具有一个前端部，该前端部具有一个在夹持时处于纸张一侧的纸张侧部，以及与该纸张侧部呈相反位置的远离侧部，远离侧部具有第一弧状曲面。

发明作用与效果

根据本发明的机械爪，每个夹持构件的爪状部均包括手指部件，当夹持构件在夹取纸张时，手指部件的一端会形成支点，对手指部件的前端部形成一个张力，由于手指部件的远离侧部具有第一弧状曲面，因此，在夹取时远离侧部会形成一个与上述张力方向相反的反作用力，使得位置相对应的手指部件向内收拢，从而将夹持构件的夹取力集中在夹取部的一个面上而不是一点上，提高了本发明的机械爪的夹取力和夹取稳定性。另外，由于每个夹持构件均具有多个手指部件，位置相对应的手指部件能够互相配合地夹取纸张，因此，在夹取时夹持构件对纸张的夹持力更加平衡，能很好地防止纸张旋转或掉落。

附图说明

图1是本发明实施例一的机械爪的结构示意图；

图2是本发明实施例一的夹持构件的主视图；

图3是本发明实施例一的夹持构件的俯视图；

图4是本发明实施例一的第二弧状曲面的设计原理示意图；

图5是本发明实施例一的第一弧状曲面的设计原理示意图；

图6(a)是现有技术的手指部件的长度与夹取力的关系图；

图6(b)是本发明实施例一的手指部件的长度与夹取力的关系图；

图7(a)是本发明实施例一的夹持构件的受力分析图；

图7(b)是本发明实施例一的远离侧部的受力分析图；

图8是本发明实施例一的夹持构件的剖面图；

图9是本发明实施例一的机械爪的工作流程图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的机械爪进行详细阐述。

作为一种实施形态，本发明提供了一种机械爪，用于从存纸装置中夹取纸张提供到图像形成装置，其特征在于，包括：一个机械臂；以及分别安装在机械臂上的两个夹持构件，其中，每一个夹持构件具有：与机械臂相结合的结合杆；以及从该结合杆延伸出去的爪状部，爪状部包括多个手指部件，每个手指部件具有一个前端部，该前端部具有一个在夹持时处于纸张一侧的纸张侧部，以及与该纸张侧部呈相反位置的远离侧部，远离侧部具有第一弧状曲面。

在该种实施形态中，还可以具有这样的特征：其中，第一弧状曲面由具有第一长轴和第一短轴的第一椭圆所决定，第一弧状曲面的截面曲线为第一曲面弧线，该第一曲面弧线的形状与第一短轴以及同时经过第一椭圆的中心及椭圆圆周上一点的第一半径之间的第一椭圆上的第一椭圆弧线相同，第一短轴与第一半径之间的夹角不大于90度。

在具有前述技术特征的实施形态中，还可以进一步具有这样的特征：其中，第一长轴与第一短轴的长度相等。

在该种实施形态中，还可以具有这样的特征：其中，纸张侧部具有第二弧状曲面，第二弧状曲面由具有第二长轴和第二短轴的第二椭圆所决定，第二弧状曲面的截面曲线为第二曲面弧线，该第二曲面弧线的形状与第二短轴以及同时经过第二椭圆的中心及椭圆圆周上二点的第二半径之间的第二椭圆上的第二椭圆弧线相同，第二短轴与第二半径之间的夹角不大于90度。

在具有前述技术特征的实施形态中，还可以进一步具有这样的特征：其中，第二长轴与第二短轴的长度相等。

在该种实施形态中，还可以具有这样的特征：其中，前端部远离机械臂的一端设置有按钮操作部，按钮操作部的表面为矩形，按钮操作部的长边与短边的比例为2：1，按钮操作部用于在夹取纸张的过程中在机械臂的控制下操作图像形成装置的操作按钮。

在该种实施形态中，还可以具有这样的特征：其中，手爪部还具有指连接部件，指连接部件具有多个用于连接手指部件的指连接端，指连接端的数量与手指部件的数量相适应，两个相邻的手指部件通过相对应的分指连接端与指连接部件相连接，形成U型结构。

在该种实施形态中，还可以具有这样的特征：其中，结合杆上设置有安装凹槽，安装凹槽上设有螺纹孔，从而使得结合杆与机械臂的平行夹通过螺钉固定连接。

在该种实施形态中，还可以具有这样的特征：其中，手指部件具有在夹取时与纸张接触的夹纸部，结合杆靠近机械臂的一端到夹纸部靠近机械臂的一端的距离为5cm～10cm。

在具有前述技术特征的实施形态中，还可以进一步具有这样的特征：其中，夹纸部上设置有橡胶层。

以下结合附图对本发明的机械爪作具体阐述。

<实施例一>

图1是本发明的机械爪的结构示意图。

如图1所示，本发明提供了一种机械爪，用于从存纸装置中夹取纸张提供到图像形成装置，旨在利用机械爪代替测试人员实现图像形成装置的测试自动化，包括实现测试过程中的纸张转移操作、装置按键按压操作、规制栏调整操作等。

存纸装置为具有多个操作按钮的分纸机，包括存储有大量纸张的存纸机构以及用于放置分发完成后的纸张的放纸机构，在测试过程中能够让机械爪通过操作按钮将预定数量的纸张从存纸机构分发至放纸机构(例如按1次操作按钮分发5张纸张)。

图像形成装置为打印机、传真机或扫描仪等，具有多个操作按钮以及位于图像形成装置的进纸口的用于辅助整理纸张的规制栏。

机械爪500包括一个机械臂(图中未示出)以及两个夹持构件100。

机械臂的工作端安装有平行气动夹200，平行气动夹200具有两个用于安装夹持构件100的原生指端201。

两个夹持构件100分别对称地安装在机械臂的平行气动夹200上，每一个夹持构件100具有结合杆10以及爪状部20。本实施例一中，夹持构件100采用塑料制成，为一体成型结构，夹持构件100的长度为12cm。

图2是本发明的夹持构件的主视图，图3是本发明的夹持构件的俯视图。

如图2和图3所示，结合杆10上靠近机械臂的一端设置有安装凹槽101，安装凹槽101的形状与机械臂的平行气动夹200的原生指端201的形状相适应，并且安装凹槽101上设有螺纹孔，从而使得结合杆10与机械臂的平行夹通过螺钉固定连接。

爪状部20包括多个手指部件30以及指连接部件40。本实施例一中，手指部件30的数量为2个。

每个手指部件30具有一个前端部301以及夹纸部302。

前端部301包括纸张侧部303、远离侧部304以及按钮操作部305。

纸张侧部303在夹持构件100夹持纸张时处于纸张一侧，具有第二弧状曲面303a。

图4是本发明的第二弧状曲面的设计原理示意图。

如图4所示，第二弧状曲面303a由第二椭圆306所决定，第二椭圆306具有预定长度的第二长轴H2和预定长度的第二短轴G2。

第二弧状曲面303a的截面曲线为第二曲面弧线，该第二曲面弧线的形状与第二短轴G2以及同时经过第二椭圆306的中心及椭圆圆周上二点的第二半径T2之间的第二椭圆306上的第二椭圆弧线A2相同。

第二短轴G2与第二半径T2之间的第二夹角β不大于90度。在本实施例一中，第二夹角β的角度为45度。

远离侧部304与纸张侧部303呈相反位置，具有第一弧状曲面304a。

图5是本发明的第一弧状曲面的设计原理示意图。

如图5所示，第一弧状曲面304a由第一椭圆307所决定，第一椭圆307具有预定长度的第一长轴H1和预定长度的第一短轴G1。

第一弧状曲面304a的截面曲线为第一曲面弧线，该第一曲面弧线的形状与第一短轴G1以及同时经过第一椭圆307的中心及椭圆圆周上一点的第一半径T1之间的第一椭圆307上的第一椭圆弧线A1相同。

第一短轴G1与第一半径T1之间的第一夹角α不大于90度。在本实施例一中，第一夹角α的角度为45度。

按钮操作部305设置在远离机械臂的一端上，按钮操作部305的表面为矩形，按钮操作部305的长边与短边的比例为2：1。

按钮操作部305用于在夹取纸张的过程中在机械臂的控制下操作存纸装置以及图像形成装置的操作按钮。

夹纸部302上设置有橡胶层，在夹持构件100夹持纸张时与纸张接触，结合杆10靠近机械臂的一端到夹纸部302靠近机械臂的一端的距离为5cm～10cm。

图6(a)是现有技术的手指部件的长度与夹取力的关系图，图6(b)是本发明的手指部件的长度与夹取力的关系图。

根据图6(a)和图6(b)所示，当夹持构件的长度为6～8cm时，夹持构件的夹持力能够保持平稳集中，本实施例一中，夹纸部302沿夹持构件100延伸方向的长度为3cm，结合杆10靠近机械臂的一端到夹纸部302靠近机械臂的一端的距离为6cm。

指连接部件40具有多个用于连接手指部件30的指连接端401，指连接端401的数量与手指部件30的数量相适应，本实施例一中，指连接端401的数量为2个。

两个相邻的手指部件30通过相对应的指连接端401与指连接部件40相连接，形成U型结构。

图7(a)是本发明的夹持构件的受力分析图，图7(b)是本发明的远离侧部的受力分析图。

如图7(a)和图7(b)所示，以位于上方的夹持构件100为例对夹持构件100的远离侧部的设计思路进行说明，具体为：

当平行气动夹200驱动夹持构件100对纸张进行夹持时，平行气动夹200给予结合杆10靠近机械臂的一端一个向下的推力F1，夹纸部302靠近机械臂的一端形成支点，从而对前端部301形成一个向上的张力F2。在第二弧状曲面303a的作用下，远离侧部304会形成一个与张力F2相反的反作用力F3，该反作用力F3沿第二弧状曲面303a径向方向的分力F4使得手指部件30沿该分力F4的延伸方向收拢。

同理，在对纸张进行夹持时，位于下方的夹持构件100的手指部件30向与位于上方的夹持构件100的收拢方向相反的方向收拢。

进一步，两个夹持构件100相向地收拢，从而使得夹持构件100的夹持力集中于手指部件30的夹纸部302的一个面上而并非一个点。

图8是本发明实施例一的夹持构件的剖面图。

如图4、图5以及图8所示，夹持构件100的远离侧部304的第一弧状曲面304a和纸张侧部303的第二弧状曲面303a的设计方法相同，以第一弧状曲面304a为例进行说明，具体为：

首先确定第一椭圆307的第一长轴H1和第一短轴G1的预定长度以及第一短轴G1与第一半径T1之间的第一夹角α。再根据第一长轴H1、第一短轴G1以及第一夹角α计算得到与第一夹角α相对应的第一椭圆弧线A1、第一弦B1以及第一椭圆弧线A1与第一弦B1的连线C1，第一椭圆弧线A1的形状即为第一弧状曲面304a的截面弧线的形状。其中，第一弦B1和连线C1仅用于辅助计算第一椭圆弧线A1的形状，并不用于限定远离侧部304的形状。

同理，纸张侧部303的第二弧状曲面303a由预定的第二长轴H2、第二短轴G2以及第二夹角β计算得到第二椭圆弧线A2，第二椭圆弧线A2的形状即为第二弧状曲面303a的截面弧线的形状。

以下结合附图说明本实施例一的机械爪500的工作方式。本实施例一的机械臂安装在图像形成装置的自动化测试流水线上，并且其中的各个驱动电机与安装有预定的自动化测试控制程序的计算机连接，从而在自动化测试时通过计算机控制各个驱动电机，使得机械臂对夹取构件进行驱动。

图9是本发明实施例一的机械爪的工作流程图。

如图9所示，测试时，根据测试控制程序所编写的测试流程，机械臂驱动夹取构件100的移动以及开合，从而对纸张进行移动和夹取，具体为：

步骤S1，夹持构件100移动至存纸装置的操作按钮处，并且根据测试流程按下操作按钮让存纸装置对纸张进行分发，然后进入步骤S2；

步骤S2，夹持构件100移动至存纸装置的放纸机构，并且对完成分发的纸张进行夹取，然后进入步骤S3；

步骤S3，夹持构件100夹持着纸张移动至图像形成装置，并且将纸张放置在图像形成装置的进纸处，然后进入步骤S4；

步骤S4，夹持构件100推动图像形成装置的规制栏从而对进纸处的纸张进行整理，然后进入步骤S5；

步骤S5，夹持构件100移动至图像形成装置的操作按钮处，并且根据测试流程按下操作按钮从而完成一次图像形成装置的测试。

重复步骤S1～S5，即实现对图像形成装置的自动化测试。

实施例一作用与效果

根据本实施例一的机械爪，每个夹持构件的爪状部均包括手指部件，当夹持构件在夹取纸张时，手指部件的一端会形成支点，对手指部件的前端部形成一个张力，由于手指部件的远离侧部具有第一弧状曲面，因此，在夹取时远离侧部会形成一个与上述张力方向相反的反作用力，使得位置相对应的手指部件向内收拢，从而将夹持构件的夹取力集中在夹取部的一个面上而不是一点上，提高了本实施例一的机械爪的夹取力和夹取稳定性。另外，由于每个夹持构件均具有2个手指部件，位置相对应的手指部件能够互相配合地夹取纸张的两个角，因此，在夹取时夹持构件对纸张的夹持力更加平衡，能很好的防止纸张旋转或掉落。

由于纸张侧部具有第二弧状曲面，因此，在需要夹取蓬松状态的纸张或边缘翘起一定角度的纸张时，随着夹取构件向纸张方向的移动，第二弧状曲面能够引导纸张慢慢地从蓬松状态转为紧缩状态，从而防止纸张的边缘出现硬性折叠的情况，进而防止在图像形成装置的测试过程中出现卡纸或者纸张浪费的情况。

由于前端部远离所述机械臂的一端设置有按钮操作部，因此，在夹取纸张的过程中，本实施例一的机械爪还能够操控分纸装置和图像形成装置的操作按钮以及操控图像形成装置的规制栏，从而实现让本实施例一的机械爪代替测试人员进行图像形成装置的自动化测试的目的。

另外，由于按钮操作部的表面为矩形，长边与短边的比例为2：1，因此，在本实施例一的机械爪对分纸装置和图像形成装置进行操控时，能够针对不同大小的操作按钮采用不同的操控方式(例如，对于尺寸较大的操作按钮采用将按钮操作部从操作按钮中间按压的方法，使得压力的传导更加均匀；对于尺寸较小的操作按钮采用以短边按压操作按钮的方法，使得对操作按钮的操控更加精确)，从而更加准确有效地按到操作按钮，提高了本实施例一的机械爪对分纸装置和图像形成装置的操控的准确性和有效性。

由于手爪部还具有指连接部件，该指连接部件具有2个用于连接手指部件的指连接端，2个相邻的手指部件与指连接部件形成U型结构，因此，在对分纸装置和图像形成装置进行操控时，确保了机械臂能够更好更均匀地将压力传导至按钮操作部并按下操作按钮，提高了本实施例一的机械爪对分纸装置和图像形成装置的操控的稳定性。

由于结合杆上具有安装凹槽，安装凹槽的形状与与机械臂的平行气动夹的原生指端的形状相适应，因此，使得机械臂的平行气动夹与夹取构件的安装结构更加稳固，提高了机械臂与夹取构件之间力的传导效果，进而提高了机械爪的夹取性能。

根据图6(a)和图6(b)的对比结果，机械爪的夹持力在受力点到夹取点的距离为6cm～8cm时夹取效果最好，由于结合杆靠近机械臂的一端到夹纸部靠近机械臂的一端的距离为5cm～10cm，因此，本实施例一的机械爪夹取效果稳定，不会造成纸张的脱落。

由于夹取部上还设置有一层橡胶层，该橡胶层作为缓冲，既可以增加夹取时的摩擦力，又可以减缓夹取构件的固体形变，从而防止夹取构件的松动，因此，提高了本实施例一的机械爪的夹取效果，同时延长了使用寿命。

<实施例二>

在本实施例二中，对于与实施例一相同的结构、方法及条件给予相同的符号，并省略相同的说明。

实施例二中，远离侧部304的第一弧状曲面304a的形状与实施例一有所不同，具体为：

第二长轴H2与第二短轴G2的长度相等，即第二椭圆306为圆形。

实施例二作用与效果

由于第二椭圆的第二长轴与第二短轴的长度相等，即第二椭圆为圆形，因此，第二弧状曲面的弧度更大，对前端部形成的反作用力也更大，从而使得夹持构件的收拢效果更好，与实施例一相比，实施例二的机械爪的夹取性能更好更稳定。

<实施例三>

在本实施例三中，对于与实施例一相同的结构、方法及条件给予相同的符号，并省略相同的说明。

实施例三中，纸张侧部303的第二弧状曲面303a的形状与实施例一有所不同，具体为：

第一长轴H1与第一短轴G1的长度相等，即第一椭圆307为圆形。

实施例三作用与效果

由于第一椭圆的第一长轴与第一短轴的长度相等，即第一椭圆为圆形，因此，第一弧状曲面的弧度更大，使得在夹取纸张时夹持构件能够将处于蓬松状态时厚度更厚的纸张慢慢转为紧缩状态，与实施例一相比，实施例三的机械爪的应用范围更广，夹取准确度更高，更不容易造成纸张硬性折叠的情况。

<实施例四>

在本实施例四中，对于与实施例一相同的结构、方法及条件给予相同的符号，并省略相同的说明。

实施例四中，手指部件30的数量与实施例一有所不同，具体为：

手指部件的数量为3个，沿手指部件的宽度方向均匀布置。

指连接部件40的指连接端401的数量为3个。

相邻的2个手指部件30通过相对应的指连接端401与指连接部件40相连接，形成U型结构，即实施例四中，手指部件30和指连接部件40形成了2个U型结构。

实施例四作用与效果

由于每个夹持构件均具有均匀布置的3个手指部件，在夹持时能够夹住纸张的3个位置(例如纸张的2个角和中间位置)，因此，与实施例一相比，实施例四的机械爪对纸张的夹持更加稳定，同时也能够防止纸张的旋转。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

例如，上述实施例中的夹持构件均采用塑料制成，材料成本低，具有较高的市场推广价值，在本发明提供的机械爪中，夹持构件还可以选用碳纤维或玻璃纤维制成，使得夹持构件的结构强度更高，使用寿命更长，适用于对夹取精度要求较高的环境使用。

例如，上述实施例一至三以及实施例四中的手指部件的数量分别为2个和3个，适用于较小的纸张(例如A4纸)，在本发明提供的机械爪中，手指部件的数量可以为多个，从而满足较大的纸张(例如A1、A0)的夹取需求。

Claims (10)

1.一种机械爪，用于夹取多张纸张，其特征在于，包括：

一个机械臂；以及

分别安装在所述机械臂上的两个夹持构件，

其中，每一个所述夹持构件具有：

与所述机械臂相结合的结合杆；以及

从该结合杆延伸出去的爪状部，

所述爪状部包括多个手指部件，

每个所述手指部件具有一个前端部，该前端部具有一个在夹持时处于所述纸张一侧的纸张侧部，以及与该纸张侧部呈相反位置的远离侧部，

所述远离侧部具有第一弧状曲面，

所述前端部远离所述机械臂的一端设置有按钮操作部。

2.根据权利要求1所述的机械爪，其特征在于：

其中，所述第一弧状曲面由具有第一长轴和第一短轴的第一椭圆所决定，

所述第一弧状曲面的截面曲线为第一曲面弧线，该第一曲面弧线的形状与所述第一短轴以及同时经过所述第一椭圆的中心及椭圆圆周上一点的第一半径之间的所述第一椭圆上的第一椭圆弧线相同，

所述第一短轴与所述第一半径之间的夹角不大于90度。

3.根据权利要求2所述的机械爪，其特征在于：

其中，所述第一长轴与所述第一短轴的长度相等。

4.根据权利要求1所述的机械爪，其特征在于：

其中，所述纸张侧部具有第二弧状曲面，

所述第二弧状曲面由具有第二长轴和第二短轴的第二椭圆所决定，

所述第二弧状曲面的截面曲线为第二曲面弧线，该第二曲面弧线的形状与所述第二短轴以及同时经过所述第二椭圆的中心及椭圆圆周上二点的第二半径之间的所述第二椭圆上的第二椭圆弧线相同，

所述第二短轴与所述第二半径之间的夹角不大于90度。

5.根据权利要求4所述的机械爪，其特征在于：

其中，所述第二长轴与所述第二短轴的长度相等。

6.根据权利要求1所述的机械爪，其特征在于：

其中，所述按钮操作部的表面为矩形，所述按钮操作部的长边与短边的比例为2：1，

所述按钮操作部用于在夹取所述纸张的过程中在所述机械臂的控制下操作图像形成装置的操作按钮。

7.根据权利要求1所述的机械爪，其特征在于：

其中，所述爪状部还具有指连接部件，

所述指连接部件具有多个用于连接所述手指部件的指连接端，

所述指连接端的数量与所述手指部件的数量相适应，

两个相邻的所述手指部件通过相对应的所述指连接端与所述指连接部件相连接，形成U型结构。

8.根据权利要求1所述的机械爪，其特征在于：

其中，所述结合杆上设置有安装凹槽，所述安装凹槽上设有螺纹孔，从而使得所述结合杆与所述机械臂的平行夹通过螺钉固定连接。

9.根据权利要求1所述的机械爪，其特征在于：

其中，所述手指部件具有在夹取时与所述纸张接触的夹纸部，

所述结合杆靠近所述机械臂的一端到所述夹纸部靠近所述机械臂的一端的距离为5cm～10cm。

10.根据权利要求9所述的机械爪，其特征在于：

其中，所述夹纸部上设置有橡胶层。

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