CN116714014A - 一种自适应调节的自动化机械手及自动化抓取系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及机械手技术领域，具体公开了一种自适应调节的自动化机械手及自动化抓取系统，包括抓取机构和机械手，所述抓取机构包括控制座、固定安装在所述控制座底部的底座以及设置于所述底座下方的连接杆，所述机械手与所述连接杆连接，连接杆转动安装在所述底座的底部；所述机械手包括连接座、转动安装在所述连接座下发的转动安装座、机械臂以及设置于机械臂末端的内卡爪和外卡爪，所述连接座的上侧与所述连接杆转动连接。本发明在进行夹持时机械臂与物体具有不同的接触点，利用弹性结构的卡爪末端能够自适应的调节夹持角度，提高物体夹持的稳定性，避免物体在夹持过程中掉落。

Description

一种自适应调节的自动化机械手及自动化抓取系统

技术领域

本发明具体涉及机械手技术领域，具体是一种自适应调节的自动化机械手及自动化抓取系统。

背景技术

机械手是指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，其主要由执行机构、驱动机构和控制系统三大部分组成。它可代替人进行繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，广泛应用于机械制造、轻工和原子能等部门。

在现今的生活上,科技日新月异的进展之下,机械人手臂与有人类的手臂最大区别就在于灵活度与耐力度，也就是机械手的最大优势可以重复地做同一动作在机械正常情况下永远也不会觉得累，机械手臂的应用也将会越来越广泛,机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动生产设备，作业的准确性和环境中完成作业的能力，工业机械手机器人的一个重要分支，目前，广泛用于生产制造行业的机械手在夹持过程中与物体的接触点较少，无法根据物体尺寸自适应调节，从而导致多数机械手夹持效果不稳定，极易造成产品的脱落，而且在对机械手的操作上极不灵活，导致工作效率低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种自适应调节的自动化机械手及自动化抓取系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种自适应调节的自动化机械手，包括抓取机构和机械手，所述抓取机构包括控制座、固定安装在所述控制座底部的底座以及设置于所述底座下方的连接杆，所述机械手与所述连接杆连接，连接杆转动安装在所述底座的底部，连接杆在底座底部转动时控制机械手旋转，以调节机械手的抓取位置；所述机械手包括连接座、转动安装在所述连接座下发的转动安装座、机械臂以及设置于机械臂末端的内卡爪和外卡爪，所述连接座的上侧与所述连接杆转动连接。

作为本发明进一步的方案：所述连接杆上设置有带动所述连接座旋转的第一电机；所述连接座的内部设置有第二电机，第二电机的输出端与所述转动安装座固定连接；所述机械臂的上端与所述转动安装座旋转连接，转动安装座上设置有控制机械臂旋转的第三电机。

作为本发明再进一步的方案：所述机械臂的内侧设置有弹性卡件，所述弹性卡件的内侧设置有撑杆，所述撑杆为螺纹杆，所述机械臂的内侧设有驱动机构，驱动机构的驱动侧与内卡爪以及外卡爪连接，所述撑杆用于控制驱动机构动作，以带动内卡爪和外卡爪先后与物体接触，对物体进行夹持。

作为本发明再进一步的方案：所述驱动机构包括转动设置的螺纹套筒、齿条板以及齿轮组，所述螺纹套筒与所述撑杆螺纹连接；所述齿条板上安装有第一齿条和第二齿条，所述螺纹套筒上固定安装有驱动齿轮，所述驱动齿轮与所述第一齿条啮合。

作为本发明再进一步的方案：所述齿轮组包括从动齿轮、第一齿轮和第二齿轮，所述从动齿轮通过连接轴转动安装在机械臂的内部，连接轴上还固定安装有第一连接齿轮和第二连接齿轮，所述第一齿轮与所述第一连接齿轮啮合，所述第二齿轮与第二连接齿轮啮合，所述第一齿轮的转轴固定连接有第一连接座，所述第一连接座用于连接内卡爪，所述第二齿轮的转轴固定连接有第二连接座，所述第二连接座用于连接外卡爪。

作为本发明再进一步的方案：所述第一连接齿轮和第二连接齿轮上下对称设置有两个，第一齿轮和第二齿轮上下对称设置有两个，其中，第一齿轮位于第二齿轮的下方，两个第一齿轮通过齿轮座安装在机械臂的内壁，齿轮座上设有第一齿轮的转轴，第二齿轮直接通过转轴安装在机械臂的内部。

作为本发明再进一步的方案：所述第一齿轮的直径小于第二齿轮。

作为本发明再进一步的方案：所述内卡爪和外卡爪结构相同，均包括有爪臂和卡爪末端，所述爪臂与第一连接座或第二连接座连接，所述卡爪末端由弹性材料制成，且内卡爪的爪臂长度小于外卡爪的爪臂。

一种自动化抓取系统，包括上述的自适应调节的自动化机械手，还包括有位置调节机构，所述位置调节机构包括支撑座、第一摆臂、第二摆臂和第三摆臂，所述第一摆臂的下端与所述支撑座转动连接，第一摆臂的上端与第二摆臂转动连接，第二摆臂的前端与第三摆臂转动连接，所述自适应调节的自动化机械手安装在所述第三摆臂上

作为本发明再进一步的方案：所述第三摆臂的下端设置有转动座，所述抓取机构与所述转动座连接，转动座用于控制抓取机构旋转。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本本发明公开的机械手上设置弹性卡件、内卡爪和外卡爪，并在机械臂的内部设置控制内卡爪和外卡爪现有打开的驱动机构，该驱动机构包括转动设置的螺纹套筒、齿条板以及齿轮组，所述螺纹套筒与所述撑杆螺纹连接，当需要对物体进行夹持时，弹性卡件受力向内收缩控制驱动机构动作，从而带动内卡爪和外卡爪先后靠近机械臂内侧待夹持的物体，由于内卡爪和外卡爪长度不同且对物体的夹持顺序不同，从而与物体具有不同的接触点，并利用弹性结构的卡爪末端能够自适应的调节夹持角度，从而提高物体夹持的稳定性，避免物体在夹持过程中掉落。

附图说明

图1为自适应调节的自动化机械手及自动化抓取系统的结构示意图。

图2为自适应调节的自动化机械手及自动化抓取系统中抓取机构的结构示意图。

图3为自适应调节的自动化机械手及自动化抓取系统中抓取机构的正视图。

图4为自适应调节的自动化机械手及自动化抓取系统中机械手的结构示意图。

图5为自适应调节的自动化机械手及自动化抓取系统中驱动机构的结构示意图。

图6为自适应调节的自动化机械手及自动化抓取系统中机械手安装位置的结构示意图一。

图7为自适应调节的自动化机械手及自动化抓取系统中机械手安装位置的结构示意图二。

图中：10-抓取机构、11-控制座、12-底座、13-连接杆；

20-机械手、21-连接座、22-转动安装座、23-机械臂、24-内卡爪、25-外卡爪、26-弹性卡件、261-撑杆；

30-驱动机构、31-螺纹套筒、32-驱动齿轮、33-第一齿条、34-第二齿条、35-从动齿轮、36-连接轴、37-第一齿轮、371-第一连接座、38-第二齿轮、381-第二连接座；

40-位置调节机构、41-支撑座、42-第一摆臂、43-第二摆臂、44-第三摆臂、45-转动座。

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。

请参阅图1-7，本发明实施例中，一种自适应调节的自动化机械手，包括抓取机构10和机械手20，所述抓取机构10包括控制座11、固定安装在所述控制座11底部的底座12以及设置于所述底座12下方的连接杆13，所述机械手20与所述连接杆13连接，连接杆13转动安装在所述底座12的底部，连接杆13在底座12底部转动时控制机械手20旋转，以调节机械手20的抓取位置，需要说明的是，机械手20根据使用需求可设置有多个，在本申请实施例中，机械手20设置有三个，对应的，连接杆13同样设置有三个，当三个机械手20对称分布时，在三个机械手20的内侧形成对物体夹持的夹持区域，如图6所示，此时机械手可用于对物体进行夹持，当三个机械手20同侧设置时，机械手20的内侧形成对物体抓取的抓取区域，如图7所示，此时机械手20可用于抓取物体，例如抓取棒件物体、杆件物体等；

进一步需要说明的是，在本申请实施例中，控制座11的内部设置有驱动所述连接杆13转动的旋转电机，以带动连接杆13在底座12旋转，带动机械手20旋转，调整机械手20的抓取位置，至于在控制座11的内部设置旋转电机带动连接杆13旋转的技术方案可使用现有技术，本实施例在此不做赘述。

请参阅图2和图3，在本申请实施例中，所述机械手20包括连接座21、转动安装在所述连接座21下发的转动安装座22、机械臂23以及设置于机械臂23末端的内卡爪24和外卡爪25，所述连接座21的上侧与所述连接杆13转动连接，可以理解的是，连接杆13上设置有带动所述连接座21旋转的第一电机；所述连接座21的内部设置有第二电机，第二电机的输出端与所述转动安装座22固定连接，用于驱动转动安装座22旋转；所述机械臂23的上端与所述转动安装座22旋转连接，转动安装座22上设置有控制机械臂23旋转的第三电机，可以理解的是，通过设置多种转动连接结构，以控制机械手23进行多角度旋转，从而提高机械手23的自由度，提高机械手23对空间物体的抓取能力。

请参阅图3和图4，在本申请实施例中，所述机械臂23的内侧设置有弹性卡件26，该弹性卡件26为弧形的条状结构，侧边设置具有伸缩功能装饰结构，在进行物体抓取或夹持时，机械臂23向内侧转动，弹性卡件26与物体接触，弹性卡件26受力挤压发生形变；所述弹性卡件26的内侧设置有撑杆261，所述撑杆261为螺纹杆，所述机械臂23的内侧设有驱动机构30，驱动机构30的驱动侧与内卡爪24以及外卡爪25连接，所述撑杆261用于控制驱动机构30动作，以带动内卡爪24和外卡爪25先后与物体接触，对物体进行夹持；

进一步的，在本申请实施例中，如图4和图5所示，所述驱动机构30包括转动设置的螺纹套筒31、齿条板以及齿轮组，所述螺纹套筒31与所述撑杆261螺纹连接，当弹性卡件26受力向内收缩时挤压撑杆261移动，进而带动螺纹套筒31旋转；所述齿条板上安装有第一齿条33和第二齿条34，所述螺纹套筒31上固定安装有驱动齿轮32，所述驱动齿轮32与所述第一齿条33啮合，当螺纹套筒31旋转时带动第一齿条33移动，进而带动齿条板移动，本实施例中，齿条板的移动方向为向下移动，如图6所示，此时，第二齿条34跟随齿条板向下移动；所述齿轮组包括从动齿轮35、第一齿轮37和第二齿轮38，所述从动齿轮35通过连接轴36转动安装在机械臂23的内部，连接轴36上还固定安装有第一连接齿轮和第二连接齿轮，所述第一齿轮37与所述第一连接齿轮啮合，所述第二齿轮38与第二连接齿轮啮合，当第二齿条34跟随齿条板向下移动时驱动从动齿轮35顺时针转动，进而带动第一连接齿轮和第二连接齿轮同步顺时针转动，进而带动第一齿轮37和第二齿轮38同步逆时针转动；另外，所述第一齿轮37的转轴固定连接有第一连接座371，所述第一连接座371用于连接内卡爪24，所述第二齿轮38的转轴固定连接有第二连接座382，所述第二连接座382用于连接外卡爪25，可以理解的是，第一齿轮37和第二齿轮38逆时针转动时带动第一连接座371和第二连接座382朝向机械臂23的内侧转动，从而带动内卡爪24和外卡爪25靠近机械臂23内侧待夹持的物体；

需要说明的是，在本申请实施例中，所述第一连接齿轮和第二连接齿轮上下对称设置有两个，对应的，第一齿轮37和第二齿轮38也上下对称设置有两个，其中，第一齿轮37位于第二齿轮38的下方，两个第一齿轮37通过齿轮座安装在机械臂23的内壁，齿轮座上设有第一齿轮37的转轴，而第二齿轮38直接通过转轴安装在机械臂23的内部，从而在两个第二齿轮38之间形成有供第一连接座371转动的空间，避免齿轮与连接座之间产生干涉；还有，为了保证齿条板移动的稳定性，该齿条板应当滑动安装在机械臂23内侧。

进一步的，在本申请实施例中，所述第一齿轮37的直径小于第二齿轮38，第一齿轮37和第二齿轮38由同步转动的第一连接齿轮和第二连接齿轮驱动时，在相同时间内，第一齿轮37的转动角度大于第二齿轮38，从而使内卡爪24和外卡爪25先后对物体进行夹持；还有，所述内卡爪24和外卡爪25结构相同，均包括有爪臂和卡爪末端，所述爪臂与第一连接座371或第二连接座382连接，所述卡爪末端由弹性材料制成，且内卡爪24的爪臂长度小于外卡爪25的爪臂，当对物体夹持时，内卡爪24和外卡爪25具有不同的夹持点，即，与物体的接触点不同，从而提高夹持效果，使物体夹持时更加稳定。

请参阅图1，本发明还公开了一种自动化抓取系统，包括上述的自适应调节的自动化机械手，本申请实施例中，该自动化抓取系统还包括有位置调节机构40，所述位置调节机构40包括支撑座41、第一摆臂42、第二摆臂43和第三摆臂44，所述第一摆臂42的下端与所述支撑座41转动连接，第一摆臂42的上端与第二摆臂43转动连接，第二摆臂43的前端与第三摆臂44转动连接，所述自适应调节的自动化机械手安装在所述第三摆臂44上，可以理解的是，各摆臂上设置有调节转动的调节机构，例如图1中所示的气缸机构，该机构为现有技术，本申请实施例在此不做赘述，各摆臂的在本申请实施例中用于调节自适应调节的自动化机械手的位置，以增加自适应调节的自动化机械手的自由度；

进一步的，所述第三摆臂44的下端设置有转动座45，所述抓取机构10与所述转动座45连接，转动座45用于控制抓取机构10旋转。

综上所述，本发明公开的机械手上设置弹性卡件、内卡爪和外卡爪，并在机械臂的内部设置控制内卡爪和外卡爪现有打开的驱动机构，该驱动机构包括转动设置的螺纹套筒、齿条板以及齿轮组，所述螺纹套筒与所述撑杆螺纹连接，当需要对物体进行夹持时，弹性卡件受力向内收缩控制驱动机构动作，从而带动内卡爪和外卡爪先后靠近机械臂内侧待夹持的物体，由于内卡爪和外卡爪长度不同且对物体的夹持顺序不同，从而与物体具有不同的接触点，并利用弹性结构的卡爪末端能够自适应的调节夹持角度，从而提高物体夹持的稳定性，避免物体在夹持过程中掉落。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种自适应调节的自动化机械手，其特征在于，包括抓取机构(10)和机械手(20)，所述抓取机构(10)包括控制座(11)、固定安装在所述控制座(11)底部的底座(12)以及设置于所述底座(12)下方的连接杆(13)，所述机械手(20)与所述连接杆(13)连接，连接杆(13)转动安装在所述底座(12)的底部，连接杆(13)在底座(12)底部转动时控制机械手(20)旋转，以调节机械手(20)的抓取位置；所述机械手(20)包括连接座(21)、转动安装在所述连接座(21)下发的转动安装座(22)、机械臂(23)以及设置于机械臂(23)末端的内卡爪(24)和外卡爪(25)，所述连接座(21)的上侧与所述连接杆(13)转动连接。

2.根据权利要求1所述的自适应调节的自动化机械手，其特征在于，所述连接杆(13)上设置有带动所述连接座(21)旋转的第一电机；所述连接座(21)的内部设置有第二电机，第二电机的输出端与所述转动安装座(22)固定连接；所述机械臂(23)的上端与所述转动安装座(22)旋转连接，转动安装座(22)上设置有控制机械臂(23)旋转的第三电机。

3.根据权利要求1所述的自适应调节的自动化机械手，其特征在于，所述机械臂(23)的内侧设置有弹性卡件(26)，所述弹性卡件(26)的内侧设置有撑杆(261)，所述撑杆(261)为螺纹杆，所述机械臂(23)的内侧设有驱动机构(30)，驱动机构(30)的驱动侧与内卡爪(24)以及外卡爪(25)连接，所述撑杆(261)用于控制驱动机构(30)动作，以带动内卡爪(24)和外卡爪(25)先后与物体接触，对物体进行夹持。

4.根据权利要求3所述的自适应调节的自动化机械手，其特征在于，所述驱动机构(30)包括转动设置的螺纹套筒(31)、齿条板以及齿轮组，所述螺纹套筒(31)与所述撑杆(261)螺纹连接；所述齿条板上安装有第一齿条(33)和第二齿条(34)，所述螺纹套筒(31)上固定安装有驱动齿轮(32)，所述驱动齿轮(32)与所述第一齿条(33)啮合。

5.根据权利要求4所述的自适应调节的自动化机械手，其特征在于，所述齿轮组包括从动齿轮(35)、第一齿轮(37)和第二齿轮(38)，所述从动齿轮(35)通过连接轴(36)转动安装在机械臂(23)的内部，连接轴(36)上还固定安装有第一连接齿轮和第二连接齿轮，所述第一齿轮(37)与所述第一连接齿轮啮合，所述第二齿轮(38)与第二连接齿轮啮合，所述第一齿轮(37)的转轴固定连接有第一连接座(371)，所述第一连接座(371)用于连接内卡爪(24)，所述第二齿轮(38)的转轴固定连接有第二连接座(382)，所述第二连接座(382)用于连接外卡爪(25)。

6.根据权利要求5所述的自适应调节的自动化机械手，其特征在于，所述第一连接齿轮和第二连接齿轮上下对称设置有两个，第一齿轮(37)和第二齿轮(38)上下对称设置有两个，其中，第一齿轮(37)位于第二齿轮(38)的下方，两个第一齿轮(37)通过齿轮座安装在机械臂(23)的内壁，齿轮座上设有第一齿轮(37)的转轴，第二齿轮(38)直接通过转轴安装在机械臂(23)的内部。

7.根据权利要求6所述的自适应调节的自动化机械手，其特征在于，所述第一齿轮(37)的直径小于第二齿轮(38)。

8.根据权利要求7所述的自适应调节的自动化机械手，其特征在于，所述内卡爪(24)和外卡爪(25)结构相同，均包括有爪臂和卡爪末端，所述爪臂与第一连接座(371)或第二连接座(382)连接，所述卡爪末端由弹性材料制成，且内卡爪(24)的爪臂长度小于外卡爪(25)的爪臂。

9.一种自动化抓取系统，包括如权利要求1-8任一所述的自适应调节的自动化机械手，其特征在于，还包括有位置调节机构(40)，所述位置调节机构(40)包括支撑座(41)、第一摆臂(42)、第二摆臂(43)和第三摆臂(44)，所述第一摆臂(42)的下端与所述支撑座(41)转动连接，第一摆臂(42)的上端与第二摆臂(43)转动连接，第二摆臂(43)的前端与第三摆臂(44)转动连接，所述自适应调节的自动化机械手安装在所述第三摆臂(44)上。

10.根据权利要求9所述的自动化抓取系统，其特征在于，所述第三摆臂(44)的下端设置有转动座(45)，所述抓取机构(10)与所述转动座(45)连接，转动座(45)用于控制抓取机构(10)旋转。