CN113696213B - 一种机械手 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机械手，涉及工业自动化技术领域，用以解决现有的机械手只能抓取单一形状的物体，适用范围小的问题。本发明一种机械手，包括：机座；固定或铰接在所述机座上的M个可折叠的机械臂，每个机械臂由N个摆臂单元首尾铰接串联形成，M和N均为正整数；所述M个机械臂在所述机座上形成M个固定点或M个铰接点；所述N个摆臂单元之间至少通过N‑1个铰接轴铰接，所述M个机械臂之间围成一抓取空间；M个驱动机构，每个所述驱动机构对应一机械臂，每个驱动机构包括钢带和驱动单元。本发明采用驱动机构驱动钢带伸长，由于机械臂铰接轴的限定，使机械臂弯曲，实现物体的抓取，可抓取不同形状的物体，增大了机械手抓取物体的适用范围。

Description

一种机械手

技术领域

本发明涉及机械自动化领域，尤其涉及一种机械手。

背景技术

目前的大多数机械手只能抓取固定形态的物体，如果要抓取不同类型的物体，或者抓取形状相同大小不同的物体，由于机械手不能很好的适应物体的表面，则需要不同的机械手完成，增加制造成本，适用范围有限。

发明内容

鉴于此，本发明公开了一种机械手，用以解决现有的机械手只能抓取单一形状的物体，适用范围小的问题。

本发明为实现上述的目标，采用的技术方案是：

本发明第一方面公开了一种机械手，包括：机座；固定或铰接在所述机座上的M个可折叠的机械臂，每个机械臂由N个摆臂单元首尾铰接串联形成，其中，N≥3，M≥2，M和N均为正整数；M个所述机械臂在所述机座上形成M个固定点或M个铰接点；所述N个摆臂单元之间至少通过N-1个铰接轴铰接，M个所述机械臂之间围成一抓取空间；M个驱动机构，每个所述驱动机构对应一机械臂，每个驱动机构包括钢带和驱动单元，每个钢带的一端依次穿过机座和N-1个摆臂单元并固定在所述机械臂距离所述固定点最远的摆臂单元上，所述驱动单元驱动所述钢带伸长，使所述机械臂向所述抓取空间弯曲。

进一步，所述M个机械臂的每个机械臂均包括有根部和端部，位于所述机械臂根部的摆臂单元固定或铰接在所述机座上，形成所述固定点或铰接点；所述机械臂端部的摆臂单元与所述机座之间的N-1个摆臂单元中的任意一者均设有用于所述钢带穿过的通槽，当所述机械臂处于伸直状态时，N-1个摆臂单元上的通槽相对设置。

进一步，具有所述通槽的所述摆臂单元在所述钢带的两侧分别设有滚轮，所述滚轮伸入到所述通槽内，所述滚轮的转动方向与所述钢带的伸缩方向相同。

进一步，相邻两个摆臂单元之间固定连接有吉村折纸结构，吉村折纸结构扣在所述钢带上，当相邻两个摆臂单元弯曲时，所述钢带保持与所述吉村折纸结构贴合。

进一步，所述机械臂处于伸直状态时，位于所述通槽内的所述钢带设置在所述铰接轴的外侧。

进一步，所述钢带的横截面为圆弧形，所述钢带的凹面一侧朝向所述抓取空间。

进一步，每个驱动单元包括：支架，固定安装在所述机座上；从动轮，转动安装于所述支架上；主动轮；转动安装于所述支架上并与所述从动轮相配合，其轴线与所述从动轮的轴线平行；绞盘，转动安装于所述支架上，所述绞盘缠绕有所述钢带，且所述钢带的另一端固定在所述绞盘上，所述钢带的一端从所述从动轮和所述主动轮之间穿过并从所述机座穿出，所述从动轮和所述主动轮将所述钢带压紧；执行部件，固定安装于所述支架上，用于驱动所述主动轮转动；所述执行部件驱动所述主动轮转动带动所述钢带从所述机座伸出或收缩。

进一步，所述支架两侧设有长槽，且所述从动轮和所述主动轮二者中心延长线方向与所述长槽的长度方向相同，所述从动轮两端转动设置在所述长槽内，所述支架两侧螺纹连接有调节螺栓，所述调节螺栓的长度方向与所述长槽的长度方向相同，所述调节螺栓的端部顶在所述从动轮的端部，将所述钢带压紧在所述主动轮和所述从动轮之间。

进一步，每个驱动单元还包括：涡卷弹簧，所述涡卷弹簧的外圈与所述支架固定连接，所述绞盘具有绞盘轴，所述绞盘轴转动安装在所述支架上，所述绞盘轴与所述涡卷弹簧的内圈固定连接。

进一步，所述主动轮的外表面和所述从动轮的外表面分别与二者各自贴合一侧的所述钢带表面形状相吻合。

有益效果：本发明采用驱动机构驱动钢带伸长，由于机械臂铰接轴的限定，使机械臂弯曲，实现物体的抓取，多个摆臂单元在弯曲时，可适应物体表面的形状，尤其是表面具有凸棱或凸出曲面的物体，提高机械手的适应性，可抓取不同形状的物体，增大了机械手抓取物体的适用范围。

附图说明

通过参照附图详细描述其示例实施例，本发明公开的上述和其它目标、特征及优点将变得更加显而易见。下面描述的附图仅仅是本发明公开的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，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示出了本发明一实施例中机械手的整体结构示意图；

图2示出了本发明一实施例中机械臂的局部视图；

图3示出了图2的A-A剖视图；

图4示出了本发明一实施例中摆臂单元的侧视图；

图5示出了本发明一实施例中驱动机构的主视图；

图6示出了图5的左视图；

图7示出了图5中驱动机构的内部结构视图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义，“多种”一般包含至少两种，但是不排除包含至少一种的情况。

应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者系统中还存在另外的相同要素。

目前的大多数机械手适用范围较小，只能抓取单一形状的物体，如果抓取不同类型的物体，则需要不同的机械手完成，增加制造成本。本发明旨在提供一种机械手，用于解决现有的机械手适用范围单一的问题。本发明采用钢带驱动多关节机械臂弯曲，实现机械臂的抓取动作，并且在抓取的过程中，多关节可贴合在物体的表面，将物体牢固的进行抓取，提高了机械手抓取物体的灵活性和适应性。

为进一步阐述本发明中的技术方案，现结合图1-图7，提供了如下具体实施例。

实施例1

在本实施例中提供了一种机械手，如图1-图3所示，包括：机座40；固定或铰接在所述机座40上的M个可折叠的机械臂10，每个机械臂10由N个摆臂单元11首尾铰接串联形成，其中，N≥3，M≥2，M和N均为正整数；所述M个机械臂10在所述机座上形成M个固定点或M个铰接点；所述N个摆臂单元11之间至少通过N-1个铰接轴铰接，所述M个机械臂10之间围成一抓取空间；M个驱动机构30，每个所述驱动机构30对应一机械臂10，每个驱动机构30包括钢带20和驱动单元，每个钢带20的一端依次穿过机座40和N-1个摆臂单元11并固定在所述机械臂10距离所述固定点最远的摆臂单元11上，所述驱动单元驱动所述钢带20伸长，使所述机械臂10向所述抓取空间c弯曲。

所述M个机械臂10的每个机械臂10均包括有根部和端部，位于所述机械臂10根部的摆臂单元11固定或铰接在所述机座40上，形成所述固定点或铰接点；所述机械臂10端部的摆臂单元11与所述机座40之间的N-1个摆臂单元11中的任意一者均设有用于所述钢带20穿过的通槽，当所述机械臂10处于伸直状态时，N-1个摆臂单元11上的通槽相对设置。

作为本实施例的优选实施方式，M＝3～6。

可选的，每个摆臂单元11为杆状结构。

作为本实施例的一种实施方式，所述机座40为圆盘形，所述机械臂10根部的摆臂单元11固定或铰接在所述机座40上并沿着所述机座40的圆周方向均匀布置。

所述机座40上开设有用于钢带20穿过的槽，槽的形状可以与所述钢带20的横截面相同，所述槽沿着所述机械臂10的长度方向延伸。

本实施例中机械臂10的长度方向指机械臂处于伸直状态时机械臂的延伸方向。

为了使所述钢带20在收缩时机械臂10可处于伸直的状态，可选的，机械臂10根部和端部之间的任一所述摆臂单元11两侧设有凸起，两个相邻的摆臂单元11绕着铰接轴转动使两个凸起抵靠在一起时，两个相邻的摆臂单元11处于180°(伸直状态)。

进一步，如图3和图4所示，所述机械臂10端部的摆臂单元11与所述机座40之间的N-1个摆臂单元11中的任意一者均设有用于所述钢带20穿过的通槽111，当所述机械臂10处于伸直状态时，N-1个摆臂单元上的通槽111相对设置，所述通槽111的延伸方向与所述机械臂10的长度方向相同。

如图4所示，所述通槽111的形状与所述钢带20的横截面形状相同，用于限定所述钢带20，缩短所述钢带20弯曲的长度，保证所述钢带20伸长时使机械臂10具有足够抓取力。

进一步，如图3和图4所示，具有所述通槽111的所述摆臂单元11在所述钢带20的两侧分别设有滚轮50，所述滚轮50伸入到所述通槽111内，所述滚轮50的转动方向与所述钢带20的伸缩方向相同，设置滚轮50，在钢带20伸缩时，降低钢带20的阻力，防止钢带20出现卡滞造成机械臂10局部弯曲过大。

优选的，相邻两个摆臂单元11之间固定连接有吉村折纸结构60，吉村折纸结构60扣在所述钢带20上，当相邻两个摆臂单元11弯曲时，所述钢带20保持与所述吉村折纸结构60贴合，吉村折纸结构60属于现有技术，采用弹性材料制作，相邻两个摆臂单元11弯曲时，既可以保证机械臂10具有一定的刚度，同时使相邻两个摆臂单元11弯曲较大角度时，对钢带20起到约束限定的作用，防止机械臂10局部弯曲过大失控。可选的，吉村折纸结构60可以为U型，其形成有豁口，所述钢带20位于所述豁口内。

具体的，所述机械臂处于伸直状态时，位于所述通槽内的所述钢带设置在所述铰接轴的外侧，钢带20伸长时，使机械臂10向内侧弯曲。

进一步，所述钢带20的横截面为圆弧形，所述钢带20的凹面一侧朝向所述抓取空间c。

如图5-图7所示，每个驱动单元30包括支架31、从动轮32、主动轮33、绞盘34和执行部件35，所述支架31固定安装在所述机座40上；所述从动轮32转动安装于所述支架31上；所述主动轮33转动安装于所述支架31上并与所述从动轮32相配合，其轴线与所述从动轮32的轴线平行；所述绞盘34转动安装于所述支架31上，所述绞盘34缠绕有所述钢带20，且所述钢带20的另一端固定在所述绞盘34上，所述钢带20的一端从所述从动轮32和所述主动轮33之间穿过并从所述机座40穿出，所述从动轮32和所述主动轮33将所述钢带20压紧；所述执行部件35固定安装于所述支架31上，用于驱动所述主动轮33转动，本实施例中所述执行部件35可以为电机；所述执行部件35驱动所述主动轮33转动带动所述钢带20从所述机座40伸出或收缩。

本实施例还可以增设张紧结构，调节主动轮33和从动轮32之间的张紧力，具体的，所述支架31两侧设有长槽311，且所述从动轮32和所述主动轮33二者中心延长线方向与所述长槽311的长度方向相同，所述从动轮32转动设置在所述长槽311内，所述支架31两侧螺纹连接有调节螺栓312，所述调节螺栓312的长度方向与所述长槽311的长度方向相同，所述调节螺栓312的端部顶在所述从动轮32端部，将所述钢带20压紧在所述主动轮33和所述从动轮32之间。

进一步，每个驱动单元30还包括：涡卷弹簧36，所述涡卷弹簧36的外圈与所述支架31固定连接，所述绞盘34具有绞盘轴341，所述绞盘轴341转动安装在所述支架31上，所述绞盘轴与所述涡卷弹簧36的内圈固定连接。具体的，所述支架上固定安装有涡卷弹簧盒361，涡卷弹簧36的外圈固定在涡卷弹簧盒361内，涡卷弹簧盒361的内圈固定在所述绞盘轴341上。

当执行部件35驱动主动轮33转动，使钢带20伸长使机械臂10弯曲时，涡卷弹簧36收紧，对绞盘轴产生扭转力；当机械手抓取物体后要进行松放，执行机构停止驱动主动轮33，绞盘轴在涡卷弹簧36的扭转力驱动下带动钢带20收卷，使钢带20处于初始长度，机械臂10伸直，实现对物体的松放。

进一步，所述主动轮33的外圆表面和所述从动轮32二者的外圆表面与二者各自贴合的所述钢带20的表面形状相吻合，以增加主动轮33和所述从动轮32对钢带20的摩擦力。

实施例2

本实施例在实施例1的基础上，进一步地，每个机械臂10上的每个摆臂单元11朝向所述抓取空间一侧设有压力传感器，用于检测机械臂10抓取物体的抓取力，所述压力传感器检测的压力信号传输给控制器，控制器通过检测的压力信号判断机械臂10的抓取力是否达到预设阈值，当所述抓取力达到预设阈值时，所述控制器则输出信号控制所述执行部件35(电机)停止所述钢带的输出，完成物体的抓取，当要释放物体时，则电机驱动所述钢带收缩，使所述机械臂伸直。所述电机通过继电器与电源接通，控制器输出端与所述继电器的控制端电连接。本实施例中所述控制器可以为PLC控制器或单片机。

以上具体地示出和描述了本公开的示例性实施例。应可理解的是，本公开不限于这里描述的详细结构、设置方式或实现方法；相反，本公开意图涵盖包含在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等效设置。

Claims (9)

1.一种机械手，其特征在于，包括：

机座；

固定在所述机座上的M个可折叠的机械臂，每个机械臂由N个摆臂单元首尾铰接串联形成，其中，N≥3，M≥2，M和N均为正整数；

M个所述机械臂在所述机座上形成M个固定点；所述N个摆臂单元之间至少通过N-1个铰接轴铰接， M个所述 机械臂之间围成一抓取空间；

M个驱动机构，每个所述驱动机构对应一机械臂，每个驱动机构包括钢带和驱动单元，每个钢带的一端依次穿过机座和N-1个摆臂单元并固定在所述机械臂距离所述固定点最远的摆臂单元上，所述驱动单元驱动所述钢带伸长，使所述机械臂向所述抓取空间弯曲；

相邻两个摆臂单元之间固定连接有吉村折纸结构，吉村折纸结构扣在所述钢带上，当相邻两个摆臂单元弯曲时，所述钢带保持与所述吉村折纸结构贴合。

2.如权利要求1所述的一种机械手，其特征在于，所述M个机械臂的每个机械臂均包括有根部和端部，位于所述机械臂根部的摆臂单元固定在所述机座上形成所述固定点；所述机械臂端部的摆臂单元与所述机座之间的N-1个摆臂单元中的任意一者均设有用于所述钢带穿过的通槽，当所述机械臂处于伸直状态时，N-1个摆臂单元上的通槽相对设置。

3.如权利要求2所述的一种机械手，其特征在于，具有所述通槽的所述摆臂单元在所述钢带的两侧分别设有滚轮，所述滚轮伸入到所述通槽内，所述滚轮的转动方向与所述钢带的伸缩方向相同。

4.如权利要求3所述的一种机械手，其特征在于，所述机械臂处于伸直状态时，位于所述通槽内的所述钢带设置在所述铰接轴的外侧。

5.如权利要求4所述的一种机械手，其特征在于，所述钢带的横截面为圆弧形，所述钢带的凹面一侧朝向所述抓取空间。

6.如权利要求1-5任一所述的一种机械手，其特征在于，每个所述驱动单元包括：

支架，固定安装在所述机座上；

从动轮，转动安装于所述支架上；

主动轮；转动安装于所述支架上并与所述从动轮相配合，其轴线与所述从动轮的轴线平行；

绞盘，转动安装于所述支架上，所述绞盘缠绕有所述钢带，且所述钢带的另一端固定在所述绞盘上，所述钢带的一端从所述从动轮和所述主动轮之间穿过并从所述机座穿出，所述从动轮和所述主动轮将所述钢带压紧；

执行部件，固定安装于所述支架上，用于驱动所述主动轮转动；

所述执行部件驱动所述主动轮转动带动所述钢带从所述机座伸出或收缩。

7.如权利要求6所述的一种机械手，其特征在于，所述支架两侧设有长槽，且所述从动轮和所述主动轮二者中心延长线方向与所述长槽的长度方向相同，所述从动轮两端转动设置在所述长槽内，所述支架两侧螺纹连接有调节螺栓，所述调节螺栓的长度方向与所述长槽的长度方向相同，所述调节螺栓的端部顶在所述从动轮的端部，将所述钢带压紧在所述主动轮和所述从动轮之间。

8.如权利要求7所述的一种机械手，其特征在于，每个驱动单元还包括：

涡卷弹簧，所述涡卷弹簧的外圈与所述支架固定连接，所述绞盘具有绞盘轴，所述绞盘轴转动安装在所述支架上，所述绞盘轴与所述涡卷弹簧的内圈固定连接。

9.如权利要求8所述的一种机械手，其特征在于，所述主动轮的外表面和所述从动轮的外表面分别与二者各自贴合一侧的所述钢带表面形状相吻合。

Images