CN109591039B - 一种液压机械手爪 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及机械工程领域，公开了一种液压机械手爪，包括：两个可相对摆动的手腕臂；每个手腕臂的运动端连接一个指关节摆动结构；每个指关节摆动结构由n个依次相连的指关节组件构成，n为大于等于1的自然数；其中，每个指关节组件包括：指关节臂和指关节摆缸；相邻两个指关节臂铰接并由指关节摆缸驱动摆动。本发明提供的一种液压机械手爪，能够实现指关节的模块化设计及每个指关节的灵活驱动，实现类似于人体指关节的灵活抓取动作，且该液压机械手爪可以根据不同场合的需要增加指关节的个数，使机械手爪更灵活化，更趋近于人手抓取动作；同时该液压机械手爪的指关节采用模块化设计，结构紧凑、重量轻、耗能低。

Description

一种液压机械手爪
技术领域
本发明涉及机械工程领域，特别是涉及一种液压机械手爪。
背景技术
机械手爪已经在全球工业中取得了一定程度的发展，机械手爪已经逐渐向各行各业渗透，在传统的机械手爪多数采用电机实现关节处的转动，但此类机械手爪提供的力矩较小。为解决此类问题，申请号为CN205394584U的中国专利公开了一种液压机械手，该专利主要是通过直线液压缸与传动结构相结合实现关节的转动，但仍然存在机构不紧凑的问题，申请号为CN104690739A的中国专利公开了一种水下液压机械手夹持机构，虽然改善了结构紧凑的问题，但未考虑手指关节处的灵活性问题。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明的目的是为了解决现有技术中传统的液压机械手爪灵活性差、结构不紧凑的技术问题，提供一种液压机械手爪。
(二)技术方案
针对现有技术中存在的技术问题，本发明提供一种液压机械手爪，包括：腕关节摆动机构和指关节摆动机构；所述腕关节摆动机构包括：两个可相对摆动的手腕臂；每个所述手腕臂的运动端连接一个所述指关节摆动结构；每个所述指关节摆动结构由n个依次相连的指关节组件构成，n为大于等于1的自然数；其中，每个所述指关节组件包括：指关节臂和指关节摆缸；相邻两个所述指关节臂铰接并由所述指关节摆缸驱动摆动。
进一步地，所述指关节摆缸包括：相对转动的定子和转子；相邻两个所述指关节臂通过一个所述指关节摆缸铰接，其中一个所述指关节臂的铰接端固定在所述定子上，另一个所述指关节臂的铰接端固定在所述转子上。
进一步地，第1个指关节组件的指关节臂的第一端固定在第1个指关节组件的指关节摆缸的定子上，第1个指关节组件的指关节摆缸的转子固定在对应所述手腕臂的运动端上；第偶数个指关节组件的指关节摆缸的定子固定在前一个指关节组件的指关节臂的第二端，所述第偶数个指关节组件的指关节臂的第一端固定在该指关节组件的指关节摆缸的转子上；第奇数个指关节组件的指关节摆缸的定子固定在该指关节组件的指关节臂的第一端，第奇数个指关节组件的指关节摆缸的转子固定在前一个指关节组件的指关节臂的第二端上。
进一步地，每个所述指关节臂包括：两块平行相对设置的手指模板，相邻两个所述指关节臂的两块手指摸板的铰接端固定在定子或转子的两端。
进一步地，两个所述手腕臂通过腕关节摆缸铰接并由所述腕关节摆缸驱动摆动。
进一步地，其中一个所述手腕臂的铰接端固定在所述腕关节摆缸的定子上，另一个所述手腕臂的铰接端固定在所述腕关节摆缸的转子上。
进一步地，每个所述手腕臂包括：两块平行相对设置的手腕模板，两个所述手腕臂的两块手腕摸板的铰接端固定在所述腕关节摆缸的定子或转子的两端。
进一步地，n个所述指关节组件的指关节摆缸的进油口分别与供油装置的出油口连通。
进一步地，与所述手腕臂相连的第一个指关节摆缸至最后一个指关节摆缸的启动驱动能呈递增趋势。
进一步地，所述n为1-20。
(三)有益效果
本发明提供的一种液压机械手爪，其指关节部由多个串联连接的指关节臂构成，且每个指关节臂分别通过一个指关节油缸连接驱动，实现指关节的模块化设计及每个指关节的灵活驱动，类似人体的由多节构成的指关节结构，实现类似于人体指关节的灵活抓取动作，且该液压机械手爪可以根据不同场合的需要增加指关节的个数，使机械手爪更灵活化，更趋近于人手抓取动作；同时该液压机械手爪的指关节采用模块化设计，结构紧凑、重量轻、耗能低。
附图说明
图1为本发明液压机械手爪一实施例的结构示意图。
其中：
1：手腕臂； 2：指关节组件； 3：腕关节摆缸；
11：手腕模板； 21：指关节摆缸； 22：指关节臂；
22a：第一端； 22b：第二端； 221：手指模板。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
在本发明的描述中，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”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
图1给出了本发明液压机械手爪一实施例的结构示意图，如图1所示，本发明实施例的液压机械手爪由腕关节摆动机构和指关节摆动机构构成，类似于人体的手腕部和指关节部。腕关节摆动机构包括至少两个手腕臂1，一个手腕臂1对应铰接一个指关节摆动机构，构成机械手爪的上手爪和下手爪，由n个依次相连的指关节组件构成，n为大于等于1的自然数，优选n＝1-20；其中，每个指关节组件2包括：指关节臂22和指关节摆缸21；相邻两个指关节臂通过指关节摆缸铰接并由指关节摆缸驱动摆动，实现指关节摆动机构与对应手腕臂1之间的相对转动。n个指关节组件的指关节摆缸21之间可分别独立控制，即先控制第一个指关节臂22运动，当接触并夹紧物体时，再控制第二个指关节臂22运动，依此类推，完成夹紧物体的动作。
具体地，指关节摆缸21包括：相对转动的定子和转子；相邻两个指关节臂通过一个指关节摆缸铰接，其中一个指关节臂的铰接端固定在定子上，另一个指关节臂的铰接端固定在转子上。需要说明的是，多个指关节组件2的指关节臂22之间的连接可全部采用指关节摆缸21连接，也可部分采用指关节摆缸21连接，其余的还可以采用本领域可知的其他能够驱使手腕臂1运动的驱动装置，均在本发明的保护范围之内。
进一步地，第1个指关节组件2的指关节臂22的第一端22a固定在第1个指关节组件2的指关节摆缸21的定子上，第1个指关节组件2的指关节摆缸21的转子固定在对应所述手腕臂1的运动端上。
第偶数个指关节组件2的指关节摆缸21的定子固定在前一个指关节组件2的指关节臂22的第二端22b，该第偶数个指关节组件2的指关节臂22的第一端22a固定在该指关节组件2的指关节摆缸21的转子上。
第奇数个指关节组件2的指关节摆缸22的定子固定在该指关节组件2的指关节臂22的第一端22a，第奇数个指关节组件2的指关节摆缸21的转子固定在前一个指关节组件2的指关节臂22的第二端22b上。
其中，第偶数个指关节组件是指依次连接的n个指关节组件中处于偶数位置的指关节组件2，第奇数个指关节组件是指依次连接的n个指关节组件中处于奇数位置的指关节组件2。
例如，当n＝2时，第1个指关节组件2的指关节臂22的第一端22a固定在第1个指关节组件2的指关节摆缸21的定子上，第1个指关节组件2的指关节摆缸21的转子固定在对应所述手腕臂1的运动端上；第2个指关节组件2的指关节摆缸21的定子固定在第1个指关节组件2的指关节臂22的第二端22b，第2个指关节组件2的指关节臂22的第一端22a固定第2个指关节组件2的指关节摆缸21的转子上。
例如，当n＝3时，第1个指关节组件2的指关节臂22的第一端22a固定在第1个指关节组件2的指关节摆缸21的定子上，第1个指关节组件2的指关节摆缸21的转子固定在对应所述手腕臂1的运动端上；第2个指关节组件2的指关节摆缸21的定子固定在第1个指关节组件2的指关节臂22的第二端22b，第2个指关节组件2的指关节臂22的第一端22a固定第2个指关节组件2的指关节摆缸21的转子上；第3个指关节组件2的指关节摆缸21的定子固定在第3个指关节组件2的指关节臂22的第一端22a，第2个指关节组件2的指关节臂22的第二端22b固定第3个指关节组件2的指关节摆缸21的转子上。
例如，当n＝4时，第1个指关节组件2的指关节臂22的第一端22a固定在第1个指关节组件2的指关节摆缸21的定子上，第1个指关节组件2的指关节摆缸21的转子固定在对应所述手腕臂1的运动端上；第2个指关节组件2的指关节摆缸21的定子固定在第1个指关节组件2的指关节臂22的第二端22b，第2个指关节组件2的指关节臂22的第一端22a固定第2个指关节组件2的指关节摆缸21的转子上；第3个指关节组件2的指关节摆缸21的定子固定在第3个指关节组件2的指关节臂22的第一端22a，第2个指关节组件2的指关节臂22的第二端22b固定第3个指关节组件2的指关节摆缸21的转子上；第4个指关节组件2的指关节摆缸21的定子固定在第3个指关节组件2的指关节臂22的第二端22b，第4个指关节组件2的指关节臂22的第一端22a固定第3个指关节组件2的指关节摆缸21的转子上。
当n＝5,6,7,8……时依此类推。多个指关节组件2彼此串连形成多个并联的油路，下一个指关节臂22会在上一个指关节臂22作出抓出动作后跟进作出抓出动作，类似人体手指关节的灵活抓取动作，可以实现机械手爪在抓取或搬运物件的过程中能够自动适应被抓取物体或被搬运物件的外观形状，且无需在控制***中加入力反馈装置，可以根据不同场合的需要增加指关节组件2的个数，使机械手爪更灵活性，更趋近于人手抓取动作。
进一步地，上述指关节臂22具体可由两块平行相对设置的手指模板221构成，相邻两个指关节臂22的两块手指摸板211的铰接端固定在定子或转子的两端。具体地，指关节摆缸21设置在两块手指模板221之间，且两块手指模板221的第一端22a分别固定在定子的两端。
两个手腕臂1可分别通过腕关节摆缸3连接并由该腕关节摆缸3驱动转动，其中一个手腕臂1的铰接端固定在腕关节摆缸3的定子上，另一个手腕臂1的铰接端固定在腕关节摆缸的转子上。具体地，每个手腕臂1包括：两块平行相对设置的手腕模板11，两个手腕臂1的两块手腕摸板11的铰接端固定在腕关节摆缸3的定子或转子的两端。
需要说明的是，指关节摆缸21和腕关节摆缸3均可采用本领域技术人员可知的能够通过液压油提供机械动能驱使转子与定子相对转动的液压驱动装置，例如中国专利申请号为CN201710486335.2的发明专利公开的一种具有全封闭笼式密封***的叶片式摆动液压油缸。
该液压机械手爪抓取物体的过程如下：腕关节摆缸3用于提供机械手爪腕部的旋转运动，将机械手爪旋转到与被抓物体处于同一直线上，当机械手爪的手腕臂1接触物体后，指关节摆缸21会驱动指关节臂22接触并夹紧物体。
本发明提供的一种液压机械手爪，其指关节部由多个串联连接的指关节臂22构成，且每个指关节臂22分别通过一个指关节油缸21连接驱动，实现指关节的模块化设计及每个指关节的灵活驱动，类似人体的由多节构成的指关节结构，实现类似于人体指关节的灵活抓取动作，且该液压机械手爪可以根据不同场合的需要增加指关节的个数，使机械手爪更灵活化，更趋近于人手抓取动作；同时该液压机械手爪的指关节采用模块化设计，结构紧凑、重量轻、耗能低。
在上述实施例的基础上，本实施例中，n个指关节组件2的指关节摆缸21的进油口分别与供油装置的出油口连通，其中供油装置通常采用油泵，油泵的出油口分别与每一个指关节摆缸21的进油口连通，实现每个指关节油路的并联连接，即各个指关节摆缸21之间采用的是并联式液压回路控制，且n个指关节组件的指关节摆缸21的启动压力不同，由第一个指关节摆缸21至最后一个指关节摆缸21，其启动压力呈递增趋势，当第一个指关节臂22接触并夹紧物体时，会使液压***压力升高，此时会直接驱动下一节指关节摆缸21转动，进而带动相关指关节臂22转动并夹紧物体，如此运动，便会使各指关节臂22依次运动并夹紧物体。本实施例的机械手爪可对每一个指关节摆缸21进行单独控制，无需在控制***中加入力反馈装置，且各个指关节摆缸21的启动压力呈递增趋势，类似于人体指关节的灵活抓取动作。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种液压机械手爪，其特征在于，包括：腕关节摆动机构和指关节摆动机构；所述腕关节摆动机构包括：两个可相对摆动的手腕臂；每个所述手腕臂的运动端连接一个所述指关节摆动结构；
每个所述指关节摆动机构 由n个依次相连的指关节组件构成，n为大于等于1的自然数；
其中，每个所述指关节组件包括：指关节臂和指关节摆缸；相邻两个所述指关节臂铰接并由所述指关节摆缸驱动摆动；
n个所述指关节组件的指关节摆缸的进油口分别与供油装置的出油口连通，与所述手腕臂相连的第一个指关节摆缸至最后一个指关节摆缸的启动驱动能呈递增趋势。
2.根据权利要求1所述的液压机械手爪，其特征在于，
所述指关节摆缸包括：相对转动的定子和转子；相邻两个所述指关节臂通过一个所述指关节摆缸铰接，其中一个所述指关节臂的铰接端固定在所述定子上，另一个所述指关节臂的铰接端固定在所述转子上。
3.根据权利要求2所述的液压机械手爪，其特征在于，
第1个指关节组件的指关节臂的第一端固定在第1个指关节组件的指关节摆缸的定子上，第1个指关节组件的指关节摆缸的转子固定在对应所述手腕臂的运动端上；
第偶数个指关节组件的指关节摆缸的定子固定在前一个指关节组件的指关节臂的第二端，所述第偶数个指关节组件的指关节臂的第一端固定在该指关节组件的指关节摆缸的转子上；
第奇数个指关节组件的指关节摆缸的定子固定在该指关节组件的指关节臂的第一端，第奇数个指关节组件的指关节摆缸的转子固定在前一个指关节组件的指关节臂的第二端上。
4.根据权利要求2所述的液压机械手爪，其特征在于，每个所述指关节臂包括：两块平行相对设置的手指模板，相邻两个所述指关节臂的两块手指摸板的铰接端固定在定子或转子的两端。
5.根据权利要求1所述的液压机械手爪，其特征在于，两个所述手腕臂通过腕关节摆缸铰接并由所述腕关节摆缸驱动摆动。
6.根据权利要求5所述的液压机械手爪，其特征在于，其中一个所述手腕臂的铰接端固定在所述腕关节摆缸的定子上，另一个所述手腕臂的铰接端固定在所述腕关节摆缸的转子上。
7.根据权利要求6所述的液压机械手爪，其特征在于，每个所述手腕臂包括：两块平行相对设置的手腕模板，两个所述手腕臂的两块手腕摸板的铰接端固定在所述腕关节摆缸的定子或转子的两端。
8.根据权利要求1-7任一项所述的液压机械手爪，所述n为1-20。
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