一种钢丝绳驱动的手爪机构的制作方法

本发明涉及一种手爪机构，具体说，涉及钢丝绳驱动的手爪机构。

背景技术：

随着科技的不断发展，越来越多的地方采用自动化技术代替传统的人工操作，以帮助人们更好的完成一定的工作。在服务机器人领域，机器人或机械手通过末端执行器进行操作，手爪也是使用的末端执行器之一。对于一些小型高负载长距离伸缩的服务机器人，手爪上装电机会增加手爪的重量导致机械臂承重下降，或手爪及机械臂尺寸较小使电机失去安装空间。本发明的手爪具有占用空间小、多功能夹持的优点，实现了手爪与驱动电机的分离，有助于提高机械臂的承载能力。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种钢丝绳驱动的手爪机构，以解决上述问题。

本发明的实施例提供了一种钢丝绳驱动手爪机构，其特征在于，该手爪机构包括，手爪单元和驱动单元，手爪单元包括左卡爪、右卡爪、左卡爪基座、右卡爪基座、腕部、腕部连接轮、U型架、一级左前导向轮、二级左前导向轮、一级右前导向轮、二级右前导向轮、一级左后导向轮、二级左后导向轮、一级右后导向轮、二级右后导向轮、左钢丝绳、右钢丝绳、俯仰钢丝绳，驱动单元包括左直流电机、右直流电机、俯仰直流电机、左绕线轮、右绕线轮、俯仰导向轮、左电机支架、右电机支架、俯仰电机支架及底板。该手爪机构上绕过三条钢丝绳，分别为左钢丝绳、右钢丝绳和俯仰钢丝绳，左钢丝绳的一端绕在左驱动单元的左绕线轮上，另一端绕在左卡爪基座的沟槽上，通过左直流电机驱动左绕线轮旋转，实现左钢丝绳沿一级左线管、二级左线管的伸缩，进而实现左卡爪基座沿卡爪旋转轴的旋转，从而实现左卡爪基座的摆动；右钢丝绳的一端绕在右驱动单元的右绕线轮上，另一端绕在右卡爪基座的沟槽上，通过右直流电机驱动右绕线轮旋转，实现右钢丝绳沿一级右线管、二级右线管的伸缩，进而实现右卡爪基座沿卡爪旋转轴的旋转，从而实现右卡爪基座的摆动；通过左卡爪基座与右卡爪基座的相对偏转，实现手爪单元的开合和摆动；俯仰钢丝绳的一端绕在俯仰驱动单元的俯仰绕线轮上，另一端绕在腕部连接轮的沟槽上，通过俯仰直流电机驱动俯仰绕线轮旋转，实现俯仰钢丝绳沿一级俯仰线管、二级俯仰线管的伸缩，进而实现腕部沿腕部旋转轴的旋转，从而实现腕部的俯仰。

进一步，左卡爪与左卡爪基座通过螺钉连接，右卡爪与右卡爪基座通过螺钉连接；左卡爪基座、右卡爪基座与腕部通过卡爪旋转轴连接，腕部上装有一级左前导向轮、二级左前导向轮、一级右前导向轮和二级右前导向轮，左钢丝绳经过一级左前导向轮导向绕过左卡爪基座的沟槽，右钢丝绳经过一级右前导向轮导向绕过右卡爪基座的沟槽；腕部连接轮装配在腕部的后端U型槽内；腕部与腕部连接轮通过腕部旋转轴与U型架相连，同时在腕部旋转轴上装配一级左后导向轮、二级左后导向轮、一级右后导向轮和二级右后导向轮，两者对称分布在腕部与U型架之间，U型架尾部开有六个孔。

进一步，左直流电机安装在左电机支架上，右直流电机安装在右电机支架上，俯仰电机安装在俯仰电机支架上，左电机支架、右电机支架和俯仰电机支架并排安装在底板上，左绕线轮通过顶丝安装在左直流电机轴上，右绕线轮通过顶丝安装在右直流电机绕线轮上，俯仰绕线轮通过顶丝安装在俯仰直流电机绕线轮上。

进一步，左卡爪基座、右卡爪基座与腕部通过卡爪旋转轴连接，腕部与卡爪旋转轴采用过盈连接的方式，左卡爪基座、右卡爪基座与卡爪旋转轴采用过渡连接的方式。

进一步，左卡爪与右卡爪具有相同的长度和宽度，左卡爪与右卡爪的单侧都设置了一段锯齿及一个圆弧形的槽，用以实现不同物品的抓取。

进一步，左卡爪基座与右卡爪基座在靠近旋转轴线的位置均设置了一个定长的圆弧槽，在圆弧槽的旁边设置了一个圆柱状的凸台，左卡爪基座和右卡爪基座均安装在卡爪旋转轴上，左卡爪基座的凸台插入右卡爪基座的圆弧槽内，凸台沿圆弧槽运动，限制左卡爪基座和右卡爪基座的转动范围。

进一步，左卡爪基座沿圆周设置了一条圆环形的沟槽，左钢丝绳绕过该沟槽带动左卡爪和左卡爪基座绕卡爪旋转轴旋转；右卡爪基座与左卡爪基座具有相同的特征。

进一步，左卡爪基座沟槽直径切线方向应通过腕部安装的一级左前导向轮、二级左前导向轮轮槽，右卡爪基座与左卡爪基座具有相同的结构。

进一步，腕部与U型架通过腕部旋转轴连接，U型架与腕部旋转轴采用过盈连接的方式，腕部与腕部旋转轴采用过渡连接的方式。

进一步，U型架尾部设置了六个圆柱形孔，一级左线管、二级左线管、一级右线管、二级右线管、一级俯仰线管、二级俯仰线管分别插入各孔中，且采用过盈连接的方式固定在各孔中。

进一步，手爪单元与驱动单元采用一级左线管、二级左线管、一级右线管、二级右线管、一级俯仰线管、二级俯仰线管连接，一级左线管的一端固定在U型架尾部圆柱形孔中，另一端固定在左电机支架上；二级左线管、一级右线管、二级右线管、一级俯仰线管、二级俯仰线管与一级左线管具有相同的结构。

进一步，左驱动单元的左绕线轮在沟槽上设置了一个孔，左钢丝绳安装时形成的连接接头放置在该孔中；右绕线轮、俯仰绕线轮与左绕线轮具有相同的特征。

进一步，左卡爪基座与右卡爪基座沿转轴方向沟槽的宽度可容纳钢丝绳在其上绕5圈，腕部连接轮沟槽的宽度可容纳钢丝绳在其上绕4圈。

与现有技术相比本发明的有益效果是：该手爪实现了手爪单元与驱动单元的分离，具有占用空间小、质量轻的优点。同时，可以更换卡爪实现对不同物品的抓取；手爪具有2自由度，可以实现任意角度与方向的抓取，适用于操作空间小、负载较大的场合。

附图说明

图1是本发明一种钢丝绳驱动的手爪机构的轴测视图；

图2是手爪单元的爆炸视图；

图3是钢丝绳驱动的手爪机构在A-A平面的剖视图；

图4是钢丝绳驱动的手爪机构在B-B平面的剖视图；

图5是手爪单元的俯视图及局部放大图；

图6是手爪单元右侧钢丝绳绕线放大图；

图7是手爪单元左侧钢丝绳绕线放大图；

图8是左卡爪驱动单元的轴侧视图；

图9是右卡爪与右卡爪基座装配的轴侧视图；

图10是U型架轴侧视图。

具体实施方式

下面结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本发明的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所做的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本发明的保护范围之内。

参图1至图10所示，图1是该手爪机构的轴测视图，图2是手爪单元的爆炸视图，图3是该手爪机构在A-A平面的剖视图，图4是该手爪机构在B-B平面的剖视图，图5是手爪单元的俯视图及局部放大图，图6是手爪单元右侧钢丝绳绕线放大图，图7是手爪单元左侧钢丝绳绕线放大图，图8是左卡爪驱动单元的轴侧视图，图9是右卡爪与右卡爪基座装配的轴侧视图，图10是U型架轴侧视图。

本实施例提供了一种钢丝绳驱动的手爪机构，参图1～图10所示，该手爪机构包括手爪单元及驱动单元，手爪单元包括左卡爪1、右卡爪2、左卡爪基座17、右卡爪基座18、腕部3、卡爪旋转轴4、腕部连接轮5、U型架19、一级左前导向轮10、二级左前导向轮11、一级右前导向轮9、二级右前导向轮12、一级左后导向轮14、二级左后导向轮15、一级右后导向轮13、二级右后导向轮16、左钢丝绳22、右钢丝绳21、俯仰钢丝绳20、一级左线管24、二级左线管23、一级右线管25、二级右线管26、一级俯仰线管27、二级俯仰线管28，驱动单元包括左直流电机38、右直流电机39、俯仰直流电机40、左绕线轮35、右绕线轮36、俯仰绕线轮37、左电机支架32、右电机支架33、俯仰电机支架34、左电机支架盖29、右电机支架盖30、俯仰电机支架盖31及底板41。手爪单元放置在机械臂的末端，驱动单元放置在机架上，驱动单元通过钢丝绳驱动手爪单元实现手爪腕部的俯仰、卡爪的摆动及开合。

左卡爪1与左卡爪基座17通过螺钉连接，左卡爪基座17设置有定位槽，可以根据物品的不同拆卸左卡爪1。所述左卡爪1上设置有锯齿状的齿及圆弧槽，圆弧槽面用来加持圆弧状的表面，锯齿面用来加持柔性物体。所述右卡爪2与左卡爪1具有相同的特征。所述左卡爪基座17和右卡爪基座18靠近旋转轴线的位置均设置有一个定长的圆弧槽，在圆弧槽的旁边设置了一个圆柱状的凸台，左卡爪基座17和右卡爪基座18均安装在卡爪旋转轴4上，左卡爪基座17的凸台插入右卡爪基座18的圆弧槽内，凸台沿圆弧槽运动，限制左卡爪基座17和右卡爪基座18的转动范围。所述左卡爪基座17绕转动轴设置有圆环形沟槽，左钢丝绳22绕过圆环形沟槽用以驱动左卡爪基座17转动。所述右卡爪基座18绕转动轴设置有圆环形沟槽，钢丝绳21绕过圆环形沟槽用以驱动右卡爪基座18转动。所述腕部3设置了两个U型槽，开口较大的U型槽通过卡爪旋转轴4与左卡爪基座17及右卡爪基座18相连，所述卡爪旋转轴4与腕部3上的孔采用过盈配合，卡爪旋转轴4与左卡爪基座17、右卡爪基座18上的孔采用过渡配合。所述腕部3的两个U型槽之间设置了两个对称的斜平面，两个斜面上分别有两个圆柱形凸台，圆柱形凸台中心攻有螺纹孔。所述右光杆螺钉7穿过一级右前导向轮9、一级左前导向轮10连接在腕部3的圆柱形凸台上，右光杆螺钉7与一级左前导向轮10、一级右前导向轮9采用过渡配合。所述左光杆螺钉8穿过二级左前导向轮11、二级右前导向轮12连接在腕部3的圆柱形凸台上，右光杆螺钉8与二级左前导向轮11、二级右前导向轮12采用过渡配合。所述一级右前导向轮9、二级右前导向轮12的中间平面与所述右卡爪基座18的旋转圆柱面相切，右钢丝绳21绕过右卡爪基座18，进而通过安装在腕部3上的一级右前导向轮9、二级右前导向轮12。所述一级左前导向轮10、二级左前导向轮11的中间平面与所述左卡爪基座17的旋转圆柱面相切，左钢丝绳22绕过左卡爪基座17，进而通过安装在腕部3上的一级左前导向轮10、二级左前导向轮11。所述腕部连接轮5过盈安装在腕部3的尾部U型槽上，俯仰钢丝绳20绕腕部连接轮5上的圆柱面四圈，以增加俯仰钢丝绳20与腕部连接轮5上的圆柱面的接触面积，进而增大俯仰钢丝绳20与圆柱面摩擦力，从而实现腕部的俯仰。腕部3的尾部U型槽、腕部连接轮5、一级左后导向轮13、二级左后导向轮16、一级右后导向轮14、二级右后导向轮15与U型架19通过腕部旋转轴6连接在一起，一级左后导向轮14、一级右后导向轮13、二级左后导向轮15和二级右后导向轮16安装在腕部3的尾部U型槽与U型架19的U型槽之间，一级左后导向轮14、一级右后导向轮13位于腕部3的尾部U型槽的右侧，二级左后导向轮15、二级右后导向轮16位于腕部3的尾部U型槽的左侧。所述U型架19设置有U型槽，U型槽上设置有六个孔，左钢丝绳、右钢丝绳、俯仰钢丝绳分别穿过U型槽上的各孔与左驱动单元、右驱动单元、俯仰驱动单元相连。在各孔后面设置有较大的圆柱形孔，一级左线管、二级左线管、一级右线管、二级右线管、一级俯仰线管、二级俯仰线管分别插入U型架19尾部的各孔中，且一级左线管、二级左线管、一级右线管、二级右线管、一级俯仰线管、二级俯仰线管外圈与各孔采用过盈连接。所述U型架19中部设置有挡肩，尾部设置有方形连接块，方形连接块插入伸缩臂的末端，通过螺钉固定在伸缩臂上；挡肩用以手爪在伸缩臂上定位。

所述驱动单元有三个小驱动单元组成，分别为俯仰驱动单元、左驱动单元和右驱动单元，左驱动单元包括左直流电机38、左绕线轮35、左电机支架32和左电机支架盖29，右驱动单元包括右直流电机39、右绕线轮36、右电机支架33和右电机支架盖30，俯仰驱动单元包括俯仰直流电机40、俯仰绕线轮37、俯仰电机支架34和俯仰电机支架盖31。所述左驱动单元中，左直流电机38通过两个螺钉固定在左电机支架32上，左直流电机38的电机轴穿过左电机支架32上的孔与左绕线轮35相连，左电机支架32设置有半圆柱面凹槽，所述左电机支架盖29上也设置有半圆柱面凹槽，安装后，左电机支架盖29上的半圆柱面与左电机支架32上的半圆柱面构成一个整圆柱面，以固定一级左线管或二级左线管的一端。左电机支架32上设置了两个直槽口，螺栓穿过左电机支架32上的直槽口与底板41相连，使左电机支架32固定在底板41上。所述左绕线轮35的凸台上设置有螺纹孔，顶丝沿螺纹孔拧入，直到顶到左直流电机38的电机轴平面上，以实现左绕线轮35固定在左直流电机38的电机轴上；左绕线轮35的沟槽上设置了一个孔，绕过左绕线轮35的左钢丝绳22的接头放置在孔中。所述左驱动单元、右驱动单元、俯仰驱动单元在底板41上呈阶梯式排布，使左绕线轮35上的左钢丝绳22不被右绕线轮36上的一级右线管25、二级右线管26干扰，以实现左钢丝绳22的正常传动。右驱动单元、俯仰驱动单元与左驱动单元具有相同的结构。

所述左钢丝绳22绕过左驱动单元的左绕线轮35，穿过一级左线管24，又穿过U型架19尾部的孔，经由一级左后导向轮14导向，再经由一级左前导向轮10导向，而后绕过左卡爪基座17，再经由二级左前导向轮11、二级左后导向轮15导向，穿过U型架19尾部的孔，再穿过二级左线管23，最后绕回到左绕线轮35上。

所述右钢丝绳走线与左钢丝绳相似。

所述俯仰钢丝绳20绕过俯仰驱动单元的俯仰绕线轮37，穿过一级俯仰线管27，又穿过U型架19尾部的孔，而后绕过腕部连接轮5，再穿过U型架19尾部的孔，再穿过二级俯仰线管28，最后绕回到俯仰绕线轮37上。

所述一级左线管24一端固定在U型架19尾部的一个圆柱形孔中，采用过盈连接的方式，另一端固定在左电机支架32和左电机支架盖29上，采用上下压紧的固定方式；一级左线管24内部设置了小钢槽，左钢丝绳22在一级左线管24内部沿钢槽运动，且左钢丝绳22在一级左线管24内的长度不变，左钢丝绳22始终保持拉紧的状态，以实现左钢丝绳22在一级左线管24内的伸缩。其他线管与一级左线管具有相似的结构。

本发明提供一种机构，具有如下有益效果：

1)该手爪实现了手爪与电机驱动单元的分离，具有占用空间小、质量轻的优点，可以更换卡爪实现不同物品的抓取。

2)手爪具有2自由度，可以实现任意角度与方向的抓取，适用于操作空间小、负载较大的场合。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。