CN113119147B - 一种水下液压机械手自适应夹持机构 - Google Patents
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Abstract
本发明属于机器人工程领域，具体地说是一种水下液压机械手自适应夹持机构，夹钳基座安装在夹钳活塞缸上，夹钳活塞杆的活塞端容置在夹钳活塞缸中，另一端由夹钳基座穿过、连接有夹钳驱动块；夹钳推杆的一端通过夹钳连杆短销轴与夹钳驱动块铰接，另一端通过推杆长销轴与夹钳爪铰接，夹钳爪的两侧对称设有夹钳连杆，夹钳连杆的一端通过夹钳连杆长销轴与夹钳基座铰接，另一端通过夹钳连杆长销轴与夹钳爪铰接；夹钳爪与夹钳连杆铰接的夹钳连杆长销轴上安装有双扭簧，双扭簧的两端分别与夹钳爪两侧的夹钳连杆插接，双扭簧的中间部分与夹钳爪抵接。本发明具有结构紧凑、可实现目标物轮廓自适应夹持、夹持力大、故障率低等优点。
Description
技术领域
本发明属于机器人工程领域，具体地说是一种水下液压机械手自适应夹持机构。
背景技术
目前在水下作业场合多数采用液压机械手，液压机械手末端执行器的性能对机械手的整体性能具有很重要的作用，越来越多的场合需要夹持机构具有对被夹持物外轮廓的自适应能力，实现稳定闭合夹持，现有的自适应夹持机构多数结构复杂笨重，实用性较差，研制出性能稳定，结构紧凑的液压机械手自适应夹持机构已成为亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种水下液压机械手自适应夹持机构。该自适应夹持机构可应用于陆地和海洋领域的液压机械手末端执行机构，可实现对被夹持物外轮廓的自适应夹持。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
本发明包括夹钳活塞缸、夹钳基座、夹钳活塞杆、夹钳驱动块及夹持组件，其中夹钳基座安装在夹钳活塞缸上，所述夹钳活塞杆的活塞端容置在夹钳活塞缸中，另一端由所述夹钳基座穿过、连接有夹钳驱动块；所述夹钳驱动块的两侧对称设有夹持组件，每侧夹持组件均包括夹钳推杆、夹钳连杆和夹钳爪，该夹钳推杆的一端通过夹钳连杆短销轴与夹钳驱动块铰接，另一端通过推杆长销轴与夹钳爪铰接，所述夹钳爪的两侧对称设有夹钳连杆，该夹钳连杆的一端通过夹钳连杆长销轴与所述夹钳基座铰接，另一端通过夹钳连杆长销轴与所述夹钳爪铰接；所述夹钳爪与夹钳连杆铰接的夹钳连杆长销轴上安装有双扭簧，该双扭簧的两端分别与夹钳爪两侧的夹钳连杆插接，所述双扭簧的中间部分与夹钳爪抵接；所述夹钳活塞缸驱动夹钳活塞杆伸缩，该夹钳活塞杆通过夹钳驱动块带动夹钳推杆，驱动夹钳爪和夹钳连杆实现夹持动作或张开动作；在夹持过程中，所述夹钳爪克服双扭簧弹力相对夹钳连杆转动，并在夹持完毕后通过所述双扭簧复位。
其中：所述夹钳基座、夹钳连杆、夹钳爪、夹钳推杆、夹钳驱动块及夹钳活塞杆构成滑块五连杆机构，每侧所述夹持组件中的夹钳推杆位于两侧夹钳连杆中间。
所述夹钳连杆与夹钳爪铰接的一端设有限制夹钳爪相对夹钳连杆最大张开角度的限位凸起。
所述夹钳基座的一端插设在夹钳活塞缸内，另一端开有通过夹钳连杆长销轴与夹钳连杆铰接的销轴安装孔，所述安装孔内安装有滑动轴承；所述夹钳基座与夹钳活塞杆密封连接，在夹钳基座的中间开有供夹钳活塞杆穿过的活塞孔，该活塞孔的孔壁开有容置斯特封、导向带及防尘圈的安装槽，所述夹钳基座位于夹钳活塞缸内一端的外表面开有容置O形密封圈的安装槽。
所述夹钳基座通过螺栓固定在夹钳活塞缸上，在夹钳基座上还开有便于安装牺牲阳极的螺纹孔；所述夹钳连杆长销轴的两端通过锁紧螺母锁紧，并在锁紧螺母与夹钳连杆之间设有套在夹钳连杆长销轴上的垫片。
所述夹钳活塞杆与夹钳活塞缸的内壁密封连接，在夹钳活塞杆活塞端的外表面开有容置格莱圈及导向带的安装槽，所述夹钳活塞杆的另一端开有便于安装所述夹钳驱动块的螺纹孔。
所述夹钳驱动块通过沉头螺栓与夹钳活塞杆固接，在夹钳驱动块的中间开有供沉头螺栓穿过的通孔，该通孔为沉孔；所述夹钳驱动块通孔上方的两侧分别开有通过夹钳推杆短销轴与夹钳推杆铰接的销轴孔，该销轴孔内安装有滑动轴承。
所述夹钳推杆短销轴的两端通过锁紧螺母锁紧，并在锁紧螺母与夹钳驱动块之间设有套在夹钳推杆短销轴上的垫片。
所述夹钳爪的底部开有与夹钳连杆铰接的销轴孔，该销轴孔内安装有滑动轴承。
所述夹钳爪用于夹持的内侧分别开有防滑槽及十字槽，所述夹钳爪的外侧设有加强筋。
本发明的优点与积极效果为：
1.可实现自适应夹持；相比平行夹钳或开口式夹钳，本发明可根据被夹持物的外轮廓自适应夹持，可实现包络夹持，夹持效果更加稳定，有效避免夹持物脱落，同时可防止夹持力过大破坏被夹持物。
2.夹持力大；本发明采用自适应机构实现柔性夹持，零部件均采用相对高强度的金属材料，相比采用柔性夹爪的自适应夹持机构具有夹持力大、负载能力强、可维护性好等优点。
3.性能可靠、寿命长；本发明中的相对转动的零部件采用带滑动轴承的铰接式连接，平面接触的零部件之间采用滑动垫片，这种设计降低了零部件之间的摩擦力，同时也避免了金属之间的摩擦损耗，大大提高了可靠性和使用寿命。
附图说明
图1为本发明的结构主视图；
图2为图1的侧视剖视图；
图3为本发明夹钳连杆与夹钳爪铰接一端的结构示意图；
图4为本发明夹钳爪闭合状态的结构示意图；
图5为本发明夹钳爪张开状态的结构示意图；
图6为本发明夹持不规则外轮廓物体的自适应夹持工作状态图；
图7为本发明夹持规则外轮廓物体的夹持工作状态图；
其中：1为夹钳活塞缸，2为夹钳基座，3为夹钳活塞杆，4为夹钳驱动块，5为夹钳推杆，6为夹钳爪保持连杆，7为夹钳爪，8为夹钳连杆长销轴，9为夹钳推杆短销轴，10为锁紧螺帽，11为滑动轴承，12为垫片，13为O形密封圈，14为沉头螺栓，15为加强筋，16为防滑槽，17为十字槽，18为进出油口，19为无杆腔，20为有杆腔，21为双扭簧，22为推杆长销轴，23为限位凸起。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详述。
如图1、图2所示，本发明包括夹钳活塞缸1、夹钳基座2、夹钳活塞杆3、夹钳驱动块4及夹持组件，其中夹钳基座2安装在夹钳活塞缸1上，夹钳活塞杆3通过夹钳驱动块4推动夹钳推杆5，进而驱动夹钳爪7的夹持或张开动作；每两个轴孔配合的零件之间安装有滑动轴承11，表面贴合配合的零件之间设有垫片12，该垫片12安装在每两个零件平面接触的位置，用于调整间隙和避免金属之间的硬摩擦；零件之间的铰接通过夹钳连杆长销轴8、夹钳推杆短销轴9和推杆长销轴22实现，销轴两端通过锁紧螺母10锁紧；夹钳活塞杆3与夹钳基座2之间的密封通过斯特封配合导向带和防尘圈实现，夹钳活塞杆3与夹钳活塞缸1之间的密封通过格莱圈和导向带实现。
夹钳基座2上开有四个通孔，通过四个螺栓固定在夹钳活塞缸1上；夹钳基座2的一端插设在夹钳活塞缸1内，另一端为“U”形，“U”形的两边分别开有销轴安装孔，该销轴安装孔内设有滑动轴承11。在夹钳基座2的中间开有活塞孔，该活塞孔的孔壁开有容置斯特封、导向带及防尘圈的安装槽，夹钳基座2位于夹钳活塞缸1内一端的外表面开有容置O形密封圈13的安装槽。在夹钳基座2上还开有便于安装牺牲阳极的螺纹孔。
夹钳活塞杆3的活塞端容置在夹钳活塞缸1中，并与夹钳活塞缸1的内壁密封连接，在夹钳活塞杆3活塞端的外表面开有容置格莱圈及导向带的安装槽；夹钳活塞杆3的另一端由夹钳基座2中间的活塞孔穿过，在夹钳活塞杆3的另一端沿轴向开有螺纹孔，以便安装夹钳驱动块4。
在夹钳驱动块4的中间开有供沉头螺栓14穿过的通孔，该通孔为沉孔；夹钳驱动块4通过沉头螺栓14与夹钳活塞杆3固接，沉头螺栓14由夹钳驱动块4中间的通孔穿过，并与夹钳活塞杆3另一端的螺纹孔螺纹连接。在夹钳驱动块4通孔上方的两侧分别开有销轴孔，该销轴孔内安装有滑动轴承11。
在夹钳驱动块4的两侧对称设有夹持组件，每侧夹持组件均包括夹钳推杆5、夹钳连杆6和夹钳爪7，两侧夹持组件中的夹钳爪7用于夹持的内侧分别开有防滑槽16及十字槽17，外侧分别设有加强筋15。每个夹钳爪7的两侧对称设有夹钳连杆6，该夹钳连杆6的一端通过夹钳连杆长销轴8与夹钳基座2铰接，另一端通过夹钳连杆长销轴8与夹钳爪7铰接。夹钳爪7的底部开有销轴孔，该销轴孔内安装有滑动轴承11；夹钳连杆6的另一端通过夹钳连杆长销轴8与夹钳爪7铰接，该夹钳连杆长销轴8穿过夹钳爪7底部开设的销轴孔，两端通过锁紧螺母10锁紧，并在锁紧螺母10与夹钳连杆6之间设有套在夹钳连杆长销轴8上的垫片12。夹钳连杆6的一端通过夹钳连杆长销轴8与夹钳基座2铰接，该夹钳连杆长销轴8穿过夹钳基座2上开设的销轴安装孔，两端通过锁紧螺母10锁紧，并在锁紧螺母10与夹钳连杆6之间设有套在夹钳连杆长销轴8上的垫片12。
每个夹钳爪7分别通过一个夹钳推杆5与夹钳驱动块4铰接，夹钳推杆5位于夹钳爪7两侧的夹钳连杆6之间的外侧。夹钳推杆5的一端通过夹钳推杆短销轴9与夹钳驱动块4铰接，夹钳连杆短销轴9穿过夹钳驱动块4上开设的销轴孔，夹钳推杆5的另一端通过推杆长销轴22与夹钳爪7铰接，夹钳爪7与推杆长销轴22过盈配合；夹钳爪7与夹钳连杆6铰接的夹钳连杆长销轴8上安装有双扭簧21，该双扭簧21位于夹钳爪7两侧夹钳连杆6的中间，双扭簧21的两端分别与夹钳爪7两侧的夹钳连杆6插接，双扭簧21的中间部分与夹钳爪7抵接。本实施例的夹钳基座2、夹钳连杆6、夹钳爪7、夹钳推杆5、夹钳驱动块4及夹钳活塞杆3构成滑块五连杆机构，这种机构为非稳定机构，可根据被夹持物的外轮廓改变夹持姿势，直至夹紧。
如图3所示，本实施例的夹钳连杆6与夹钳爪7铰接的一端设有限位凸起23，限制夹钳爪7相对夹钳连杆6最大张开角度。
本发明的工作原理为：
夹钳活塞缸1驱动夹钳活塞杆3伸缩，该夹钳活塞杆3通过夹钳驱动块4带动夹钳推杆5，进而驱动夹钳爪7和夹钳连杆6实现张开和闭合。在夹持过程中，夹钳爪7克服双扭簧21弹力相对夹钳连杆6转动，并在夹持完毕后通过双扭簧21复位。具体为：
工作时，将液压管路连接到夹钳活塞缸1上的进出油口18，当无杆腔19进高压油时，夹钳活塞杆3伸出，通过夹钳驱动块4推动夹钳推杆5，结合双扭簧21驱使夹钳爪7相对夹钳连杆6张开功能，在空载时可优先驱动夹钳爪7相对夹钳连杆6以张开姿态同时夹持或张开；当夹钳连杆6遇到物体时停止动作，夹钳爪7继续相对夹钳连杆6闭合，最终实现轮廓自适应夹持(如图4～7所示)。当有杆腔20进高压油时，夹钳活塞杆3缩回，结合双扭簧21驱使夹钳爪7相对夹钳爪保持连杆6张开功能，有限驱动夹钳爪7相对夹钳连杆6的张开动作，并最终完全展开，且夹钳连杆6与夹钳爪7铰接的一端设置有限位凸起23，限制夹钳爪7相对夹钳连杆6最大张开角度。
综上所述，本发明给出了一种水下液压机械手自适应夹持机构，它具有可实现自适应夹持、夹持力大、性能可靠、寿命长等诸多优点，是一种稳定可靠的末端执行机构。
Claims (9)
1.一种水下液压机械手自适应夹持机构，其特征在于：包括夹钳活塞缸（1）、夹钳基座（2）、夹钳活塞杆（3）、夹钳驱动块（4）及夹持组件，其中夹钳基座（2）安装在夹钳活塞缸（1）上，所述夹钳活塞杆（3）的活塞端容置在夹钳活塞缸（1）中，另一端由所述夹钳基座（2）穿过、连接有夹钳驱动块（4）；所述夹钳驱动块（4）的两侧对称设有夹持组件，每侧夹持组件均包括夹钳推杆（5）、夹钳连杆（6）和夹钳爪（7），该夹钳推杆（5）的一端通过夹钳推杆短销轴（9）与夹钳驱动块（4）铰接，另一端通过推杆长销轴（22）与夹钳爪（7）铰接，所述夹钳爪（7）的两侧对称设有夹钳连杆（6），该夹钳连杆（6）的一端通过夹钳连杆长销轴（8）与所述夹钳基座（2）铰接，另一端通过夹钳连杆长销轴（8）与所述夹钳爪（7）铰接；所述夹钳爪（7）与夹钳连杆（6）铰接的夹钳连杆长销轴（8）上安装有双扭簧（21），该双扭簧（21）的两端分别与夹钳爪（7）两侧的夹钳连杆（6）插接，所述双扭簧（21）的中间部分与夹钳爪（7）抵接；所述夹钳活塞缸（1）驱动夹钳活塞杆（3）伸缩，该夹钳活塞杆（3）通过夹钳驱动块（4）带动夹钳推杆（5），驱动夹钳爪（7）和夹钳连杆（6）实现夹持动作或张开动作；在夹持过程中，所述夹钳爪（7）克服双扭簧（21）弹力相对夹钳连杆（6）转动，并在夹持完毕后通过所述双扭簧（21）复位；
所述夹钳连杆（6）与夹钳爪（7）铰接的一端设有限制夹钳爪（7）相对夹钳连杆（6）最大张开角度的限位凸起（23）。
2.根据权利要求1所述的水下液压机械手自适应夹持机构，其特征在于：所述夹钳基座（2）、夹钳连杆（6）、夹钳爪（7）、夹钳推杆（5）、夹钳驱动块（4）及夹钳活塞杆（3）构成滑块五连杆机构，每侧所述夹持组件中的夹钳推杆（5）位于两侧夹钳连杆（6）中间。
3.根据权利要求1所述的水下液压机械手自适应夹持机构，其特征在于：所述夹钳基座（2）的一端插设在夹钳活塞缸（1）内，另一端开有通过夹钳连杆长销轴（8）与夹钳连杆（6）铰接的销轴安装孔，所述安装孔内安装有滑动轴承（11）；所述夹钳基座（2）与夹钳活塞杆（3）密封连接，在夹钳基座（2）的中间开有供夹钳活塞杆（3）穿过的活塞孔，该活塞孔的孔壁开有容置斯特封、导向带及防尘圈的安装槽，所述夹钳基座（2）位于夹钳活塞缸（1）内一端的外表面开有容置O形密封圈（13）的安装槽。
4.根据权利要求3所述的水下液压机械手自适应夹持机构，其特征在于：所述夹钳基座（2）通过螺栓固定在夹钳活塞缸（1）上，在夹钳基座（2）上还开有便于安装牺牲阳极的螺纹孔；所述夹钳连杆长销轴（8）的两端通过锁紧螺母（10）锁紧，并在锁紧螺母（10）与夹钳连杆（6）之间设有套在夹钳连杆长销轴（8）上的垫片（12）。
5.根据权利要求1所述的水下液压机械手自适应夹持机构，其特征在于：所述夹钳活塞杆（3）与夹钳活塞缸（1）的内壁密封连接，在夹钳活塞杆（3）活塞端的外表面开有容置格莱圈及导向带的安装槽，所述夹钳活塞杆（3）的另一端开有便于安装所述夹钳驱动块（4）的螺纹孔。
6.根据权利要求1所述的水下液压机械手自适应夹持机构，其特征在于：所述夹钳驱动块（4）通过沉头螺栓（14）与夹钳活塞杆（3）固接，在夹钳驱动块（4）的中间开有供沉头螺栓（14）穿过的通孔，该通孔为沉孔；所述夹钳驱动块（4）通孔上方的两侧分别开有通过夹钳推杆短销轴（9）与夹钳推杆（5）铰接的销轴孔，该销轴孔内安装有滑动轴承（11）。
7.根据权利要求6所述的水下液压机械手自适应夹持机构，其特征在于：所述夹钳推杆短销轴（9）的两端通过锁紧螺母（10）锁紧，并在锁紧螺母（10）与夹钳驱动块（4）之间设有套在夹钳推杆短销轴（9）上的垫片（12）。
8.根据权利要求1所述的水下液压机械手自适应夹持机构，其特征在于：所述夹钳爪（7）的底部开有与夹钳连杆（6）铰接的销轴孔，该销轴孔内安装有滑动轴承（11）。
9.根据权利要求1所述的水下液压机械手自适应夹持机构，其特征在于：所述夹钳爪（7）用于夹持的内侧分别开有防滑槽（16）及十字槽（17），所述夹钳爪（7）的外侧设有加强筋（15）。
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