本实用新型涉及机器人技术领域，尤其涉及一种机械臂末端执行机构。
背景技术：
机械臂末端执行机构作为机器人的机器臂与外界环境交互的最后环节和执行部件，关乎机器人能否快速有效地完成指定作业，在工业机器人领域和特种机器人领域应用非常广泛，机械臂末端执行机构的结构形式往往决定着机器人在各行各业的应用范围，同时能否灵活、精确、稳定地抓取目标，也成为机械臂末端执行机构及机器人设计的重要指标。
目前的机器臂末端执行机构主要功能是抓取，不能实现在抓取的同时自由旋转，功能上远远不能满足实际需求。
技术实现要素：
(一)要解决的技术问题
本实用新型的目的是提供一种抓取与旋转功能分开控制的机械臂末端执行机构，解决现有的机械臂末端执行机构不能在抓取物品的同时自由旋转的问题。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种机器臂末端执行机构，包括旋转电机、主动齿轮、从动齿轮、开合电机、丝杠、推力轴和夹持部；
所述夹持部包括旋转座、开合传动套和两个夹爪，每个所述夹爪均与所述旋转座可转动连接，两个所述夹爪的连接端通过一固定轴固定在所述开合传动套上，且两个所述夹爪的连接端能够沿所述固定轴的径向方向移动，两个所述夹爪的夹持端相对设置；
所述主动齿轮套设在所述旋转电机的输出轴上，所述从动齿轮与所述主动齿轮啮合设置，并与所述旋转座的后端连接，能够带动所述旋转座转动；
所述开合电机的输出轴与所述丝杠连接，所述丝杠一端穿入所述推力轴内，所述推力轴穿过所述旋转座，与所述开合传动套可转动连接；
当所述旋转电机工作时，所述主动齿轮通过所述从动齿轮带动所述夹持部转动；
当所述开合电机工作时，所述丝杠转动，所述推力轴带动所述开合传动套沿轴向移动，两个所述夹爪相对所述旋转座转动，使两个夹爪的夹持端之间的距离发生变化。
优选地，所述旋转座包括底座和两个U型支架板，所述两个U型支架板间隔设置，且一端固定在所述底座，另一端通过两个铰接轴连接，每个所述夹爪通过一个所述铰接轴与所述旋转座可转动连接。
优选地，还包括旋转传动套，所述旋转传动套穿过所述旋转座，并与所述旋转座固定连接，所述从动齿轮套设在所述旋转传动套后端，并能够带动所述旋转传动套转动。
优选地，还包括检测装置，所述检测装置包括角度传感器以及啮合设置的第一传动齿轮和第二传动齿轮，所述第一传动齿轮套设在所述角度传感器的转轴上，所述第二传动齿轮套设在所述旋转传动套外侧。
优选地，所述夹爪的连接端设有长孔，所述固定轴穿过所述长孔将所述连接端固定在所述开合传动套上，所述开合传动套带动所述固定轴移动时，所述固定轴带动两个所述夹爪相对所述旋转座转动。
优选地，所述推力轴为阶梯轴，所述阶梯轴前端设有用于限制所述开合传动套的轴向移动的限位帽，所述开合传动套的前、后端均设有推力轴承，所述开合传动套通过所述推力轴承与所述推力轴连接。
优选地，所述夹爪的夹持端还连接有夹爪拓展件，所述夹爪拓展件的中部设有凹弧夹持部。
优选地，还包括可拆卸的工具头，所述工具头包括夹持固定块和设置在所述夹持固定块前端的工作部，所述夹持固定块的两侧均为与所述凹弧夹持部相匹配的弧面结构。
优选地，所述夹爪拓展件能够多角度的安装在所述夹爪上。
优选地，所述夹爪和所述夹爪拓展件通过第一连接片和第二连接片连接，所述第一连接片固定在所述夹爪拓展件的一端，且所述第一连接片上设有多个沿周向分布的角度定位孔；所述第二连接片固定在所述夹爪的夹持端，且所述第二连接片上设有定位柱，安装时，所述定位柱能够插接在任一所述角度定位孔内，固定所述夹爪拓展件的安装角度。
(三)有益效果
本实用新型的上述技术方案具有如下优点：本实用新型提供了一种结构简单、紧凑、控制方便的机械臂末端执行机构，包括旋转电机、主动齿轮、从动齿轮、开合电机、丝杠、推力轴和夹持部；所述夹持部包括旋转座、开合传动套和两个夹爪，每个所述夹爪均与所述旋转座可转动连接，两个所述夹爪的连接端通过一固定轴固定在所述开合传动套上，且两个所述夹爪的连接端能够沿所述固定轴的径向方向移动，两个所述夹爪的夹持端相对设置；所述主动齿轮套设在所述旋转电机的输出轴上，所述从动齿轮与所述主动齿轮啮合设置，并与所述旋转座的后端连接，能够带动所述旋转座转动；所述开合电机的输出轴与所述丝杠连接，所述丝杠一端穿入所述推力轴内，所述推力轴穿过所述旋转座，与所述开合传动套可转动连接；当所述旋转电机工作时，所述主动齿轮通过所述从动齿轮带动所述夹持部转动；当所述开合电机工作时，所述丝杠转动，所述推力轴带动所述开合传动套沿轴向移动，两个所述夹爪相对所述旋转座转动，使两个夹爪的夹持端之间的距离发生变化。
本实用新型中，控制夹爪夹持动作(张开动作与闭合动作)与旋转动作的部件相互分离，夹持动作与旋转动作互不干扰，且夹爪夹持物品时，夹爪收到的反作用力不会影响到旋转电机和开合电机。
附图说明
图1是本实用新型实施例中的机械臂末端执行机构内部结构示意图；
图2是本实用新型实施例中的机械臂末端执行机构核心结构示意图；
图3是本实用新型实施例中的机械臂末端执行机构核心结构俯视图；
图4是本实用新型实施例中的推力轴示意图；
图5是本实用新型实施例中的开合传动套示意图；
图6是本实用新型实施例中的旋转传动套示意图；
图7是本实用新型实施例中的底座示意图；
图8是本实用新型实施例中的工具头示意图；
图9是本实用新型实施例中的机械臂末端执行机构安装后的剖面图；
图中：9011：摄像头；
902：旋转电机；9021：主动齿轮；9022：从动齿轮；9023：旋转传动套；9024：旋转座；9025：U型支架板；
903：开合电机；9031：丝杠；9032：丝杠螺母；
904：夹爪；9041：固定轴；9042：限位帽；9044：夹爪拓展件；
905：角度传感器；9051：第一传动齿轮；9052：第二传动齿轮；
906：夹持固定块；907：推力轴；9071：推力轴承；
908：开合传动套；9081：夹爪连接部。
具体实施方式
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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。
如图1至图9所示，本实用新型实施例提供的一种机械臂末端执行机构，包括旋转电机902、主动齿轮9021、从动齿轮9022、开合电机903、丝杠9031、推力轴907和夹持部。下面进行具体说明：
如图2和图3所示，夹持部包括旋转座9024、开合传动套908和两个夹爪904，每个夹爪904均与旋转座9024可转动连接。两个夹爪904的连接端通过一固定轴9041固定在开合传动套908上，且两个夹爪904的连接端能够沿固定轴9041的径向方向移动，两个夹爪904的夹持端相对设置。
主动齿轮9021套设在旋转电机902的输出轴上，从动齿轮9022与主动齿轮9021啮合设置，并与旋转座9024的后端连接，能够带动旋转座9024转动。此处的后端指的是远离执行操作处的一端。
开合电机903的输出轴与丝杠9031连接，丝杠9031一端穿入推力轴907内，推力轴907穿过旋转座9024，与开合传动套908可转动连接。
当旋转电机902工作时，主动齿轮9021通过从动齿轮9022带动夹持部以推力轴907为轴转动。
当开合电机903工作时，丝杠9031转动，推力轴907带动开合传动套908沿轴向移动，两个夹爪904相对旋转座9024转动，使两个相对设置的夹爪904的夹持端之间的距离发生变化。
本实施例所提供的机械臂末端执行机构改善了零部件的受力情况，将控制旋转的部件与控制开合的部件分离设置，能够分别控制夹爪904的开合和夹持部的旋转，夹持动作和旋转动作彼此之间互不干扰，有利于实现精确控制。
如图2、图3和图7所示，具体到本实施例中，夹爪904呈L型，包括夹持端、折弯部和连接端，旋转座9024包括底座和两个U型支架板9025，两个U型支架板9025间隔设置，且一端固定在底座，另一端通过两个铰接轴连接，铰接轴沿U型支架板9025的法线方向设置。每个夹爪904的折弯部通过一个铰接轴与旋转座9024可转动连接。显然，在其他实施例中，旋转座9024的形状可以根据需要而改变，夹爪904也可以通过其他安装方式设置在旋转座9024的前端。
优选地，如图5所示，开合传动套908上设有夹爪连接部9081。如图3所示，两个夹爪904的连接端设有长孔，两个夹爪904的长孔相对设置，分别通过固定轴9041固定在开合传动套908的夹爪连接部9081，固定轴9041可以在长孔内有限制的移动，开合传动套908带动固定轴9041移动时，固定轴9041带动两个夹爪904相对旋转座9024转动。固定轴9041中部设有垂直于轴向的过孔，用于穿过推力轴907，固定轴9041可绕推力轴907转动。
优选地，如图3和图6所示，本实施例所提供的机械臂末端执行机构还包括旋转传动套9023，旋转传动套9023套设在开合传动套908外侧，穿过旋转座9024，并与旋转座9024固定连接，从动齿轮9022套设在旋转传动套9023后端，当旋转电机902工作时，从动齿轮9022带动旋转传动套9023转动，进而带动旋转座9024旋转。
本实施例中的丝杠9031采用梯形丝杠，丝杠9031上穿设有相匹配的丝杠螺母9032，丝杠螺母9032与推力轴907的后端固定连接，丝杠9031转动时，丝杠螺母9032沿丝杠9031的轴向移动，并带动推力轴907移动。
如图4所示，推力轴907为阶梯轴，中部的轴直径大于前部的轴直径，且最前端设有用于轴向限位的限位帽9042，开合传动套908的后端位于阶梯轴的轴直径发生改变处，限位帽9042与推力轴907自身的结构相配合，能够限制开合传动套908与推力轴907的相对位置，开合传动套908的内径与推力轴907前端轴直径相同，外径与推力轴907中部的轴直径相同，开合传动套908套设在推力轴907的前部。
如图9所示，开合传动套908的前、后端均设有一个推力轴承9071，推力轴承9071有三层，包括松环、紧环和设置在松环与紧环之间的滚子(图中未画出推力轴承9071的具体结构)，开合传动套908的后端与推力轴907之间设有推力轴承9071，开合传动套908前端与限位帽9042之间设有推力轴承9071，且推力轴承9071的紧环均设在推力轴907上，开合传动套908通过推力轴承9071与推力轴907连接。优选地，推力轴承9071与限位帽9042之间还设有垫片，可用于保护推力轴承9071。
安装时，旋转座9024通过轴承安装在安装板上，旋转电机902、开合电机903等位于旋转座9024后方的部件安装在安装板和盖合在安装板上的盖体内部，旋转座9024以及位于旋转座9024前方的部件伸出安装板。
优选地，各个零部件结合面处还安装有O形的橡胶密封圈，如图9所示，开合传动套908内侧设有环形凹槽，橡胶密封圈设置在环形凹槽内，实现开合传动套908与推力轴907之间的密封。同理，旋转座9024和旋转传动套9023内侧也设有用于设置橡胶密封圈的环形凹槽。进一步优选地，旋转座9024与安装板之间也设有橡胶密封圈。采用橡胶密封圈可使机械臂末端执行机构整体结构达到IP66级别，防止灰尘进入机构内部。
如图2和图3所示，为了方便检测夹持部旋转的角度，本实施例中的机械臂末端执行机构还包括检测装置，检测装置包括角度传感器905以及啮合设置的第一传动齿轮9051和第二传动齿轮9052，第一传动齿轮9051套设在角度传感器905的转轴上，第二传动齿轮9052套设在旋转传动套9023外侧，与旋转传动套9023相对固定，旋转传动套9023转动时，即可带动角度传感器905的转轴转动。
如图1至图3所示，为了方便夹持物品，拓展夹爪904的长度，使得夹爪904可以夹取更大范围的物品，夹爪904的夹持端还连接有夹爪拓展件9044。
本实施例中，夹爪拓展件9044能够多角度的安装在夹爪904上。夹爪拓展件9044与夹爪904的夹持端通过第一连接片和第二连接片固定，第一连接片固定在夹爪拓展件9044的一端，且第一连接片上设有多个沿周向分布的角度定位孔。第二连接片固定在夹爪904的夹持端，且第二连接片上设有定位柱。安装时，第一连接片与第二连接片相对设置，定位柱能够插接在任一角度定位孔内，固定夹爪拓展件9044的安装角度。将定位柱插接在不同位置的角度定位孔后，通过螺钉或螺栓依次穿过夹爪拓展件9044、第一连接片、第二连接片和夹爪904，将夹爪904和夹爪拓展件9044固定，即可实现夹爪拓展件9044以不同的角度安装在夹爪904上。
优选地，两个夹爪拓展件9044的最前端设有防滑垫，能够用于夹取小型物件，夹爪拓展件9044的中部设有凹弧夹持部，可以夹持体积更大的弧面物件。显然，在其他实施例中，也可以根据需要，在夹爪904安装其他工具，例如剪刀、细长爪等。
进一步优选地，本实施例中的机械臂末端执行机构还包括可拆卸的工具头，工具头包括夹持固定块906和设置在夹持固定块906前端的工作部，工作部可以是钩、剪、钳、耙、锥、撬棍或刀等工具，如图8所示，工作部固定在夹持固定块906上，夹持固定块906的两侧均为与凹弧夹持部相匹配的弧面结构，通过夹爪拓展件9044和夹持固定块906的相互配合，可以根据需要快速更换不同的工具。
为保证机械臂末端执行机构在作业过程中，实时传输高清图像，方便操作人员进行观察，本实施例中的机械臂末端执行机构布置有两个摄像头9011，分别布置在机械臂末端执行机构的上方及侧方(图中未示出侧方的摄像头)。优选地，摄像头9011采用480P的高清广角摄像头，能够保证机械臂末端执行机构无死角，使操作人员能实时观察机械臂末端执行机构的工作动态。
本实施例提供的机械臂末端执行机构工作时，旋转电机902旋转，主动齿轮9021随之转动，带动从动齿轮9022旋转，从动齿轮9022带动夹持部旋转，实现夹爪904的正、反方向360°的旋转动作。检测装置对旋转动作进行检测，检测夹爪904旋转的位置。
开合电机903带动丝杠9031转动，丝杠螺母9032沿丝杠9031轴向移动，带动推力轴907和开合传动套908移动，当丝杠9031正向转动时，连接在推力轴907和开合传动套908上的固定轴9041向前端移动，而夹爪904的折弯部铰接在旋转座9024上，不发生移动，因此夹爪904发生转动，两个相对设置的夹持端之间的距离增加，完成张开动作，同样的，当丝杠9031反向转动时，夹爪904完成闭合动作。
需要使用不同类型的工具时，可选取不同的工具头，将工具头的夹持固定块906放在夹爪拓展件9044之间，通过夹爪904的闭合动作和张开动作，夹紧或者松开工具头，实现不同类型的工具的自由更换。而剪、细长爪等不适宜安装夹持固定块906的工具，则可以之间通过弹簧快拆销固定在夹爪904的夹持端上，安装方便、快捷。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。