本发明属于机械技术领域，特别是涉及一种机械臂及其抓取装置。
背景技术：
随着我国空间站战略计划的逐步实施，对于航天器舱内舱外的各种任务需求的增加，为解决航天器在轨维修维护以及舱外的运行监测等问题，可基于模块化可重构的设计思想，设计可重构式机械臂的操作功能模块。抓取装置作为机械臂的末端操作功能模块，需要具有较高的灵活性，在面对多变的环境也需要具有较高的环境适应能力，而目前的抓取装置只使用单一电机驱动操作手指向中心靠拢，不能针对复杂形状物体单独调整每一个操作手指的抓取力度，使物体抓取力度不足，缺乏稳定性。
技术实现要素：
针对上述存在的技术问题，本发明的目的之一是提供一种机械臂的抓取装置，不但可以通过主电机驱动各操作手指协同操作，还可以通过独立电机独立驱动每个操作手指动作，使复杂形态的重物抓取更加灵活稳定。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种机械臂的抓取装置，其特征在于：包括至少两根操作手指，所述操作手指包括第一连杆、第二连杆及第三连杆；所述第一连杆的一端及第二连杆的一端均与所述第三连杆的一端转动连接，所述第三连杆的另一端为自由端；所述第二连杆比第一连杆靠近中心线；
所述操作手指设置在由连接外壳及支撑外壳围成的腔体外；每个所述操作手指的第一连杆的另一端均与传动螺母底座连接，所述传动螺母底座设置在传动杆上，与传动杆构成滚珠丝杠螺母副，所述传动杆由设置在腔体内的主电机通过减速齿轮副驱动，所述主电机的数量为一个；
每个所述操作手指的第二连杆的另一端及第一连杆的中部同时通过连杆座的一端固定在支撑外壳外侧，所述连杆座的另一端与锥齿轮传动副连接，所述锥齿轮传动副由设置在所述腔体内的独立电机驱动，所述独立电机的数量与所述操作手指的数量一致。
可选的，所述第一连杆由连杆a、连杆b、连杆c、连杆d、连杆e通过顺次首尾可转动连接而构成，所述连杆a与第三连杆另一端可转动连接；所述第二连杆由连杆f的一端与连杆g的一端通过可转动连接而构成，连杆f的另一端与第三连杆的另一端连接；连杆h的一端与连杆f同连杆g连接的一端可转动连接，连杆h的另一端与连杆b同连杆c连接的一端可转动连接；每个所述操作手指的连杆e的另一端均与传动螺母底座连接，每个所述操作手指的连杆g的另一端及连杆d的中部同时通过连杆座的一端固定在支撑外壳外侧。
可选的，至少两根所述操作手指绕中心线呈360度均匀布置，所述传动杆设置在所述中心线上。
可选的，所述主电机设置在连接外壳的内侧面上，主电机轴通过设置在连接外壳内侧面上内孔中的第一轴承将主电机固设在连接外壳上，所述主电机轴上设有第一直齿轮。
可选的，所述传动杆的一端通过设置在连接外壳内孔中的第二轴承将传动杆固设在连接外壳内侧面上，传动杆的另一端设有传动螺母底座；所述传动杆上设有第二直齿轮，所述第一直齿轮与所述第二直齿轮构成减速齿轮副。
可选的，每个所述连杆e均通过设置在支撑外壳上的通孔与所述传动螺母底座连接。
可选的，所述连接外壳的外表面上设有覆盖第一轴承及第二轴承的端盖，所述端盖通过螺钉固定在连接外壳上。
可选的，每个所述独立电机均设置在支撑外壳内侧面上，独立电机的手指传动轴穿过支撑外壳，并通过设置在支撑外壳内孔中的第三轴承将独立电机固设在支撑外壳上，手指传动轴驱动设置在支撑外壳外侧的锥齿轮传动副转动。
可选的，所述连杆座由环形底柱及两个支撑板构成，两个支撑板垂直设置于环形底柱上且为轴对称结构，每个支撑板未与环形底柱连接的一端设有通孔，所述连杆g的另一端及连杆d的中部通过所述通孔与连杆座连接；所述连杆座通过环形底柱与支撑外壳固接。
可选的，所述手指传动轴穿过所述连杆座的环形底柱，并通过联轴器与所述锥齿轮传动副的主动轴连接，所述锥齿轮传动副的主动锥齿轮设置在所述主动轴上，被动锥齿轮设置在两个支撑板通孔间的被动轴上，所述连杆g的另一端及连杆d的中部分别连接在两个通孔的被动轴上，主动锥齿轮与被动锥齿轮啮合构成锥齿轮传动副。
本发明的另一个目的是提供一种机械臂，在所述机械臂的末端设有如上所述的机械臂抓取装置，所述机械臂设有通用连接部件，用于与所述抓取装置的连接外壳连接。
本发明的有益效果为：
本发明的机械臂抓取装置，考虑多变的环境并针对复杂形状物体的抓取任务，其操作手指可以由安装在连接外壳上的主电机驱动协同操作，也可由安装在支撑外壳内侧的独立电机单独驱动，可以使复杂形态的重物抓取更加灵活稳定，大大提高了抓取装置对于复杂形态物体的抓取能力以及环境自适应能力。
附图说明
附图说明：
图1为本发明实施例提供的机械臂抓取装置的外部结构示意图；
图2为本发明实施例提供的机械臂抓取装置的内部结构示意图；
图3为本发明实施例提供的机械臂抓取装置的连杆座结构示意图。
图中：
101.连接外壳102.支撑外壳103.操作手指
201.第三连杆202.连杆a203.连杆b204.连杆f205.连杆h
206.连杆c207.连杆g208.连杆d209.连杆e210.端盖
211.螺钉212传动杆213.第一轴承214.第二轴承
215.减速齿轮副216.传动螺母底座217.第三轴承218.手指传动轴
219.锥齿轮传动副220.连杆座221.销轴2001.独立电机
2002.主电机2201.支撑板2202.环形底柱
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。下面结合附图和实施例对本申请进行详细描述。
图1是根据一示例性实施例示出的一种机械臂抓取装置的外部结构示意图。如图1所示，本实施例的机械臂抓取装置，包括至少两根操作手指，所述操作手指包括第一连杆、第二连杆及第三连杆201；所述第一连杆的一端及第二连杆的一端均与所述第三连杆201的一端转动连接，所述第三连杆的另一端为自由端；所述第二连杆比第一连杆靠近中心线；所述中心线，即整个抓取装置的中心轴线。
图2是根据一示例性实施例示出的一种机械臂抓取装置的内部结构示意图。如图2所示，所述操作手指设置在由连接外壳101及支撑外壳102围成的腔体外；每个所述操作手指的第一连杆的另一端均与传动螺母底座216连接，所述传动螺母底座216设置在传动杆212上，与传动杆212构成滚珠丝杠螺母副，所述传动杆212由设置在腔体内的主电机2002通过减速齿轮副215驱动，所述主电机2002的数量为一个；每个所述操作手指的第二连杆的另一端及第一连杆的中部同时通过连杆座220的一端固定在支撑外壳102外侧，所述连杆座220的另一端与锥齿轮传动副219连接，所述锥齿轮传动副219由设置在所述腔体内的独立电机2001驱动，所述独立电机2001的数量与所述操作手指的数量一致。
具体地，如图1所示，所述第一连杆由连杆a202、连杆b203、连杆c206、连杆d208、连杆e209通过顺次首尾可转动连接而构成，所述连杆a202与第三连杆201另一端可转动连接；所述第二连杆由连杆f204的一端与连杆g207的一端通过可转动连接而构成，连杆f204的另一端与第三连杆201的另一端连接；连杆h205的一端与连杆f204同连杆g207连接的一端可转动连接，连杆h205的另一端与连杆b203同连杆c206连接的一端可转动连接；各连杆之间可以通过销轴221实现可转动连接；每个所述操作手指的第一连杆中的连杆e209的另一端均与传动螺母底座216连接，例如，连杆e209通过设置在支撑外壳102上的通孔与所述传动螺母底座216连接；每个所述操作手指的第二连杆中的连杆g207的另一端及第一连杆中的连杆d208的中部同时通过连杆座220的一端固定在支撑外壳102外侧。
在一种具体实施方式中，如图2所示，所述主电机2002可以设置在连接外壳101的内侧面上，主电机2002轴通过设置在连接外壳101内侧面上内孔中的第一轴承213将主电机2002固设在连接外壳101上，所述主电机轴上设有第一直齿轮；
进一步地，所述传动杆212的一端通过设置在连接外壳101内孔中的第二轴承214将传动杆212固设在连接外壳101内侧面上，传动杆212的另一端设有传动螺母底座216；所述传动杆212上设有第二直齿轮，所述第一直齿轮与所述第二直齿轮构成减速齿轮副215。
当然，主电机还可以设置在其他位置，比如在支撑外壳的内侧面上，只要能够完成直接驱动减速齿轮副，将运动传递到中部的传动杆上，由于传动杆与传动螺母底座构成滚珠丝杠螺母副，从而使传动螺母底座上端连接操作手指的连杆e完成手指的协同操作即可，本申请不做具体限定。
在另一种具体实施方式中，如图2所示，每个所述独立电机2001均可以设置在支撑外壳102内侧面上，独立电机2001的手指传动轴218穿过支撑外壳102，并通过设置在支撑外壳102内孔中的第三轴承217将独立电机2001固设在支撑外壳102上，手指传动轴218驱动设置在支撑外壳102外侧的锥齿轮传动副219转动。
当然，独立电机还可以设置在其他位置，比如在连接外壳的内侧面上，只要每个独立电机的手指传动轴能够通过支撑外壳的通孔，驱动锥齿轮传动副，实现对每个操作手指的运动控制即可，本申请不做具体限定。
可选的，如图3所示，所述连杆座220由环形底柱2202及两个支撑板2201构成，两个支撑板2201垂直设置于环形底柱2202上且为轴对称结构，每个支撑板2201未与环形底柱2202连接的一端设有通孔，所述连杆g207的另一端及连杆d208的中部通过所述通孔与连杆座220连接；所述连杆座220通过环形底柱2202与支撑外壳102固接。
具体的，所述手指传动轴218穿过所述连杆座220的环形底柱2202，并通过联轴器与所述锥齿轮传动副219的主动轴连接，所述锥齿轮传动副219的主动锥齿轮可以设置在所述主动轴上，被动锥齿轮设置在两个支撑板2201通孔间的被动轴上，所述连杆g207的另一端及连杆d208的中部分别连接在两个通孔的被动轴上，主动锥齿轮与被动锥齿轮啮合构成锥齿轮传动副219。
如图2所示，为了第一轴承213及第二轴承214的密封防尘，可选的，在所述连接外壳101的外表面上还可以设有覆盖第一轴承213及第二轴承214的端盖210，所述端盖210通过螺钉固定在连接外壳101上。
可选的，至少两根操作手指绕中心线呈360度均匀布置,例如，有三根操作手指，每两个操作手指间的夹角均为120度；所述传动杆212可以设置在所述中心线上，所有操作手指在做抓取运动时均向该中心线方向靠拢，以便抓取力度均匀。
本申请的机械臂抓取装置，实质为重构式机械臂用来抓取、移动、放置零件的末端执行模块。该装置能够实现定位抓取，调整放置两个动作。定位抓取主要有三个步骤。第一步，由电机轴带动减速齿轮副运动，将运动传递到中间的传动杆上，传动螺母底座与传动杆构成滚珠丝杠螺母副，使传动螺母底座沿传动杆做直线运动，使连接在底座上的连杆e带动操作手指的其他连杆向外展开，通过控制主电机的转数来控制手指根部张开的角度，完成手指的展开运动；第二步，根据零件的位置与形状的不同，调整机械臂位姿，选择适当的方向使抓取装置靠近零件，直到所有操作手指将零件完全包住，或者操作手指末端的第一连杆接触到零件的表面；第三步，所有操作手指下方的独立电机转动，带动用来改变转动轴方向的锥齿轮传动副，使根部的连杆d绕所述被动轴由展开的状态开始聚拢，同时锥齿轮传动副上的独立电机反向转动，使传动螺母底座沿着传动杆慢慢收拢，推动连在连杆e末端的连杆c和连杆g，使连杆f绕连杆h的末端旋转，与连杆c相连的连杆a与连杆b也推动第三连杆随着连杆f的旋转慢慢向中间聚拢。在调整放置的过程中，首先把抓紧的零件，在机械臂带动下移动到目标位置的上方，将零件放在目标位置后，先控制一个操作手指根部的独立电机反向转动，各个手指的连杆慢慢的展开，在确定末端的关节展开到最大的角度后，减速齿轮副上的主电机开始转动，移动底盘沿着滚珠丝杠上升，在展开根部关节的同时，起到外推的作用，确保零件完全脱离操作手指的束缚。
本申请的机械臂抓取装置，其操作手指可以由安装在连接外壳上的主电机驱动协同操作，也可由安装在支撑外壳内侧的独立电机单独驱动，可以使复杂形态的重物抓取更加灵活稳定。
本申请还提供了一种机械臂，在机械臂的末端设有如上所述的机械臂抓取装置。所述机械臂设有通用连接部件，用于与所述抓取装置的连接外壳连接，从而将该抓取装置作为该机械臂的末端执行模块，通过控制机械臂的关节和末端操作器，协助航天员完成重物的抓取及移动的空间任务。
以上所述，仅是本申请较佳实施例而已，并非对本申请作任何形式上的限制。虽然本申请已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本申请。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本申请技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本申请技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本申请技术方案的内容，依据本申请的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本申请技术方案保护的范围内。