CN111890383A - 一种四路旋转座式助力机械手 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种四路旋转座式助力机械手，包括：底座，所述底座上固定连接有立柱，气缸组件的一端与设置在所述立柱上的连接件铰接，另一端与主臂机构的一端铰接，所述主臂机构的另一端与横臂组件的一端通过横臂轴可转动的连接，所述主臂机构靠近所述气缸组件的部分与所述立柱铰接，所述横臂组件远离所述主臂机构的一端与垂臂组件的上端通过四路旋转组件可转动的连接，所述垂臂组件的下端设有用于夹紧重物的夹具组件。通过自动化控制实现对重物的起吊升降和调整搬运角度，四路旋转组件可防止气管缠绕在机械臂上发生折断，操作员可通过控制组件自动控制搬运夹取重物，在操作员的轻松操作下，可代替人工完成搬运等一些生产作业。

Description

一种四路旋转座式助力机械手

技术领域

本发明涉及助力机械手技术领域，更具体地说，本发明涉及一种四路旋转座式助力机械手。

背景技术

在工业生产中，大多数都采用自动化设备，尤其是对于重物加工、搬运、起吊等都需要依靠机械自动化设备辅助人们生产，减少了人力。助力机械手是一种新颖的、用于物料搬运及安装时省力操作的助力设备。它巧妙地应用力的平衡原理，使操作者对重物进行相应的推拉，就可在空间内平衡移动定位。机械手可完成重物抓取、搬运、翻转、对接等三维空间移载动作，因而广泛用于工业生产中。机械手可部分替代人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，在操作人员的轻松操作下，可完成许多复杂且费力的工作。目前有些气动的机械手在旋转的自由度上会有一些限制，在旋转时，集成在旋转座上的气管会由于旋转而缠绕在机械臂上易发生折断；另一方面对夹具的设计也有一定的要求，要保证重物不会掉落，避免意外发生。因此，有必要提出一种四路旋转座式助力机械手，以至少部分地解决现有技术中存在的问题。

发明内容

在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

为至少部分地解决上述问题，本发明提供了一种四路旋转座式助力机械手，包括：底座、立柱、气缸组件、主臂机构、横臂组件、垂臂组件、四路旋转组件、夹具组件，所述底座上固定连接有所述立柱，所述气缸组件的一端与设置在所述立柱上的连接件铰接，另一端与所述主臂机构的一端铰接，所述主臂机构的另一端与所述横臂组件的一端通过横臂轴可转动的连接，所述主臂机构靠近所述气缸组件的部分与所述立柱铰接，所述横臂组件远离所述主臂机构的一端与所述垂臂组件的上端通过所述四路旋转组件可转动的连接，所述垂臂组件的下端设有用于夹紧重物的所述夹具组件。

优选的是，所述四路旋转组件包括旋转座、旋转轴，所述旋转座的上端与所述横臂组件远离所述主臂机构的一端连接，所述旋转轴的上端插入所述旋转座的内部且两者可转动连接，下端与所述垂臂组件连接。

优选的是，所述旋转座包括上主体、下主体，所述上主体的下表面与所述下主体的上表面连接为一体，所述上主体的直径大于所述下主体的直径；所述上主体的上表面圆心处设有第一圆孔。

优选的是，所述下主体的上表面圆心处设有第二圆孔，下表面圆心处设有第三圆孔，所述第三圆孔的上端设有与其相通的第四圆孔，沿所述下主体的轴线设有通孔，所述通孔的内周壁上沿其轴向均匀分布五个环形槽，所述上主体的左侧设有与所述通孔相通的第一进气孔、第二进气孔，右侧设有与所述通孔相通的第三进气孔、第四进气孔，所述第一进气孔位于第一环形槽和第二环形槽之间，所述第二进气孔位于第三环形槽和第四环形槽之间，所述第三进气孔位于所述第二环形槽和所述第三环形槽之间，所述第四进气孔位于所述第四环形槽和第五环形槽之间。

优选的是，所述旋转轴包括第一主体、第二主体、第三主体，三者按此顺序由上到下依次连接为一体，所述第一主体与所述通孔相对应且所述第一主体的前侧设有与所述第一进气孔相对应的第五圆孔，左侧设有与所述第二进气孔相对应的第六圆孔，后侧设有与所述第三进气孔相对应的第七圆孔，右侧设有与所述第四进气孔相对应的第八圆孔；所述第三主体的下表面沿其周向均匀分布四个第九圆孔，四个所述第九圆孔分别与所述第五圆孔、所述第六圆孔、所述第七圆孔、所述第八圆孔相通，所述第二主体的侧面均匀分布四个出气孔，四个所述出气孔分别与四个所述第九圆孔相通。

优选的是，所述垂臂组件上设有连接杆，所述连接杆与所述垂臂组件垂直设置，且其一端与所述垂臂组件固定连接，另一端远离所述夹具组件设置且固定连接有控制组件。

优选的是，所述控制组件与水平面呈度设置，包括扶手、支架、控制箱，所述扶手大致呈形，且其上端与所述连接杆连接，所述扶手的内侧设有控制箱，所述控制箱通过所述支架固定连接在所述扶手上。

优选的是，所述夹具组件包括至少两个夹爪板、控制气缸，所述夹爪板铰接在所述夹具组件的上端，用于控制所述夹爪板的所述控制气缸设置在所述夹具组件的上端；所述夹爪板与所述重物接触的表面设有辅助夹紧所述重物的电磁铁吸盘，所述电磁铁吸盘与所述控制箱电连接。

优选的是，所述夹具组件的上端与所述垂臂组件的下端连接处设有减震装置；所述减震装置包括固定筒、两个固定杆、四个弹簧、四个滑块、四个活动杆，所述固定筒的上端与所述垂臂组件的下端固定连接，所述夹具组件的上端插入所述固定筒的内部，且两者连接处设有弹性件，两个所述固定杆对称设置，且其一端与所述垂臂组件的下端连接，另一端与所述固定筒的底壁连接；两个所述弹簧对称套设在所述固定杆上，且所述弹簧的一端与所述垂臂组件的下端或所述固定筒的底壁固定连接，另一端与滑动连接在所述固定杆上的所述滑块固定连接；所述活动杆的一端与所述滑块铰接，另一端与对应的所述夹具组件的侧壁铰接。

优选的是，所述夹具组件夹持所述重物的最大重量计算方法如下：

步骤A1：计算所述夹爪板的夹持力F_A：

F_A＝KP

其中，K为所述夹爪板的夹紧力系数，P为所述控制气缸内的气体压力；

步骤A2：计算所述电磁铁吸盘的磁吸力F_B：

其中，μ₀为空气导磁系数，s为所述电磁铁吸盘的表面积，B为所述电磁铁吸盘产生的磁场强度，ds为所述电磁铁吸盘的单元表面积；

步骤A3：计算被所述夹具组件夹紧的所述重物的最大静摩擦力F_C：

其中，m为所述夹爪板的总数量，dH_n(t)为t时刻第n个所述夹爪板与所述重物相对预滑动的位移；

步骤A4：计算所述夹具组件能够夹持所述重物的最大重量G：

其中，ε为安全系数。

相比现有技术，本发明至少包括以下有益效果：

本发明所述的一种四路旋转座式助力机械手可通过自动化控制实现竖直方向上对重物的起吊升降和在水平方向上自由的调整旋转角度，使重物准确的落到指定位置，四路旋转组件将气动夹具所用气源的进气管和出气管分开设置，使进气管与横臂组件同时转动，出气管与垂臂组件同时转动，防止气管缠绕在机械臂上发生折断，操作员可通过控制组件自动控制夹具组件搬运夹取重物，避免重物掉落意外发生，在操作员的轻松操作下，可代替人工完成搬运等一些生产作业。

本发明所述的一种四路旋转座式助力机械手，本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，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。在附图中：

图1为本发明所述的一种四路旋转座式助力机械手的整体结构示意图。

图2为本发明所述的一种四路旋转座式助力机械手中四路旋转组件的结构示意图。

图3为本发明所述的一种四路旋转座式助力机械手中四路旋转组件的结构剖视示意图。

图4为本发明所述的一种四路旋转座式助力机械手中旋转座的结构剖视示意图。

图5为本发明所述的一种四路旋转座式助力机械手中旋转轴的右侧结构剖视示意图。

图6为本发明所述的一种四路旋转座式助力机械手中旋转轴的主视结构剖视示意图。

图7为本发明所述的一种四路旋转座式助力机械手中旋转轴的三维结构示意图。

图8为本发明所述的一种四路旋转座式助力机械手中旋转座的三维结构示意图。

图9为本发明所述的一种四路旋转座式助力机械手中夹具组件的三维结构示意图。

图10为本发明所述的一种四路旋转座式助力机械手中控制组件的三维结构示意图。

图11为本发明所述的一种四路旋转座式助力机械手中减震装置的内部结构(图1中A处内部结构)示意图。

1为底座、2为立柱、3为气缸组件、4为主臂机构、5为横臂组件、6为垂臂组件、6-1为连接杆、7为四路旋转组件、7-1为旋转座、7-1-1为上主体、7-1-2为下主体、7-2为旋转轴、7-2-1为第一主体、7-2-2为第二主体、7-2-3为第三主体、8为夹具组件、8-1为夹爪板、8-2为控制气缸、8-3为电磁铁吸盘、9为控制组件、9-1为扶手、9-2为支架、9-3为控制箱、10为减震装置、10-1为固定筒、10-2为固定杆、10-3为弹簧、10-4为滑块、10-5为活动杆、10-6为弹性件、a1为第一圆孔、a2为第二圆孔、a3为第三圆孔、a4为第四圆孔、a5为第五圆孔、a6为第六圆孔、a7为第七圆孔、a8为第八圆孔、a9为第九圆孔、b为通孔、c1为第一进气孔、c2为第二进气孔、c3为第三进气孔、c4为第四进气孔、c5为出气孔、d1为第一环形槽、d2为第二环形槽、d3为第三环形槽、d4为第四环形槽、d5为第五环形槽。

具体实施方式

下面结合附图以及实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

如图1-图11所示，本发明提供了一种四路旋转座式助力机械手，包括：底座1、立柱2、气缸组件3、主臂机构4、横臂组件5、垂臂组件6、四路旋转组件7、夹具组件8，所述底座1上固定连接有所述立柱2，所述气缸组件3的一端与设置在所述立柱2上的连接件铰接，另一端与所述主臂机构4的一端铰接，所述主臂机构4的另一端与所述横臂组件5的一端通过横臂轴可转动的连接，所述主臂机构4靠近所述气缸组件3的部分与所述立柱2铰接，所述横臂组件5远离所述主臂机构4的一端与所述垂臂组件6的上端通过所述四路旋转组件7可转动的连接，所述垂臂组件6的下端设有用于夹紧重物的所述夹具组件8。

上述技术方案的工作原理：底座1和立柱2用于支撑整个助力机械手，气缸组件3可自动控制主臂机构4沿其与立柱2的铰接点转动进而实现助力机械手的起吊升降，代替人工搬运重物等一些生产作业，横臂组件5可沿着竖直设置的横臂轴转动，进而实现助力机械手在水平方向上360度大范围的自由旋转，横臂组件5与垂臂组件6通过四路旋转组件7可转动连接，可实现手动控制时夹具组件8在水平方向上大幅度的小范围旋转，夹具组件8用于夹紧重物，整个助力机械手可实现在竖直方向的起吊升降，并且可在水平方向上调整旋转角度，进而使重物搬运到指定位置，四路旋转组件7将控制夹具用的气源的进气管和出气管上下分开设置，在垂臂组件6旋转时，使气管不会缠绕到垂臂组件6上，增大了垂臂组件6的旋转自由度。

上述技术方案的有益效果：通过上述结构的设计，通过自动化控制可实现竖直方向上对重物的起吊升降和在水平方向上自由的调整旋转角度，使重物准确的落到指定位置，四路旋转组件7将气动夹具所用气源的进气管和出气管分开设置，使进气管与横臂组件5同时转动，出气管与垂臂组件6同时转动，防止气管缠绕在机械臂上发生折断，操作员可通过控制组件9自动控制夹具组件8夹取搬运重物，避免重物掉落意外发生，在操作员的轻松操作下，可实现自动化代替人工完成搬运等一些生产作业。

在一个实施例中，所述四路旋转组件7包括旋转座7-1、旋转轴7-2，所述旋转座7-1的上端与所述横臂组件5远离所述主臂机构4的一端连接，所述旋转轴7-2的上端插入所述旋转座7-1的内部且两者可转动连接，下端与所述垂臂组件6连接。

上述技术方案的工作原理：旋转座7-1上集成有四个进气管，旋转轴7-2上集成有四个出气管，控制夹具的气源由进气管进入到旋转座7-1内部，流向旋转轴7-2内部，通过出气管流出进而控制夹具组件8夹紧或松开重物，当需要调整夹具组件8的角度时，垂臂组件6和横臂组件5相对转动，垂臂组件6、旋转轴7-2、出气管同时旋转，横臂组件5、旋转座7-1、进气管同时旋转，防止气管缠绕到机械臂上。

上述技术方案的有益效果：通过上述结构的设计，四个进气管集成在旋转座7-1上，四个出气管集成在旋转轴7-2上，独立分开的进气管和出气管不会因为机械臂旋转而缠绕在横臂组件5和垂臂组件6上，有效的防止了转动时使气管缠绕受损，可使机械臂转动幅度更大。

在一个实施例中，所述旋转座7-1包括上主体7-1-1、下主体7-1-2，所述上主体7-1-1的下表面与所述下主体7-1-2的上表面连接为一体，所述上主体7-1-1的直径大于所述下主体7-1-2的直径；所述上主体7-1-1的上表面圆心处设有第一圆孔a1。

上述技术方案的工作原理：上主体7-1-1和下主体7-1-2为一体成型，第一圆孔a1可使旋转轴7-2的上端插入，两者之间的间隙套接有深沟球轴承，深沟球轴承的内环壁与旋转轴7-2过盈配合，外环壁与第一圆孔a1的内壁过盈配合，旋转轴7-2可通过深沟球轴承在旋转座7-1内部转动。

上述技术方案的有益效果：通过上述结构的设计，上主体7-1-1和下主体7-1-2为一体成型强度更大，第一圆孔a1与深沟球轴承过盈配合使旋转轴7-2在旋转座7-1内转动，连接更牢固。

在一个实施例中，所述下主体7-1-2的上表面圆心处设有第二圆孔a2，下表面圆心处设有第三圆孔a3，所述第三圆孔a3的上端设有与其相通的第四圆孔a4，沿所述下主体7-1-2的轴线设有通孔b，所述通孔b的内周壁上沿其轴向均匀分布五个环形槽，所述上主体7-1-1的左侧设有与所述通孔b相通的第一进气孔c1、第二进气孔c2，右侧设有与所述通孔b相通的第三进气孔c3、第四进气孔c4，所述第一进气孔c1位于第一环形槽d1和第二环形槽d2之间，所述第二进气孔c2位于第三环形槽d3和第四环形槽d4之间，所述第三进气孔c3位于所述第二环形槽d2和所述第三环形槽d3之间，所述第四进气孔c4位于所述第四环形槽d4和第五环形槽d5之间。

上述技术方案的工作原理：第二圆孔a2的直径小于第一圆孔a1的直径，且大于深沟球轴承的内环直径，可使深沟球轴承的内环下表面留有空隙，防止两者接触后增加摩擦力造成深沟球轴承的内环不能转动，外环下表面与第一圆孔a1的底面接触起到支撑作用；第三圆孔a3可使旋转轴7-2上端通过，两者之间的间隙套接有深沟球轴承，深沟球轴承的内环壁与旋转轴7-2过盈配合，外环壁与第三圆孔a3内壁过盈配合，第四圆孔a4的作用与第二圆孔a2的作用和效果类似，不再赘述；通孔b可使旋转轴7-2的上部分插入，下主体7-1-2的左侧和右侧设置的四个进气孔分别与进气管连接形成四条通路，五个环形槽内部均连接有格莱圈(图中未示出)，格莱圈可在旋转座7-1内部阻隔四条通路相互不通气。

上述技术方案的有益效果：通过上述结构的设计，下主体7-1-2的左右两侧设有的四个进气孔连接四个进气管形成四条通路，将进气管均集成在旋转座7-1上，两者一起转动，防止发生气管缠绕，五个环形槽内部设有的格莱圈将气流分成四路，更好的传输气流。

在一个实施例中，所述旋转轴7-2包括第一主体7-2-1、第二主体7-2-2、第三主体7-2-3，三者按此顺序由上到下依次连接为一体，所述第一主体7-2-1与所述通孔b相对应且所述第一主体7-2-1的前侧设有与所述第一进气孔c1相对应的第五圆孔a5，左侧设有与所述第二进气孔c2相对应的第六圆孔a6，后侧设有与所述第三进气孔c3相对应的第七圆孔a7，右侧设有与所述第四进气孔c4相对应的第八圆孔a8；所述第三主体7-2-3的下表面沿其周向均匀分布四个第九圆孔a9，四个所述第九圆孔a9分别与所述第五圆孔a5、所述第六圆孔a6、所述第七圆孔a7、所述第八圆孔a8相通，所述第二主体7-2-2的侧面均匀分布四个出气孔c5，四个所述出气孔c5分别与四个所述第九圆孔a9相通。

上述技术方案的工作原理：第一主体7-2-1的上端和下端均套接有深沟球轴承，与旋转座7-1配合，第一主体7-2-1可在通孔b内转动；第一主体7-2-1、第二主体7-2-2、第三主体7-2-3为一体成型，第一主体7-2-1可插入通孔b内，第五圆孔a5、第六圆孔a6、第七圆孔a7、第八圆孔a8分别与第一进气孔c1、第二进气孔c2、第三进气孔c3、第四进气孔c4一一对应且相通，并且又分别与四个第九圆孔a9、四个出气孔c5相通，进而形成四条通路，四路气流通过四个进气管分别先通过旋转座7-1上的四个进气孔，再分别通过第五圆孔a5、第六圆孔a6、第七圆孔a7、第八圆孔a8，经五个环形槽内连接的格莱圈的阻隔可分别进入到四个第九圆孔a9，通向四个出气孔c5进入到四个出气管，通过四个出气管使气流传出，进而控制夹具组件8夹取重物。

上述技术方案的有益效果：通过上述结构的设计，四个进气管集成在旋转座7-1上，四个出气管集成在旋转轴7-2上，可形成四条通路控制夹具组件8工作，且进气管与出气管相互独立，不会缠绕在机械臂上，避免了气管因缠绕受损。

在一个实施例中，所述垂臂组件6上设有连接杆6-1，所述连接杆6-1与所述垂臂组件6垂直设置，且其一端与所述垂臂组件6固定连接，另一端远离所述夹具组件8设置且固定连接有控制组件9。

上述技术方案的工作原理：连接杆6-1用于将控制组件9固定连接在垂臂组件6上，控制组件9可控制夹具组件8调整方向夹取重物。

上述技术方案的有益效果：通过上述结构的设计，控制组件9设置在远离夹具组件8的一端，方便人工操作控制组件9，操作员可通过控制组件9自动控制夹具组件8夹取重物，实现自动化代替人工完成搬运等一些生产作业，实现生产的智能化。

在一个实施例中，所述控制组件9与水平面呈45度设置，包括扶手9-1、支架9-2、控制箱9-3，所述扶手9-1大致呈C形，且其上端与所述连接杆6-1连接，所述扶手9-1的内侧设有控制箱9-3，所述控制箱9-3通过所述支架9-2固定连接在所述扶手9-1上。

上述技术方案的工作原理：所述控制组件9与水平面呈45度设置，方便人操作控制组件9，扶手9-1用于手扶控制，支架9-2用于将控制箱9-3安装在扶手9-1内侧。

上述技术方案的有益效果：通过上述结构的设计，控制组件9属于人工操作面板，更方便工人操作控制，实现代替人力搬运等一些生产作业，实现自动化生产。

在一个实施例中，所述夹具组件8包括至少两个夹爪板8-1、控制气缸8-2，所述夹爪板8-1铰接在所述夹具组件8的上端，用于控制所述夹爪板8-1的所述控制气缸8-2设置在所述夹具组件8的上端；所述夹爪板8-1与所述重物接触的表面设有辅助夹紧所述重物的电磁铁吸盘8-3，所述电磁铁吸盘8-3与所述控制箱9-3电连接。

上述技术方案的工作原理：控制气缸8-2可通过其内部气体压力的大小来控制夹爪板8-1抓取重物的力度，夹爪板8-1可根据实际需要设置数量，至少为两个；电磁铁吸盘8-3通电后带有磁性，在夹爪板8-1夹紧金属重物时，电磁铁吸盘8-3可通过自身的磁性吸住重物，增加夹爪板8-1与重物接触表面的摩擦力。

上述技术方案的有益效果：通过上述结构的设计，通过控制气缸8-2气动控制夹爪板8-1的抓取非常牢固稳定，并且控制气缸8-2利用其内部的气压可承受较大负载，适合用在搬运重物的助力机械手上，电磁铁吸盘8-3可增加夹具组件8与重物接触表面的摩擦力，在起吊重物时更加牢固，防止意外发生。

在一个实施例中，所述夹具组件8的上端与所述垂臂组件6的下端连接处设有减震装置10；所述减震装置10包括固定筒10-1、两个固定杆10-2、四个弹簧10-3、四个滑块10-4、四个活动杆10-5，所述固定筒10-1的上端与所述垂臂组件6的下端固定连接，所述夹具组件8的上端插入所述固定筒10-1的内部，且两者连接处设有弹性件10-6，两个所述固定杆10-2对称设置，且其一端与所述垂臂组件6的下端连接，另一端与所述固定筒10-1的底壁连接；两个所述弹簧10-3对称套设在所述固定杆10-2上，且所述弹簧10-3的一端与所述垂臂组件6的下端或所述固定筒10-1的底壁固定连接，另一端与滑动连接在所述固定杆10-2上的所述滑块10-4固定连接；所述活动杆10-5的一端与所述滑块10-4铰接，另一端与对应的所述夹具组件8的侧壁铰接。

上述技术方案的工作原理：在夹具组件8夹取重物时，其会产生左右震动，震动传到夹具组件8的上端时，活动杆10-5会受到一个力带动与其连接的滑块10-4沿固定杆10-2上下移动，进而带动弹簧10-3压缩或伸长，减震装置将夹具组件8上震动产生的力转化为弹簧10-3的弹力，弹簧10-3吸收震动产生的力起到减震作用。

上述技术方案的有益效果：通过上述结构的设计，减震装置吸收夹具组件8工作时产生的震动，可提高夹具组件8的精准度，防止将震动传到整个助力机械手上而造成零部件的损坏；提高了助力机械手的使用寿命，减小了震动和产生的震动噪音。

在一个实施例中，所述夹具组件8夹持所述重物的最大重量计算方法如下：

步骤A1：计算所述夹爪板8-1的夹持力F_A：

F_A＝KP

其中，K为所述夹爪板8-1的夹紧力系数，P为所述控制气缸8-2内的气体压力；

步骤A2：计算所述电磁铁吸盘8-3的磁吸力F_B：

其中，μ₀为空气导磁系数，s为所述电磁铁吸盘8-3的表面积，B为所述电磁铁吸盘8-3产生的磁场强度，ds为所述电磁铁吸盘8-3的单元表面积；

步骤A3：计算被所述夹具组件8夹紧的所述重物的最大静摩擦力F_C：

其中，m为所述夹爪板8-1的总数量，dH_n(t)为t时刻第n个所述夹爪板8-1与所述重物相对预滑动的位移；

步骤A4：计算所述夹具组件8能够夹持所述重物的最大重量G：

其中，ε为安全系数。

上述技术方案的工作原理：首先已知控制气缸8-2内的最大气体压力和夹爪板8-1的夹紧力系数K，K的取值为3.85×10^-5N/MPa，可根据步骤A1中的公式计算出夹爪板8-1的夹持力；电磁铁吸盘8-3的表面积s和其通电后产生的磁场强度B均为电磁铁吸盘8-3的已知参数，空气导磁系数μ₀为常数，取值为1.25×10^-6H/m，可根据步骤A2中的公式计算出电磁铁吸盘8-3的磁吸力，将计算所得的F_A和F_B带入到步骤A3的公式中即可获得所述夹具组件8夹紧的所述重物的最大静摩擦力F_C，当重物的重量刚好等于最大静摩擦力时，重物与夹爪板8-1刚好不产生相对位移，因此在计算所能夹持重物的最大重量时需要一个安全系数ε，ε的取值为1.3，最大静摩擦力除以安全系数ε，即可获得此助力机械手所能夹持重物的最大重量G。

上述技术方案的有益效果：根据助力机械手上设备的已知参数，可以根据上述算法得出此夹具组件8所能夹持重物的最大重量，防止在工人使用此助力机械手搬运重物时产生重物掉落或超负荷的现象，避免了意外的发生，提高安全系数，若想增加助力机械手的搬运负载，也可改变设备的相关参数，反推便可计算想要更改的参数值，非常方便。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节与这里示出与描述的图例。

Claims (10)

1.一种四路旋转座式助力机械手，其特征在于，包括：底座(1)、立柱(2)、气缸组件(3)、主臂机构(4)、横臂组件(5)、垂臂组件(6)、四路旋转组件(7)、夹具组件(8)，所述底座(1)上固定连接有所述立柱(2)，所述气缸组件(3)的一端与设置在所述立柱(2)上的连接件铰接，另一端与所述主臂机构(4)的一端铰接，所述主臂机构(4)的另一端与所述横臂组件(5)的一端通过横臂轴可转动的连接，所述主臂机构(4)靠近所述气缸组件(3)的部分与所述立柱(2)铰接，所述横臂组件(5)远离所述主臂机构(4)的一端与所述垂臂组件(6)的上端通过所述四路旋转组件(7)可转动的连接，所述垂臂组件(6)的下端设有用于夹紧重物的所述夹具组件(8)。

2.根据权利要求1所述的一种四路旋转座式助力机械手，其特征在于，所述四路旋转组件(7)包括旋转座(7-1)、旋转轴(7-2)，所述旋转座(7-1)的上端与所述横臂组件(5)远离所述主臂机构(4)的一端连接，所述旋转轴(7-2)的上端插入所述旋转座(7-1)的内部且两者可转动连接，下端与所述垂臂组件(6)连接。

3.根据权利要求2所述的一种四路旋转座式助力机械手，其特征在于，所述旋转座(7-1)包括上主体(7-1-1)、下主体(7-1-2)，所述上主体(7-1-1)的下表面与所述下主体(7-1-2)的上表面连接为一体，所述上主体(7-1-1)的直径大于所述下主体(7-1-2)的直径；所述上主体(7-1-1)的上表面圆心处设有第一圆孔(a1)。

4.根据权利要求3所述的一种四路旋转座式助力机械手，其特征在于，所述下主体(7-1-2)的上表面圆心处设有第二圆孔(a2)，下表面圆心处设有第三圆孔(a3)，所述第三圆孔(a3)的上端设有与其相通的第四圆孔(a4)，沿所述下主体(7-1-2)的轴线设有通孔(b)，所述通孔(b)的内周壁上沿其轴向均匀分布五个环形槽，所述上主体(7-1-1)的左侧设有与所述通孔(b)相通的第一进气孔(c1)、第二进气孔(c2)，右侧设有与所述通孔(b)相通的第三进气孔(c3)、第四进气孔(c4)，所述第一进气孔(c1)位于第一环形槽(d1)和第二环形槽(d2)之间，所述第二进气孔(c2)位于第三环形槽(d3)和第四环形槽(d4)之间，所述第三进气孔(c3)位于所述第二环形槽(d2)和所述第三环形槽(d3)之间，所述第四进气孔(c4)位于所述第四环形槽(d4)和第五环形槽(d5)之间。

5.根据权利要求4所述的一种四路旋转座式助力机械手，其特征在于，所述旋转轴(7-2)包括第一主体(7-2-1)、第二主体(7-2-2)、第三主体(7-2-3)，三者按此顺序由上到下依次连接为一体，所述第一主体(7-2-1)与所述通孔(b)相对应且所述第一主体(7-2-1)的前侧设有与所述第一进气孔(c1)相对应的第五圆孔(a5)，左侧设有与所述第二进气孔(c2)相对应的第六圆孔(a6)，后侧设有与所述第三进气孔(c3)相对应的第七圆孔(a7)，右侧设有与所述第四进气孔(c4)相对应的第八圆孔(a8)；所述第三主体(7-2-3)的下表面沿其周向均匀分布四个第九圆孔(a9)，四个所述第九圆孔(a9)分别与所述第五圆孔(a5)、所述第六圆孔(a6)、所述第七圆孔(a7)、所述第八圆孔(a8)相通，所述第二主体(7-2-2)的侧面均匀分布四个出气孔(c5)，四个所述出气孔(c5)分别与四个所述第九圆孔(a9)相通。

6.根据权利要求1所述的一种四路旋转座式助力机械手，其特征在于，所述垂臂组件(6)上设有连接杆(6-1)，所述连接杆(6-1)与所述垂臂组件(6)垂直设置，且其一端与所述垂臂组件(6)固定连接，另一端远离所述夹具组件(8)设置且固定连接有控制组件(9)。

7.根据权利要求6所述的一种四路旋转座式助力机械手，其特征在于，所述控制组件(9)与水平面呈45度设置，包括扶手(9-1)、支架(9-2)、控制箱(9-3)，所述扶手(9-1)大致呈C形，且其上端与所述连接杆(6-1)连接，所述扶手(9-1)的内侧设有控制箱(9-3)，所述控制箱(9-3)通过所述支架(9-2)固定连接在所述扶手(9-1)上。

8.根据权利要求7所述的一种四路旋转座式助力机械手，其特征在于，所述夹具组件(8)包括至少两个夹爪板(8-1)、控制气缸(8-2)，所述夹爪板(8-1)铰接在所述夹具组件(8)的上端，用于控制所述夹爪板(8-1)的所述控制气缸(8-2)设置在所述夹具组件(8)的上端；所述夹爪板(8-1)与所述重物接触的表面设有辅助夹紧所述重物的电磁铁吸盘(8-3)，所述电磁铁吸盘(8-3)与所述控制箱(9-3)电连接。

9.根据权利要求8所述的一种四路旋转座式助力机械手，其特征在于，所述夹具组件(8)的上端与所述垂臂组件(6)的下端连接处设有减震装置(10)；所述减震装置(10)包括固定筒(10-1)、两个固定杆(10-2)、四个弹簧(10-3)、四个滑块(10-4)、四个活动杆(10-5)，所述固定筒(10-1)的上端与所述垂臂组件(6)的下端固定连接，所述夹具组件(8)的上端插入所述固定筒(10-1)的内部，且两者连接处设有弹性件(10-6)，两个所述固定杆(10-2)对称设置，且其一端与所述垂臂组件(6)的下端连接，另一端与所述固定筒(10-1)的底壁连接；两个所述弹簧(10-3)对称套设在所述固定杆(10-2)上，且所述弹簧(10-3)的一端与所述垂臂组件(6)的下端或所述固定筒(10-1)的底壁固定连接，另一端与滑动连接在所述固定杆(10-2)上的所述滑块(10-4)固定连接；所述活动杆(10-5)的一端与所述滑块(10-4)铰接，另一端与对应的所述夹具组件(8)的侧壁铰接。

10.根据权利要求8所述的一种四路旋转座式助力机械手，其特征在于，所述夹具组件(8)夹持所述重物的最大重量计算方法如下：

步骤A1：计算所述夹爪板(8-1)的夹持力F_A：

F_A＝KP

其中，K为所述夹爪板(8-1)的夹紧力系数，P为所述控制气缸(8-2)内的气体压力；

步骤A2：计算所述电磁铁吸盘(8-3)的磁吸力F_B：

其中，μ₀为空气导磁系数，s为所述电磁铁吸盘(8-3)的表面积，B为所述电磁铁吸盘(8-3)产生的磁场强度，ds为所述电磁铁吸盘(8-3)的单元表面积；

步骤A3：计算被所述夹具组件(8)夹紧的所述重物的最大静摩擦力F_C：

其中，m为所述夹爪板(8-1)的总数量，dH_n(t)为t时刻第n个所述夹爪板(8-1)与所述重物相对预滑动的位移；

步骤A4：计算所述夹具组件(8)能够夹持所述重物的最大重量G：

其中，ε为安全系数。

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