CN113442159A - 一种基于绳索驱动的机器人末端执行抓手 - Google Patents

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石文平
刘涛
李松恒
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    • B25J15/0233—Gripping heads and other end effectors servo-actuated comprising articulated grippers actuated by chains, cables or ribbons

Abstract

本发明涉及一种基于绳索驱动的机器人末端执行抓手，底座与步进电机支架相连，步进电机支架上安装有步进电机，步进电机的输出轴连接有绕线装置；底座的外围沿圆周方向均布有多个连杆，每个连杆的一端均与底座铰接，另一端均铰接有夹持爪子；中间往复滑动座可相对移动地套设在底座上，在中间往复滑动座与底座之间设有拉簧，拉簧的两端分别与中间往复滑动座及底座相连；各夹持爪子的上端分别与中间往复滑动座铰接，下端为夹持端；中间往复滑动座上安装有定滑轮A，底座上安装有定滑轮B，绳索的上端缠绕在绕线装置上，下端分别由定滑轮B及定滑轮A绕过后连接于中间往复滑动座。本发明结构采用单电机驱动，较传统抓手而言，电机数量少，结构简单。

Description

一种基于绳索驱动的机器人末端执行抓手
技术领域
本发明涉及机器人末端抓手，具体地说是一种基于绳索驱动的机器人末端执行抓手。
背景技术
随着机器人技术的发展，各个领域将成为机器人应用的广阔天地。目前，机器人末端抓手应用更为广泛，已在消防、核工业、石化行业、建筑行业、高空作业等危险领域得到了广泛应用；其目的是代替人手，给人类带来了极大的工作效益和安全保障，从而受到人们的高度重视。基于绳索驱动的机器人末端执行抓手不断地扩充着机器人的应用领域，基于绳索驱动的机器人末端执行抓手的研究与应用是机器人抓手发展的主要趋势之一。
发明内容
为了适应机器人抓手的发展，本发明的目的在于提供一种基于绳索驱动的机器人末端执行抓手。该机器人末端执行抓手通过单个步进电机对绳索进行缠绕拉伸，进而控制末端执行抓手的开合，总体结构轻盈紧凑，控制精巧，应用场所广泛，连续变形能力强。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
本发明包括步进电机支架、夹持爪子、连杆、步进电机、中间往复滑动座、拉簧、底座及绳索，其中底座与步进电机支架相连，所述步进电机支架上安装有步进电机，所述步进电机的输出轴连接有绕线装置；所述底座的外围沿圆周方向均布有多个连杆，每个所述连杆的一端均与所述底座铰接，另一端均铰接有所述夹持爪子；所述中间往复滑动座可相对移动地套设在底座上，在所述中间往复滑动座与底座之间设有拉簧，所述拉簧的两端分别与所述中间往复滑动座及底座相连；各所述夹持爪子的上端分别与所述中间往复滑动座铰接，各所述夹持爪子的下端为夹持端；所述中间往复滑动座上安装有定滑轮A，所述底座上安装有定滑轮B，所述绳索的上端缠绕在所述绕线装置上，下端分别由定滑轮B及定滑轮A绕过后连接于所述中间往复滑动座上；所述步进电机通过绳索驱动中间往复滑动座滑动，进而带动各所述夹持爪子闭合抓取。
其中：所述步进电机的输出轴连接有转轴，该转轴的一端与所述步进电机的输出轴相连，另一端通过轴承转动安装于所述步进电机支架上，所述转轴上设有与转轴连动的所述绕线装置。
所述定滑轮A为多个、沿所述中间往复滑动座的圆周方向均布，所述定滑轮B与定滑轮A数量相同、一一对应，沿所述底座的圆周方向均布；所述绳索为一根，该绳索的上端缠绕在所述绕线装置上，下端分为与所述定滑轮A、定滑轮B数量相同的多股，各股绳索分别由所述定滑轮B及与定滑轮B相对应的定滑轮A绕过，再连接于所述中间往复滑动座上。
所述定滑轮A为多个、沿所述中间往复滑动座的圆周方向均布，所述定滑轮B与定滑轮A数量相同、一一对应，沿所述底座的圆周方向均布；所述绳索为与定滑轮A、定滑轮B数量相同的多根，各根所述绳索的上端分别缠绕在所述绕线装置上，每根所述绳索的下端分别由一个所述定滑轮B及一个所述定滑轮A绕过，再连接于所述中间往复滑动座上，各根所述绳索通过步进电机的驱动同步动作。
所述步进电机支架底面与底座顶面之间加设有顶座，该顶座上开设有穿绳孔，各根所述绳索的下端分别由所述穿绳孔穿过。
所述夹持爪子的上端呈U形、用于与所述中间往复滑动座铰接，所述夹持爪子上开设有条形孔，所述连杆的另一端插入该条形孔中，并与所述夹持爪子铰接。
所述中间往复滑动座为圆环状，外表面沿圆周方向均匀设有多个延伸部B，所述延伸部B沿径向向外延伸而成，该延伸部B的数量与所述夹持爪子的数量相同；每个所述延伸部B的同侧均设有豁口，所述中间往复滑动座上的定滑轮A通过定滑轮支架安装于豁口内。
所述底座的上部为圆柱状、下部为直径大于上部的圆盘状，所述下部的外表面沿圆周方向均匀设有多个延伸部A，所述延伸部A沿径向向外延伸而成，该延伸部A的数量与所述连杆、夹持爪子的数量相同；每个所述延伸部A的同侧均设有凸起，所述凸起与相邻延伸部A之间形成凹槽，所述底座上的定滑轮B通过定滑轮支架安装于凹槽内。
所述连杆的一端呈U形、用于与所述底座铰接，所述连杆的另一端为条状。
所述夹持爪子、连杆、中间往复滑动座及底座形成四连杆机构，所述中间往复滑动座为四连杆机构中的曲柄，进而实现所述夹持爪子的摆动夹持。
本发明的优点与积极效果为：
本发明提供的机器人末端执行抓手结构简单，总体结构轻盈紧凑，运动灵活，控制精巧，应用场所广泛，可对设定尺寸范围的物体进行抓取操作，应用领域广泛；与传统抓手相比，具有单电机驱动，环境适应性好等诸多优点；若在末端抓手部位安装记性海绵，也可用于软体抓取。
附图说明
图1为本发明的结构主视图；
图2为本发明的立体结构示意图之一；
图3为本发明的立体结构示意图之二；
图4为本发明夹持爪子的结构示意图；
图5为本发明底座的结构示意图；
图6为本发明中间往复滑动座的结构示意图；
图7为本发明连杆的结构示意图；
图8为本发明顶座的结构示意图；
图9为本发明定滑轮支架的结构示意图；
图10为本发明步进电机支架的结构示意图；
图11为本发明安装垫片的结构示意图；
其中：1为步进电机支架，2为轴承，3为顶座，4为夹持爪子，5为连杆，6为安装垫片，7为步进电机，8为中间往复滑动座，9为拉簧，10为底座，11为定滑轮支架，12为定滑轮A，13为定滑轮B，14为条形孔，15为延伸部A，16为凸起，17为凹槽，18为延伸部B，19为豁口，20为穿绳孔。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详述。
如图1～3所示，本发明包括步进电机支架1、夹持爪子4、连杆5、安装垫片6、步进电机7、中间往复滑动座8、拉簧9、底座10及绳索，其中底座10与步进电机支架1相连，步进电机支架1上安装有步进电机7，步进电机7通过螺栓固定在步进电机支架1上，并在步进电机7与步进电机支架1之间加设安装垫片6，步进电机7的输出轴连接有绕线装置；底座10的外围沿圆周方向均布有多个连杆5，每个连杆5的一端均与底座10铰接，另一端均铰接有夹持爪子4；中间往复滑动座8可相对移动地套设在底座10上，在中间往复滑动座8与底座10之间设有拉簧9，拉簧9的两端分别与中间往复滑动座8及底座10相连；各夹持爪子4的上端分别与中间往复滑动座8铰接，各夹持爪子4的下端为夹持端；中间往复滑动座8上安装有定滑轮A12，底座10上安装有定滑轮B13，绳索的上端缠绕在绕线装置上，下端分别由定滑轮B13及定滑轮A12绕过后连接于中间往复滑动座8上；步进电机7通过绳索驱动中间往复滑动座8滑动，进而带动各夹持爪子4闭合抓取。
如图1～3及图10、图11所示，本实施例的步进电机7的输出轴连接有转轴，该转轴的一端与步进电机7的输出轴通过联轴器相连，另一端通过轴承2转动安装于步进电机支架1上，避免悬臂结构，提高运动稳定性以及转轴的刚度。转轴上设有与转轴连动的绕线装置，本实施例的绕线装置为现有技术中的卷筒。
如图1～3及图5所示，本实施例的中间往复滑动座8为圆环状，外表面沿圆周方向均匀设有多个(本实施例为三个)延伸部B8，延伸部B8沿径向向外延伸而成，该延伸部B8的数量与夹持爪子4的数量相同；每个延伸部B8的同侧均设有豁口19，中间往复滑动座8上的定滑轮A12通过定滑轮支架11安装于豁口19内。
如图1～3及图6所示，本实施例的底座10的上部为圆柱状、下部为直径大于上部的圆盘状，下部的外表面沿圆周方向均匀设有多个(本实施例为三个)延伸部A15，延伸部A15沿径向向外延伸而成，该延伸部A15的数量与连杆5、夹持爪子4及延伸部B18的数量相同；每个延伸部A15的同侧均设有凸起16，凸起16与相邻延伸部A15之间形成凹槽17，底座10上的定滑轮B13通过定滑轮支架11安装于凹槽17内。拉簧9及圆环状的中间往复滑动座8分别套设在底座10圆柱状的上部，中间往复滑动座8通过拉簧9的支撑呈浮动状，可以相对底座10上下滑动。
如图9所示，本实施例的定滑轮支架11底部为平板状，用于固定在豁口19或凹槽17内，平板上方设有一U形部，定滑轮A12或定滑轮B13容置于U形部内，定滑轮A12或定滑轮B13的轮轴转动安装于U形部上。
如图1～3及图4、图7所示，本实施例的连杆5的一端呈U形、用于与底座10上的延伸部A15铰接，连杆5的另一端为条状。本实施例的夹持爪子4的上端呈U形、用于与中间往复滑动座8上的延伸部B18铰接，夹持爪子4上开设有条形孔14，连杆5的另一端插入该条形孔14中，并与夹持爪子4铰接。
本实施例的定滑轮A12为多个、沿中间往复滑动座8的圆周方向均布，定滑轮B13与定滑轮A12数量相同、一一对应，沿底座10的圆周方向均布。本实施例的绳索为一根，该绳索的上端缠绕在绕线装置上，下端分为与定滑轮A12、定滑轮B13数量相同的多股，各股绳索分别由定滑轮B13及与定滑轮B13相对应的定滑轮A12绕过，再连接于中间往复滑动座8上。或者，如图1～3及图8所示，本实施例的步进电机支架1底面与底座10顶面之间加设有顶座3，顶座3与底座10及步进电机支架1通过螺栓进行固定，该顶座3上开设有穿绳孔20；本实施例的绳索为与定滑轮A12、定滑轮B13数量相同的多根，各根绳索的上端分别缠绕在绕线装置上，每根绳索的下端分别由顶座3上的穿绳孔20穿过，再分别由一个定滑轮B13及一个定滑轮A12绕过，最后连接于中间往复滑动座8上，各根绳索通过步进电机7的驱动同步动作。
本发明的工作原理为：
通过arduino控制板对步进电机7进行程序输入，使步进电机7可以按照要求进行正反转。本发明中的夹持爪子4、连杆5、中间往复滑动座8及底座10巧妙地形成了四连杆机构，中间往复滑动座8充当四连杆机构中的曲柄，从而实现夹持爪子4的摆动，也就是夹持动作。步进电机7正转，驱动绳索呈卷收状态，绳索经定滑轮B13、定滑轮A12换向后，使中间往复滑动座8向上滑动，中间往复滑动座8克服拉簧9的拉力作用，带动各夹持爪子4闭合抓取。步进电机7反转，拉簧9使中间往复滑动座8向下滑动，进而带动各夹持爪子4张开。

Claims (10)

1.一种基于绳索驱动的机器人末端执行抓手，其特征在于：包括步进电机支架(1)、夹持爪子(4)、连杆(5)、步进电机(7)、中间往复滑动座(8)、拉簧(9)、底座(10)及绳索，其中底座(10)与步进电机支架(1)相连，所述步进电机支架(1)上安装有步进电机(7)，所述步进电机(7)的输出轴连接有绕线装置；所述底座(10)的外围沿圆周方向均布有多个连杆(5)，每个所述连杆(5)的一端均与所述底座(10)铰接，另一端均铰接有所述夹持爪子(4)；所述中间往复滑动座(8)可相对移动地套设在底座(10)上，在所述中间往复滑动座(8)与底座(10)之间设有拉簧(9)，所述拉簧(9)的两端分别与所述中间往复滑动座(8)及底座(10)相连；各所述夹持爪子(4)的上端分别与所述中间往复滑动座(8)铰接，各所述夹持爪子(4)的下端为夹持端；所述中间往复滑动座(8)上安装有定滑轮A(12)，所述底座(10)上安装有定滑轮B(13)，所述绳索的上端缠绕在所述绕线装置上，下端分别由定滑轮B(13)及定滑轮A(12)绕过后连接于所述中间往复滑动座(8)上；所述步进电机(7)通过绳索驱动中间往复滑动座(8)滑动，进而带动各所述夹持爪子(4)闭合抓取。
2.根据权利要求1所述基于绳索驱动的机器人末端执行抓手，其特征在于：所述步进电机(7)的输出轴连接有转轴，该转轴的一端与所述步进电机(7)的输出轴相连，另一端通过轴承(2)转动安装于所述步进电机支架(1)上，所述转轴上设有与转轴连动的所述绕线装置。
3.根据权利要求1所述基于绳索驱动的机器人末端执行抓手，其特征在于：所述定滑轮A(12)为多个、沿所述中间往复滑动座(8)的圆周方向均布，所述定滑轮B(13)与定滑轮A(12)数量相同、一一对应，沿所述底座(10)的圆周方向均布；所述绳索为一根，该绳索的上端缠绕在所述绕线装置上，下端分为与所述定滑轮A(12)、定滑轮B(13)数量相同的多股，各股绳索分别由所述定滑轮B(13)及与定滑轮B(13)相对应的定滑轮A(12)绕过，再连接于所述中间往复滑动座(8)上。
4.根据权利要求1所述基于绳索驱动的机器人末端执行抓手，其特征在于：所述定滑轮A(12)为多个、沿所述中间往复滑动座(8)的圆周方向均布，所述定滑轮B(13)与定滑轮A(12)数量相同、一一对应，沿所述底座(10)的圆周方向均布；所述绳索为与定滑轮A(12)、定滑轮B(13)数量相同的多根，各根所述绳索的上端分别缠绕在所述绕线装置上，每根所述绳索的下端分别由一个所述定滑轮B(13)及一个所述定滑轮A(12)绕过，再连接于所述中间往复滑动座(8)上，各根所述绳索通过步进电机(7)的驱动同步动作。
5.根据权利要求4所述基于绳索驱动的机器人末端执行抓手，其特征在于：所述步进电机支架(1)底面与底座(10)顶面之间加设有顶座(3)，该顶座(3)上开设有穿绳孔(20)，各根所述绳索的下端分别由所述穿绳孔(20)穿过。
6.根据权利要求1所述基于绳索驱动的机器人末端执行抓手，其特征在于：所述夹持爪子(4)的上端呈U形、用于与所述中间往复滑动座(8)铰接，所述夹持爪子(4)上开设有条形孔(14)，所述连杆(5)的另一端插入该条形孔(14)中，并与所述夹持爪子(4)铰接。
7.根据权利要求1所述基于绳索驱动的机器人末端执行抓手，其特征在于：所述中间往复滑动座(8)为圆环状，外表面沿圆周方向均匀设有多个延伸部B(8)，所述延伸部B(8)沿径向向外延伸而成，该延伸部B(8)的数量与所述夹持爪子(4)的数量相同；每个所述延伸部B(8)的同侧均设有豁口(19)，所述中间往复滑动座(8)上的定滑轮A(12)通过定滑轮支架(11)安装于豁口(19)内。
8.根据权利要求1所述基于绳索驱动的机器人末端执行抓手，其特征在于：所述底座(10)的上部为圆柱状、下部为直径大于上部的圆盘状，所述下部的外表面沿圆周方向均匀设有多个延伸部A(15)，所述延伸部A(15)沿径向向外延伸而成，该延伸部A(15)的数量与所述连杆(5)、夹持爪子(4)的数量相同；每个所述延伸部A(15)的同侧均设有凸起(16)，所述凸起(16)与相邻延伸部A(15)之间形成凹槽(17)，所述底座(10)上的定滑轮B(13)通过定滑轮支架(11)安装于凹槽(17)内。
9.根据权利要求1所述基于绳索驱动的机器人末端执行抓手，其特征在于：所述连杆(5)的一端呈U形、用于与所述底座(10)铰接，所述连杆(5)的另一端为条状。
10.根据权利要求1所述基于绳索驱动的机器人末端执行抓手，其特征在于：所述夹持爪子(4)、连杆(5)、中间往复滑动座(8)及底座(10)形成四连杆机构，所述中间往复滑动座(8)为四连杆机构中的曲柄，进而实现所述夹持爪子(4)的摆动夹持。
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