CN111606046B - 柔性握持电磁机械手 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种柔性握持电磁机械手，它包括装配在机械臂上的机械掌，所述机械掌上装配有两根以上的机械指，所述机械指设计有向内的弯曲结构；所述机械指包括两节以上的指节壁，每个所述指节壁内侧装配有刚性材料制作的指骨，相邻所述指骨之间通过弹性的关节件连接，相邻指节壁内侧采用铰接件相连，所述指节壁外侧采用弹性可变形的外皮连接，所述指骨深入到所述铰接件内部与弹性的关节件相连，所述指部腔相对所述指骨的外侧装有指筋，所述指筋的一端通过连接柱与指骨相连，另一端深入到所述机械掌内部，与收紧模块相连。该机械手结构简单，使用方便，可以对生产部件进行柔性握持的柔性握持电磁机械手。

Description

柔性握持电磁机械手

技术领域

本发明属于机械手技术领域，具体涉及一种柔性握持电磁机械手。

背景技术

在机械生产加工以及组装的过程中，常常需要对机械零件进行握持操作，这种握持操作常常由机械手来完成，但是传统的机械手进行握持时，尤其是工业类的机械手，为了保证机械手的结构简化，以及工作稳定性，通常是没有指结类操作的，很难完成对握持物体的全面包裹，同时其动作是钢化僵硬的，一旦握持的力量不对时，容易对机械手握持的物品造成破坏，而高活动性的仿人类机械手其结构过于复杂，价格过于昂贵，同时错误率也较高，不适宜在机械类的大规模批量生产时使用。

传统的机械手在使用的过程中，夹取动作通常需要专门的动作结构进行控制，这样增加了结构的复杂性，另外有些机械手常常在冷暖交替的环境下使用，例如一些烧制或者需要蒸煮的元件，常常需要从加热的环境下取出到冷却环境中，这样就需要在两个冷热交替环境下使用。

在工业生产时，用机械手抓取的工件，常常为铁质材料制作，这样传统的机械手必须进行握持才可以完成对工件或者零件的抓取。而且传统的机械手无法对铁质零件进行精准区分，使用较为不便，而使用电磁吸附结构，虽然可以完成对铁质零件的精准抓取，但是在零件的抓取过程中需要一直开启电磁元件，十分耗能。

发明内容

针对以上问题，本发明提供一种结构简单，使用方便，可以对生产部件进行柔性握持的柔性握持电磁机械手。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该柔性握持电磁机械手包括装配在机械臂上的机械掌，所述机械掌上装配有两根以上的机械指，所述机械指设计有向内的弯曲结构，至少一对机械指的弯曲面相对，所述机械指的弯曲一面附着有弹性材料的形变贴合层；所述机械指包括两节以上的指节壁，所述指节壁内部设计有指部腔，每个所述指节壁内指部腔中靠近弯曲方向的内侧装配有刚性材料制作的指骨，相邻所述指骨之间通过弹性的关节件连接，所述机械指对应所述指骨外侧的指节壁采用刚性材料制作，相邻指节壁内侧采用铰接件相连，所述指节壁外侧采用弹性可变形的外皮连接，弹性的所述关节件装配在所述铰接件内部，所述指骨深入到所述铰接件内部与弹性的所述关节件相连，所述指骨通过铰接件以及关节件构成骨架结构，所述机械指指端的指骨外端固定装配有连接柱，所述指部腔相对所述指骨的外侧装有采用弹性线性材料制作的指筋，所述指筋的一端通过连接柱与指骨相连，所述指筋的另一端深入到所述机械掌内部，与收紧模块相连，所述收紧模块控制所述指筋拉紧和松开；所述机械指设计有伸展和弯曲两个状态，在指筋的松开的情况下，所述关节件处于自然弯曲状态，这时相邻指骨以及相邻指节壁之间处于弯折状态，整个机械手处于弯曲握紧状态，当所述指筋拉紧时，通过连接柱以及各节指骨与所述关节件作用，将关节件展开，使得相邻指骨以及相邻指节壁之间呈现直线状态，这时机械手处于伸展状态。

作为优选，所述指筋采用弹性橡胶材料制作，所述收紧模块采用卷取结构，通过对所述指筋的卷取多少来实现对所述指筋的拉紧和松开。

作为优选，所述指筋采用金属弹簧结构，通过所述收紧模块与电路结构构成回路，所述收紧模块可以控制所述指筋弹簧结构内部电流的大小。

作为优选，所述铰接件采用为圆筒形状，所述指骨与铰接件的两个相互转动件之间分别固定相连，所述关节件采用可插拔的方式装配在所述铰接件内部。

作为优选，所述机械掌上装配有四根所述机械指，分成两组分别可以向内侧弯曲设计。

作为优选，每根所述机械指上设计有三根所述指骨以及所述指节壁，所述形变贴合层对应中间指骨的位置上设计补偿凹槽。

作为优选，所述关节件采用记忆金属制造。

作为优选，所述指节壁设计为筒形，所述机械指内部靠近所述外皮部分设计弧形的挡边，所述指筋从所述挡边与外皮之间通过；所述指筋与指骨之间的空腔中设计有弹簧结构的输送簧，所述输送簧的一端深入到所述机械指内指部腔的前端，所述输送簧的另一端深入到所述机械掌内，所述输送簧的两端中分别固定装配有弹性的限位套，所述输送簧内装配有柱状的磁块，所述磁块的外壁与所述限位套的内壁尺寸相配，所述磁块可以弹性嵌入所述限位套内部，所述输送簧的两端接入控制电路，控制电路可以向所述输送簧内部分别通入正反向的电流，在输送簧内侧产生不同方向的磁场，对所述磁块在输送簧内部产生进行磁力输送。

作为优选，所述限位套的外侧面采用弹性面封闭设计，所述机械指采用封闭设计。

本发明的有益效果在于：该柔性握持电磁机械手主要由于工业生产中的握持操作，与机械臂配合使用在生产线上，该机械手使用时，通过机械臂将机械手移动到输送线上的物料工件位置，同时收紧模块操作指筋收紧拉动机械指的前部指骨，使得所有指骨产生连动，实现机械指的张开，这时机械手恰好可以放入物料工件的握持位置，然后所述收紧模块操作指筋松开对机械指端部的指骨拉动，机械指的各指骨以及指节壁在关节连接件的弹性作用下回复握紧状态，实现对物料工件的弹性握紧。而当该机械手需要不同握持力时，可以通过对收紧模块对指筋不同的拉动力来实现，而该机械手的最大握持力为指筋松开对指骨的拉动状态时，这样可以防止握力过大损害抓取物品。该机械手结构简单，具有多个的指节，可以通过对指筋的松紧拉动来实现握紧操作，握紧的状态更加的多变，适用性更广。

附图说明

图1是柔性握持电磁机械手正向的结构示意图。

图2是柔性握持电磁机械手俯视方向伸展状态时剖面的结构示意图。

图3是柔性握持电磁机械手俯视方向握紧状态时剖面的结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进一步说明：

如图1、图2和图3所示，在本实施例中，该柔性握持电磁机械手其外部结构可根据具体需要握持的工件进行具体设计，其大致外形与传统机械手类似，它包括装配在机械臂1上的机械掌2，所述机械掌2上装配有两根以上的机械指3，所述机械指3设计有向内的弯曲结构，至少一对机械指3的弯曲面相对，所述机械指3的弯曲一面附着有弹性材料的形变贴合层31；所述形变贴合层采用硅胶或者海绵材料制作。所述机械指3包括两节以上的指节壁32，所述指节壁32内部设计有指部腔，每个所述指节壁32内指部腔中靠近弯曲方向的内侧装配有刚性材料制作的指骨33，所述指节壁32与所述指骨33固定相连。相邻所述指骨33之间通过弹性的关节件34连接，所述机械指3对应所述指骨33外侧的指节壁32采用刚性材料制作，相邻指节壁32内侧采用铰接件35相连，所述关节件34用来相邻保持指骨33之间的连接状态，所述铰接件35用来对限制指骨33的弯转状态进行限位。所述指节壁32外侧采用弹性可变形的外皮36连接，弹性的所述关节件34装配在所述铰接件35内部，所述指骨33深入到所述铰接件35内部与弹性的所述关节件34相连，所述指骨33通过铰接件35以及关节件34构成骨架结构，所述机械指3指端的指骨33外端固定装配有连接柱，所述指部腔相对所述指骨33的外侧装有采用弹性线性材料制作的指筋4，所述指筋4的一端通过连接柱与指骨33相连，所述指筋4的另一端深入到所述机械掌2内部，与收紧模块41相连，所述收紧模块41控制所述指筋4拉紧和松开。所述机械指3设计有伸展和弯曲两个状态，在指筋4的松开的情况下，如图3所示，此时所述关节件34处于自然弯曲状态，这时相邻指骨33以及相邻指节壁32之间处于弯折状态，整个机械手处于弯曲握紧状态，当所述指筋4拉紧时，通过连接柱以及各节指骨33与所述关节件34作用，将关节件34展开，使得相邻指骨33以及相邻指节壁32之间呈现直线状态，这时机械手处于伸展状态。

该柔性握持电磁机械手主要由于工业生产中的握持操作，与机械臂1配合使用在生产线上，该机械手使用时，通过机械臂1将机械手移动到输送线上的物料工件6位置，同时收紧模块41操作指筋4收紧拉动机械指3的前部指骨33，使得所有指骨33产生连动，实现机械指3的张开，这时机械手恰好可以放入物料工件6的握持位置，然后所述收紧模块41操作指筋4松开对机械指3端部的指骨33拉动，机械指3的各指骨33以及指节壁32在关节连接件34的弹性作用下回复握紧状态，实现对物料工件6的弹性握紧。而当该机械手需要不同握持力时，可以通过对收紧模块对指筋不同的拉动力来实现，而该机械手的最大握持力为指筋4松开对指骨33的拉动状态时，这样可以防止握力过大损害抓取物品。该机械手结构简单，具有多个的指节，与传统的硬夹取结构相比，更加柔性，可以有效降防止夹坏产品，另外可以通过对指筋4的松紧拉动来实现握紧操作，握紧的状态更加的多变，可以对更多形状的物体进行柔性抓取，适用性更广。

在具体设计时，所述指筋4采用弹性橡胶材料制作，所述收紧模块41采用卷取结构，通过对所述指筋4的卷取多少来实现对所述指筋4的拉紧和松开。这样通过收紧模块41卷取指筋4的长短就可以实现对机械手抓取的有效控制。结构简单易于实施。

或者，所述指筋采用金属弹簧结构，这时该指筋通过所述收紧模块与电路结构构成回路，所述收紧模块可以控制所述指筋弹簧结构内部电流的大小。当弹簧结构中通入电流时，螺旋结构形成磁场，使得弹簧中靠近的金属圈相互吸引，这样弹簧结构就会实现收缩，从而完成对机械指3前部指骨33的弹性拉紧。这种结构可通过电流直接实现对收缩力度的控制，便于设备的自动模块化设计，收缩力大小的控制更加的准确，控制过程更加的方便。

如图2和图3所示，所述铰接件35采用为圆筒形状，所述指骨33与铰接件35的两个相互转动件之间分别固定相连，所述关节件34采用可插拔的方式装配在所述铰接件35内部。这样人们可以通过更换不同的关节件34来实现不同的最大握持力调整，以及实现相邻指骨33之间最大弯曲角度的调节，而且本身所示关节件34属于易损元件，这样的易拆卸结构，便于对其进行快速更换，大大缩短换件和修理时间。

在本实施例中，如图1和图2所示，所述机械掌2上装配有四根所述机械指3，分成两组分别可以向内侧弯曲设计。这样可以更加方便的握持圆柱形的物料元件6。每根所述机械指3上设计有三根所述指骨33以及所述指节壁32，这与人体的手指指节个数相同，这种结构整体较为简单，适应性较广。所述形变贴合层31对应中间指骨33的位置上设计补偿凹槽。由于在所述机械指3弯曲时，所述中间指骨33位置的形变贴合层31会被挤压突出，这样所述补偿凹槽可以抵消这部分突出，使得机械指弯曲时，所述形变贴合层31的在中间指骨33位置的厚度与前后指骨33位置的厚度相同，使得整个机械手的握持效果更好。

在具体设计时，所述关节件34可以采用记忆金属制造。这样在关节件34在不同的温度下就可以自动呈现不同的状态，这样可以使得在不同的温度下，机械手实现不同的伸展和握紧状态。例如在生产线上的温度较高，而物料工件的取出放置位置较低，这时如果所述关节件34使用的记忆金属相变温度恰好在所述两个高低温度之间，当机械手在物料工件放置位置时，这时温度较低，所述机械手处于伸展状态，而当机械手在物料工件位于高温生产线上时，这时温度较高，所述机械手握紧状态，这样只要将机械手在两个位置进行移动时，机械手就会天然实现握紧和松开状态，自动完成机械步骤操作，可以完全不需要指筋结构的拉动，同时通过温度自动判断控制，其整体也更加的稳定。

在本实施例中，如图1、图2和图3所示，所述指节壁32设计为筒形，所述机械指3内部靠近所述外皮36部分设计弧形的挡边42，所述指筋4从所述挡边42与外皮36之间通过；该挡边42可以与靠近机械掌2的指节壁32固定，所述挡边42可以在所述指筋4拉动指骨33使得机械指2弯曲时，对指筋4进行限位，使得机械指3的内部保持腔体状态。这样在所述指筋4与指骨33之间的空腔中设计有弹簧结构的输送簧5，所述输送簧5的一端深入到所述机械指3内指部腔的前端，所述输送簧5的另一端深入到所述机械掌2内，所述输送簧5的两端中分别固定装配有弹性的限位套51，所述输送簧5内装配有柱状的磁块52，所述磁块52的外壁与所述限位套51的内壁尺寸相配，所述磁块52可以弹性嵌入所述限位套51内部，所述输送簧5的两端接入控制电路，控制电路可以向所述输送簧5内部分别通入正反向的电流，在输送簧5内侧产生不同方向的磁场，对所述磁块52在输送簧5内部产生进行磁力输送。在本实施例中，所述指节壁32以及指骨33均采用非磁吸性材料，所述输送簧5在通入电力时，其内部产生连续磁场，这样可以使得其内部的磁块52沿磁场方向运动，从而实现对磁块52的磁力输送，同时所述输送簧5的两端分别连接机械指的前端和后部，这样其天然起到与所述指筋4相同的作用，这样可以直接用其代替指筋，或者与指筋4同时作用提供更大的拉紧力，同时这种结构可以使得磁块52方便的在机械掌2和机械指3端部之间进行移动，同时在不需要移动时，可以通过所述限位套51对磁块52进行固定，当磁块52位于机械指3的指端时，如图3所示，此时所述机械手可以通过机械指的前端直接对铁质物品进行吸附，使用更加的方便。而当不需要磁块52时，可以通过所述输送簧5将磁块52收回到机械掌2内的限位套51内。

在具体设计时，如图2和图3所示，所述限位套51的外侧面采用弹性面封闭设计，这样当磁块52在输送簧5内快速进入所述限位套51内部时，所述限位套51的封闭面可以对磁块52进行缓冲，防止磁块52撞坏。另外，所述机械指3采用封闭设计。这样可以使得机制指内部的机械结构隔绝水汽和灰尘，保持干燥清洁，从而大大提高其使用寿命和准确度。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，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)

1.一种柔性握持电磁机械手，它包括装配在机械臂(1)上的机械掌(2)，所述机械掌(2)上装配有两根以上的机械指(3)，所述机械指(3)设计有向内的弯曲结构，至少一对机械指(3)的弯曲面相对，所述机械指(3)的弯曲一面附着有弹性材料的形变贴合层(31)；所述机械指(3)包括两节以上的指节壁(32)，所述指节壁(32)内部设计有指部腔，每个所述指节壁(32)内指部腔中靠近弯曲方向的内侧装配有刚性材料制作的指骨(33)，相邻所述指骨(33)之间通过弹性的关节件(34)连接，所述机械指(3)对应所述指骨(33)外侧的指节壁(32)采用刚性材料制作，相邻指节壁(32)内侧采用铰接件(35)相连，所述指节壁(32)外侧采用弹性可变形的外皮(36)连接，弹性的所述关节件(34)装配在所述铰接件(35)内部，所述指骨(33)深入到所述铰接件(35)内部与弹性的所述关节件(34)相连，所述指骨(33)通过铰接件(35)以及关节件(34)构成骨架结构，所述机械指(3)指端的指骨(33)外端固定装配有连接柱，其特征在于：所述指部腔相对所述指骨(33)的外侧装有采用弹性线性材料制作的指筋(4)，所述指筋(4)的一端通过连接柱与指骨(33)相连，所述指筋(4)的另一端深入到所述机械掌(2)内部，与收紧模块(41)相连，所述收紧模块(41)控制所述指筋(4)拉紧和松开；所述机械指(3)设计有伸展和弯曲两个状态，在指筋(4)的松开的情况下，所述关节件(34)处于自然弯曲状态，这时相邻指骨(33)以及相邻指节壁(32)之间处于弯折状态，整个机械手处于弯曲握紧状态，当所述指筋(4)拉紧时，通过连接柱以及各节指骨(33)与所述关节件(34)作用，将关节件(34)展开，使得相邻指骨(33)以及相邻指节壁(32)之间呈现直线状态，这时机械手处于伸展状态；所述指节壁(32)设计为筒形，所述机械指(3)内部靠近所述外皮(36)部分设计弧形的挡边(42)，所述指筋(4)从所述挡边(42)与外皮(36)之间通过；所述指筋(4)与指骨(33)之间的空腔中设计有弹簧结构的输送簧(5)，所述输送簧(5)的一端深入到所述机械指(3)内指部腔的前端，所述输送簧(5)的另一端深入到所述机械掌(2)内，所述输送簧(5)的两端中分别固定装配有弹性的限位套(51)，所述输送簧(5)内装配有柱状的磁块(52)，所述磁块(52)的外壁与所述限位套(51)的内壁尺寸相配，所述磁块(52)可以弹性嵌入所述限位套(51)内部，所述输送簧(5)的两端接入控制电路，控制电路可以向所述输送簧(5)内部分别通入正反向的电流，在输送簧(5)内侧产生不同方向的磁场，对所述磁块(52)在输送簧(5)内部产生进行磁力输送。

2.根据权利要求1所述的柔性握持电磁机械手，其特征在于：所述指筋(4)采用弹性橡胶材料制作，所述收紧模块(41)采用卷取结构，通过对所述指筋(4)的卷取多少来实现对所述指筋(4)的拉紧和松开。

3.根据权利要求1所述的柔性握持电磁机械手，其特征在于：所述指筋采用金属弹簧结构，通过所述收紧模块与电路结构构成回路，所述收紧模块可以控制所述指筋弹簧结构内部电流的大小。

4.根据权利要求1所述的柔性握持电磁机械手，其特征在于：所述铰接件(35)采用为圆筒形状，所述指骨(33)与铰接件(35)的两个相互转动件之间分别固定相连，所述关节件(34)采用可插拔的方式装配在所述铰接件(35)内部。

5.根据权利要求1所述的柔性握持电磁机械手，其特征在于：所述机械掌(2)上装配有四根所述机械指(3)，分成两组分别可以向内侧弯曲设计。

6.根据权利要求1所述的柔性握持电磁机械手，其特征在于：每根所述机械指(3)上设计有三根所述指骨(33)以及所述指节壁(32)，所述形变贴合层(31)对应中间指骨(33)的位置上设计补偿凹槽。

7.根据权利要求1或4所述的柔性握持电磁机械手，其特征在于：所述关节件(34)采用记忆金属制造。

8.根据权利要求1所述的柔性握持电磁机械手，其特征在于：所述限位套(51)的外侧面采用弹性面封闭设计，所述机械指(3)采用封闭设计。

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