CN113561215B - 一种变姿态关节型灵巧手 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种变姿态关节型灵巧手,属于机械手技术领域。一种变姿态关节型灵巧手,包括:底座以及分别设置在底座上的顶紧组件和夹紧组件;顶紧组件与底座滑动配合;夹紧组件包括:多个连接在底座边缘并且可进行形态变化的多连杆手指。本发明通过在底座上设置顶紧组件和夹紧组件,并于夹紧组件上设有可变换多种抓取形态的多连杆手指,当需要抓取物件时,使用顶紧组件对物件顶面进行顶紧,多连杆手指对物件外侧进行抓紧,通过顶紧组件和夹紧组件的配合完成对物件的抓取,从而实现面对物体复杂轮廓情况下的抓取功能。
Description
技术领域
本发明涉及机械手技术领域,具体涉及一种变姿态关节型灵巧手。
背景技术
机械手是一种能模仿人手和臂的某些动作功能,用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。特点是可以通过编程来完成各种预期的作业,构造和性能上兼有人和机械手机器各自的优点。机械手是最早出现的工业机器人,也是最早出现的现代机器人,它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化,能在有害环境下操作以保护人身安全,因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。现有技术中,机械手的抓取结构相对单一,无法适应复杂情况下的抓取任务。
发明内容
本发明的目的在于提供一种变姿态关节型灵巧手,以解决现有抓取结构相对单一,无法完成复杂情况下的抓取任务的问题。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下:
一种变姿态关节型灵巧手,包括:底座以及分别设置在底座上的顶紧组件和夹紧组件;顶紧组件与底座滑动配合;夹紧组件包括:多个连接在底座边缘并且可进行形态变化的多连杆手指。
本发明通过在底座上设置顶紧组件和夹紧组件,并且夹紧组件上设有可变换多种抓取形态的多连杆手指,当需要抓取物件时,使用顶紧组件对物件顶面进行顶紧,多连杆手指对物件外侧进行抓紧,通过顶紧组件和夹紧组件的配合完成对物件的抓取,从而完成复杂条件下的抓取任务。
进一步地,上述多连杆手指包括:支架、滑块、第一支杆、第二支杆、第三支杆、第四支杆、第五支杆、转动件和随动件,支架设置在底座边缘,滑块滑动设置在支架上;转动件包括:第一角、第二角和第三角,随动件包括:第四角、第五角和第六角;第一支杆端部与滑块铰接,另一端与转动件的第二角铰接;转动件上第一角以及第二支杆的端部分别与支架底端铰接,第二支杆的另一端与随动件的第四角连接;并且第二支杆的数量为两根,转动件从两根第二支杆之间穿过;第三支杆的端部与转动件的第三角铰接,另一端与随动件的第五角铰接;随动件的第五角还铰接有第五支杆,随动件的第六角与第四支杆的端部铰接,第四支杆的另一端与第五支杆铰接。
本发明的多连杆手指各部件有序连接,在需要抓取物件时,滑块沿支架进行滑动,使第一支杆和转动件进行转动,并带动第二支杆和第三支杆进行位置变化,第二支杆与物件侧面抵住,第三支杆带动随动件转动,并使第五支杆的端部与物件接触,从而对物件进行夹紧。
进一步地,上述第二支杆上设置有接触垫块,第五支杆远离随动件的端部也设置有夹紧垫块。
本发明通过设置接触垫块和夹紧垫块,从而避免第二支杆和第五支杆与物件直接接触,避免对物件造成损伤。
进一步地,上述底座包括:两个相连接的圆盘,圆盘上开设有滑孔,顶紧组件与圆盘上的滑孔滑动配合,圆盘上还开设有环形分布的固定孔。
进一步地,上述顶紧组件包括:设置在圆盘顶面的顶紧驱动件以及与顶紧驱动件连接的顶紧杆件,顶紧杆件贯穿滑孔。
本发明的顶紧驱动件带动顶紧杆件沿滑孔进行滑动,从而与被抓取物料的顶面接触并顶紧。
进一步地,上述顶紧杆件远离顶紧驱动件的端部设置有凸台。
本发明通过设置凸台可增加顶紧杆件与物料顶面的接触表面积,避免顶紧力度过大对物件造成损伤。
进一步地,上述圆盘的边缘分别设有多个滑动组件,多连杆手指与滑动组件连接
本发明通过设置多个分别与多连杆手指连接的滑动组件,使得多连杆手指之间的相对位置可进行改变,配合多连杆手指的不同抓取姿态,形成不同的手指抓取组合,从而方便对各种形态的物件进行针对性的抓取。
进一步地,上述圆盘的两面分别开设有环形滚槽,滑动组件包括:卡接块、设置在卡接块上的减速电机以及与减速电机连接的摩擦滚动机构,卡接块的内侧面开设有与圆盘外壁配合的卡槽,卡接块的外侧面与多连杆手指连接,摩擦滚动机构与环形滚槽滚动配合。
本发明的滑动组件上设有摩擦滚动机构,减速电机驱动摩擦滚动机构沿环形滚槽移动,并且卡接块通过卡槽与圆盘外臂滑动配合,从而带动多连杆手指沿圆盘外壁进行圆周运动。
进一步地,上述摩擦滚动机构包括:与减速电机连接的主动轮以及两个分别与主动轮相接触的摩擦轮,摩擦轮与环形滚槽滚动接触。
本发明的通过设置摩擦轮方便与环形滚槽接触,避免主动轮与环形滚槽直接接触而存在滚动干涉。
本发明具有以下有益效果:
(1)本发明通过在底座上设置顶紧组件和夹紧组件,并且夹紧组件上设有可变换多种抓取形态的多连杆手指,当需要抓取物件时,使用顶紧组件对物件顶面进行顶紧,多连杆手指对物件外侧进行抓紧,通过顶紧组件和夹紧组件的配合完成对物件的抓取,从而实现面对物体复杂轮廓情况下的抓取功能。
(2)本发明的多连杆手指各部件有序连接,在需要抓取物件时,滑块沿支架进行滑动,使第一支杆和转动件进行转动,并带动第二支杆和第三支杆进行位置变化,第二支杆与物件侧面抵住,第三支杆带动随动件转动,并使第五支杆的端部与物件接触,从而对物件进行夹紧。
(3)本发明通过设置多个分别与多连杆手指连接的滑动组件,使得多连杆手指之间的相对位置可进行改变,配合多连杆手指的不同抓取姿态,形成不同的手指抓取组合,从而方便对各种形态的物件进行针对性的抓取。
附图说明
图1为本发明变姿态关节型灵巧手的结构示意图;
图2为本发明变姿态关节型灵巧手的俯视图;
图3为本发明圆盘的结构示意图;
图4为本发明顶紧组件的结构示意图;
图5为本发明多连杆手指的结构示意图;
图6为本发明多连杆手指的工作原理图一;
图7为本发明多连杆手指的工作原理图二;
图8为本发明滑动组件的结构示意图;
图9为本发明滑动组件的剖视图;
图10为本发明滑动组件的侧视图;
图11为本发明滑动组件的工作原理图。
图中:10-底座;11-圆盘;12-滑孔;13-环形滚槽;20-顶紧组件;21-顶紧驱动件;22-顶紧杆件;23-凸台;30-夹紧组件;31-多连杆手指;32-支架;33-滑块;34-第一支杆;35-第二支杆;36-第三支杆;37-第四支杆;38-第五支杆;39-转动件;40-随动件;41-第一角;42-第二角;43-第三角;44-第四角;45-第五角;46-第六角;48-接触垫块;49-夹紧垫块;50-滑动组件;51-卡接块;52-减速电机;53-摩擦滚动机构;54-卡槽;55-主动轮;56-摩擦轮。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述,所举实例只用于解释本发明,并非用于限定本发明的范围。
实施例
参考图1,一种变姿态关节型灵巧手,包括:底座10以及分别设置在底座10上的顶紧组件20和夹紧组件30。
参照图1、图2和图3,底座10包括:两个相连接的圆盘11,两个圆盘11的中心位置分别设有相对应的滑孔12,顶紧组件20贯穿设置在滑孔12内,从而在抓取物件时对物件的顶面进行顶紧。滑孔12的外侧还开设有固定孔,连接件穿过固定孔从而对两个圆盘11进行连接固定。两个圆盘11的顶面和底面分别开设有环形滚槽13,环形滚槽13上配合有滑动组件50,夹紧组件30连接在滑动组件50上,滑动组件50沿环形滚槽13圆周运动,从而带动夹紧组件30沿圆盘11边缘进行圆周运动。
参照图1和图4,顶紧组件20包括:设置在上层圆盘11顶面的顶紧驱动件21以及与顶紧驱动件21连接的顶紧杆件22,顶紧杆件22分别贯穿两个圆盘11中心的滑孔12,并且可在顶紧驱动件21的驱动作用下沿滑孔12进行轴向移动,从而方便在抓取物件时对物件进行顶紧。顶紧驱动件21可根据现场动力源的设置特点,可以是电机、气缸或者液压缸等常见驱动元件。在顶紧杆件22上远离顶紧驱动件21的端部还设置有凸台23,凸台23的表面积大于顶紧杆件22的截面面积,可增加顶紧杆件22与物件接触的表面积,避免顶紧力度过大对物件造成损伤。
参照图1和图2,夹紧组件30包括:分别连接在滑动组件50上的多连杆手指31,每个多连杆手指31可随滑动组件50沿圆盘11边缘进行圆周运动,从而形成不同类型的抓取组合。本发明中多连杆手指31的数量为四根,可以针对抓取目标的轮廓形状进行调整,可以实现1-1-1-1四指抓取、1-1-1三指抓取、1-1二指抓取、2-2对指抓取、1-3对指抓取、1-2对指抓取的功能。
参照图5、图6和图7,多连杆手指31包括:有序连接的支架32、滑块33、第一支杆34、第二支杆35、第三支杆36、第四支杆37、第五支杆38、转动件39以及随动件40。支架32连接在滑动组件50上,滑块33滑动设置在支架32上,使得滑块33可沿支架32的延伸方向进行移动。转动件39上设有第一角41、第二角42和第三角43,随动件40上设有第四角44、第五角45、第六角46,转动件39和随动件40因机构运动学所以设置为三角形杆件结构。
第一支杆34的端部与滑块33铰接,另一端与转动件39的第二角42铰接;转动件39上第一角41以及第二支杆35的端部分别与支架32的底端铰接,第二支杆35的另一端与随动件40的第四角44铰接;并且第二支杆35的数量为两根,使得转动件39从两根第二之间35之间的间隙穿过,从而提高了转动的稳定性;第三支杆36的端部与转动件39的第三角43铰接,另一端与随动件40的第五角45铰接;随动件40的第五角45还铰接有第五支杆38,随动件40的第六角46与第四支杆37的端部铰接,第四支杆37的另一端还与第五支杆38铰接。
在抓取物件过程中,滑块33沿支架32进行滑动,使第一支杆34和转动件39作相应的转动,并带动第二支杆35和第三支杆36进行位置变化,第二支杆35与物件的侧面接触抵住,第三支杆36则带动随动件40进行转动,并使第五支杆38的端部与物件接触。通过多个多连杆手指31的第五支杆38分别从不同的方向对物件进行夹紧,从而完成物件的抓取任务。
在第二支杆35上还设置有接触垫块48,从而避免第二支杆35与物件抵住的过程中对物件表面造成压伤。第五支杆38远离随动件40的端部也设置有夹紧垫块49,同样用于与物件直接接触,避免第五支杆38的端部对物件造成压伤。
参照图6和图7,从装置侧平面上看,装置运动时,滑块33相对于支架32发生滑动,向右运动时,第五支杆38会逆时针转动,转动到极限位置时,便可进行针对目标物体的抓取。
装置的连杆结构分为两层,当转动件39和随动件40转动时不会发生干涉。多连杆手指31为九杆机构,可动杆件为八个,杆组级别为二级杆组,存在两处复合铰链约束,无虚约束、局部自由度,低副数量为十一个,高副数量为零。当滑块33滑动时,多连杆手指31在竖直方向上做相应的运动,因此可以当作平面连杆机构进行自由度计算,由公式可得该装置自由度为二。其中为活动杆件的个数,为低副个数,为高副个数。
在该发明进行抓取时,各个杆件都会发生旋转,但第二支杆35会由于先触碰到物体表面而无法继续转动,由于该发明在平面上具有两个自由度,此时滑块33仍然在继续运动,因此第五支杆38会继续逆时针转动,直到夹紧物体。
参照图8、图9和图10,滑动组件50包括:卡接块51、设置在卡接块51上的减速电机52以及与减速电机52连接的摩擦滚动机构53,减速电机52用于提供摩擦滚动机构53提供动力源,使得摩擦滚动机构53可沿环形滚槽13进行滚动,从而带动夹紧组件30进行移动。并且在卡接块51的内侧面上开设有卡槽54,卡接块51通过卡槽54套设在圆盘11的外壁上,并与圆盘11滑动配合,随摩擦滚动机构53作相应的移动;卡接块51的外侧面与支架32连接。摩擦滚动机构53包括:与减速电机52输出轴连接的主动轮55以及两个分别与主动轮55接触的摩擦轮56,主动轮55并不与环形滚槽13直接接触,而是由减速电机52带动主动轮55转动,主动轮55转动的同时带动两个摩擦轮56进行转动,使得摩擦轮56在环形滚槽13内进行滚动。在摩擦滚动机构53远离卡接块51的顶部还设有保护罩,通过罩体对减速电机52和传动轴形成一定的遮挡保护。
参照图11,并且主动轮55和两个摩擦轮56之间存在一定的夹角。倘若主动轮55和摩擦轮56之间为共线摩擦传动,那么摩擦滚动机构53只能进行直线运动而卡死在环形滚槽13中。当主动轮55和摩擦轮56之间设置一定的夹角,使它们不再同一直线上,方便摩擦轮56转动时可以贴合环形滚槽13进行滚动,该夹角的存在可以拟合环形滚槽13边缘的曲率,而环形滚槽13则起到一定的导向作用。经过测试,在环形滚槽13内的两枚摩擦轮56的中轴线角度需要小于25°,大于15°,使用这种角度装配摩擦滚动机构53,虽然在转动时会损失部分动能,存在一定的摩擦力阻碍相对转动,但牺牲一部分的动能,可以获得摩擦轮56停止转动时的稳定性,即进行抓取工作时摩擦滚动机构53会因与环形滚槽13之间的摩擦力而具有一定的自锁功能,从而防止抓取时发生意外滑动导致抓取目标掉落。
本发明的操作过程:(1)根据物件的结构特点使滑动组件50带动多连杆手指31移动至合适位置;(2)顶紧驱动件21带动顶紧杆件22沿滑孔12进行滑出;(3)顶紧杆件22端部的凸台23与物件顶面接触;(4)滑块33沿支架32移动,从而使各个多连杆手指31共同对物件进行夹紧;(5)通过顶紧杆件22对物件顶紧以及多连杆手指31对物件夹紧从而完成物料抓取。
以上所述仅为本发明的较佳实施例,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种变姿态关节型灵巧手,其特征在于,包括:底座(10)以及分别设置在所述底座(10)上的顶紧组件(20)和夹紧组件(30);
所述顶紧组件(20)与所述底座(10)滑动配合;
所述夹紧组件(30)包括:多个连接在所述底座(10)边缘并且可进行形态变化的多连杆手指(31),所述多连杆手指(31)为双层结构;
所述多连杆手指(31)包括:支架(32)、滑块(33)、第一支杆(34)、第二支杆(35)、第三支杆(36)、第四支杆(37)、第五支杆(38)、转动件(39)和随动件(40),所述支架(32)设置在所述底座(10)边缘,所述滑块(33)滑动设置在所述支架(32)上;所述转动件(39)包括:第一角(41)、第二角(42)和第三角(43),所述随动件(40)包括:第四角(44)、第五角(45)和第六角(46);
所述第一支杆(34)端部与所述滑块(33)铰接,另一端与所述转动件(39)的第二角(42)铰接;
所述转动件(39)上第一角(41)以及所述第二支杆(35)的端部分别与所述支架(32)底端铰接,所述第二支杆(35)的另一端与所述随动件(40)的第四角(44)铰接;并且所述第二支杆(35)的数量为两根,所述转动件(39)从两根所述第二支杆(35)之间穿过;
所述第三支杆(36)的端部与所述转动件(39)的第三角(43)铰接,另一端与所述随动件(40)的第五角(45)铰接;
所述随动件(40)的第五角(45)还铰接有所述第五支杆(38),所述随动件(40)的第六角(46)与所述第四支杆(37)的端部铰接,所述第四支杆(37)的另一端与所述第五支杆(38)铰接;
所述底座(10)包括:两个相连接的圆盘(11),所述圆盘(11)上开设有滑孔(12),所述顶紧组件(20)与所述圆盘(11)上的滑孔(12)滑动配合,所述圆盘(11)上还开设有环形分布的固定孔;
所述圆盘(11)的边缘分别设有多个滑动组件(50),所述多连杆手指(31)与所述滑动组件(50)连接;
所述圆盘(11)的两面分别开设有环形滚槽(13),所述滑动组件(50)包括:卡接块(51)、设置在所述卡接块(51)上的减速电机(52)以及与所述减速电机(52)连接的摩擦滚动机构(53),所述卡接块(51)上开设有与所述圆盘(11)外壁配合的卡槽(54),所述卡接块(51)的外侧面与所述多连杆手指(31)连接,所述摩擦滚动机构(53)与所述环形滚槽(13)滚动配合;
所述摩擦滚动机构(53)包括:与所述减速电机(52)连接的主动轮(55)以及两个分别与所述主动轮(55)相接触的摩擦轮(56),所述摩擦轮(56)与所述环形滚槽(13)滚动接触。
2.根据权利要求1所述的变姿态关节型灵巧手,其特征在于,所述第二支杆(35)上设置有接触垫块(48),所述第五支杆(38)远离所述随动件(40)的端部也设置有夹紧垫块(49)。
3.根据权利要求1所述的变姿态关节型灵巧手,其特征在于,所述顶紧组件(20)包括:设置在所述圆盘(11)顶面的顶紧驱动件(21)以及与所述顶紧驱动件(21)连接的顶紧杆件(22),所述顶紧杆件(22)贯穿所述滑孔(12)。
4.根据权利要求3所述的变姿态关节型灵巧手,其特征在于,所述顶紧杆件(22)远离所述顶紧驱动件(21)的端部设置有凸台(23)。
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