本发明涉及卡爪装夹技术领域，更具体的说，尤其涉及一种四爪式抓夹机械手。
背景技术：
卡爪夹具作为机械手装置中的一项重要技术，在机械结构中，是位于卡盘里主要用于卡住、夹持工件的零件，或把工件夹紧和定位的机床附件。大多在同一平台上呈360度环形均匀分布，两个及以上的个数卡爪同时向中心靠近或退出以完成工作。
卡爪在机械加工过程中，有自动与手动两种工作方式。但目前的机械装置及设备仅通过改变机构的组成形式或者增减卡爪的个数，以此来适应不同的应用场景。申请号为201720059335.x中国发明专利公开了一种电杆抓夹器，通过设置在机架中间的回转驱动装置转动与设置在机架左右的定位装置夹紧作用，使得电杆抓夹器可以一次性抓夹多根物件。申请号为201520610057.3中国发明专利公开了一种旋转抓夹，通过齿轮减速装置将动力装置的动力传递到圆盘，由圆盘带动两抓臂旋转，实现装置平稳旋转。申请号为201621090578.1中国发明专利公开了一种全自动下料机的料条抓夹装置，通过气缸活塞的伸缩运动，使抓夹联动，提高了电镀作业产品的质量。
但是，上述三个发明都是采用驱动零件联动的方式，运动方式单一，机构组成形式简单。并且，机械机构仅通过卡爪运动来影响抓夹零件效率与效果，对于支撑卡爪模块的平台、杆件没有创新设计，使得运作时自由度少，工作空间小，针对不同场景与作业装置的可适应力低。
针对上述不足，设计和开发一种新型抓夹机械手装置，以弥补足上述各个缺点，显得尤为必要。
技术实现要素：
本发明的目的在于解决现有的抓夹机械装置采用驱动零件联动的方式运动方式单一、机构组成形式简单的缺点，提出了一种四爪式抓夹机械手，该装置通过卡爪支撑平台的运动轨迹能够实现更大工作空间的抓夹动作。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：一种四爪式抓夹机械手，包括动平台、静平台、中心主动轴模块、抓夹手模块、至少三个结构完全形同的底部基座模块和至少三个结构完全相同的从动伸缩轴模块；底部基座模块和从动伸缩轴模块的数量相同，所有的底部基座模块均布在静平台上；所述中心主动轴模块下端固定在静平台的中心位置，中心主动轴模块的上端穿过动平台中心的圆形通孔；
所述底部基座模块包括三角固定支架、第一滑块、步进电机、第一联轴器、丝杆、第二滑块基座、固定轴承座、第二滑块基座端盖、第二滑块、步进电机固定支架、导轨、导轨固定块；所述三角固定支架固定在所述静平台上，三角固定支架的底部设置有一竖直的长方形凹槽，该长方形凹槽与设置在静平台上表面的长方形状凸条相配合；所述导轨固定块固定在所述三角固定支架的倾斜顶面上；步进电机通过步进电机固定支架固定在导轨固定块的一端，步进电机通过第一联轴器连接丝杆，丝杆通过两个固定轴承座安装在导轨固定块上，所述导轨固定块上安装有导轨，导轨与丝杆平行设置，导轨上套装有第一滑块，第二滑块固定在第一滑块上，第二滑块基座固定在第二滑块上，第二滑块基座端盖固定在第二滑块基座的上表面，所述第一滑块整体呈长方形状，第一滑块的底面设置有一与导轨相配合的长方形槽，所述第二滑块上设置有与所述丝杆相配合的螺纹孔；所述第一滑块、第二滑块、第二滑块基座和第二滑块基座端盖整体构成沿丝杆和导轨运动的滑动模块，所述第二滑块基座整体呈阶梯轴上，第二滑块基座的底面斜向切除形成新的底面，且新的底面通过螺栓固定在第二滑块上，第二滑块基座向上凸起的部分设置有球形凹槽，球形凹槽与从动伸缩轴模块的球头端相配合；第二滑块基座端盖安装在所述第二滑块基座上且将从动伸缩轴模块的球头端限制在球形凹槽内转动；
所述中心主动轴模块包括中心驱动电机、第二联轴器、中心推杆、中心运动块转轴轴座、中心运动块和中心推杆杆套，所述中心驱动电机固定在静平台的上表面的中心位置，中心驱动电机的电极头通过第二联轴器连接中心推杆杆套的下端，所述中心推杆杆套的上端设置有中心圆形凹槽，所述中心推杆呈圆柱体状，中心推杆的下端套装在中心推杆杆套的中心圆形凹槽内，中心推杆的下端设置有外螺纹，中心推杆杆套的中心圆形凹槽上设置有与中心推杆的下端的外螺纹相配合的内螺纹；中心运动块固定在所述中心推杆的上端；所述中心运动块转轴轴座设置有四个且均匀安装在所述中心运动块的上表面上，每个中心运动块转轴轴座均设置有用于连接抓夹手模块的卡爪一端的转动轴；
所述从动伸缩轴模块包括固定推杆下连接件、固定推杆、胡克铰链连接件、固定推杆上连接件和球头，所述固定推杆的一端通过固定推杆下连接件连接球头，所述球头安装在底部基座模块中第二滑块基座的球形凹槽内；所述固定推杆的另一端通过固定推杆下连接件连接胡克铰链连接件的一端，胡克铰链连接件的另一端固定在动平台的底部；所述从动伸缩轴模块也设置有五个，五个从动伸缩轴模块底部球头端对应设置在五个底部基座模块的第二滑块基座上，五个从动伸缩轴模块的上端均布在静平台的边缘位置；
所述抓夹手模块包括卡爪。第一带钩弹簧、第二带钩弹簧、第三带钩弹簧和动平台转轴轴座，所述卡爪整体呈n型，卡爪包括竖直设置的外侧边、垂直于外侧边设置的顶边、平行于外侧边设置的内上侧边和向远离外侧边一侧倾斜的内下侧边，所述卡爪的外侧边、顶边、内上侧边和内下侧边依次连接且一体式成型，卡爪的外侧边的下端通过动平台转轴轴座固定在动平台的上表面上，卡爪的外侧边的下端铰接在动平台转轴轴座上，所述卡爪的内下侧边的下端铰接在中心运动块转轴轴座上；所述第一带钩弹簧、第二带钩弹簧、第三带钩弹簧均平行设置，第一带钩弹簧设置在卡爪的外侧边和内上侧边之间，第二带钩弹簧设置在卡爪的外侧边和内下侧边的上端之间，第三带钩弹簧设置在卡爪的外侧边和内下侧边的中部之间；所述抓夹手模块设置有四个，四个抓夹手模块的卡爪的内下侧边对应铰接在四个中心运动块转轴轴座上；每一个卡爪的内上侧边上均设置有一个测力传感器。
进一步的，所述底部基座模块设置有3~5个，从动伸缩轴模块也设置有3~5个。
进一步的，所述中心运动块整体呈圆柱体状，中心运动块的底部中心设置有一圆形槽，中心推杆的上端插入中心运动块的圆形槽内并通过螺栓与中心运动块固定连接；中心运动块的上表面上设置有八个沉头孔，四个中心运动块转轴轴座通过穿过这八个沉头孔的螺栓固定在中心运动块的上表面上。
进一步的，所述静平台呈正五边形，底部基座模块设置有五个且分别设置在静平台中心到五个顶点的五条连线上，每条连线上均设置有一个用于对底部基座模块进行定位的长方形状凸条，该长方形状凸条与底部基座模块底部的长方形凹槽相配合，使三角固定支架固定在静平台上。
进一步的，所述动平台上的圆形通孔设置在动平台的中心，圆形通孔的内径略大于中心运动块，中心运动块在中心推杆的推拉作用下穿过动平台上的圆形通孔进行上下运动。
进一步的，所述胡克铰链连接件包括上端铰链连接件、中部铰链连接件和下端铰链连接件，上端铰链连接件与动平台固定连接，下端铰链连接件与固定推杆上连接件固定连接，中部铰链连接件整体呈正方体，上端铰链连接件铰接在中部铰链连接件上，下端铰链连接件铰接在中部铰链连接件上，上端铰链连接件与中部铰链连接件的铰接轴和下端铰链连接件与中部铰链连接件的铰接轴相互垂直。
进一步的，所述三角固定支架沿侧面开设有贯穿整个三角固定支架的三角形槽，导轨固定块通过紧定螺钉固定在三角固定支架上，固定轴承座通过紧定螺钉固定在三角固定支架上，步进电机固定支架通过紧定螺钉固定在三角固定支架上。
进一步的，所述卡爪的外侧边内侧、内上侧边内侧以及内下侧边的内侧均设置有用于弹簧钩挂的半圆形槽。
本发明的工作原理如下：当需要抓夹物件时，由中心主动轴模块中的中心驱动电机作为驱动源，中心驱动电机转动时通过第二联轴器带动中心推杆杆套运动，并通过中心推杆杆套一端承接中心推杆一端，使得中心推杆顺着中心推杆杆套中心的中心圆形凹槽向下运动。中心推杆的上端连接着中心运动块，中心运动块也跟着中心推杆向下运动；中心运动块向下运动是带动中心运动块上表面连着的四个中心运动块转轴轴座同时沿着动平台中间的圆形通孔往下运动，同时四个中心运动块转轴轴座通过旋转作用带动连着的四个卡爪一端向下运动。由于卡爪的另一端铰接在动平台转轴轴座上并动平台转轴轴座固定在动平台上，卡爪的另一端会向中心运动块所在位置转动，进而带动四个卡爪向内收紧。
当需要释放物件时，由中心主动轴模块中的中心驱动电机通过第二联轴器带动中心推杆杆套回转，并通过中心推杆杆套一端承接中心推杆一端，使得中心推杆顺着中心推杆杆套中心的中心圆形凹槽向上运动；中心推杆另一端连接着中心运动块，中心运动块也向上运动；中心运动块向上运动时带动四个中心运动块转轴轴座同时从动平台中间的圆形通孔下方往上方运动，四个中心运动块转轴轴座带动四个卡爪一端向上运动，由于卡爪的另一端铰接在动平台转轴轴座并动平台转轴轴座固定在动平台上，卡爪的另一端向动平台边界所在位置转动，进而实现四个卡爪向外松开。
当需要实现空间不同位置物件的抓夹时，由静平台上五个底部基座模块中五个步进电机作为驱动源，五个步进电机运动时通过第一联轴器带动丝杆转动，进而带动第二滑块和第一滑块组成的整体在导轨上滑动，同时带动连着第二滑块上的第二滑块基座运动，第二滑块基座顶面中心圆形槽与从动伸缩轴模块中球头的球面连接，带动球头运动，进而带动固定推杆的运动，固定推杆的上端通过固定推杆上连接件带动胡克铰链连接件组合运动，通过五个步进电机不同的转速，实现五组从动伸缩轴模块同时不等速运动，最终实现动平台带动卡爪对空间内不同位置的物件抓夹。
本发明的有益效果在于：本发明设计合理，加工和装配工艺良好；采用三组以上底部基座模块和从动伸缩轴模块，机构承载能力强、工作空间大的优点；中心主动轴模块采用中心驱动电机作为驱动源，通过静平台上设置的中心驱动电机与中心推杆杆套相连，驱动中心运动块的上下运动，为整个抓夹装置提供动力与能源保障；由中心主动轴模块、底部基座模块和从动伸缩轴模块三个部分组成的抓夹支承平台采用串并混联的结构，机构运动灵活，结构紧凑，可以实现空间任意位置的物件抓夹；抓夹手模块采用卡爪两端铰接一端运动的方式，由中心运动块带动卡爪的一端进行旋转，完成卡爪的抓夹与释放效果，具有结构简单紧凑，抓夹方便的特点；整个装置通过在抓夹手模块设置测力传感器，可控制抓夹力的大小，具有多个自由度的运动轨迹，且具有便捷、高效、智能的优点。
附图说明
图1是本发明一种四爪式抓夹机械手的整体结构示意图。
图2是本发明底部基座模块和部分静平台的结构示意图。
图3是本发明中心主动轴模块和静平台的结构示意图。
图4是本发明从动伸缩轴模块、底部基座模块和动平台的部分结构示意图。
图5是本发明抓夹手模块、动平台以及中心主动轴模块上半部分的结构示意图。
图中，1-三角固定支架、2-第一滑块、3-步进电机、4-第一联轴器、5-丝杆、6-第二滑块基座、7-固定推杆下连接件、8-固定推杆、9-动平台、10-卡爪、11-第一带钩弹簧、12-第二带钩弹簧、13-第三带钩弹簧、14-动平台转轴轴座、15-胡克铰链连接件、16-固定推杆上连接件、17-固定轴承座、18-球头、19-第二滑块基座端盖、20-第二滑块、21-步进电机固定支架、22-导轨、23-导轨固定块、24-静平台、25-第二联轴器、26-中心推杆、27-中心运动块转轴轴座、28-中心运动块、29-中心推杆杆套、30-测力传感器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
如图1~5所示，一种四爪式抓夹机械手，包括动平台9、静平台24、中心主动轴模块、抓夹手模块、至少三个结构完全形同的底部基座模块和至少三个结构完全相同的从动伸缩轴模块；底部基座模块和从动伸缩轴模块的数量相同，所有的底部基座模块均布在静平台上；所述中心主动轴模块下端固定在静平台24的中心位置，中心主动轴模块的上端穿过动平台9中心的圆形通孔；
所述底部基座模块包括三角固定支架1、第一滑块2、步进电机3、第一联轴器4、丝杆5、第二滑块基座6、固定轴承座17、第二滑块基座端盖19、第二滑块20、步进电机固定支架21、导轨22、导轨固定块23；所述三角固定支架1固定在所述静平台24上，三角固定支架1的底部设置有一竖直的长方形凹槽，该长方形凹槽与设置在静平台24上表面的长方形状凸条相配合；所述导轨固定块23固定在所述三角固定支架1的倾斜顶面上；步进电机3通过步进电机固定支架21固定在导轨固定块23的一端，步进电机3通过第一联轴器4连接丝杆5，丝杆5通过两个固定轴承座17安装在导轨固定块23上，所述导轨固定块23上安装有导轨22，导轨22与丝杆5平行设置，导轨22上套装有第一滑块2，第二滑块20固定在第一滑块2上，第二滑块基座6固定在第二滑块20上，第二滑块基座端盖19固定在第二滑块基座6的上表面，所述第一滑块2整体呈长方形状，第一滑块2的底面设置有一与导轨22相配合的长方形槽，所述第二滑块20上设置有与所述丝杆5相配合的螺纹孔；所述第一滑块2、第二滑块20、第二滑块基座6和第二滑块基座端盖19整体构成沿丝杆5和导轨22运动的滑动模块，所述第二滑块基座6整体呈阶梯轴上，第二滑块基座6的底面斜向切除形成新的底面，且新的底面通过螺栓固定在第二滑块20上，第二滑块基座6向上凸起的部分设置有球形凹槽，球形凹槽与从动伸缩轴模块的球头端相配合；第二滑块基座端盖19安装在所述第二滑块基座6上且将从动伸缩轴模块的球头端限制在球形凹槽内转动。
所述中心主动轴模块包括中心驱动电机31、第二联轴器25、中心推杆26、中心运动块转轴轴座27、中心运动块28和中心推杆杆套29，所述中心驱动电机31固定在静平台24的上表面的中心位置，中心驱动电机31的电极头通过第二联轴器25连接中心推杆杆套29的下端，所述中心推杆杆套29的上端设置有中心圆形凹槽，所述中心推杆26呈圆柱体状，中心推杆26的下端套装在中心推杆杆套29的中心圆形凹槽内，中心推杆26的下端设置有外螺纹，中心推杆杆套29的中心圆形凹槽上设置有与中心推杆26的下端的外螺纹相配合的内螺纹；中心运动块28固定在所述中心推杆26的上端；所述中心运动块转轴轴座27设置有四个且均匀安装在所述中心运动块28的上表面上，每个中心运动块转轴轴座27均设置有用于连接抓夹手模块的卡爪10一端的转动轴。
所述从动伸缩轴模块包括固定推杆下连接件7、固定推杆8、胡克铰链连接件15、固定推杆上连接件16和球头18，所述固定推杆8的一端通过固定推杆下连接件7连接球头18，所述球头18安装在底部基座模块中第二滑块基座6的球形凹槽内；所述固定推杆8的另一端通过固定推杆下连接件7连接胡克铰链连接件15的一端，胡克铰链连接件15的另一端固定在动平台9的底部；所有的从动伸缩轴模块底部球头端对应设置在相应的底部基座模块的第二滑块基座6上，所有的从动伸缩轴模块的上端均布在静平台24的边缘位置；
所述抓夹手模块包括卡爪10。第一带钩弹簧11、第二带钩弹簧12、第三带钩弹簧13、测力传感器30和和动平台转轴轴座14，所述卡爪10整体呈n型，卡爪10包括竖直设置的外侧边、垂直于外侧边设置的顶边、平行于外侧边设置的内上侧边和向远离外侧边一侧倾斜的内下侧边，所述卡爪10的外侧边、顶边、内上侧边和内下侧边依次连接且一体式成型，卡爪10的外侧边的下端通过动平台转轴轴座14固定在动平台9的上表面上，卡爪10的外侧边的下端铰接在动平台转轴轴座14上，所述卡爪10的内下侧边的下端铰接在中心运动块转轴轴座27上；所述第一带钩弹簧11、第二带钩弹簧12、第三带钩弹簧13均平行设置，第一带钩弹簧11设置在卡爪10的外侧边和内上侧边之间，第二带钩弹簧12设置在卡爪10的外侧边和内下侧边的上端之间，第三带钩弹簧13设置在卡爪10的外侧边和内下侧边的中部之间；所述抓夹手模块设置有四个，四个抓夹手模块的卡爪10的内下侧边对应铰接在四个中心运动块转轴轴座27上；每一个卡爪10的内上侧边上均设置有一个测力传感器30。
所述中心运动块28整体呈圆柱体状，中心运动块28的底部中心设置有一圆形槽，中心推杆26的上端插入中心运动块28的圆形槽内并通过螺栓与中心运动块28固定连接；中心运动块28的上表面上设置有八个沉头孔，四个中心运动块转轴轴座27通过穿过这八个沉头孔的螺栓固定在中心运动块28的上表面上。
所述静平台24呈正五边形，底部基座模块设置有五个且分别设置在静平台24中心到五个顶点的五条连线上，每条连线上均设置有一个用于对底部基座模块进行定位的长方形状凸条，该长方形状凸条与底部基座模块底部的长方形凹槽相配合，使三角固定支架1固定在静平台24上。
所述动平台9上的圆形通孔设置在动平台9的中心，圆形通孔的内径略大于中心运动块28，中心运动块28在中心推杆26的推拉作用下穿过动平台9上的圆形通孔进行上下运动。
所述胡克铰链连接件15包括上端铰链连接件、中部铰链连接件和下端铰链连接件，上端铰链连接件与动平台9固定连接，下端铰链连接件与固定推杆上连接件16固定连接，中部铰链连接件整体呈正方体，上端铰链连接件铰接在中部铰链连接件上，下端铰链连接件铰接在中部铰链连接件上，上端铰链连接件与中部铰链连接件的铰接轴和下端铰链连接件与中部铰链连接件的铰接轴相互垂直。
所述三角固定支架1沿侧面开设有贯穿整个三角固定支架1的三角形槽，导轨固定块23通过紧定螺钉固定在三角固定支架1上，固定轴承座17通过紧定螺钉固定在三角固定支架1上，步进电机固定支架21通过紧定螺钉固定在三角固定支架1上。
所述卡爪10的外侧边内侧、内上侧边内侧以及内下侧边的内侧均设置有用于弹簧钩挂的半圆形槽。
本发明的工作原理如下：当需要抓夹物件时，由中心主动轴模块中的中心驱动电机31作为驱动源，中心驱动电机31转动时通过第二联轴器25带动中心推杆杆套29运动，并通过中心推杆杆套29一端承接中心推杆26一端，使得中心推杆26顺着中心推杆杆套29中心的中心圆形凹槽向下运动。中心推杆26的上端连接着中心运动块28，中心运动块28也跟着中心推杆26向下运动；中心运动块28向下运动是带动中心运动块28上表面连着的四个中心运动块转轴轴座27同时沿着动平台9中间的圆形通孔往下运动，同时四个中心运动块转轴轴座27通过旋转作用带动连着的四个卡爪10一端向下运动。由于卡爪10的另一端铰接在动平台转轴轴座14上并动平台转轴轴座14固定在动平台9上，卡爪10的另一端会向中心运动块所在位置转动，进而带动四个卡爪10向内收紧。
当需要释放物件时，由中心主动轴模块中的中心驱动电机31通过第二联轴器25带动中心推杆杆套29回转，并通过中心推杆杆套29一端承接中心推杆26一端，使得中心推杆26顺着中心推杆杆套29中心的中心圆形凹槽向上运动；中心推杆26另一端连接着中心运动块28，中心运动块28也向上运动；中心运动块28向上运动时带动四个中心运动块转轴轴座27同时从动平台9中间的圆形通孔下方往上方运动，四个中心运动块转轴轴座27带动四个卡爪10一端向上运动，由于卡爪10的另一端铰接在动平台转轴轴座14并动平台转轴轴座14固定在动平台9上，卡爪10的另一端向动平台边界所在位置转动，进而实现四个卡爪10向外松开。
当需要实现空间不同位置物件的抓夹时，由静平台24上五个底部基座模块中五个步进电机3作为驱动源，五个步进电机3运动时通过第一联轴器4带动丝杆转动，进而带动第二滑块20和第一滑块2组成的整体在导轨上滑动，同时带动连着第二滑块20上的第二滑块基座6运动，第二滑块基座6顶面中心圆形槽与从动伸缩轴模块中球头18的球面连接，带动球头18运动，进而带动固定推杆8的运动，固定推杆8的上端通过固定推杆上连接件16带动胡克铰链连接件15组合运动，通过五个步进电机3不同的转速，实现五组从动伸缩轴模块同时不等速运动，最终实现动平台6带动卡爪10对空间内不同位置的物件抓夹。
上述实施例只是本发明的较佳实施例，并不是对本发明技术方案的限制，只要是不经过创造性劳动即可在上述实施例的基础上实现的技术方案，均应视为落入本发明专利的权利保护范围内。