CN114536377A

CN114536377A - 一种可连续变形的机械夹爪

Info

Publication number: CN114536377A
Application number: CN202210108483.1A
Authority: CN
Inventors: 李敏; 何博; 张超宙; 杨诗麒; 陶唐飞; 谢俊; 徐光华
Original assignee: Xian Jiaotong University
Current assignee: Xian Jiaotong University
Priority date: 2022-01-28
Filing date: 2022-01-28
Publication date: 2022-05-27
Anticipated expiration: 2042-01-28
Also published as: CN114536377B

Abstract

本申请公开了一种可连续变形的机械夹爪，涉及机械夹爪技术领域。不仅可以实现对待抓取物件的包络抓取，还可以快速实现同一个机械手爪对不同体积的物体的抓取。该机械夹爪包括箱体和至少两个驱动手爪；箱体的顶部用于连接机械臂，箱体的底部设有限位滑槽，限位滑槽的相对的两侧设有齿条；驱动手爪包括固定底板、丝杠滑块机构、弹簧钢片和铰接串联的多个连接件；丝杠滑块机构固连在固定底板上；连接件上设有导向滑槽；弹簧钢片的一端连接在丝杠滑块机构上，另一端穿过导向滑槽后连接在末端的连接件上；固定底板的两侧设有与齿条相适配的齿状结构；驱动手爪的一端可拆卸连接在箱体内，另一端穿过限位滑槽后伸出箱体。

Description

一种可连续变形的机械夹爪

技术领域

本申请涉及机械夹爪技术领域，尤其涉及一种可连续变形的机械夹爪。

背景技术

机械夹爪位于机械臂末端，可以对目标物体进行抓取并搬运，在工业化流水线，农业果蔬采摘，自动化食品加工，物流等行业有广泛的应用，极大地提高相关领域的生产力。目前机械夹爪存在以下问题： 1、机械夹爪应用于结构化环境中时，一种机械夹爪仅能抓取相同形状、相同尺寸和放置姿态固定的目标，难以适用于不同形状、不同尺寸甚至同种物体不同姿态下的抓取作业；2、机械夹爪的张开幅度有限，在面对较大物体时易导致无法夹持或者夹持脱落的情况；3、由于机械夹爪与目标物体的接触面积小，容易产生摩擦力小、抓握力不足的情况，进而导致目标物体脱落。

发明内容

本申请的实施例提供一种可连续变形的机械夹爪，不仅可以实现对待抓取物件的包络抓取，还可以快速实现同一个机械手爪对不同体积的物体的抓取能力。

为达到上述目的，本申请的实施例提供了一种可连续变形的机械夹爪，包括箱体和至少两个驱动手爪；所述箱体的顶部用于连接机械臂，所述箱体的底部设有限位滑槽，所述限位滑槽的相对的两侧设有齿条；所述驱动手爪包括固定底板、丝杠滑块机构、弹簧钢片和铰接串联的多个连接件；所述丝杠滑块机构固连在所述固定底板上；所述连接件上设有导向滑槽；所述弹簧钢片的一端连接在所述丝杠滑块机构上，另一端穿过所述导向滑槽后连接在末端的连接件上；所述固定底板的两侧设有与所述齿条相适配的齿状结构；所述驱动手爪的一端可拆卸连接在所述箱体内，另一端穿过所述限位滑槽后伸出所述箱体。

进一步地，所述连接件包括主体；所述导向滑槽设置在所述主体的上部；所述主体的底部设有第一铰接部和第二铰接部，所述第一铰接部用于与其中一个相邻的所述连接件的第二铰接部铰接；所述第二铰接部用于与另一个相邻的所述连接件的第一铰接部铰接。

进一步地，所述主体为长方体，所述第一铰接部设置在所述长方体的前侧面上，所述第二铰接部靠近所述长方体的后侧面设置；所述长方体的前、后侧面之间的夹角为锐角。

进一步地，所述驱动手爪和所述限位滑槽均为两个，两个所述驱动手爪相对设置；两个所述限位滑槽沿所述箱体的长度方向并排设置。

进一步地，所述丝杠滑块机构、所述弹簧钢片和所述导向滑槽均为两个；两个所述导向滑槽沿竖直方向依次设置在所述主体上；两个所述丝杠滑块机构上下设置；两个所述弹簧钢片相互叠置；两个所述弹簧钢片的一端分别连接在对应的所述丝杠滑块机构上，其中一个所述弹簧钢片的另一端穿过所述导向滑槽后连接在末端的连接件上，另一个所述弹簧钢片的另一端穿过所述导向滑槽后连接在中间的连接件上。

进一步地，所述丝杠滑块机构、所述弹簧钢片和所述导向滑槽均为两个；两个所述导向滑槽沿竖直方向依次设置在所述主体上；两个所述丝杠滑块机构上下设置；两个所述弹簧钢片相互叠置；两个所述弹簧钢片的一端分别连接在对应的所述丝杠滑块机构上，两个所述弹簧钢片的另一端分别穿过对应的所述导向滑槽后连接在尾端的连接件上。

进一步地，所述丝杠滑块机构包括驱动电机、丝杠和连接在所述丝杠上的滑块；所述弹簧钢片连接在所述滑块上。

进一步地，所述固定底板通过U形销轴连接在所述箱体内。

进一步地，所述箱体包括箱体本体和箱盖；所述箱盖可拆卸连接在所述箱体本体的口部。

进一步地，所述箱体的底部设有圆盘形的安转板；所述驱动手爪和所述限位滑槽均为三个，三个所述驱动手爪相对于所述安转板中心对称；三个所述限位滑槽沿所述安转板的周向均匀设置。

本申请相比现有技术具有以下有益效果：

1、本申请实施例可连续变形的机械夹爪中的固定底板作为限位结构，弹簧钢片作为传动结构，可以实现对待抓取物件的包络抓取，扩大了与待抓取物体的接触面积，减小了对抓取物体表面的压强，尤其对抓取复杂形状物体和易碎物体有较大优势，能够完成对不同形状、不同尺寸甚至同种物体不同姿态下的抓取任务。

2、本申请实施例可连续变形的机械夹爪中的驱动手爪的固定方式采用U形销轴和齿状结构，由此，可以快速拆装驱动手爪，便于更换，同时，由于箱体的齿数多于驱动手爪上的齿数，方便手动调整两个驱动手爪之间的距离，有利于泛化同一个机械手爪对不同体积的物体的抓取能力。

3、本申请实施例可连续变形的机械夹爪的组成零件规格统一，且前后面存在一定夹角，统一的规格有利于机械手爪的维修更替，延长其使用寿命，夹角的存在有益于扩大机械夹爪的张开幅度，以夹取不同尺寸的物体。

4、本申请实施例可连续变形的机械夹爪兼具刚性手爪输出力大和柔性手爪连续形变的优点。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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的附图。

图1为本申请实施例1的分解结构示意图；

图2是本申请实施例1中驱动手爪的主视图；

图3是图2的A-A剖视图；

图4是本申请实施例1中驱动手爪的侧视图；

图5是图4的B-B剖视图；

图6是本申请实施例1中连接件的立体结构示意图；

图7是本申请实施例1中连接件的平面结构示意图；

图8是图7的侧视剖视图；

图9是实施例1的增益效果图；

图10是实施例1的使用状态图；

图11是本申请实施例2中驱动手爪的主视图；

图12是本申请实施例2中驱动手爪的俯视图；

图13是图12的C-C剖视图；

图14是本申请实施例2中连接件的立体结构示意图；

图15是本申请实施例2中连接件的平面结构示意图；

图16是图15的侧视剖视图；

图17是本申请实施例3中安装板结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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，仅是为了便于描述本申请和简化描述，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申请的限制。

在本申请的描述中，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；对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

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该特征。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

实施例1：

参照图1，本申请的实施例提供了一种可连续变形的机械夹爪，包括箱体1和相对设置的两个规格相同的驱动手爪2。

箱体1为长方体结构，包括前侧设有开口的箱体本体11和盖设在箱体本体11口部的箱盖12。箱盖12通过四个螺栓13连接在箱体本体11上。箱体本体11的顶部设有用于连接机械臂的连接孔111，箱体本体11的底部设有两个限位滑槽112，两个限位滑槽112沿箱体1的长度方向并排设置，限位滑槽112的两个长边的外侧均设有齿条113。固定底板21的两侧设有与齿条113相适配的齿状结构211，齿条113的齿数多于齿状结构211的齿数，驱动手爪2的上端通过U 形销轴3连接在箱体1内，下端穿过限位滑槽112后伸出箱体1。

参照图2至图5，驱动手爪2包括固定底板21、两个丝杠滑块机构22、两个弹簧钢片23和铰接串联的多个连接件24。固定底板21 上设有用于连接U形销轴3的凹槽212。两个丝杠滑块机构22均固连在固定底板21上，且两个丝杠滑块机构22上下设置。丝杠滑块机构22能够把电机的旋转输出转换成直线输出。具体的，丝杠滑块机构22包括驱动电机221、丝杠222和连接在丝杠222上的滑块223。

由此，驱动手爪2上的齿状结构211和箱体1上的齿条113啮合后，限制驱动手爪2在X方向和Y方向上的移动。驱动手抓2上的凹槽212与U形销轴3配合后，在箱体本体11的底面的限位下，驱动手爪在Z方向上固定。通过以上结构，可以将驱动手爪2稳固在箱体1上。需要拆卸驱动手爪2时，先从箱体1中拆除U形销轴3，再沿Z轴负方向抽出驱动手爪2。装配过程为相反流程。具体的，由于固定底板21上的齿条113的齿数多于驱动手爪2上的齿状结构211的齿数，因此，可以手动调节两个驱动手爪2在X方向上的距离来适配不同体积的目标抓取物。

参照图6至图8，连接件24包括主体241、第一铰接部242和第二铰接部243。主体241为长方体，长方体的前、后侧面之间的夹角为锐角，且长方体的前侧面与顶面和底面的夹角均为直角，由此，可以增加机械手爪的张开幅度，以适应更多不同体积物体的抓取作业。夹角的大小由的机械手爪的张开幅度和丝杠滑块机构22的输出范围确定。主体241的上部设有上下设置的两个导向滑槽244。主体241 的底部设有第一铰接部242和第二铰接部243。第一铰接部242设置在长方体的前侧面上，第二铰接部243靠近长方体的后侧面设置。第一铰接部242用于与其中一个相邻的连接件24的第二铰接部243铰接，第二铰接部243用于与另一个相邻的连接件24的第一铰接部242 铰接。具体的，第一铰接部242和第二铰接部243均为分别设置在主体241左右两侧的铰接耳。多个连接件24串联后，两个导向滑槽244 分别供对应的弹簧钢片23传动。具体的，相邻的两个连接件24之间通过转轴25铰接。连接件24数量由待抓取物体的体积决定。

参照图5，两个弹簧钢片23相互叠置。两个弹簧钢片23的上端分别连接在对应的丝滑块机构22的滑块223上，下端穿过对应的导向滑槽244后连接在末端的连接件24上。需要说明的是，位于尾端的连接件24的形状与其他的连接件24的形状相似，区别仅在于位于尾端的连接件24的抓取面的宽度大于其他的连接件24的抓取面的宽度，由此，便于集成压力传感器，并增加表面耐磨材料和柔性材料，以改善抓取效果。

参照图9和图10，该实施例的工作原理和过程如下：

弹簧钢片23的顶端固定在滑块223上，底端固定在尾端的连接件24上，当滑块223在驱动电机221的带动下沿Z轴负方向运动时，弹簧钢片23的顶端向Z轴负方向移动，而底端不动，由此产生弯曲。但弹簧钢片23仅能够在导向滑槽244内移动，因此当驱动手爪2接触到待抓取物体时，会包络在物体表面。两个驱动手爪2配合抓起物体。参照图10，苹果表面虽然曲率不一致，但是在多段连续结构的限制下，机械夹爪能够包络在苹果表面，以抓取苹果。

为了使机械手爪实现不同的抓取动作，可以将其中一个弹簧钢片 23连接在尾端的连接件24上，将另一个弹簧钢片23连接在中间的连接件24上，这样，上段多段连续结构的形变受两个弹簧钢片23共同控制，下段的多段连续结构仅受其中一个弹簧钢片23的控制。由此，可以使机械手爪根据两个驱动电机221的控制实现不同的抓取动作

为了提高机械手爪的输出力，可以两个弹簧钢片23均连接在尾端的连接件24上，这样，虽然牺牲了驱动手爪5的一个自由度，但提高了机械手爪的输出力。

实施例2：

参照图11至图16，实施例2与实施例1的结构相似，区别仅在于：实施例2中采用电动推杆26代替丝杠滑块机构22，且弹簧钢片 23和连接件25上的导向滑槽251都仅有一个，电动推杆26的伸缩端连接弹簧钢片23，由此，结构更简单，操作更方便。需要说明的是，本申请实施例不仅可以采用气缸、电动推杆等，还可以采用液压缸的等线性输出动力源，此处不做限定。

实施例3：

参照图17，实施例3与实施例1的结构也相似，区别仅在于：实施例3中的驱动手爪2为三个，具体的，箱体1的底部泛化为设有圆盘形的安转板13。驱动手爪2和限位滑槽112均为三个，三个驱动手爪2相对于安转板13中心对称。三个限位滑槽112沿安转板的均布。

由实施例2和实施例3的结构可知，本申请有很强的迁移性和泛化能力，只需简单地改变箱体1的结构即可实现从双爪到多爪的转化，以适应于不同抓取环境的要求。

以上，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何在本申请揭露的技术范围内的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种可连续变形的机械夹爪，其特征在于，包括箱体和至少两个驱动手爪；

所述箱体的顶部用于连接机械臂，所述箱体的底部设有限位滑槽，所述限位滑槽的相对的两侧设有齿条；

所述驱动手爪包括固定底板、丝杠滑块机构、弹簧钢片和铰接串联的多个连接件；所述丝杠滑块机构固连在所述固定底板上；所述连接件上设有导向滑槽；所述弹簧钢片的一端连接在所述丝杠滑块机构上，另一端穿过所述导向滑槽后连接在末端的连接件上；所述固定底板的两侧设有与所述齿条相适配的齿状结构；所述驱动手爪的一端可拆卸连接在所述箱体内，另一端穿过所述限位滑槽后伸出所述箱体。

2.根据权利要求1所述的可连续变形的机械夹爪，其特征在于，所述连接件包括主体；所述导向滑槽设置在所述主体的上部；所述主体的底部设有第一铰接部和第二铰接部，所述第一铰接部用于与其中一个相邻的所述连接件的第二铰接部铰接；所述第二铰接部用于与另一个相邻的所述连接件的第一铰接部铰接。

3.根据权利要求2所述的可连续变形的机械夹爪，其特征在于，所述主体为长方体，所述第一铰接部设置在所述长方体的前侧面上，所述第二铰接部靠近所述长方体的后侧面设置；所述长方体的前、后侧面之间的夹角为锐角。

4.根据权利要求1所述的可连续变形的机械夹爪，其特征在于，所述驱动手爪和所述限位滑槽均为两个，两个所述驱动手爪相对设置；两个所述限位滑槽沿所述箱体的长度方向并排设置。

5.根据权利要求2所述的可连续变形的机械夹爪，其特征在于，所述丝杠滑块机构、所述弹簧钢片和所述导向滑槽均为两个；两个所述导向滑槽沿竖直方向依次设置在所述主体上；两个所述丝杠滑块机构上下设置；两个所述弹簧钢片相互叠置；两个所述弹簧钢片的一端分别连接在对应的所述丝杠滑块机构上，其中一个所述弹簧钢片的另一端穿过所述导向滑槽后连接在末端的连接件上，另一个所述弹簧钢片的另一端穿过所述导向滑槽后连接在中间的连接件上。

6.根据权利要求2所述的可连续变形的机械夹爪，其特征在于，所述丝杠滑块机构、所述弹簧钢片和所述导向滑槽均为两个；两个所述导向滑槽沿竖直方向依次设置在所述主体上；两个所述丝杠滑块机构上下设置；两个所述弹簧钢片相互叠置；两个所述弹簧钢片的一端分别连接在对应的所述丝杠滑块机构上，两个所述弹簧钢片的另一端分别穿过对应的所述导向滑槽后连接在尾端的连接件上。

7.根据权利要求1所述的可连续变形的机械夹爪，其特征在于，所述丝杠滑块机构包括驱动电机、丝杠和连接在所述丝杠上的滑块；所述弹簧钢片连接在所述滑块上。

8.根据权利要求1所述的可连续变形的机械夹爪，其特征在于，所述固定底板通过U形销轴连接在所述箱体内。

9.根据权利要求1所述的可连续变形的机械夹爪，其特征在于，所述箱体包括箱体本体和箱盖；所述箱盖可拆卸连接在所述箱体本体的口部。

10.根据权利要求1所述的可连续变形的机械夹爪，其特征在于，所述箱体的底部设有圆盘形的安转板；所述驱动手爪和所述限位滑槽均为三个，三个所述驱动手爪相对于所述安转板中心对称；三个所述限位滑槽沿所述安转板的周向均匀设置。