CN113635333A - 一种机械工程用机械手 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种机械工程用机械手，涉及机械工程技术领域。该机械手包括屈服组件和吸附组件。第一屈服机构包括手臂单元、手腕单元和掌心单元，手臂单元和掌心单元通过手腕单元转动连接，第二屈服机构包括若干关节单元，若干关节单元均连接于掌心远离手腕的一侧，关节单元至少包括活动连接的第一关节部和第二关节部。吸附组件设置于掌心上，且吸附组件包括引风机构和磁性机构，引风机构被设置用于提供负压，磁性机构包括电磁铁和接收器。该机械工程用机械手设置有引风机构和磁性机构，其中，迎风机构工作时形成负压，吸附工件，磁性机构通电后形成磁性以和工件磁吸配合，从而保证工件稳定的坚持于该机械手，提高机械手的抓持力。

Description

一种机械工程用机械手

技术领域

本发明涉及机械工程技术领域，具体而言，涉及一种机械工程用机械手。

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。

现有的机械手主要由执行机构、驱动机构和控制系统三大部分组成。手部是用来抓持工件(或工具)的部件，根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式，如夹持型、托持型和吸附型等。运动机构，使手部完成各种转动(摆动)、移动或复合运动来实现规定的动作，改变被抓持物件的位置和姿势。运动机构的升降、伸缩、旋转等独立运动方式，称为机械手的自由度。为了抓取空间中任意位置和方位的物体，需有6个自由度。自由度是机械手设计的关键参数。自由度越多，机械手的灵活性越大，通用性越广，其结构也越复杂。一般专用机械手有2～3个自由度。控制系统是通过对机械手每个自由度的电机的控制，来完成特定动作。同时接收传感器反馈的信息，形成稳定的闭环控制。控制系统的核心通常是由单片机或dsp等微控制芯片构成，通过对其编程实现所要功能。然而，现有的机械手的抓持部件大都存在抓持力不稳的问题。

发明人在研究中发现，现有的相关技术中至少存在以下缺点：

抓持力不足。

发明内容

本发明的目的在于提供一种机械工程用机械手，其设置有引风机构和磁性机构，其中，迎风机构工作时形成负压，吸附工件，磁性机构通电后形成磁性以和工件磁吸配合，从而保证工件稳定的坚持于该机械手，提高机械手的抓持力，该结构设计合理，实用性强。

本发明的实施例是这样实现的：

本申请实施例提供一种机械工程用机械手，其包括屈服组件和吸附组件。上述屈服组件包括第一屈服机构和第二屈服机构，上述第一屈服机构包括手臂单元、手腕单元和掌心单元，上述手臂单元和上述掌心单元通过上述手腕单元转动连接，上述第二屈服机构包括若干关节单元，若干上述关节单元均连接于上述掌心远离上述手腕的一侧，上述关节单元至少包括第一关节部和第二关节部，上述第一关节部和上述第二关节部活动连接。

上述吸附组件设置于上述掌心上，且上述吸附组件包括引风机构和磁性机构，上述引风机构被设置用于提供负压，上述磁性机构包括电磁铁和接收器，上述接收器被设置用于控制上述电磁铁的通电和断电。

该机械工程用机械手设置有引风机构和磁性机构，其中，迎风机构工作时形成负压，吸附工件，磁性机构通电后形成磁性以和工件磁吸配合，从而保证工件稳定的坚持于该机械手，提高机械手的抓持力，该结构设计合理，实用性强。

在本发明的一些实施例中，上述手腕单元包括转动球体和推动部件；

上述手臂单元和上述掌心单元相对的一侧设置有容置上述转动球体的转动槽，上述转动球体转动设置于上述转动槽内，且上述转动球体能其自身球心方向旋转；

上述推动部件包括若干手腕推动件，上述手腕推动件包括手腕推动套筒和手腕推动杆，上述手腕推动杆设置于上述手腕推动套筒内，且能沿上述手腕推动套筒的延伸方向滑动，上述手腕推动杆远离上述手腕推动套筒的一端与上述掌心单元或上述手腕单元相互连接，上述手腕推动套筒背向上述手腕推动杆的一端与上述手腕单元或上述掌心单元相互连接。

转动球体和转动槽的配合设置让转动球体能在转动槽内自由转动，从而使得手臂单元和掌心单元之间能够实现万向转动，进而提高掌心单元的转动自由度，使其更符合人体功能学，能够让掌心单元朝向各个位置，提高该机械手对不同工况的适应性。同时，手腕推动件的设置能调整手腕单元和掌心单元之间的相对距离，进而提高该机械手的抓取能力(能通过调整后抓取近距离和远距离的物体)。

在本发明的一些实施例中，上述手腕推动件的数量为多个，多个上述手腕推动件均匀间隔的设置于上述转动球体的周向上。

将手腕推动件设置为多个，且多个手腕推动件均匀间隔的设置于转动球体的周向上，可以通过其中一个或多个手腕推动件伸展，另外的手腕推动件缩短，以达到手臂单元和掌心单元相互转动的目的。

在本发明的一些实施例中，上述掌心单元包括可拆卸连接的上掌心和下掌心，上述吸附组件设置于上述上掌心，上述手腕单元和上述下掌心相互连接。

可拆卸连接的上掌心和下掌心，相较于一体式设计，具有更换更为方便、维修更为便捷的特点，同时上掌心和下掌心的连接处可以设置大拇指单元，使得该机械手和人手更为贴切，符合人体功能学，拥有更好的抓持效果(大拇指单元向内和其余拇指单元相互配合)。

在本发明的一些实施例中，上述关节单元的数量为五个，五个上述关节单元分别为大拇指单元、食指单元、中指单元、无名指单元和小指单元，上述食指单元、上述中指单元、上述无名指单元和上述小指单元设置于上述上掌心的一侧，上述大拇指单元设置于上述上掌心和上述下掌心的连接处。

将关节单元分为大拇指单元、食指单元、中指单元、无名指单元和小指单元，能够使其更贴合于人体手部结构，使得该机械手更为灵活。

在本发明的一些实施例中，上述第一关节部和上述第二关节部相互铰接，且上述第一关节部和上述第二关节部上还设置有手指推动件，上述手指推动件包括手指推动套筒和手指推动杆，上述手指推动杆设置于上述手指推动套筒内，且能沿上述手指推动套筒的延伸方向滑动，上述手指推动杆远离上述手指推动套筒的一端与上述第二关节部或上述第一关节部相互连接，上述手指推动套筒背向上述手指推动杆的一端与上述第一关节部或上述第二关节部相互连接。

第一关节部和第二关节部相互铰接，则能实现第一关节部和第二关节部的相互转动，提高关节单元的自由度，便于抓取工件，并对抓取后的工件进行限位，避免工件的脱落。

在本发明的一些实施例中，上述食指单元、上述中指单元、上述无名指单元和上述小指单元上还设置有第三关节部，上述第三关节部和上述第二关节部相互铰接，且上述第三关节部和上述第二关节部上设置有上述手指推动件。

手指推动件能带动第三关节部相对于第二关节部相对转动，此时第一关节部、第二关节部和第三关节部能形成钩状结构，便于勾取物体，并能形成钩状槽，便于工件的容纳。

在本发明的一些实施例中，上述大拇指单元还包括转动板和拇指转动部，上述拇指转动部为具有一端缺口的球体结构，上述转动板和上述缺口相互适配，且上述拇指转动部通过上述缺口和上述转动板转动连接。

拇指转动部的设计，能提高大拇指单元的自由度，使其能够相对转动，从而可以运动到不同位置，对不同工况环境的工件进行限位，提高该机械手的适用范围。

在本发明的一些实施例中，上述吸附组件还包括同轴设置的内环体和外环体，上述内环体设置于上述外环体内，且上述引风机构设置于上述内环体围合形成的内环腔室中；

上述电磁铁设置于上述外环体上，且沿上述外环体的表面均匀间隔分布。

内环体和外环体的设计能使得引风机构和磁性机构之间不会发生干涉，提高对工件的吸附能力。同时，电磁铁的设计方式，能在外环体表面对磁性或金属工件起到二次吸引的作用，避免工作的脱落，引风机构和磁性机构能够通过控制实现引风或磁性吸附功能，更为智能。

在本发明的一些实施例中，上述外环体的纵面高度高于上述内环体的纵面高度。

外环体的纵面高度高于内环体的纵面高度，可以使得工件外表面先和外环体的磁性机构相互贴合进行吸附，从而保证引风机构和磁性机构之间不会发生干涉，提高吸附组件的使用效果。

相对于现有技术，本发明的实施例至少具有如下优点或有益效果：

该机械工程用机械手设置有引风机构和磁性机构，其中，迎风机构工作时形成负压，吸附工件，磁性机构通电后形成磁性以和工件磁吸配合，从而保证工件稳定的坚持于该机械手，提高机械手的抓持力，该结构设计合理，实用性强。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例提供的机械工程用机械手的一种结构示意图；

图2为本发明实施例提供的机械工程用机械手的另一种结构示意图；

图3为本发明实施例提供的机械工程用机械手的部分结构示意图；

图4为本发明实施例提供的机械工程用机械手的部分剖视图。

图标：100-机械工程用机械手；101-手臂单元；102-手腕单元；1021-转动球体；1022-转动槽；1023-手腕推动套筒；1024-手腕推动杆；1025-手腕推动件；103-掌心单元；1031-上掌心；1031-下掌心；104-关节单元；1041-大拇指单元；1042-食指单元；1043-中指单元；1044-无名指单元；1045-小指单元；1046-第一关节部；1047-第二关节部；1048-第三关节部；1049-手指推动件；1050-转动板；1051-拇指转动部；11-吸附组件；111-引风机构；112-磁性机构；113-内环体；114-外环体。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，若出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，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。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，若出现术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；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。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。

实施例

请参照图1-图4。其中，图1为本发明实施例提供的机械工程用机械手100的一种结构示意图。图2为本发明实施例提供的机械工程用机械手100的另一种结构示意图。本实施例提供一种机械工程用机械手100，其包括屈服组件和吸附组件11。屈服组件包括第一屈服机构和第二屈服机构，第一屈服机构包括手臂单元101、手腕单元102和掌心单元103，手臂单元101和掌心单元103通过手腕单元102转动连接，第二屈服机构包括若干关节单元104，若干关节单元104均连接于掌心远离手腕的一侧，关节单元104至少包括第一关节部1046和第二关节部1047，第一关节部1046和第二关节部1047活动连接。

吸附组件11设置于掌心上，且吸附组件11包括引风机构111和磁性机构112，引风机构111被设置用于提供负压，磁性机构112包括电磁铁和接收器，接收器被设置用于控制电磁铁的通电和断电。

值得说明的是，该机械工程用机械手100设置有引风机构111和磁性机构112，其中，迎风机构工作时形成负压，吸附工件，磁性机构112通电后形成磁性以和工件磁吸配合，从而保证工件稳定的坚持于该机械手，提高机械手的抓持力，该结构设计合理，实用性强。

在本实施例中的引风机构111可以为现有的引风机等，在本实施例中便不再对其进行赘述。

请参照图3和图4，手腕单元102包括转动球体1021和推动部件，手臂单元101和掌心单元103相对的一侧设置有容置转动球体1021的转动槽1022，转动球体1021转动设置于转动槽1022内，且转动球体1021能其自身球心方向旋转；推动部件包括若干手腕推动件1025，手腕推动件1025包括手腕推动套筒1023和手腕推动杆1024，手腕推动杆1024设置于手腕推动套筒1023内，且能沿手腕推动套筒1023的延伸方向滑动，手腕推动杆1024远离手腕推动套筒1023的一端与掌心单元103或手腕单元102相互连接，手腕推动套筒1023背向手腕推动杆1024的一端与手腕单元102或掌心单元103相互连接。

值得说明的是，转动球体1021和转动槽1022的配合设置让转动球体1021能在转动槽1022内自由转动，从而使得手臂单元101和掌心单元103之间能够实现万向转动，进而提高掌心单元103的转动自由度，使其更符合人体功能学，能够让掌心单元103朝向各个位置，提高该机械手对不同工况的适应性。同时，手腕推动件1025的设置能调整手腕单元102和掌心单元103之间的相对距离，进而提高该机械手的抓取能力(能通过调整后抓取近距离和远距离的物体)。

在本实施例中，手腕推动件1025的数量为多个，多个手腕推动件1025均匀间隔的设置于转动球体1021的周向上。

可以理解的是，将手腕推动件1025设置为多个，且多个手腕推动件1025均匀间隔的设置于转动球体1021的周向上，可以通过其中一个或多个手腕推动件1025伸展，另外的手腕推动件1025缩短，以达到手臂单元101和掌心单元103相互转动的目的。

请再次参照图1，掌心单元103包括可拆卸连接的上掌心1031和下掌心1031，吸附组件11设置于上掌心1031，手腕单元102和下掌心1031相互连接。

值得说明的是，可拆卸连接的上掌心1031和下掌心1031，相较于一体式设计，具有更换更为方便、维修更为便捷的特点，同时上掌心1031和下掌心1031的连接处可以设置大拇指单元1041，使得该机械手和人手更为贴切，符合人体功能学，拥有更好的抓持效果(大拇指单元1041向内和其余拇指单元相互配合)。

在本实施例中，关节单元104的数量为五个，五个关节单元104分别为大拇指单元1041、食指单元1042、中指单元1043、无名指单元1044和小指单元1045，食指单元1042、中指单元1043、无名指单元1044和小指单元1045设置于上掌心1031的一侧，大拇指单元1041设置于上掌心1031和下掌心1031的连接处。

值得说明的是，将关节单元104分为大拇指单元1041、食指单元1042、中指单元1043、无名指单元1044和小指单元1045，能够使其更贴合于人体手部结构，使得该机械手更为灵活。

可选的，第一关节部1046和第二关节部1047相互铰接，且第一关节部1046和第二关节部1047上还设置有手指推动件1049，手指推动件1049包括手指推动套筒和手指推动杆，手指推动杆设置于手指推动套筒内，且能沿手指推动套筒的延伸方向滑动，手指推动杆远离手指推动套筒的一端与第二关节部1047或第一关节部1046相互连接，手指推动套筒背向手指推动杆的一端与第一关节部1046或第二关节部1047相互连接。

具体的，第一关节部1046和第二关节部1047相互铰接，则能实现第一关节部1046和第二关节部1047的相互转动，提高关节单元104的自由度，便于抓取工件，并对抓取后的工件进行限位，避免工件的脱落。

可选的，食指单元1042、中指单元1043、无名指单元1044和小指单元1045上还设置有第三关节部1048，第三关节部1048和第二关节部1047相互铰接，且第三关节部1048和第二关节部1047上设置有手指推动件1049。

具体的，手指推动件1049能带动第三关节部1048相对于第二关节部1047相对转动，此时第一关节部1046、第二关节部1047和第三关节部1048能形成钩状结构，便于勾取物体，并能形成钩状槽，便于工件的容纳。

在本实施例中，大拇指单元1041还包括转动板1050和拇指转动部1051，拇指转动部1051为具有一端缺口的球体结构，转动板1050和缺口相互适配，且拇指转动部1051通过缺口和转动板1050转动连接。

值得说明的是，拇指转动部1051的设计，能提高大拇指单元1041的自由度，使其能够相对转动，从而可以运动到不同位置，对不同工况环境的工件进行限位，提高该机械手的适用范围。

可选的，吸附组件11还包括同轴设置的内环体113和外环体114，内环体113设置于外环体114内，且引风机构111设置于内环体113围合形成的内环腔室中；

电磁铁设置于外环体114上，且沿外环体114的表面均匀间隔分布。

具体的，内环体113和外环体114的设计能使得引风机构111和磁性机构112之间不会发生干涉，提高对工件的吸附能力。同时，电磁铁的设计方式，能在外环体114表面对磁性或金属工件起到二次吸引的作用，避免工作的脱落，引风机构111和磁性机构112能够通过控制实现引风或磁性吸附功能，更为智能。

在本实施例中，外环体114的纵面高度高于内环体113的纵面高度。

值得说明的是，外环体114的纵面高度高于内环体113的纵面高度，可以使得工件外表面先和外环体114的磁性机构112相互贴合进行吸附，从而保证引风机构111和磁性机构112之间不会发生干涉，提高吸附组件11的使用效果。

综上所述，本发明的实施例提供一种机械工程用机械手100，其包括屈服组件和吸附组件11。屈服组件包括第一屈服机构和第二屈服机构，第一屈服机构包括手臂单元101、手腕单元102和掌心单元103，手臂单元101和掌心单元103通过手腕单元102转动连接，第二屈服机构包括若干关节单元104，若干关节单元104均连接于掌心远离手腕的一侧，关节单元104至少包括第一关节部1046和第二关节部1047，第一关节部1046和第二关节部1047活动连接。吸附组件11设置于掌心上，且吸附组件11包括引风机构111和磁性机构112，引风机构111被设置用于提供负压，磁性机构112包括电磁铁和接收器，接收器被设置用于控制电磁铁的通电和断电。该机械工程用机械手100设置有引风机构111和磁性机构112，其中，迎风机构工作时形成负压，吸附工件，磁性机构112通电后形成磁性以和工件磁吸配合，从而保证工件稳定的坚持于该机械手，提高机械手的抓持力，该结构设计合理，实用性强。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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 (10)

1.一种机械工程用机械手，用于抓取工件，其特征在于，包括：

屈服组件，所述屈服组件包括第一屈服机构和第二屈服机构，所述第一屈服机构包括手臂单元、手腕单元和掌心单元，所述手臂单元和所述掌心单元通过所述手腕单元转动连接，所述第二屈服机构包括若干关节单元，若干所述关节单元均连接于所述掌心远离所述手腕的一侧，所述关节单元至少包括第一关节部和第二关节部，所述第一关节部和所述第二关节部活动连接；

吸附组件，所述吸附组件设置于所述掌心上，且所述吸附组件包括引风机构和磁性机构，所述引风机构被设置用于提供负压，所述磁性机构包括电磁铁和接收器，所述接收器被设置用于控制所述电磁铁的通电和断电。

2.根据权利要求1所述的机械工程用机械手，其特征在于，所述手腕单元包括转动球体和推动部件；

所述手臂单元和所述掌心单元相对的一侧设置有容置所述转动球体的转动槽，所述转动球体转动设置于所述转动槽内，且所述转动球体能其自身球心方向旋转；

所述推动部件包括若干手腕推动件，所述手腕推动件包括手腕推动套筒和手腕推动杆，所述手腕推动杆设置于所述手腕推动套筒内，且能沿所述手腕推动套筒的延伸方向滑动，所述手腕推动杆远离所述手腕推动套筒的一端与所述掌心单元或所述手腕单元相互连接，所述手腕推动套筒背向所述手腕推动杆的一端与所述手腕单元或所述掌心单元相互连接。

3.根据权利要求2所述的机械工程用机械手，其特征在于，所述手腕推动件的数量为多个，多个所述手腕推动件均匀间隔的设置于所述转动球体的周向上。

4.根据权利要求1-3任一项所述的机械工程用机械手，其特征在于，所述掌心单元包括可拆卸连接的上掌心和下掌心，所述吸附组件设置于所述上掌心，所述手腕单元和所述下掌心相互连接。

5.根据权利要求4所述的机械工程用机械手，其特征在于，所述关节单元的数量为五个，五个所述关节单元分别为大拇指单元、食指单元、中指单元、无名指单元和小指单元，所述食指单元、所述中指单元、所述无名指单元和所述小指单元设置于所述上掌心的一侧，所述大拇指单元设置于所述上掌心和所述下掌心的连接处。

6.根据权利要求5所述的机械工程用机械手，其特征在于，所述第一关节部和所述第二关节部相互铰接，且所述第一关节部和所述第二关节部上还设置有手指推动件，所述手指推动件包括手指推动套筒和手指推动杆，所述手指推动杆设置于所述手指推动套筒内，且能沿所述手指推动套筒的延伸方向滑动，所述手指推动杆远离所述手指推动套筒的一端与所述第二关节部或所述第一关节部相互连接，所述手指推动套筒背向所述手指推动杆的一端与所述第一关节部或所述第二关节部相互连接。

7.根据权利要求6所述的机械工程用机械手，其特征在于，所述食指单元、所述中指单元、所述无名指单元和所述小指单元上还设置有第三关节部，所述第三关节部和所述第二关节部相互铰接，且所述第三关节部和所述第二关节部上设置有所述手指推动件。

8.根据权利要求6所述的机械工程用机械手，其特征在于，所述大拇指单元还包括转动板和拇指转动部，所述拇指转动部为具有一端缺口的球体结构，所述转动板和所述缺口相互适配，且所述拇指转动部通过所述缺口和所述转动板转动连接。

9.根据权利要求1所述的机械工程用机械手，其特征在于，所述吸附组件还包括同轴设置的内环体和外环体，所述内环体设置于所述外环体内，且所述引风机构设置于所述内环体围合形成的内环腔室中；

所述电磁铁设置于所述外环体上，且沿所述外环体的表面均匀间隔分布。

10.根据权利要求9所述的机械工程用机械手，其特征在于，所述外环体的纵面高度高于所述内环体的纵面高度。

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