CN102371583B - 一种用于抓取样品安瓿的机械手 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于抓取样品安瓿的机械手，该机械手包括：机械主手、机械副手、定位螺盖、缓冲弹簧和编码器；所述的机械主手，用于抓紧样品安瓿，包括：三个或以上的手指、同轴套设的主手手体和手体拉杆、拉紧器、外齿轮换位键；机械主手的手指上设有齿牙，用于与样品安瓿上的齿槽相配合，以传输样品安瓿的测量信号；所述的主手手体的前端部设有第一手指铆接位，用于可转动铆接手指的中部；所述的手体拉杆的前端也配合设有第二手指铆接位，用于可转动铆接手指的端部；所述的手体拉杆中间主体呈多边形嵌套于主手手体内，以限制其相对于主手手体的旋转自由度；本发明可在对样品安瓿的操作过程中准确牢固地抓住样品安瓿。

Description

一种用于抓取样品安瓿的机械手

技术领域

本发明涉及空间材料科学实验装置，特别涉及一种用于抓取样品安瓿的机械手。

背景技术

目前我国的批量样品实验装置中，采用的带动样品安瓿进出料仓的机构只是一支拨叉。它非常简单，它挑着样品安瓿的头部，带动样品安瓿运动。当样品安瓿在料仓中运动时，它不能够使样品安瓿与料仓之间无阻力。这样的后果是，在进行空间实验时，摩擦力会严重破坏样品在空间科学实验中的微重力状态，严重时会导致空间科学实验的失败；容易对样品安瓿表面造成划痕，甚至会损坏用石英制成的样品安瓿，而且这种拨叉不能够将样品安瓿中样品的测量信号传出来。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于抓取样品安瓿的机械手，可将样品安瓿中样品的测量信号引出。利用它可以配合实现抓取样品安瓿的动作，同时可将样品安瓿锁紧在料仓中，另外，它还可以将样品安瓿与料仓解锁，并且还能够将样品安瓿中样品的测量信号传出来。

为实现上述目的，本发明提供了一种用于抓取样品安瓿的机械手，其特征在于，该机械手包括：机械主手、机械副手、定位螺盖、缓冲弹簧和编码器；

所述的机械主手，用于抓紧样品安瓿，包括：三个或以上的手指、同轴套设的主手手体和手体拉杆、拉紧器、外齿轮换位花键；机械主手的手指上设有齿牙，用于与样品安瓿上的齿槽相配合，以传输样品安瓿中的测量信号；

所述的主手手体的前端部设有第一手指铆接位，用于可转动铆接手指的中部；

所述的手体拉杆的前端也配合设有第二手指铆接位，用于可转动铆接手指的端部；所述的手体拉杆中间主体呈多边形嵌套于主手手体内，以限制其相对于主手手体的旋转自由度；

所述的手体拉杆的后部套设固定有拉紧器，该拉紧器前端的外圆上有个环形滑槽，通过该环形滑槽配合主手手体内壁的弹簧滑道将拉紧器固定在主手手体的内腔上，其末端内壁设有内齿花键，用于啮合外齿轮换位花键。这样，拉紧器的轴向自由度被限制，只能在弹簧滑道上做圆周运动。当传递动能的外齿轮换位花键划入拉紧器的内齿花键并与其咬合时，拉紧器跟随外齿轮换位花键一起转动，拉紧器相对于手体拉杆旋转，继而带动手体拉杆沿轴向移动。

所述的机械副手是一拨叉，用于带动锁紧机构，实现样品在料仓中的卡紧与松开，包括：叉部和内齿花键部；

所述的叉部，穿设于主手手体上的圆弧形凹槽内，用于配合锁紧机构；

所述的内齿花键部，抵设于拉紧器和定位螺盖之间，其内齿花键配合外齿轮换位花键；机械副手拨叉的轴向自由度由机械手主手手体和定位螺盖限制，只能绕主手手体中心做转动，当与拨叉的内齿花键咬合时，机械手拨叉随外齿轮换位花键一起转动。

作为上述技术方案的一种优选，所述的手体拉杆的中间主体呈三角形，对应地，机械手主体内设有三角滑道。

作为上述技术方案的另一种优选，所述的手体拉杆的后部通过螺纹连接固定拉紧器。

作为上述技术方案的一种改进，所述的拨叉的内齿花键部抵设于定位螺盖的端面设有两个环形凹槽，该两个环形凹槽的起始端分别有一个浅于定位钢珠的半球型定位坑。当钢珠沿凹槽滑动至定位坑时，定位钢珠在弹簧力的作用下被弹入凹槽中，机械手拨叉停止转动，外齿换位花键脱出机械手拨叉的内齿。定位钢珠被压簧固定在机械手定位螺盖的前端。

作为上述技术方案的另一种改进，所述的定位螺盖与主手手体固定连接于机械手托架上，所述的机械副手和拉紧器之间的距离为外齿换位键齿部厚度的两倍。

作为上述技术方案的还一种改进，所述的拉紧器外圆上的环形滑槽与主手手体内壁上的弹簧滑道之间留有间隙。

作为上述技术方案的再一种改进，所述的拉紧器和手体拉杆的多边形中间主体之间设置有缓冲弹簧。在缓冲弹簧预紧力的作用下，环形滑槽与主手手体内壁上的弹簧滑道之间的间隙留着前端，当外齿轮换位花键顶住拉紧器时，缓冲弹簧收缩，克服花键对插时产生的死点，可使外齿轮换位花键与拉紧器的内齿轮花键顺利***。当外齿轮换位花键向前移动退出时，外齿轮换位花键的外齿上在滑出拉紧器的方向上倒有斜面，以方便退出。外齿轮换位花键前端是左旋螺扣，外齿轮换位花键的底部也倒有旋出方向的倒角，以方便进出机械副手的内齿花健中。

本发明用于进行大批量样品实验的材料科学实验装置中，机械手在齿轮的带动下，可实现四个动作：

1.机械主手抓取样品安瓿，即将样品安瓿夹紧。

2.机械主手松开样品安瓿。

3.机械副手带动锁紧机构，将样品安瓿锁紧在料仓中。

4.机械副手带动锁紧机构，将锁紧机构解锁，使样品安瓿与料仓脱离。

本发明具有以下优点：

1．配合样品安瓿锁紧机构，可完成将样品安瓿从料仓中取出、***料仓中等操作。

2．可在对样品安瓿的操作过程中牢固地抓住样品安瓿。

3．当机械手抓紧样品安瓿之后，机械手上的凸牙正好对准样品安瓿上的凹槽，这样，可将样品安瓿中样品的测量信号传导出来，并将这些信号通过电缆传递到数据采集电路中。

4．可以通过码盘来控制电机，可使机械手抓取粗细不等的样品安瓿。

附图说明

图1是本发明用于抓取样品安瓿的机械手的结构示意图；

图2是本发明用于抓取样品安瓿的机械手和锁紧机构配合的结构示意图；

图3是本发明用于抓取样品安瓿的机械手的主手手体的结构示意图；

图4是本发明用于抓取样品安瓿的机械手的手体拉杆的结构示意图；

图5是本发明用于抓取样品安瓿的机械手的主手手体另一状态的结构示意图；

图6是本发明用于抓取样品安瓿的机械手的三角滑道的结构示意图；

图7是本发明用于抓取样品安瓿的机械手的机械主手的局部剖面示意图；

图8是本发明用于抓取样品安瓿的机械手的机械副手、拉紧器和外齿轮换位花键的局部分解示意图；

图9是本发明用于抓取样品安瓿的机械手的机械副手、拉紧器和外齿轮换位花键的局部装配示意图；

图10是本发明用于抓取样品安瓿的机械手的机械副手端面的定位钢珠的结构示意图；

图11是本发明用于抓取样品安瓿的机械手的装配示意图。

附图标识：

1、机械主手          2、机械副手       3、样品安瓿

4、主手手体          5、手指拉杆       6、手指

7、第一手指铆接位    8、第一手指转轴   9、第二手指铆接位

10、第二手指转轴     11、中间主体      12、拉紧器

13、三角滑道         14、内螺纹        15、环形滑槽

16、弹簧滑道         17、副手拨叉      18、缓冲弹簧

19、外齿轮换位花键   20、环形凹槽      21、定位螺盖

22、内齿花键

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

如图1所示，本发明的机械手由机械主手1和机械副手2两部分组成，机械主手负责抓紧样品安瓿3，并传导样品安瓿3中样品的测量信号；料仓机械副手2负责样品在料仓中的卡紧与松开，如图2所示。

本例中，机械主手主要由三个手指6、主手手体4、手指拉杆5、拉紧器12组成，机械手主手1是拉杆运动机构原理，三个手指6由三个手指转轴分别铆接在主手手体4的三个铆接位7/9上，铆接形式为活铆接，***相向，手指6可以绕第一手指转轴8、第二手指转轴10转动，如图3所示。

如图3、4所示，手指拉杆5的三个手体铆接位互为120均布在手体的前端，三个手指的一端与手指拉杆5末端的三个互为120°的拉杆铆接位，同样用三个手指6转轴分别铆接，铆接形式为活铆接，手指可绕第一手指转轴8。当手指拉杆5缩短时，三个手指6同时绕第一手指转轴8做相对转动，三个手指6合拢，抓紧样品安瓿3。当手指拉杆5伸长时，三个手指6同时绕第二手指转轴10做相向转动，手指张开，从而松开样品，如图5所示。

如图6所示，手指拉杆5中间主体11为三角型，前端是螺杆，末端是铆接位7/9，末端与手指铆接，三角型的中间主体11通过机械手主体的三角滑道13，其旋转自由度被限制，因此，手指拉杆5只能做轴向运动。

如图7所示，手指拉杆5前端的螺杆与拉紧器12末端的内螺纹14相连接，当拉紧器12转动时，手指拉杆5随之伸缩，从而带动手指6的转动。拉紧器12外圆上有个环形滑槽15，由一个主手手体4内壁的弹簧滑道16将拉紧器12固定在主手手体4的内腔上，这样，拉紧器12的轴向自由度被限制，只能在弹簧滑16道上做圆周运动。拉紧器12外圆上的环形滑槽15与弹簧滑道16之间有一定的间隙，在缓冲弹簧18预紧力的作用下，间隙留着前端，当外齿轮换位花键19顶住拉紧器12时，缓冲弹簧18收缩，克服花键对插时产生的死点，可使外齿轮换位花键19与拉紧器12的内齿轮花键顺利***。当外齿轮换位花键向前移动退出时，外齿轮换位花键19的外齿上在滑出拉紧器12的方向上倒有斜面，以方便退出。外齿轮换位花键19前端是左旋螺扣，外齿轮换位花键19的底部也倒有旋出方向的倒角，以方便进出机械副手的内齿花健22中。

如图8所示，拉紧器12的前端是内齿花键22，当传递动能的外齿轮换位花键划入拉紧器12的内齿花键22并与其咬合时，如图9所示，拉紧器12跟随外齿轮换位花键一起转动，拉紧器12末端与机械手拉杆的螺杆做相对的螺旋运动。

如图10、11所示，机械副手拨叉17的外圆用凸台与机械手主手手体凹槽呈有间隙配合，在定位钢珠的作用下，间隙留在机械手拨叉的末端，机械手拨叉轴向自由度由机械手手体和机械手定位螺盖21限制，只能绕手体中心做转动，当外齿轮换位花键19与拨叉的内齿花键22部咬合时，机械手拨叉随外齿轮换位花键19一起转动，而外齿轮换位花键19可以沿拨叉的内齿做轴向滑动。

机械手拨叉的前端端面有两个环形凹槽20作为钢珠滑槽，环形槽起始端分别有一个浅于定位钢珠的半球型定位坑，当钢珠沿环形凹槽20滑动至定位坑时，定位钢珠在弹簧力的作用下被弹入环形凹槽20中，机械手拨叉停止转动，外齿换位花键19脱出机械手拨叉的内齿。定位钢珠被压簧固定在机械手定位螺盖21的前端。钢珠具有如下三个作用：

1.定位作用。确定副手的起始位置。

2.作为滑道起到限位的作用，减少机械副手拨叉17与手体和机械手螺盖之间的摩擦力。

3.缓冲外齿花键滑出时的死点。

通过控制钢珠在环形凹槽20中的位置（也就是副手拨叉17旋转的角度），可以控制样品料仓的缩紧力，并由此来调节料仓的内径，从而使料仓可以装入不同直径的样品。

如图11所示，机械手定位螺盖21后端与机械手手体连接，和手体1一起被固定在机械手托架上。机械手拨叉和拉紧器12之间有两倍外齿换位键厚度的空间。外齿换位花键19后端的左旋螺杆通过机械手拨叉及机械手螺盖前端的内螺纹14与齿轮相连，该齿轮由电机带动旋转，从而带动机械手运动。

当样品库到达指定位置时，张开的机械手指6***样品卡紧机构的让位槽内，对准要抓取的样品抓取部位。机械副手的拨叉同时进入样品夹紧器的相应凹槽内。机械手抓紧样品安瓿3，机械手与料仓夹紧机构的位置关系（料仓未松开时）。

机械手手指张开时外齿轮换位花键的键位于机械手主手的拉紧器的内齿键内。机械手电机启动，拉紧器12随换位花键做顺时针旋转，同时外齿换位花键向前滑移，手指拉杆5缩短，手指抓紧样品。外齿轮换位花键19与拉紧器12脱离，进入拉紧器12与拨叉17的空间，机械主手抓紧样品安瓿3后停止运动，外齿换位花键19继续旋转并向前运行，进入机械副手2的拨叉的内齿花键22内，带动拨叉顺时针旋转，拨叉带动样品锁紧机构做顺时针旋转，样品锁紧腔缩回，样品卡紧锁打开，手体抓紧样品安瓿3时，样品夹紧机构与机械手的相对位置示意图（料仓已松开）。

样品库后退，样品安瓿3被取出，外齿轮换位花键19位于拨叉的内齿花键22内，电机停止运动。

此后，样品安瓿3随机械手***一起运动。样品加工完成后，机械手***带动样品安瓿3回到原位，样品库启动，回到样品安瓿3被抓取的位置，此时料仓是松开的，样品安瓿3顺利归位，机械副手2的拨叉进入夹紧***的凹槽中，机械手电机再次启动，做逆时针转动，外齿轮花键19带动样品夹紧机构做逆时针转动，外齿轮换位花键19沿拨叉内齿向后滑动，样品安瓿3夹紧腔被拉出，由此将样品安瓿3夹紧。外齿轮换位花键19与拨叉内齿脱离，进入空间，拨叉停止转动，外齿轮换位花键19继续向后滑动，进入主手的拉紧器12与拉紧器12的内齿花键22咬合，带动拉紧器12做逆时针旋转，手体拉紧杆伸长，手指6松开样品安瓿3。

然后样品库退回，机械手***与料仓***分开，样品安瓿3被放回。机械手完成一个工作循环。

Claims (7)

1.一种用于抓取样品安瓿的机械手，其特征在于，该机械手包括：机械主手、机械副手、定位螺盖、缓冲弹簧和编码器；

所述的机械主手，用于抓紧样品安瓿，包括：三个或三个以上的手指、同轴套设的主手手体和手体拉杆、拉紧器、外齿轮换位花键；机械主手的手指上设有齿牙，用于与样品安瓿上的齿槽相配合，以传输样品安瓿的测量信号；

所述的主手手体的前端部设有第一手指铆接位，用于可转动铆接手指的中部；

所述的手体拉杆的前端还配合设有第二手指铆接位，用于可转动铆接手指的端部；所述的手体拉杆的中间主体呈多边形嵌套于主手手体内；

所述的手体拉杆的后部套设固定有拉紧器，该拉紧器前端的外圆上有个环形滑槽，通过该环形滑槽配合主手手体内壁的弹簧滑道将拉紧器固定在主手手体的内腔上，其末端内壁设有内齿花键，用于啮合外齿轮换位花键；

所述的机械副手是一拨叉，用于带动锁紧机构，实现样品在料仓中的卡紧与松开，包括：叉部和内齿花键部；

所述的叉部，穿设于主手手体上的圆弧形凹槽内，用于配合锁紧机构；

所述的内齿花键部，抵设于拉紧器和定位螺盖之间，其内齿花键配合外齿轮换位花键。

2.根据权利要求1所述的用于抓取样品安瓿的机械手，其特征在于，所述的手体拉杆的中间主体呈三角形，对应地，主手手体内设有三角滑道。

3.根据权利要求1所述的用于抓取样品安瓿的机械手，其特征在于，所述的手体拉杆的后部通过螺纹连接固定拉紧器。

4.根据权利要求1所述的用于抓取样品安瓿的机械手，其特征在于，所述的机械副手的内齿花键部抵设于定位螺盖的端面设有两个环形凹槽，该两个环形凹槽的起始端分别有一个浅于定位钢珠的半球型定位坑。

5.根据权利要求1所述的用于抓取样品安瓿的机械手，其特征在于，所述的定位螺盖与主手手体固定连接于机械手的托架上，所述的机械副手和拉紧器之间的距离为外齿轮换位花键的齿部厚度的两倍。

6.根据权利要求1所述的用于抓取样品安瓿的机械手，其特征在于，所述的拉紧器外圆上的环形滑槽与主手手体内壁上的弹簧滑道之间留有间隙。

7.根据权利要求1所述的用于抓取样品安瓿的机械手，其特征在于，所述的拉紧器和手体拉杆的多边形中间主体之间设置有缓冲弹簧。

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