CN115383731B - 一种可操纵气动机器手 - Google Patents

Abstract

本发明属于机械手技术领域，具体是指一种可操纵气动机器手，包括机械手主体、转向机构、多自由度机械头微调整机构和爬虫式包裹型机械抓手，所述转向机构设于机械手主体上，所述多自由度机械头微调整机构设于转向机构的一端，所述爬虫式包裹型机械抓手设于多自由度机械头微调整机构的一端；本发明提出了多自由度机械头微调整机构，通过关节式柔性连接组件、气动式弯度调整机构和高精度自调整稳定机构的相互配合，可增加机械手工作时的灵敏性。

Description

一种可操纵气动机器手

技术领域

本发明属于机械手技术领域，具体是指一种可操纵气动机器手。

背景技术

由于生产力水平的提高与科学技术的日益进步，工业机器人得到了更为广泛的应用，工业机器人正向着高速度、高精度、轻质、重载、高灵活性和高可靠性的方向发展。机械手能代替人类完成重复、枯燥、危险的工作，减轻人劳动强度，提高工作效率，以至于机械手得到了越来越广泛的应用，但是单个机械手功能单一，在完成复杂的工业机器人任务时自由度低，不够灵活。

发明内容

针对上述情况，为克服现有技术的缺陷，本发明提供了一种可操纵气动机器手，为了解决单个机械手功能单一，在完成复杂的工业机器人任务时自由度低，不够灵活的问题，本发明提出了多自由度机械头微调整机构，通过关节式柔性连接组件、气动式弯度调整机构和高精度自调整稳定机构的相互配合，可增加机械手工作时的灵敏性。

本发明采取的技术方案如下：本发明提供了一种可操纵气动机器手，包括机械手主体、转向机构、多自由度机械头微调整机构和爬虫式包裹型机械抓手，所述转向机构设于机械手主体上，所述多自由度机械头微调整机构设于转向机构的一端，所述爬虫式包裹型机械抓手设于多自由度机械头微调整机构的一端。

进一步地，所述机械手主体包括车体、操作室、机械臂一、机械臂二、铰链一、铰链二、气缸一和固定环一，所述操作室设于车体上，所述转向机构设于车体上壁，所述机械臂一的一端设于转向机构上，所述机械臂二的一端铰接设于机械臂一的另一端，所述固定环一设于机械臂二的另一端，所述铰链一设于机械臂一上，所述铰链二设于机械臂二上，所述气缸一设于铰链一上，所述气缸一的输出端设于铰链二上；所述多自由度机械头微调整机构包括关节式柔性连接组件、气动式弯度调整机构和高精度自调整稳定机构，所述关节式柔性连接组件设于固定环一上，所述气动式弯度调整机构设于关节式柔性连接组件上，所述高精度自调整稳定机构设于气动式弯度调整机构的上端。

进一步地，所述高精度自调整稳定机构包括圆环一、固定盘、轴承一和轴承二，所述轴承一的一端设于固定环一的内环上，所述圆环一的外环设于轴承一的另一端，所述轴承二的一端设于圆环一的内环上，所述固定盘的侧壁设于轴承二的另一端。

进一步地，所述关节式柔性连接组件包括活动块一、活动块二、波纹管和弹簧，所述轴承一的一端贯通设于固定盘的下端，所述活动块一套接设于波纹管上，所述活动块二套接设于波纹管上，所述活动块二设于活动块一的下端，所述弹簧的一端设于活动块一的下端，所述弹簧的另一端设于活动块二的上端。

进一步地，所述气动式弯度调整机构包括伸缩管一、伸缩管二、活塞一、通气孔、橡胶密封件和气缸二，所述气缸二的输出端贯通设于固定盘上，所述伸缩管一的一端贯通设于气缸二的输出端，所述活塞一滑动设于伸缩管一内，所述通气孔设于活塞一上，所述伸缩管二的一端贯通设于活塞一上，所述橡胶密封件的上端贯通设于伸缩管二上，所述橡胶密封件的下端贯通设于活动块二上。

进一步地，所述爬虫式包裹型机械抓手包括外开式多支点稳定机构和多足式适应型抓取机构，所述外开式多支点稳定机构设于固定盘上，所述多足式适应型抓取机构设于关节式柔性连接组件的下端。

进一步地，所述外开式多支点稳定机构包括滑槽、滑轮、圆环二、齿块一、电机一、齿轮一、转动轴和固定块，所述滑槽设于固定盘内，所述滑轮的一端滑动设于滑槽内，所述圆环二设于滑轮的上端，所述齿块一设于圆环二的外侧内，所述电机一设于固定盘内，所述齿轮一设于电机一的输出端，所述转动轴设于齿轮一上，所述固定块的一端套接设于转动轴。

进一步地，所述多足式适应型抓取机构包括气泵、固定轴、齿轮二、齿板、通气管、活塞二、分气管、抓杆、抓板，所述气泵的输出端贯通设于波纹管的上端，所述分气管贯通设于波纹管的下端，所述抓板设于关节式柔性连接组件的下端，所述通气管的一端贯通设于分气管的侧壁上，所述活塞二滑动设于通气管内，所述齿板的一端设于活塞二上，所述固定轴设于抓板的侧壁上，所述齿轮二转动设于固定轴上，所述抓杆设于齿轮二上，所述齿轮二和齿板为啮合转动相连。

进一步地，所述转向机构包括轴承三、转盘、电机二、齿轮三和齿块二，所述轴承三设于车体上，所述转盘设于轴承三上，所述齿块二环形整列设于转盘的下端，所述电机二设于车体上，所述齿轮三设于电机二的输出端。

进一步地，所述齿轮三和齿块二为啮合转动相连。

采用上述结构本发明取得的有益效果如下：本发明提供了一种可操纵气动机器手，实现了如下有益效果：

（1）为了增加机械手工作时的灵敏性，本发明提出了多自由度机械头微调整机构，通过关节式柔性连接组件、气动式弯度调整机构和高精度自调整稳定机构的相互配合，提高加机械手工作时的自由度。

（2）为了进一步提高实用性和可推广性，本发明提出了爬虫式包裹型机械抓手，通过外开式多支点稳定机构和多足式适应型抓取机构的相互配合，增加了机械手抓取物体时的适应性。

（3）橡胶密封件具有一定形变特性，可辅助关节式柔性连接组件的弯曲。

（4）高精度自调整稳定机构的设置，保持了物体在搬运过程中的稳定性。

（5）外开式多支点稳定机构的设置，保持了机械手在抓取物体时的稳定性。

附图说明

图1为本发明提出的一种可操纵气动机器手主视图；

图2为本发明提出的一种可操纵气动机器手主视剖面图；

图3为本发明提出的一种可操纵气动机器手俯视图；

图4为外开式多支点稳定机构初始状态示意图；

图5为外开式多支点稳定机构启动状态示意图；

图6为外开式多支点稳定机构俯视剖面图；

图7为多足式适应型抓取机构俯视剖面图；

图8为多足式适应型抓取机构俯结构示意图；

图9为图2中A部分局部放大图。

其中，1、机械手主体，2、多自由度机械头微调整机构，3、爬虫式包裹型机械抓手，4、转向机构，5、车体，6、操作室，7、机械臂一，8、机械臂二，9、铰链一，10、铰链二，11、气缸一，12、固定环一，13、关节式柔性连接组件，14、气动式弯度调整机构，15、高精度自调整稳定机构，16、活动块一，17、活动块二，18、波纹管，19、气缸二，20、弹簧，21、伸缩管一，22、伸缩管二，23、活塞一，24、通气孔，25、橡胶密封件，26、圆环一，27、固定盘，28、轴承一，29、轴承二，30、外开式多支点稳定机构，31、多足式适应型抓取机构，32、滑槽，33、滑轮，34、圆环二，35、齿块一，37、电机一，38、齿轮一，39、转动轴，40、固定块，41、气泵，42、固定轴，43、齿轮二，44、齿板，45、通气管，46、活塞二，47、分气管，48、抓杆，49、轴承三，50、转盘，51、电机二，52、齿轮三，53、齿块二，54、抓板。

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。

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。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示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发明和简化描述，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发明的限制。

如图1-图9所示，本发明提出了一种可操纵气动机器手，包括机械手主体1、转向机构4、多自由度机械头微调整机构2和爬虫式包裹型机械抓手3，转向机构4设于机械手主体1上，多自由度机械头微调整机构2设于转向机构4的一端，爬虫式包裹型机械抓手3设于多自由度机械头微调整机构2的一端。

机械手主体1包括车体5、操作室6、机械臂一7、机械臂二8、铰链一9、铰链二10、气缸一11和固定环一12，操作室6设于车体5上，转向机构4设于车体5上壁，机械臂一7的一端设于转向机构4上，机械臂二8的一端铰接设于机械臂一7的另一端，固定环一12设于机械臂二8的另一端，铰链一9设于机械臂一7上，铰链二10设于机械臂二8上，气缸一11设于铰链一9上，气缸一11的输出端设于铰链二10上；多自由度机械头微调整机构2包括关节式柔性连接组件13、气动式弯度调整机构14和高精度自调整稳定机构15，关节式柔性连接组件13设于固定环一12上，气动式弯度调整机构14设于关节式柔性连接组件13上，高精度自调整稳定机构15设于气动式弯度调整机构14的上端。

爬虫式包裹型机械抓手3包括外开式多支点稳定机构30和多足式适应型抓取机构31，外开式多支点稳定机构30设于固定盘27上，多足式适应型抓取机构31设于关节式柔性连接组件13的下端。

外开式多支点稳定机构30包括滑槽32、滑轮33、圆环二34、齿块一35、电机一37、齿轮一38、转动轴39和固定块40，滑槽32设于固定盘27内，滑轮33的一端滑动设于滑槽32内，圆环二34设于滑轮33的上端，齿块一35设于圆环二34的外侧内，电机一37设于固定盘27内，齿轮一38设于电机一37的输出端，转动轴39设于齿轮一38上，固定块40的一端套接设于转动轴39。

多足式适应型抓取机构31包括气泵41、固定轴42、齿轮二43、齿板44、通气管45、活塞二46、分气管47、抓杆48、抓板54，气泵41的输出端贯通设于波纹管18的上端，分气管47贯通设于波纹管18的下端，抓板54设于关节式柔性连接组件13的下端，通气管45的一端贯通设于分气管47的侧壁上，活塞二46滑动设于通气管45内，齿板44的一端设于活塞二46上，固定轴42设于抓板54的侧壁上，齿轮二43转动设于固定轴42上，抓杆48设于齿轮二43上，齿轮二43和齿板44为啮合转动相连。

转向机构4包括轴承三49、转盘50、电机二51、齿轮三52和齿块二53，轴承三49设于车体5上，转盘50设于轴承三49上，齿块二53环形整列设于转盘50的下端，电机二51设于车体5上，齿轮三52设于电机二51的输出端。

齿轮三52和齿块二53为啮合转动相连。

高精度自调整稳定机构15包括圆环一26、固定盘27、轴承一28和轴承二29，轴承一28的一端设于固定环一12的内环上，圆环一26的外环设于轴承一28的另一端，轴承二29的一端设于圆环一26的内环上，固定盘27的侧壁设于轴承二29的另一端。

关节式柔性连接组件13包括活动块一16、活动块二17、波纹管18和弹簧20，轴承一28的一端贯通设于固定盘27的下端，活动块一16套接设于波纹管18上，活动块二17套接设于波纹管18上，活动块二17设于活动块一16的下端，弹簧20的一端设于活动块一16的下端，弹簧20的另一端设于活动块二17的上端。

气动式弯度调整机构14包括伸缩管一21、伸缩管二22、活塞一23、通气孔24、橡胶密封件25和气缸二19，气缸二19的输出端贯通设于固定盘27上，伸缩管一21的一端贯通设于气缸二19的输出端，活塞一23滑动设于伸缩管一21内，通气孔24设于活塞一23上，伸缩管二22的一端贯通设于活塞一23上，橡胶密封件25的上端贯通设于伸缩管二22上，橡胶密封件25的下端贯通设于活动块二17上。

具体使用时，电机二51输出端转动带动齿轮三52转动，齿轮三52转动带动齿块二53转动，齿块二53转动带动转盘50转动，从而调整机械抓手的主方向，气缸二19启动产生的气流进入伸缩管一21内，推动活塞一23运动，活塞一23运动带动伸缩管二22运动，橡胶密封件25具有一定形变特性，即关节式柔性连接组件13开始弯曲，气泵41启动，气流通过波纹管18进入分气管47内，进而进入通气管45内，推动活塞二46运动，活塞二46运动带动齿板44运动，齿板44运动带动齿轮二43转动，齿轮二43转动带动固定轴42运动，将物品固定，为保持物体在搬运过程中的稳定性，电机一37输出端转动带动齿轮一38转动，齿轮一38转动带动转动轴39和圆环二34转动，转动轴39转动带动固定块40转动，从而打开外开式多支点稳定机构30，圆环一26调整前后平衡，固定盘27调整左右平衡，从而保持物体的稳定性，以上便是本发明整体的工作流程，下次使用时重复此步骤即可。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

以上对本发明及其实施方式进行了描述，这种描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种可操纵气动机器手，包括机械手主体（1）和转向机构（4），其特征在于：还包括多自由度机械头微调整机构（2）和爬虫式包裹型机械抓手（3），所述转向机构（4）设于机械手主体（1）上，所述多自由度机械头微调整机构（2）设于转向机构（4）的一端，所述爬虫式包裹型机械抓手（3）设于多自由度机械头微调整机构（2）的一端；所述机械手主体（1）包括车体（5）、操作室（6）、机械臂一（7）、机械臂二（8）、铰链一（9）、铰链二（10）、气缸一（11）和固定环一（12），所述操作室（6）设于车体（5）上，所述转向机构（4）设于车体（5）上壁，所述机械臂一（7）的一端设于转向机构（4）上，所述机械臂二（8）的一端铰接设于机械臂一（7）的另一端，所述固定环一（12）设于机械臂二（8）的另一端，所述铰链一（9）设于机械臂一（7）上，所述铰链二（10）设于机械臂二（8）上，所述气缸一（11）设于铰链一（9）上，所述气缸一（11）的输出端设于铰链二（10）上；所述多自由度机械头微调整机构（2）包括关节式柔性连接组件（13）、气动式弯度调整机构（14）和高精度自调整稳定机构（15），所述关节式柔性连接组件（13）设于固定环一（12）上，所述气动式弯度调整机构（14）设于关节式柔性连接组件（13）上，所述高精度自调整稳定机构（15）设于气动式弯度调整机构（14）的上端；所述高精度自调整稳定机构（15）包括圆环一（26）、固定盘（27）、轴承一（28）和轴承二（29），所述轴承一（28）的一端设于固定环一（12）的内环上，所述圆环一（26）的外环设于轴承一（28）的另一端，所述轴承二（29）的一端设于圆环一（26）的内环上，所述固定盘（27）的侧壁设于轴承二（29）的另一端；所述关节式柔性连接组件（13）包括活动块一（16）、活动块二（17）、波纹管（18）和弹簧（20），所述轴承一（28）的一端贯通设于固定盘（27）的下端，所述活动块一（16）套接设于波纹管（18）上，所述活动块二（17）套接设于波纹管（18）上，所述活动块二（17）设于活动块一（16）的下端，所述弹簧（20）的一端设于活动块一（16）的下端，所述弹簧（20）的另一端设于活动块二（17）的上端；所述气动式弯度调整机构（14）包括伸缩管一（21）、伸缩管二（22）、活塞一（23）、通气孔（24）、橡胶密封件（25）和气缸二（19），所述气缸二（19）的输出端贯通设于固定盘（27）上，所述伸缩管一（21）的一端贯通设于气缸二（19）的输出端，所述活塞一（23）滑动设于伸缩管一（21）内，所述通气孔（24）设于活塞一（23）上，所述伸缩管二（22）的一端贯通设于活塞一（23）上，所述橡胶密封件（25）的上端贯通设于伸缩管二（22）上，所述橡胶密封件（25）的下端贯通设于活动块二（17）上；所述爬虫式包裹型机械抓手（3）包括外开式多支点稳定机构（30）和多足式适应型抓取机构（31），所述外开式多支点稳定机构（30）设于固定盘（27）上，所述多足式适应型抓取机构（31）设于关节式柔性连接组件（13）的下端；所述外开式多支点稳定机构（30）包括滑槽（32）、滑轮（33）、圆环二（34）、齿块一（35）、电机一（37）、齿轮一（38）、转动轴（39）和固定块（40），所述滑槽（32）设于固定盘（27）内，所述滑轮（33）的一端滑动设于滑槽（32）内，所述圆环二（34）设于滑轮（33）的上端，所述齿块一（35）设于圆环二（34）的外侧内，所述电机一（37）设于固定盘（27）内，所述齿轮一（38）设于电机一（37）的输出端，所述转动轴（39）设于齿轮一（38）上，所述固定块（40）的一端套接设于转动轴（39）；所述多足式适应型抓取机构（31）包括气泵（41）、固定轴（42）、齿轮二（43）、齿板（44）、通气管（45）、活塞二（46）、分气管（47）、抓杆（48）、抓板（54），所述气泵（41）的输出端贯通设于波纹管（18）的上端，所述分气管（47）贯通设于波纹管（18）的下端，所述抓板（54）设于关节式柔性连接组件（13）的下端，所述通气管（45）的一端贯通设于分气管（47）的侧壁上，所述活塞二（46）滑动设于通气管（45）内，所述齿板（44）的一端设于活塞二（46）上，所述固定轴（42）设于抓板（54）的侧壁上，所述齿轮二（43）转动设于固定轴（42）上，所述抓杆（48）设于齿轮二（43）上，所述齿轮二（43）和齿板（44）为啮合转动相连。

2.根据权利要求1所述的一种可操纵气动机器手，其特征在于：所述转向机构（4）包括轴承三（49）、转盘（50）、电机二（51）、齿轮三（52）和齿块二（53），所述轴承三（49）设于车体（5）上，所述转盘（50）设于轴承三（49）上，所述齿块二（53）环形整列设于转盘（50）的下端，所述电机二（51）设于车体（5）上，所述齿轮三（52）设于电机二（51）的输出端。

3.根据权利要求2所述的一种可操纵气动机器手，其特征在于：所述齿轮三（52）和齿块二（53）为啮合转动相连。

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