CN114310996A - 张合驱动机构及机械手总成 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种张合驱动机构和机械手总成，张合驱动机构用于铰接于转座上的两个四连杆手抓张合，包括两个第一齿轮、滑杆，以及动力组件；第一齿轮固定连接于四连杆手抓的驱动杆与转座的铰接端；滑杆滑动穿设于转座上，一端设有与两个第一齿轮分别啮合的圆齿条，另一端伸入驱动箱内；动力组件设于驱动箱内，输出端与滑杆的伸入端连接；在两个四连杆手抓随转座一并旋转时，第一齿轮处于啮合状态的齿牙在圆齿条上相应的环形齿面上周向滑动。本发明提供的张合驱动机构，结构简单稳定，能够降低驱动箱的体积，提高机械手的使用灵活性。本发明还提供的机械手总成采用了上述张合驱动机构。

Description

张合驱动机构及机械手总成

技术领域

本发明属于机械手技术领域，具体涉及一种张合驱动机构及机械手总成。

背景技术

目前，自动化机器人的应用越来越广泛，对于两个手抓配合夹装物品的机器人而言，其两个手抓通常至少需要具备张合夹持和周向旋转两个动作，相对而言，由于两个手抓采用四连杆机构的形式安装于具有转动自由度的转座上，因此手抓的旋转和张合的单独动作实现均较为简单，旋转动作只需通过驱动件带动转座相对于驱动箱(相当于机械臂的前端部分)进行转动即可，张合动作通常采用驱动件带动蜗杆转动，从而带动分别啮合于蜗杆两侧的两个蜗轮转动，由于蜗轮固定在手抓与转座的铰接端上，因此两个蜗轮能够带动两个手抓实现同步张合，但是驱动两个蜗轮的蜗杆需要随转座同步转动才能确保两个手抓在旋转时的夹持稳定性，这就需要驱动蜗杆的驱动件也随着转座一并转动，或者通过增加复杂的传动结构去实现在手抓旋转时蜗杆与驱动件分离，这些都会导致机械手的驱动箱结构复杂笨重、占用空间大等问题，影响机械手的灵活性。

发明内容

本发明实施例提供一种张合驱动机构及机械手总成，旨在简化机械手的驱动结构，提高机械手使用灵活性。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：第一方面，提供一种张合驱动机构，用于驱动两个镜像铰接于转座上的四连杆手抓同步张合，四连杆手抓与转座铰接的其中一个摆杆作为驱动杆，包括两个第一齿轮、滑杆，以及动力组件；两个第一齿轮分别固定连接于两个驱动杆与转座的铰接端；滑杆沿转座的轴向滑动穿设于转座上，滑杆的一端设有沿其轴向延伸的圆齿条，圆齿条位于两个第一齿轮之间，且与两个第一齿轮分别啮合，滑杆的另一端伸入驱动箱内；动力组件设于驱动箱内，输出端与滑杆的伸入端连接，用于推拉滑杆以带动圆齿条驱动两个第一齿轮同步反向转动；其中，在两个四连杆手抓随转座一并旋转时，第一齿轮处于啮合状态的齿牙在圆齿条上相应的环形齿面上周向滑动。

结合第一方面，在一种可能的实现方式中，滑杆伸入驱动箱内的部分为直齿条，动力组件的输出端设有第二齿轮，第二齿轮与直齿条啮合。

一些实施例中，直齿条的背面设有滑条，滑条用于与开设于驱动箱内的滑槽滑动配合。

示例性的，动力组件包括电机和传动件；其中，传动件的动力输入端与电机的输出端连接，动力输出端套设有第二齿轮。

举例说明，传动件包括至少一组具有反向自锁性能的蜗轮蜗杆副。

结合第一方面，在一种可能的实现方式中，滑杆上间隔套设有两个分别用于固定嵌装于转座上的滑套，滑杆在动力组件的推拉作用下于两个滑套内滑动。

一些实施例中，滑杆伸入驱动箱内的部分设有沿其轴向延伸的第二限位部，第二限位部用于与设于驱动箱内的限位结构滑动配合，以限制滑杆的转动自由度。

示例性的，滑杆上设有沿其径向凸起的第一限位部，在圆齿条推动两个第一齿轮进而推动两个四连杆手抓张开至极限位置时，第一限位部与转座朝向驱动箱的端壁抵接。

举例说明，第一齿轮为扇形，且第一齿轮固定套装于驱动杆与转座的铰接轴上。

本发明提供的张合驱动机构的有益效果在于：与现有技术相比，本发明张合驱动机构，通过动力组件向滑杆施加推力或拉力，从而带动圆齿条前后滑动以驱动两个第一齿轮转动，从而使分别与两个第一齿轮固定连接的驱动杆同步反向摆动，最终实现两个四连杆手抓的同步张合动作，由于采用了圆齿条与第一齿轮啮合驱动的传动方式，在两个四连杆手抓随转座一并转动时，第一齿轮上处于啮合状态的齿牙能够沿圆齿条上相应的环形齿面的周向进行滑动，因此滑杆只需在动力组件的驱动下具备沿转座轴向滑动的自由度即可，无需随转座一并旋转，从而能够有效简化手抓张合动作的驱动结构，改善现有技术中因驱动箱复杂笨重而影响机械手的使用灵活性的情况。

第二方面，本发明实施例还提供了一种机械手总成，包括上述张合驱动机构，具有与上述张合驱动机构相同的有益效果，在此不再赘述。

附图说明

图1为本发明实施例提供的机械手总成的结构示意图；

图2为图1中A处的局部放大结构示意图；

图3为本发明实施例提供的张合驱动机构的立体结构示意图；

图4为本发明实施例所采用的滑杆在驱动箱内的约束结构示意图。

图中：10、转座；20、四连杆手抓；21、驱动杆；30、第一齿轮；40、滑杆；41、圆齿条；42、直齿条；421、滑条；43、滑套；44、第二限位部50、动力组件；51、电机；52、传动件；521、第二齿轮；522、蜗轮蜗杆副；60、驱动箱；61、滑槽。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请一并参阅图1至图3，现对本发明提供的张合驱动机构进行说明。所述张合驱动机构，用于驱动两个镜像铰接于转座10上的四连杆手抓20同步张合，四连杆手抓20与转座10铰接的其中一个摆杆作为驱动杆21，包括两个第一齿轮30、滑杆40，以及动力组件50；两个第一齿轮30分别固定连接于两个驱动杆21与转座10的铰接端；滑杆40沿转座10的轴向滑动穿设于转座10上，滑杆40的一端设有沿其轴向延伸的圆齿条41，圆齿条41位于两个第一齿轮30之间，且与两个第一齿轮30分别啮合，滑杆40的另一端伸入驱动箱60内；动力组件50设于驱动箱60内，输出端与滑杆40的伸入端连接，用于推拉滑杆40以带动圆齿条41驱动两个第一齿轮30同步反向转动；其中，在两个四连杆手抓20随转座10一并旋转时，第一齿轮30处于啮合状态的齿牙在圆齿条41上相应的环形齿面上周向滑动。

应当理解的是，转座10是转动连接在驱动箱60(相当于机械臂的前端)上的，转座10的转动通过驱动箱60内的动力源进行驱动，由于滑杆40是滑动穿设于转座10内，因此转座10的中心应当开设与滑杆40适配的滑孔；四连杆手抓20结构包括两个与转座10间隔铰接的摆杆、两个摆杆的摆动端上共同铰接一根连杆，夹具固定在连杆上，转座10的两个铰接点之间的位置相当于四连杆机构的固定杆，在驱动任意一个摆杆(作为驱动杆21)进行摆动时，连杆均能够随之平移(两个手抓上连接的夹具始终处于平行状态以夹取目标物)，因此，第一齿轮30可以是固定在任意一个摆杆与转座10的铰接端上，且第一齿轮30应当与铰接点同轴；动力组件50可以是沿滑杆40的轴向设置的伸缩气缸或者电动推杆，也可以是通过传动结构将电机51的旋转运动转化为直线运动的组合件，只要能够实现输出端的直线驱动力即可，在此可不做具体结构限定。

本实施例提供的张合驱动机构，与现有技术相比，通过动力组件50向滑杆40施加推力或拉力，从而带动圆齿条41前后滑动以驱动两个第一齿轮30转动，从而使分别与两个第一齿轮30固定连接的驱动杆21同步反向摆动，最终实现两个四连杆手抓20的同步张合动作，由于采用了圆齿条41与第一齿轮30啮合驱动的传动方式，在两个四连杆手抓20随转座10一并转动时，第一齿轮30上处于啮合状态的齿牙能够沿圆齿条41上相应的环形齿面的周向进行滑动，因此滑杆40只需在动力组件50的驱动下具备沿转座10轴向滑动的自由度即可，无需随转座10一并旋转，从而能够有效简化手抓张合动作的驱动结构，改善现有技术中因驱动箱60复杂笨重而影响机械手的使用灵活性的情况。

在一些实施例中，参见图3，滑杆40伸入驱动箱60内的部分为直齿条42，动力组件50的输出端设有第二齿轮521，第二齿轮521与直齿条42啮合。通过动力组件50驱动第二齿轮521转动，第二齿轮521驱动直齿条42沿滑杆40的轴向运动，从而使滑杆40相对于转座10滑动，进而通过圆齿条41分别推动其两侧的第一齿轮30进行同步反向转动，带动两个驱动杆21的同步反向摆动，最终实现两个四连杆手抓20的张合动作，动力传输稳定可靠，结构简单，占用空间小。

作为上述直齿条42的一种变形实施方式，请参阅图3及图4，直齿条42的背面设有滑条421，滑条421用于与开设于驱动箱60内的滑槽61滑动配合。应当说明的是，滑槽61可以是根据需要直接开设于驱动箱60内的隔板、筋板或者其它结构件上的槽，也可以是以不干涉驱动箱60内的驱动结构为前提，采用带有滑槽61的板块类构件固定在驱动箱60内壁上，通过将滑条421与滑槽61进行滑动配合，一方面能够通过滑槽61与滑条421配合关系提高滑杆40的直线运动稳定性，另一方面能够利用滑槽61对滑条421的约束作用，以限制滑杆40的转动自由度，从而提高直齿条42与第二齿轮521的啮合稳定性，避免滑杆40随着转座10的转动而转动，导致直齿条42与第二齿轮521脱离，进而导致滑杆40失去轴向约束力，最终导致两个四连杆手抓20失去夹持力的情况，确保两个四连杆手抓20在随转座10转动过程中能够始终保持稳定的夹持力。

一些实施例中，上述动力组件50采用如图3所示结构，动力组件50包括电机51和传动件52；其中，传动件52的动力输入端与电机51的输出端连接，动力输出端套设有第二齿轮521。电机51优选为伺服电机51，通过传动件52将电机51的旋转驱动力传递至第二齿轮521上，从而通过第二齿轮521驱动直齿条42进行轴向移动，在此应当理解的是，传动件52的作用在于通过高速比降低输出转速、同时提升输出扭矩，从而确保两个四连杆手抓20能够获得充足的夹持力，当然，在电机51扭矩满足使用要求的情况下，也可以不采用传动件52，直接将第二齿轮521套装在电机51的输出轴上。

具体的，在本实施例中，传动件52包括至少一组具有反向自锁性能的蜗轮蜗杆副522。应当理解，蜗轮蜗杆副522应当以蜗杆作为动力输入端，蜗轮作为动力输出端，通常在蜗轮蜗杆传动中发生自锁的条件是蜗杆的展开螺旋角小于蜗轮蜗杆接触的摩擦角，即满足自锁条件时蜗轮无法反向驱动蜗杆转动，利用蜗轮蜗杆副522的这一特性，能够确保最终传递至两个四连杆手抓20上的夹持力稳定可靠，避免因电机51断电或故障时，四连杆手抓20上的夹持力反向传递而导致夹持物掉落的现象。

一些可能的实现方式中，请参阅图3，滑杆40上间隔套设有两个分别用于固定嵌装于转座10上的滑套43，滑杆40在动力组件50的推拉作用下于两个滑套43内滑动。由于滑杆40在动力组件50的驱动下在转座10内滑动，而为了避免转座10受到磨损，在此设置与滑杆40配合滑套43与转座10进行固定连接，当然，滑套43与滑杆40之间不仅能够轴向滑动，也能够相对转动，因此在转座10转动过程中，滑套43能够随转座10一并转动，滑套43可以优选采用耐磨性能好的铜套或尼龙套，以提高使用寿命。

一些实施例中，滑杆40伸入驱动箱60内的部分设有沿其轴向延伸的第二限位部，第二限位部用于与设于驱动箱60内的限位结构滑动配合，以限制滑杆40的转动自由度。第二限位部的结构形式可以是沿滑杆40轴向延伸的槽或凸台，限位结构与第二限位部的结构形式匹配，两者之间形成类似于滑键配合的方式，以在保证滑杆40具有轴向滑移自由度的前提下，避免滑杆40随转座10一并转动，提高传动稳定性。

一些实施例中，请参阅图3，滑杆40上设有沿其径向凸起的第一限位部44，在圆齿条41推动两个第一齿轮30进而推动两个四连杆手抓20张开至极限位置时，第一限位部44与转座10朝向驱动箱60的端壁抵接。由于滑杆40的轴向滑移是通过动力组件50的驱动而实现，理论上控制动力组件50的输出行程即可控制滑杆40的滑移距离，而实际上为了避免因动力组件50的控制失灵导致滑杆40滑移过位，从而导致四连杆手抓20的张开程度过大而受损(四连杆机构自身发生碰撞或干涉)，在此通过在滑杆40上设置第一限位部44，通过第一限位部44与转座10朝向驱动箱60的端壁抵接，能够限制滑杆40朝向四连杆手抓20方向滑移的极限位置，从而限制两个四连杆手抓20的张开极限位置，以避免四连杆手抓20张开过度，提高运行稳定性，当然，由于两个四连杆手抓20(上的夹具)空载闭合至相互抵接或夹紧物品时，滑杆40自然会受到阻力而无法移动，因此无需对滑杆40的反向滑移极限位置进行限位，从而简化驱动箱60内的结构，利于减小驱动箱60的体积，提高使用灵活性。

由于在实际工作过程中，第一齿轮30在圆齿条41的驱动下转动不超过一百八十度的角度即可满足两个四连杆手抓20的张合角度需求，在这种情况下，为节约空间，请参阅图2，第一齿轮30为扇形，且第一齿轮30固定套装于驱动杆21与转座10的铰接轴上。采用扇形齿轮能够相较于圆齿轮节约将近一半的安装空间，利于使两个四连杆手抓20在更加狭小的空间内使用，灵活性高，同时第一齿轮30的安装借助于驱动杆21与转座10的铰接轴，安装结构简单可靠，确保驱动杆21的摆动中心与第一齿轮30在圆齿条41的驱动下的转动中心一致，从而提高对两个四连杆手抓20的驱动稳定性。

基于同一发明构思，请参阅图1至图4，本申请实施例还提供一种机械手总成，包括驱动箱60、转动连接于驱动箱60上的转座10，两个镜像铰接于转座10上的四连杆手抓20，以及上述张合驱动机构。

本实施例提供的机械手总成，与现有技术相比，采用了上述张合驱动机构，通过动力组件50向滑杆40施加推力或拉力，从而带动圆齿条41前后滑动以驱动两个第一齿轮30转动，从而使分别与两个第一齿轮30固定连接的驱动杆21同步反向摆动，最终实现两个四连杆手抓20的同步张合动作，由于采用了圆齿条41与第一齿轮30啮合驱动的传动方式，在两个四连杆手抓20随转座10一并转动时，第一齿轮30上处于啮合状态的齿牙能够沿圆齿条41上相应的环形齿面的周向进行滑动，因此滑杆40只需在动力组件50的驱动下具备沿转座10轴向滑动的自由度即可，无需随转座10一并旋转，从而能够有效简化手抓张合动作的驱动结构，改善现有技术中因驱动箱60复杂笨重而影响机械手的使用灵活性的情况。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.张合驱动机构，用于驱动两个镜像铰接于转座上的四连杆手抓同步张合，所述四连杆手抓与所述转座铰接的其中一个摆杆作为驱动杆，其特征在于，所述张合驱动机构包括：

两个第一齿轮，分别固定连接于两个所述驱动杆与所述转座的铰接端；

滑杆，沿所述转座的轴向滑动穿设于所述转座上，所述滑杆的一端设有沿其轴向延伸的圆齿条，所述圆齿条位于两个所述第一齿轮之间，且与两个所述第一齿轮分别啮合，所述滑杆的另一端伸入驱动箱内；

动力组件，设于所述驱动箱内，输出端与所述滑杆的伸入端连接，用于推拉所述滑杆以带动所述圆齿条驱动两个所述第一齿轮同步反向转动；

其中，在两个所述四连杆手抓随所述转座一并旋转时，所述第一齿轮处于啮合状态的齿牙在所述圆齿条上相应的环形齿面上周向滑动。

2.如权利要求1所述的张合驱动机构，其特征在于，所述滑杆伸入所述驱动箱内的部分为直齿条，所述动力组件的输出端设有第二齿轮，所述第二齿轮与所述直齿条啮合。

3.如权利要求2所述的张合驱动机构，其特征在于，所述直齿条的背面设有滑条，所述滑条用于与开设于所述驱动箱内的滑槽滑动配合。

4.如权利要求2所述的张合驱动机构，其特征在于，所述动力组件包括：

电机；

传动件，动力输入端与所述电机的输出端连接，动力输出端套设有所述第二齿轮。

5.如权利要求4所述的张合驱动机构，其特征在于，所述传动件包括至少一组具有反向自锁性能的蜗轮蜗杆副。

6.如权利要求1所述的张合驱动机构，其特征在于，所述滑杆上间隔套设有两个分别用于固定嵌装于所述转座上的滑套，所述滑杆在所述动力组件的推拉作用下于两个所述滑套内滑动。

7.如权利要求1所述的张合驱动机构，其特征在于，所述滑杆伸入所述驱动箱内的部分设有沿其轴向延伸的第二限位部，所述第二限位部用于与设于所述驱动箱内的限位结构滑动配合，以限制所述滑杆的转动自由度。

8.如权利要求1所述的张合驱动机构，其特征在于，所述滑杆上设有沿其径向凸起的第一限位部，在所述圆齿条推动两个所述第一齿轮进而推动两个所述四连杆手抓张开至极限位置时，所述第一限位部与所述转座朝向所述驱动箱的端壁抵接。

9.如权利要求1-8任一项所述的张合驱动机构，其特征在于，所述第一齿轮为扇形，且所述第一齿轮固定套装于所述驱动杆与所述转座的铰接轴上。

10.机械手总成，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的张合驱动机构。

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