CN210678770U - 一种柔性单元及应用该柔性单元的机械手臂 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及机器人技术领域，提供一种柔性单元及应用该柔性单元的机械手臂，该柔性单元包括固定板和从动板，所述固定板与从动板之间设有支撑柱、万向转头以及弹性连接件，所述从动板设有与所述支撑柱套接的通孔，支撑柱与所述通孔的套接端设有梯形套，梯形套从所述从动板内部与通孔扣接固定；所述从动板内部还设有套接所述弹性连接件的容置座，所述容置座设有与万向转头对应的开孔，所述弹性连接件从所述开孔穿出并与所述万向转头连接；所述从动板在外力作用下向万向转头方向位移并脱离梯形套的固定，且在万向转头的转向下调整从动板的水平角度。本实用新型的机械手臂，在保证承重量的前提下有效地扩展取件角度，优化取件方式，提高整机性能。

Description

一种柔性单元及应用该柔性单元的机械手臂

技术领域

本实用新型涉及机器人技术领域，特指一种柔性单元及应用该柔性单元的机械手臂。

背景技术

随着科技的日益发展，在生产加工作业中，原来采用的人工流水线操作，已逐渐被全机械自动化生产线所替代，进而节省人力成本，特别是规范化的工业生产领域，已采用高科技的工业机器人设备作为生产线上的加工节点，取代人手加工，利用工业机器人具有的稳定性高、承重量大以及操作精准等优点来进行现代化生产加工，已逐渐普及到各大型的全机械自动化生产线上。

在现有的全机械自动化生产线中，工业机器人的机械手臂是最为普及的应用设备，机械手臂具有良好的承重能力，是人类没法比较的，而且，操作精准，只要设置好相应的操作流程，机械手臂将会准确地完成抓取、运送等动作。例如简单的取件机器人，主要功能是通过机械手臂实现将工件抓取并输送到指定位置，该机械手臂一般包括机械臂和夹爪，机械臂设有多个转折点，各个转折点设有相应的驱动器，并在驱动器的作用下，实现多角度的活动；该夹爪用于抓取工件，并随机械臂的活动，将工件输送到指定位置。

对于机械臂驱动夹爪的活动方式，一般在X轴的水平平移或者Y轴上的纵向上下移动来实现抓取工件。但在实际应用中，工件的摆放不一定整齐归一，摆放角度存在不统一，使得机械手臂的夹爪难以抓取工件或者抓取工件不稳定，导致在运送过程中容易脱落工件，特别是工件具有一定重量时，脱落会造成损坏或安全隐患，十分危险。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种柔性单元及应用该柔性单元的机械手臂，对机械手臂的结构作改进，在保证承重量的前提下有效地扩展取件角度，优化机械手臂的取件方式，提高机器人的性能。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：

一种柔性单元，应用于工业机器人的机械手臂中，包括固定板和从动板，所述固定板与从动板之间设有支撑柱、万向转头以及弹性连接件，所述从动板设有与所述支撑柱套接的通孔，所述支撑柱与所述通孔的套接端设有梯形套，所述梯形套从所述从动板内部与所述通孔扣接固定；所述从动板内部还设有套接所述弹性连接件的容置座，所述容置座设有与所述万向转头对应的开孔，所述弹性连接件从所述开孔穿出并与所述万向转头连接；所述从动板在外力作用下向所述万向转头方向位移并脱离所述梯形套的固定，且在所述万向转头的转向下调整从动板的水平角度。

进一步的，所述弹性连接件包括连接柱、弹簧以及固定法兰，所述连接柱从所述开孔穿出与所述万向转头连接，所述固定法兰固定在所述容置座内，所述弹簧弹性连接在所述连接柱与固定法兰之间。让所述从动板可通过所述弹性连接件与所述万向转头弹性连接，并在外力作用下沿所述连接柱向所述万向转头的方向弹性位移。

再进一步的，所述连接柱上设有自上往下逐渐扩张的凸环，所述凸环从所述从动板内部与所述开孔扣接；所述开孔的直径大于所述连接柱，且所述开孔设有与所述凸环形状配合的第一扩口。一方面，所述凸环与开孔扣接，让所述连接柱与支撑柱同时起到支撑作用，加强连接硬度，提高承重量；另一方面，当所述从动板在外力作用下沿所述连接柱向所述万向转头弹性位移时，所述从动板同时从所述凸环与开孔的扣接状态下脱离，并随所述万向转头的转向下作活动角度的调整。所述开孔上设置的第一扩口，有利于所述开孔与所述凸环自动对位，恢复扣接状态。

对所述柔性单元结构作进一步改进，所述万向转头设有与所述连接柱套接的套槽，所述万向转头一端与所述固定板连接固定，另一端通过所述套槽与所述连接柱套接；所述套槽的槽口还设有固定所述连接柱的锁紧件，以便加强对所述弹性连接件的连接固定效果。让所述弹性连接件弹性连接在所述从动板与所述万向转头之间，既能作有效的承重支撑，又能让从动板可随万向转头灵活变向，调整角度。

在上述基础上，所述锁紧件与所述连接柱上的凸环之间设有隔离间距，所述隔离间距用于提供位移空间，让所述从动板在所述弹性连接件的作用下向所述万向转头的方向弹性位移。让从动板位移后，可从所述梯形套及凸环的扣接状态下脱离，并自万向转头的控制下修正从动板的水平角度。

进一步对所述柔性单元结构作改进，所述容置座内设有安装所述固定法兰的固定台，所述固定台内设有所述弹簧的活动腔；所述固定台上还设有固定所述固定法兰的固定孔。让所述弹性连接件一端通过所述固定法兰与从动板的固定台连接固定，另一端通过连接柱与所述万向转头套接固定。所述固定台内设置的活动腔，供所述连接柱与固定法兰之间的连接弹簧提供弹性伸缩空间，让从动板实现弹性位移性能。

进一步的，所述容置座还设有凹槽，所述凹槽从所述从动板的水平方向上贯通从动板的底部，所述凹槽中部设有所述开孔，且凹槽两端分别设有所述通孔。所述凹槽有利于设置贯通从动板的所述开孔和通孔，以便接近从动板的表面与所述弹性连接件及支撑柱作套接，并从所述从动板的内部提供活动空间，让从动板在所述梯形套和所述连接柱的凸环上脱离时提供位移空间。

再进一步对所述柔性单元的结构作改进，所述通孔的直径大于所述支撑柱，且所述通孔设有与所述梯形套形状配合的第二扩口。所述第二扩口有利于所述通孔与所述梯形套自动对位，恢复扣接状态。

进一步的，所述固定板与所述从动板之间还设有防尘套，所述防尘套为折叠状的活动套。一方面，所述防尘套起到阻隔作用，避免外物渗入柔性单元内，影响柔性单元的活动效果；另一方面，所述防尘套为折叠状的活动套，有利于配合从动板的位移作相应的变形，提高整体的适应性。

本实用新型还提供一种机械手臂，包括机械臂和夹爪，所述机械臂与夹爪之间设有上述的柔性单元，所述固定板与所述机械臂固定；所述从动板与所述夹爪连接，并在夹爪的作用力下在所述柔性单元内位移活动，调整夹爪的抓取角度。

本实用新型的一种柔性单元及应用该柔性单元的机械手臂，与现有技术相比，在所述机械臂与夹爪之间设置柔性单元，有效地扩展机械臂驱动夹爪的活动方式。其中，柔性单元的固定板与从动板之间设置有万向转头及支撑柱，能有效地扩展转向角度。所述机械臂与柔性单元的固定板固定，所述夹爪与柔性单元的从动板连接，所述从动板通过所述弹性连接件与所述万向转头连接。当机械臂驱动夹爪下移至工件时，夹爪接触工件并受工件的作用力下，使得从动板向万向转头方向弹性位移，同时从两侧支撑柱的梯形套上脱离。其中，该弹性位移的产生是由于从动板内设有与所述万向转头连接的弹性连接件。在从动板脱离固定状态下，从动板可自所述万向转头的转向下作多角度的变向，从而修正夹爪抓取工件的角度，让夹爪可稳固地抓取工件，有效地适应工件的摆放角度不一的情况，优化机械手臂的取件方式。当抓取工件后机械臂提起夹爪，从动板在重力作用下下移，使得从动板上的通孔与支撑柱的梯形套恢复扣接固定，让支撑柱提供固定板与从动板之间的连接硬度，有效地承载工件重量。

对于现有技术中采用弹簧结构的柔性单元而言，虽然可以利用弹簧结构的可伸缩活动性，为夹爪扩展变向角度，但是由于采用弹簧结构的柔性单元，需要设置相应的弹簧连接结构，局限了变向角度。特别是由于弹簧结构过于柔性，严重影响承重量，即使设置多层组合的弹簧结构，也无法弥补连接硬度，容易导致机械手臂损坏，甚至截断。本实用新型的柔性单元，在所述固定板与从动板之间通过支撑柱连接固定，所述支撑柱与从动板通孔的套接端设置梯形套。一方面，该梯形套在从动板内部与所述通孔扣接，实现从动板与固定板之间的连接固定，让所述支撑柱提供从动板与固定板之间的连接硬度，从而有效地保障机械手臂抓取工件的承重量。另一方面，为了让连接夹爪的从动板能实现活动调整功能，所述从动板通过弹性连接件与所述万向转头连接，使得所述从动板受外力作用下弹性位移，让从动板上的通孔从支撑柱的梯形套上脱出解除扣接状态，并在所述万向转头的转向下实现角度变向，从而修正夹爪抓取工件的角度。因此，本实用新型的柔性单元与现有技术采用弹簧结构的柔性单元相比，连接硬度高，能有效地保证承重量，并在此前提下扩展取件角度，提高工业机器人的机械手臂性能。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型应用该柔性单元的机械手臂结构视图；

图2为本实用新型的柔性单元整体结构视图；

图3为本实用新型的柔性单元拆除防尘套后的结构视图；

图4为图3的柔性单元的剖视图；

图5为本实用新型柔性单元的从动板可变向角度的示意图；

图6为本实用新型柔性单元的从动板底部结构视图；

图7为本实用新型柔性单元的爆炸图；

图8为本实用新型柔性单元的从动板在固定状态下的结构视图；

图9为本实用新型柔性单元的从动板解除固定的状态视图。

附图标记：100、机械臂；200、夹爪；300、柔性单元；1、固定板；2、从动板；20、容置座；21、通孔；211、第二扩口；22、开孔；221、第一扩口；23、固定台；231、固定孔；24、活动腔；25、凹槽；3、支撑柱；31、梯形套；4、万向转头；41、套槽；42、锁紧件；5、弹性连接件；51、连接柱；511、凸环；52、弹簧；53、固定法兰；6、防尘套。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等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，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

请参考图1至4所示，本实用新型实施例提供的一种机械手臂，包括机械臂100和夹爪200，所述机械臂100与夹爪200之间设有柔性单元300，所述柔性单元300包括固定板1和从动板2，所述固定板1与所述机械臂100固定；所述从动板2与所述夹爪200连接，并在夹爪200的作用力下在所述柔性单元300内位移活动，调整夹爪200的抓取角度。所述固定板1与从动板2之间设有支撑柱3、万向转头4以及弹性连接件5，所述从动板2设有与所述支撑柱3套接的通孔21，所述支撑柱3与所述通孔21的套接端设有梯形套31，所述梯形套31从所述从动板2内部与所述通孔21扣接固定；所述从动板2内部还设有套接所述弹性连接件5的容置座20，所述容置座20设有与所述万向转头4对应的开孔22，所述弹性连接件5从所述开孔22穿出并与所述万向转头4连接；所述从动板2在外力作用下向所述万向转头4方向位移并脱离所述梯形套31的固定，且在所述万向转头4的转向下调整从动板2的水平角度。

优选地，如图2所示，所述固定板1与所述从动板2之间还设有防尘套6，所述防尘套6为折叠状的活动套。一方面，所述防尘套6起到阻隔作用，避免外物渗入柔性单元300内，影响柔性单元300的活动效果；另一方面，所述防尘套6为折叠状的活动套，有利于配合从动板2的位移作相应的变形，提高整体的适应性。

本实用新型的机械手臂，在所述机械臂100与夹爪200之间设置柔性单元300，有效地扩展机械臂100驱动夹爪200的活动方式。其中，所述柔性单元300的固定板1与从动板2之间设置有万向转头4，能有效地扩展夹爪200的转向角度，解决工件的摆放角度不一的问题。如图5所示，在所述万向转头4的转向下，可有效地扩展所述从动板2的变向角度，从而优化机械手臂的取件方式。

另外，在所述固定板1与从动板2之间通过支撑柱3连接固定，所述支撑柱3与从动板2通孔21的套接端设置梯形套31。一方面，该梯形套31在从动板2内部与所述通孔21扣接，实现从动板2与固定板1之间的连接固定，让所述支撑柱3提供从动板2与固定板1之间的连接硬度，从而有效地保障机械手臂抓取工件的承重量。另一方面，为了让连接夹爪200的从动板2能实现活动调整功能，所述从动板2通过弹性连接件5与所述万向转头4连接，使得所述从动板2受外力作用下弹性位移，让从动板2上的通孔21从支撑柱3的梯形套31上脱出解除扣接状态，并在所述万向转头4的转向下实现角度变向，从而修正夹爪200抓取工件的角度，有效地提高机械手臂的性能。

其中，对所述弹性连接件5的结构作优化，如图4、7所示，所述弹性连接件5包括连接柱51、弹簧52以及固定法兰53，所述连接柱51从所述开孔22穿出与所述万向转头4连接，所述固定法兰53固定在所述容置座20内，所述弹簧52弹性连接在所述连接柱51与固定法兰53之间，以使从动板2可通过弹性连接件5与所述万向转头弹性连接，并在外力作用下沿所述连接柱51向所述万向转头4的方向弹性位移。

优选地，所述连接柱51上还设有自上往下逐渐扩张的凸环511，所述凸环511从所述从动板2内部与所述开孔22扣接，以便配合所述支撑柱3同时让连接柱51起到支撑作用，加强连接硬度，提高承重量。当所述从动板2在外力作用下沿所述连接柱51向所述万向转头4弹性位移时，所述从动板2同时从所述凸环511与开孔22的扣接状态下脱离，并随所述万向转头4的转向下作活动角度的调整。

优选地，如图6所示，所述开孔22的直径大于所述连接柱51，且所述开孔22设有与所述凸环511形状配合的第一扩口221，该第一扩口221有利于所述开孔22与所述凸环511自动对位，恢复扣接状态。

对所述万向转头4的结构作优化，如图4、7所示，所述万向转头4设有与所述连接柱51套接的套槽41，所述万向转头4一端与所述固定板2连接固定，另一端通过所述套槽41与所述连接柱51套接。所述套槽41的槽口还设有固定所述连接柱51的锁紧件42，所述锁紧件42可优选采用锁紧螺母等，进而加强对所述弹性连接件5的连接固定效果。让所述弹性连接件5弹性连接在所述从动板2与所述万向转头4之间，既作有效的承重支撑，又能让从动板2可随万向转头4灵活变向，调整角度。

在上述基础上，所述锁紧件42与所述连接柱51上的凸环511之间设有隔离间距，所述隔离间距用于提供位移空间，让所述从动板2在所述弹性连接件5的作用下向所述万向转头4的方向弹性位移。让从动板2位移后，可从所述梯形套31及凸环511的扣接状态下脱离，并自万向转头4的控制下修正从动板2的水平角度。

对所述从动板2的结构作优化，如图6所示，所述容置座20内设有安装所述固定法兰53的固定台23，所述固定台23内设有所述弹簧52的活动腔24；所述固定台23上还设有固定所述固定法兰53的固定孔231。让所述弹性连接件5一端通过所述固定法兰53与从动板2的固定台23连接固定，另一端通过连接柱51与所述万向转头4套接固定。所述固定台23内设置的活动腔24，供所述连接柱51与固定法兰53之间的连接弹簧52提供弹性伸缩空间，让从动板2可实现弹性位移性能。

优选地，所述容置座20还设有凹槽25，所述凹槽25从所述从动板2的水平方向上贯通从动板2的底部，所述凹槽25中部设有所述开孔22，且凹槽25两端分别设有所述通孔21。所述凹槽25有利于设置贯通从动板2的所述开孔22和通孔21，以便接近从动板2的表面与所述弹性连接件5及支撑柱3作套接，并从所述从动板2的内部提供活动空间，让从动板2在所述梯形套31和所述连接柱51的凸环511上脱离时提供位移空间。

对所述支撑柱3与从动板2的连接结构作优化，如图6所示，所述通孔21的直径大于所述支撑柱3，且所述通孔21设有与所述梯形套31形状配合的第二扩口211。所述第二扩口211有利于所述通孔21与所述梯形套31自动对位，恢复扣接状态。

请结合附图1、8、9所示，本实用新型机械手臂的工作原理是：

1、机械臂100驱动夹爪200下移至工件，当夹爪200接触工件时，受工件的作用力下，夹爪200联动柔性单元300中的从动板2向万向转头4方向弹性位移，使得从动板2从两侧的支撑柱3的梯形套31上脱离，并同时使得从动板2中部的开孔22与所述弹性连接件5上的凸环511脱离，解除从动板2的固定状态。其中，该弹性位移的产生是由于从动板2内设有与所述万向转头4连接的弹性连接件5。

2、所述从动板2在脱离固定状态下，可自所述万向转头4的转向下改变从动板2的水平角度，从而修正夹爪200抓取工件的角度，让夹爪200可稳固地抓取工件，有效地适应工件的摆放角度不一的情况，优化机械手臂的取件方式。

3、当抓取工件后，机械臂100提起夹爪200，柔性单元300中的从动板2在重力作用下下移，以使从动板2上的通孔21与支撑柱3的梯形套31恢复扣接固定，同时使得从动板2中部的开孔22与所述弹性连接件5的凸环511扣接，恢复从动板2的固定状态。利用支撑柱3提供支撑作用，让柔性单元300具有连接硬度，从而有效地承载夹爪200抓取工件的重量，并在机械臂100的活动下将工件运送到指定位置。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种柔性单元，应用于工业机器人的机械手臂中，其特征在于，包括固定板和从动板，所述固定板与从动板之间设有支撑柱、万向转头以及弹性连接件，所述从动板设有与所述支撑柱套接的通孔，所述支撑柱与所述通孔的套接端设有梯形套，所述梯形套从所述从动板内部与所述通孔扣接固定；所述从动板内部还设有套接所述弹性连接件的容置座，所述容置座设有与所述万向转头对应的开孔，所述弹性连接件从所述开孔穿出并与所述万向转头连接；所述从动板在外力作用下向所述万向转头方向位移并脱离所述梯形套的固定，且在所述万向转头的转向下调整从动板的水平角度。

2.根据权利要求1所述的柔性单元，其特征在于，所述弹性连接件包括连接柱、弹簧以及固定法兰，所述连接柱从所述开孔穿出与所述万向转头连接，所述固定法兰固定在所述容置座内，所述弹簧弹性连接在所述连接柱与固定法兰之间。

3.根据权利要求2所述的柔性单元，其特征在于，所述连接柱上设有自上往下逐渐扩张的凸环，所述凸环从所述从动板内部与所述开孔扣接；所述开孔的直径大于所述连接柱，且所述开孔设有与所述凸环形状配合的第一扩口。

4.根据权利要求3所述的柔性单元，其特征在于，所述万向转头设有与所述连接柱套接的套槽，所述万向转头一端与所述固定板连接固定，另一端通过所述套槽与所述连接柱套接；所述套槽的槽口还设有固定所述连接柱的锁紧件。

5.根据权利要求4所述的柔性单元，其特征在于，所述锁紧件与所述连接柱上的凸环之间设有隔离间距，所述隔离间距用于提供位移空间，让所述从动板在所述弹性连接件的作用下向所述万向转头的方向弹性位移。

6.根据权利要求2所述的柔性单元，其特征在于，所述容置座内设有安装所述固定法兰的固定台，所述固定台内设有所述弹簧的活动腔；所述固定台上还设有固定所述固定法兰的固定孔。

7.根据权利要求6所述的柔性单元，其特征在于，所述容置座还设有凹槽，所述凹槽从所述从动板的水平方向上贯通从动板的底部，所述凹槽中部设有所述开孔，且凹槽两端分别设有所述通孔。

8.根据权利要求1所述的柔性单元，其特征在于，所述通孔的直径大于所述支撑柱，且所述通孔设有与所述梯形套形状配合的第二扩口。

9.根据权利要求1所述的柔性单元，其特征在于，所述固定板与所述从动板之间还设有防尘套，所述防尘套为折叠状的活动套。

10.一种机械手臂，包括机械臂和夹爪，其特征在于，所述机械臂与夹爪之间设有权利要求1至9任意一项的柔性单元，所述固定板与所述机械臂固定；所述从动板与所述夹爪连接，并在夹爪的作用力下在所述柔性单元内位移活动，调整夹爪的抓取角度。

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