CN107363857A - 一种机械手及机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及机器人技术领域，提供了一种机械手及机器人，包括传动装置和抓取装置，抓取装置包括至少两个手指，手指与传动装置相连接，传动装置带动手指收拢或张开，从而进行抓取或释放动作，该手指可发生弹性变形，可根据物体的外形自适应压靠物体表面，使得手指具备自适应的抓取的能力，适用于形状、大小、位置存在偏差的物体，对待抓取物体的包络能力强，使得抓取稳定性高。带有上述机械手的机器人还包括机械臂，机械臂可带动机械手运动到所需位置，并对物体进行自适应抓取和搬运。

Description

一种机械手及机器人

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及一种机械手及机器人。

背景技术

随着科技的高速发展，在很多场合可利用自动化机器取代人工进行相关的活动和操作，例如机械手，其广泛应用于工业生产、物流、冶金医疗、及3C产业等领域，用以取代人手进行抓取和搬运等重复性、机械性工作，能够极大程度上提高生产；同时也能取代人手进行一些复杂、危险性高的工作，较大程度上保证人身安全。但现有技术中，机械手采用刚性结构，而且传动结构复杂，功能单一，只适用于表面为刚性的物体，且要求多个物体形状、大小和位置均固定不变，才能进行抓取。无法抓取形状、大小、位置存在偏差的物体，且现有的机械手对待抓取物体的包络能力差，抓取稳定性差。对于具有易变形或易破坏特征的物体，利用现有的机器人无法顺利抓取，易造成物体的损坏。

因此，需要针对上述现有技术中存在的问题，提供一种技术方案以解决上述问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种具备自适应抓取功能的机械手及机器人。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：

提供了一种机械手，其包括传动装置和抓取装置，所述抓取装置包括至少两个手指，所述传动装置带动所述手指收拢或张开，从而进行抓取或释放动作，所述手指可发生弹性变形，所述传动装置包括连杆机构，所述连杆机构的数量与所述手指的数量对应相等，所述手指分别与所述连杆机构相连接。

作为上述技术方案的改进，所述传动装置还包括一固定卡盘，所述连杆机构分别与所述固定卡盘构成四连杆机构，所述连杆机构包括依次连接的第一连架杆、连杆和第二连架杆，所述第一连架杆和所述第二连架杆分别与所述固定卡盘铰接，所述连杆的两端分别与所述第一连架杆和所述第二连架杆铰接。

作为上述技术方案的进一步改进，所述传动装置还包括一蜗杆，所述连杆机构沿所述蜗杆周向均匀分布，所述第一连架杆包括一齿轮盘，所述齿轮盘分别与所述蜗杆相啮合。

作为上述技术方案的进一步改进，所述固定卡盘包括安装盘和固定支架，所述蜗杆垂直于所述安装盘中央，所述固定支架的数量与所述连杆机构的数量对应相等，所述固定支架以所述蜗杆为中心沿环状均匀分布，所述第一连架杆与所述固定支架铰接，所述第二连架杆与所述安装盘铰接。

作为上述技术方案的进一步改进，所述安装盘上倾斜设置有安装台，所述安装台与所述固定支架的位置相对应，所述安装台上设置有用于与所述手指连接的第一安装部。

作为上述技术方案的进一步改进，所述手指包括驱动部、固定部和抓取部，所述驱动部用于驱动所述抓取部和所述固定部进行变形，所述抓取部用于抓取物体。

作为上述技术方案的进一步改进，所述驱动部、所述固定部和所述抓取部交汇于同一交汇处并形成截面为y型的结构，对应y型的下部为所述抓取部，对应y型的上部分别为所述驱动部和所述固定部。

作为上述技术方案的进一步改进，所述第二连架杆上设置有第二安装部，所述驱动部与所述第二安装部可拆卸地连接，所述固定部与所述固定卡盘可拆卸地连接。

作为上述技术方案的进一步改进，包括三个所述手指。

还提供了一种机器人，其包括上述的机械手，所述机械臂带动所述机械手进行运动。

本发明的有益效果是：

本发明一种机械手及机器人，包括传动装置和抓取装置，所述抓取装置包括手指，所述手指与所述传动装置相连接，所述传动装置带动所述手指收拢或张开，从而进行抓取或释放动作，所述手指可发生弹性变形，手指可根据物体的外形自适应压靠物体表面，使得手指具备自适应的抓取的能力，适用于形状、大小、位置存在偏差的物体，对待抓取物体的包络能力强，使得抓取稳定性高。带有上述机械手的机器人还包括机械臂，机械臂可带动机械手运动到所需位置，并对物体进行自适应抓取和搬运。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图做简单说明：

图1为本发明机械手一个实施例松开状态的立体示意图；

图2为图1所示实施例部分零件的示意图；

图3为图1所示实施例抓取状态的立体示意图；

图4为图3一个方向的视图；

图5为本发明机械手一个实施例的俯视图；

图6为本发明机械手中固定卡盘的立体示意图；

图7为本发明机械手中连杆机构一个实施例的立体示意图。

具体实施方式

以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。另外，专利中涉及到的所有联接/连接关系，并非单指构件直接相接，而是指可根据具体实施情况，通过添加或减少联接辅件，来组成更优的联接结构。本发明中所涉及的上、下、左、右等方位描述仅仅是相对于附图中本发明各组成部分的相互位置关系来说的。本发明中的各个技术特征，在不互相矛盾冲突的前提下可以交互组合。

图1为本发明机械手一个实施例松开状态的立体示意图，图2为图1所示实施例一个方向的视图，同时参考图1和图2，本实施例机械手包括传动装置100和抓取装置200。抓取装置200包括三个手指210，分别与传动装置100相连接，对应手指210的数量，传动装置100包括三个连杆机构110，传动装置100通过连杆机构110带动三个手指210同步收拢，从而进行抓取动作；手指210具有弹性形变能力，在抓取物体时，手指210可根据物体的外形自适应压靠物体表面，使得手指210具备自适应的抓取的能力。传动装置100通过连杆机构110带动手指210同步张开并消除变形手指的形变，从而进行释放动作。具体实施时，手指的数量至少为2，并沿环形分布，本实施例中，抓取装置200包括3个手指，有助于对物体表面进行充分包络。

本实施例中，手指210为柔性软体材料制成，可进行弹性变形，其包括驱动部211、固定部212和抓取部213，该驱动部211、固定部212和抓取部213为一体结构，固定部212和抓取部213形成一个包络平面214，且三者交汇于同一个交汇处215，其截面呈y型结构(参考图2)，对应y型结构的下部为抓取部213、上部分别为驱动部211和固定部212，其中左边为驱动部211，右边为固定部212。

驱动部211包括第一连接头211a和驱动段211b，固定部上设置有第二连接头212a，第一连接头211a和第二连接头212a用于与传动装置100可拆卸地连接。本实施例中，三个手指相互收拢即可抓取物体，三者相互张开即可释放物体，三个手指沿环形均匀排布，可从三个方向对待抓取物体经进行抓取和包络，适用于形状、大小、位置存在偏差的物体，对待抓取物体的包络能力强，使得抓取稳定性高。

固定部212呈直板状，包括第二连接头212a和固定段212b，包络平面214由固定段212b与抓取部213共同形成，用于与待抓取物体直接作用，利用物体与包络面214之间的摩擦力，将物体固定在两个手指之间。三者的交汇处215厚度较大，可增加该处的强度和韧性，抓取部213从其端部向该交汇处215材料厚度逐渐增大。

传动装置100包括三个连杆机构110、一固定卡盘120和一个蜗杆130，连杆机构110沿环形均匀排布并与固定卡盘120铰接，蜗杆130位于三个连杆机构110的中间，可带动三个连杆机构110同时运动，三个手指210分别与三个连杆机构110可拆卸地固定连接。

固定卡盘120包括一个安装盘121和三个固定支架122，蜗杆130垂直于安装盘121中央，固定支架122以蜗杆为中心沿环状均匀分布并固定在该安装盘121上，三个连杆机构110分别与三个固定支架122铰接。

安装盘121上设置有三个用于让位的侧边1211，该侧边1211与固定支架122的位置相对应，为三个连杆机构的运动提供让位，避免运动干涉。安装盘121上倾斜设置有三个安装台123，该安装台123与固定支架的位置相对应，其上设置有用于与手指110连接的第一安装部1231和三对用于与连杆机构110进行铰接的铰接座1232。第一安装部1231具体为贯穿该安装台的T型槽，有利于对安装在其内的自适应手指均匀施力，防止自适应手指发生扭曲，手指210的固定部212上的第二接头212a具体为T型接头，该第二接头212a可卡入第一安装部1231中从而固定连接，并且可根据需要进行拆卸，同时，为防止固定在该T型槽内的自适应手指滑脱，可在连接部两端面设置锁紧挡板，防止自适应手指沿T型槽长度方向滑脱。

三个连杆机构110分别以固定卡盘120为机架构成三个四连杆机构，具体的，连杆机构110包括第一连架杆111、第二连架杆112和连杆113，第一连架杆111与固定卡盘120上的固定支架122铰接，第二连架杆112与安装台123上设置的铰接座1231相铰接，形成铰链四连杆机构，第一连架杆111和第二连架杆112分别可相对固定卡盘120进行摆动。第一连架杆111包括一齿轮盘111a，该齿轮盘111a以第一连架杆111上与固定支架122的铰接点为圆心，三个第一连架杆111上的齿轮盘111a分别与蜗杆130相互啮合，驱动该蜗杆130转动可带动三个第一连架杆111同步转动，从而带动连杆113和第二连架杆112运动。

第二连架杆112上设置有第二安装部112a，本实施例中，该第二安装部112a具体为T型槽，有利于对安装在其内的自适应手指均匀施力，防止自适应手指发生扭曲，手指210的驱动部211上的第一接头211a具体为T型接头，该第一接头211a可卡入第二安装部112a中从而固定连接，并且可根据需要进行拆卸，同时，为防止固定在该T型槽内的自适应手指滑脱，可在连接部两端面设置锁紧挡板，防止自适应手指沿T型槽长度方向滑脱。为保证卡接可靠，该第一连接头211a和第二连接头212a优选为刚性材料制成，或者为柔性软体材料制成并在其内部设置有刚性材料，防止第一连接头和第二连接头变形过量而脱离第一安装部1231和第二安装部112a。驱动段211b呈弯曲状，有利于对其弯曲方向进行导向，防止其受力变形时驱动段材料向固定部212卷曲，使得驱动段材料向远离固定部212的方向卷曲，保证足够的变形空间。

图3为图1所示实施例抓取状态的立体示意图，图4为图3一个方向的视图，同时参考图3和图4，本实施例三爪机械手在抓取时，驱动装置驱动传动装置100中的蜗杆130转动，定义该转动方向为正向，蜗杆130带动与其啮合的三个第一连架杆111同步转动，第一连架杆111通过连杆113带动第二连架杆112运动，使得第二连架杆112带动手指210相互收拢并压迫驱动部211使其变形，由于手指210为柔性软体材料制成，故驱动部211产生的变形为弹性形变，其弹力推动抓取部213和固定部212相向弯曲，三个手指进行收拢，从而实现抓取动作。上述柔性软体材料可为为天然橡胶、硅胶等环保材质，具有硬度较低、可变形程度高的特点。

释放时，驱动装置带动蜗杆130反向转动(与上述定义的正向转动方向相反)，带动与其啮合的三个第一连架杆111同步转动，第一连架杆111通过连杆113带动第二连架杆112运动，使得第二连架杆112带动手指210张开，并消除驱动部211以及抓取部213的形变，三者相互张开，从而实现释放动作。

具体实施时，可将动力装置直接固定于固定卡盘220上，此时动力装置可以为电动、气动或者液压驱动等方式提供旋转动力，此处优选为电机，电机输出端与蜗杆130相连接并可带动蜗杆130转动。

图5为本发明三爪机械手一个实施例的俯视图，参考图5，固定卡盘120包括一个安装盘121和三个固定支架122，蜗杆130垂直于安装盘121中央，固定支架122以蜗杆130为中心沿环状均匀分布，第一连架杆111与固定支架122铰接，三个第一连架杆111上的齿轮盘111a均与蜗杆130啮合。安装盘121上设置有三个第一侧边1211和三个第二侧边1212，第一侧边1211与固定支架122的位置相对应，第二侧边1212与第一侧边1211间隔设置。

图6为本发明三爪机械手中固定卡盘的立体示意图，参考图6，固定卡盘120包括安装盘121和固定支架122，安装盘121上倾斜设置有三个安装台123,其位置分别与固定支架相对应，其上设置有用于与手指连接的第一安装部1231和三对用于与连杆机构进行铰接的铰接座1232。安装台123倾斜设置，当三爪机械手处于自然状态时，有利于安装在其上的手指处于无变形的自由状态，有助于提高手指的使用寿命。第一安装部1231具体为贯穿该安装台的T型槽，有利于对安装在其内的自适应手指均匀施力，防止自适应手指发生扭曲，同时，为防止固定在该T型槽内的自适应手指滑脱，可在连接部两端面设置锁紧挡板，防止自适应手指沿T型槽长度方向滑脱。

图7为本发明三爪机械手中连杆机构一个实施例的立体示意图，参考图7，连杆机构110包括第一连架杆111、第二连架杆112和连杆113。

第一连架杆111包括一齿轮盘111a，该齿轮盘111a以第一连架杆111与上述的固定支架的铰接点为圆心，三个第一连架杆上的齿轮盘111a与蜗杆啮合，蜗杆转动可带动三个第一连架杆111同步转动，从而带动连杆113和第二连架杆112进行相应的运动。

第二连架杆112包括两个相互分离的铰接座1121和两根对称设置并相互分离的摆杆1122，两根摆杆通过连接部1123相连接，铰接座1121设置在连接部1123上并与两根摆杆呈一定角度设置，第一安装部112a设置在连接部1123上，其为一贯穿连接部1123的T型槽，有利于对安装在其内的自适应手指均匀施力，防止自适应手指发生扭曲，同时，为防止固定在该T型槽内的自适应手指滑脱，可在连接部两端面设置锁紧挡板，防止自适应手指沿T型槽长度方向滑脱。

连杆113两端分别与第一连架杆111和第二连架杆112铰接，连杆113包括第一曲杆1131和第二曲杆1132，第一曲杆1131和第二曲杆1132各具有一个弯曲段，使得二者的铰接轴拉开相应的距离，从而使得第一曲杆1131和第二曲杆1132上的铰接轴与第二连架杆112上的铰接座1121相配合铰接，使得传动稳定可靠。

一种机器人，包括机械臂及上述的三爪机械手，机械臂带动该机械手进行移动，从而对物体进行抓取和搬运，对物体的抓取具备三爪机械手的所有功能，用以取代人手进行抓取和搬运等重复性、机械性工作，能够极大程度上提高生产；同时也能取代人手进行一些复杂、危险性高的工作，较大程度上保证人身安全。

上述仅为本发明的较佳实施例，但本发明并不限制于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可以做出多种等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (10)

1.一种机械手，其特征在于：包括传动装置和抓取装置，所述抓取装置包括至少两个手指，所述传动装置带动所述手指收拢或张开，从而进行抓取或释放动作，所述手指可发生弹性变形，所述传动装置包括连杆机构，所述连杆机构的数量与所述手指的数量对应相等，所述手指分别与所述连杆机构相连接。

2.根据权利要求1所述的机械手，其特征在于：所述传动装置还包括一固定卡盘，所述连杆机构分别与所述固定卡盘构成四连杆机构，所述连杆机构包括依次连接的第一连架杆、连杆和第二连架杆，所述第一连架杆和所述第二连架杆分别与所述固定卡盘铰接，所述连杆的两端分别与所述第一连架杆和所述第二连架杆铰接。

3.根据权利要求2所述的机械手，其特征在于：所述传动装置还包括一蜗杆，所述连杆机构沿所述蜗杆周向均匀分布，所述第一连架杆包括一齿轮盘，所述齿轮盘分别与所述蜗杆相啮合。

4.根据权利要求3所述的机械手，其特征在于：所述固定卡盘包括安装盘和固定支架，所述蜗杆垂直于所述安装盘中央，所述固定支架的数量与所述连杆机构的数量对应相等，所述固定支架以所述蜗杆为中心沿环状均匀分布，所述第一连架杆与所述固定支架铰接，所述第二连架杆与所述安装盘铰接。

5.根据权利要求4所述的机械手，其特征在于：所述安装盘上倾斜设置有安装台，所述安装台与所述固定支架的位置相对应，所述安装台上设置有用于与所述手指连接的第一安装部。

6.根据权利要求2～5中的任一项所述的机械手，其特征在于：所述手指包括驱动部、固定部和抓取部，所述驱动部用于驱动所述抓取部和所述固定部进行变形，所述抓取部用于抓取物体。

7.根据权利要求6所述的机械手，其特征在于：所述驱动部、所述固定部和所述抓取部交汇于同一交汇处并形成截面为y型的结构，对应y型的下部为所述抓取部，对应y型的上部分别为所述驱动部和所述固定部。

8.根据权利要求7所述的机械手，其特征在于：所述第二连架杆上设置有第二安装部，所述驱动部与所述第二安装部可拆卸地连接，所述固定部与所述固定卡盘可拆卸地连接。

9.根据权利要求8所述的机械手，其特征在于：包括三个所述手指。

10.一种机器人，其特征在于：包括机械臂及权利要求1～9中任一项所述的机械手，所述机械臂带动所述机械手进行运动。