CN113927620A

CN113927620A - 一种可实现虹膜收缩运动的多指夹爪装置及机械手

Info

Publication number: CN113927620A
Application number: CN202111540783.9A
Authority: CN
Inventors: 江德智; 胡迪; 温志庆
Original assignee: Ji Hua Laboratory
Current assignee: Ji Hua Laboratory
Priority date: 2021-12-16
Filing date: 2021-12-16
Publication date: 2022-01-14

Abstract

本申请涉及智能制造装备技术领域，公开了一种可实现虹膜收缩运动的多指夹爪装置及机械手，其包括夹指，还包括：内齿圈、太阳齿轮以及驱动所述太阳齿轮转动的驱动装置，所述太阳齿轮同心设置在所述内齿圈内；至少三个行星齿轮，所述行星齿轮围绕所述太阳齿轮并均匀分布在所述太阳齿轮和所述内齿圈之间，所述行星齿轮可取出；所述夹指的数量与所述行星齿轮的数量相同，任一所述夹指与对应的所述行星齿轮固定连接且任一所述夹指设置在对应的所述行星齿轮的中心轴上；所述行星齿轮用于在所述太阳齿轮往复转动时带动所述夹指靠近或远离所述太阳齿轮移动。本发明具有适用性强和夹持效果好的特点。

Description

一种可实现虹膜收缩运动的多指夹爪装置及机械手

技术领域

本发明属于智能制造装备技术领域，特别涉及一种可实现虹膜收缩运动的多指夹爪装置及机械手。

背景技术

电动夹爪目前主要分为二指电动夹爪、三指电动夹爪、多指电动夹爪。二指电动夹爪用于机器人抓取外形较为规则的物体，该物体的特征为具有平行面可供抓取，工业上和实验室应用较多。而三指夹爪和多指夹爪主要用于具有对中性的物体，特别是圆柱形物体。三指夹爪目前的设计上多采用连杆机构进行设计，通过连杆机构的联动性满足三指夹爪的同时收缩与夹紧。

现有多指夹爪与三指夹爪在设计上无法满足随时切换，即三指夹爪无法通过简单的更换零部件而转变成多指夹爪，该问题为结构原理性设计问题，若多指夹爪装置能够实现夹爪从三指到多指的简单切换，则其适用性将大大提高。

因此，现有技术有待改进和发展。

发明内容

本申请的目的在于提供了一种可实现虹膜收缩运动的多指夹爪装置及机械手，能够根据需要调整夹指的数量，提高了适用性。

第一方面，本申请提供一种可实现虹膜收缩运动的多指夹爪装置，用于抓取物体，其包括夹指，还包括：内齿圈、太阳齿轮以及驱动所述太阳齿轮转动的驱动装置，所述太阳齿轮同心设置在所述内齿圈内；还包括至少三个行星齿轮，所述至少三个行星齿轮围绕所述太阳齿轮并均匀分布在所述太阳齿轮和所述内齿圈之间，所述行星齿轮可取出；

所述夹指的数量与所述行星齿轮的数量相同，任一所述夹指与对应的所述行星齿轮固定连接，且任一所述夹指设置在对应的所述行星齿轮的中心轴上；所述行星齿轮用于在所述太阳齿轮往复转动时带动所述夹指靠近或远离所述太阳齿轮移动。

本申请提供的可实现虹膜收缩运动的多指夹爪装置通过采用太阳齿轮和行星齿轮的驱动方式，驱动夹指在太阳齿轮往复转动时靠近或远离所述太阳齿轮的中心移动，从而实现对物体的夹持和放松，而且可以通过增加或减少行星齿轮的数量来调整夹指的数量，适用性极强。

进一步地，所述夹指包括固定架和套筒，所述固定架包括连接件，所述连接件的一端开设有固定孔，所述固定孔用于将所述夹指固定在所述行星齿轮的轴上；所述连接件的另一端设置有立柱，所述套筒套设在所述立柱上。

进一步地，所述套筒可旋转，所述套筒的两侧设置有轴承。

在实际应用中，随着夹指进行虹膜收缩运动，套筒作为接触部件，会逐渐靠近被抓取的物体，在接触到物体时会在其表面转动，由此来减少与物体接触时产生的滑动摩擦，进一步提高夹持效果。

进一步地，还包括第一端盖，所述第一端盖设置在所述内齿圈的顶部，所述第一端盖上旋转对称设置有和所述夹指数量相适配的弧形槽，所述立柱穿过所述弧形槽，所述弧形槽和所述立柱的运动路径相适配。

在实际应用中，第一端盖可以遮盖太阳齿轮和行星齿轮，起到保护作用，而且可以随着夹指的数量更换开设有相应数量弧形槽的第一端盖，以适配不同数量的夹指。

进一步地，还包括行星架，所述行星架用于保持所述行星齿轮之间的距离一定，所述行星架包括与所述行星齿轮数量一致的限位柱，所述限位柱用于固定所述行星齿轮。

进一步地，所述驱动装置包括驱动板和电机，所述行星架中部开设有第一避位孔，所述第一避位孔用于避让所述电机的转轴，所述驱动板和所述电机电性连接，所述驱动板用于控制所述电机工作。

进一步地，还包括壳体，所述壳体设置在所述内齿圈的底部，所述驱动装置和所述行星架设置在所述壳体内部。

进一步地，所述壳体内部还设置有挡板，所述挡板靠近所述内齿圈的一侧用于放置所述行星架，所述挡板中心开设有第二避位孔，所述电机的转轴穿过所述第二避位孔与所述太阳齿轮连接，所述挡板远离所述内齿圈的一侧用于放置所述电机和所述驱动板。

进一步地，所述壳体远离所述内齿圈的一侧还设置有第二端盖，所述第二端盖用于保护所述驱动装置。

第二方面，本发明提供一种机械手，所述机械手的末端设置有上述第一方面的可实现虹膜收缩运动的多指夹爪装置。

由上可知，本发明的可实现虹膜收缩运动的多指夹爪装置及机械手，通过采用太阳齿轮和行星齿轮的驱动方式，驱动夹指在太阳齿轮往复转动时靠近或远离所述太阳齿轮的中心移动，从而实现对物体的夹持和放松，而且可以通过增加或减少行星齿轮的数量来调整夹指的数量，适用性极强。

附图说明

图1为本申请提供的一种可实现虹膜收缩运动的多指夹爪装置的结构示意图。

图2为本申请提供的一种可实现虹膜收缩运动的多指夹爪装置的爆炸图。

图3为本申请提供的一种驱动装置、内齿圈以及夹指的连接侧视图。

图4为本申请提供的一种固定架的结构示意图。

图5为本申请提供的一种套筒的透视结构示意图。

图6为本申请提供的一种行星架的结构示意图。

标号说明：100、驱动装置；110、驱动板；120、电机；200、内齿圈；300、太阳齿轮；400、行星齿轮；500、夹指；510、固定架；511、连接件；5110、固定孔；5111、立柱；520、套筒；521、轴承；600、第一端盖；610、弧形槽；700、行星架；710、限位柱；720、第一避位孔；800、壳体；810、挡板；811、第二避位孔；900、第二端盖。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

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”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。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“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，也可以是电连接或可以相互通讯；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。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。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。

如图1、2所示，本发明一种可实现虹膜收缩运动的多指夹爪装置，用于抓取物体，其包括夹指500，还包括：内齿圈200、太阳齿轮300以及驱动太阳齿轮300转动的驱动装置100，太阳齿轮300同心设置在内齿圈200内；还包括：

至少三个行星齿轮400，至少三个行星齿轮400围绕太阳齿轮300并均匀分布在太阳齿轮300和内齿圈200之间，行星齿轮400可取出；

夹指500的数量与行星齿轮400的数量相同，任一夹指500与对应的行星齿轮400固定连接，且任一夹指500设置在对应的行星齿轮400的中心轴上；

行星齿轮400用于在太阳齿轮300往复转动时带动夹指500靠近或远离太阳齿轮300移动。

其中，驱动装置100可以是伺服电机或者步进电机，在此本申请不做具体限定。

在一些实施方式中，夹指500的末端形状可以是为圆弧形，也可以是其他几何形状，在此本申请不做具体限定。在实际应用中，行星齿轮400会随着太阳齿轮300的驱动进行自转以及围绕太阳齿轮300公转，使夹指500在太阳齿轮300往复转动时靠近或远离太阳齿轮300的中心进行类似于虹膜收缩或放开的运动，从而实现对物体的夹紧和松开。假设太阳齿轮300的半径为R1，行星齿轮400的半径为R2，以太阳齿轮300为中心位置建立直角坐标系，设定行星齿轮400中心位置相对于太阳齿轮300中心位置（0，0）的坐标为（x,y）；设定夹指500末端（即连接件511远离行星齿轮400中心的端部）距离行星齿轮400的中心位置的距离为R3，坐标为（x+x1，y+y1），x1和y1分别对应夹指500末端（即连接件511远离行星齿轮400中心的端部）相对于行星齿轮400在x轴的增量以及在y轴的增量；则夹指500末端（即连接件511远离行星齿轮400中心的端部）运动轨迹的解析方程如下：

；

；

通过本申请的技术方案，不仅可以根据被夹取物体的形状调整行星齿轮400的数量和夹指500的数量，即通过简单的零件更换转换成多指夹爪装置，解决了现有的结构原理性设计问题，既提高了夹爪装置的适用性，又提高了对不同形状物体的夹持效果；还能实现对夹爪装置末端的运动路径的精确计算。

参阅图4，在优选的实施方式中，夹指500包括固定架510和套筒520，固定架510包括连接件511，连接件511的一端开设有固定孔5110，固定孔5110用于将夹指500固定在行星齿轮400的轴上；连接件511的另一端设置有立柱5111，套筒520套设在立柱5111上。在实际应用中，可使用螺柱穿过固定孔5110，将连接件511固定在行星齿轮400的中心位置上；固定架510分别与行星齿轮400和套筒520连接，使得行星齿轮400和套筒520具有固连关系。

其中，该立柱5111与连接件511所在的平面之间的夹角可以是为锐角，通过这种方式，可以使行星齿轮400即使转动较小幅度，也能夹持小型物体。

参阅图5，在进一步的实施方式中，套筒520可旋转，套筒520的两侧设置有轴承521。在实际应用中，随着夹指500进行虹膜收缩运动，套筒520作为接触部件，会逐渐靠近被抓取的物体，在接触到物体时会在其表面转动，由此来减少与物体接触时产生的滑动摩擦，进一步提高夹持效果。

在一些实施方式中，本申请的可实现虹膜收缩运动的多指夹爪装置还包括第一端盖600，第一端盖600设置在内齿圈200的顶部，第一端盖600上旋转对称设置有和夹指500数量相适配的弧形槽610，立柱5111穿过弧形槽610，弧形槽610和立柱5111的运动路径相适配。在实际应用中，第一端盖600可以通过螺接的方式固定在内齿圈200的顶部；第一端盖600可以遮盖太阳齿轮300和行星齿轮400，起到保护作用，而且可以随着夹指500的数量更换开设有相应数量弧形槽610的第一端盖600，以适配不同数量的夹指500。

参阅图6，在一些实施方式中，本申请的可实现虹膜收缩运动的多指夹爪装置包括行星架700，行星架700用于保持行星齿轮400之间的距离一定，行星架700包括与行星齿轮400数量一致的限位柱710，限位柱710用于固定行星齿轮400。其中，行星架700为一个以弧形边围成的多边形（根据行星齿轮400的数量决定角的数量，从而形成不同形状的多边形，在此以三个行星齿轮400为例进行说明），限位柱710设置在边角处；在实际应用中，行星齿轮400可以通过螺接的方式旋转设置在限位柱710上；行星架700主要用于将行星齿轮400进行均匀分布，并固定行星齿轮400之间的位置关系。

在另一些优选的实施方式中，行星架700的形状可以是一个圆环形，并且行星架700上均匀分布有多个限位柱710，这种形状的行星架700就可以不用每次随着行星齿轮400数量的调整进行更换。

参阅图3，在进一步的实施方式中，驱动装置100包括驱动板110和电机120，行星架700中部开设有第一避位孔720，第一避位孔720用于避让电机120的转轴，驱动板110和电机120电性连接，驱动板110用于控制电机120工作。其中，该第一避位孔720可以是任意几何形状，例如圆形或方形，在此本申请不做具体限定；通过这种设置方式，可以方便电机120安装，使本申请的体积结构更加小巧；也方便电机120驱动太阳齿轮300时，行星架700与多个行星齿轮400能同时绕太阳齿轮300公转。

在一些实施方式中，本申请的可实现虹膜收缩运动的多指夹爪装置还包括壳体800，壳体800设置在内齿圈200的底部，驱动装置100和行星架700设置在壳体800内部。在实际应用中，壳体800可以通过螺接的方式与内齿圈200实现固定连接；壳体800可以保护夹爪装置内部的结构。

在进一步的实施方式中，壳体800内部还设置有挡板810，挡板810靠近内齿圈200的一侧用于放置行星架700，挡板810中心开设有第二避位孔811，电机120的转轴穿过第二避位孔811与太阳齿轮300连接，挡板810远离内齿圈200的一侧用于放置电机120和驱动板110。通过这种设置方式，可以使夹爪装置的内部结构设计更加合理，同时挡板810可以将驱动装置100和行星架700隔开，防止行星架700在旋转的过程中与驱动板110发生触碰，造成损坏。

在一些实施方式，壳体800远离内齿圈200的一侧还设置有第二端盖900，第二端盖900用于保护驱动装置100。在实际应用中，第二端盖900上还设置有安装孔，安装孔可以和外部的机械手连接。

另一方面，本发明还提供一种机械手，机械手的末端设置有上述的可实现虹膜收缩运动的多指夹爪装置。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方式”、“某些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合所述实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。

以上所述的仅是本发明的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种可实现虹膜收缩运动的多指夹爪装置，用于抓取物体，其包括夹指（500），其特征在于，还包括：内齿圈（200）、太阳齿轮（300）以及驱动所述太阳齿轮（300）转动的驱动装置（100），所述太阳齿轮（300）同心设置在所述内齿圈（200）内；还包括至少三个行星齿轮（400），所述至少三个行星齿轮（400）围绕所述太阳齿轮（300）并均匀分布在所述太阳齿轮（300）和所述内齿圈（200）之间，所述行星齿轮（400）可取出；

所述夹指（500）的数量与所述行星齿轮（400）的数量相同，任一所述夹指（500）与对应的所述行星齿轮（400）固定连接，且任一所述夹指（500）设置在对应的所述行星齿轮（400）的中心轴上；

所述行星齿轮（400）用于在所述太阳齿轮（300）往复转动时带动所述夹指（500）靠近或远离所述太阳齿轮（300）移动。

2.根据权利要求1所述的可实现虹膜收缩运动的多指夹爪装置，其特征在于，所述夹指（500）包括固定架（510）和套筒（520），所述固定架（510）包括连接件（511），所述连接件（511）的一端开设有固定孔（5110），所述固定孔（5110）用于将所述夹指（500）固定在所述行星齿轮（400）的轴上；所述连接件（511）的另一端设置有立柱（5111），所述套筒（520）套设在所述立柱（5111）上。

3.根据权利要求2所述的可实现虹膜收缩运动的多指夹爪装置，其特征在于，所述套筒（520）可旋转，所述套筒（520）的两侧设置有轴承（521）。

4.根据权利要求2所述的可实现虹膜收缩运动的多指夹爪装置，其特征在于，还包括第一端盖（600），所述第一端盖（600）设置在所述内齿圈（200）的顶部，所述第一端盖（600）上旋转对称设置有和所述夹指（500）数量相适配的弧形槽（610），所述立柱（5111）穿过所述弧形槽（610），所述弧形槽（610）和所述立柱（5111）的运动路径相适配。

5.根据权利要求1所述的可实现虹膜收缩运动的多指夹爪装置，其特征在于，还包括行星架（700），所述行星架（700）用于保持所述行星齿轮（400）之间的距离一定，所述行星架（700）包括与所述行星齿轮（400）数量一致的限位柱（710），所述限位柱（710）用于固定所述行星齿轮（400）。

6.根据权利要求5所述的可实现虹膜收缩运动的多指夹爪装置，其特征在于，所述驱动装置（100）包括驱动板（110）和电机（120），所述行星架（700）中部开设有第一避位孔（720），所述第一避位孔（720）用于避让所述电机（120）的转轴，所述驱动板（110）和所述电机（120）电性连接，所述驱动板（110）用于控制所述电机（120）工作。

7.根据权利要求6所述的可实现虹膜收缩运动的多指夹爪装置，其特征在于，还包括壳体（800），所述壳体（800）设置在所述内齿圈（200）的底部，所述驱动装置（100）和所述行星架（700）设置在所述壳体（800）内部。

8.根据权利要求7所述的可实现虹膜收缩运动的多指夹爪装置，其特征在于，所述壳体（800）内部还设置有挡板（810），所述挡板（810）靠近所述内齿圈（200）的一侧用于放置所述行星架（700），所述挡板（810）中心开设有第二避位孔（811），所述电机（120）的转轴穿过所述第二避位孔（811）与所述太阳齿轮（300）连接，所述挡板（810）远离所述内齿圈（200）的一侧用于放置所述电机（120）和所述驱动板（110）。

9.根据权利要求7所述的可实现虹膜收缩运动的多指夹爪装置，其特征在于，所述壳体（800）远离所述内齿圈（200）的一侧还设置有第二端盖（900），所述第二端盖（900）用于保护所述驱动装置（100）。

10.一种机械手，其特征在于，所述机械手的末端设置有权利要求1-9任一项所述的可实现虹膜收缩运动的多指夹爪装置。