CN110815277A - 一种机械手和手爪一体化的机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机械手和手爪一体化的机构，包括固定平台、动平台和并联在固定平台、动平台之间的三条支链；所述的固定平台上放置了驱动电机和减速器组成的驱动装置，驱动主驱动支链，放置了驱动电机和减速器组成的驱动装置，驱动主驱动支链上面的手爪驱动机构；所述的主驱动支链分别与动平台和固定平台连接，形成空间闭环并联机构，通过主驱动支链上的驱动装置驱动主驱动支链的运动，从而实现动平台在空间内进行三维平动；所述的手爪驱动机构分别与固定平台和手爪连接，通过串联机构驱动着手爪绕固定平台上一轴转动，从而实现手爪的张合；所述的手爪与第二摆动杆通过扭簧连接，从而实现对物体的柔性抓取。

Description

一种机械手和手爪一体化的机构

技术领域

本发明属于工业机器人技术领域，特别涉及一种机械手和手爪一体化的机构。

背景技术

对于机械手和机械手爪的结构，大量学者在这一方面都有研究，但是基本都是分开研究，机械手和手爪的结构相对独立，手爪一般布置在机械手的末端执行器上，手爪的控制与机械手的控制也相对独立。如专利CN110216704A所公布的机械手，所述手爪的驱动机构和夹持装置都在一起，这会增加机械手末端执行器的惯量，从而影响机械手的定位精度。为提高手爪抓取过程的柔性，专利CN110154077A提出一种自适应柔性机械手爪结构，该手爪包括电磁铁、永磁铁、固定体和牵引机构等，固定体上转动连接有主动齿轮和从动齿轮，主动齿轮和从动齿轮啮合，该手爪利用磁铁的一些特性实现柔性抓取，同时防止向上拿取较重的物件时将电机烧坏，但是该手爪结构复杂且都要布置在机械手的末端执行器上，也将增加末端执行器的质量。

发明内容

本专利的目的是提出一种可实现柔性抓取，并且将手爪的驱动及机械结构与机械手本体形成一体化结构，减小机械手末端执行器的惯量，提高机械手的定位精度。

为了达到上述目的，本专利的技术方案是：一种机械手和机械手爪的机构包括：动平台、固定平台、连接在动平台的手爪以及连接在动平台和固定平台的三条支链，所述的支链中，包括主驱动支链，连接在固定平台和动平台上，用于控制动平台在空间内进行三自由度的平动；主驱动支链上的手爪驱动机构，连接在固定平台和动平台的手爪上，用于控制手爪的张合。

安装在动平台上的摆动杆作为抓取机构的主动件，驱动着手爪的张合，手爪与摆动杆通过扭簧连接，一方面可以通过角位移传感器对扭簧的角度进行实时测量，从而反映出抓取力的大小，另一方面，对抓取力进行缓冲，从而实现了对物体的柔性抓取。

本专利与现有的技术相比，有以下的优点：抓取机构的驱动装置在固定平台上，手爪驱动机构在主驱动支链上，末端执行器上只有手爪和扭簧，大大的减轻的抓取机构的重量，实现手爪轻量化；通过扭簧将手爪和摆动杆连接，实现了对物体的柔性抓取，可抓取一些易碎，变形量大的物体，同时手爪的材料和形状不受限制可以实现不同应用场合下的抓取。

附图说明

图1为本发明实施例1的结构示意图。

图2为本发明实施例1的平行四边形结构示意图。

图3位本发明实施例1的动平台示意图

图4为本发明实施例2的结构示意图。

图5为本发明实施例2的动平台示意图。

图6为本发明实施例3的结构示意图。

图7为本发明实施例3的平行四边形结构示意图。

图8为本发明实施例3的动平台示意图。

图9为本发明实施例4的结构示意图。

图10为本发明实施例4的动平台示意图。

图11为本发明实施例5的结构示意图。

图12为本发明实施例5的动平台示意图。

具体实施方式

结合附图和优选实施例能进一步了解本发明的内容和特点，下面对本发明详细说明，这里不应当视为本发明的全部或者视为本发明技术方案的限制和限定。

实施例1

如图1、图2和图3所示，一种机械手和手爪一体化的机构，包含了固定平台9和动平台8，并联连接在固定平台9和动平台8之间的三条主驱动支链；其特征在于，还包括设置在主驱动支链上的手爪驱动机构、设置在动平台8上的手爪15和扭簧14；

所述三条主驱动支链的结构相同，包括驱动电机10、减速器11、主动臂2和从动臂组件，并依次相连；所述主动臂2一端通过转动副与固定平台9连接，另一端与从动臂组件相连；所述从动臂组件与动平台8相连；所述驱动电机10、减速器11固定在固定平台9上，所述驱动电机10通过减速器11驱动主动臂2转动并通过从动臂组件带动与之相连的动平台8平移运动；

所述第一支链的主驱动支链的驱动电机10转轴、第二支链的主驱动支链的驱动电机10转轴和第三支链的主驱动支链的驱动电机10转轴水平布置在固定平台9平面上，并且两两相隔120°均匀布置固定平台9上；三个支链的主驱动支链上均设有手爪驱动机构；所述手爪驱动机构，包括驱动电机12、减速器13、驱动臂1、拉杆3、第一摆动杆4、从动连杆5、第二摆动杆7；所述驱动电机12和减速器13固定在固定平台9上；所述驱动臂1的一端通过转动副与固定平台9连接，所述驱动电机12通过减速器13驱动驱动臂1；

所述第一支链的手爪驱动机构的驱动电机12转轴、第二支链手爪驱动机构的驱动电机12转轴、第三支链手爪驱动机构的驱动电机12转轴分别布置在第一支链的主驱动支链的驱动电机10转轴、第二支链的主驱动支链的驱动电机10转轴、第三支链的主驱动支链的驱动电机10转轴的上方；所述手爪驱动机构的从动连杆5平行与对应主驱动支链两从动臂6c和6d所在的平面；所述的主动臂2与动平台8通过从动臂组件连接在一起；所述从动臂组件包括上连杆6a、下连杆6b、起到限制与固定作用的连接杆6e、以及并联连接在上连杆6a和下连杆6b之间的两根连接杆6c和6d；所述两根连接杆6c和6d的两端分别与上连杆6a和下连杆6b铰接，形成四边形机构；所述上连杆6a和下连杆6b的长度相等；两根连接杆6c和6d的长度相等；所述主动臂2与上连杆6a中间相连，所述动平台8与从动臂组件中下连杆6b的中间相连；所述上连杆6a的轴线与主动臂2转动副轴线平行；所述的驱动臂1与手爪15通过拉杆3、第一摆动杆4、从动连杆5和第二摆动杆7串联在一起，拉杆3与驱动臂2、第一摆动杆4通过转动副连接，从动连杆5与第一摆动杆4、第二摆动杆7通过球头连接；所述设置在动平台8上的手爪15通过转动副与动平台8相连，该转动副的轴线与第二摆动杆7和动平台8相连的转动副的轴线重合；所述扭簧14的也布置在该转动副上，扭簧14的轴线与该转动副轴线重合；所述扭簧14的一端与手爪15固连，另一端与第二摆动杆7固连；所述第二摆动杆7与动平台8通过转动副连接，该转动副轴线与所述主驱动支链下连杆6b的轴线重合；所述的手爪15和扭簧14布置在摆动杆的中间；设置在主驱动支链上的手爪驱动机构以及手爪15和扭簧14的数量均为3套，成120°布置在动平台上。

实施例2

如图4和图5所示，本实施例与实施例1不同在于，所述的三条支链以90°固定平台9的半圆周上；所述的三条支链中的两条支链分别设置了手爪驱动机构，所述第一支链的手爪驱动机构的驱动电机12转轴、第二支链的手爪驱动机构的驱动电机12转轴分别布置在第一支链的主驱动支链的驱动电机10转轴、第二支链的主驱动支链的驱动电机10转轴的上方；所述设置在主驱动支链上的手爪驱动机构以及手爪15和扭簧14的数量均为2套，对称布置在动平台8两侧；所述的主驱动支链和手爪驱动机构与实施例1相同；所述布置在动平台8上的手爪15和扭簧14与实施例1相同；所述的从动臂组件与实施例1相同。

实施例3

如图6、图7和图8所示，本实施例与实施例2不同在于，所述的三条支链中的一条支链设置了手爪驱动机构，所述第一支链的手爪驱动机构的驱动电机12转轴布置在第一支链的主驱动支链的驱动电机10转轴的上方；所述从动臂组件采用平面4R平行四边形机构，即所述连接杆6c和6d与连接杆6c和6d之间通过转动副连接；主动臂2与上连杆6a通过转动副连接，该转动副的轴线平行于主动臂2与固定平台9相连的转动副的轴线；所述下连杆6b与动平台8通过转动副连接，该转动副的轴线与下连杆6b的轴线重合；所述的三条支链布置与实施例2相同；所述的主驱动支链和手爪驱动机构与实施例1相同；所述布置在动平台8上的手爪15和扭簧14与实施例1相同；所述设置在主驱动支链上的手爪驱动机构以及手爪15和扭簧14的数量为1套，在手爪15的对面布置了一个固定手爪16与动平台8固连。

实施例4

如图9和图10所示，本实施例与实施例2不同在于，所述的动平台由水平放置改成垂直立柱式放置，所述的第一条支链和第二条支链水平放置在立柱式固定平台的中部，第三条支链垂直放置在立柱式固定平台的前方，所述的驱动臂1和主动臂2放置在电机10和减速器11的上方，所述的第一条支链、第二条支链后面均设置了手爪驱动机构；所述设置在动平台8上的手爪15通过转动副与动平台8相连，该转动副的轴线与杆17的轴线重合，所述的杆17与动平台8通过转动副连接，所述的第二摆动杆7与杆17固定连接，所述扭簧14的也布置在该转动副上，扭簧14的轴线与该转动副轴线重合；所述的手爪15和扭簧14与布置在第二摆动杆7的下方；所述的扭簧14一端与杆17固定连接，另一端与手爪15固定连接；所述设置在主驱动支链上的手爪驱动机构以及手爪15和扭簧14的数量为2套，对称布置在动平台8上；所述的主驱动支链和手爪驱动机构与实施例1相同；所述的从动臂组件与实施例1相同。

实施例5

如图11和图12所示，本实施例与实施例4不同在于所述的三条支链，只有第一条支链后面布置了手爪驱动机构，所述设置在主驱动支链上的手爪驱动机构以及手爪15和扭簧14的数量为1套，在其对称位置放置了一个固定手爪16与动平台8固连；所述的手爪15、扭簧14以及它们之间的连接与实施例4相同，所述的主驱动支链和手爪驱动机构与实施例1相同；所述的固定平台9与实施例4相同；所述的从动臂组件与实施例1相同。

Claims (6)

1.一种机械手和手爪一体化的机构，包括固定平台(9)和动平台(8)，并联连接在固定平台(9)和动平台(8)之间的三条主驱动支链；其特征在于，还包括设置在主驱动支链上的手爪驱动机构、设置在动平台(9)上的手爪(15)和扭簧(14)；

所述三条主驱动支链的结构相同，包括驱动电机(10)、减速器(11)、主动臂(2)和从动臂组件，并依次相连；所述主动臂(2)一端通过转动副与固定平台(9)连接，另一端与从动臂组件相连；所述从动臂组件与动平台(8)相连；所述驱动电机(10)、减速器(11)固定在固定平台(9)上，所述驱动电机(10)通过减速器(11)驱动主动臂(2)转动并通过从动臂组件带动与之相连的动平台(8)平移运动；

所述从动臂组件包括上连杆(6a)、下连杆(6b)以及并联连接在上连杆(6a)和下连杆(6b)之间的两根连接杆；所述两根连接杆的两端分别与上连杆(6a)和下连杆(6b)铰接，形成四边形机构；所述上连杆(6a)和下连杆(6b)的长度相等；两根连接杆的长度相等；所述主动臂(2)与上连杆(6a)中间相连，所述动平台(8)与从动臂组件中下连杆(6b)的中间相连；所述上连杆(6a)的轴线与主动臂(2)转动副轴线平行；

所述手爪驱动机构，包括驱动电机(12)、减速器(13)、驱动臂(1)、拉杆(3)、第一摆动杆(4)、从动连杆(5)、第二摆动杆(7)；所述驱动电机(12)和减速器(13)固定在固定平台(9)上；所述驱动臂(1)的一端通过转动副与固定平台(9)连接，所述驱动电机(12)通过减速器(13)驱动驱动臂(1)；所述驱动臂(1)的另一端通过转动副与拉杆(3)连接，拉杆(3)另一端通过转动副与第一摆动杆(4)相连，第一摆动杆(4)通过转动副与主动臂(2)相连，驱动臂(1)、拉杆(3)以及第一摆动杆(4)上的这些转动副轴线平行于所述主驱动支链的主动臂(2)与固定平台(9)连接的转动副轴线；

所述第一摆动杆(4)的另一端与从动连杆(5)通过虎克铰或球铰铰接，从动连杆(5)的另一端与第二摆动杆(7)通过虎克铰或球铰铰接；所述第二摆动杆(7)与动平台(8)通过转动副连接，该转动副轴线平行于对应主驱动支链下连杆(6b)的轴线；

所述手爪(15)通过转动副与动平台(8)相连，该转动副的轴线与第二摆动杆(7)和动平台(8)相连的转动副的轴线重合，所述扭簧(14)的也布置在该转动副上，扭簧(14)的轴线与该转动副轴线重合；所述扭簧(14)的一端与手爪(15)固连，另一端与第二摆动杆(7)固连。

2.根据权利要求1所述的一种机械手和手爪一体化的机构，其特征在于，所述从动臂组件采用空间4S四边形机构，即所述两根连接杆与上连杆(6a)和下连杆(6b)之间通过球铰连接；主动臂(2)与上连杆(6a)固连，下连杆(6b)与动平台(8)固连。

3.根据权利要求1所述的一种机械手和手爪一体化的机构，其特征在于，所述从动臂组件采用平面4R平行四边形机构，即所述两根连接杆与上连杆(6a)和下连杆(6b)之间通过转动副连接；主动臂(2)与上连杆(6a)通过转动副连接，该转动副的轴线平行于主动臂(2)与固定平台(9)相连的转动副的轴线；所述下连杆(6b)与动平台(8)通过转动副连接，该转动副的轴线与下连杆(6b)的轴线重合。

4.根据权利要求1所述的一种机械手和手爪一体化的机构，其特征在于，所述三条主驱动支链中的主动臂(2)与固定平台(9)连接的转动副水平布置，并且两两相隔120°均匀布置。

5.根据权利要求1所述的一种机械手和手爪一体化的机构，其特征在于，所述三条主驱动支链的其中两条主动臂(2)的转动副轴线与另外一条主动臂(2)的转动副轴线垂直。

6.根据权利要求1所述的一种机械手和手爪一体化的机构，其特征在于，所述设置在主驱动支链上的手爪驱动机构以及手爪(15)和扭簧(14)的数量均为1至3套。

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