一种异形机械手的制作方法

1.本实用新型涉及工业机械手技术领域，更具体地说，涉及一种异形机械手。


背景技术：

2.现有技术中的工业机械手，其臂架通常采用类似三角形的连杆结构，例如，现有常规臂架包括第一连杆、第二连杆和连杆驱动气缸，第一连杆的一端与第二连杆的一端铰接，第一连杆的另一端与连杆驱动气缸的缸筒铰接，连杆驱动气缸的活塞杆与第二连杆铰接，也即，第一连杆、第二连杆和连杆驱动气缸形成类似三角形结构，通过连杆驱动气缸的活塞杆的伸缩，驱动第二连杆相对第一连杆转动，实现臂架的上下翻转功能，同时，第二连杆可伸缩，以实现臂架的伸缩功能。
3.可见，这种臂架的抗扭能力差，结构稳定性差，运动不平稳，容易导致抓手提取物品不稳定等。
4.因此，如何提供一种结构稳定性好、运动平稳的异形机械手，是目前本领域技术人员亟待解决的问题。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本实用新型的目的是提供一种异形机械手，结构稳定性好，运动平稳。
6.为了实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
7.一种异形机械手，包括抓手和与所述抓手相连的臂架，所述臂架包括：
8.大臂、小臂调节杆和抓手角度调节杆，三者分别与三个用于驱动各自转动的驱动装置相连；
9.小臂调节辅臂和小臂调节前大臂，所述小臂调节辅臂的两端分别与所述小臂调节杆和所述小臂调节前大臂铰接，所述小臂调节前大臂远离所述小臂调节辅臂的一端与所述抓手相连；
10.角度调节辅臂、角度调节三角撑和角度调节前辅臂，所述角度调节辅臂的两端分别与所述抓手角度调节杆和所述角度调节三角撑的第一角端铰接；所述角度调节前辅臂的一端与所述角度调节三角撑的第二角端铰接，另一端与所述抓手相连；所述大臂、所述小臂调节前大臂和所述角度调节三角撑的第三角端三者铰接。
11.优选地，所述大臂、所述小臂调节杆、所述抓手角度调节杆、所述小臂调节辅臂、所述小臂调节前大臂、所述角度调节辅臂、所述角度调节三角撑和所述角度调节前辅臂均设有镂空部。
12.优选地，三个所述驱动装置均包括驱动电机和与所述驱动电机的输出轴固定连接的驱动齿轮；所述大臂、所述小臂调节杆和所述抓手角度调节杆的一端分别设有用于与其对应的所述驱动齿轮啮合传动的第一啮合齿。
13.优选地，用于驱动所述小臂调节杆转动的所述驱动装置安装于第一安装座，用于驱动所述抓手角度调节杆转动的所述驱动装置安装于第二安装座，所述第一安装座和所述
第二安装座相对设置，用于驱动所述大臂转动的所述驱动装置安装于所述第一安装座或所述第二安装座；所述第一安装座和所述第二安装座之间连接有转轴，所述大臂、所述小臂调节杆和所述抓手角度调节杆分别通过轴承安装于所述转轴上。
14.优选地，所述第一安装座和所述第二安装座均固设于旋转载台上，所述旋转载台与位置固定的固定载台转动连接，所述旋转载台上安装有回转驱动电机，以驱动所述旋转载台带动所述臂架整体转动。
15.优选地，所述小臂调节前大臂和所述角度调节前辅臂分别与抓手安装架固定连接，所述抓手安装于所述抓手安装架。
16.优选地，所述抓手与所述抓手安装架转动连接，所述抓手安装架设有抓手翻转驱动电机，所述抓手翻转驱动电机的输出轴连接有抓手翻转驱动齿轮，所述抓手设有用于与所述抓手翻转驱动齿轮啮合传动的第二啮合齿。
17.优选地，所述抓手包括：
18.与所述抓手安装架相连的抓手连接件；
19.分别与所述抓手连接件铰接的第一抓手闭合连杆和第二抓手闭合连杆；
20.分别与所述第一抓手闭合连杆和所述第二抓手闭合连杆对应铰接两个的夹爪；
21.一端与所述夹爪铰接、另一端与所述抓手连接件铰接的抓手闭合辅助拉杆；
22.用于驱动所述第一抓手闭合连杆和所述第二抓手闭合连杆同步反向转动的抓手闭合驱动装置，所述抓手闭合驱动装置安装于所述抓手连接件。
23.优选地，所述抓手闭合驱动装置包括抓手闭合驱动电机和与所述抓手闭合驱动电机的输出轴相连的抓手闭合驱动齿轮；所述第一抓手闭合连杆设有用于与所述抓手闭合驱动齿轮啮合传动的第三啮合齿，所述第二抓手闭合连杆设有用于与所述第三啮合齿啮合传动的第四啮合齿。
24.优选地，所述臂架包括铝型材臂架、结构钢臂架或3d打印的abs材质臂架。
25.本实用新型提供的异形机械手，当通过大臂驱动装置驱动大臂转动时，可以使大臂拉动小臂调节前大臂；同时，通过小臂驱动装置驱动小臂调节杆转动，使小臂调节杆带动小臂调节辅臂一起运动，进而使小臂调节辅臂拉动小臂调节前大臂，因此，通过大臂和小臂调节辅臂一起拉动小臂调节前大臂，可以实现小臂调节前大臂的伸出和缩回，也即，可实现臂架整体的伸缩运动，从而使臂架带动抓手伸出或缩回。
26.另外，当抓手角度调节驱动装置驱动抓手角度调节杆转动时，抓手角度调节杆带动角度调节三角撑一起运动，进而使角度调节三角撑分别带动小臂调节前大臂和角度调节前辅臂一起运动，小臂调节前大臂和角度调节前辅臂分别与抓手相连，因此，可以使小臂调节前大臂和角度调节前辅臂一起作用，使抓手形成一定角度的上下翻转运动。
27.在抓手进行上述伸缩和/或上下翻转运动过程中，小臂调节杆、小臂调节辅臂、小臂调节前大臂和大臂一起形成一个类似平行四边形结构；同时，大臂、小臂调节前大臂、角度调节前辅臂和抓手一起形成另一个类似平行四边形结构。
28.可见，该臂架采用双平行四边形结构，且双平行四边形结构之间存在铰接约束，两者之间相互牵制，整体抗扭能力比较强；又由于双平行四边形结构相比于三角形结构的约束比较多，使得双平行四边形结构的刚性大，因此，该异形机械手的臂架结构整体更加稳定，使抓手运动的更平稳。
附图说明
29.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
30.图1为本实用新型具体实施例所提供的异形机械手的结构示意图；
31.图2为图1的另一个视角的结构示意图；
32.图3为图1中抓手的结构示意图。
33.图1至图3中的附图标记如下：
34.11为大臂、111为大臂驱动电机、112为大臂驱动齿轮、12为小臂调节杆、121为小臂驱动电机、13为抓手角度调节杆、131为抓手角度调节驱动电机、14为小臂调节辅臂、15为小臂调节前大臂、16为角度调节辅臂、17为角度调节三角撑、18为角度调节前辅臂、21为第一安装座、22为第二安装座、31为旋转载台、32为固定载台、311为回转驱动电机、4为抓手安装架、41为抓手翻转驱动电机、42为抓手翻转驱动齿轮、51为抓手连接件、52为第一抓手闭合连杆、53为第二抓手闭合连杆、54为夹爪、55为抓手闭合辅助拉杆、56为抓手闭合驱动电机、57为抓手闭合驱动齿轮。
具体实施方式
35.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，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，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。
36.本实用新型的核心是提供一种异形机械手，结构稳定性好，运动平稳。
37.请参考图1-图3，图1为本实用新型具体实施例所提供的异形机械手的结构示意图；图2为图1的另一个视角的结构示意图；图3为图1中抓手的结构示意图。
38.本实用新型提供一种异形机械手，主要包括抓手和与抓手相连的臂架，其中，臂架包括大臂11、小臂调节杆12、抓手角度调节杆13、小臂调节辅臂14、小臂调节前大臂15、角度调节辅臂16、角度调节三角撑17以及角度调节前辅臂18等。
39.具体地，大臂11、小臂调节杆12和抓手角度调节杆13作为臂架的动力输入件，三者分别与三个用于驱动各自转动的驱动装置相连。
40.为了描述方便，将用于驱动大臂11转动的驱动装置称为大臂驱动装置；将用于驱动小臂调节杆12转动的驱动装置称为小臂驱动装置；并将用于驱动抓手角度调节杆13转动的驱动装置称为抓手角度调节驱动装置。
41.小臂调节辅臂14的一端与小臂调节杆12铰接，另一端与小臂调节前大臂15铰接，小臂调节前大臂15远离小臂调节辅臂14的一端与抓手相连。
42.角度调节辅臂16的一端与抓手角度调节杆13铰接，另一端与角度调节三角撑17的第一角端铰接；角度调节三角撑17的第二角端与角度调节前辅臂18铰接，角度调节前辅臂18远离角度调节三角撑17的一端与抓手相连；同时，角度调节三角撑17的第三角端则分别与大臂11和小臂调节前大臂15铰接。
43.可以理解的是，角度调节三角撑17的第三角端、大臂11和小臂调节前大臂15三者铰接的部位位于小臂调节前大臂15与小臂调节杆12的铰接部位和小臂调节前大臂15与抓手的铰接部位之间。
44.如图1和图2所示，当通过大臂驱动装置驱动大臂11转动时，可以使大臂11拉动小臂调节前大臂15；同时，通过小臂驱动装置驱动小臂调节杆12转动，使小臂调节杆12带动小臂调节辅臂14一起运动，进而使小臂调节辅臂14拉动小臂调节前大臂15，因此，通过大臂11和小臂调节辅臂14一起拉动小臂调节前大臂15，可以实现小臂调节前大臂15的伸出和缩回，也即，可实现臂架整体的伸缩运动，从而使臂架带动抓手伸出或缩回。
45.另外，如图1所示，当抓手角度调节驱动装置驱动抓手角度调节杆13转动时，抓手角度调节杆13带动角度调节三角撑17一起运动，进而使角度调节三角撑17分别带动小臂调节前大臂15和角度调节前辅臂18一起运动，小臂调节前大臂15和角度调节前辅臂18分别与抓手相连，因此，可以使小臂调节前大臂15和角度调节前辅臂18一起作用，使抓手形成一定角度的上下翻转运动。
46.由图1和图2可以看出，在抓手进行上述伸缩和/或上下翻转运动过程中，小臂调节杆12、小臂调节辅臂14、小臂调节前大臂15和大臂11一起形成一个类似平行四边形结构；同时，大臂11、小臂调节前大臂15、角度调节前辅臂18和抓手一起形成另一个类似平行四边形结构。
47.可见，该臂架采用双平行四边形结构，且双平行四边形结构之间存在铰接约束，两者之间相互牵制，整体抗扭能力比较强；又由于双平行四边形结构相比于三角形结构的约束比较多，使得双平行四边形结构的刚性大，因此，该异形机械手的使臂架结构整体更加稳定，从而使抓手运动的更平稳。
48.另外，由于现有技术中的臂架通常采用板类或杆类结构，造成臂架整体重量较重，因此，为了减轻臂架的整体重量，在上述实施例的基础之上，大臂11、小臂调节杆12、抓手角度调节杆13、小臂调节辅臂14、小臂调节前大臂15、角度调节辅臂16、角度调节三角撑17以及角度调节前辅臂18均设有镂空部。
49.进一步地，综合考虑臂架的重量及结构强度、刚性，在上述实施例的基础之上，镂空部经由有限元优化设计计算得到，以使臂架的整体结构强度及重量达到最优。
50.也就是说，本实施例通过现有的限元优化设计方法，计算出镂空部的合理结构和分布，在保证臂架整体结构强度和刚性需求的前提下，最大限度的减轻臂架的整体重量。
51.需要说明的是，本实用新型对用于分别驱动大臂11、小臂调节杆12和抓手角度调节杆13转动的三个驱动装置的具体结构不做限定，本领域技术人员可以根据实际需要来选择。
52.考虑驱动装置结构的简单性，同时为了节约成本，作为一种优选方案，在上述实施例的基础之上，三个驱动装置均包括驱动电机和与驱动电机的输出轴固定连接的驱动齿轮；大臂11、小臂调节杆12和抓手角度调节杆13的一端分别设有用于与其对应的驱动齿轮啮合传动的第一啮合齿。
53.也即，大臂驱动装置包括大臂驱动电机111和大臂驱动齿轮112；小臂驱动装置包括小臂驱动电机121和小臂驱动齿轮；抓手角度调节驱动装置包括抓手角度调节驱动电机131和抓手角度调节驱动齿轮。
54.可以理解的是，本实施例采用大臂11、小臂调节杆12和抓手角度调节杆13各自自带的第一啮合齿和驱动电机及驱动齿轮配合的方式，在满足臂架的驱动需求的情况下，节省了一个减速机，从而使得臂架的整体结构简单，成本低。
55.考虑到大臂11、小臂调节杆12、抓手角度调节杆13以及三者各自对应的驱动装置的具体安装方式，在上述实施例的基础之上，用于驱动小臂调节杆12转动的驱动装置安装于第一安装座21，用于驱动抓手角度调节杆13转动的驱动装置安装于第二安装座22，第一安装座21和第二安装座22相对设置，用于驱动大臂11转动的驱动装置安装于第一安装座21或第二安装座22；第一安装座21和第二安装座22之间连接有转轴，大臂11、小臂调节杆12和抓手角度调节杆13分别通过轴承安装于转轴上。
56.如图1所示，小臂调节杆12与小臂驱动电机121分别安装在第一安装座21的两侧，小臂驱动电机121优选通过轴承与第一安装座21相连。抓手角度调节杆13与抓手调节驱动电机分别安装在第二安装座22的两侧，抓手调节驱动电机优选通过轴承与第二安装座22相连。大臂驱动电机111优选安装在第二安装座22上。
57.如图1所示，大臂11、小臂调节杆12和抓手角度调节杆13三者同轴设置，大臂11位于小臂调节杆12和抓手角度调节杆13之间。
58.为了使臂架整体能够做回转运动，在上述实施例的基础之上，第一安装座21和第二安装座22均固设于旋转载台31上，旋转载台31与位置固定的固定载台32转动连接，旋转载台31上安装有回转驱动电机311，以驱动旋转载台31带动臂架整体转动。
59.也就是说，在回转驱动电机311的作用下，可以使旋转载台31相对固定载台32转动，从而使得旋转载台31带动臂架整体转动，实现臂架的整体回转功能。
60.考虑到臂架与抓手连接的方便性，在上述实施例的基础之上，小臂调节前大臂15和角度调节前辅臂18分别与抓手安装架4固定连接，抓手安装于抓手安装架4。
61.为了使抓手能够左右翻转，在上述实施例的基础之上，抓手与抓手安装架4转动连接，抓手安装架4设有抓手翻转驱动电机41，抓手翻转驱动电机41的输出轴连接有抓手翻转驱动齿轮42，抓手设有用于与抓手翻转驱动齿轮42啮合传动的第二啮合齿。
62.也就是说，当抓手翻转驱动电机41转动时，抓手翻转驱动电机41带动抓手翻转驱动齿轮42转动，进而使抓手翻转驱动齿轮42通过第二啮合齿带动抓手转动，实现抓手的左右翻转。
63.考虑到抓手的具体结构，在上述实施例的基础之上，抓手包括抓手连接件51、第一抓手闭合连杆52、第二抓手闭合连杆53、两个夹爪54、两个抓手闭合辅助拉杆55以及抓手闭合驱动装置等。
64.具体地，如图3所示，抓手连接件51与抓手安装架4相连，第一抓手闭合连杆52和第二抓手闭合连杆53分别与抓手连接件51铰接，两个的夹爪54分别与第一抓手闭合连杆52和第二抓手闭合连杆53一一对应铰接，两个抓手闭合辅助拉杆55分别与两个夹爪54一一对应设置，抓手闭合辅助拉杆55的一端与其对应的夹爪54铰接，另一端与抓手连接件51铰接，抓手连接件51安装有抓手闭合驱动装置，以驱动第一抓手闭合连杆52和第二抓手闭合连杆53同步反向转动，实现夹爪54的闭合或打开。
65.考虑到抓手闭合驱动装置的具体结构，在上述实施例的基础之上，抓手闭合驱动装置包括抓手闭合驱动电机56和与抓手闭合驱动电机56的输出轴相连的抓手闭合驱动齿
轮57；第一抓手闭合连杆52设有用于与抓手闭合驱动齿轮57啮合传动的第三啮合齿，第二抓手闭合连杆53设有用于与第三啮合齿啮合传动的第四啮合齿。
66.工作时，抓手闭合驱动电机56驱动抓手闭合驱动齿轮57转动，进而使抓手闭合驱动齿轮57带动与之啮合的第三啮合齿转动，从而使第一抓手闭合连杆52转动，此时，第三啮合齿和第四啮合齿啮合传动，使得第二抓手闭合连杆53与第一抓手闭合连杆52同步反向转动，从而带动两个夹爪54同步反向运动，在此过程中，两个抓手闭合辅助拉杆55拉动各自对应的夹爪54，使夹爪54在第一抓手闭合连杆52、第二抓手闭合连杆53和两个抓手闭合辅助拉杆55的共同作用下，完成抓手闭合或打开的动作。
67.需要说明的是，本实用新型对臂架的具体材质不做限定，本领域技术人员可以根据抓手提取的物品的重量，来选择合适材质的臂架。
68.作为一种优选方案，在上述实施例的基础之上，臂架包括铝型材臂架、结构钢臂架或3d打印的abs材质臂架。
69.可以理解的是，3d打印的abs材质臂架可以应用于负载和运转精度要求不高的应用场景。
70.还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
71.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
72.以上对本实用新型所提供的异形机械手进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。