CN114670225A - 一种旋转机构及机械手 - Google Patents

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宋宇晓
李慧
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杜振军
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Abstract

本发明提供了一种旋转机构及机械手，所述旋转机构包括第一传动组、第二传动组以及第三传动组；所述第一传动组与所述第二传动组装配连接，所述第二传动组用于在所述第一传动组的传动下与所述第一传动组的从动件同向旋转；所述第三传动组与所述第二传动组连接，所述第三传动组用于在所述第二传动组的传动下与所述第二传动组反向旋转。采用本发明的旋转机构使两侧手指能够绕各自指座旋转轴同步反向转动，自锁型的结构解决了现有灵巧手在抓取过程中电机需要一直带电运行的问题，使抓取过程更加稳定可靠；同时减少齿轮数量，有效减少了手指的晃动量，提高了传动精度。

Description

一种旋转机构及机械手
技术领域
本公开涉及机械手技术领域，尤其涉及一种旋转机构及机械手。
背景技术
机械手作为机械臂系统与外部操作对象的执行部件，其功能和性能直接影响甚至决定了整个机器人系统的性能。随着我国机械臂工业的崛起，尤其是以UR为代表的协作机器人被迅速推广应用后，对于能执行复杂功能的灵巧机械手的需求将出现增长态势。目前国内外能执行复杂功能的灵巧机械手却因价格不菲，多用在科研、国防领域，使机械手应用范围受限。
但是目前的机械手存在如下问题：1、无法自锁，机械手抓取到位后，电机必须继续带电运行，避免左右两侧手指移位，导致抓取不稳甚至脱落，连续抓取一段时间后，电机温度明显升高，长时间运行会影响电机寿命；2、需要使用多组齿轮啮合达到同步反向旋转的目的，齿侧间隙累积到输出端，导致手指晃动量特别大，传动精度低。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种旋转机构及机械手，至少部分解决现有技术中存在的问题。
第一方面，本发明实施例提供了一种旋转机构，所述旋转机构应用在机械手中，所述旋转机构用于带动所述机械手中的手指的转动，所述旋转机构包括第一传动组、第二传动组以及第三传动组；
所述第一传动组与所述第二传动组装配连接，所述第二传动组用于在所述第一传动组的传动下与所述第一传动组的从动件同向旋转；
所述第三传动组与所述第二传动组连接，所述第三传动组用于在所述第二传动组的传动下与所述第二传动组反向旋转。
根据本发明实施例的一种具体实现方式，所述第一传动组包括蜗轮和蜗杆，所述蜗轮与所述蜗杆啮合。
根据本发明实施例的一种具体实现方式，所述第二传动组包括第一齿轮，所述第一齿轮固定连接在所述蜗轮上，所述第一齿轮随所述蜗轮的转动而同向转动。
根据本发明实施例的一种具体实现方式，所述第三传动组包括第二齿轮，所述第二齿轮与所述第一齿轮啮合，所述第二齿轮随所述第一齿轮的转动而反向转动。
根据本发明实施例的一种具体实现方式，所述蜗杆的导程角小于所述蜗杆和所述蜗轮之间的当量摩擦角。
根据本发明实施例的一种具体实现方式，所述第一传动组包括两个所述蜗轮，两个所述蜗轮分别于所述蜗杆的两侧与所述蜗杆啮合；所述第二传动组包括两个所述第一齿轮，所述第三传动组包括两个所述第二齿轮，所述第一齿轮固定连接于对应的所述蜗轮，所述第二齿轮啮合于对应的所述第一齿轮。
根据本发明实施例的一种具体实现方式，所述旋转机构包括两个第一球轴承，所述第一球轴承连接对应的所述蜗轮和所述第一齿轮。
根据本发明实施例的一种具体实现方式，所述旋转机构包括两个第二球轴承和两个推力轴承，所述二球轴承和对应的所述推力轴承连接对应的所述蜗杆。
此外，为实现上述目的，本发明还公开了一种机械手，所述机械手包括基座、手指、驱动装置以及如上所述的旋转机构；所述旋转机构被安装于所述基座并连接于所述驱动装置，所述手指连接于所述基座并联动于所述旋转机构，在所述驱动装置被启动而驱动所述旋转机构转动时，所述手指被所述旋转机构联动而发生转动。
根据本发明实施例的一种具体实现方式，所述驱动装置连接于所述旋转机构的蜗杆，并提供动力输出以供所述蜗杆转动，从而所述蜗杆联动所述旋转机构的蜗轮转动，以使得所述旋转机构的第一齿轮和第二齿轮带动所述手指转动。
根据本发明实施例的一种具体实现方式，所述基座包括旋转底座，所述旋转机构被固定安装于所述旋转底座。
本发明实施例中的旋转机构，包括第一传动组、第二传动组以及第三传动组；所述第一传动组与所述第二传动组装配连接，所述第二传动组用于在所述第一传动组的传动下与所述第一传动组的从动件同向旋转；所述第三传动组与所述第二传动组连接，所述第三传动组用于在所述第二传动组的传动下与所述第二传动组反向旋转。采用本发明实施例的旋转机构使两侧手指能够绕各自指座旋转轴同步反向转动，将机械手抓取构型调整为同侧构型、对指构型以及均布构型等不同形状，以适应不同形状、不同尺寸物体的抓取。自锁型的结构解决了现有灵巧手在抓取过程中电机需要一直带电运行的问题，使抓取过程更加稳定可靠；同时减少齿轮数量，有效减少了手指的晃动量，提高了传动精度。
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，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，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它的附图。
图1为本发明实施例提供的一种机械手结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种机械手结构另一状态的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的一种旋转机构的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的一种旋转机构另一状态的结构示意图；
附图标记：
1-基座，2-电机，3-蜗杆，4-蜗轮，5-第二齿轮，6-第一齿轮，7-旋转底座，8-活动手指，9-固定手指，10-第一球轴承，11-沉头螺钉，12-内六角圆柱头螺钉，13-箱体，14-第二球轴承，15-推力轴承。
具体实施方式
下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。
以下通过特定的具体实例说明本公开的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本公开的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。本公开还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本公开的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本公开中的实施例，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，都属于本公开保护的范围。
需要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本公开，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目个方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。
还需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本公开的基本构想，图式中仅显示与本公开中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
另外，在以下描述中，提供具体细节是为了便于透彻理解实例。然而，所属领域的技术人员将理解，可在没有这些特定细节的情况下实践所述方面。
本发明实施例提供一种旋转机构。
参见图3和图4，本发明实施例提供的一种旋转机构，所述旋转机构包括第一传动组、第二传动组以及第三传动组；
所述第一传动组与所述第二传动组装配连接，所述第二传动组用于在所述第一传动组的传动下与所述第一传动组的从动件同向旋转；
所述第三传动组与所述第二传动组连接，所述第三传动组用于在所述第二传动组的传动下与所述第二传动组反向旋转。
在本实施例中，所述旋转机构通过三组传动组实现动力的传递。三组传动组分别是第一传动组、第二传动组以及第三传动组，所述第一传动组与所述第二传动组配合连接，并且第一传动组带动第二传动组进行同向旋转，并且具体地，所述第一传动组带动所述第二传动组随所述第一传动组的从动件同向旋转。第二传动组进一步与所述第三传动组连接，通过第二传动组带动第三传动组随所述第二传动组反向转动。
在另一实施例中，所述第一传动组为蜗轮与蜗杆3的结构，即所述第一传动组包括蜗轮和蜗杆3，所述蜗轮与蜗杆3啮合，所述蜗轮随所述蜗杆3的转动而转动。并且本实施例中，所述第一传动组包括两个蜗轮和一个蜗杆3，两个所述蜗轮分别安装在所述蜗杆3的两侧，两个所述蜗轮分别与所述蜗杆3啮合，两个所述蜗轮在所述蜗杆3的带动下反向旋转。
在另一实施例中，所述第二传动组包括第一齿轮6，所述第一齿轮6固定连接在所述蜗轮上，所述第一齿轮6随所述蜗轮的转动而同向旋转。在本实施例中，所述第一传动组为第一齿轮6，所述第一齿轮6与所述蜗轮同轴安装，所述第一齿轮6通过粘合剂安装在蜗轮的轴上，在所述蜗杆3带动所述蜗轮转动的同时，蜗轮轴将旋转，此时，安装在所述蜗轮的轴上的第一齿轮6也将随之同向旋转。
在另一实施例中，所述第三传动组包括第二齿轮5，所述第二齿轮5与所述第一齿轮6啮合，所述第二齿轮5随所述第一齿轮6的转动而反向转动。所述第三传动组为第二齿轮5，所述第二齿轮5与所述第一齿轮6啮合，则所述第二齿轮5将随所述第一齿轮6的转动而反向转动。
其中，所述第一传动组包括两个所述蜗轮，两个所述蜗轮分别于所述蜗杆的两侧与所述蜗杆啮合；所述第二传动组包括两个所述第一齿轮，所述第三传动组包括两个所述第二齿轮，所述第一齿轮固定连接于对应的所述蜗轮，所述第二齿轮啮合于对应的所述第一齿轮。参见图1和图2，本实施例中的所述旋转机构应用在所述机械手中，所述旋转机构用于带动所述机械手的机械手指的转动。本实施例中的所述旋转机构的第一传动组包括两个所述蜗轮，两个所述蜗轮均与同一蜗杆啮合，安装在蜗杆的两侧。通过蜗杆带动两侧的蜗轮转动。二所述第二传动组则包括两个所述第一齿轮，两个所述第一齿轮分别安装在两个所述蜗轮上，两个所述第一齿轮分别于两个所述蜗轮同轴安装，两个所述第一齿轮分别随两个所述蜗轮转动。所述第三传动组包括两个所述第二齿轮，两个所述第二齿轮分别于两个所述第一齿轮对应啮合。两组蜗轮、蜗杆与第一齿轮和第二齿轮构成的旋转机构分别用于驱动对应侧的机械手指的转动。
并且，当所述蜗杆3的导程角小于所述蜗杆3和所述蜗轮4之间的当量摩擦角时，机构反行程具有自锁性，只能由蜗杆3带动蜗轮4转动，而蜗轮4无法带动蜗杆3转动，因此在抓取动作到位时，不需要使电机2持续上电即可保证抓取的稳定性。这种结构每只活动手指8只有一级齿轮传动，减少了齿侧间隙的累积，因此手指可自由晃动的量也大大减少。
可以理解的是，所述第一传动组中的蜗杆3与驱动装置连接，在驱动装置的驱动下进行旋转，带动后面的机构同步运转。
此外，本发明实施例还公开了一种机械手，参照图1和图2，所述机械手包括基座1，
机械手指，其安装在所述基座1上，用于夹持物体；
机械手掌，其紧贴在所述机械手指近端，并与所述基座1贴合，将所述机械手指夹持在所述基座1上；这样可以通过机械手指的运动，将物体抓握住，且抓握紧密，结合稳固。
驱动装置以及如上实施例所述的旋转机构。所述旋转机构被安装于所述基座并连接于所述驱动装置，所述手指连接于所述基座并联动于所述旋转机构，在所述驱动装置被启动而驱动所述旋转机构转动时，所述手指被所述旋转机构联动而发生转动。
具体地，所述旋转机构在所述机械手内的安装方式如下：
蜗杆3一侧与电机2连接，另一侧通过两个第二球轴承14和两个推力轴承15固定在基座1上。将两个第二齿轮5分别安装在左右两侧活动手指8的旋转底座7上，并使用沉头螺钉11将第二齿轮5与旋转底座7固定在一起。旋转左右两侧活动手指8，使左右两侧手指对称，将两个第一球轴承10安装到基座1上，然后使用粘合剂将第一齿轮6安装蜗轮4的轴上，迅速将蜗轮4和第一齿轮6安装在基座1上，左右两侧采用同样的方式安装。待胶水凝固后，将另外两个球轴承10安装到蜗轮4的轴上，扣上箱体13，拧紧内六角圆柱头螺钉12，将箱体13固定到基座1上。
当电机2转动时，带动蜗杆3转动，蜗杆3与蜗轮4啮合，使两侧蜗轮4同时旋转，旋转方向相反；由于第一齿轮6是和蜗轮4粘接在一起的，第一齿轮6与蜗轮4旋向相同；两侧第一齿轮6分别与两侧第二齿轮5啮合，从而使两侧第二齿轮5呈同步反向旋转，最终带动两个活动手指8实现同步反向运动。
当蜗杆3的导程角小于蜗杆3和蜗轮4之间的当量摩擦角时，机构反行程具有自锁性，只能由蜗杆3带动蜗轮4转动，而蜗轮4无法带动蜗杆3转动，因此在抓取动作到位时，不需要使电机2持续上电即可保证抓取的稳定性。这种结构每只活动手指8只有一级齿轮传动，减少了齿侧间隙的累积，因此手指可自由晃动的量也大大减少。
以上所述，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本公开揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种旋转机构，所述旋转机构应用在机械手中，所述旋转机构用于带动所述机械手中的手指的转动，其特征在于，所述旋转机构包括第一传动组、第二传动组以及第三传动组；
所述第一传动组与所述第二传动组装配连接，所述第二传动组用于在所述第一传动组的传动下与所述第一传动组的从动件同向旋转；
所述第三传动组与所述第二传动组连接，所述第三传动组用于在所述第二传动组的传动下与所述第二传动组反向旋转。
2.根据权利要求1所述的旋转机构，其特征在于，所述第一传动组包括蜗轮和蜗杆，所述蜗轮与所述蜗杆啮合。
3.根据权利要求2所述的旋转机构，其特征在于，所述第二传动组包括第一齿轮，所述第一齿轮固定连接在所述蜗轮上，所述第一齿轮随所述蜗轮转动而同向转动。
4.根据权利要求3所述的旋转机构，其特征在于，所述第三传动组包括第二齿轮，所述第二齿轮与所述第一齿轮啮合，所述第二齿轮随所述第一齿轮转动而反向转动。
5.根据权利要求4所述的旋转机构，其特征在于，所述蜗杆的导程角小于所述蜗杆和所述蜗轮之间的当量摩擦角。
6.根据权利要求4所述的旋转机构，其特征在于，所述第一传动组包括两个所述蜗轮，两个所述蜗轮分别于所述蜗杆的两侧与所述蜗杆啮合；所述第二传动组包括两个所述第一齿轮，所述第三传动组包括两个所述第二齿轮，所述第一齿轮固定连接于对应的所述蜗轮，所述第二齿轮啮合于对应的所述第一齿轮。
7.根据权利要求6所述的旋转机构，其特征在于，所述旋转机构包括两个第一球轴承、两个第二球轴承和两个推力轴承，所述第一球轴承连接对应的所述蜗轮和所述第一齿轮，所述第二球轴承和对应的所述推力轴承连接于对应的所述蜗杆。
8.一种机械手，所述机械手包括基座、手指、驱动装置以及如权利要求1～7任一项所述的旋转机构；所述旋转机构被安装于所述基座并连接于所述驱动装置，所述手指连接于所述基座并联动于所述旋转机构，在所述驱动装置被启动而驱动所述旋转机构转动时，所述手指被所述旋转机构联动而发生转动。
9.根据权利要求8所述的机械手，其特征在于，所述驱动装置连接于所述旋转机构的蜗杆，并提供动力输出以供所述蜗杆转动，从而所述蜗杆联动所述旋转机构的蜗轮转动，以使得所述旋转机构的第一齿轮和第二齿轮带动所述手指转动。
10.根据权利要求9所述的机械手，其特征在于，所述基座包括旋转底座，所述旋转机构被固定安装于所述旋转底座。
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