CN115107007A - 一种体育用品整理收集机械臂 - Google Patents

Abstract

本发明涉及机械手技术领域，具体涉及一种体育用品整理收集机械臂，包括机械抓手、伺服电机，机械抓手包括安装架、摆臂、伸缩环、驱动盘和夹爪，安装架外端设置有多个滑移槽；伸缩环由数量相同的多个第一滑动件和第二滑动件依次交替滑动连接围合而成，且第二滑动件通过铰接轴滑动安装于滑移槽；驱动盘在伺服电机的驱动下转动；摆臂在随驱动盘转动时带动伸缩环收缩，且外端与第一滑动件通过齿轮传动，以在摆臂的内端随驱动盘顺时针转动时，驱动第一滑动件逆时针转动，减缓伸缩环收缩，在摆臂的内端随驱动盘逆时针转动时，驱动第一滑动件顺时针转动，加速伸缩环收缩；夹爪有多个，每个夹爪对应安装于一个第一滑动件下侧，以随伸缩环的收缩夹紧物品。

Description

一种体育用品整理收集机械臂

技术领域

本发明涉及机械手技术领域，具体涉及一种体育用品整理收集机械臂。

背景技术

目前，随着技术的不断发展，机器人与物联网产业的发展已经运用到各行各业，然而在体育用品管理行业却并未涉及，传统的体育用品收集和整理还是停留在人工管理的阶段，这样的管理方式虽然直接，但是费时费力，效率低下。而现有技术中虽然有利用机械臂抓取物品的应用，但功能单一，对于不同种类的体育用品不能匹配调整，在抓取柔性的体育物品时，抓取速度过慢影响效率，抓取刚性的体育物品时，抓取速度过快易损坏物品，因此，需要一种能适应抓取柔性物品和刚性物品的体育用品整理收集机械臂。

发明内容

本发明提供一种体育用品整理收集机械臂，以解决现有机械臂功能单一，不能自适应调节抓取速度的问题。

本发明的一种体育用品整理收集机械臂采用如下技术方案：

一种体育用品整理收集机械臂，包括底座、机械臂组件、机械抓手、伺服电机，机械臂组件一端安装于底座；机械抓手包括安装架、摆臂、伸缩环、驱动盘和夹爪，安装架与机械臂组件的另一端连接，包括固定环和沿固定环周向均布的多个安装杆，安装杆沿固定环径向延伸，且内端固定于固定于固定环，每个安装杆外端均设置有沿固定环径向延伸的滑移槽；伸缩环与固定环同轴，且位于固定环下侧，伸缩环由数量相同的多个第一滑动件和第二滑动件依次交替围合而成，且第一滑动件与第二滑动件沿伸缩环周向方向滑动连接；沿顺时针方向，第二滑动件的前端通过竖直延伸且转动连接的铰接轴沿滑移槽移动，使得第一滑动件整体沿顺时针方向转动时促使伸缩环收缩，第一滑动件整体沿逆时针方向转动时促使伸缩环舒张；伺服电机安装于固定环，驱动盘转动安装于固定环下方，且与固定环同轴，并在伺服电机的驱动下转动；摆臂有多个，均沿固定环径向延伸，且内端均绕竖直轴线铰接于驱动盘，外端分别对应固定于一个铰接轴，以在随驱动盘转动时带动第二滑动件和第一滑动件向内滑动，进而使伸缩环收缩；夹爪有多个，每个夹爪对应安装于一个第一滑动件下侧，以随伸缩环的收缩夹紧物品；摆臂的外端与第一滑动件通过齿轮传动，以在摆臂的内端随驱动盘顺时针转动时，驱动第一滑动件逆时针转动，减缓伸缩环收缩，在摆臂的内端随驱动盘逆时针转动时，驱动第一滑动件顺时针转动，加速伸缩环收缩。

可选地，一种体育用品整理收集机械臂还包括中控单元和锁止组件，中控单元设置于底座内，锁止组件包括磁体和止锁环，每个安装杆外端部上方均设置有安装块，安装块下侧面设置有与滑移槽连通的安装孔，安装孔上底部安装有电磁铁，电磁铁与中控单元电连接；磁体可上下滑动地安装于安装孔，且在初始状态下与电磁铁吸合，并位于第二滑动件上方，磁体的长度大于滑移槽的深度，且磁体外圆周设置有齿牙；止锁环滑动安装于滑移槽，且位于电磁铁下方，并与铰接轴转动连接，以随铰接轴和第二滑动件沿滑移槽向内滑动；止锁环内周面呈椭圆形，且长边沿滑移槽长度方向，止锁环内壁面设置有与磁体啮合的齿牙；夹爪与物料接触位置设置有压力传感器，以在夹紧力达到预设值时将信号反馈至中控单元，使得中控单元控制关闭伺服电机并通过改变电磁铁接入电流的方向，使电磁铁与磁体之间产生斥力，电磁铁向下落滑落且下部落入止锁环内与止锁环啮合，阻碍止锁环沿滑移槽滑动，进而阻碍第二滑动件沿滑移槽滑动，从而阻碍伸缩环收缩和扩张，使夹爪保持当前位置和当前夹紧力。

可选地，沿顺时针方向，第一滑动件的前端设置有弧形的导轨，第二滑动件的后端设置有与导轨滑动配合的弧形滑孔，第一滑动件的前端与第二滑动件的后端通过导轨与弧形滑孔滑动连接；第一滑动件的后端部上表面设置有与第一滑动件内端面连通的避让槽，避让槽下底面设置有贯穿第一滑动件的导向孔，导向孔呈与驱动盘同轴的弧形，铰接轴下端穿过导向孔，并可沿导向孔滑动，第一滑动件的后端与第二滑动件的前端通过铰接轴与导向孔滑动配合。

可选地，避让槽的内壁面呈与驱动盘同轴的弧形，且内壁面上设置有弧形的齿条，第二滑动件与避让槽之间设置有齿轮，齿轮安装于铰接轴，且随铰接轴同步转动，并与齿条啮合。

可选地，驱动盘外圆周设置有多个凹槽，多个凹槽沿驱动轴周向均匀分布，且相邻两个凹槽通过竖直设置的隔板隔开，每个摆臂的内端对应铰接于一个凹槽的中间位置，以在隔板的限制下使摆臂向两个方向摆动的最大角度相等，并限制摆臂的最大摆动幅度。

可选地，沿顺时针方向，每个第一滑动件的后端部均设置有螺纹孔，每个夹爪上端对应与一个螺纹孔螺纹配合。

可选地，安装杆、第一滑动件、第二滑动件、摆臂和夹爪的数量均相同。

可选地，机械臂组件包括一级臂和二级臂，一级臂一端与底座铰接，另一端与二级臂万向铰接，伺服电机外设置有与固定环固定连接的支架，伺服电机固定安装于支架，二级臂的另一端与支架铰接。

本发明的有益效果是：本发明的体育用品整理收集机械臂通过伺服电机带动摆臂转动，从而使摆臂带动伸缩环收缩，并在摆臂的内端随驱动盘顺时针转动时，驱动第一滑动件逆时针转动，减缓伸缩环收缩，在摆臂的内端随驱动盘逆时针转动时，驱动第一滑动件顺时针转动，加速伸缩环收缩，仅需控制伺服电机的正转和反转，即可使伸缩环有两种不同的收缩速度，以使夹爪根据不同的物品选择合适的抓取速度，操作简单。

进一步地，由于摆臂的内端随驱动盘逆时针转动时，驱动第一滑动件顺时针转动，加速伸缩环收缩，摆臂的内端随驱动盘顺时针转动时，驱动第一滑动件逆时针转动，减缓伸缩环收缩，使得驱动盘逆时针转动时，伸缩环的收缩行程大于驱动盘顺时针转动时伸缩环的收缩行程，更有利于夹爪对柔性物品的夹持。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的体育用品整理收集机械臂的实施例整体结构示意图；

图2为本发明的体育用品整理收集机械臂的实施例中机械抓手结构示意图；

图3为本发明的体育用品整理收集机械臂的实施例中机械抓手俯视图；

图4为图3中A-A向剖视图；

图5为本发明的体育用品整理收集机械臂的实施例中第一滑动件、第二滑动件和摆臂连接示意图；

图6为本发明的体育用品整理收集机械臂的实施例中第一滑动件、第二滑动件和摆臂连接剖视图；

图7为本发明的体育用品整理收集机械臂的实施例中驱动盘逆时针转动时伸缩环收拢至最小状态示意图；

图8为本发明的体育用品整理收集机械臂的实施例中驱动盘顺时针转动时伸缩环收拢至最小状态示意图；

图中：1、底座；2、一级臂；3、二级臂；4、伺服电机；5、机械抓手；6、第一滑动件；7、第二滑动件；8、电磁铁；9、安装架；10、止锁环；11、夹爪；12、驱动盘；13、摆臂；14、磁体；15、齿轮；601、螺纹孔；602、导轨；603、齿条；604、导向孔；16、滑移槽；17、铰接轴。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

本发明的一种体育用品整理收集机械臂的实施例，如图1至图8所示，包括底座1、机械臂组件、机械抓手5、伺服电机4，

机械臂组件一端安装于底座1；

机械抓手5包括安装架9、摆臂13、伸缩环、驱动盘12和夹爪11，安装架9与机械臂组件的另一端连接，包括固定环和沿固定环周向均布的多个安装杆，安装杆沿固定环径向延伸，且内端固定于固定于固定环，每个安装杆外端均设置有沿固定环径向延伸的滑移槽16；

伸缩环与固定环同轴，且位于固定环下侧，伸缩环由数量相同的多个第一滑动件6和第二滑动件7依次交替围合而成，且第一滑动件6与第二滑动件7沿伸缩环周向方向滑动连接；沿顺时针方向，第二滑动件7的前端通过竖直延伸且转动连接的铰接轴17沿滑移槽16移动，使得第一滑动件6整体沿顺时针方向转动时加速伸缩环收缩，第一滑动件6整体沿逆时针方向转动时促使伸缩环舒张；

伺服电机4安装于固定环，驱动盘12转动安装于固定环下方，且与固定环同轴，并与伺服电机4的输出轴键连接，以在伺服电机4的驱动下转动；摆臂13有多个，均沿固定环径向延伸，且内端均绕竖直轴线铰接于驱动盘，外端分别对应固定于一个铰接轴17，以在随驱动盘12转动时带动第二滑动件7和第一滑动件6向内滑动，进而使伸缩环收缩；夹爪11有多个，每个夹爪11对应安装于一个第一滑动件6下侧，以随伸缩环的收缩夹紧物品；摆臂13的外端与第一滑动件6通过齿轮传动，以在摆臂13的内端随驱动盘12逆时针转动时，驱动第一滑动件6顺时针转动，加速伸缩环收缩，并增加伸缩环的收缩行程，有利于柔性物品的夹持，在摆臂13的内端随驱动盘12顺时针转动时，驱动第一滑动件6逆时针转动，减缓伸缩环收缩，避免夹爪11与刚性物品碰撞，有利于刚性物品的夹持。

在本实施例中，一种体育用品整理收集机械臂还包括中控单元和锁止组件，中控单元设置于底座1内，锁止组件包括磁体14和止锁环10，每个安装杆外端部上方均设置有安装块，安装块下侧面设置有与滑移槽16连通的安装孔，安装孔上底部安装有电磁铁8，电磁铁8与中控单元电连接；磁体14可上下滑动地安装于安装孔，且在初始状态下与电磁铁8吸合，并位于第二滑动件7上方，磁体14的长度大于滑移槽16的深度，且磁体14外圆周设置有齿牙；止锁环10滑动安装于滑移槽16，且位于电磁铁8下方，并与铰接轴17转动连接，以随铰接轴17和第二滑动件7沿滑移槽16向内滑动；止锁环10内周面呈矩形椭圆形，且长边沿滑移槽16长度方向，止锁环10内壁面设置有与磁体14啮合的齿牙；夹爪11与物料接触位置设置有压力传感器，以在夹紧力达到预设值时将信号反馈至中控单元，使得中控单元控制关闭伺服电机4并通过改变电磁铁8接入电流的方向，使电磁铁8与磁体14之间产生斥力，电磁铁8向下落滑落且下部落入止锁环10内与止锁环10啮合，阻碍止锁环10沿滑移槽16滑动，进而阻碍第二滑动件7沿滑移槽16滑动，从而阻碍伸缩环收缩和扩张，使夹爪11保持当前位置和当前夹紧力。

在本实施例中，沿顺时针方向，第一滑动件6的前端设置有弧形的导轨602，第二滑动件7的后端设置有与导轨602滑动配合的弧形滑孔，第一滑动件6的前端与第二滑动件7的后端通过导轨602与弧形滑孔滑动连接；第一滑动件6的后端部上表面设置有与第一滑动件6内端面连通的避让槽，避让槽下底面设置有贯穿第一滑动件6的导向孔604，导向孔604呈与驱动盘12同轴的弧形，铰接轴17下端穿过导向孔604，并可沿导向孔604滑动，第一滑动件6的后端与第二滑动件7的前端通过铰接轴17与导向孔604滑动配合。

在本实施例中，避让槽的内壁面呈与驱动盘12同轴的弧形，且内壁面上设置有弧形的齿条603，第二滑动件7与避让槽之间设置有齿轮15，齿轮15安装于铰接轴17，且随铰接轴17同步转动，并与齿条603啮合。

在本实施例中，驱动盘12外圆周设置有多个凹槽，多个凹槽沿驱动轴12周向均匀分布，且相邻两个凹槽通过竖直设置的隔板隔开，每个摆臂13的内端对应铰接于一个凹槽的中间位置，以在隔板的限制下使摆臂13向两个方向摆动的最大角度相等，并限制摆臂13的最大摆动幅度，进而限制伸缩环最小收缩状态，由于摆臂13的内端随驱动盘12逆时针转动时，驱动第一滑动件6顺时针转动，加速伸缩环收缩，摆臂13的内端随驱动盘12顺时针转动时，驱动第一滑动件6逆时针转动，减缓伸缩环收缩，使得驱动盘12逆时针转动时，伸缩环的收缩行程大于驱动盘12顺时针转动时伸缩环的收缩行程，更有利于夹爪11对柔性物品的夹持。

在本实施例中，沿顺时针方向，每个第一滑动件6的后端部均设置有螺纹孔601，每个夹爪11上端对应与一个螺纹孔601螺纹配合。

在本实施例中，安装杆、第一滑动件6、第二滑动件7、摆臂13和夹爪11的数量均为N，优选地，N为3的整数倍，以在多个夹爪11收拢时，对物体具有自定心的效果，有利于圆形或球星物品的夹持。

在本实施例中，机械臂组件包括一级臂2和二级臂3，一级臂2一端与底座1铰接。另一端与二级臂3万向铰接，伺服电机4外设置有与固定环固定连接的支架，伺服电机4固定安装于支架，二级臂3的另一端与支架铰接。

本发明的一种体育用品整理收集机械臂在工作时，若待夹持物品为柔性件，如跳绳、训练海绵垫等体育用品，启动伺服电机4驱动驱动盘12逆时针转动，摆臂13的内端随驱动盘12逆时针转动，摆臂13在驱动盘12径向方向的投影减小，摆臂13的外端通过铰接轴17带动第二滑动件7和第一滑动件6沿滑移槽16向内滑动，且第一滑动件6和第二滑动件7向内滑动时相互靠近使伸缩环收缩，同时摆臂13的外端带动铰接轴17和齿轮15顺时针转动，促使第一滑动件6顺时针转动，进而促使伸缩环收缩，从而加快多个夹爪11的收拢，提高抓取效率，且由于待夹持物品为柔性件，快速抓取不会对物品或夹爪11造成损坏；此外，夹爪11前端的压力传感器从反馈信号到电磁铁8反向通电再到伺服电机4停转有一定的响应时间，由于夹爪11随伸缩环较快收拢，在响应时间内伸缩环会有进一步的微小收缩，在不损坏物品和电机的前提下可以更好地夹持柔性物品。

若待夹持物品为刚性件，如铅球、头盔等，启动伺服电机4驱动驱动盘12顺时针转动，摆臂13的内端随驱动盘12顺时针转动，摆臂13在驱动盘12径向方向的投影减小，摆臂13的外端通过铰接轴17带动第二滑动件7和第一滑动件6沿滑移槽16向内滑动，且第一滑动件6和第二滑动件7向内滑动时相互靠拢使伸缩环收缩，同时摆臂13的外端带动铰接轴17和齿轮15逆时针转动，促使第一滑动件6逆时针转动，进而减缓伸缩环收缩，从而减缓多个夹爪11的收拢，使夹爪11缓慢接触刚性物品，避免夹爪11与刚性物品撞击接触，保护夹爪11和物品。

至多个夹爪11夹紧物品且夹紧力达到设定的压力值时将信号反馈至中控单元，使得中控单元控制关闭伺服电机4并通过改变电磁铁8接入电流的方向，使电磁铁8与磁体14之间产生斥力，电磁铁8向下落滑落且下部落入止锁环10内与止锁环10啮合，阻碍止锁环10沿滑移槽16滑动，进而阻碍第二滑动件7沿滑移槽16滑动，从而阻碍伸缩环收缩和扩张，使夹爪11保持当前位置和当前夹紧力。

需要松开夹持的物品时，只需先通过中控单元再次改变电磁铁8接触电流的方向，使电磁铁8与磁体14之间产生吸力，电磁铁8向上滑动至安装孔内，允许止锁环10在滑移槽16内滑动，后启动伺服电机4沿与其启动夹紧时相反的方向转动，使摆臂13随驱动盘12转动时，其在驱动盘12径向方向的投影增大，进而推动伸缩环舒张，使夹爪11松开夹持的物品。

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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种体育用品整理收集机械臂，其特征在于：包括底座、机械臂组件、机械抓手、伺服电机，机械臂组件一端安装于底座；机械抓手包括安装架、摆臂、伸缩环、驱动盘和夹爪，安装架与机械臂组件的另一端连接，包括固定环和沿固定环周向均布的多个安装杆，安装杆沿固定环径向延伸，且内端固定于固定于固定环，每个安装杆外端均设置有沿固定环径向延伸的滑移槽；伸缩环与固定环同轴，且位于固定环下侧，伸缩环由数量相同的多个第一滑动件和第二滑动件依次交替围合而成，且第一滑动件与第二滑动件沿伸缩环周向方向滑动连接；沿顺时针方向，第二滑动件的前端通过竖直延伸且转动连接的铰接轴沿滑移槽移动，使得第一滑动件整体沿顺时针方向转动时促使伸缩环收缩，第一滑动件整体沿逆时针方向转动时促使伸缩环舒张；伺服电机安装于固定环，驱动盘转动安装于固定环下方，且与固定环同轴，并在伺服电机的驱动下转动；摆臂有多个，均沿固定环径向延伸，且内端均绕竖直轴线铰接于驱动盘，外端分别对应固定于一个铰接轴，以在随驱动盘转动时带动第二滑动件和第一滑动件向内滑动，进而使伸缩环收缩；夹爪有多个，每个夹爪对应安装于一个第一滑动件下侧，以随伸缩环的收缩夹紧物品；摆臂的外端与第一滑动件通过齿轮传动，以在摆臂的内端随驱动盘顺时针转动时，驱动第一滑动件逆时针转动，减缓伸缩环收缩，在摆臂的内端随驱动盘逆时针转动时，驱动第一滑动件顺时针转动，加速伸缩环收缩。

2.根据权利要求1所述的一种体育用品整理收集机械臂，其特征在于：还包括中控单元和锁止组件，中控单元设置于底座内，锁止组件包括磁体和止锁环，每个安装杆外端部上方均设置有安装块，安装块下侧面设置有与滑移槽连通的安装孔，安装孔上底部安装有电磁铁，电磁铁与中控单元电连接；磁体可上下滑动地安装于安装孔，且在初始状态下与电磁铁吸合，并位于第二滑动件上方，磁体的长度大于滑移槽的深度，且磁体外圆周设置有齿牙；止锁环滑动安装于滑移槽，且位于电磁铁下方，并与铰接轴转动连接，以随铰接轴和第二滑动件沿滑移槽向内滑动；止锁环内周面呈矩形椭圆形，且长边沿滑移槽长度方向，止锁环内壁面设置有与磁体啮合的齿牙；夹爪与物料接触位置设置有压力传感器，以在夹紧力达到预设值时将信号反馈至中控单元，使得中控单元控制关闭伺服电机并通过改变电磁铁接入电流的方向，使电磁铁与磁体之间产生斥力，电磁铁向下落滑落且下部落入止锁环内与止锁环啮合，阻碍止锁环沿滑移槽滑动，进而阻碍第二滑动件沿滑移槽滑动，从而阻碍伸缩环收缩和扩张，使夹爪保持当前位置和当前夹紧力。

3.根据权利要求1所述的一种体育用品整理收集机械臂，其特征在于：沿顺时针方向，第一滑动件的前端设置有弧形的导轨，第二滑动件的后端设置有与导轨滑动配合的弧形滑孔，第一滑动件的前端与第二滑动件的后端通过导轨与弧形滑孔滑动连接；第一滑动件的后端部上表面设置有与第一滑动件内端面连通的避让槽，避让槽下底面设置有贯穿第一滑动件的导向孔，导向孔呈与驱动盘同轴的弧形，铰接轴下端穿过导向孔，并可沿导向孔滑动，第一滑动件的后端与第二滑动件的前端通过铰接轴与导向孔滑动配合。

4.根据权利要求3所述的一种体育用品整理收集机械臂，其特征在于：避让槽的内壁面呈与驱动盘同轴的弧形，且内壁面上设置有弧形的齿条，第二滑动件与避让槽之间设置有齿轮，齿轮安装于铰接轴，且随铰接轴同步转动，并与齿条啮合。

5.根据权利要求1所述的一种体育用品整理收集机械臂，其特征在于：驱动盘外圆周设置有多个凹槽，多个凹槽沿驱动轴周向均匀分布，且相邻两个凹槽通过竖直设置的隔板隔开，每个摆臂的内端对应铰接于一个凹槽的中间位置，以在隔板的限制下使摆臂向两个方向摆动的最大角度相等，并限制摆臂的最大摆动幅度。

6.根据权利要求1所述的一种体育用品整理收集机械臂，其特征在于：沿顺时针方向，每个第一滑动件的后端部均设置有螺纹孔，每个夹爪上端对应与一个螺纹孔螺纹配合。

7.根据权利要求1所述的一种体育用品整理收集机械臂，其特征在于：安装杆、第一滑动件、第二滑动件、摆臂和夹爪的数量均相同。

8.根据权利要求1所述的一种体育用品整理收集机械臂，其特征在于：机械臂组件包括一级臂和二级臂，一级臂一端与底座铰接，另一端与二级臂万向铰接，伺服电机外设置有与固定环固定连接的支架，伺服电机固定安装于支架，二级臂的另一端与支架铰接。

Images