CN204712062U - 一种基于单片机控制的机械手爪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于单片机控制的机械手爪，包括‘n’形支架、固定在‘n’形支架顶部的步进电机、连接在步进电机输出端上的丝杠以及与丝杠配合的套筒、拉杆、两个手爪、连杆机构、位于其中一个手爪卡持面上的压力传感器和单片机。拉杆卡持在支架两侧内端的导槽中，手爪铰接在支架的两侧下端，手爪通过连杆机构分别与拉杆相连接。通过单片机和步进电机对拉杆的运动行程进行有效控制，实现了两个手爪的相互开合，卡持位置准确、可靠，而通过压力传感器可随时对卡持力进行感应和校正，使手爪卡持过程更科学、更合理，大大提高了机械手爪的适用范围，满足了多领域对机械手爪使用的需要。

Description

一种基于单片机控制的机械手爪

技术领域

本实用新型涉及一种机械手爪，特别涉及一种夹持力良好、使用方便的基于单片机控制的机械手爪，属于自动化设备领域。

背景技术

机械手爪用于模仿人手的某些动作，完成在固定程序控制下的自动抓取物体、搬运物件或操作工具等动作，其可以替代人类从事繁重或危险的工作，从而实现生产自动化，避免有害或危险环境可能对人体造成的伤害，提高了工作过程的安全性和可靠性，在机械制造、冶金、电子、轻工业和原子能等行业有着广泛的应用。

近几年，随着机器人需求的不断增大，其应用领域不断扩大，概念也在不断拓展。机器人的使用已不再局限于货物的搬运、机器的焊接以及大批量的生产作业上，其作业首先集中在比较危险的环境中，例如：海洋资源类型的探测、核能的有效利用、军事情报的侦察，以及在空间环境中进行探测等。机器人已经不再是小说素材及科幻电影中的一个传奇，它已成为事实，并且被广泛的应用在各个领域中。

在机器人大力发展的同时，机器人末端的一个主要部件——机械手爪也获得了巨大的发展与进步。机械手爪作为机器人与环境互动的最后一个执行部件，它不仅是一个可以主动感知周围工作环境信息的一个感知器，同时，也是最后的执行器，是一个集成度高、感知功能种类多的比较智能化的机电系统装置，而且涉及的领域与学科较为广泛，如材料学、人工智能机构、传感器技术、仿生学、微电子、自动控制等。机械手爪正在由简单向复杂，由笨拙向灵巧的方向快速发展。

发明内容

鉴于上述现有情况，本实用新型旨在提供一种夹持准确、夹持力度好，使用方便、简单的基于单片机控制的机械手爪，以满足实际使用需要，保证使用质量。

本实用新型是通过以下技术方案来实现的：

一种基于单片机控制的机械手爪，包括‘n’形支架、步进电机、相互配合的丝杠和套筒、拉杆、两个手爪、连杆机构、压力传感器以及单片机，所述步进电机固定在‘n’形支架的顶部，步进电机的输出端朝下；‘n’形支架的两侧内端面上分别设有导槽；拉杆位于‘n’形支架内侧，拉杆两侧卡持在导槽中；丝杠连接在步进电机的输出端上，套筒固定在拉杆上；两个手爪分别铰接在‘n’形支架两侧的下端，手爪通过连杆机构分别与内侧的拉杆相连接；压力传感器固定在其中一个手爪的卡持面上，压力传感器以及步进电机分别与单片机相连接。

一种基于单片机控制的机械手爪，还包括一个LED显示屏，LED显示屏用于显示夹持角度，LED显示屏与单片机信号连接。

所述连杆机构为双四连杆机构，双四连杆机构分别对应连接在拉杆与两个手爪之间。

本实用新型所述的一种基于单片机控制的机械手爪，通过在‘n’形支架的内侧设置可以上、下滑动的拉杆，通过单片机和步进电机对拉杆的运动行程进行有效控制，有效完成了连杆带动下的两个手爪的相互开合，实现了手爪卡持物体的全过程，卡持效率高，卡持位置准确、可靠，其结构保证了机械手爪卡持物体的灵活性和准确性，同时，通过手爪卡持面上的压力传感器对卡持过程进行压力感应，结合单片机的计算和步进电机的旋转调整，可以随时对卡持力进行压力校正，使手爪卡持过程更科学、更合理、更有效，大大提高了机械手爪的适用范围，满足了多领域对机械手爪使用的需要。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图1对本实用新型做进一步的描述：

本实用新型所述的一种基于单片机控制的机械手爪，包括‘n’形支架6、步进电机3、相互配合的丝杠5和套筒4、拉杆7、两个手爪9、连杆机构8、压力传感器10、LED显示屏2以及单片机1。

其中，步进电机3固定在‘n’形支架6的顶部，步进电机3的输出端朝下，两个手爪9的顶部分别铰接在‘n’形支架6的两侧下端。丝杠5连接在步进电机3的输出端上，套筒4固定在拉杆7上，丝杠5与套筒4相配合传动。

为便于安装拉杆7，简化结构，以及实现拉杆7对两个手爪9的同时带动，拉杆7被设置于‘n’形支架6的内侧，在‘n’形支架6的两侧内端面上分别设有导槽，拉杆7两侧卡持在导槽中，这样，拉杆7就可在步进电机3和丝杠5的带动下，在‘n’形支架6的内侧上、下运动，并且运动面不会影响手爪9的夹持过程，安全、可靠。

本例中，连杆机构8为双四连杆机构，双四连杆机构分别对应连接在拉杆7与两个手爪9之间，双四连杆机构连接牢固、传动稳定，可以在前、后两个方向对手爪9实现均匀拉动，避免了手爪9运动过程和受力过程发生歪斜，影响夹持质量。

为进一步控制夹持力，避免过压或欠压夹持，在其中一个手爪的卡持面上还固定有压力传感器10，压力传感器10以及步进电机3分别与单片机1相连接，通过单片机1的协调和控制，实现夹持过程在有序的前提下顺利进行。

为及时掌控夹持角度，方便夹持过程，在本例中，单片机1上还串联有一个LED显示屏2，通过单片机1对步进电机3旋转角度的计算，可以准确推算出两个手爪9的夹持角，从而在LED显示屏2上直接显示出来，方便了操作过程，为进一步提高抓持精度和抓持效率提供了数据支持。

具体工作时，首先，开启单片机1，设定手爪9的抓持角度和抓持力，接着，在单片机1的控制下启动步进电机3，通过步进电机3和丝杠5的旋转带动套筒4及拉杆7沿着导槽上下移动，当拉杆7向下运动时，由于手爪9顶部铰接在‘n’形支架6的下端，同时，四连杆机构连接在拉杆7与手爪9之间，在四连杆机构和铰接点的联合作用下，两个手爪9向外张开；当拉杆7向上运动时，两个手爪9向内闭合，完成对物体的一次夹持过程。此时，固定在其中一个手爪卡持面上的压力传感器10会感应并传送相应的压力信号到单片机1中，经单片机1比较核对后，确定或调整当前步进电机3工作状态，从而实现夹持力的改变和有效控制，保证了每次夹持过程的顺利、有序进行。当然，工作过程中，还可通过一侧的LED显示屏2及时观察两个手爪9的卡持角度，为进一步控制或精确调整机械手爪的张开角度提供了有效帮助，特别是在需要手动控制机械手爪时，利用单片机1控制步进电机3进行工作，根据LED显示屏2掌控手爪9张开角度，可以准确实现特殊物体的准确抓持，方便了使用过程，明显提高了机械手爪的适用性。

Claims (3)

1.一种基于单片机控制的机械手爪，其特征在于，包括‘n’形支架、步进电机、相互配合的丝杠和套筒、拉杆、两个手爪、连杆机构、压力传感器以及单片机，所述步进电机固定在‘n’形支架的顶部，步进电机的输出端朝下；所述‘n’形支架的两侧内端面上分别设有导槽；所述拉杆位于‘n’形支架内侧，拉杆两侧卡持在导槽中；所述丝杠连接在步进电机的输出端上，套筒固定在拉杆上；所述两个手爪分别铰接在‘n’形支架两侧的下端，手爪通过连杆机构分别与内侧的拉杆相连接；所述压力传感器固定在其中一个手爪的卡持面上，压力传感器以及步进电机分别与单片机相连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于单片机控制的机械手爪，其特征在于，还包括一个LED显示屏，所述LED显示屏用于显示夹持角度，LED显示屏与单片机信号连接。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于单片机控制的机械手爪，其特征在于，所述连杆机构为双四连杆机构，双四连杆机构分别对应连接在拉杆与两个手爪之间。