CN117817696A - 机械式无动力源夹具、线控机器人及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了机械式无动力源夹具、线控机器人及其方法，属于智能制造的技术领域。所述夹具包括：具有连接端和触发端的自锁模块，自锁模块的周边等距离分布有至少一组传动机构。每组传动机构均具有输入端和输出端，所述输入端铰接于所述自锁模块，输出端铰接有夹爪；连接端与触发端之间发生周期性运动，所述周期性运动为连接端与触发端之间的相向运动和与之连贯的反向运动：相向运动时，所述夹具处于卸货状态；反向运动时，所述夹具为夹持状态。本发明巧妙的利用了力的作用实现了夹具的状态切换和状态保持，不仅仅降低了安装成本、工件成本，同时，状态保持的可靠性进一步得到保证，增加了安全系数。

Description

机械式无动力源夹具、线控机器人及其方法

技术领域

本发明属于智能制造的技术领域，特别是涉及机械式无动力源夹具、线控机器人及其方法。

背景技术

目前工业机器人被广泛的使用在各行各业，工业机器人的末端执行器一般都是采用的工业夹爪，通过夹爪夹持住物品，再由机器人带动夹爪将物品移动到制定位置。

现有的夹爪是通过气缸、电缸、电机等驱动动力源控制夹爪的开合，因此在布设机械工装时，需要预留动力源所需的空间进行布线。除此之外，受应用场景的限定，针对不同的物品若夹爪选择不恰当，在运动中被因物品重心偏移或者其他原因导致夹爪被迫打开物品自落，不仅仅会造成物品的损坏、经济的损失，同时还会带来一定的安全问题。

发明内容

本发明为解决上述背景技术中存在的技术问题，提供机械式无动力源夹具以及方法、应用。

本发明采用以下技术方案：机械式无动力源夹具，设于载体上；所述夹具包括：用于连接所述载体的安装件；所述夹具还包括：

自锁模块，具有连接端和触发端；所述连接端设置在所述安装件上，

至少一组传动机构，按照需求分布在所述自锁模块的周边；每组传动机构均具有输入端和输出端，所述输入端铰接于所述自锁模块，输出端铰接有夹爪；

连接端与触发端之间发生周期性运动，所述周期性运动为连接端与触发端之间的相向运动和与之连贯的反向运动：相向运动时，所述夹具处于卸货状态；反向运动时，所述夹具为夹持状态。

在进一步的实施例中，连接端与触发端相对静止时，则保持夹具锁定在夹持状态。

在进一步的实施例中，所述自锁模块包括：

本体，安装在所述安装件上；所述本体的内部沿其长度方向开设有操作空间；所述操作空间内固定有沿径向设置的至少一组插件；

自锁块，活动设置在所述操作空间内；所述自锁块的外表面设置有滑槽；

连接件，可转动的安装在所述自锁块的底部；所述连接件用于连接触发端；

压缩弹簧，设于自锁块和安装件之间；

所述插件的活动端位于滑槽内，自锁块在滑槽和插件的配合下在周向具有旋转自由度，在长度方向具有往返自由度。

在进一步的实施例中，所述夹具为内夹式，则所述传动机构包括：

传动件，其一端铰接于自锁模块的连接端/安装件，另一端用于铰接夹爪；

可伸缩件，安装在所述触发端上；所述夹爪与可伸缩件的端部对应铰接；所述夹爪的内侧面设置有向外凸起的夹持部。

在进一步的实施例中，所述夹具为外持式，则所述传动机构包括：

传动件，其一端铰接于自锁模块的连接端/安装件，另一端用于固定夹爪；

固定件，安装在所述触发端上；所述夹爪与固定件的端部对应铰接；所述夹爪的外侧面设有向外凸起的卡接部。

在进一步的实施例中，所述触发端具有预定高度；

所述触发端直接作用于物品或者借助于辅助件作用于物品。

使用如上所述的机械式无动力源夹具的操作方法，包括以下步骤：

触发端受力，自锁模块被触发：触发端和连接端做相向运动，夹具为卸货状态；待张开到极限后，触发端和连接端做反向运动，夹具由卸货状态切换为夹持状态；相向运动的动力源由为物品给触发端的作用力，反向运动的动力源为自锁模块内的弹力或物品的重力；

卸货时，在夹具切换至夹持状态之前，夹具与物品发生脱离；夹持时，在夹具切换至夹持状态之前，夹具与物品完成接触。

在进一步的实施例中，夹具为内夹式时，夹具的卸货状态通过夹爪相对张开实现，夹持状态通过夹爪相对缩紧实现。

在进一步的实施例中，具为外持式时，夹具的卸货状态通过夹爪相对缩紧实现，夹持状态通过夹爪相对张开实现。

一种线控机器人，包括：至少一组桁架，按照需求布设于空中；

若干个导向件，按照需求分布于所述桁架上；每组导向件上均配置有至少一组执行线；

夹具，具有若干个连接点；所述执行线的末端选择性的连接于所述连接点；通过控制执行线的数量以及对应的长度实现夹具的空间调度和姿态调整；其中所述夹具如上所述。

本发明的有益效果：本发明研发了机械式无动力源夹具，将机械传动作为动力源取代了现有技术的电动，完全以来机械结构和机械传动，大大的增加了可靠性。结合自锁模块，巧妙的利用了力的作用实现了夹具的状态切换和状态保持，不仅仅降低了安装成本、工件成本，同时，状态保持的可靠性进一步得到保证，增加了安全系数。

附图说明

图1为实施例1的机械式无动力源夹具。

图2为实施例1的自锁模块的结构图。

图3为实施例2的机械式无动力源夹具。

图4为实施例3的内夹式夹具的操作示意图。

图5为实施例3的外持式夹具的操作示意图。

图6为实施例4的线控机器人。

图7为实施例5的三爪机械式无动力源夹具。

图1至图7中的各标注为：桁架1、导向件2、执行线3、载体4、自锁模块5、夹爪6、连接端7、触发端8、安装件9、连接端10、连接套11、插件501、自锁块502、连接件503、压缩弹簧504、滑槽505、传动件601、可伸缩件602、固定件603、夹持部604、卡接部605、辅助件606。

具体实施方式

下面结合实施例和说明书附图对本发明做进一步的描述。

实施例1

如图1所示，本实施例公开了机械式无动力源夹具，该夹具用于安装在载体4上，载体4可以安装在调度机器人的末端，用于实现物品的夹持与转移。其中，夹具包括：安装件，连接在所述载体4上。本实施例中的安装件可以为安装板、固定板等。

本实施例中的夹具还包括：安装在安装件上的自锁模块5，其中，自锁模块5包括：连接端7和触发端8。连接端7则被设置为与安装件连接的同时还用于承载触发端8。需要说明的是，本实施例中的连接端7和触发端8在外力的作用下，可做相向运动或者反向运动。

还包括：至少一组传动机构，按照预定间隔分布在所述自锁模块5的周边；每组传动机构均具有输入端和输出端，所述输入端铰接于所述自锁块502，输出端铰接有夹爪6。优先的，所述预定间隔为等距离间隔。举例说明，如图所示本实施例中的传动机构为两则，则对称设于自锁模块5的周边。若传动机构为三组，则按照等距离分布在自锁模块5的周边，以保证夹取所需的稳定性。本实施例以两组传动机构为例，如图1所示，每个传动机构对应一个夹爪，即设置有对称的两组夹爪。

每组传动机构均具有输入端和输出端，其中，输入端铰接于所述自锁模块5，输出端铰接有夹爪6。即通过自锁模块5控制输入端与输出端的相对运动，从而实现夹爪6的状态切换与状态保持。

输入端与输出端的相对运动进一步被定义为：连接端7与触发端8之间发生周期性运动，通过所述周期性运动完成收紧状态和张开状态的相互切换，并对切换的后状态进行保持；所述周期性运动为连接端7与触发端8之间的相向运动和与之连贯的反向运动。举例，夹具的工作状态包括：卸货状态和夹持状态。若当前夹具的工作状态为卸货状态，需要将其切换为夹持状态，现有技术则采用气缸驱动或者齿轮齿条传动实现，但不管是气缸还是齿轮齿条都会出现电气故障或者外力过大无法夹持的问题，意外事故频发。而本实施例中，则通过连接端7与触发端8之间的相向运动使夹具处于卸货状态，再通过反向运动使夹具处于夹持状态，并在无外力作用的情况下始终保持夹持状态。

换言之，连接端7与触发端8相对静止时，保持夹具锁定在夹持状态。

为了实现上述功能，本实施例公开的自锁模块5如图2所示，包括：安装在安装件上的本体，如立柱、圆柱等等。在本体的内部沿长度方向(轴向)开设有底部开口的镂空结构，定义为操作空间。操作空间内固定有沿径向设置的至少一组插件501。本实施例中的插件501为对称设置的两组，可增加传动的稳定性。

进一步的，操作空间内活动设置有自锁块502，自锁块502的外表面设置有滑槽505。自锁块502的底部可转动的安装有连接件503，连接件503用于连接触发端8。需要说明的是，本实施例中的连接件503通过轴承安装在自锁块502的底部，即自锁块502可相对连接件503自转。

自锁块502和安装件之间还设置有压缩弹簧504，产生回弹便于将相向运动切换至反向运动。插件501的活动端位于滑槽505内，自锁块502在滑槽505和插件501的配合下在周向具有旋转自由度，在长度方向具有往返自由度。

本实施例中的滑槽505具有以下结构：将滑槽505的两个内壁定义为第一内壁和第二内壁，其中。第一内壁由若干个第一长弧面和第一短弧面首尾衔接而成，其中第一长弧面的两端分别采用钝角衔接和锐角衔接的形式与相邻的两个第一短弧面连接。对应的，第二内壁由若干个第二长弧面和第二短弧面首尾衔接而成，其中第二长弧面的两端分别采用钝角衔接和锐角衔接的形式与相邻的两个第二短弧面连接。其中，第一长弧面和第二长弧面在轴向上为局部覆盖。通过上述结构，实现自锁模块5所需的相向运动完成后直接转换为反向运动。

本实施例中的夹具为内夹式，即通过夹爪6的内壁与物品接触实现夹取。因此，传动机构包括：传动件601，其一端铰接于自锁模块5的连接端7/安装件，另一端用于铰接夹爪6；

可伸缩件602，安装在所述触发端8上；所述夹爪6与可伸缩件602的端部对应铰接；所述夹爪6的内侧面设置有向外凸起的夹持部604。

结合上述描述，在夹取物品之前，夹具处于夹持状态，即夹爪6相互缩紧，即夹具锁定在夹持状态。因此，为了保证夹具的触发端8能正常受力，便于其在后期由夹持状态切换为卸货状态，故触发端8具有预定的高度。

综上所述，需要夹取物品时，则执行以下步骤：将夹具整体转移到物品上方并下降，物品与夹手相抵并持续下降夹手被撑开，迫使此时自锁模块5收缩，即连接端7和触发端8相向运行，进一步的传动件601驱动可伸缩件602向外延伸。夹爪6进一步张开，在夹爪6张开的过程中，夹具整体持续向下移动，将物品可加持位置位于夹具内。在相向运动发生到极限时，夹爪6内壁已经完成与物品的接触。随后，结合自锁模块5的内部结构，开始发生反向运动，即传动件601驱动可伸缩件602向内收缩，夹爪6相对缩紧，夹紧物品。夹具被吊起，物品对触发端8的力消失，因此触发端8不受外力，则保持当前的缩紧状态不变。

反之，卸货时，可通过物品对触发端8施加向上的力或载体4对连接端7施加向下的力，安装件和连接端7相对可伸缩件602向下移动，传动件601驱动可伸缩件602向外延伸。夹爪6相对张开，在夹爪6张开的过程中，物品与夹爪6脱离。

实施例2

本实施例基于实施例1所述的自锁模块5，提供了外持式夹具，用于实现套筒、管道等内部为镂空结构物体的夹持。如图3所示，包括：传动件601，其一端铰接于自锁模块5的连接端7/安装件，另一端用于固定夹爪6；

固定件603，安装在所述触发端8上；所述夹爪6与固定件603的端部对应铰接；所述夹爪6的外侧面设有向外凸起的卡接部605。

结合上述描述，在夹取物品之前，夹具处于夹持状态，即夹爪6相互张开。因此，为了保证夹具的触发端8能正常受力，提前将夹爪6缩紧便于夹具位于物品的镂空结构内，故触发端8相对延长预定高度或在镂空结构内提前放置具有预定高度的辅助件606，用于提前与物品内的底部或者摆放物品的平台接触。即尽管夹爪6相互张开，导致当前的夹具的外径大于物品的内径，只要物品提前给触发端8一定的力，使其将夹爪6驱动为缩紧运动，夹具的内径缩小且小于物品的外径，夹具便可位于物品内。

综上所述，需要夹持物品时，则执行以下步骤：将夹具整体转移到物品上方并下降，物品镂空结构的底部/辅助件606与触发端8相抵并持续下降，此时自锁模块5收缩，安装件和连接端7相对可伸缩件602向下移动，传动件601驱动夹爪6转动，以固定件603的铰接处为支点，夹爪6则相对缩紧。在夹爪6缩紧的过程中，夹具整体持续向下移动，使其位于物品的镂空结构内。在相向运动发生到极限时，夹爪6外壁已经完成与物品的接触。随后，结合自锁模块5的内部结构，开始发生反向运动，即传动件601驱动可伸缩件602向内收缩，夹爪6相对张开，夹持物品。夹具被吊起，物品对触发端8的力消失，因此触发端8不受外力，则保持当前的张开状态不变。

反之，卸货时，则可通过对夹具的连接端7施加压力，促进连接端7相对可伸缩件602向下移动，传动件601驱动夹爪6转动，以固定件603的铰接处为支点，夹爪6则相对缩紧。在夹爪6缩紧的过程中，将夹具取出。

实施例3

基于实施例1和实施例2的描述，本实施例提供了械式无动力源夹具的操作方法，包括以下步骤：

触发端8受力，自锁模块5被触发：触发端8和连接端7做相向运动，夹具为卸货状态；待张开到极限后，触发端8和连接端7做反向运动，夹具由卸货状态切换为夹持状态；相向运动的动力源由为物品给触发端8的作用力，反向运动的动力源为自锁模块5内的弹力或物品的重力；

卸货时，在夹具切换至夹持状态之前，夹具与物品发生脱离；夹持时，在夹具切换至夹持状态之前，夹具与物品完成接触。

夹具为内夹式时，夹具的卸货状态通过夹爪6相对张开实现，夹持状态通过夹爪6相对缩紧实现。

具体表现为：需要夹取物品时，则执行以下步骤：将夹具整体转移到物品上方并下降，物品与夹手相抵并持续下降夹手被撑开，迫使此时自锁模块5收缩，即连接端7和触发端8相向运行，进一步的传动件601驱动可伸缩件602向外延伸。夹爪6进一步张开，在夹爪6张开的过程中，夹具整体持续向下移动，将物品可加持位置位于夹具内。在相向运动发生到极限时，夹爪6内壁已经完成与物品的接触。随后，结合自锁模块5的内部结构，开始发生反向运动，即传动件601驱动可伸缩件602向内收缩，夹爪6相对缩紧，夹紧物品。夹具被吊起，物品对触发端8的力消失，因此触发端8不受外力，则保持当前的缩紧状态不变。

反之，卸货时，可通过物品对触发端8施加向上的力或载体4对连接端7施加向下的力，安装件和连接端7相对可伸缩件602向下移动，传动件601驱动可伸缩件602向外延伸。夹爪6相对张开，在夹爪6张开的过程中，物品与夹爪6脱离。

夹具为内夹式时，夹具的卸货状态通过夹爪6相对张开实现，夹持状态通过夹爪6相对缩紧实现。

具体表现为：需要夹取物品时，则执行以下步骤：将夹具整体转移到物品上方并下降，物品与触发端8相抵并持续下降，此时自锁模块5收缩，安装件和连接端7相对可伸缩件602向下移动，传动件601驱动可伸缩件602向外延伸。夹爪6相对张开，在夹爪6张开的过程中，夹具整体持续向下移动，将物品可加持位置位于夹具内。在相向运动发生到极限时，夹爪6内壁已经完成与物品的接触。随后，结合自锁模块5的内部结构，开始发生反向运动，即传动件601驱动可伸缩件602向内收缩，夹爪6相对缩紧，夹紧物品。夹具被吊起，物品对触发端8的力消失，因此触发端8不受外力，则保持当前的缩紧状态不变。

反之，卸货时，可通过对触发端8施加向上的力或对连接端7施加向下的力，安装件和连接端7相对可伸缩件602向下移动，传动件601驱动可伸缩件602向外延伸。夹爪6相对张开，在夹爪6张开的过程中，物品与夹爪6脱离。

实施例4

本实施例公开了一种线控机器人，如图6所示，包括：至少一组桁架1，按照需求布设于空中；

若干个导向件2，按照需求分布于所述桁架1上；每组导向件2上均配置有至少一组执行线3；

夹具，具有若干个连接点；所述执行线3的末端选择性的连接于所述连接点；通过控制执行线3的数量以及对应的长度实现夹具的空间调度和姿态调整；其中所述夹具如实施例1至实施例3所述。

实施例5

本实施例公开了另一种机械式无动力源夹具，结合图7其具有对称设置的三爪结构，具体表现为：安装件9，安装件的底部设置有自锁模块。换言之，所述自锁模块5的连接端7连接于安装件，所述出发端为活动端。

还包括：固定件，具有相同夹角的至少三个连接端，每个连接端上均活动套有连接套11，所述连接套上与传动件601的一端铰接，传动件601的另一端铰接于安装件。固定件和每个传动件601之间分别通过可伸缩件传动连接。其中在固定件的对应位置处设置有辅助件，用于提前触发所述自锁模块。其工作原理可参考实施例3。

Claims (10)

1.机械式无动力源夹具，设于载体上；所述夹具包括：用于连接所述载体的安装件；其特征在于，所述夹具还包括：

自锁模块，具有连接端和触发端；所述连接端设置在所述安装件上，

至少一组传动机构，按照需求分布在所述自锁模块的周边；每组传动机构均具有输入端和输出端，所述输入端铰接于所述自锁模块，输出端铰接有夹爪；

连接端与触发端之间发生周期性运动，所述周期性运动为连接端与触发端之间的相向运动和与之连贯的反向运动：相向运动时，所述夹具处于卸货状态；反向运动时，所述夹具为夹持状态。

2.根据权利要求1所述的机械式无动力源夹具，其特征在于，连接端与触发端相对静止时，则保持夹具锁定在夹持状态。

3.根据权利要求1所述的机械式无动力源夹具，其特征在于，所述自锁模块包括：

本体，安装在所述安装件上；所述本体的内部沿其长度方向开设有操作空间；所述操作空间内固定有沿径向设置的至少一组插件；

自锁块，活动设置在所述操作空间内；所述自锁块的外表面设置有滑槽；

连接件，可转动的安装在所述自锁块的底部；所述连接件用于连接触发端；

压缩弹簧，设于自锁块和安装件之间；

所述插件的活动端位于滑槽内，自锁块在滑槽和插件的配合下在周向具有旋转自由度，在长度方向具有往返自由度。

4.根据权利要求1所述的机械式无动力源夹具，其特征在于，所述夹具为内夹式，则所述传动机构包括：

传动件，其一端铰接于自锁模块的连接端/安装件，另一端用于铰接夹爪；

可伸缩件，安装在所述触发端上；所述夹爪与可伸缩件的端部对应铰接；所述夹爪的内侧面设置有向外凸起的夹持部。

5.根据权利要求1所述的机械式无动力源夹具，其特征在于，所述夹具为外持式，则所述传动机构包括：

传动件，其一端铰接于自锁模块的连接端/安装件，另一端用于固定夹爪；

固定件，安装在所述触发端上；所述夹爪与固定件的端部对应铰接；所述夹爪的外侧面设有向外凸起的卡接部。

6.根据权利要求1所述的机械式无动力源夹具，其特征在于，所述触发端具有预定高度；

所述触发端直接作用于物品或者借助于辅助件作用于物品。

7.使用如权利要求1至6中任意一项所述的机械式无动力源夹具的操作方法，其特征在于，包括以下步骤：

触发端受力，自锁模块被触发：触发端和连接端做相向运动，夹具为卸货状态；待张开到极限后，触发端和连接端做反向运动，夹具由卸货状态切换为夹持状态；相向运动的动力源由为物品给触发端的作用力，反向运动的动力源为自锁模块内的弹力或物品的重力；

卸货时，在夹具切换至夹持状态之前，夹具与物品发生脱离；夹持时，在夹具切换至夹持状态之前，夹具与物品完成接触。

8.根据权利要求7所述的一种机械式无动力源夹具的操作方法，其特征在于，

夹具为内夹式时，夹具的卸货状态通过夹爪相对张开实现，夹持状态通过夹爪相对缩紧实现。

9.根据权利要求7所述的一种机械式无动力源夹具的操作方法，其特征在于，具为外持式时，夹具的卸货状态通过夹爪相对缩紧实现，夹持状态通过夹爪相对张开实现。

10.一种线控机器人，其特征在于，包括：至少一组桁架，按照需求布设于空中；

若干个导向件，按照需求分布于所述桁架上；每组导向件上均配置有至少一组执行线；

夹具，具有若干个连接点；所述执行线的末端选择性的连接于所述连接点；通过控制执行线的数量以及对应的长度实现夹具的空间调度和姿态调整；其中所述夹具如权利要求1至6中任意一项所述。