CN206982704U - 机械手及机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种机械手及机器人，涉及自动化机械设备技术领域。机械手包括手掌盘、夹紧机构以及滑动机构；滑动机构围绕手掌盘的中心环形排列有多个；夹紧机构包括多个能够形成夹持结构的欠驱动手指；欠驱动手指与滑动机构相连，并能够在滑动机构的带动下沿手掌盘径向滑动，解决了现有技术中存在的机械手只能抓取形状规则的标准化物件，适应性差的技术问题，扩大了机械手的适应范围，降低了机械手应用的局限性，使得机械手能够抓取形状不规则的非标准件，提高了机械手的通用性。

Description

机械手及机器人

技术领域

本实用新型涉及自动化机械设备技术领域，尤其是涉及一种机械手及机器人。

背景技术

机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动化生产设备，已经被广泛应用于各行业的生产制造。机械手是在机械化、自动化的生产过程中而逐渐发展起来的一种新型装置，机械手通常被设置于机器人的执行末端，用以实现焊接、喷涂、搬运等操作作业。在现代生产过程中，机器人已被广泛的运用于各种自动生产线中，机器人的研制和生产已成为高技术领域内，迅速发展起来的一门新兴的技术，机器人技术的快速发展也促进了机械手的高速发展，使得机械手能更好地实现机械化和自动化的有机结合。机械手虽然目前还不如人手那样灵活，但它具有能不断重复工作和劳动，不知疲劳，不怕危险，抓举重物的力量比人手力大的特点，因此，机械手已受到许多部门的重视，并越来越广泛地得到了应用。

但是，现有的机械手大多是采用刚性的结构，适用于工业生产线等结构化的操作车间，而在其他的非结构化的环境中，绝大多数的物件的形状不规则，现有的机械手结构由于对形状不规则的物件的适应性较差，不具备通用性，只能用于标准化物件的抓取，具有很大的局限性。随着技术的进步，人们对各种非标准件有个性的需求，因此研制一种适应性好，能够抓取形状不规则的非标准件的机械手成为人们亟待解决的技术问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种机械手及机器人，以解决现有技术中存在的机械手只能抓取形状规则的标准化物件，适应性差的技术问题。

本实用新型提供的机械手包括手掌盘、夹紧机构以及滑动机构；

所述滑动机构围绕所述手掌盘的中心环形排列有多个；

所述夹紧机构包括多个能够形成夹持结构的欠驱动手指；

所述欠驱动手指与所述滑动机构相连，并能够在所述滑动机构的带动下沿所述手掌盘径向滑动。

进一步的，所述欠驱动手指包括多个依次活动连接的指段、穿设于所述指段内的绳索以及与所述绳索靠近所述滑动机构的一端相连的索控装置；

所述索控装置能够驱动所述绳索运动，并带动所述指段发生相对转动以使所述欠驱动手指弯曲或伸直。

进一步的，所述欠驱动手指还包括用于包裹所述指段的外壳；

所述外壳靠近夹持物件的指腹面设有柔性材料。

进一步的，所述绳索为刚性绳索，所述刚性绳索的内部材质为不锈钢材质。

进一步的，所述滑动机构包括沿所述手掌盘的中心径向设置的导向槽、设于所述导向槽内部的丝杆、套设于所述丝杆上并与所述欠驱动手指相连的滑块以及与所述丝杆远离所述手掌盘的一端相连的驱动机构。

进一步的，所述手掌盘的中部贴附有柔性垫。

进一步的，还包括压力传感器以及分别与所述压力传感器和所述欠驱动手指相连的控制器；

所述压力传感器用于检测所述欠驱动手指的夹持压力信息，并将所述夹持压力信息传递至所述控制器，所述控制器用于根据所述夹持压力信息控制所述欠驱动手指动作。

进一步的，还包括与所述手掌盘相连的手臂；

所述手臂包括多个依次活动连接的连杆机构。

进一步的，还包括与所述手臂远离所述手掌盘的一端转动连接的基座。

本实用新型提供的机器人，包括如上述技术方案中任一项所述的机械手。

本实用新型提供的机械手包括手掌盘、夹紧机构以及滑动机构。夹紧机构和滑动机构均设于手掌盘上，夹紧机构用于夹紧物件，滑动机构用于使夹紧机构沿手掌盘的中心径向滑动，使夹紧机构能够接触到物件，从而便于对物件的夹持。具体地，夹紧机构包括多个欠驱动手指，多个欠驱动手指能够相互配合形成夹持结构以夹紧物件，实现对物件的抓取，由于夹紧机构采用欠驱动手指，相比于传统的全驱动机械手，在机械手需要满足的自由度数较多的情况下，降低了机械手所需的驱动器数，从而使结构简单，降低了机械手的加工难度和控制难度，减小了机械手的体积和重量，提高了生产效率，节约了成本。

滑动机构设有多个，多个滑动机构分别围绕手掌盘的中心成环形排列设置，并且，夹紧机构的多个欠驱动手指分别与滑动机构相连，使得欠驱动手指设置于滑动机构的上部，欠驱动手指的数量与滑动机构的数量相匹配，在滑动机构的带动下，欠驱动手指能够沿手掌盘的中心径向滑动。在抓取物件时，根据不同物件的实际大小和形状，欠驱动手指的滑动位移不同，对所抓取的物件形成包裹之势，在欠驱动手指接触到物件时，对物件实施夹紧，从而使欠驱动手指能够适应所抓取的物件的大小和形状，并且夹紧牢固，抓取可靠，相比于现有技术中的机械手只适用于工业生产线等结构化的操作车间，只能抓取标准化物件，扩大了机械手的适应范围，降低了机械手应用的局限性，使得机械手能够抓取形状不规则的非标准件，提高了机械手的通用性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的机械手的整体结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的机械手的欠驱动手指的内部结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的机械手的手掌盘的结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的机械手在夹紧物件时的工作示意图。

图标：100-手掌盘；200-夹紧机构；300-滑动机构；400-手臂；500-基座；110-柔性垫；210-欠驱动手指；211-指段；212-绳索；310-导向槽；320-丝杆；330-滑块；340-驱动机构。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，如出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等，其所指示的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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。此外，如出现术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，如出现术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

下面结合附图对实施例1及实施例2进行详细描述：

图1为本实用新型实施例提供的机械手的整体结构示意图；图2为本实用新型实施例提供的机械手的欠驱动手指的内部结构示意图；图3为本实用新型实施例提供的机械手的手掌盘的结构示意图；图4为本实用新型实施例提供的机械手在夹紧物件时的工作示意图。

实施例1

请一并参照图1-4，本实施例提供了一种机械手，包括手掌盘100、夹紧机构200以及滑动机构300，具体而言：

滑动机构300围绕手掌盘100的中心环形排列有多个；

夹紧机构200包括多个能够形成夹持结构的欠驱动手指210；

欠驱动手指210与滑动机构300相连，并能够在滑动机构300的带动下沿手掌盘100的中心径向滑动。

如图1所示，机械手包括手掌盘100、夹紧机构200以及滑动机构300。夹紧机构200和滑动机构300均设于手掌盘100上，夹紧机构200用于夹紧物件，滑动机构300用于使夹紧机构200沿手掌盘100的中心径向滑动，使夹紧机构200能够接触到物件，从而便于对物件的夹持。具体地，夹紧机构200包括多个欠驱动手指210，多个欠驱动手指210能够相互配合形成夹持结构以夹紧物件，实现对物件的抓取，由于夹紧机构200采用欠驱动手指210，相比于传统的全驱动机械手，在机械手需要满足的自由度数较多的情况下，降低了机械手所需的驱动器数，从而使结构简单，降低了机械手的加工难度和控制难度，减小了机械手的体积和重量，提高了生产效率，节约了成本。

滑动机构300设有多个，多个滑动机构300分别围绕手掌盘100的中心成环形排列设置，并且，夹紧机构200的多个欠驱动手指210分别与滑动机构300相连，使得欠驱动手指210设置于滑动机构300的上部，欠驱动手指210的数量与滑动机构300的数量相匹配，在滑动机构300的带动下，欠驱动手指210能够沿手掌盘100的中心径向滑动。在抓取物件时，根据不同物件的实际大小和形状，欠驱动手指210的滑动位移不同，对所抓取的物件形成包裹之势，在欠驱动手指210接触到物件时，对物件实施夹紧，从而使欠驱动手指210能够适应所抓取的物件的大小和形状，并且夹紧牢固，抓取可靠，相比于现有技术中的机械手只适用于工业生产线等结构化的操作车间，只能抓取标准化物件，扩大了机械手的适应范围，降低了机械手应用的局限性，使得机械手能够抓取形状不规则的非标准件，提高了机械手的通用性。

由于夹紧机构200应能形成用于夹紧物件的夹持结构，夹紧机构200可具有单自由度，即绕与滑动机构300的连接处相对转动，以压紧物件实现夹紧，或利用滑动机构300的单自由度，即沿手掌盘100的中心径向滑动，使夹紧机构200压紧物件以实现夹紧，但此两种夹紧方式物件容易脱落，夹紧不牢固。本实施例的夹紧机构200采用欠驱动手指210来实现夹紧，为使夹紧可靠，欠驱动手指210至少设有两个，较佳地，欠驱动手指210设有三个，并且滑动机构300围绕手掌盘100的中心环形均布排列设置，从而使三个欠驱动手指210相对于手掌盘100的中心各成120°设置，更易于实现欠驱动手指210的抓取作业。欠驱动手指210一般包括多个指段211，多个指段211可以相对转动，从而使欠驱动手指210具备多个自由度，在欠驱动手指210接触到被夹紧物件时，多个指段211相互转动对被夹紧物件形成包裹趋势，使每个指段211都能尽可能的与被夹紧物件接触实施夹紧，从而使夹紧可靠，抓取牢靠，避免物件发生脱落。

多个指段211相对转动的驱动力可采用驱动装置带动绳索212来实现，一种具体的实施方式中，如图2所示，夹紧机构200的欠驱动手指210包括多个指段211、绳索212以及索控装置(图中未示出)。多个指段211依次活动连接，具体地，相邻的两个指段211之间可采用关节轴转动连接，指段211的数量设置可根据机械手实际的工作情况合理选择，以确保具备较好的抓取效果。利用绳索212拉动指段211运动，绳索212穿设于各指段211内，具体地，在关节轴上设置有滑轮组，绳索212穿设于滑轮组上，利用绳索212驱动滑轮组转动，继而使滑轮组带动关节轴旋转使指段211绕关节轴发生相对转动。绳索212的驱动可利用索控装置来实现，索控装置与绳索212靠近滑动机构300的一端相连，索控装置能够驱动绳索212运动，并带动指段211发生相对转动使欠驱动手指210弯曲或伸直，在欠驱动手指210弯曲时，实施对物件的夹紧，在欠驱动手指210伸直时，实施对物件的放松，从而完成取放作业。

本实施例的可选方案中，欠驱动手指210包括四个指段211和三个关节轴，沿远离滑动机构300的方向依次为第一指段、第一关节、第二指段、第二关节、第三指段、第三关节以及第四指段，绳索212包括四段绳索212，分别为第一绳索212、第二绳索212、第三绳索212以及第四绳索212。具体地，第一绳索212靠近滑动机构300的一端与索控装置相连，另一端穿过第一关节、第二关节和第三关节后绕回也与索控装置相连，使得在索控装置的带动下，第一绳索212能够驱动欠驱动手指210弯曲。第二绳索212靠近滑动机构300的一端与索控装置相连，另一端穿过第一关节后绕回也与索控装置相连，同时，第三绳索212的一端固定在第三指段，另一端穿过第二关节和第一关节后绕回也固定在第三指段，第四绳索212的一端固定在第四指段，另一端穿过第三关节和第二关节后，固定在第二指段，从而使在索控装置的带动下，第二绳索212能够驱动第三绳索212和第四绳索212运动，从而使欠驱动手指210伸直。由于第一绳索212和第二绳索212均与索控装置连接，为实现欠驱动手指210的弯曲和伸直，第一绳索212和第二绳索212在索控装置的缠绕方向应相反，索控装置可采用驱动电机，利用驱动电机的正反转驱动第一绳索212和第二绳索212运动，从而实现欠驱动手指210的弯曲和伸直，操作简单方便。

本实施例的可选方案中，欠驱动手指210还包括用于包裹指段211的外壳，为使欠驱动手指210具备较高的强度，指段211可采用金属材质，使传动可靠，外壳可采用塑料材质，起到保护指段211和外观美观的作用。机械手利用欠驱动手指210对物件实施夹紧和抓取，欠驱动手指210的指腹面主要与被夹紧物件接触，并提供一定的摩擦力以便能轻易地抓取物件，为了避免夹紧力过大对物件和欠驱动手指210造成损伤，外壳靠近夹持物件的指腹面设有柔性材料，柔性材料可为硅胶或橡胶等材质，从而减少了欠驱动手指210的磨损，同时使得夹紧更为可靠，由于外壳的指腹面设有柔性材料，使得利用本实施例的机械手在夹紧物件的过程中采用柔性的方式，相比于现有技术中，机械手采用刚性结构，减小了对物件的变形，保护了物件的表面质量。

为了使抓取可靠，绳索212为刚性绳索212，刚性绳索212的内部材质为不锈钢材质，提高了绳索212的抗拉强度，易于实现利用绳索212驱动指段211的转动，绳索212的直径可根据指段211的结构选择设置，具体地，绳索212的直径可为0.5mm，适应较为小巧的指段211结构，便于穿设。

一种具体的实施方式中，如图3所示，滑动机构300包括导向槽310、丝杆320、滑块330以及驱动机构340。导向槽310沿手掌盘100的中心径向设置，丝杆320设于导向槽310的内部，并与导向槽310平行设置，滑块330套设于丝杆320上，并与丝杆320采用螺纹连接，欠驱动手指210与滑块330相连，驱动机构340与丝杆320远离手掌盘100的一端相连，驱动机构340能够驱动滑块330在丝杆320上移动，并带动欠驱动手指210沿导向槽310移动，从而改变手掌盘100与物件接触面的大小，使机械手能够适应形状不规则的非标准物件，提高了适应性，并且采用滑动机构300使得欠驱动手指210的运动平稳、位移量能够得到线性控制，便于实现机械手的自动化作业。

本实施例的可选方案中，手掌盘100的中部贴附有柔性垫110。手掌盘100用于支撑和固定滑动机构300及欠驱动手指210，并与欠驱动手指210配合实现对物件的抓取，为避免抓取物件时对物件造成损伤，在手掌盘100的中部设置柔性垫110，柔性垫110可采用橡胶或者硅胶材质。手掌盘100的形状可为圆形或多边形，便于滑动机构300的设置。

一种具体的实施方式中，机械手还包括压力传感器以及分别与压力传感器和欠驱动手指210相连的控制器。压力传感器用于检测欠驱动手指210的夹持压力信息，并将夹持压力信息传递至控制器，压力传感器可设置于欠驱动手指210的指腹面，便于检测夹持压力，控制器能够根据夹持压力信息控制欠驱动手指210动作。当压力传感器检测出欠驱动手指210的夹持压力达到预设值时，由控制器控制索控装置停止运动，从而完成抓取动作。

本实施例的可选方案中，如图1所示，机械手还包括与手掌盘100相连的手臂400，手臂400包括多个依次活动连接的连杆机构，相邻的连杆机构可绕连接处相对转动，从而能够将手掌盘100移动至所需抓取的物件处，较佳地，连杆机构设有三个，每个连杆机构内均设有驱动装置，以便实现连杆机构的动作。手臂400远离手掌盘100的一端还设有基座500，基座500与手臂400末端的连杆机构转动连接，使手臂400能够绕基座500的中轴线转动，从而便于改变手掌盘100的运动方向，方便对物件的抓取，基座500内设有驱动装置以便手臂400能够完成相应动作。

如图4所示，当机械手工作时，基座500的驱动装置驱动手臂400绕基座500的中轴线转动至被抓取物件的方向，手臂400的驱动装置驱动连杆机构转动使手掌盘100接近被抓取物件，由滑动机构300的驱动机构340驱动欠驱动手指210靠近被抓取物件，在欠驱动手指210接触到被夹紧物件时，由欠驱动手指210的索控装置驱动绳索212运动使欠驱动手指210弯曲，从而对被抓取物件形成包裹趋势，使每个指段211都能尽可能的与被夹紧物件接触实施夹紧，从而完成抓取作业。

实施例2

本实施例提供了一种机器人，包括实施例1中的机械手。机器人还可包括机器人主体及控制系统等，以实现机器人的自动化作业。由于机器人采用的机械手利用欠驱动手指210在机械手需要满足的自由度数较多的情况下，降低了机械手所需的驱动器数，从而使结构简单，抓取可靠，利用滑动机构300使机械手能够适应形状和大小不规则的非标准件，扩大了机械手的适应范围，降低了机械手应用的局限性，使得机械手能够抓取形状不规则的非标准件，提高了机械手的通用性。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种机械手，其特征在于，包括手掌盘(100)、夹紧机构(200)以及滑动机构(300)；

所述滑动机构(300)围绕所述手掌盘(100)的中心环形排列有多个；

所述夹紧机构(200)包括多个能够形成夹持结构的欠驱动手指(210)；

所述欠驱动手指(210)与所述滑动机构(300)相连，并能够在所述滑动机构(300)的带动下沿所述手掌盘(100)径向滑动。

2.根据权利要求1所述的机械手，其特征在于，所述欠驱动手指(210)包括多个依次活动连接的指段(211)、穿设于所述指段(211)内的绳索(212)以及与所述绳索(212)靠近所述滑动机构(300)的一端相连的索控装置；

所述索控装置能够驱动所述绳索(212)运动，并带动所述指段(211)发生相对转动以使所述欠驱动手指(210)弯曲或伸直。

3.根据权利要求2所述的机械手，其特征在于，所述欠驱动手指(210)还包括用于包裹所述指段(211)的外壳；

所述外壳靠近夹持物件的指腹面设有柔性材料。

4.根据权利要求2所述的机械手，其特征在于，所述绳索(212)为刚性绳索(212)，所述刚性绳索(212)的内部材质为不锈钢材质。

5.根据权利要求1所述的机械手，其特征在于，所述滑动机构(300)包括沿所述手掌盘(100)的中心径向设置的导向槽(310)、设于所述导向槽(310)内部的丝杆(320)、套设于所述丝杆(320)上并与所述欠驱动手指(210)相连的滑块(330)以及与所述丝杆(320)远离所述手掌盘(100)的一端相连的驱动机构(340)。

6.根据权利要求1所述的机械手，其特征在于，所述手掌盘(100)的中部贴附有柔性垫(110)。

7.根据权利要求1所述的机械手，其特征在于，还包括压力传感器以及分别与所述压力传感器和所述欠驱动手指(210)相连的控制器；

所述压力传感器用于检测所述欠驱动手指(210)的夹持压力信息，并将所述夹持压力信息传递至所述控制器，所述控制器用于根据所述夹持压力信息控制所述欠驱动手指(210)动作。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的机械手，其特征在于，还包括与所述手掌盘(100)相连的手臂(400)；

所述手臂(400)包括多个依次活动连接的连杆机构。

9.根据权利要求8所述的机械手，其特征在于，还包括与所述手臂(400)远离所述手掌盘(100)的一端转动连接的基座(500)。

10.一种机器人，其特征在于，包括如权利要求1-9中任一项所述的机械手。