一种夹取型多关节式变刚度机械手及夹取范围调节方法与流程

本发明涉及机械手技术领域，尤其涉及一种夹取型多关节式变刚度机械手及夹取范围调节方法。

背景技术：

在批量化测量领域，往往使用机械手进行零件的定位，安装与调整。机械手的抓取精度很大程度上影响了最终测量结果的精度，而且对于一些精密和易碎零件，机械手也容易造成损坏。因此，一种精度高，安全性强，适用范围广的机械手显得十分必要。传统的机械手从系统自身的刚度来分，主要分为两类：刚性机械手与柔性机械手。

经检索，中国专利申请号为cn202010531123.3的专利，公开了一种具有主动变刚度功能的软体机械手，涉及软体机器人技术领域。为解决现有的具有变刚度功能的软体机械手，柔顺性、结构紧凑性较差，制备工艺复杂，变刚度与变形存在耦合的问题。支架的下表面沿圆周方向均匀的设有三个软体指，支架的上表面沿圆周方向均匀的设有三个柔性带驱动机构。上述专利中的一种具有主动变刚度功能的软体机械手存在以下不足：

整体装置虽然做到了变刚度机械手的夹持工作，但是整体装置通过气动驱使软体指进行夹持的方式，缺乏空间调节，且整体结构相对简单，在装卸上需要对气管进行铺设，导致更换不便，因此，亟需一种夹取型多关节式变刚度机械手及夹取范围调节方法。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种夹取型多关节式变刚度机械手及夹取范围调节方法。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种夹取型多关节式变刚度机械手及，包括底板，所述底板的顶部两侧外壁分别开有导槽，且两个导槽内滑动连接有滑动底座，底板底部一侧外壁设置有第二履带滑轨，第二履带滑轨的一侧外壁通过导轴连接有两个滚轮，且底板靠近两个滚轮下方的内壁开有限位槽，第二履带滑轨的一侧通过螺栓与滑动底座的一侧相连接，底板顶部外壁通过螺栓固定等距离分布的固定环，且固定环的顶部外壁通过轴承转动连接有旋转底座，旋转底座的顶端转动连接有第一关节架，第一关节架的底端内部设置有驱动组件，第一关节架的顶端通过连接转筒转动连接有第二关节架，第二关节架的底端设置有机盒，且机盒的一侧设置有机盖，第一关节架和第二关节架相对一侧通过液压杆相连接，第二关节架底端一侧外壁设置有第一履带滑轨，且第一履带滑轨的滑块端设置有夹持手。

优选地：所述旋转底座的两侧分别设置有固定座，且第二关节架的内侧设置有控制器。

进一步地：所述驱动组件包括两个转轴、第一斜齿轮、第二斜齿轮、连接轴和第一电机，且第一电机通过固定件固定于第一关节架的底端内部一侧，第一电机的输出端通过联轴器连接有转杆，第二斜齿轮套接于转杆的圆周上。

在前述方案的基础上：所述第一斜齿轮啮合于第二斜齿轮的圆周齿上，旋转底座的两侧分别开有转孔，两个转轴通过轴承连接转孔的圆周内侧，连接轴设置于两个转轴的相对一端，且两个转轴的相反端转动连接于两个固定座的内部。

在前述方案中更佳的方案是：所述夹持手包括两个夹持板、两个联动板、l型固定板、第一气缸、主齿轮、次齿轮、齿条板、驱动齿轮和第二气缸，且第二气缸底部设置于第一履带滑轨的滑动端，齿条板通过安装块固定于第二气缸的活塞杆端部。

作为本发明进一步的方案：所述第一履带滑轨的滑动端开有滑槽，齿条板与滑槽相适配，第一履带滑轨的一侧焊接有l型滑动板，且l型滑动板一侧开有导孔，导孔内滑动连接有导杆，驱动齿轮套接于导杆的圆周上，l型固定板设置于导杆的圆周上。

同时，所述齿条板与驱动齿轮相互啮合，次齿轮通过旋转轴固定于导杆的一端，且主齿轮通过旋转轴贯穿于l型固定板的另一侧，且主齿轮端部旋转轴的一端设置有安装板，主齿轮和次齿轮相互啮合。

作为本发明的一种优选的：所述第一气缸设置于l型固定板的一侧，且两个联动板分别通过旋转块固定于安装板的顶部一侧，两个夹持板分别通过连接轴连接于两个联动板的一端，两个夹持板底部一侧分别通过旋转块与安装板顶部另一侧相连接。

同时，所述连接转筒包括两个固定盖、两个导接轴、磁吸柱和磁吸座，且两个固定盖分别设置于第一关节架和第二关节架衔接的端部两侧，两个导接轴分别设置于两个固定盖的内侧，磁吸柱和磁吸座分别焊接于两个导接轴的相对一端，磁吸柱和磁吸座相互啮合，两个固定盖的圆周外壁均开有等距离分布的散热孔。

一种夹取型多关节式变刚度机械手的夹取范围调节方法，包括以下步骤：

s1：启动第二履带滑轨将夹持手移动至指定位置，并启动第一电机带动转杆旋转，并通过旋转的转杆促使第二斜齿轮旋转，而转动的第二斜齿轮带动了第一斜齿轮旋转，由此通过两个转轴和连接轴带动了旋转底座旋转；

s2：同时启动液压杆使得第一关节架和第二关节架绕着连接转筒旋转一定角度，当夹持手到达预定位置时，启动第一履带滑轨，使得夹持手微调，并启动夹持手对指定目标进行夹持；

s3：而在此过程中，通过启动第二气缸带动齿条板在滑槽内滑动，从而促进了驱动齿轮转动，此时旋转的驱动齿轮带动l型固定板翻转；

s4：同时，转动的驱动齿轮有效带动了次齿轮转动，并通过啮合的关系有效促使主齿轮转动，转动的主齿轮带动其内环中的旋转轴转动，从而进一步带动安装板翻转；

s5：在此期间，通过启动第一气缸带动两个联动板摆动，使得两个联动板端部的夹持板对指定目标物进行夹持工作，由此，使得在第一关节架和第二关节架空间调节的前提下，对指定目标物进行更为精确的夹持，进而，保证了指定目标物的夹持的精准度。

本发明的有益效果为：

1.该一种夹取型多关节式变刚度机械手及夹取范围调节方法，工作时，启动第二履带滑轨将夹持手移动至指定位置，并通过驱动组件带动旋转底座转动，同时启动液压杆使得第一关节架和第二关节架绕着连接转筒旋转一定角度，当夹持手到达预定位置时，启动第一履带滑轨，使得夹持手微调，并启动夹持手对指定目标进行夹持，从而完成了夹持手空间调节，保证了夹持的精度和稳定性，同时整体夹持工作属于联动机制，有效避免了使用气动方式夹持的多气管铺设的弊端，提高了整体的灵活性。

2.该一种夹取型多关节式变刚度机械手及夹取范围调节方法，通过启动第一电机带动转杆旋转，并通过旋转的转杆促使第二斜齿轮旋转，而转动的第二斜齿轮带动了第一斜齿轮旋转，由此通过两个转轴和连接轴带动了旋转底座旋转，进而保证了整体结构的水平角度调节，促进了整体结构的水平机动性。

3.该一种夹取型多关节式变刚度机械手及夹取范围调节方法，通过通过启动第二气缸带动齿条板在滑槽内滑动，从而促进了驱动齿轮转动，此时旋转的驱动齿轮带动l型固定板翻转，而转动的驱动齿轮有效带动了次齿轮转动，并通过啮合的关系有效促使主齿轮转动，转动的主齿轮带动其内环中的旋转轴转动，从而进一步带动安装板翻转，而在此期间，通过启动第一气缸带动两个联动板摆动，使得两个联动板端部的夹持板对指定目标物进行夹持工作，由此，使得在第一关节架和第二关节架空间调节的前提下，对指定目标物进行更为精确的夹持，进而，保证了指定目标物的夹持的精准度，同时也提高了夹持手的夹持效率和质量。

4.该一种夹取型多关节式变刚度机械手及夹取范围调节方法，通过磁吸柱和磁吸座相互吸附连接固定的方式使得两个导接轴可有效安装到两个固定盖内侧，由此，不仅方便了连接转筒的装卸和更换，而且保证了第一关节架和第二关节架活动的灵活性，同时两个固定盖圆周上的散热孔有效对导接轴旋转摩擦的热量进行释放，起到了保护的作用。

附图说明

图1为本发明提出的一种夹取型多关节式变刚度机械手的主视结构示意图；

图2为本发明提出的一种夹取型多关节式变刚度机械手的侧视结构示意图；

图3为本发明提出的一种夹取型多关节式变刚度机械手中旋转底座的剖视结构示意图；

图4为本发明提出的一种夹取型多关节式变刚度机械手中夹持手的结构示意图；

图5为本发明提出的一种夹取型多关节式变刚度机械手中连接转筒的内部的爆炸结构示意图。

图中：1-底板、2-滑动底座、3-限位槽、4-固定环、5-旋转底座、6-第一关节架、7-连接转筒、8-第二关节架、9-机盖、10-第一履带滑轨、11-夹持手、12-液压杆、13-固定座、14-导槽、15-滚轮、16-第二履带滑轨、17-控制器、18-转轴、19-第一斜齿轮、20-第二斜齿轮、21-连接轴、22-夹持板、23-联动板、24-l型固定板、25-第一气缸、26-主齿轮、27-次齿轮、28-齿条板、29-驱动齿轮、30-第二气缸、31-导接轴、32-磁吸柱、33-磁吸座、34-散热孔。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。

下面详细描述本专利的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本专利，而不能理解为对本专利的限制。

在本专利的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利的限制。

在本专利的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定相连、设置，也可以是可拆卸连接、设置，或一体地连接、设置。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本专利中的具体含义。

实施例1：

一种夹取型多关节式变刚度机械手，如图1-5所示，包括底板1，所述底板1的顶部两侧外壁分别开有导槽14，且两个导槽14内滑动连接有滑动底座2，底板1底部一侧外壁通过螺栓固定有第二履带滑轨16，第二履带滑轨16的一侧外壁通过导轴连接有两个滚轮15，且底板1靠近两个滚轮15下方的内壁开有限位槽3，第二履带滑轨16的一侧通过螺栓与滑动底座2的一侧相连接，底板1顶部外壁通过螺栓固定等距离分布的固定环4，且固定环4的顶部外壁通过轴承转动连接有旋转底座5，旋转底座5的顶端转动连接有第一关节架6，第一关节架6的底端内部设置有驱动组件，第一关节架6的顶端通过连接转筒7转动连接有第二关节架8，第二关节架8的底端设置有机盒1，且机盒1的一侧通过螺栓固定有机盖9，第一关节架6和第二关节架8相对一侧通过液压杆12相连接，第二关节架8底端一侧外壁通过螺栓固定有第一履带滑轨10，且第一履带滑轨10的滑块端设置有夹持手11。

工作时，启动第二履带滑轨16将夹持手11移动至指定位置，并通过驱动组件带动旋转底座5转动，同时启动液压杆12使得第一关节架6和第二关节架8绕着连接转筒7旋转一定角度，当夹持手11到达预定位置时，启动第一履带滑轨10，使得夹持手11微调，并启动夹持手11对指定目标进行夹持，从而完成了夹持手11空间调节，保证了夹持的精度和稳定性，同时整体夹持工作属于联动机制，有效避免了使用气动方式夹持的多气管铺设的弊端，提高了整体的灵活性。

所述旋转底座5的两侧分别通过螺栓固定有固定座13，且第二关节架8的内侧通过螺栓固定有控制器17。

为了有效促进整体结构的角度旋转；如图3所示，所述驱动组件包括两个转轴18、第一斜齿轮19、第二斜齿轮20、连接轴21和第一电机，且第一电机通过固定件固定于第一关节架6的底端内部一侧，第一电机的输出端通过联轴器连接有转杆，第二斜齿轮20套接于转杆的圆周上，第一斜齿轮19啮合于第二斜齿轮20的圆周齿上，旋转底座5的两侧分别开有转孔，两个转轴18通过轴承连接转孔的圆周内侧，连接轴21通过螺纹连接于两个转轴18的相对一端，且两个转轴的相反端转动连接于两个固定座13的内部；工作时，启动第一电机带动转杆旋转，并通过旋转的转杆促使第二斜齿轮20旋转，而转动的第二斜齿轮20带动了第一斜齿轮19旋转，由此通过两个转轴18和连接轴21带动了旋转底座5旋转，进而保证了整体结构的水平角度调节，促进了整体结构的水平机动性。

为了促进夹持手11自身角度的调节；如图4所示，所述夹持手11包括两个夹持板22、两个联动板23、l型固定板24、第一气缸25、主齿轮26、次齿轮27、齿条板28、驱动齿轮29和第二气缸30，且第二气缸30底部通过螺栓固定于第一履带滑轨10的滑动端，齿条板28通过安装块固定于第二气缸30的活塞杆端部，第一履带滑轨10的滑动端开有滑槽，齿条板28与滑槽相适配，第一履带滑轨10的一侧焊接有l型滑动板，且l型滑动板一侧开有导孔，导孔内滑动连接有导杆，驱动齿轮29套接于导杆的圆周上，l型固定板24通过螺纹固定于导杆的圆周上，齿条板28与驱动齿轮29相互啮合，次齿轮27通过旋转轴固定于导杆的一端，且主齿轮26通过旋转轴贯穿于l型固定板24的另一侧，且主齿轮26端部旋转轴的一端通过螺纹固定有安装板，主齿轮26和次齿轮27相互啮合，第一气缸25通过螺栓固定于l型固定板24的一侧，且两个联动板23分别通过旋转块固定于安装板的顶部一侧，两个夹持板22分别通过连接轴连接于两个联动板23的一端，两个夹持板22底部一侧分别通过旋转块与安装板顶部另一侧相连接。

工作时，通过启动第二气缸30带动齿条板28在滑槽内滑动，从而促进了驱动齿轮29转动，此时旋转的驱动齿轮29带动l型固定板24翻转，而转动的驱动齿轮29有效带动了次齿轮27转动，并通过啮合的关系有效促使主齿轮26转动，转动的主齿轮26带动其内环中的旋转轴转动，从而进一步带动安装板翻转，而在此期间，通过启动第一气缸25带动两个联动板23摆动，使得两个联动板23端部的夹持板22对指定目标物进行夹持工作，由此，使得在第一关节架6和第二关节架8空间调节的前提下，对指定目标物进行更为精确的夹持，进而，保证了指定目标物的夹持的精准度，同时也提高了夹持手11的夹持效率和质量。

为了有效促进连接转筒7的装卸和更换，保证第一关节架6和第二关节架8活动的灵活性；如图5所示，所述连接转筒7包括两个固定盖、两个导接轴31、磁吸柱32和磁吸座33，且两个固定盖分别通过螺栓固定于第一关节架6和第二关节架8衔接的端部两侧，两个导接轴31分别通过螺纹固定于两个固定盖的内侧，磁吸柱32和磁吸座33分别焊接于两个导接轴31的相对一端，磁吸柱32和磁吸座33相互啮合，两个固定盖的圆周外壁均开有等距离分布的散热孔34。

通过磁吸柱32和磁吸座33相互吸附连接固定的方式使得两个导接轴31可有效安装到两个固定盖内侧，由此，不仅方便了连接转筒7的装卸和更换，而且保证了第一关节架6和第二关节架8活动的灵活性，同时两个固定盖圆周上的散热孔34有效对导接轴31旋转摩擦的热量进行释放，起到了保护的作用。

本实施例在使用时,启动第二履带滑轨16将夹持手11移动至指定位置，并启动第一电机带动转杆旋转，并通过旋转的转杆促使第二斜齿轮20旋转，而转动的第二斜齿轮20带动了第一斜齿轮19旋转，由此通过两个转轴18和连接轴21带动了旋转底座5旋转，同时启动液压杆12使得第一关节架6和第二关节架8绕着连接转筒7旋转一定角度，当夹持手11到达预定位置时，启动第一履带滑轨10，使得夹持手11微调，并启动夹持手11对指定目标进行夹持。

而在此过程中，通过启动第二气缸30带动齿条板28在滑槽内滑动，从而促进了驱动齿轮29转动，此时旋转的驱动齿轮29带动l型固定板24翻转，而转动的驱动齿轮29有效带动了次齿轮27转动，并通过啮合的关系有效促使主齿轮26转动，转动的主齿轮26带动其内环中的旋转轴转动，从而进一步带动安装板翻转，而在此期间，通过启动第一气缸25带动两个联动板23摆动，使得两个联动板23端部的夹持板22对指定目标物进行夹持工作，由此，使得在第一关节架6和第二关节架8空间调节的前提下，对指定目标物进行更为精确的夹持，进而，保证了指定目标物的夹持的精准度。

实施例2：

一种夹取型多关节式变刚度机械手的夹取范围调节方法，如图1-5所示，包括以下步骤：

s1：启动第二履带滑轨16将夹持手11移动至指定位置，并启动第一电机带动转杆旋转，并通过旋转的转杆促使第二斜齿轮20旋转，而转动的第二斜齿轮20带动了第一斜齿轮19旋转，由此通过两个转轴18和连接轴21带动了旋转底座5旋转；

s2：同时启动液压杆12使得第一关节架6和第二关节架8绕着连接转筒7旋转一定角度，当夹持手11到达预定位置时，启动第一履带滑轨10，使得夹持手11微调，并启动夹持手11对指定目标进行夹持；

s3：而在此过程中，通过启动第二气缸30带动齿条板28在滑槽内滑动，从而促进了驱动齿轮29转动，此时旋转的驱动齿轮29带动l型固定板24翻转；

s4：同时，转动的驱动齿轮29有效带动了次齿轮27转动，并通过啮合的关系有效促使主齿轮26转动，转动的主齿轮26带动其内环中的旋转轴转动，从而进一步带动安装板翻转；

s5：在此期间，通过启动第一气缸25带动两个联动板23摆动，使得两个联动板23端部的夹持板22对指定目标物进行夹持工作，由此，使得在第一关节架6和第二关节架8空间调节的前提下，对指定目标物进行更为精确的夹持，进而，保证了指定目标物的夹持的精准度。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。