CN210678738U - 一种机械手 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及机械自动化技术领域，具体涉及一种机械手，包括回转组件、手爪固定组件、夹臂组件、柔性手爪、手爪回位组件和手爪限位组件，其中手爪限位组件能够限定其与所述手爪固定组件间的相对位置，并配置成在靠近或远离所述手爪固定组件时配合所述手爪回位组和手爪固定组件实现上、下夹臂的相向或反向运动，使得所述柔性手爪完成抓取和释放动作；本实用新型能够实现有效的夹紧，结构紧凑简单，无需复杂的传感元件，结构简洁，控制方便，此外其柔性手爪的设计达到了稳定夹持和控制夹紧力度和速度的双重效果，有效减少了物体所受机械冲击，不易造成伤害，特别适用于贵重物品的夹取，具有广泛的应用前景。

Description

一种机械手

技术领域

本实用新型涉及机械自动化技术领域，具体涉及一种机械手。

背景技术

机器人手爪是末端执行器的一种形式，是安装在机器人手臂上用来进行某种操作或作业的附加装置，要求机器人末端执行器精确、体积小、重量轻、结构紧凑。机器人手爪的选择始终是机器人手臂设计的重要组成部分，一个新的末端执行器的出现，就可以增加机器人一或种数十种新的应用场景。机器人末端执行器的种类很多，以适应机器人搬运、加工和测量等不同的作业或操作要求，其机械执行机构主要有液压式、气压式和电气式。液压式和气压式需要一系列外部液压或气压装备，在驱动接口中需要增加电/液或电/气变换环节，一般作为规模化工业用途，不适合于单机应用场景或移动应用场景。电气式执行机构易于实现计算机控制，便于安装和维修，所有应用场景都能适合，是未来机器人末端执行器的主流。

但是，当前电气式机器人手爪主要存在三个方面的问题:

一是根据作业对象的大小、形状、位置、姿态、重量、硬度和表面质量，应对被夹持物体所要求的约束，设计自身的大小、形状、机构和运动自由度，并保证适当的夹持精度，需要诸多动力装置、传动装置和传感、控制器件，导致工控电路和复杂；

二是机械能转化为手爪抓取夹持力，在抓取夹持精密易损物体的应用场景下，需要克服动能、重力势能和弹性势能对抓取对象的冲击力，以及传感、控制器件的精度，因而产生复杂的缓冲机构和冗余控制程序；

三是在执行复杂抓取夹持运动的场景下，需要自感知物体表面状况、手爪和物体之间的接触状态和夹持力的大小，以便能根据实际工况进行调整，顺应被夹持物体的形状、安全要求和运动方式的手爪，随电气装备增多而手爪结构复杂体积庞大。

实用新型内容

针对现有技术中的缺陷，本实用新型提供一种机械手，用以解决上述的问题。

一种机械手，包括回转组件，所述回转组件能够360度回转，其一端连接手爪固定组件，另一端连接至机器人手臂，所述手爪固定组件分别转动连接上夹臂和下夹臂，所述上、下夹臂远离手爪固定组件一端分别可拆卸连接柔性手爪，所述上、下夹臂另一端分别转动连接手爪回位组件，所述手爪回位组件转动连接手爪限位组件，所述手爪限位组件能够限定其与所述手爪固定组件间的相对位置，并配置成在靠近或远离所述手爪固定组件时配合所述手爪回位组和手爪固定组件实现上、下夹臂的相向或反向运动，使得所述柔性手爪完成抓取和释放动作。

优选地，所述回转组件包括法兰轴以及固定套设在所述法兰轴上的回转轴承，所述回转轴承用于安装在具有匹配尺寸轴承座的机器人手臂上，所述回转轴承与所述法兰轴间设置有锁定螺栓或垫片。

优选地，所述手爪固定组件包括手爪固定板和锁止齿条，所述锁止齿条与手爪固定板通过螺栓固定在所述法兰轴的法兰上。

优选地，所述手爪固定板对称设置有夹臂轴安装孔，所述上、下夹臂分别通过穿过所述夹臂轴安装孔的夹臂轴实现与所述手爪固定组件的转动连接。

优选地，所述柔性手爪包括平衡夹板，对称设置在所述平衡夹板的弹性夹头，所述平衡夹板背面中部边沿向上延伸形成两翼，所述两翼对称设有回弹限位槽，所述回弹限位槽中穿设有平衡夹板轴，所述平衡夹板轴两端套设有调节弹簧用于缓冲夹紧力度和速度，所述平衡夹板中部设置有限位开关。

优选地，所述上、下夹臂远离手爪固定组件一端分别设置有平衡夹板轴安装孔，所述平衡夹板轴穿过平衡夹板轴安装孔设置实现所述柔性手爪与所述上、下夹臂的可拆卸连接。

优选地，所述手爪回位组件包括相对设置的两个回位连杆，所述回位连杆包括第一连接板和第二连接板，所述第一、二连接板的一端转动连接，另一端分别穿设第一回位轴和第二回位轴，所述第一回位轴和第二回位轴间设置有若干回位弹簧，所述第一回位轴和第二回位轴分别穿过所述上、下夹臂靠近手爪固定组件一端设置的回位轴安装孔，实现所述上、下夹臂与手爪回位组件间的转动连接。

优选地，所述手爪限位组件包括限位安装架、限位部件和限位板，所述限位安装架内顶板固定连接电磁铁，所述限位安装架两翼板对称设有长孔，所述限位安装架通过穿设在所述长孔中的安装轴与限位部件连接，所述限位安装架与所述限位板固定连接，所述限位板的两翼板分别与所述两个回位连杆中第一、二连接板的转动连接一端转动连接。

优选地，所述限位部件包括与所述电磁铁匹配设置的电吸盘，所述电吸盘通过吸盘安装板与锁止安装固件连接，所述锁止安装固件包括两相对设置的夹板，所述吸盘安装板两侧和夹板上方均设置有通孔，用于配合安装轴穿设其中实现所述限位安装架、吸盘安装板和锁止安装固件的连接，所述夹板间夹设锁止板组件，所述锁止板组件包括设置在外侧的挡板和内侧的若干锁止板，所述锁止板下端开设有与所述锁止齿条匹配的锁止角，所述锁止板上方抵靠套设在所述安装轴的锁止板弹簧，所述夹板间沿所述锁止板组件两侧还穿设有若干锁止固定轴。

优选地，所述锁止板组件中的锁止板间隔设置有若干钢珠孔，所述钢珠孔中匹配设有钢珠。

与现有技术相比，本实用新型具有如下的有益效果：

(1)本实用新型通过设置的回转组件、手爪固定组件、夹臂组件、柔性手爪、手爪回位组件和手爪限位组件相互配合实现了对于物体的夹持抓取动作，同时确保了在抓取夹持过程中的夹紧力度和速度，做到了稳定夹持并减少物体受到的振动或者机械冲击的影响。

(2)本实用新型采用机械结构性组合，减少了传感器等电学元件的使用，一方面降低了结构的复杂程度，降低了制造成本和使用成本，另一方面保证了各种抓取夹持等功能的实现，提高了整个装置的可靠性和使用寿命。

(3)本实用新型设计的柔性手爪，其直接与物体接触的软体材料，具有良好的变性性能，配合设置的调节弹簧，使得手爪具有较强的适应能力，能够很好的适应非结构化的环境，既适用于不同大小尺寸的物体的夹持，又缓冲夹紧力度和速度，保护物体不收机械力冲击损坏。

(4)本实用新型设计的手爪回位组件和手爪限位组件配合使用，使得机器人手臂停止抓取物体后，手爪限位组件中的锁止板在锁止弹簧的作用下，锁止角与手爪固定组件的锁止齿条吻合，夹臂不能张开，夹紧平衡夹板轴，在机器人手臂移动物体工作完成后，电磁铁工作，吸住电吸盘带动限位部件向电磁铁方向运动，使锁止板离开锁止齿条，夹臂张开，柔性手爪松开物体安放至指定位置，整个抓取和释放的过程控制简单，结构简洁，无需复杂的缓冲机构和冗余控制程序即可实现精确抓取、合理施力、稳定夹持和降低冲击的良好效果。

(5)本实用新型通过设计的回转机构能够实现360度回转，通过在法兰轴上套设回转轴承可以使得机械手安装在任意配合尺寸轴承座的机器人手臂上，保证手爪整体稳定性；通过锁定螺栓或垫将回转轴承固定在法兰轴上，保证机械手整体安全性。

本实用新型相对于现有技术的显著的进步和突出的有益效果在实施例部分进一步阐述。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为实施例1的一种机械手的爆炸结构示意图；

图2为实施例1的一种机械手的立体结构示意图；

图3为实施例1的一种机械手的回转组件结构示意图；

图4为实施例1的一种机械手的手爪固定组件结构示意图；

图5为实施例1的一种机械手的手爪限位组件结构示意图；

图6为实施例1的一种机械手的上夹臂和下夹臂结构示意图；

图7为实施例1的一种机械手的柔性手爪结构示意图；

图8为实施例1的一种机械手的手爪回位组件结构示意图；

图9为实施例1的一种机械手的柔性手爪爆炸结构示意图；

图10为实施例1的一种机械手的锁止板组件结构示意图；

图11为实施例1的一种机械手的锁止安装固件结构示意图；

图12为实施例1的一种机械手的手爪限位组件爆炸结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例，对实用新型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。

实施例1

请参照图1-12，本实施例提供一种机械手，包括回转组件1、手爪固定组件2、柔性手爪3、手爪回位组件4和手爪限位组件5，该回转组件1能够360度回转，回转组件1包括法兰轴101以及固定套设在所述法兰轴101上的回转轴承102，回转轴承102 用于安装在具有匹配尺寸轴承座的机器人手臂上，所述回转轴承102与所述法兰轴101 间设置有锁定螺栓或垫片，在本实施例中回转轴承102的个数为两个；

该手爪固定组件2包括手爪固定板201和锁止齿条202，所述锁止齿条202与手爪固定板201通过螺栓固定在所述法兰轴101的法兰上；手爪固定板201对称设置有夹臂轴安装孔203，上夹臂601和下夹臂602分别通过穿过所述夹臂轴安装孔203的夹臂轴 603实现与手爪固定组件2的转动连接，上、下夹臂远离手爪固定组件2一端分别可拆卸连接柔性手爪3，上、下夹臂另一端分别转动连接手爪回位组件4，该柔性手爪3包括平衡夹板301，对称设置在所述平衡夹板301的弹性夹头302，本弹性夹头302可以采用硅胶或橡胶材料制成，平衡夹板301背面中部边沿向上延伸形成两翼，所述两翼对称设有回弹限位槽303，所述回弹限位槽303中穿设有平衡夹板轴304，所述平衡夹板轴304两端套设有调节弹簧305用于缓冲夹紧力度和速度，所述平衡夹板301中部设置有限位开关306；上、下夹臂远离手爪固定组件2一端分别设置有平衡夹板轴安装孔604，所述平衡夹板轴304穿过平衡夹板轴安装孔604设置实现所述柔性手爪3与所述上夹臂 601、下夹臂602的可拆卸连接；

手爪回位组件4转动连接手爪限位组件5，其中手爪回位组件4包括相对设置的两个回位连杆，所述回位连杆包括第一连接板401和第二连接板402，所述第一、二连接板的一端转动连接，另一端分别穿设第一回位轴403和第二回位轴404，所述第一回位轴403和第二回位轴404间设置有若干回位弹簧405，所述第一回位轴403和第二回位轴404分别穿过所述上夹臂601、下夹臂602靠近手爪固定组件2一端设置的回位轴安装孔605，实现所述上夹臂601、下夹臂602与手爪回位组件4间的转动连接；

手爪限位组件5能够限定其与手爪固定组件2间的相对位置，所述手爪限位组件5包括限位安装架501、限位部件502和限位板503，所述限位安装架501内顶板固定连接电磁铁504，所述限位安装架501两翼板对称设有长孔505，所述限位安装架501通过穿设在所述长孔505中的安装轴506与限位部件502连接，所述限位安装架501与所述限位板503固定连接，所述限位板503的两翼板分别与所述两个回位连杆中第一连接板401、二连接板402的转动连接一端转动连接；所述限位部件502包括与所述电磁铁 504匹配设置的电吸盘507，所述电吸盘507通过吸盘安装板508与锁止安装固件509 连接，所述锁止安装固件509包括两相对设置的夹板510，所述吸盘安装板508两侧和夹板510上方均设置有通孔511，用于配合安装轴506穿设其中实现所述限位安装架501、吸盘安装板508和锁止安装固件509的连接，所述夹板510间夹设锁止板组件512，所述锁止板组件512包括设置在外侧的挡板513和内侧的若干锁止板514，所述锁止板514 下端开设有与所述锁止齿条202匹配的锁止角515，所述锁止板514上方抵靠套设在所述安装轴506的锁止板弹簧516，所述夹板510间沿所述锁止板组件512两侧还穿设有若干锁止固定轴517；所述锁止板组件512中的锁止板514间隔设置有若干钢珠孔518，所述钢珠孔518中匹配设有钢珠519。所述手爪限位组件5在靠近或远离所述手爪固定组件2时配合手爪回位组件4和手爪固定组件2实现上夹臂601、下夹臂602的相向或反向运动，使得柔性手爪3完成抓取和释放动作。

本实施例的工作原理为：

上夹臂601、下夹臂602通过回位弹簧405作用张开，带动限位部件502滑动至齿条202顶端，柔性手爪3处于待工作状态；机器人手臂带动手爪抓取物体，物体进手爪后通过手臂推力，物体顶住手爪限位组件5的限位板503向法兰轴101方向运动，使限位组件5弹开，上夹臂601、下夹臂602带动柔性手爪3夹住物体；柔性手爪3的限位开关306碰到物体即动作，机器人手臂停止抓取；机器人手臂停止抓取物体后，手爪限位组件5中的锁止板514在锁止板弹簧516的作用下，锁止角515与手爪固定组件2的锁止齿条202吻合，上夹臂601、下夹臂602不能张开，夹紧平衡夹板轴304，使平衡夹板3的弹性夹头302夹紧物体，调节弹簧305缓冲夹紧力度和速度，保护物体不收机械力冲击损坏；机器人手臂移动物体工作完成后，电磁铁504工作，吸住吸盘带动限位部件502向电磁铁504方向运动，使限位部件502锁止板514离开锁止齿条202，上夹臂601、下夹臂602张开，柔性手爪3松开物体安放至指定位置；柔性手爪3松开物体后，电磁铁504断电，手爪限位组件5中的锁止板514在锁止弹簧516的作用下复位，上夹臂601、下夹臂602通过回位弹簧405作用张开复位。

本实用新型提供的一种机械手能够实现有效的夹紧，结构紧凑简单，无需复杂的传感元件，结构简洁，控制方便，此外其柔性手爪的设计达到了稳定夹持和控制夹紧力度和速度的双重效果，有效减少了物体所受机械冲击，不易造成伤害，特别适用于贵重物品的夹取，具有广泛的应用前景。

对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型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实用新型。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，本实用新型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实用新型内。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)

1.一种机械手，其特征在于，包括回转组件，所述回转组件能够360度回转，其一端连接手爪固定组件，另一端连接至机器人手臂，所述手爪固定组件分别转动连接上夹臂和下夹臂，所述上、下夹臂远离手爪固定组件一端分别可拆卸连接柔性手爪，所述上、下夹臂另一端分别转动连接手爪回位组件，所述手爪回位组件转动连接手爪限位组件，所述手爪限位组件能够限定其与所述手爪固定组件间的相对位置，并配置成在靠近或远离所述手爪固定组件时配合所述手爪回位组件和手爪固定组件实现上、下夹臂的相向或反向运动，使得所述柔性手爪完成抓取和释放动作。

2.根据权利要求1所述的一种机械手，其特征在于，所述回转组件包括法兰轴以及固定套设在所述法兰轴上的回转轴承，所述回转轴承用于安装在具有匹配尺寸轴承座的机器人手臂上，所述回转轴承与所述法兰轴间设置有锁定螺栓或垫片。

3.根据权利要求2所述的一种机械手，其特征在于，所述手爪固定组件包括手爪固定板和锁止齿条，所述锁止齿条与手爪固定板通过螺栓固定在所述法兰轴的法兰上。

4.根据权利要求3所述的一种机械手，其特征在于，所述手爪固定板对称设置有夹臂轴安装孔，所述上、下夹臂分别通过穿过所述夹臂轴安装孔的夹臂轴实现与所述手爪固定组件的转动连接。

5.根据权利要求3所述的一种机械手，其特征在于，所述柔性手爪包括平衡夹板和对称设置在所述平衡夹板的弹性夹头，所述平衡夹板背面中部边沿向上延伸形成两翼，所述两翼对称设有回弹限位槽，所述回弹限位槽中穿设有平衡夹板轴，所述平衡夹板轴两端套设有调节弹簧用于缓冲夹紧力度和速度，所述平衡夹板中部设置有限位开关。

6.根据权利要求5所述的一种机械手，其特征在于，所述上、下夹臂远离手爪固定组件一端分别设置有平衡夹板轴安装孔，所述平衡夹板轴穿过平衡夹板轴安装孔设置实现所述柔性手爪与所述上、下夹臂的可拆卸连接。

7.根据权利要求6所述的一种机械手，其特征在于，所述手爪回位组件包括相对设置的两个回位连杆，所述回位连杆包括第一连接板和第二连接板，所述第一、二连接板的一端转动连接，另一端分别穿设第一回位轴和第二回位轴，所述第一回位轴和第二回位轴间设置有若干回位弹簧，所述第一回位轴和第二回位轴分别穿过所述上、下夹臂靠近手爪固定组件一端设置的回位轴安装孔，实现所述上、下夹臂与手爪回位组件间的转动连接。

8.根据权利要求7所述的一种机械手，其特征在于，所述手爪限位组件包括限位安装架、限位部件和限位板，所述限位安装架内顶板固定连接电磁铁，所述限位安装架两翼板对称设有长孔，所述限位安装架通过穿设在所述长孔中的安装轴与限位部件连接，所述限位安装架与所述限位板固定连接，所述限位板的两翼板分别与所述两个回位连杆中第一、二连接板的转动连接一端转动连接。

9.根据权利要求8所述的一种机械手，其特征在于，所述限位部件包括与所述电磁铁匹配设置的电吸盘，所述电吸盘通过吸盘安装板与锁止安装固件连接，所述锁止安装固件包括两相对设置的夹板，所述吸盘安装板两侧和夹板上方均设置有通孔，用于配合安装轴穿设其中实现所述限位安装架、吸盘安装板和锁止安装固件的连接，所述夹板间夹设锁止板组件，所述锁止板组件包括设置在外侧的挡板和内侧的若干锁止板，所述锁止板下端开设有与所述锁止齿条匹配的锁止角，所述锁止板上方抵靠套设在所述安装轴的锁止板弹簧，所述夹板间沿所述锁止板组件两侧还穿设有若干锁止固定轴。

10.根据权利要求9所述的一种机械手，其特征在于，所述锁止板组件中的锁止板间隔设置有若干钢珠孔，所述钢珠孔中匹配设有钢珠。

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