CN115043212A - 一种适用于多操作对象的机械手及操作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种适用于多操作对象的机械手及操作方法，该机械手包括手掌部和手指部，手掌部采用平面的五杆并联机构或由多个五杆并联机构并联而成，手指部可拆卸地连接在五杆并联机构上，手指部由手掌部驱动；手掌部由两个驱动源共同驱动，两个驱动源分别定义为第一驱动源和第二驱动源；第一驱动源和第二驱动源中至少一个为移动驱动装置或旋转驱动装置；手指部包括多个手指，手指采用硬手指、软体手指或吸嘴。采用多吸嘴同时吸取多个货品时，机械臂运动过程中，吸取的多个物品之间还可以有相对运动。本发明还公开了一种基于上述机械手的操作方法。本发明可以有效满足多种复杂对象的抓取、吸取需求，使得机械手具有更好的通用性与适应性、更高效率。

Description

一种适用于多操作对象的机械手及操作方法

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，尤其是指一种适用于多操作对象的机械手及操作方法。

背景技术

一般的电商物流领域的入库流程为：在电商配送中心入口，人工剪断打包带、割开封胶带、翻开箱盖大板与箱盖小板，然后手工抓取货品到扫码机处识别标识码，再放回瓦楞纸箱，瓦楞纸箱进入自动化立体仓库的库位；

补货流程为：超市货架的货品不够时，运输瓦楞纸箱到相应超市货架，再手工开箱、手工将货品放置在超市货架相应位置；

配货流程为：人工拖运订单周转箱到订单货品处，取下货品、扫码、放进订单周转箱，多个订单货品需要满场找寻，订单周转箱的订单货品齐全后再送至包装工位。

现有的上述流程大多采用人工完成，工作效率较低，为了提高工作效率，可利用机械手进行货品的抓取操作，但是由于抓取对象复杂，不仅存在尺寸大小差异、形状不同的物形问题，而且存在材质软硬韧脆的物性问题，并且还存在货品的紧靠叠放混乱的物态问题。此外，农产品和食品等物品的采摘与分拣，抓取对象同样也存在前述物形、物性、物态上的共性难题，现有的机械手无法满足复杂对象的抓取需求，抓取效果不佳，机械手的通用性与适应性较差。

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中机械手无法满足复杂对象的抓取需求的缺陷，提高机械手的通用性与适应性。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种适用于多操作对象的机械手，包括手掌部和手指部，所述手掌部采用平面的五杆并联机构或由多个五杆并联机构并联而成，所述手指部可拆卸地连接在所述五杆并联机构上，所述手指部由所述手掌部驱动；

所述手掌部由两个驱动源共同驱动，两个驱动源分别定义为第一驱动源和第二驱动源；

所述五杆并联机构包括第一驱动件和第二驱动件，所述第一驱动件由所述第一驱动源驱动，所述第二驱动件由所述第二驱动源驱动；

所述第一驱动源和第二驱动源中至少一个为移动驱动装置或旋转驱动装置；

所述手指部包括多个手指，所述手指采用硬手指、软体手指或吸嘴，所述硬手指用于夹持抓取货品，所述软体手指用于包裹抓取货品，所述吸嘴用于利用真空吸附抓取货品。

在本发明的一个实施例中，所述五杆并联机构包括依次连接的五个连杆，所述手指部的多个所述手指分别连接在不同的连杆上；

每个所述五杆并联机构中均存在一个连杆作为所述第一驱动件，另一个连杆作为所述第二驱动件。

在本发明的一个实施例中，所述移动驱动装置采用一类移动驱动机构，所述一类移动驱动机构包括第一杆件和第二杆件，所述第一杆件上连接有安装板，所述安装板上连接有第一驱动电机，所述第一驱动电机的输出端连接有正螺纹丝杠，所述正螺纹丝杠上设置有正旋螺纹部，所述正旋螺纹部上连接有正旋传动螺母，所述正旋传动螺母上连接有第一移动件，所述第一移动件通过第一滚动轴承和第一转轴相连接，所述第一转轴上连接有第二杆件。

在本发明的一个实施例中，所述一类移动驱动机构还包括第一导杆，所述第一移动件的两端均设置有导向孔，所述导向孔内均穿设有第一导杆，所述导向孔和第一导杆之间均连接有第一直线轴承，所述第一导杆的两端均通过导杆支架和所述第一杆件相连接。

在本发明的一个实施例中，所述移动驱动装置采用二类移动驱动机构，所述二类移动驱动机构包括第一杆件和第二杆件，所述第一杆件上连接有安装板，所述安装板上连接有第一驱动电机，所述第一驱动电机的输出端连接有正螺纹丝杠，所述正螺纹丝杠上设置有正旋螺纹部，所述正旋螺纹部上连接有正旋传动螺母，所述正旋传动螺母上连接有第一移动件，所述第一移动件上固定连接有第二杆件。

在本发明的一个实施例中，所述移动驱动装置采用三类移动驱动机构，所述三类移动驱动机构包括第一杆件和第二杆件，所述第一杆件上连接有安装板，所述安装板上连接有第一驱动电机，所述第一驱动电机的输出端连接有正反螺纹丝杠，所述正反螺纹丝杠上设置有正旋螺纹部和反旋螺纹部，所述正旋螺纹部和反旋螺纹部的螺纹旋向相反，所述正旋螺纹部上连接有正旋传动螺母，所述反旋螺纹部上连接有反旋传动螺母，所述正旋传动螺母和反旋传动螺母上均连接有第一移动件，所述第一移动件均通过第一滚动轴承和第一转轴相连接，所述第一转轴上均连接有第二杆件。

在本发明的一个实施例中，所述旋转驱动装置采用一类旋转驱动机构，所述一类旋转驱动机构包括第一杆件、第二杆件和第二转轴，所述第一杆件上连接有第二转轴，所述第一杆件通过第一滚动轴承和第二转轴相连接，所述第二转轴的由第二驱动电机驱动旋转，所述第二转轴的输出端连接有第二杆件。

在本发明的一个实施例中，所述旋转驱动装置采用二类旋转驱动机构，所述二类旋转驱动机构包括第一杆件、第二杆件、第二转轴和第三转轴，所述第一杆件上连接有第二转轴和第三转轴，所述第二转轴通过第一滚动轴承和所述第一杆件相连接，所述第三转轴也通过第一滚动轴承和所述第一杆件相连接，所述第二转轴上连接有主动齿轮，所述第三转轴上连接有被动齿轮，所述主动齿轮和被动齿轮相啮合，所述第二转轴由的第二驱动电机驱动旋转，所述第二转轴和第三转轴的输出端均连接有第二杆件。

在本发明的一个实施例中，所述硬手指包括板体，所述板体用于和货品相接触，所述板体呈平直板、纵向截面V形板或横向截面弧形板。

一种采用上述任一项所述的机械手的操作方法，所述手指部包括多个手指，且所述手指为吸嘴，利用所述手指部的多个所述吸嘴同时吸取多个货品时，在机械臂运动过程中，吸取的多个货品之间可以进行相对运动。

本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

本发明所述适用于多操作对象的机械手及操作方法，可以有效满足多种复杂对象的抓取需求，使得机械手具有更好的通用性与适应性。

能够实现捏取(夹取)、包络抓取(单指多接触点)、包裹抓取(分布接触)、吸取各种复杂对象；并且同时吸住多个货品后，机械臂运动过程中，各吸嘴相对位置可调整，便于每个吸嘴所吸取对象的距离调整，成倍提高效率。

手指部由五杆并联机构驱动而改变手指(硬手指、软体手指、吸嘴)的运动轨迹和最终位置，避免碰到货品，利于调整接触位置与接触状态。

采用多个吸嘴同时吸取多个货品时，在机械臂运动过程中，吸取的多个物品之间还可以有相对运动，成倍提高了货品装箱操作或取货分箱操作的效率。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明中平直板形式的硬手指结构的主视图；

图2为本发明中纵向截面V形板形式的硬手指的主视图；

图3为本发明中横向截面弧形板形式的硬手指的主视图；

图4为图3中M-M处的横截面示意图；

图5为本发明中软体手指的主视图；

图6为本发明中吸嘴的主视图；

图7为本发明中一类移动驱动机构的结构示意图；

图8为图7中A-A处的剖视图；

图9为图8中B-B处的剖视图；

图10为本发明中二类移动驱动机构的结构示意图；

图11为本发明中三类移动驱动机构的结构示意图；

图12为图11中C-C处的剖视图；

图13为本发明的一类旋转驱动机构的剖视图；

图14为本发明的二类旋转驱动机构的剖视图；

图15为本发明的RRRRR五杆并联机构的手掌部的机构简图；

图16为本发明的二个并联的RRRRR五杆并联机构的手掌部的机构简图；

图17为本发明的二个并联的RRRSR五杆并联机构的手掌部的机构简图；

图18为本发明的SRRRS五杆并联机构的手掌部的机构简图；

图19为本发明的二个并联的SRRRR五杆并联机构的手掌部的机构简图；

图20为本发明的二个并联的SRRRS五杆并联机构的手掌部的机构简图；

图21为本发明的四个并联的SRRRS五杆并联机构的手掌部的机构简图；

图22为本发明的另一种SRRRS五杆并联机构的手掌部的机构简图。

说明书附图标记说明：

10、硬手指；101、平直板；102、纵向截面V形板；103、横向截面弧形板；

20、软体手指；201、气囊；202、柔性褶皱部；

30、吸嘴；301、杆体；302、吸盘；303、柔性件；

40、一类移动驱动机构；401、第一杆件；402、第二杆件；403、第一移动件；4031、导向孔；404、第一转轴；405、正螺纹丝杠；406、正旋传动螺母；407、第一驱动电机；408、安装板；409、第一滚动轴承；410、第二滚动轴承；411、第一导杆；412、第一直线轴承；413、导杆支架；414、第一联轴器；

50、二类移动驱动机构；

60、三类移动驱动机构；601、正反螺纹丝杠；602、反旋传动螺母；

70、一类旋转驱动机构；701、第二转轴；702、第二驱动电机；703、第一板体；704、第二板体；705、双头螺纹拉杆；706、套筒；707、第二联轴器；

80、二类旋转驱动机构；801、第三转轴；802、主动齿轮；803、被动齿轮；804、第三板体。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

本实施例公开了一种适用于多操作对象的机械手，包括手掌部和手指部，手掌部采用平面的五杆并联机构或由多个五杆并联机构并联而成，手指部可拆卸地连接在五杆并联机构上，手指部由五杆并联机构驱动进行抓取操作；所谓“五杆并联机构”是指由五杆构成的、二个驱动的、二自由度平面机构。

手掌部由两个驱动源共同驱动，两个驱动源分别定义为第一驱动源和第二驱动源；

五杆并联机构包括第一驱动件和第二驱动件，第一驱动件由第一驱动源驱动，第二驱动件由第二驱动源驱动；

第一驱动源和第二驱动源中至少一个为移动驱动装置或旋转驱动装置；

手指部包括多个手指，由多个手指共同运动实现货品的抓取；每个手指采用硬手指10、软体手指20或吸嘴30，硬手指10用于采用夹持方式(一点接触-平直板捏取方式，或者二点接触-纵向截面V形板包络抓取方式)抓取货品，软体手指20用于采用包裹方式抓取货品，吸嘴30用于采用吸附方式抓取货品。也即，手指部采用不同的手指形式，可以实现不同的抓取形式，以适用不同性质的货品。例如，若手指部由多个硬手指10构成，则利用多个硬手指10对货品进行夹持而实现抓取，若手指部由多个软体手指构成，则利用多个软体手指对货品进行包裹而实现抓取，若手指部由多个吸嘴30构成，则利用多个吸嘴30对货品进行吸附而实现抓取。

采用多个硬手指10可以捏取或包络抓取硬质物品，采用多个软体手指20可以包裹抓取软质物品，采用多个吸嘴30可以吸取一个或多个物品，且抓取过程中吸嘴30之间有相对运动，可以将不同货品放进同一个箱体內，或者将不同货品分别放置与不同箱体内。

上述机械手结构中，手指部包括多个手指，且手指部均可拆卸地连接在五杆并联机构上，从而方便地更换不同的手指部，以适应不同货品的抓取需求；另外，手掌部仅采用二个驱动源，在平面作用空间内，通过二个驱动源的协同驱动，就可以有效控制手指部的平面位置坐标、以及与位置坐标一一对应的转动角度，从而保证了各手指运动的灵活性和精准度，对于不同形状的货品都具有较好的适用性；同时，两个驱动源中至少一个为移动驱动装置或旋转驱动装置，可以灵活的配置，适用不同的五杆并联机构，也有效提高了机械手的通用性与适应性。

在其中一个实施方式中，如图1-图4所示，硬手指10包括板体，板体用于和货品相接触，板体呈平直板101、纵向截面V形板102或横向截面弧形板103。

板体呈平直板101的硬手指10，适合接触曲面，实现具有曲面的货品的抓取，板体呈纵向截面V形板102的硬手指10适合抓取球体或卧放圆柱类货品，板体呈横向截面弧形板103的硬手指10适合接触平面或曲面，既可以实现平面货品的抓取，也可以实现曲面货品的抓取。

在其中一个实施方式中，如图5所示，橡胶材质的软体手指20包括气囊201，气囊201左侧有柔性褶皱部202，气囊201右侧是限制手指伸长的囊壁(壁内的编织物限制纵向伸长)，气囊201用于包裹货品。抓取货品时，向气囊201内部充气，那么，柔性褶皱部202膨胀、就会展开，气囊201整体逆时针弯曲，右侧囊壁包裹在货品上，从而实现货品的抓取。

在其中一个实施方式中，如图6所示，吸嘴30包括杆体301，杆体301底部连接有用于吸附货品的吸盘302，吸盘302和杆体301之间通过柔性件303相连接，以使得吸盘302可以做一定程度的摆动，从而实现吸附角度的微调。

进一步的，上述柔性件303可以是橡胶件。

进一步地，当手指部包括多个吸嘴30时，可以根据吸力配置吸嘴30数量，或根据高低平行平面配置吸嘴30数量，或者根据被抓物体数量配置吸嘴30数量；机械手是连接在机械臂上的，机械臂的运动会带动整体机械手运动，采用多个吸嘴30实现吸附抓取时，在机械臂运动过程中，通过控制五杆并联机构的运动，可以实现不同的取放操作。

本实施例还公开了一种采用上述机械手的操作方法，当手指部包括多个手指，且手指为吸嘴时，利用手指部的多个吸嘴同时吸取多个货品时，在机械臂运动过程中，吸取的多个货品之间可以进行相对运动。例如：从纸箱中同时吸取两件货品，在机械臂运动过程中，两个吸嘴30可以分开，最终使得两件货品分别放进不同周转箱里；或者也可以从等距离输送的、竖直的圆柱形货品中同时吸取两个个货品、在机械臂运动过程中，两个吸嘴30移近，从而将两件货品紧密相邻地放进同一纸箱中。

在其中一个实施方式中，手掌部可以采用单独的五杆并联机构，或者手掌部也可以由多个五杆并联机构并联而成，五杆并联机构包括依次连接的五个连杆，手指部的多个手指分别连接在不同的连杆上，手指和连杆之间采用可拆卸连接；可以理解地，五杆并联机构的五个连杆中有一个连杆为机架，该机架用于连接在机械臂末端。

每个五杆并联机构中均存在一个连杆作为第一驱动件，另一个连杆作为第二驱动件。

进一步地，手指部的各手指安装在手掌部的相应连杆上，工作面在相应连杆的下面；每个连杆上均设置有安装孔，安装孔通过螺栓和相应的手指相连接；为便于调整手指的安装位置，可以在每个连杆上均设置多个安装孔。

上述机械手中的移动驱动装置采用一类移动驱动机构40、二类移动驱动机构50或三类移动驱动机构60；

一类移动驱动机构40是用于驱动转动连杆(本身可做直线移动，同时和其他杆件转动连接从而也可以使得其他杆件发生摆动，如图18中的滑块b的直线移动使连杆c转动，图20中的滑块e的直线移动使连杆d转动)移动，当五杆并联机构的第一驱动件/第二驱动件为上述转动连杆时，可由一类移动驱动机构40驱动；

二类移动驱动机构50用于驱动移动连杆(本身仅可以做直线移动,如图22中的杆b的直线移动)移动，当五杆并联机构的第一驱动件/第二驱动件为上述移动连杆时，可由二类移动驱动机构50驱动；

三类移动驱动机构60为并联移动驱动机构，应用于由多个五杆并联机构并联而成的手掌部，用于驱动两个连杆(如图19、图20中的对称设置的两个滑块b，两个滑块b驱动二根连杆c转动)同时做方向相反的直线运动；当手掌部由多个五杆并联机构并联而成时，可利用三类移动驱动机构60驱动并联的多个五杆并联机构中两个相应杆件做相向直线运动，例如，参阅图21，当手掌部是由四个五杆并联机构并联而成的连杆机构时，四个五杆并联机构的第一驱动件和第二驱动件由两个三类移动驱动机构60共同驱动，一个三类移动驱动机构60共同驱动二个滑块b进行相向直线运动，另一个三类移动驱动机构60共同驱动二个滑块e进行相向直线运动。

一类移动驱动机构40的结构(如图7-图9)如下：

一类移动驱动机构40包括第一杆件401和第二杆件402，第一杆件401上连接有安装板408，安装板408上连接有第一驱动电机407，第一驱动电机407的输出端借助于第一联轴器414连接有正螺纹丝杠405，通过第一联轴器414来传递扭矩；正螺纹丝杠405上设置有正旋螺纹部，正旋螺纹部上连接有正旋传动螺母406，正旋传动螺母406上连接有第一移动件403，第一移动件403通过其上下的两个第一滚动轴承409和第一转轴404相连接，第一转轴404上连接有第二杆件402。

进一步地，如图7-图9所示，一类移动驱动机构40还包括第一导杆411，第一移动件403的两端对称设置有导向孔4031，中部设置有安装正螺纹丝杠405的中部孔(位于两端的导向孔4031的中间位置)，两个导向孔4031内均穿设有第一导杆411，导向孔4031和第一导杆411之间均连接有第一直线轴承412，两个第一导杆411的两端均通过导杆支架413和第一杆件401相连接。

进一步地，导杆支架413呈U形。

在其中一个实施方式中，正螺纹丝杠405两端分别支撑在第一移动件403两侧的两个导杆支架413上；正螺纹丝杠405和两个导杆支架413之间通过第二滚动轴承410相连接。即，正螺纹丝杠405的两端均设置有光杆部，正螺纹丝杠405的两端的光杆部均通过第二滚动轴承410支撑在导杆支架413上。

一类移动驱动机构40的工作原理为：由第一驱动电机407驱动正螺纹丝杠405旋转，从而带动正旋传动螺母406做直线运动，进而带动第一移动件403和第二杆件402的一端一起做直线运动；同时，第二杆件402也以第一转轴404为中心，相对于第一移动件403转动。

二类移动驱动机构50的结构(如图10)如下：

二类移动驱动机构50包括第一杆件401和第二杆件402，第一杆件401上连接有安装板408，安装板408上连接有第一驱动电机407，第一驱动电机407的输出端借助于第一联轴器414连接有正螺纹丝杠405，通过第一联轴器414来传递扭矩；正螺纹丝杠405上设置有正旋螺纹部，正旋螺纹部上连接有正旋传动螺母406，正旋传动螺母406上连接有第一移动件403，第一移动件403上固定连接有第二杆件402，第二杆件402不可以转动。

进一步地，二类移动驱动机构50还包括第一导杆411，第一移动件403的两端对称设置有导向孔4031，中部设置有安装正螺纹丝杠405的中部孔(位于两端的导向孔4031的中间位置)，两个导向孔4031内均穿设有第一导杆411，导向孔4031和第一导杆411之间均连接有第一直线轴承412，两个第一导杆411的两端均通过导杆支架413和第一杆件401相连接。

在其中一个实施方式中，正螺纹丝杠405两端分别支撑在第一移动件403两侧的两个导杆支架413上；正螺纹丝杠405和两个导杆支架413之间通过第二滚动轴承410相连接。即，正螺纹丝杠405的两端均设置有光杆部，正螺纹丝杠405的两端的光杆部均通过第二滚动轴承410支撑在导杆支架413上。相较于一类移动驱动机构40，二类移动驱动机构50中不再设置第一转轴404及第一滚动轴承409，第二杆件402直接固定在第一移动件403上，第二杆件402相对于第一移动件403没有转动。

二类移动驱动机构50的工作原理为：由第一驱动电机407驱动正螺纹丝杠405旋转，从而带动正旋传动螺母406做直线运动，进而带动第一移动件403和第二杆件402一起做直线运动。

三类移动驱动机构60的结构(如图11-图12)如下：

三类移动驱动机构60包括第一杆件401和第二杆件402，第一杆件401上连接有安装板408，安装板408上连接有第一驱动电机407，第一驱动电机407的输出端借助于第一联轴器414连接有正反螺纹丝杠601，通过第一联轴器414来传递扭矩；正反螺纹丝杠601上设置有正旋螺纹部和反旋螺纹部，正旋螺纹部和反旋螺纹部的螺纹旋向相反，正旋螺纹部上连接有正旋传动螺母406，反旋螺纹部上连接有反旋传动螺母602，正旋传动螺母406和反旋传动螺母602上均连接有第一移动件403，第一移动件403均通过第一滚动轴承409和第一转轴404相连接，第一转轴404上均连接有第二杆件402。

进一步地，三类移动驱动机构60还包括第一导杆411，第一移动件403和第二移动件的结构相同，如图11所示，第一移动件403(或第二移动件)的两端均设置有导向孔4031，中部设置有穿设正反螺纹丝杠601的中部孔(位于两端的导向孔4031的中间位置)，两个导向孔4031内均穿设有第一导杆411，导向孔4031和第一导杆411之间均连接有第一直线轴承412，两个第一导杆411的两端均通过导杆支架413和第一杆件401相连接。例如，如图11所示，三类移动驱动机构60设置有两个第一导杆411和一个正反螺纹丝杠601，每一个第一导杆411均同时穿过第一移动件403和第二移动件。进一步地，导杆支架413呈U形。

在其中一个实施方式中，正反螺纹丝杠601两端分别支撑在两侧(第一移动件403和第二移动件构成的整体的两侧)的导杆支架413上；正反螺纹丝杠601和导杆支架413之间通过第二滚动轴承410相连接。即，正反螺纹丝杠601的两端均设置有光杆部，正反螺纹丝杠601的两端的光杆部均通过第二滚动轴承410支撑在导杆支架413上。

在其中一个实施方式中，正旋螺纹部和反旋螺纹部的螺距可以相同或不同。正旋螺纹部和反旋螺纹部的螺距相同时，两个第一移动件403的直线移动速度相同，移动方向相反，且两个第一移动件403上的第二杆件402的转速相等，转向相反；正旋螺纹部和反旋螺纹部的螺距不同时，两个第一移动件403的直线移动速度不同，移动方向相反，且两个第一移动件403上的第二杆件402的转速不等，转向相反。

相较于一类移动驱动机构40，三类移动驱动机构60中以正反螺纹丝杠601替代正螺纹丝杠405，并设置有正旋传动螺母406和反旋传动螺母602两种螺母，以及两个第一移动件403，从而可以实现两个第一移动件403的相向直线运动，同时，两个第二杆件402均可以发生相向转动。

三类移动驱动机构60的工作原理为：由第一驱动电机407驱动正反螺纹丝杠601旋转，从而带动正旋传动螺母406和反旋传动螺母602做相向直线运动，进而带动两个第一移动件403一起做相向直线运动；同时两个第一移动件403上的第二杆件402可以随相应的第一转轴404一起转动。

旋转驱动装置采用一类旋转驱动机构70或二类旋转驱动机构80；

一类旋转驱动机构70用于驱动连杆(如图15中的杆b)做旋转运动；

二类旋转驱动机构80为并联旋转驱动机构，应用于由多个五杆并联机构并联而成的手掌部，用于驱动两连杆(如图16中对称设置的两个杆b)做转向相反的同步转动；当手掌部由多个五杆并联机构并联而成时，可利用二类旋转驱动机构80驱动并联的多个五杆并联机构中两个相应杆件做同步转动，转向相反；例如，当手掌部是由两个五杆并联机构并联而成的连杆机构时，两个五杆并联机构的第一驱动件(或第二驱动件)可以由同一个二类旋转驱动机构80共同驱动进行同步转动。

一类旋转驱动机构70的结构(如图13)如下：

一类旋转驱动机构70包括第一杆件401、第二杆件402和第二转轴701，第一杆件401上连接有第二转轴701，第一杆件401通过第一滚动轴承409和第二转轴701相连接，第二转轴701的由第二驱动电机702驱动旋转，第二转轴701的输出端连接有第二杆件402。

在其中一个实施方式中，一类旋转驱动机构70还包括第一板体703和第二板体704，沿第二转轴701的长度方向依次设置有第一板体703、第一杆件401和第二板体704，第一板体703和第一杆件401之间通过双头螺纹拉杆705相连接，第二板体704和第一杆件401之间也通过双头螺纹拉杆705相连接，第二转轴701同时穿过第一杆件401和第二板体704，第二驱动电机702和第一板体703相连接。

在其中一个实施方式中，第二转轴701的外壁上还连接有套筒706，套筒706的一端抵接在第一滚动轴承409的内圈上，另一端抵接在第二转轴701的轴肩上。

在其中一个实施方式中，第二转轴701与第二驱动电机702之间采用第二联轴器707连接，以通过第二联轴器707来传递扭矩。

进一步地，第二驱动电机702可采用电机减速器一体机。

一类旋转驱动机构70的工作原理为：由第二驱动电机702驱动第二转轴701转动，进而带动第二杆件402转动。

二类旋转驱动机构80的结构(如图14)如下：

二类旋转驱动机构80包括第一杆件401、第二杆件402、第二转轴701和第三转轴801，第二转轴701和第三转轴801呈平行设置。第一杆件401上连接有第二转轴701和第三转轴801，第二转轴701通过第一滚动轴承409和第一杆件401相连接，第三转轴801也通过另一个第一滚动轴承409和第一杆件401相连接，第二转轴701上连接有主动齿轮802，第三转轴801上连接有被动齿轮803，主动齿轮802和被动齿轮803相啮合，第二转轴701由第二驱动电机702驱动旋转，第二转轴701和第三转轴801的输出端均连接有第二杆件402。

在其中一个实施方式中，二类旋转驱动机构80还包括第一板体703和第三板体804，沿第二转轴701的长度方向依次设置有第一板体703、第一杆件401和第三板体804，第一板体703和第一杆件401之间通过双头螺纹拉杆705相连接，第三板体804和第一杆件401之间也通过双头螺纹拉杆705相连接，第二转轴701同时穿过第一杆件401和第三板体804，第三转轴801也同时穿过第一杆件401和第三板体804，第二驱动电机702和第一板体703相连接。

在其中一个实施方式中，第二转轴701的外壁上还连接有套筒706，第二转轴701的轴肩上部设置有主动齿轮802，套筒706的一端抵接在主动齿轮802上，另一端抵接在第一杆件401处的第一滚动轴承409的内圈上，同样的，第三转轴801的外壁上也连接有套筒706，第三转轴801的轴肩上部设置有被动齿轮803，套筒706的一端抵接在被动齿轮803上，另一端抵接在第一杆件401处的第一滚动轴承409的内圈上。

在其中一个实施方式中，第二转轴701与第二驱动电机702之间采用第二联轴器707连接，以通过第二联轴器707来传递扭矩。

进一步地，第二驱动电机702可采用电机减速器一体机。

在其中一个实施方式中，主动齿轮802和被动齿轮803的齿数相等或不相等。主动齿轮802和被动齿轮803的齿数相等时，第二转轴701和第三转轴801的第二杆件402同时转动，转向相反，且转速相等；主动齿轮802和被动齿轮803的齿数不相等时，第二转轴701和第三转轴801的第二杆件402同时转动，转向相反，且转速不等。

相较于一类旋转驱动机构70，二类旋转驱动机构80中以第三板体804替代了第二板体704，并设置有第二转轴701和第三转轴801两个转轴，同时增设了主动齿轮802和被动齿轮803，以驱动第二转轴701和第三转轴801的第二杆件402同时做转向相反的运动。

二类旋转驱动机构80的工作原理为：第二转轴701为主动轴，第三转轴801为被动轴。由第二驱动电机702驱动第二转轴701转动，进而带动主动齿轮802转动，主动齿轮802驱动被动齿轮803转动，被动齿轮803驱动第三转轴801转动，从而使得第二转轴701和第三转轴801上的第二杆件402做同步转动，转向是相反的。

上述一类移动驱动机构40、二类移动驱动机构50、三类移动驱动机构60、一类旋转驱动机构70和二类旋转驱动机构80可以单独使用，也可以组合使用，具体使用情况依据手掌部的机构形式而定。

下面以不同的手掌部机构(图15-图22)来说明本申请的机械手的应用方式：

需要说明的是，图15-图22中的细实线圆圈代表手指的一种安装位置，虚线圆圈代表手指的另一种安装位置；两种安装位置可以任选；另外，图15-图22中每个机构都由独立的五杆并联机构构成，或者由多个五杆并联机构并联而成，图中每一个五杆并联机构的五杆分别对照图中标示的杆a、b、c、d、e，其中杆a为机架，是机械手上固定不动的，连接机械臂的末端。一类移动驱动机构40、二类移动驱动机构50或三类移动驱动机构60、一类旋转驱动机构70和二类旋转驱动机构80中的第一杆件401均可以直接作为杆a使用，或者直接与杆a相固定，当杆b、c、d、e为旋转杆(非滑块)时，第二杆件402可直接作为杆b、c、d、e中一个使用，或者与其直接连接使用。

以R表示转动副，S表示移动副，图15所示连杆机构是构型为RRRRR的五杆并联机构，图16所示连杆机构为二个构型RRRRR的五杆并联机构的并联，图17所示连杆机构为二个构型RRRSR的五杆并联机构的并联，图18所示连杆机构是构型为SRRRS的五杆并联机构，图19所示连杆机构为二个构型SRRRR的五杆并联机构的并联，图20所示连杆机构为二个构型SRRRS的五杆并联机构的并联，图21所示连杆机构为四个构型SRRRS的五杆并联机构的并联，图22所示连杆机构为滑块固定、连杆移动的另一种构型SRRRS的五杆并联机构。

第一实施例：

手掌部机构图参阅图18，所采用的两个驱动源均为一类移动驱动机构40(参阅图7-图9)，该手掌部采用独立的五杆并联机构，分别为杆a、b、c、d、e，其中，杆a呈V形，为机架，是固定不动的，杆b和杆e均为滑块，杆b作为第一驱动件，杆e作为第二驱动件；手指部由三个手指组成，由三指实现抓取；其中一个手指是固定不动的，固定在杆a上，另外二个手指分别连接在杆b和杆d上，杆b和杆d上的手指均是平动与转动同时进行的；

两个一类移动驱动机构40中的第一杆件401均直接作为杆a使用，一个一类移动驱动机构40的第二杆件402可直接作为杆c使用。另一个一类移动驱动机构40的第二杆件402可直接作为杆d使用。

抓取时，由两个一类移动驱动机构40分别驱动滑块b和滑块c做直线运动，从而使得杆b和杆d上的手指发生运动，进而改变了三个手指的相对位置，从而将货品夹取在三个手指之间，实现抓取；或者仅在杆b和杆d上装吸嘴30(同一杆上至少装有1个吸嘴30)，吸取单个(二个吸嘴30位置可自动调整，从而改变吸附接触位置，适应性好)或二个货品(机械臂运动过程中，二个吸嘴30之间有相对运动或没有相对运动)。

第二实施例：

手掌部机构图参阅图22，所采用的两个驱动源均为二类移动驱动机构50(参阅图10)，该手掌部采用独立的五杆并联机构，分别为杆a、b、c、d、e，其中，杆a两端固定两个滑块，整体为机架，是固定不动的，杆b和杆e只能沿相应的滑块做直线运动，不会摆动；杆b作为第一驱动件，杆e作为第二驱动件；手指部由三个手指组成，由三指实现抓取；其中一个手指是固定不动的，固定在杆a上，另外二个手指分别连接在杆c和杆d上(图22中细实线圈位置)，杆c和杆d上的手指均是平动与转动同时进行的；

两个二类移动驱动机构50中的第一杆件401均直接作为杆a使用，一个一类移动驱动机构40的第二杆件402可直接作为杆b使用。另一个一类移动驱动机构40的第二杆件402可直接作为杆e使用。

抓取时，由两个二类移动驱动机构50分别驱动杆b和杆e做直线运动，从而使得杆c和杆d上的手指发生运动，进而改变了三个手指的位置，从而将货品夹取在三个手指之间，实现抓取；或者仅在杆c和杆d上装吸嘴30(同一杆上至少装有1个吸嘴30)，吸取单个(二个吸嘴30位置可自动调整，从而改变吸附接触位置，适应性好)或二个货品(机械臂运动过程中，二个吸嘴30之间有相对运动或没有相对运动)。

另外，手指部的三指也可采用以下布置方式：其中一个手指是固定不动的，固定在杆a上，另外二个手指分别连接在杆b和杆e上((图22中虚线圈位置)；该方式的手指抓取原理同上，此处不再赘述。

第三实施例：

手掌部机构图参阅图19和图20，均由两个五杆并联机构并联而成，每个五杆并联机构的五个连杆分别对应杆a、b、c、d、e，并联的两个五杆并联机构共用一个杆a,杆a为机架，是固定不动的。图19和图20所示的并联机构均用到了三类移动驱动机构60(参阅图11-图12)。

图19中：手掌部机构的两个驱动源分别为三类移动驱动机构60和二类旋转驱动机构80；两个并联的五杆并联机构中杆b均为滑块，由三类移动驱动机构60共同驱动两个滑块b做相向直线运动，三类移动驱动机构60中的第一杆件401均直接作为杆a使用，两个第二杆件402可分别作为两个杆c使用。由二类旋转驱动机构80驱动两个并联的五杆并联机构中的杆e做同步转动；两个滑块b均作为第一驱动件，两个杆e均作为第二驱动件，二类旋转驱动机构80中的第一杆件401均直接作为杆a使用，两个第二杆件402可分别作为两个杆e使用。

图19中：手指部由三个手指组成，由三指实现抓取；其中一个手指是固定不动的，固定在杆a上，另外二个手指分别连接在两个杆c上(图19中细实线圈位置)；或者，其中一个手指是固定不动的，固定在杆a上，另外二个手指分别连接在两个杆d上(图19中虚线圈位置)；

图20中手掌部机构的两个驱动源分别为三类移动驱动机构60和一类移动驱动机构40；两个并联的五杆并联机构中杆b、e均为滑块，且共用一个滑块e，杆a呈十字型，为机架，是固定不动的；由三类移动驱动机构共同驱动两个滑块b做相向直线运动，由一类移动驱动机构40驱动滑块e做直线运动；

图20中：手指部由三个手指组成，由三指实现抓取；其中一个手指是固定不动的，固定在杆a上，另外二个手指分别连接在两个杆c上(图20中细实线圈位置)；或者，其中一个手指是固定不动的，固定在杆a上，另外二个手指分别连接在两个杆d上(图20中虚线圈位置)；

抓取时，图19中机构由三类移动驱动机构共同驱动两个滑块b做相向直线运动，由二类旋转驱动机构80驱动两个并联的五杆并联机构中的杆e做同步转动，从而改变了三个手指的相对位置，从而将货品夹取在三个手指之间，实现抓取；或者仅在对称的二根杆c或/和对称的二根杆d上装吸嘴30，吸取单个或二个或四个货品。

抓取时，图20中机构由三类移动驱动机构共同驱动两个滑块b做相向直线运动，由一类移动驱动机构40驱动滑块e做直线运动，从而改变了三个手指的相对位置，从而将货品夹取在三个手指之间，实现抓取；或者仅在对称的二根杆c或/和对称的二根杆d上装吸嘴30，吸取单个或二个或四个货品。

第四实施例：

手掌部机构图参阅图15，所采用的两个驱动源均为一类旋转驱动机构70(参阅图13)，该手掌部采用独立的五杆并联机构，分别为杆a、b、c、d、e，其中，杆a为机架，是固定不动的，杆b和杆e均做摆动；杆b作为第一驱动件，杆e作为第二驱动件；手指部由三个手指组成，由三指实现抓取；其中一个手指是固定不动的，固定在杆a上，另外二个手指分别连接在杆c和杆d上(图15中细实线圈位置)，杆c和杆d上的手指均是平动与转动同时进行的；

两个一类旋转驱动机构70的第一杆件401均直接作为杆a使用，一个一类旋转驱动机构70的第二杆件402可直接作为杆b使用。另一个一类旋转驱动机构70的第二杆件402可直接作为杆e使用。

抓取时，由两个一类旋转驱动机构70分别驱动杆b和杆e旋转，从而使得杆c和杆d上的手指发生运动，进而改变了三个手指的相对位置，从而将货品夹取在三个手指之间，实现抓取；或者仅在杆c和杆d上装吸嘴30，吸取单个或二个货品。

第五实施例：

手掌部机构图参阅图16、图17和图19，均由两个五杆并联机构并联而成，每个五杆并联机构的五个连杆分别对应杆a、b、c、d、e，并联的两个五杆并联机构共用一个杆a,杆a为机架，是固定不动的。图16、图17和图19所示的并联机构均用到了二类旋转驱动机构80(参阅图14)。

图16中：手掌部机构的两个驱动源分别为两个二类旋转驱动机构80；由一个二类旋转驱动机构80共同驱动两个杆b同时做相向转动，该二类旋转驱动机构80中的第一杆件401直接作为杆a使用，两个第二杆件402可分别作为两个杆b使用；由另一个二类旋转驱动机构80共同驱动两个杆e同时做相向转动，该二类旋转驱动机构80中的第一杆件401直接作为杆a使用，两个第二杆件402可分别作为两个杆e使用；两个杆b均作为第一驱动件，两个杆e均作为第二驱动件。

图16中：手指部由三个手指组成，由三指实现抓取；其中一个手指是固定不动的，固定在杆a上，另外二个手指分别连接在两个杆c上(图16中细实线圈位置)；或者，其中一个手指是固定不动的，固定在杆a上，另外二个手指分别连接在两个杆d上(图16中虚线圈位置)；

图17中：手掌部机构的两个驱动源分别为两个二类旋转驱动机构80；由一个二类旋转驱动机构80共同驱动两个杆b同时做相向转动，该二类旋转驱动机构80中的第一杆件401直接作为杆a使用，两个第二杆件402可分别作为两个杆b使用；由另一个二类旋转驱动机构80共同驱动两个杆e同时做相向转动，该二类旋转驱动机构80中的第一杆件401直接作为杆a使用，两个第二杆件402可分别作为两个杆e使用；两个杆b均作为第一驱动件，两个杆e均作为第二驱动件。在图17的机构中，两个杆d均为滑块。

图17中：手指部由三个手指组成，由三指实现抓取；其中一个手指是固定不动的，固定在杆a上，另外二个手指分别连接在两个杆c上(图17中细实线圈位置)；

图19中：手掌部机构的两个驱动源分别为三类移动驱动机构60和二类旋转驱动机构80；两个并联的五杆并联机构中杆b均为滑块，由三类移动驱动机构共同驱动两个滑块b做相向直线运动；由二类旋转驱动机构80驱动两个并联的五杆并联机构中的杆e做同步转动；两个滑块b均作为第一驱动件，两个杆e均作为第二驱动件。

图19中：手指部由三个手指组成，由三指实现抓取；其中一个手指是固定不动的，固定在杆a上，另外二个手指分别连接在两个杆c上(图19中细实线圈位置)；或者，其中一个手指是固定不动的，固定在杆a上，另外二个手指分别连接在两个杆d上(图19中虚线圈位置)；

上述图16、图17和图19中机构均由各自的两个驱动源驱动带动相应连杆运动，从而改变了三个手指的相对位置，从而将货品夹取在三个手指之间，实现抓取。

第六实施例：

手掌部机构图参阅图21，所采用的两个驱动源均为三类移动驱动机构60(参阅图11-图12)，该手掌部机构由四个五杆并联机构并联而成，每个五杆并联机构的五个连杆分别对应杆a、b、c、d、e，并联的四个五杆并联机构共用一个杆a,杆a呈十字型，为机架，是固定不动的；每个五杆并联机构中杆b、杆e均为滑块，左右相邻的两个五杆并联机构共同一个滑块b，上下相邻的两个五杆并联机构共同一个滑块e，由一个三类移动驱动机构60共同驱动两个滑块b做相向直线运动，由另一个三类移动驱动机构60共同驱动两个滑块e做相向直线运动。

图21中：手指部由四个手指组成，由四指实现抓取；每个五杆并联机构的杆c上均固定一个手指(图21中细实线圈位置)，共计四个手指；或者，每个五杆并联机构的杆d上均固定一个手指(图21中虚线圈位置)，共计四个手指。

抓取时，图21中机构由一个三类移动驱动机构60共同驱动两个滑块b做相向直线运动，由另一个三类移动驱动机构60共同驱动两个滑块e做相向直线运动，从而改变了四个手指的相对位置，四指同时平动与转动，从而将货品夹取在四个手指之间，实现抓取。

由上述六个实施例可知，通过不同形式的移动驱动装置和旋转驱动装置的灵活配合，可以适用于多种不同形式的基于五杆并联机构的手掌部机构，实现手指部的可靠抓取，具有较高的通用性和适应性。

上述适用于多操作对象的机械手，可以有效满足多种复杂对象的抓取需求，使得机械手具有更好的通用性与适应性，可采用多种抓取方式抓取各种复杂对象，且便于调整各手指的位置，保证了抓取可靠性和抓取效率，尤其适用于电商行业复杂物品的物流包装应用。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种适用于多操作对象的机械手，其特征在于：包括手掌部和手指部，所述手掌部采用平面的五杆并联机构或由多个五杆并联机构并联而成，所述手指部可拆卸地连接在所述五杆并联机构上，所述手指部由所述手掌部驱动；

所述手掌部由两个驱动源共同驱动，两个驱动源分别定义为第一驱动源和第二驱动源；

所述五杆并联机构包括第一驱动件和第二驱动件，所述第一驱动件由所述第一驱动源驱动，所述第二驱动件由所述第二驱动源驱动；

所述第一驱动源和第二驱动源中至少一个为移动驱动装置或旋转驱动装置；

所述手指部包括多个手指，所述手指采用硬手指、软体手指或吸嘴，所述硬手指用于夹持抓取货品，所述软体手指用于包裹抓取货品，所述吸嘴用于利用真空吸附抓取货品。

2.根据权利要求1所述的适用于多操作对象的机械手，其特征在于：所述五杆并联机构包括依次连接的五个连杆，所述手指部的多个所述手指分别连接在不同的连杆上；

每个所述五杆并联机构中均存在一个连杆作为所述第一驱动件，另一个连杆作为所述第二驱动件。

3.根据权利要求2所述的适用于多操作对象的机械手，其特征在于：所述移动驱动装置采用一类移动驱动机构，所述一类移动驱动机构包括第一杆件和第二杆件，所述第一杆件上连接有安装板，所述安装板上连接有第一驱动电机，所述第一驱动电机的输出端连接有正螺纹丝杠，所述正螺纹丝杠上设置有正旋螺纹部，所述正旋螺纹部上连接有正旋传动螺母，所述正旋传动螺母上连接有第一移动件，所述第一移动件通过第一滚动轴承和第一转轴相连接，所述第一转轴上连接有第二杆件。

4.根据权利要求3所述的适用于多操作对象的机械手，其特征在于：所述一类移动驱动机构还包括第一导杆，所述第一移动件的两端均设置有导向孔，所述导向孔内均穿设有第一导杆，所述导向孔和第一导杆之间均连接有第一直线轴承，所述第一导杆的两端均通过导杆支架和所述第一杆件相连接。

5.根据权利要求2所述的适用于多操作对象的机械手，其特征在于：所述移动驱动装置采用二类移动驱动机构，所述二类移动驱动机构包括第一杆件和第二杆件，所述第一杆件上连接有安装板，所述安装板上连接有第一驱动电机，所述第一驱动电机的输出端连接有正螺纹丝杠，所述正螺纹丝杠上设置有正旋螺纹部，所述正旋螺纹部上连接有正旋传动螺母，所述正旋传动螺母上连接有第一移动件，所述第一移动件上固定连接有第二杆件。

6.根据权利要求2所述的适用于多操作对象的机械手，其特征在于：所述移动驱动装置采用三类移动驱动机构，所述三类移动驱动机构包括第一杆件和第二杆件，所述第一杆件上连接有安装板，所述安装板上连接有第一驱动电机，所述第一驱动电机的输出端连接有正反螺纹丝杠，所述正反螺纹丝杠上设置有正旋螺纹部和反旋螺纹部，所述正旋螺纹部和反旋螺纹部的螺纹旋向相反，所述正旋螺纹部上连接有正旋传动螺母，所述反旋螺纹部上连接有反旋传动螺母，所述正旋传动螺母和反旋传动螺母上均连接有第一移动件，所述第一移动件均通过第一滚动轴承和第一转轴相连接，所述第一转轴上均连接有第二杆件。

7.根据权利要求2所述的适用于多操作对象的机械手，其特征在于：所述旋转驱动装置采用一类旋转驱动机构，所述一类旋转驱动机构包括第一杆件、第二杆件和第二转轴，所述第一杆件上连接有第二转轴，所述第一杆件通过第一滚动轴承和第二转轴相连接，所述第二转轴的由第二驱动电机驱动旋转，所述第二转轴的输出端连接有第二杆件。

8.根据权利要求2所述的适用于多操作对象的机械手，其特征在于：所述旋转驱动装置采用二类旋转驱动机构，所述二类旋转驱动机构包括第一杆件、第二杆件、第二转轴和第三转轴，所述第一杆件上连接有第二转轴和第三转轴，所述第二转轴通过第一滚动轴承和所述第一杆件相连接，所述第三转轴也通过第一滚动轴承和所述第一杆件相连接，所述第二转轴上连接有主动齿轮，所述第三转轴上连接有被动齿轮，所述主动齿轮和被动齿轮相啮合，所述第二转轴由的第二驱动电机驱动旋转，所述第二转轴和第三转轴的输出端均连接有第二杆件。

9.根据权利要求1所述的适用于多操作对象的机械手，其特征在于：所述硬手指包括板体，所述板体用于和货品相接触，所述板体呈平直板、纵向截面V形板或横向截面弧形板。

10.一种采用权利要求1-9任一项所述的机械手的操作方法，其特征在于：所述手指部包括多个手指，且所述手指为吸嘴，利用所述手指部的多个所述吸嘴同时吸取多个货品时，在机械臂运动过程中，吸取的多个货品之间可以进行相对运动。

Images