CN107081751B - 一种用于抓取扁平物体的机械手 - Google Patents

Abstract

一种用于抓取扁平物体的机械手属于机械设计中的机构设计领域。它包括平台、蜗轮蜗杆机构、电动机、直钩驱动机构和连杆机构。工作时电动机带动蜗轮蜗杆机构，进而带动直钩驱动机构，驱动直钩依次完成向上运动、水平运动和向下运动，最终将扁平物体固定在平台的正中间。其中，直钩驱动机构依靠螺母和丝杠之间的传动角实现螺母的转动和水平运动，自由度为2，在螺母和滑块卡死时水平运动，未卡死时则实现螺母的转动。该机构仅使用一个电动机即可实现直钩的上升、水平运动和下降，控制简单，响应速度快。

Description

一种用于抓取扁平物体的机械手

技术领域

本发明涉及一种用于抓取扁平物体的机械手，这类机械特别适用于抓取餐桌上散乱的餐盘，属于机械设计中的机构设计领域。

背景技术

现在的大型餐厅和食堂等公共餐饮设施都采用人工的方法收集和整理餐桌上的餐盘，人工的方式费时费力，而且工作十分劳累。目前已经出现了用于工厂食堂和学校食堂的全自动洗碗机，可以高效的将餐具清洗干净，但收集分拣和初步清理，倾倒剩饭剩菜的工作仍然由人工完成，这种工作费时费力，并且属于大量重复性工作，适合由机器完成。所以，设计一种能够初步收集和清理的机构来替代繁重的人工，可以大大提高回收餐具的速度，并且减少繁重的人工劳动。

发明内容

本发明的目的是固定餐桌上散乱的餐盘，从而实现收集分拣和初步清理。

该机械手的组成如下：

如图1所示，机械手由平台1、直钩驱动机构3和一组蜗轮蜗杆机构5组成，其中，蜗轮蜗杆机构5由电动机4驱动，6为直钩，平台1上有直钩槽2，直钩 6可以从直钩槽中伸出和移动。三组直钩驱动机构3在蜗轮蜗杆机构5的带动下同步运动，依次实现直钩6的上升、水平移动和下降，最后将盘子固定在平台1 的正中央。三个蜗轮和一个蜗杆中心对称排列，使三个蜗轮同步转动，分别带动三组直钩驱动机构3，并起到自锁功能。

直钩驱动机构如图2所示，由水平运动机构7、连杆机构8和一组锥齿轮9 组成，水平运动机构7带动连杆机构8整体水平移动，连杆机构8带动直钩竖直运动，水平运动机构7和连杆机构8之间通过一组锥齿轮9连接，传动比为1。

水平运动机构如图3所示，由丝杠10、滑轨11、螺母12和滑块13组成，滑块可以沿滑轨水平滑动。

水平运动机构的剖视图如图4所示，丝杠10和螺母12组成一螺旋副，螺母 12和滑块13之间由轴承14连接。螺母12边缘加工一约2mm的螺母凸台17，滑块13的孔内也安装一约2mm活动凸台16，该活动凸台16安装在弹簧15上。因此，水平运动机构的运动情况如下：

①滑块13受到横向约束力，且螺母凸台17和活动凸台16没有接触时，滑块13和螺母12在水平方向均不能运动，此时机构自由度为1，丝杠10的所有驱动力都用来驱动螺母12的转动；

②滑块13没有受到横向约束力，且螺母凸台17和活动凸台16接触并卡死时，滑块13与螺母12之间不能发生转动，此时机构自由度为1，丝杠10与螺母12之间形成螺旋副，丝杠10的所有驱动力都用来驱动螺母12和滑块13的水平运动；

③滑块13没有受到水平约束力，且螺母凸台17和活动凸台16没有接触，此时滑块13可以在水平方向运动，螺母12也可以转动，此时机构自由度为2，因为只有丝杠10一个原动件，所以不能确定机构如何运动，这时机构的运动情况与滑块13水平方向受到的摩擦力和螺母12转动受到的摩擦力以及丝杠10传动的摩擦角都有关。

连杆机构简图如图5所示，由直钩6和曲柄18组成，该机构自由度为1，曲柄18由锥齿轮带动，可以实现直钩6的上下往复运动。该装置中，由于只需要依次实现直钩6的向上运动、水平运动和向下运动，所以只需要曲柄18转动一周，使直钩6完成一次往复运动即可。

该机械手的创新性在于其特殊设计使其只使用一个电动机驱动，依靠丝杠和螺母之间的传动角，使其具有多种运动状态，驱动连杆机构分别完成上升、平移和下降，这种设计控制简单，适应性强，可以适应不同大小和形状的餐盘，并且正常工作时自由度为1，可靠性高，运动速度快。

附图说明

图1是机械手的示意图

图2是直钩驱动机构的示意图

图3是水平运动机构的示意图

图4是水平运动机构的剖视图

A是弹簧15和活动凸台16的细节示意图；B是螺母凸台的细节示意图

图5是连杆机构简图

具体实施方式

该机械手的工作过程如下：

如图1，电动机驱动蜗轮蜗杆机构5，带动三个中心对称排列的蜗轮，进而带动三组丝杠运动；如图4，开始时滑块13处于初始位置，并且螺母凸台17和活动凸台16成180°。由于丝杠10与螺母12之间存在水平方向的摩擦力，因此该机构处于第一种运动情况，即螺母凸台17和活动凸台16没有接触，丝杠 10的所有驱动力都用来带动连杆机构，使直钩上升；

如图4，当直钩上升至顶点时，螺母旋转180°，螺母凸台17和活动凸台 16互相接触并卡死，螺母12无法继续转动，此时该机构处于第二种运动情况，即所有驱动力都用来驱动螺母12和滑块13的水平运动，带动三个直钩向中心收拢；

如图1，三个直钩6会一直运动，直到都与餐盘碰触，如图4，此时螺母12 和滑块13不能再水平运动，丝杠10的所有驱动力用来驱动螺母12的转动，当力矩增大到一定值时，螺母凸台17将活动凸台16压入槽内，之后螺母12可以继续转动，继续带动连杆机构，使直钩由最高点向下运动；

如图1，当直钩6将餐盘钩住时，直钩6不能继续运动，连杆机构被锁死，此时电动机4停止驱动，但由于蜗轮蜗杆机构5的自锁功能，蜗轮不能回转，因此整个机构被锁死，将盘子固定在平台1的正中央，不会掉落；

如图1，当需要将大盘松开时，电动机4反向转动，如图4，由于丝杠10 与螺母12之间的摩擦力的存在，该机构处于第一种运动情况，直钩向上运动，将餐盘松开；

如图4，当螺母12反向转动直到螺母凸台17和活动凸台16接触时，螺母 12不能继续反转，此时丝杠10驱动螺母12和滑块13水平运动，三个直钩向外扩张；

如图4，当滑块13运动到初始位置时，滑块13与机架相碰，停止水平运动，此时丝杠10的驱动力使螺母凸台17将活动凸台16压入槽内，螺母凸台17越过活动凸台16继续运动，直到两个凸台成180°时电动机停止转动，完成一个运动流程。

Claims (2)

1.一种用于抓取扁平物体的机械手，其特征在于：机械手包括平台、三组直钩驱动机构和一组蜗轮蜗杆机构，其中，蜗轮蜗杆机构由电动机驱动；平台上有三组直钩槽，直钩能从直钩槽中伸出和移动；三组直钩驱动机构在蜗轮蜗杆机构的带动下同步运动；三个蜗轮关于一个蜗杆轴线中心对称排列，并且三个蜗轮都与一个蜗杆啮合，使三个蜗轮同步转动，分别带动三组直钩驱动机构，并起到自锁功能；

直钩驱动机构包括水平运动机构、连杆机构和一组锥齿轮，水平运动机构带动连杆机构整体水平移动，连杆机构带动直钩竖直运动，水平运动机构和连杆机构之间通过一组锥齿轮连接，传动比为1；

水平运动机构包括丝杠、滑轨、螺母和滑块，滑块能沿滑轨水平滑动；丝杠和螺母组成一螺旋副，螺母和滑块之间由轴承连接；螺母边缘加工一螺母凸台，滑块的孔内安装活动凸台，活动凸台和滑块之间通过一弹簧连接；连杆机构由直钩和曲柄组成，连杆机构自由度为1，曲柄由锥齿轮带动，实现直钩的上下往复运动；连杆机构在水平运动机构和锥齿轮的带动下依次实现直钩的向上运动、水平运动和向下运动。

2.根据权利要求1所述的机械手，其特征在于：水平运动机构的运动情况为以下情况之一：

①滑块受到横向约束力，且螺母凸台和活动凸台没有接触时，滑块和螺母在水平方向均不能运动，此时机构自由度为1，丝杠的所有驱动力都用来驱动螺母的转动；

②滑块没有受到横向约束力，且螺母凸台和活动凸台接触并卡死时，滑块与螺母之间不能发生转动，此时机构自由度为1，丝杠与螺母之间形成螺旋副，丝杠的所有驱动力都用来驱动螺母和滑块的水平运动。