CN115157299A - 一种四连杆机械手 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种四连杆机械手，包括丝杠螺母机构、四杆机构和主体支架，四杆机构机构包括主动连杆、第一连架杆、第二连架杆和末端执行连杆；主动连杆的近端与螺母枢轴连接，主动连杆的远端与第一连架杆的近端连接；第一连架杆在其中部的特定位置为第一节点，第一连架杆在第一节点与主体支架枢轴连接，第一连架杆的远端与末端执行连杆枢轴连接；第二连架杆的近端与主体支架枢轴连接，末端执行连杆的中部的特定位置为第二节点，末端执行连杆在第二节点与第二连架杆枢轴连接；第一连架杆的第一节点、末端执行连杆的近端、末端执行连杆的第二节点和第二连架杆的近端的顺序连线围成平行四边形，使得末端执行连杆的夹爪在摆动过程中保持互相平行状态。

Description

一种四连杆机械手

技术领域

本发明涉及机器人领域，尤其涉及一种四连杆机械手。

背景技术

机械手是一种能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。特点是可以通过编程来完成各种预期的作业，构造和性能上兼有人和机械手机器各自的优点。

根据机器人所握持的工件形状不同，手爪可分为多种类型，主要可分为三类：机械手爪，又称为机械夹钳，包括2指、3指和变形指；包括磁吸盘、焊枪等的特殊手爪；通用手爪，包括2指到5指。

机械手是一种拟人机械，衡量它好与不好的指标往往会结合其灵活性、稳固性、安全性等多个维度的指标进行综合考量。现有常见的2指机械手抓多采用带有齿轮的四连杆机构，其中一个带齿杆作为主动件，另一个带齿杆作为从动件，由于机械硬件安装的摩擦等，往往导致主动件侧的手爪对夹持工件所施加的力要比从动件侧的大，也导致了整个机械手的手受力不平稳。

现有机械手的设计多是为了实现功能所需动作，很少会对其受力机构进行优化设计和改进。

发明内容

鉴于此，本发明实施例提供了一种四连杆机械手，以消除或改善现有技术中存在的一个或更多个缺陷。

本发明的技术方案如下：

所述机械手包括：丝杠螺母机构、两个四杆机构和主体支架，所述四杆机构机构包括主动连杆、第一连架杆、第二连架杆和末端执行连杆，所述主体支架相对固定设置并用于安装所述丝杠螺母机构和两个所述四杆机构；

其中，所述丝杠螺母机构布置于两个四杆机构的中间位置，其丝杠用于连接动力输入结构；

所述主动连杆的近端与所述丝杠螺母机构的螺母枢轴连接，所述主动连杆的远端与所述第一连架杆的近端连接；

所述第一连架杆在其中部和其近端之间的特定位置为第一节点，所述第一连架杆在所述第一节点的位置与所述主体支架枢轴连接，使得所述第一连架杆在被其他杆件带动时能绕所述第一节点进行摆动，所述第一连架杆的远端与所述末端执行连杆的近端枢轴连接；

所述第二连架杆相对于所述第一连架杆更加靠近中间的丝杠，所述第二连架杆的近端与所述主体支架枢轴连接，

所述末端执行连杆的中部附近的特定位置为第二节点，所述末端执行连杆在所述第二节点与所述第二连架杆的远端枢轴连接；

所述末端执行连杆为弯折结构，其远端为机械手的夹爪，两个所述四杆机构沿所述丝杠对称布置，两个所述末端执行连杆的夹爪平行对称布置；

所述第一连架杆的第一节点、所述末端执行连杆的近端、所述末端执行连杆的第二节点和所述第二连架杆的近端的顺序连线围成平行四边形，使得所述末端执行连杆的夹爪在摆动过程中保持互相平行状态。

在一些实施例中，所述主体支架包括基座部、顶板和底板，所述顶板和底板一体成型或通过连接件安装在所述基座部的一侧；

所述丝杠螺母机构安装于所述主体支架的中心线位置，并架设在所述顶板和底板之间，两个所述四杆机构对称地布置于所述丝杠螺母机构的两侧。

在一些实施例中，所述主动连杆为工字型结构，其包括一体成型或组装而成的两个夹板及位于中部将两个所述夹板连接的连接柱；

在所述主动连杆的近端部位，所述主动连杆的两个所述夹板分别位于所述螺母的两侧，并通过穿设的第一芯轴组件进行连接；

在所述主动连杆的远端部位，所述主动连杆的两个所述夹板分别位于所述第一连架杆的两侧，并通过穿设的第二芯轴组件进行连接。

在一些实施例中，所述第一连架杆夹设在所述主体支架的顶板和底板之间，所述第一连架杆在第一节点位置与所述主体支架通过穿设的第三芯轴组件进行连接；

所述第一连架杆的远端为钳形结构，在所述末端执行连杆的近端部位，所述第一连架杆的钳形结构分别位于所述末端执行连杆的两侧，并通过穿设的第四芯轴组件进行连接。

在一些实施例中，所述第二连架杆为工字型结构，其包括一体成型或组装而成的两个夹板及位于中部将两个所述夹板连接的连接柱；

在所述第二连架杆的近端部位，两个所述夹板分别位于所述主体支架的两侧，并通过穿设的第五芯轴组件进行连接；

在所述末端执行连杆的第二节点部位，所述第二连架杆的两个所述夹板分别位于所述末端执行连杆的两侧，并通过穿设的第四芯轴组件进行连接。

在一些实施例中，所述第一芯轴组件包括：第一芯轴和轴端挡圈；所述第一芯轴穿设在螺母及主动连杆近端的孔中，所述第一芯轴的两端从所述主动连杆的两夹板伸出，且通过安装在轴端的所述轴端挡圈实现固定；

所述第二芯轴组件包括：第二芯轴、衬套和轴端挡圈；所述衬套在第一连架杆近端的孔中上、下布置有两个，所述第一连架杆近端的厚度加上两个所述衬套的法兰的厚度等于所述主动连杆的两夹板之间的距离；所述第二芯轴穿设在主动连杆远端及第一连架杆近端的孔中，所述第二芯轴与所述第一连架杆近端的孔内壁之间布置所述衬套，以实现润滑；所述第一芯轴的两端从所述主动连杆的两夹板伸出，且通过安装在轴端的所述轴端挡圈实现固定；

所述第三芯轴组件包括：第三芯轴、芯轴轴承和螺纹紧固件；所述第一连架杆在第一节点位置的孔的两侧形成有轴承安装部，所述芯轴轴承安装在所述第一连架杆的轴承安装部，所述第三芯轴穿设在第一连架杆及主体支架在第一节点位置的孔中；所述第三芯轴的两端形成有螺纹孔，所述第三芯轴的长度小于所述主体支架的厚度，所述第三芯轴的两端通过所述螺纹紧固件安装在主体支架上；所述第一连架杆与所述主体支架的顶板的下端面和底板的上端面不直接接触，通过套设在所述第三芯轴上的垫片实现轴向定位；

所述第四芯轴组件包括：第四芯轴、芯轴轴承、螺纹紧固件和螺帽；所述末端执行连杆在近端的孔的两侧形成有轴承安装部，所述芯轴轴承安装在所述末端执行连杆的轴承安装部，所述第四芯轴穿设在第一连架杆及末端执行连杆对接位置的孔中；所述第四芯轴的两端形成有螺纹孔，所述第四芯轴的两端通过所述螺纹紧固件及螺帽安装在第一连架杆的钳形结构上；所述第一连架杆与末端执行连杆的端面不直接接触，通过套设在所述第四芯轴上的垫片实现轴向定位；

所述第五芯轴组件包括：第五芯轴、衬套和螺纹紧固件；所述衬套在第二连架杆近端的孔中上、下布置有两个；所述第五芯轴穿设在第二连架杆近端及主体支架的孔中，所述第五芯轴与第二连架杆近端及主体支架的孔内壁之间布置所述衬套，以实现润滑；所述第五芯轴的两端形成有螺纹孔，所述第五芯轴的两端通过所述螺纹紧固件将所述第二连架杆和衬套安装在主体支架上。

在一些实施例中，所述末端执行连杆为弯折结构，其弯折角为钝角，其近端与第二节点位于同一个边上，另一个边形成有平板部，所述末端执行连杆在平板部安装有柔性垫；

所述第一连架杆在其杆件延伸方向上向外侧拱起；

所述第二连架杆在其杆件延伸方向上具有弧度。

在一些实施例中，所述主体支架的前端形成有轴承座；

所述丝杠螺母机构的丝杠一端连接动力输入结构，另一端通过丝杠轴承安装在所述主体支架的轴承座上；

所述主体支架的前端还安装有用于封盖所述丝杠轴承的轴承盖，所述轴承盖与所述丝杠轴承之间布置有轴承环，以实现丝杠轴承的轴向定位。

在一些实施例中，所述机械手还包括手腕部件，所述手腕部件包括腕部外壳和封装在所述腕部外壳内的驱动传动装置，所述驱动传动装置用于驱动丝杠绕其轴心转动；

所述驱动传动装置包括：电机和联轴器，所述电机的输出轴与所述联轴器的一端固定连接，所述联轴器的另一端与所述丝杠连接；

所述手腕部件还包括：用于实现与机械臂固定连接的机械臂连接板。

在一些实施例中，所述机械手还包括装饰盖，所述装饰盖布置于所述主体支架的上下两侧，所述装饰盖的内侧布置有至少一个第一磁吸件，所述主体支架的对应位置布置有第二磁吸件，所述第一磁吸件和所述第二磁吸件能相互吸附，所述装饰盖和所述主体支架的磁吸件组成快拆快装结构。

本发明实施例的机械手采用了丝杠螺母机构和平行四边形机构，可以保持末端执行连杆前端始终处于平行状态，能更好更稳的抓取物体；该丝杠螺母机构可同时驱动两个四杆机构同时运动，两者的受力相同，没有主动与被动的关系，受力更加平稳合理；该机械手由于设置了丝杠螺母机构，无需额外设置减速机构，可减轻整个机械手的重量和减少尺寸；该机械手由于设置了丝杠螺母机构，具有良好的减速增力效果，也具有反向自锁功能。该机械手可以实现较小功率的电机驱动即可抓取较大质量的物体，以及可避免突然断电夹爪松开导致的安全隐患，对于轻量化机械臂夹取物品的这一特殊工况下有较好的优势。

本发明的附加优点、目的，以及特征将在下面的描述中将部分地加以阐述，且将对于本领域普通技术人员在研究下文后部分地变得明显，或者可以根据本发明的实践而获知。本发明的目的和其它优点可以通过在书面说明及其权利要求书以及附图中具体指出的结构实现到并获得。

本领域技术人员将会理解的是，能够用本发明实现的目的和优点不限于以上具体所述，并且根据以下详细说明将更清楚地理解本发明能够实现的上述和其他目的。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的限定。附图中的部件不是成比例绘制的，而只是为了示出本发明的原理。为了便于示出和描述本发明的一些部分，附图中对应部分可能被放大，即，相对于依据本发明实际制造的示例性装置中的其它部件可能变得更大。在附图中：

图1为本发明一实施例中的四连杆机械手的机械原理简图。

图2为本发明一实施例中的四连杆机械手的主要功能部件的结构示意图。

图3为本发明一实施例中的丝杠螺母机构和两个四杆机构的结构示意图。

图4为本发明一实施例中的丝杠螺母机构和一个四杆机构的立体结构示意图。

图5为本发明一实施例中的主体支架的立体结构示意图。

图6为本发明一实施例中的第一连架杆的立体结构示意图。

图7为本发明一实施例中的第二连架杆的立体结构示意图。

图8为本发明一实施例中的末端执行连杆的立体结构示意图。

图9为图2中的四连杆机械手在A-A剖面的剖视图。

图10为图2中的四连杆机械手在B-B剖面的剖视图。

图11为图2中的四连杆机械手在C-C剖面的剖视图。

图12为本发明一实施例中的四连杆机械手整体结构的立体图。

图13为本发明一实施例中的四连杆机械手整体结构的俯视图。

图14为本发明一实施例中的四连杆机械手的半剖图。

图15为本发明一实施例中的四连杆机械手的爆炸图。

附图标记：

1、丝杠螺母机构；11、丝杠；12、螺母；13、丝杠轴承；14、轴承环；15、轴承盖；2、四杆机构；21、主动连杆；22、第一连架杆；23、第二连架杆；24、末端执行连杆；24-2、柔性垫；3、主体支架；310、基座部；320、顶板；330、底板；340、支撑柱；350、轴承座；41a、第一芯轴；42、轴端挡圈；41b、第二芯轴；43、衬套；41c、第三芯轴；44、芯轴轴承；45、螺纹紧固件；46、垫片；41d、第四芯轴；47、螺帽；41e、第五芯轴；5、手腕部件；51、腕部外壳；52、机械臂连接板；53、电机驱动电路板；54、电机；54-1、电机壳体；55、联轴器；56、转接柱；57、感应磁铁；58、连接销；6、装饰盖；61、第一磁吸件；62、第二磁吸件；

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施方式和附图，对本发明做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。

应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、要素、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、要素、步骤或组件的存在或附加。

在此，还需要说明的是，如果没有特殊说明，术语“连接”在本文不仅可以指直接连接，也可以表示存在中间物的间接连接。

在下文中，将参考附图描述本发明的实施例。在附图中，相同的附图标记代表相同或类似的部件，或者相同或类似的步骤。

本发明提供了一种四连杆机械手(以下可简称为机械手)，该机械手采用了丝杠螺母机构和平行四边形机构(构件呈平行四边形的铰链四杆机构)，可以保持末端执行连杆前端始终处于平行状态，能更好更稳的抓取物体；该丝杠螺母机构可同时驱动两个四杆机构同时运动，两者的受力相同，没有主动与被动的关系，受力更加平稳合理；该机械手由于设置了丝杠螺母机构，无需额外设置减速机构，可减轻整个机械手的重量和减少尺寸；该机械手由于设置了丝杠螺母机构，具有良好的减速增力效果，也具有反向自锁功能；该机械手也对四杆机构的各个杆件结构进行了优化设计，使用该机械手的使用寿命大大增长，大大减少出现故障的几率。

在一些实施例中，如图1至图4所示，所述机械手包括：丝杠螺母机构1、两个四杆机构2和主体支架3。

其中，所述主体支架3相对固定设置并用于安装所述丝杠螺母机构1和两个所述四杆机构2。所述丝杠螺母机构1布置于两个四杆机构2的中间位置，其丝杠11用于连接动力输入结构。该丝杠11可采用现有技术中的方案，如滚珠丝杠11或梯形丝杠等，丝杠螺母机构1可将丝杠11的回转运动转化为螺母12的直线运动，具有高精度和高效率的特点。

其中，所述四杆机构2机构可包括主动连杆21、第一连架杆22、第二连架杆23和末端执行连杆24，所述主动连杆21的近端与所述丝杠螺母机构1的螺母12枢轴连接，所述主动连杆21的远端与所述第一连架杆22的近端连接。此处所述近端、远端可以根据该连接点的位置在连接链上距离螺母12的远近划分；在其所在连接链上，某一杆件靠近螺母12的一端称为该杆件的近端，另一端称为该杆件的远端。

为实现末端执行连杆24的前端始终处于平行状态，该四杆机构2可采用平行四边形机构，平行四边形机构是构件呈平行四边形的平面连杆机构。它是一种铰链四杆机构，根据曲柄存在条件属于双曲柄机构。平行四边形机构可以使从动杆的运动确定，其相对杆始终保持平行﹐且两连架杆的角位移﹑角速度和角加速度也始终相等。具体如下：

所述第一连架杆22在其中部和其近端之间的特定位置为第一节点，所述第一连架杆22在所述第一节点的位置与所述主体支架3枢轴连接，使得所述第一连架杆22在被其他杆件带动时能绕所述第一节点进行摆动，所述第一连架杆22的远端与所述末端执行连杆24的近端枢轴连接。此处所述的枢轴连接是指的两个连接部件之间不可相对移动但能相对转动。

所述第二连架杆23相对于所述第一连架杆22更加靠近中间的丝杠，所述第二连架杆23的近端与所述主体支架3枢轴连接。

所述末端执行连杆24的中部附近的特定位置为第二节点，所述末端执行连杆24在所述第二节点与所述第二连架杆23的远端枢轴连接；所述末端执行连杆24为弯折结构，其远端为机械手的夹爪，两个所述四杆机构2沿所述丝杠11对称布置，两个所述末端执行连杆24的夹爪平行对称布置。

所述第一连架杆22的第一节点、所述末端执行连杆24的近端、所述末端执行连杆24的第二节点和所述第二连架杆23的近端的顺序连线围成平行四边形，使得所述末端执行连杆24的夹爪在摆动过程中的姿势保持不变，例如两个夹爪保持互相平行状态。

第一节点到末端执行连杆24的近端的距离，与第二连架杆23的近端到第二节点的距离相等。

第一连架杆22的第一节点到第二连架杆23的近端之间的距离为四杆机构2最短杆的距离，末端执行连杆24的近端带第二节点的距离与该距离也相等。此处所述的节点或近端、远端的距离可以看成所在回转中心的直线距离，由于杆件可能带有弧度或弯曲，并不一定是杆件的长度。

本发明实施例的机械手采用了丝杠螺母机构和平行四边形机构，可以保持末端执行连杆前端始终处于平行状态，能更好更稳的抓取物体；该丝杠螺母机构可同时驱动两个四杆机构同时运动，两者的受力相同，没有主动与被动的关系，受力更加平稳合理；该机械手由于设置了丝杠螺母机构，无需额外设置减速机构，可减轻整个机械手的重量和减少尺寸；该机械手由于设置了丝杠螺母机构，具有良好的减速增力效果，也具有反向自锁功能。该机械手可以实现较小功率的电机驱动即可抓取较大质量的物体，以及可避免突然断电夹爪松开导致的安全隐患，对于轻量化机械臂夹取物品的这一特殊工况下有较好的优势。

在一些实施例中，如图2和图5所示，所述主体支架3包括基座部310、顶板320和底板330，所述顶板320和底板330一体成型或通过连接件安装在所述基座部310的一侧。所述丝杠螺母机构1安装于所述主体支架3的中心线位置，并架设在所述顶板320和底板330之间，两个所述四杆机构2对称地布置于所述丝杠螺母机构1的两侧。主体支架3的基座部310可为环形结构，可用于对接安装腕部外壳51和电机壳体54-1等，例如腕部外壳51与基座部310的外环连接，电机壳体54-1与基座部310的内环连接。优选地，主体支架3为一体成型构造，以保持机械稳定性和连接强度。主体支架3为主要受力结构，其顶板320和底板330之间可设置一体成型的支撑柱340，其前端可形成有轴承座350，以安装丝杠11。

如图5所示，主体支架3的顶板320和底板330上的特定位置均形成有贯通的第一节点连接孔301和第二连架杆23连接孔302。第一节点连接孔301和第二连架杆23连接孔302之间的直线距离即为四杆机构2的最短杆。

在一些实施例中，主体支架3的顶板320和底板330上还可形成有非贯通的圆形槽303和矩形槽304。圆形槽303和矩形槽304可作为放置第一磁吸件61的结构，例如，第一磁吸件61设置有圆形和矩形两种形状，分别粘接在对应的槽内。可选地，圆形槽303设置有两个，矩形槽304设置有一个，以组成稳定的三角形连接构造。

在一些实施例中，如图4和图15所示，所述主动连杆21为工字型结构，其包括一体成型或组装而成的两个夹板及位于中部将两个所述夹板连接的连接柱。优选地，主动连杆21为一体成型构造。

主动连杆21作为平行四边形结构的四杆机构的力源输入杆，该力源输入杆力输入端采用了长度合适的传力摇杆，该传力摇杆为二力杆，根据夹爪的极限位置可知，该传力杆与第一连架杆22大部分时间均近乎垂直状态，这样可使整个四杆机构的机械效率达到最佳，受力性能达到最好，并且避免自锁的情况发生。

如图6所示，第一连架杆22可为非直杆构造，第一连架杆22在其杆件延伸方向上向外侧拱起。第一连架杆22的近端为单杆式构造，其远端分叉为双杆构造，或者也可以称为钳形结构224。第一连架杆22的近端可插接进入主体支架3的顶板320和底板330之间的夹层位置，其具有较小的厚度尺寸。第一连架杆22的远端可用于夹设末端执行连杆24，其在厚度方向上具有较大的尺寸。第一连架杆22上可形成有贯通的第一连架杆22近端孔221、第一节点孔222、第一连架杆22远端孔225，其中，第一节点孔222的上下两侧形成有轴承安装部223，第一连架杆22远端孔225上形成有用于安装螺帽47的凹陷部226。

如图7所示，第二连架杆23可为非直杆构造，所述第二连架杆23在其杆件延伸方向上具有弧度。可选地，所述第二连架杆23在其杆件延伸方向上具有弧度。例如在图2和图3实施例中，第二连架杆23的延伸方向可大致呈其具有略微弯曲的“S”型构造。在一些实施例中，所述第二连架杆23可为为工字型结构，其包括一体成型或组装而成的两个夹板及位于中部将两个所述夹板连接的连接柱。第二连架杆23的近端分叉为双杆构造，或者也可以称为钳形结构，可插接进入主体支架3的顶板320和底板330外侧，其具有较大的厚度尺寸。第二连架杆23的远端分叉为双杆构造，可用于夹设末端执行连杆24，其在厚度方向上具有较小的尺寸。第二连架杆23上可形成有贯通的第二连架杆23近端孔231、第二连架杆23远端孔233。其中，第二连架杆23近端孔231可形成有较大深度的凹陷部232，以安装衬套43和螺钉。第二连架杆23远端孔233可形成有较小深度的凹陷部234，以安装螺帽47。

如图8所示，所述末端执行连杆24为弯折结构，其弯折角为钝角，其近端与第二节点位于同一个边上，另一个边形成有平板部244，所述末端执行连杆24在平板部安装有柔性垫24-2。末端执行连杆24的近端所在边可为实心杆件，以安装在第一连架杆22和第二连架杆23的分叉钳形结构处。对应地，末端执行连杆24可形成有贯通的末端执行连杆24近端孔241、第二节点孔242，末端执行连杆24近端孔241、第二节点孔242的上下两侧形成有轴承安装部243。末端执行连杆24的远端处可形成有平板部244，以安装柔性垫24-2。柔性垫24-2相对位于内侧，柔性垫24-2可采用橡胶垫或其他材质，可实现一定的力缓冲作用，保护工件或抓取物。

上述实施例的第一连架杆22、第二连架杆23和末端执行连杆24均采用非直杆的结构，第一连架杆22、第二连架杆23具有一定的弧度，第一连架杆22的外供幅度角度，第二连架杆23大致呈稍微弯曲的S型构造，其硬件结构符合受力分析，其受力方向可自适应自身摆动的固定，使得该四杆结构的稳定性极佳，传动平稳。

上述实施例的第一连架杆22(的远端)、第二连架杆23均分叉为双杆结构或钳形结构，其机械连接机构的接触面积大，连接稳定性好，连接强度大，可实现力的平稳传递。

下面详细介绍本发明实施例的各个杆件的连接结构。

图9为主动连杆21所在位置的剖面图，主动连杆21的近端与螺母12连接，远端与第一连架杆22连接。如图9所示，在所述主动连杆21的近端部位，所述主动连杆21的两个所述夹板分别位于所述螺母12的两侧，并通过穿设的第一芯轴组件进行连接；在所述主动连杆21的远端部位，所述主动连杆21的两个所述夹板分别位于所述第一连架杆22的两侧，并通过穿设的第二芯轴组件进行连接。

具体地，所述第一芯轴组件包括：第一芯轴41a和轴端挡圈42。所述第一芯轴41a穿设在螺母12及主动连杆21近端的孔中，所述第一芯轴41a的两端从所述主动连杆21的两夹板伸出，且通过安装在轴端的所述轴端挡圈42实现固定。

所述第二芯轴组件包括：第二芯轴41b、衬套43和轴端挡圈42。所述衬套43在第一连架杆22近端的孔中上、下布置有两个，所述第一连架杆22近端的厚度加上两个所述衬套43的法兰的厚度等于所述主动连杆21的两夹板之间的距离。所述第二芯轴41b穿设在主动连杆21远端及第一连架杆22近端的孔中，所述第二芯轴41b与所述第一连架杆22近端的孔内壁之间布置所述衬套43，以实现润滑；所述第一芯轴41a的两端从所述主动连杆21的两夹板伸出，且通过安装在轴端的所述轴端挡圈42实现固定；

图10为第一连架杆22所在位置的剖面图，第一连架杆22的近端与主动连杆21连接，在第一节点与主体支架3连接，远端与末端执行连杆24连接。如图10所示，所述第一连架杆22夹设在所述主体支架3的顶板320和底板330之间，所述第一连架杆22在第一节点位置与所述主体支架3通过穿设的第三芯轴组件进行连接。所述第一连架杆22的远端为钳形结构，在所述末端执行连杆24的近端部位，所述第一连架杆22的钳形结构分别位于所述末端执行连杆24的两侧，并通过穿设的第四芯轴组件进行连接。

具体地，所述第三芯轴组件包括：第三芯轴41c、芯轴轴承44和螺纹紧固件45。所述第一连架杆22在第一节点位置的孔的两侧形成有轴承安装部，所述芯轴轴承44安装在所述第一连架杆22的轴承安装部，所述第三芯轴41c穿设在第一连架杆22及主体支架3在第一节点位置的孔中；所述第三芯轴41c的两端形成有螺纹孔，所述第三芯轴41c的长度小于所述主体支架3的厚度，所述第三芯轴41c的两端通过所述螺纹紧固件45安装在主体支架3上；所述第一连架杆22与所述主体支架3的顶板320的下端面和底板330的上端面不直接接触，通过套设在所述第三芯轴41c上的垫片46实现芯轴轴承44的轴向定位。

所述第四芯轴组件包括：第四芯轴41d、芯轴轴承44、螺纹紧固件45和螺帽47。所述末端执行连杆24在近端的孔的两侧形成有轴承安装部，所述芯轴轴承44安装在所述末端执行连杆24的轴承安装部，所述第四芯轴41d穿设在第一连架杆22及末端执行连杆24对接位置的孔中。所述第四芯轴41d的两端形成有螺纹孔，所述第四芯轴41d的两端通过所述螺纹紧固件45及螺帽47安装在第一连架杆22的钳形结构上；所述第一连架杆22与末端执行连杆24的端面不直接接触，通过套设在所述第四芯轴41d上的垫片46实现芯轴轴承44的轴向定位。

图11为第二连架杆23所在位置的剖面图，第二连架杆23的近端与主体支架3连接，远端与末端执行连杆24连接。如图11所示，在所述第二连架杆23的近端部位，两个所述夹板分别位于所述主体支架3的两侧，并通过穿设的第五芯轴组件进行连接。在所述末端执行连杆24的第二节点部位，所述第二连架杆23的两个所述夹板分别位于所述末端执行连杆24的两侧，并通过穿设的第四芯轴组件进行连接。

具体地，所述第五芯轴组件包括：第五芯轴41e、衬套43和螺纹紧固件45。所述衬套43在第二连架杆23近端的孔中上、下布置有两个；所述第五芯轴41e穿设在第二连架杆23近端及主体支架3的孔中，所述第五芯轴41e与第二连架杆23近端及主体支架3的孔内壁之间布置所述衬套43，以实现润滑；所述第五芯轴41e的两端形成有螺纹孔，所述第五芯轴41e的两端通过所述螺纹紧固件45将所述第二连架杆23和衬套43安装在主体支架3上。

在上述实施例中，四杆机构2的第一连架杆22与主体支架3的连接、第一连架杆22与末端执行连杆24的连接、第二连架杆23与末端执行连杆24的连接均采用了轴承，以减小摩擦力，减少噪声，增大杆件的稳定性，使得各个杆件的摆动过程(即机械手的开合过程)顺滑流畅，使用效果好。在其他连接部位，也采用了润滑或减少磨损的衬套43，轴承或衬套43的使用可大大增加连杆的使用寿命。

在一些实施例中，如图5、图14和图15所示，所述主体支架3的前端形成有轴承座350；所述丝杠螺母机构1的丝杠11(丝杠11在图15中没有以剖面线的方式绘出)一端连接动力输入结构，另一端通过丝杠轴承13安装在所述主体支架3的轴承座350上；所述主体支架3的前端还安装有用于封盖所述丝杠轴承13的轴承盖15，所述轴承盖15与所述丝杠轴承13之间布置有轴承环14，以实现丝杠轴承13的轴向定位。

在一些实施例中，如图11至图15所示，所述机械手还包括手腕部件5，所述手腕部件5包括腕部外壳51和封装在所述腕部外壳51内的驱动传动装置，所述驱动传动装置用于驱动丝杠11绕其轴心转动。

所述手腕部件5还包括：用于实现与机械臂固定连接的机械臂连接板52。该机械臂连接板52可将整个机械手安装在机械臂上，其连接方式例如可采用螺栓或螺钉紧固。

腕部外壳51可包括腕部前壳和腕部后壳，机械臂连接板52夹设在腕部前壳和腕部后壳之间。腕部前壳可为一体式构造，腕部后壳可由左右对称的两个子壳体组装而成，以便将机械臂连接板52和机械臂的组装和拆卸过程。腕部前壳、腕部后壳和机械臂连接板52均为受力结构，应当符合机械强度和受力要求。

所述驱动传动装置包括：电机54和联轴器55，所述电机54的输出轴与所述联轴器55的一端固定连接，所述联轴器55的另一端与所述丝杠11连接。例如，联轴器55与丝杠11连接可采用连接销58。

电机壳体54-1可将电机54封装在内，电机壳体54-1可固定安装在主体支架3的基座部310上。在一些实施例中，电机壳体54-1的后端部位也可设置感应磁铁57和转接柱56。可选地，电机驱动电路板53上设置有电子编码器。电机54后端的转轴与转接柱56固定连接，以保持同步转动，感应磁铁57与转接柱56固定连接，使得感应磁铁57与电子编码器的间隔符合设计要求，感应磁铁57与电子编码器形成感应，用来感测电机54的转速、相位等。

在一些实施例中，如图14和图15所示，所述机械手还包括装饰盖6，所述装饰盖6布置于所述主体支架3的上下两侧，所述装饰盖6的内侧布置有至少一个第一磁吸件61，所述主体支架3的对应位置布置有第二磁吸件62，所述第一磁吸件61和所述第二磁吸件62能相互吸附，所述装饰盖6和所述主体支架3的磁吸件组成快拆快装结构。如前述，第一磁吸件61和第二磁吸件62可设置有多个，也可设置为不同的形状，例如圆形和矩形。

装饰盖6不是主要的受力件，装饰盖6可采用塑料材质，例如可通过3D打印加工制作，以进一步降低成本。

本发明实施例的腕部外壳51和装饰盖6均采用弧形过渡的曲面，不仅具有符合条件的机械强度，也进行了工业外形设计，整体具有良好的受力稳定性和美观性。

本发明实施例机械手的各个组成部件的结构较为简单，具有极佳的加工性能，降低制造成本。

本发明实施例的四连杆机械手采用了丝杠螺母机构和平行四边形机构，可以保持末端执行连杆前端始终处于平行状态，能更好更稳的抓取物体；该丝杠螺母机构可同时驱动两个四杆机构同时运动，两者的受力相同，没有主动与被动的关系，受力更加平稳合理；该机械手由于设置了丝杠螺母机构，无需额外设置减速机构，可减轻整个机械手的重量和减少尺寸；该机械手由于设置了丝杠螺母机构，具有良好的减速增力效果，也具有方向自锁功能；该机械手也对四杆机构的各个杆件结构进行了优化设计，使用该机械手的稳定性和使用寿命大大增长，大大减少出现故障的几率。

本发明中，针对一个实施方式描述和/或例示的特征，可以在一个或更多个其它实施方式中以相同方式或以类似方式使用，和/或与其他实施方式的特征相结合或代替其他实施方式的特征。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明实施例可以有各种更改和变化。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 (10)

1.一种四连杆机械手，其特征在于，所述机械手包括：丝杠螺母机构、两个四杆机构和主体支架，所述四杆机构机构包括主动连杆、第一连架杆、第二连架杆和末端执行连杆，所述主体支架相对固定设置并用于安装所述丝杠螺母机构和两个所述四杆机构；

其中，所述丝杠螺母机构布置于两个四杆机构的中间位置，其丝杠用于连接动力输入结构；

所述主动连杆的近端与所述丝杠螺母机构的螺母枢轴连接，所述主动连杆的远端与所述第一连架杆的近端连接；

所述第一连架杆在其中部和其近端之间的特定位置为第一节点，所述第一连架杆在所述第一节点的位置与所述主体支架枢轴连接，使得所述第一连架杆在被其他杆件带动时能绕所述第一节点进行摆动，所述第一连架杆的远端与所述末端执行连杆的近端枢轴连接；

所述第二连架杆相对于所述第一连架杆更加靠近中间的丝杠，所述第二连架杆的近端与所述主体支架枢轴连接，

所述末端执行连杆的中部附近的特定位置为第二节点，所述末端执行连杆在所述第二节点与所述第二连架杆的远端枢轴连接；

所述末端执行连杆为弯折结构，其远端为机械手的夹爪，两个所述四杆机构沿所述丝杠对称布置，两个所述末端执行连杆的夹爪平行对称布置；

所述第一连架杆的第一节点、所述末端执行连杆的近端、所述末端执行连杆的第二节点和所述第二连架杆的近端的顺序连线围成平行四边形，使得所述末端执行连杆的夹爪在摆动过程中保持互相平行状态。

2.根据权利要求1所述的四连杆机械手，其特征在于，所述主体支架包括基座部、顶板和底板，所述顶板和底板一体成型或通过连接件安装在所述基座部的一侧；

所述丝杠螺母机构安装于所述主体支架的中心线位置，并架设在所述顶板和底板之间，两个所述四杆机构对称地布置于所述丝杠螺母机构的两侧。

3.根据权利要求2所述的四连杆机械手，其特征在于，所述主动连杆为工字型结构，其包括一体成型或组装而成的两个夹板及位于中部将两个所述夹板连接的连接柱；

在所述主动连杆的近端部位，所述主动连杆的两个所述夹板分别位于所述螺母的两侧，并通过穿设的第一芯轴组件进行连接；

在所述主动连杆的远端部位，所述主动连杆的两个所述夹板分别位于所述第一连架杆的两侧，并通过穿设的第二芯轴组件进行连接。

4.根据权利要求3所述的四连杆机械手，其特征在于，所述第一连架杆夹设在所述主体支架的顶板和底板之间，所述第一连架杆在第一节点位置与所述主体支架通过穿设的第三芯轴组件进行连接；

所述第一连架杆的远端为钳形结构，在所述末端执行连杆的近端部位，所述第一连架杆的钳形结构分别位于所述末端执行连杆的两侧，并通过穿设的第四芯轴组件进行连接。

5.根据权利要求4所述的四连杆机械手，其特征在于，所述第二连架杆为工字型结构，其包括一体成型或组装而成的两个夹板及位于中部将两个所述夹板连接的连接柱；

在所述第二连架杆的近端部位，两个所述夹板分别位于所述主体支架的两侧，并通过穿设的第五芯轴组件进行连接；

在所述末端执行连杆的第二节点部位，所述第二连架杆的两个所述夹板分别位于所述末端执行连杆的两侧，并通过穿设的第四芯轴组件进行连接。

6.根据权利要求5所述的四连杆机械手，其特征在于，

所述第一芯轴组件包括：第一芯轴和轴端挡圈；所述第一芯轴穿设在螺母及主动连杆近端的孔中，所述第一芯轴的两端从所述主动连杆的两夹板伸出，且通过安装在轴端的所述轴端挡圈实现固定；

所述第二芯轴组件包括：第二芯轴、衬套和轴端挡圈；所述衬套在第一连架杆近端的孔中上、下布置有两个，所述第一连架杆近端的厚度加上两个所述衬套的法兰的厚度等于所述主动连杆的两夹板之间的距离；所述第二芯轴穿设在主动连杆远端及第一连架杆近端的孔中，所述第二芯轴与所述第一连架杆近端的孔内壁之间布置所述衬套，以实现润滑；所述第一芯轴的两端从所述主动连杆的两夹板伸出，且通过安装在轴端的所述轴端挡圈实现固定；

所述第三芯轴组件包括：第三芯轴、芯轴轴承和螺纹紧固件；所述第一连架杆在第一节点位置的孔的两侧形成有轴承安装部，所述芯轴轴承安装在所述第一连架杆的轴承安装部，所述第三芯轴穿设在第一连架杆及主体支架在第一节点位置的孔中；所述第三芯轴的两端形成有螺纹孔，所述第三芯轴的长度小于所述主体支架的厚度，所述第三芯轴的两端通过所述螺纹紧固件安装在主体支架上；所述第一连架杆与所述主体支架的顶板的下端面和底板的上端面不直接接触，通过套设在所述第三芯轴上的垫片实现轴向定位；

所述第四芯轴组件包括：第四芯轴、芯轴轴承、螺纹紧固件和螺帽；所述末端执行连杆在近端的孔的两侧形成有轴承安装部，所述芯轴轴承安装在所述末端执行连杆的轴承安装部，所述第四芯轴穿设在第一连架杆及末端执行连杆对接位置的孔中；所述第四芯轴的两端形成有螺纹孔，所述第四芯轴的两端通过所述螺纹紧固件及螺帽安装在第一连架杆的钳形结构上；所述第一连架杆与末端执行连杆的端面不直接接触，通过套设在所述第四芯轴上的垫片实现轴向定位；

所述第五芯轴组件包括：第五芯轴、衬套和螺纹紧固件；所述衬套在第二连架杆近端的孔中上、下布置有两个；所述第五芯轴穿设在第二连架杆近端及主体支架的孔中，所述第五芯轴与第二连架杆近端及主体支架的孔内壁之间布置所述衬套，以实现润滑；所述第五芯轴的两端形成有螺纹孔，所述第五芯轴的两端通过所述螺纹紧固件将所述第二连架杆和衬套安装在主体支架上。

7.根据权利要求1所述的四连杆机械手，其特征在于，所述末端执行连杆为弯折结构，其弯折角为钝角，其近端与第二节点位于同一个边上，另一个边形成有平板部，所述末端执行连杆在平板部安装有柔性垫；

所述第一连架杆在其杆件延伸方向上向外侧拱起；

所述第二连架杆在其杆件延伸方向上具有弧度。

8.根据权利要求1所述的四连杆机械手，其特征在于，所述主体支架的前端形成有轴承座；

所述丝杠螺母机构的丝杠一端连接动力输入结构，另一端通过丝杠轴承安装在所述主体支架的轴承座上；

所述主体支架的前端还安装有用于封盖所述丝杠轴承的轴承盖，所述轴承盖与所述丝杠轴承之间布置有轴承环，以实现丝杠轴承的轴向定位。

9.根据权利要求1所述的四连杆机械手，其特征在于，所述机械手还包括手腕部件，所述手腕部件包括腕部外壳和封装在所述腕部外壳内的驱动传动装置，所述驱动传动装置用于驱动丝杠绕其轴心转动；

所述驱动传动装置包括：电机和联轴器，所述电机的输出轴与所述联轴器的一端固定连接，所述联轴器的另一端与所述丝杠连接；

所述手腕部件还包括：用于实现与机械臂固定连接的机械臂连接板。

10.根据权利要求1所述的四连杆机械手，其特征在于，所述机械手还包括装饰盖，所述装饰盖布置于所述主体支架的上下两侧，所述装饰盖的内侧布置有至少一个第一磁吸件，所述主体支架的对应位置布置有第二磁吸件，所述第一磁吸件和所述第二磁吸件能相互吸附，所述装饰盖和所述主体支架的磁吸件组成快拆快装结构。

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