CN104128927A - 一种机器人抓取装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机器人抓取装置，包括手爪机架、与手爪机架铰接的夹持连杆组和作直线运动且与夹持连杆组以销槽连接以驱动其作摆动运动的动力输入部件，夹持连杆组由三个杆件依次铰接构成，夹持连杆组至少设有三组且在动力输入部件的外侧沿周向均匀分布。本发明的机器人抓取装置，通过在手爪机架上设置多个夹持连杆组相配合，夹持连杆组在动力输入部件的驱动作用下可以向内收缩夹紧物体或向外张开释放物体，从而可以满足对具有异型几何形状的空间物体抓取要求；本抓取装置结构紧凑，可实现三点夹持，比两点夹持更加牢靠，尤其适合在负压吸附抓取方法难于实施的场合。

Description

一种机器人抓取装置

技术领域

本发明属于机器人技术领域，具体地说，本发明涉及一种机器人抓取装置。

背景技术

目前，随着空间机构学与机电控制技术的发展，以串联、并联机器人为代表的各类机器人在工业自动化中已获得广泛应用；同时，随着人类活动空间的不断延伸，面向危险条件和极端环境的机器人技术也正在成为研究热点。

在工业自动化以及在危险条件和极端环境下使用的机器人，一般须依据机器人运动学正解或逆解，通过软件算法，控制伺服电机驱动原动件，实现末端执行器按照预期的轨迹运动，最终以确定的姿态到达其工作位置点，进而通过其末端执行器上配备的专设机构完成其功能任务，这里，末端执行器上配备的专设机构依据任务不同而异，具有非标准化的特点，比如，公开号为CN203380886U的专利文献公开的“包装用并联机器人抓取装置”、公开号为CN203471793U的专利文献公开的“自动插取片机器人工作站”和公开号为CN102528813A的专利文献公开的“机器人抓取治具”等，这些机器人末端执行器上配备的专设机构——抓取执行***本质上是采用负压吸盘组件；又如，在汽车总装线上抓取挡风玻璃的机器人上配备的抓取机构和在汽车覆盖件冲压线上用于抓取冲压板料的机器人上配备的专设抓取机构等亦是基于负压吸附原理。但是，在负压吸附抓取方法难于实施的场合，比如需要使用机器人对具有异型几何形状的空间物体实施抓取与放置时，或者在危险条件和极端环境下负压抓取方案难于实施时，如何设计和配备机器人抓取执行***，目前所见则寥寥无几。

发明内容

为了解决在负压吸附抓取方法难于实施时，机器人抓取执行***的设计与配备问题，本发明提供一种基于平面五杆机构的空间对称十一杆机器人抓取装置。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种机器人抓取装置，包括手爪机架、与手爪机架铰接的夹持连杆组和作直线运动且与夹持连杆组连接以驱动其作摆动运动的动力输入部件，夹持连杆组由三个杆件依次铰接构成，夹持连杆组至少设有三组且在动力输入部件的外侧沿周向均匀分布。

所述动力输入部件包括与所述手爪机架滑动连接的滑移基座和与滑移基座连接且沿周向均匀设置的多个传动杆，传动杆分别与所述夹持连杆组连接。

所述传动杆上设有滑槽，所述夹持连杆组的与所述手爪机架铰接的其中一个杆件上设有嵌入滑槽中的传动销，与各夹持连杆组连接的传动杆在作直线运动时所处的平面与夹持连杆组在作摆动运动时所处的平面平行。

所述滑移基座包括圆盘形的滑移底板和在滑移底板的中心处与滑移底板连接的推拉杆，推拉杆与滑移底板同轴，所述传动杆与滑移底板连接且以滑移底板的轴线为中心线沿周向均匀分布，各传动杆并呈倾斜状态朝向各个所述夹持连杆组处延伸。

所述手爪机架包括与所述滑移底板平行的固定底板，固定底板上设有让所述推拉杆穿过的导向孔，所述夹持连杆组与固定底板铰接。

所述导向孔为圆孔，导向孔的内壁上设有多个导向槽，所述推拉杆的表面设有嵌入导向槽中且沿着导向槽滑动的凸块。

所述固定底板的端面设有套在所述推拉杆上的套管。

所述夹持连杆组的三个杆件为外侧连杆、内侧连杆和中连杆，外侧连杆和内侧连杆的一端与所述固定底板铰接，另一端与中连杆铰接，外侧连杆位于内侧连杆的外侧，所述传动销设在外侧连杆或内侧连杆上。

所述外侧连杆与所述内侧连杆相平行且长度相等，所述中连杆与所述固定底板相平行。

所述夹持连杆组共设有三组。

本发明的机器人抓取装置，通过在手爪机架上设置多个夹持连杆组相配合，夹持连杆组在动力输入部件的驱动作用下可以向内收缩夹紧物体或向外张开释放物体，从而可以满足对具有异型几何形状的空间物体抓取要求；本抓取装置结构紧凑，可实现三点夹持，比两点夹持更加牢靠，尤其适合在负压吸附抓取方法难于实施的场合。

附图说明

本说明书包括以下附图，所示内容分别是：

图1是机器人抓取装置的结构示意图；

图2是手爪机架的结构示意图；

图3是动力输入部件的结构示意图；

图4是内侧连杆的结构示意图；

图5是外侧连杆的结构示意图；

图6是中连杆的结构示意图；

图7是机器人抓取装置的底视图；

图中标记为：

1、手爪机架；11、固定底板；12、套管；13、导向孔；14、导向槽；15、外铰链座；16、内铰链座；

2、动力输入部件；21、滑移底板；22、推拉杆；23、传动杆；24、滑槽；25、凸块；

3、夹持连杆组；31、外侧连杆；32、内侧连杆；33、中连杆；34、传动销。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，目的是帮助本领域的技术人员对本发明的构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解，并有助于其实施。

如图1至图7所示，本发明一种机器人抓取装置，包括手爪机架1、与手爪机架1铰接的夹持连杆组3和作直线运动且与夹持连杆组3连接以驱动其作摆动运动的动力输入部件2，夹持连杆组3由三个杆件依次铰接构成，夹持连杆组3两端的杆件与手爪机架1铰接，从而各夹持连杆组3手爪机架1可以形成四连杆机构，夹持连杆组3至少设有三组且在动力输入部件2的外侧沿周向均匀分布。本机器人抓取装置的多个夹持连杆组3相配合，在动力输入部件2的驱动下，夹持连杆组3可作往复摆动运动，从而可以使多个夹持连杆组3向内收缩夹紧物体或者向外张开释放物体。

具体地说，手爪机架1作为安装其它部件的基础构件，其包括一个固定底板11和设在固定底板11上的一个套管12。作为优选的，固定底板11为圆盘形的构件，且其两端面为平面。

动力输入部件2包括与手爪机架1滑动连接的滑移基座和与滑移基座连接且沿周向均匀设置的多个传动杆23，传动杆23分别与夹持连杆组3连接。滑移基座包括圆盘形的滑移底板21和在滑移底板21的端面中心处与滑移底板21固定连接的推拉杆22，滑移底板21是位于多个夹持连杆组3的中心，滑移底板21与固定底盘相平行且同轴，滑移底板21的直径且比固定底板11的直径小。推拉杆22作为与外设的动力源连接的动力输入端，其为长形的杆件，推拉杆22且与滑移底板21同轴。为了实现手爪机架1的滑动连接，作为优选的，在固定底板11上设有让推拉杆22穿过的导向孔13，该导向孔13为在固定底板11的中心处沿轴向贯穿的通孔，滑移底板21位于固定底板11的一侧，推拉杆22从固定底板11的另一侧伸出，推拉杆22可沿着导向孔13滑动并带动滑移底板21作往复直线移动。为了确保滑移基座在作往复直线移动时不会发生旋转，固定底板11的导向孔13为圆孔，在导向孔13的内壁上设有多个导向槽14，该导向槽14为沿导向孔13径向朝向固定底板11内部凹入的凹槽，且导向槽14是从固定底板11的一端面延伸至另一端面，相应在圆柱形的推拉杆22的表面上设有嵌入导向槽14中且沿着导向槽14滑动的凸块25，凸块25是沿推拉杆22的径向朝向推拉杆22的外侧凸出，且凸块25的长度与推拉杆22的轴线平行。推拉杆22表面的凸块25与固定底板11上的导向槽14形成间隙配合，可以实现滑移基座相对于手爪机架1的相对移动，确保滑移基座在作往复直线移动时不会发生旋转。在本实施例中，固定底板11上的导向槽14共设有三个，且三个导向槽14在导向孔13的内壁沿周向均匀分布的，相应的在推拉杆22的表面也共设有三个凸块25，且三个凸块25也为沿周向均匀分布的。

推拉杆22用于与外设的动力源连接，滑移基座要作往复直线运动，外设的动力源可以是气缸或液压缸，推拉杆22可以与气缸或液压缸的活塞杆连接。作为变形方案，也可以使用螺杆取代推拉杆22，螺杆穿过固定底板11的中心设置的螺纹孔与滑移底板21转动连接，通过螺杆与固定底板11形成丝杆螺母传动机构，螺杆的另一端与伺服电机连接，从而也可以驱动滑移底板21作往复直线运动。

如图1和图2所示，在固定底板11的端面中心处还设有一个套在推拉杆22上的套管12，套管12与滑移底板21分别位于固定底板11的两侧，套管12具有一定的长度，其长度比固定底板11的厚度大，套管12中心设有与固定底板11上的导向孔13连通且同轴的通孔，而且在该通孔的内壁也设有与导向孔13内壁上的导向槽14形状相同的凹槽，具体的，该凹槽的个数与导向槽14个数相等且各凹槽分别位于一个导向槽14的延长线上，同样的，推拉杆22上的凸块25也会嵌入套管12内壁的凹槽中且沿着凹槽滑动。在固定底板11上设置上述结构的套管12，且套管12内壁也设有与凸块25间隙配合的凹槽，从而可以进一步对滑移基座的移动起到导向作用，效果更好。

滑移基座的传动杆23是在滑移底板21的端面上与滑移底板21固定连接，推拉杆22和传动杆23分别位于滑移底板21的两侧。传动杆23共设有多个，且以滑移底板21的轴线为中心线沿周向均匀分布。作为优选的，夹持连杆组3共设有三组，相应的，传动杆23也设有三个，各传动杆23并呈倾斜状态朝向各个夹持连杆组3处延伸，与各个夹持连杆组3连接。这样，三个传动杆23的杆线与滑移底板21的端面均成大小为α的平面角，且三个传动杆23的杆线处于互成120°角的圆锥母线上。

由于传动杆23是随着滑移底板21作往复直线运动，而夹持连杆组3是要作摆动运动，且与各夹持连杆组3连接的传动杆23在作直线运动时所处的平面与夹持连杆组3在作摆动运动时所处的平面相平行。因此，在传动杆23上设有沿其长度方向延伸的滑槽24，如图3所示，该滑槽24为腰形槽且在传动杆23的侧面上贯穿传动杆23，同样该滑槽24所处的平面与夹持连杆组3在作摆动运动时所处的平面也是相平行的。各滑槽24在传动杆23侧面形成的开口是朝向各个夹持连杆组3，各个夹持连杆组3的与手爪机架1铰接的其中一个杆件上设有嵌入滑槽24中的传动销34，传动销34嵌入滑槽24中与滑槽24形成滑动配合，在传动杆23作往复直线运动时，传动杆23可通过滑槽24推动传动销34作往复摆动，从而使夹持连杆组3能够作往复摆动运动。

如图1和图7所示，滑移底板21和固定底板11同轴，且两者的轴线位于各夹持连杆组3在作直线运动时所处的平面内。各个夹持连杆组3的三个杆件为外侧连杆31、内侧连杆32和中连杆33，外侧连杆31和内侧连杆32的一端与在固定底板11的朝向滑移底板21的端面设置的铰链座铰接，另一端与中连杆33铰接，从而与固定底板11形成四连杆机构。另外，外侧连杆31是位于内侧连杆32的外侧，传动销34是固定安装在外侧连杆31或内侧连杆32上，使外侧连杆31或内侧连杆32作为夹持连杆组3的主动构件，以驱动整个夹持连杆组3摆动。

作为优选的，外侧连杆31与内侧连杆32相平行且两者的长度相等，且外侧连杆31和内侧连杆32的长度较长，中连杆33的长度较短，中连杆33与固定底板11相平行，从而各夹持连杆组3可以与固定底板11形成平行四边形四杆机构，外侧连杆31和内侧连杆32作摆动运动，中连杆33作平移运动，中连杆33是作为夹持物体的构件。

作为优选的，如图1和图2所示，在固定底板11的端面设有用于与夹持连杆组3连接的铰链座，包括与外侧连杆31上端铰接的外铰链座15和与内侧连杆32上端铰接的内铰链座16，外铰链座15在固定底板11上以固定底板11的轴线为中心线沿周向均布有三个，内铰链座16在固定底板11上也以固定底板11的轴线为中心线沿周向均布有三个，三个外铰链座15所在的圆的直径比三个内铰链座16所在的圆的直径大，即外铰链座15是位于内铰链座16的外侧，且每一个外铰链座15分别与一个内铰链座16处于固定底板11端面的同一径向方向上，确保与其连接的外侧连杆31和内侧连杆32能够在同一平面内摆动，外侧连杆31和内侧连杆32的摆动轴线且位于与固定底板11的端面平行的同一平面内。

在本实施例中，传动销34是固定安装在内侧连杆32上，传动销34的轴线与内侧连杆32的摆动轴线相平行，传动销34的位置大致是位于内侧连杆32长度方向的中间位置处，确保传动杆23与中连杆33之间具有足够的用于容纳被夹持的物体的空间。

上述结构的机器人抓取装置形成了一种基于平面五杆机构的空间对称十一杆机器人抓取装置，其原理方案来源于平面五杆机构，在平行四边形机构的一个杆件上设置传动销34，在沿手爪机架1移动的传动杆23上设置滑槽24，当传动杆23沿手爪机架1移动时，通过前述滑槽24与传动销34的高副传动带动前述平行四边形的连杆作平动；以前述平面五杆机构为基础，通过创新设计在空间构建三组对称的夹持连杆组3，当传动杆23沿手爪机架1往复移动时，通过三对滑槽24与传动销34的高副传动带动三组夹持连杆组3的中连杆33作平动，在空间即可形成夹紧与松退动作。于是，可以得到空间对称十一杆机器人抓取装置。

上述形成的基于平面五杆机构的空间对称十一杆机器人抓取装置工作过程是：当滑移基座通过推拉杆22上的凸块25与固定底板11上的导向槽14的间隙配合，相对于手爪机架1作往复移动时，各传动杆23上的滑槽24分别与各内侧连杆32上上设置的传动销34构成高副传动，进而同时带动三组夹持连杆组3分别作平面往复摆动，从而，各夹持连杆组3的中连杆33在空间即可完成夹紧与松退功能，实现对物体的夹紧与释放。

上述结构的机器人抓取装置通过设置三组夹持连杆组3，从而可实现三点夹持，基于三点成一平面的原理，与两点夹持相比夹持更加牢靠，若配合各中连杆33夹持端的装夹匹配设计，可实现夹持空间物体的完全定位。本机器人抓取装置适用于在负压吸附抓取方法难于实施的场合，可以满足对具有异型几何形状的空间物体抓取，并能顺利可靠的完成抓取任务。

以上结合附图对本发明进行了示例性描述。显然，本发明具体实现并不受上述方式的限制。只要是采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进；或未经改进，将本发明的上述构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种机器人抓取装置，其特征在于：包括手爪机架、与手爪机架铰接的夹持连杆组和作直线运动且与夹持连杆组连接以驱动其作摆动运动的动力输入部件，夹持连杆组由三个杆件依次铰接构成，夹持连杆组至少设有三组且在动力输入部件的外侧沿周向均匀分布。

2.根据权利要求1所述的机器人抓取装置，其特征在于：所述动力输入部件包括与所述手爪机架滑动连接的滑移基座和与滑移基座连接且沿周向均匀设置的多个传动杆，传动杆分别与所述夹持连杆组连接。

3.根据权利要求2所述的机器人抓取装置，其特征在于：所述传动杆上设有滑槽，所述夹持连杆组的与所述手爪机架铰接的其中一个杆件上设有嵌入滑槽中的传动销，与各夹持连杆组连接的传动杆在作直线运动时所处的平面与夹持连杆组在作摆动运动时所处的平面平行。

4.根据权利要求2或3所述的机器人抓取装置，其特征在于：所述滑移基座包括圆盘形的滑移底板和在滑移底板的中心处与滑移底板连接的推拉杆，推拉杆与滑移底板同轴，所述传动杆与滑移底板连接且以滑移底板的轴线为中心线沿周向均匀分布，各传动杆并呈倾斜状态朝向各个所述夹持连杆组处延伸。

5.根据权利要求4所述的机器人抓取装置，其特征在于：所述手爪机架包括与所述滑移底板平行的固定底板，固定底板上设有让所述推拉杆穿过的导向孔，所述夹持连杆组与固定底板铰接。

6.根据权利要求5所述的机器人抓取装置，其特征在于：所述导向孔为圆孔，导向孔的内壁上设有多个导向槽，所述推拉杆的表面设有嵌入导向槽中且沿着导向槽滑动的凸块。

7.根据权利要求6所述的机器人抓取装置，其特征在于：所述固定底板的端面设有套在所述推拉杆上的套管。

8.根据权利要求5至7任一所述的机器人抓取装置，其特征在于：所述夹持连杆组的三个杆件为外侧连杆、内侧连杆和中连杆，外侧连杆和内侧连杆的一端与所述固定底板铰接，另一端与中连杆铰接，外侧连杆位于内侧连杆的外侧，所述传动销设在外侧连杆或内侧连杆上。

9.根据权利要求8所述的机器人抓取装置，其特征在于：所述外侧连杆与所述内侧连杆相平行且长度相等，所述中连杆与所述固定底板相平行。

10.根据权利要求9所述的机器人抓取装置，其特征在于：所述夹持连杆组共设有三组。