一种单电机驱动的机械手装置的制作方法

本实用新型属于机器人技术领域，具体为一种单电机驱动的机械手装置。该装置为一种生产线上转运物料的通用机械手装置。

背景技术：

生产线上的简单实用的机械手装置是自动化生产必不可少的关键部件。

现阶段投入使用的机械手装置大多采用液压组或串联电机的方式实现操作，如常见的数控加工中心所采用的换刀机械手，实现抓取和运输这两个动作是依靠两个电动机分别驱动手臂和手指，通过PLC进行控制，两套驱动系统相互独立，由于抓取和运输两个动作是交替进行的，在整个操作周期内，两套驱动系统总有一套是闲置的。虽然在这种驱动方式在多种应用场合下可以胜任大部分工作，但是也存在着一些缺点，如这样的动力配置依赖于复杂的控制系统，多电机增加重量，成本，而且电气装置过于复杂，故障率过高，维护保养要求高。

电机通过键传动输出转矩，轴和齿轮、带轮通过键固连在一起，这样只能实现同一根轴上的部件同步转动。

现有单电机欠驱动机械爪采用多自由度多连杆机构，采用被动驱动的方式，当某个自由度受到外界限制时，才会驱动第二个动作，系统可控性较弱，缺乏柔性。

对于特定的工作环境，多电机驱动机械手功能可能存在冗余和浪费，在这种情况下，需要一种结构简单，可靠，具有一定柔性和可控性，又能实现现有机械手功能的新型机械手。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本实用新型拟解决的技术问题是，提供一种单电机驱动的机械手装置。该装置以单电机--同轴反装棘轮组替代双电机独立驱动的方案，充分发挥已有部件的使用价值，并充分利用现有资源，在实现抓取和转运功能的基础上做到节约成本，提高可靠性。

本实用新型解决所述技术问题的技术方案是，提供一种单电机驱动的机械手装置，包括手臂和手指，其特征在于所述手指包括动指和固定指，动指和固定指的上部连接；所述手臂包括机架、一个步进电机、主动轴、连杆和主轴棘轮减速传动系统，所述一个步进电机通过电机固定架与外机架固定连接，在机架内安装主轴棘轮减速传动系统，步进电机的输出端通过主动轴与主轴棘轮减速传动系统连接；主轴棘轮减速传动系统通过连杆与动指连接，固定指与机架的右端连接；

所述主轴棘轮减速传动系统包括一个大棘轮、两个小棘轮、两个大棘轮爪、四个小棘轮爪、传动轴、传动终轴、四个同步齿形带轮和两条同步齿形带；四个同步齿形带轮分别是第一级减速系统中的主动同步齿形带轮、第一级减速系统中的被动同步齿形带轮、第二级减速系统中的主动同步齿形带轮和第二级减速系统中的被动同步齿形带轮；大棘轮在靠近步进电机一侧通过套筒正向安装在主动轴上，两个大棘轮爪一端安装在机架上，另一端与大棘轮相啮合，在大棘轮爪与机架之间连接拉力弹簧；一个小棘轮通过套筒反向安装在主动轴上，两个小棘轮爪一端安装在第一级减速系统中的主动同步齿形带轮的内侧，另一端与小棘轮啮合，在小棘轮爪与第一级减速系统中的主动同步齿形带轮之间连接拉力弹簧；主动轴与机架形成保留一个绕轴方向的转动自由度的连接，主动轴一端通过联轴器与步进电机的电机轴固定；传动轴位于主动轴的右侧，且传动轴与机架形成保留一个绕轴方向转动自由度的连接；传动终轴位于传动轴的右侧，在传动终轴的靠近步进电机的一端固定在机架上；

同步齿形带一端套在第一级减速系统中的主动同步齿形带轮上，另一端套在第一级减速系统中的被动同步齿形带轮上；所述第一级减速系统中的被动同步齿形带轮和第二级减速系统中的主动同步齿形带轮套在传动轴上，二者之间通过套筒隔开，另一条同步齿形带一端套在第二级减速系统中的主动同步齿形带轮上，另一端套在第二级减速系统中的被动同步齿形带轮上；另一个小棘轮正装在传动终轴上，两个小棘轮爪一端安装在第二级减速系统中的被动同步齿形带轮的内侧，另一端与该小棘轮啮合，该小棘轮爪与第二级减速系统中的被动同步齿形带轮之间连接拉力弹簧；传动终轴的远离步进电机的一端连接转盘；所述连杆的一端通过销钉与转盘连接，另一端与动指中的连接轴连接；所述动指的上部通过销钉转动连接在机架上。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：

1.结构简单：本装置利用一个步进电机实现两个步进电机的功能，仅通过一个步进电机正传和反转的动作，在一定范围内，可以实现在驱动手指运动时，使手臂保持不动，反之亦可，进而实现机械手装置抓取和转运的动作，机械手装置夹持力大，结构简单，采用单一动力机构，显著减轻了机器人的重量，节约了一个步进电机。

2.可控性强：采用棘轮传动方式，实现了两个动作互不干扰，并拥有一定的自锁功能，提高了抓取和转运的可靠性与稳定性。

3.可靠性好：以机械传动方式(一般来说，机械传动的可靠性要优于电器控制，如汽车的转向和速度控制都为机械控制而不采用电气控制和微电子控制(如控制芯片)，棘轮正传时，带有棘轮爪的外轮会被带动，而棘轮反转时，带有棘轮爪的外轮就不会转动，这是由棘轮的结构决定的，不会受到外界因素任何的干扰)替代电气控制，提高了机构整体的抗干扰性和可靠性。

附图说明

图1为本实用新型单电机驱动的机械手装置一种实施例的整体结构俯视图；

图2为本实用新型单电机驱动的机械手装置一种实施例的整体结构主视图；

图3为图1中I的局部放大图；

图中，1、步进电机；2、电机固定架；3、外机架；4、大棘轮；5、大棘轮爪；6、机架；7、第一级减速系统中的主动同步齿形带轮；8、小棘轮爪；9、小棘轮；10、主动轴；11、同步齿形带；12、第一级减速系统中的被动同步齿形带轮；13、传动轴；14、第二级减速系统中的主动同步齿形带轮；15、转盘；16、销钉；17、连杆；18、动指；19、连接轴；20、橡胶垫片；21、第二级减速系统中的被动同步齿形带轮；22、传动终轴；23、联轴器；24、拉力弹簧。

具体实施方式

下面将对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，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的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。

本实用新型单电机驱动的机械手装置(简称装置，参见图1-3)包括手臂和手指，所述手指能够张开和闭合抓取物体，包括动指18和固定指，动指18和固定指的上部连接；所述手臂包括机架6、一个步进电机1、主动轴10、连杆17和主轴棘轮减速传动系统，所述一个步进电机1通过电机固定架2与外机架3固定连接，在机架6内安装主轴棘轮减速传动系统，步进电机1的输出端通过主动轴10与主轴棘轮减速传动系统连接；主轴棘轮减速传动系统通过连杆17与动指18连接，固定指与机架6的右端连接，且二者为一体结构；

所述主轴棘轮减速传动系统包括一个大棘轮4、两个小棘轮9、两个大棘轮爪5、四个小棘轮爪8、传动轴13、传动终轴22、四个同步齿形带轮(7、12、14和21)和两条同步齿形带11；四个同步齿形带轮分别是第一级减速系统中的主动同步齿形带轮7、第一级减速系统中的被动同步齿形带轮12、第二级减速系统中的主动同步齿形带轮14和第二级减速系统中的被动同步齿形带轮21；大棘轮4在靠近步进电机1一侧通过套筒正向安装在主动轴10上，两个大棘轮爪5一端安装在机架6上，另一端与大棘轮4相啮合，在大棘轮爪5与机架6之间连接拉力弹簧24；一个小棘轮9通过套筒反向安装在主动轴10上，两个小棘轮爪8一端安装在第一级减速系统中的主动同步齿形带轮7的内侧，另一端与小棘轮9啮合，在小棘轮爪8与第一级减速系统中的主动同步齿形带轮7之间连接拉力弹簧24；传动轴13位于主动轴10的右侧，传动终轴22位于传动轴13的右侧；

一条同步齿形带11一端套在第一级减速系统中的主动同步齿形带轮7上，另一端套在第一级减速系统中的被动同步齿形带轮12上；主动轴10通过深沟球轴承、轴承端盖、螺钉与机架6形成保留一个绕轴方向的转动自由度的连接，主动轴10一端通过联轴器23与电机轴固定；所述第一级减速系统中的被动同步齿形带轮12和第二级减速系统中的主动同步齿形带轮14套在传动轴13上，二者之间通过套筒隔开，传动轴13通过套筒、深沟球轴承、轴承端盖，螺钉与机架6形成保留一个绕轴方向转动自由度的连接；另一条同步齿形带一端套在第二级减速系统中的主动同步齿形带轮14上，另一端套在第二级减速系统中的被动同步齿形带轮21上；另一个小棘轮9正装在传动终轴22上，两个小棘轮爪8一端安装在第二级减速系统中的被动同步齿形带轮21的内侧，另一端与该小棘轮9啮合，该小棘轮爪8与第二级减速系统中的被动同步齿形带轮21之间连接拉力弹簧24；在传动终轴22的靠近步进电机1的一端依次套上深沟球轴承、套筒、深沟球轴承，并以轴承端盖覆盖，固定在机架6上，传动终轴22的远离步进电机1的一端连接转盘15；所述连杆17的一端通过销钉16与转盘15连接，另一端与动指18中的连接轴19连接；所述动指18的上部通过销钉转动连接在机架6上，在动指18和固定指的内侧均安装有橡胶垫片20。

本实用新型的工作原理和工作流程是：当机械手装置做转动动作时，步进电机1顺时针转动，带动主动轴10转动，此时主动轴10上的大棘轮4与机架6连接的两个大棘轮爪5转动，进而带动机架6转动，而主动轴10上的小棘轮9由于反装不会带动第一级减速系统中的主动同步齿形带轮7转动，第二级减速系统中的被动同步齿形带轮21由于与其配合的小棘轮正装，也不会因同步齿形带的滑动而转动。

当机械手装置转动到预定位置后，步进电机1逆时针转动，此时主动轴10上的小棘轮9通过小棘轮爪8带动第一级减速系统中的主动同步齿形带轮7逆时针转动，通过同步齿形带11带动传动轴13逆时针转动，通过第二条同步齿形带带动传动终轴22上的第二级减速系统中的被动同步齿形带轮21逆时针转动，通过小棘轮爪带动传动终轴22上的小棘轮逆时针转动，通过平键带动传动终轴22逆时针转动，通过销钉16带动连杆17摆动，进而带动动指18摆动，从而完成抓取和放下物料的动作。

上述四个同步齿形带轮和两条同步齿形带组成转矩传动系统，其作用是：

1.步进电机1的输出轴逆时针转动时在主动轴10与传动终轴22之间传递转矩，同时起到减速的作用，使抓取和放下物料的操作更平稳。

2.在步进电机1顺时针转动或停机时，起到动指18自锁的作用。

传动终轴22上小棘轮的作用是：

1.在步进电机1输出轴逆时针转动时，传递转矩。

2.在步进电机1输出轴顺时针转动或停机时，与主动轴10上反装的小棘轮9形成双保险机构，保证在何种情况下，传动轴13都不会顺时针转动。

本实用新型中所述的“左”、“右”等方位词语是一个相对概念，以图1中主动轴10所在方向为左，以动指18所在方向为右。

本实用新型未述及之处适用于现有技术。