CN204913931U - 一种平稳易控的抓取机械手 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种平稳易控的抓取机械手，至少包括2个沿圆周方向设置的机械手指，所述的机械手指包括销轴活动连接的指根部和指端部；还包括与驱动源连接做旋转运动的圆弧槽凸轮及燕尾槽凸轮。所述指根部的底部设置有燕尾结构及限位销，所述燕尾槽凸轮上设置有一组与燕尾结构相配合的燕尾槽，在燕尾槽的底部设置有条形孔；所述圆弧槽凸轮上设置有一组圆弧槽，所述限位销穿过条形孔置于圆弧槽内。本实用新型解决了机械手抓取不稳定、振动冲击大、抓取力难控制的问题，且结构紧凑，满足了机械手体积小型化、重量轻、抓取平稳和控制性能优的特殊要求。可广泛应用于抓取机械手领域。

Description

一种平稳易控的抓取机械手

技术领域

本实用新型涉及机器人技术领域，尤其是涉及一种平稳性好的抓取机械手。

背景技术

目前，随着空间机构学与机电控制技术的发展，以串联、并联机器人为代表的各类机器人在工业自动化中已获得广泛应用；同时，随着人类活动空间的不断延伸，面向危险条件和极端环境的机器人技术也正在成为研究热点。

在工业自动化以及在危险条件和极端环境下使用的机器人，一般须依据机器人运动学正解或逆解，通过软件算法，控制伺服电机驱动原动件，实现末端执行器按照预期的轨迹运动，最终以确定的姿态到达其工作位置点，进而通过其末端执行器上配备的专设机构完成其功能任务，这里，末端执行器上配备的专设机构依据任务不同而异，具有非标准化的特点。然而，现有末端执行器中的机械手抓取装置，主要技术难点在于如何解决抓取动作的平稳性、抓取力的可控性问题。因传统齿轮驱动必伴随振动，若用作抓取装置有抓取力振幅波动大、抓取过程平稳性差的缺陷，在实际抓取过程中，因抓取对象的材质各异，对机械抓取装置的抓取力要求也不同。因此，最大限度地提高机械手抓取性能，是机械手驱动技术的首要问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种平稳易控的抓取机械手，解决现有机械手在移动过程中振动大，抓取稳定性差的问题。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种平稳易控的抓取机械手，至少包括2个沿圆周方向设置的机械手指，所述的机械手指包括销轴活动连接的指根部和指端部；还包括与驱动源连接做旋转运动的圆弧槽凸轮及燕尾槽凸轮。

所述指根部的底部设置有燕尾结构及限位销，所述燕尾槽凸轮上设置有一组与燕尾结构相配合的燕尾槽，在燕尾槽的底部设置有条形孔；所述圆弧槽凸轮上设置有一组圆弧槽，所述限位销穿过条形孔置于圆弧槽内。

为减小指根部的振动对指端部的影响，所述燕尾槽凸轮上设置有一组关节支架，所述指根部、燕尾结构及限位销均固定设置在关节支架上；在关节支架与指端部间设置有柱塞式液压缸。

为检测被抓取物件的受力大小，方便柱塞式液压缸进行调整，所述指端部与抓取物接触的内接触面上设置有弹性片，在弹性片的背面设置有用于检测弹性片变形程度的压力应变片。

为感知被测物体各方向的受力大小，方便对跟关节的移动量进行调整，所述圆弧槽凸轮的下方还设置有用于检测被抓取物体各方向受力的六维力传感器。

为方便与机械臂对接，所述六维力传感器的下方连接设置有下连接法兰，所述驱动源固定在下连接法兰上；还设置有与机械臂连接的安装法兰面，安装法兰面与下连接法兰间设置有一组连接螺杆。

优选的，所述机械手指设置有3个。所述圆弧槽的设置有3个，且在圆弧槽凸轮上沿圆周方向均匀设置，3个圆弧槽的弧度相同；所述燕尾槽凸轮上沿圆周方向均匀设置有3个燕尾槽，燕尾槽沿燕尾槽凸轮的半径方向设置。

本实用新型的有益效果：本实用新型通过燕尾槽凸轮、柱塞式液压缸及弹性片的一整套结构设计成功地解决了抓取不稳定、振动冲击大、抓取力难控制的关键问题。所述燕尾槽凸轮通过燕尾槽结构将圆弧槽凸轮的旋转运动分解成指根部的直线运动，提高了运动的平稳性，实现了机械手关节支架大范围的开合。所述柱塞式液压缸能够减小甚至中断关节支架振动对指端部的冲击，提高指端部的稳定性，与刚性连杆相比，柱塞式液压缸可动部件可调节行程，抗冲力性能强。所述弹性片能够时时感知被抓取物的受力情况，从而调节柱塞式液压缸的行程对抓取力进行调整。多手指、多关节液压驱动机械手的根关节和指关节驱动器的特殊设计，有结构紧凑、抓取平稳性好，抓取力大小灵活可控等特点，满足了机械手体积小型化、重量轻、抓取平稳和控制性能优的特殊要求。

以下将结合附图和实施例，对本实用新型进行较为详细的说明。

附图说明

图1为本实用新型的立体结构示意图。

图2为本实用新型的中圆弧槽凸轮的立体结构示意图。

图3为本实用新型中关节支架的立体结构示意图。

图4为本实用新型中燕尾槽凸轮正面结构的示意图。

图5为本实用新型中燕尾槽凸轮背面结构的示意图。

图6为本实用新型中柱塞式液压缸的剖视图。

图7为本实用新型中指端部的结构示意图。

图8为本实用新型中上连接法兰的结构示意图。

图中：1、安装法兰；2、连接螺杆；3、驱动源；4、下连接法兰；5、六维力传感器；6、上连接法兰；7、燕尾槽凸轮；8、关节支架；9、柱塞式液压缸；10、缸体；11-1、左手指；11-2、中手指；11-1、右手指；12、弹性片；13、指根部；14、燕尾结构；15、圆弧槽；16、平键；17、圆弧槽凸轮；18、限位销；19、燕尾槽；20、安置孔；21、条形孔；22、进油口；23、回油口；24、活塞杆；25、活塞杆连接孔；26、柱塞；27、缸体连接孔；30、输入轴；31、压力应变片。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施例的描述，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细的说明，目的是帮助本领域的技术人员对实用新型的构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解，并有助于其实施。

实施例：如图1至8所示，一种平稳易控的抓取机械手，至少包括2个沿圆周方向设置的机械手指，本实施例中采用3个机械手指的结构进行说明。所述的机械手指包括销轴活动连接的指根部13和指端部11。还包括与驱动源连接做旋转运动的圆弧槽凸轮17、燕尾槽凸轮7及关节支架8。

所述的圆弧槽凸轮17上设有分别间隔120度角的圆弧槽15，每个圆弧槽15的弧度相同。燕尾槽凸轮7的一个端面上设有分别间隔120度角的三个沿半径方向设置的燕尾槽19，在燕尾槽19的底部设有条形孔21。

所述关节支架8设置有3个，关节支架8为“J“形结构，其与燕尾槽凸轮7配合的一端底面上设有燕尾结构14和限位销18，其端面的上表面固定有指根部13。所述燕尾结构14置于燕尾槽19内并可以在燕尾槽19内移动，从而带动关节支架8在燕尾槽19内移动。所述的限位销18穿过燕尾槽19底部的条形孔21后置于圆弧槽凸轮17的圆弧槽15内，当圆弧凸轮17转动时，限位销18在圆弧槽15的作用下做弧形运动。

一种平稳易控的抓取机械手还包括3个机械手指和6个关节，三个机械手指分别为左手指11-1、中手指11-2和右手指11-3，6个关节包括3个指关节和3个根关节，指关节是指指端部11与指根部13铰接的结构，使指端部11可以在指根部13上转动，所述根关节即燕尾结构14与燕尾槽19配合的结构，使得指根部13可以沿燕尾槽19的方向活动。其中，3个指关节用3个柱塞式液压缸分别驱动(也称独立驱动)，3个根关节用1个液压摆线马达驱动。

所述关节支架8与指端部11间设置有柱塞式液压缸9。如图6所示，所述柱塞式液压缸9包括缸体10和活塞杆24，活塞杆24置于缸体10的一端设置有柱塞26，柱塞26将缸体10分离成两个独立的腔室。活塞杆24伸出缸体10的一端上设置有活塞杆连接孔25，所述缸体10上设置有缸体连接孔27,所述缸体10上还设置有进油口22和回油口23。所述关节支架8的端部设置有U型插口，U型插口上设置有通孔，所述缸体连接孔27置于U型插口内并通过销轴连接。所述指端部11的中间位置处也设置有连接孔，活塞杆24的端部置于连接孔内，同时，在连接孔的侧壁上也设置有安装孔，所述活塞杆连接孔25通过销轴与安装孔连接。

所述指端部11的具体结构如图7所示，其与指根部13连接的一端为U型结构，在U型结构的两侧壁上设置有安装孔，所述指根部13上同样设置有安装孔，指根部13置于指端部11的U型结构内并通过销轴连接。所述指端部11与抓取物接触一端的内接触面上设置有弹性片12，在弹性片12的背面设置有用于检测弹性片变形程度的压力应变片31。弹性片12通过螺钉固定在指端部11的内接触面上，压力应变片31贴在弹性片12相对与抓取物一面的背面上。

如图2、图5所示，所述燕尾槽凸轮7相对与设置燕尾槽19的背面上设置有安置孔20，所述圆弧槽凸轮17置于安置孔20内，且安置孔20的深度与圆弧槽凸轮17的厚度相同。在燕尾槽凸轮7的下方设置有上连接法兰6，上连接法兰6与燕尾槽凸轮7通过螺栓连接固定在一起。所述圆弧槽凸轮17上设置有输入轴30，输入轴30穿过上连接法兰6上的孔与设置在下方的驱动源3连接，本实施例中的驱动源3为液压摆线马达。在输入轴30上设置有平键16，液压摆线马达的输出轴与圆弧槽凸轮17的输入轴30通过弹性联轴器连接。

所述上连接法兰6下方还固定连接有六维力传感器5，用于感知抓取物的六个方向受力情况，六维力传感器5的另一端通过下连接法兰4连接着液压摆线马达，液压摆线马达是根关节驱动元件。所述的下连接法兰4另一侧面通过三根连接螺杆2连接着安装法兰1，安装法兰1用于机械手和机械臂间相互连接。

液压摆线马达旋转，经弹性联轴器驱动圆弧槽凸轮17转动，通过圆弧槽15和销18的相互配合，把运动传递给关节支架8。因为，关节支架8只能在燕尾槽凸轮7的燕尾槽19内滑动，所以当摆线马达9旋转时，左手指11-1、中手指11-2和右手指11-3同时作径向开合运动，即3个根关节共用1个液压摆线马达作为驱动元件。

所述柱塞式液压缸9作为指关节的驱动源，当高压油通过进油口22进入缸体10的右侧腔后，柱塞26产生位移，驱动活塞杆24做直线运动。因为指端部11与活塞杆24铰接，液压缸的缸体10与关节支架8铰接，当活塞杆24做直线伸缩运动时，指端部11相对与指根部13产生相应摆动，即活塞杆24的直线运动可以驱动相应指端部11收张。当进油口22进入停止通高压油，切换高压油到回油口23时，柱塞26逐步回移，驱动活塞杆24随之做直线回复运动，驱动相应指端部11张开。借此，实现指关节开合动作，通过调节两侧腔内的压力，达到控制手指与操纵目标之间抓取力的目地。同时，所述的弹性片12感应被抓取物的压力并传递跟压力应变片31，所述控制器通过压力应变片31上的压力大小调节活塞杆24的移动量。

以上结合附图对本实用新型进行了示例性描述。显然，本实用新型具体实现并不受上述方式的限制。如动力源可以是其他可以为圆弧才凸轮提供动力的器件，如驱动电机。所述的机械手指也可以是2个，或者多个，只要能合围将抓取物抱起即可。只要是采用了本实用新型的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进；或未经改进，将本实用新型的上述构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种平稳易控的抓取机械手，其特征在于：至少包括2个沿圆周方向设置的机械手指，所述的机械手指包括销轴活动连接的指根部(13)和指端部(11)；还包括与驱动源连接做旋转运动的圆弧槽凸轮(17)及燕尾槽凸轮(7)；

所述指根部(13)的底部设置有燕尾结构(14)及限位销(18)，所述燕尾槽凸轮(7)上设置有一组与燕尾结构(14)相配合的燕尾槽(19)，在燕尾槽(19)的底部设置有条形孔(21)；所述圆弧槽凸轮(17)上设置有一组圆弧槽(15)，所述限位销(18)穿过条形孔(21)置于圆弧槽(15)内。

2.如权利要求1所述的平稳易控的抓取机械手，其特征在于：所述燕尾槽凸轮(7)上设置有一组关节支架(8)，所述指根部(13)、燕尾结构(14)及限位销(18)均固定设置在关节支架(8)上；在关节支架(8)与指端部(11)间设置有柱塞式液压缸(9)。

3.如权利要求2所述的平稳易控的抓取机械手，其特征在于：所述柱塞式液压缸(9)包括缸体(10)和活塞杆(24)，所述关节支架(8)的端部与缸体(10)铰接，所述活塞杆(24)与指端部(11)的中间部位铰接。

4.如权利要求1所述的平稳易控的抓取机械手，其特征在于：所述指端部(11)与抓取物接触的内接触面上设置有弹性片(12)，在弹性片(12)的背面设置有用于检测弹性片变形程度的压力应变片(31)。

5.如权利要求1所述的平稳易控的抓取机械手，其特征在于：所述圆弧槽凸轮(17)的下方还设置有用于检测被抓取物体各方向受力的六维力传感器(5)。

6.如权利要求5所述的平稳易控的抓取机械手，其特征在于：所述燕尾槽凸轮(7)上设置有安置孔(20)，所述圆弧槽凸轮(17)置于安置孔(20)内，在燕尾槽凸轮(7)的下方设置有上连接法兰(6)；所述圆弧槽凸轮(17)上设置有输入轴(30)，输入轴()穿过上连接法兰(6)上的孔与设置在下方的驱动源(3)连接，所述六维力传感器(5)与上连接法兰(6)固定连接。

7.如权利要求6所述的平稳易控的抓取机械手，其特征在于：所述六维力传感器(5)的下方连接设置有下连接法兰(4)，所述驱动源(3)固定在下连接法兰(4)上；还设置有与机械臂连接的安装法兰面(1)，安装法兰面(1)与下连接法兰(4)间设置有一组连接螺杆(2)。

8.如权利要求1至7任意一项所述的平稳易控的抓取机械手，其特征在于：所述机械手指设置有3个。

9.如权利要求8所述的平稳易控的抓取机械手，其特征在于：所述圆弧槽(15)的设置有3个，且在圆弧槽凸轮(17)上沿圆周方向均匀设置，3个圆弧槽(15)的弧度相同；所述燕尾槽凸轮(7)上沿圆周方向均匀设置有3个燕尾槽(19)，燕尾槽(19)沿燕尾槽凸轮(7)的半径方向设置。