一种夹持和搬运机械手的制作方法

本发明涉及机械手领域技术，尤其是指一种夹持和搬运机械手。

背景技术：

机械手能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。机械手是最早出现的工业机器人，也是最早出现的现代机器人，它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。近年来，随着现代化社会和科技的发展，物体的轮廓形状也逐渐由简单变为复杂，由方形向曲面过渡。传统机械手的手指形状大多数是为了夹持方形几何体而设计的，已不能满足对轮廓形状为曲面的物体进行安全夹持的需求。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明针对现有技术存在之缺失，其主要目的是提供一种夹持和搬运机械手，其能有效解决现有之机械手不能满足对轮廓形状为曲面的物体进行安全夹持需求的问题。

为实现上述目的，本发明采用如下之技术方案：

一种夹持和搬运机械手，包括有基座、转座、双臂机构、真空泵、送指机构、基础弧形手指库以及两夹紧机构；该转座可转动地安装于基座上，该基座上设置有驱动机构，该驱动机构带动转座来回转动，该转座的顶部设置有支撑板，该双臂机构设置于支撑板上；该两夹紧机构分别设置于双臂机构的两自由端，每一夹紧机构均为电磁式栅栏夹紧机构，每一夹紧机构均包括有上栅栏、下栅栏、两支撑杆和两弧形手指，该两支撑杆左右设置，上栅栏的左右两端和下栅栏的左右两端均分别与两支撑杆转动连接，上栅栏的内部设置有缠有通电线圈的铁芯，下栅栏的内部设置有相互绝缘的通电导线，该上栅栏的中部与下栅栏的中部之间抵推有弹簧，上栅栏的中部设置有推杆，该推杆连接双臂机构的自由端；该真空泵通过真空气管连接弧形手指；该送指机构和基础弧形手指库配合使用，实现弧形手指间的配合使用及自动自动功能。

作为一种优选方案，所述驱动机构包括有步进电机和直齿圆柱齿轮副，该步进电机通过直齿圆柱齿轮副带动转座转动。

作为一种优选方案，所述步进电机位于基座上，该直齿圆柱齿轮副位于基座内部。

作为一种优选方案，所述转座通过轴承可转动地安装于基座上。

作为一种优选方案，所述双臂机构包括有支架、主动齿轮、从动齿轮、驱动电机、两主动带轮、两从动带轮和两摆臂，该主动齿轮和从动齿轮左右对称设置于支架上，主动齿轮与从动齿轮齿合，该驱动电机设置于支撑板上，该驱动电机带动主动齿轮转动，该两主动带轮分别与主动齿轮、从动齿轮同轴设置，该两从动带轮左右对称设置，并分别位于主动齿轮和从动齿轮的外侧斜上方，该两主动带轮与对应的从动带轮之前连接有传动带，该两摆臂分别固定于两从动带轮上。

作为一种优选方案，所述摆臂包括有摆杆、转动电机和转杆，该摆杆的一端与对应的从动带轮固定连接，该转动电机固定于摆杆的另一端，转杆的一端与转动电机的输出轴连接，转杆的另一端与前述推杆连接。

作为一种优选方案，所述支撑板上设置有动平衡质量块，该动平衡质量块与驱动电机径向对称设置。

作为一种优选方案，所述送指机构包括有手指库、卡爪、轴、齿轮、连接盘、传动盘、移动液压缸、齿条和转动液压缸，该卡爪和轴分别设置于手指库的两侧，该齿轮、连接盘和传动盘均设置于轴上，该传动盘具有销子，该移动液压缸设置于轴的尾端，该齿条位于齿轮、连接盘和传动盘的外围，该转动液压缸带动齿条左右移动。

作为一种优选方案，所述基础弧形手指库中包含5种形状的手指，其分别为：柱面手指、锥面手指、球面手指、螺旋面手指和花瓶面手指。

本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果，具体而言，由上述技术方案可知：

一、本发明的内部带有通电线圈铁芯的电磁式栅栏夹紧机构当通入指定方向的电流时能够通过控制铁芯上电流大小的变化使得上栅栏中的铁芯对下栅栏中的导线吸引力逐渐由小变大，实现手部夹紧过程的先慢后快，松开过程时先快后慢，减少了手指与物体之间的刚性冲击，可防止在抓取过程时由于夹紧力突然过大夹碎物品及释放时夹紧力突然过小导致物品掉落的现象发生，实现轻拿轻放。

二、本发明的内壁附有柔性物体的弧形手指接通真空设备能够确保在夹持及搬运物体过程中不会损伤物体表面及掉落，确保物体表面美观性，提高设备安全性。

三、本发明的基础弧形手指库与可调式送指机构配合使用可实现自动送指功能，在夹取过程中，可自由切换所需要的手指，手指相互配合使用，能够满足大多数具有曲面轮廓的物体的夹持需求，提高工作效率。

四、本发明使用的机构有效，实用性及经济性都比较好，且能较精确且高效率的实现曲面类轮廓形状的物体抓取及移动过程。其双臂机构结构简单紧凑，可以减少机械手占地面积，降低机械手生产成本，提高夹持及搬运效率。

为更清楚地阐述本发明的结构特征和功效，下面结合附图与具体实施例来对本发明进行详细说明：

附图说明

图1是本发明之较佳实施例的结构示意图；

图2是本发明之较佳实施例中双臂机构的放大示意图；

图3是本发明之较佳实施例中夹紧机构的放大示意图；

图4是本发明之较佳实施例中转座的放大示意图；

图5是本发明之较佳实施例中送指机构的放大示意图；

图6是本发明中弧形手指的各手指端面形状及相应的母线方程。

附图标识说明：

10、基座 11、轴承

20、转座 21、支撑板

22、动平衡质量块 30、双臂机构

31、支架 32、主动齿轮

33、从动齿轮 34、驱动电机

35、主动带轮 36、从动带轮

37、摆臂 371、摆杆

372、转动电机 373、转杆

38、传动带 40、真空泵

41、真空气管 50、送指机构

51、手指库 52、卡爪

53、轴 54、齿轮

55、连接盘 56、传动盘

561、销子 57、移动液压缸

58、齿条 59、转动液压缸

60、夹紧机构 61、上栅栏

62、下栅栏 63、支撑杆

64、弧形手指 65、铁芯

66、弹簧 67、推杆

70、驱动机构 71、步进电机

72、直齿圆柱齿轮副

具体实施方式

请参照图1至图5所示，其显示出了本发明之较佳实施例的具体结构，包括有基座10、转座20、双臂机构30、真空泵40、送指机构50、基础弧形手指库(图中未示)以及两夹紧机构60。

该转座20可转动地安装于基座10上，该基座10上设置有驱动机构70，该驱动机构70带动转座20来回转动，该转座20的顶部设置有支撑板21，具体而言，所述驱动机构70包括有步进电机71和直齿圆柱齿轮副72，该步进电机71通过直齿圆柱齿轮副72带动转座20转动，所述步进电机71位于基座10上，该直齿圆柱齿轮副72位于基座10内部，以及，所述转座20通过轴承11可转动地安装于基座10上。

该双臂机构30设置于支撑板21上；该两夹紧机构60分别设置于双臂机构30的两自由端，每一夹紧机构均60为电磁式栅栏夹紧机构，每一夹紧机构60均包括有上栅栏61、下栅栏62、两支撑杆63和两弧形手指64，该两支撑杆63左右设置，上栅栏61的左右两端和下栅栏62的左右两端均分别与两支撑杆63转动连接，上栅栏61的内部设置有缠有通电线圈的铁芯65，下栅栏62的内部设置有相互绝缘的通电导线(图中未示)，该上栅栏61的中部与下栅栏62的中部之间抵推有弹簧66，上栅栏61的中部设置有推杆67，该推杆67连接双臂机构30的自由端。

具体而言，所述双臂机构30包括有支架31、主动齿轮32、从动齿轮33、驱动电机34、两主动带轮35、两从动带轮36和两摆臂37，该主动齿轮32和从动齿轮33左右对称设置于支架31上，主动齿轮32与从动齿轮33齿合，该驱动电机34设置于支撑板21上，该驱动电机34带动主动齿轮32转动，该两主动带轮35分别与主动齿轮32、从动齿轮33同轴设置，该两从动带轮36左右对称设置，并分别位于主动齿轮32和从动齿轮33的外侧斜上方，该两主动带轮35与对应的从动带轮36之前连接有传动带38，该两摆臂37分别固定于两从动带轮36上。在本实施例中，所述摆臂37包括有摆杆371、转动电机372和转杆373，该摆杆371的一端与对应的从动带轮36固定连接，该转动电机372固定于摆杆371的另一端，转杆373的一端与转动电机372的输出轴连接，转杆373的另一端与前述推杆67连接，并且，所述支撑板21上设置有动平衡质量块22，该动平衡质量块22与驱动电机34径向对称设置。

该真空泵40通过真空气管41连接弧形手指64。

该送指机构50和基础弧形手指库配合使用，实现弧形手指64间的配合使用及自动自动功能。如图5所示，所述送指机构50包括有手指库51、卡爪52、轴53、齿轮54、连接盘55、传动盘56、移动液压缸57、齿条58和转动液压缸59，该卡爪52和轴53分别设置于手指库51的两侧，该齿轮54、连接盘55和传动盘56均设置于轴53上，该传动盘56具有销子561，该移动液压缸57设置于轴53的尾端，该齿条58位于齿轮54、连接盘55和传动盘56的外围，该转动液压缸59带动齿条58左右移动。

所述基础弧形手指库中包含5种形状的手指，其分别为：柱面手指、锥面手指、球面手指、螺旋面手指和花瓶面手指。

弧形手指由端面沿弧形母线扫描而成，各手指端面形状及母线方程如如图6所示：工作时，步进电机71通过直齿圆柱齿轮副72将动力传递给转座20及支撑板21，从而实现机械手腰关节转动。双臂机构30的驱动电机34驱动主动齿轮32转动，通过齿轮副连接带动从动齿轮33转动，主动齿轮32和从动齿轮33均通过花键与两主动带轮35所在的轴连接，当驱动电机34驱动主动齿轮32和从动齿轮33转动时，两主动带轮35转动，同时带动从动带轮36转动，摆臂37会同时向上或向下摆动。摆臂37上的转动电机372驱动转杆373转动。当上栅栏61内的线圈与下栅栏62内的导线上的电流方向相反，即一个为顺时针方向另一个为逆时针方向时，下栅栏62中的导线会在上栅栏61通电线圈产生的磁场中收到安培力背离上栅栏61移动，机械手夹紧物体，通过控制铁芯65上电流的大小来控制上下栅栏间的夹紧力大小，实现夹紧过程先慢后快，防止夹紧过程时由于夹紧力突然过大夹碎物品。同时为避免上下栅栏相互运动之间产生的冲击，增加辅助的弹簧66用以缓冲。

当机械手需要更换手指时，从动带轮36转动将双臂维持在水平位置，移动液压缸57的右腔通压力油，活塞杆推动轴53向左移动，同时与轴53 固连的传动盘56向左移动，传动盘56上的销子561插入连接盘55的销孔中，连接盘与齿轮54通过螺钉连接，当手指库51到达移到换指位置时，转动液压缸59工作，带动齿条58左右移动，通过齿轮54、连接盘55、传动盘56将动力传给轴53，使手指库51中所需要的手指转到换指位置，卡爪52与手指内壁相连接，待电磁式栅栏夹紧机构与手指连接结束后，移动液压缸57带动手指库51返回原始位置，完成送指操作，送指机构50有左右两个，关于机械手转座20中心轴对称，本发明仅以右侧的送指机构50为例进行说明。

弧形手指64内壁带有小孔，当手指从两侧并拢夹紧物体时，真空泵40工作，将手指内表面与被夹持物体之间的空气通过手指内表面小孔排出，通过压强原理，物体被吸附在手指内表面上，防止物体倾斜掉落。为表述简洁清楚，此处仅以花瓶面手指夹取LED灯杯散热体为例。LED灯杯散热体轮廓为为上宽下窄的形状，此时仅选用花瓶面手指即可实现对LED灯杯散热体的夹取，当手指并拢后上部圆口位置较宽，下部圆口位置较窄，散热体不会竖直滑落，当被夹持物体到达指定位置时，真空设备关闭，并给上下栅栏内的线圈与导线加上方向相同的电流，下栅栏62会向上栅栏61的方向移动，机械手释放物体，同夹紧过程原理相同，释放过程先快后慢，防止释放时夹紧力突然过小导致物品掉落。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。