CN113524145A - 一种基于并联机构的多轴数控机械爪 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及机械爪领域，具体的说是一种基于并联机构的多轴数控机械爪，包括抓取结构、并联旋转结构和封装外壳，所述并联旋转结构底部与封装外壳转动连接，所述封装外壳内开设有机械爪角度调节腔，所述机械爪角度调节腔内设有角度控制结构，所述角度控制结构底端与抓取结构铰接；所述抓取结构包括第一固定板、第一旋转杆、第二旋转杆、第二固定板、第三旋转杆、夹持板、固定杆、第三固定板、第一电机19和丝杆191，四个所述固定杆顶端均与第三固定板底部螺纹连接，通过在并联旋转结构底部设置角度控制结构和旋转结构，增大并联旋转结构的旋转角度，有利于机械爪应用于更多的工作场景，并有效提高机械爪的灵敏度。
Description
技术领域
本发明涉及机械爪领域，具体的说是一种基于并联机构的多轴数控机械爪。
背景技术
机械手是最早出现的工业机器人，它可以替代人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害的环境下操作保护人身安全，因而被广泛用于机械制造和轻工等部门。随着越来越多种的微型器械的问世，传统的六轴机械手由于占用体积较大、工作延迟大、惯性大，难以完成许多微型器械的精密加工；机械手一般都是采取并联结构，这是由于并联结构占用体积小，所需的零件少，但是并联结构有一个缺陷是它的工作空间有限，当并联结构在进行工作时，它的每个腿可能会发生碰撞，即每一个关节都有自己的机械极限，使机械抓手无法实现最大范围的灵活抓取；机械爪在工作时，需要多个部件的配合使用，需要保证各个零件之间保持一定的润滑，但由于空气中灰尘会吸附在机械爪上，会造成机械爪的快速老化；现有的机械手无法做到在完成抓取后进行自动复位，必须要程序运行后再进行复位程序的执行，效率低。
因此，发明一种基于并联机构的多轴数控机械爪来解决上述问题很有必要。
发明内容
针对现有技术中的问题，本发明提供了一种基于并联机构的多轴数控机械爪。解决了机械手抓取范围小，且机械运动部件容易受到灰尘附着造成润滑失效影响机械爪进行抓取工作的问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于并联机构的多轴数控机械爪，包括抓取结构、并联旋转结构和封装外壳，所述并联旋转结构底部与封装外壳转动连接，所述封装外壳内开设有机械爪角度调节腔，所述机械爪角度调节腔内设有角度控制结构，所述角度控制结构底端与抓取结构铰接；
所述封装外壳外侧设有角度调整结构，所述角度调整结构包括电机、电机传动轴、第二液压杆和防尘外壳，所述防尘外壳一侧与封装外壳外壁固定连接，所述第二电机与调节把手内壁固定插接，所述电机传动轴一端与电机转动连接，所述电机传动轴另一端与第一调节杆固定连接，所述第二液压杆一端与防尘外壳内壁顶部固定连接，所述第二液压杆另一端与调节把手外壁铰接；
所述封装外壳底部设有连接杆和第四旋转杆，所述第四旋转杆两端分别与封装外壳底部和连接杆一端转动连接，所述连接杆另一端设有双环抱旋转结构，所述双环抱旋转结构与第三固定板转动连接。
具体的，所述抓取结构包括第一固定板、第一旋转杆、第二旋转杆、第二固定板、第三旋转杆、夹持板、固定杆、第三固定板、第一电机和丝杆，四个所述固定杆顶端均与第三固定板底部螺纹连接，所述第一电机一端与第三固定板底部固定连接，所述第一电机的传动轴与丝杆固定连接，所述丝杆与第二固定板旋转插接，所述第一固定板一侧与固定杆卡接，所述第一旋转杆和第二旋转杆一端均与第一固定板旋转连接，所述第一旋转杆和第二旋转杆另一端均与夹持板旋转连接，所述第二固定板与第三固定板通过螺纹滑动连接，所述第三旋转杆两端分别与第二固定板和第二旋转杆中心转动连接；
具体的，所述并联旋转结构包括第四固定板、液压杆、旋转板，所述旋转板底部与封装外壳转动连接，若干个所述液压杆两端均通过虎克铰与第四固定板底部和旋转板顶部转动连接；
具体的，所述角度控制结构包括第一调节杆、第二调节杆、挤压杆和调节把手，所述第二调节杆一端与封装外壳内壁转动连接，所述第二调节杆另一端与第一调节杆通过十字万向轴连接，所述第一调节杆远离第二调节杆的一端与调节把手固定连接，所述挤压杆一端与第一调节杆套接，所述挤压杆另一端与第三固定板铰接；
具体的，所述第一调节杆外侧设有第一限位环和第二限位环，所述第一限位环和第二限位环分别位于挤压杆两侧，所述挤压杆内壁与第一调节杆外侧不接触。
具体的，所述机械爪角度调节腔内设有旋转结构，所述旋转结构包括第五旋转杆、直齿锥齿轮和涡轮，所述第五旋转杆一端与旋转板底部转动连接，所述第五旋转杆另一端与直齿锥齿轮顶部中心焊接，所述涡轮内侧与第二调节杆固定连接，所述直齿锥齿轮与涡轮啮合。
具体的，所述双环抱旋转结构包括第一旋转环和第二旋转环，所述第一旋转环与第三固定板固定连接，所述第二旋转环与第一旋转环转动连接，所述第二旋转环顶部与连接杆焊接。
具体的，所述第一调节杆靠近调节把手的一侧设有限位回弹结构，所述限位回弹结构包括第三限位环、第一弹簧、第二弹簧和第三弹簧，所述第三限位环与第一调节杆套接，若干个所述第一弹簧两端分别与第一调节杆外圈和第三限位环内圈点焊，所述第二弹簧两端分别与第三限位环顶部和封装外壳内壁顶部点焊，所述第三弹簧两端分别与第三限位环底部和封装外壳内壁底部点焊
具体的，所述封装外壳底部设有弯折管道，所述弯折管道两侧分别与封装外壳底部和第三固定板顶部固定连接。
本发明的有益效果：
(1)本发明所述的一种基于并联机构的多轴数控机械爪，通过第二电机带动电机传动轴旋转，进而带动调节把手进行旋转，使第五旋转杆带动上方的并联旋转结构旋转，再通过抬升或者按压调节把手，挤压杆挤压第三固定板一侧，双环抱旋转结构由于第三固定板的偏转而旋转，因而抓取结构产生整体向右的旋转，增大了机械爪的可操作范围，提高使用灵敏度。
(2)本发明所述的一种基于并联机构的多轴数控机械爪，第二液压杆缩短带动第六旋转杆复位，调节把手74在第二弹簧和第三弹簧的作用下复位，带动着第三限位环回弹，由第一弹簧进行减震，第三限位环带动第一调节杆旋转回原有的位置，下方的抓取结构回到原有的竖直状态，实现了自动复位的功能，避免人工进行复位操作，提高使用效率。
(3)本发明所述的一种基于并联机构的多轴数控机械爪，通过在封装外壳底部和第三固定板顶部之间设置弯折管道，阻止空气中的灰尘进入内部，提高机械爪的使用寿命。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1为本发明整体结构正视图；
图2为本发明整体结构侧面剖视图1；
图3为本发明整体结构侧面剖视图2；
图4为图1所示的A-A方向剖视图；
图5为图4所示的B部放大示意图；
图6为图4所示的C部放大示意图；
图7为图4所示的D部放大示意图；
图8为图2所示的E部放大示意图；
图9为图3所示的F部放大示意图；
图10为图4所示的G部放大示意图；
图中：1、抓取结构；11、第一固定板；12、第一旋转杆；13、第二旋转杆；14、第二固定板；15、第三旋转杆；16、夹持板；17、固定杆；18、第三固定板；19、第一电机，191、丝杆，2、并联旋转结构；21、第四固定板；22、第一液压杆；23、旋转板；3、弯折管道；4、双环抱旋转结构；41、第一旋转环；42、第二旋转环；43、连接杆；44、第四旋转杆；5、封装外壳；51、机械爪角度调节腔；6、旋转结构；61、第五旋转杆；62、直齿锥齿轮；63、涡轮；7、角度控制结构；71、第一调节杆；72、第二调节杆；73、挤压杆；74、调节把手；75、第一限位环；76、第二限位环；8、限位回弹结构；81、第三限位环；82、第一弹簧；83、第二弹簧；84、第三弹簧；9、角度调整结构，91、第二电机，92、电机传动轴，93、第二液压杆,94、防尘外壳。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
如图1-图10所示，本发明所述的一种基于并联机构的多轴数控机械爪，包括抓取结构1、并联旋转结构2和封装外壳5，所述并联旋转结构2底部与封装外壳5转动连接，所述封装外壳5内开设有机械爪角度调节腔51；
所述抓取结构1包括第一固定板11、第一旋转杆12、第二旋转杆13、第二固定板14、第三旋转杆15、夹持板16、固定杆17、第三固定板18、第一电机19和丝杆191，四个所述固定杆17顶端均与第三固定板18底部螺纹连接，所述第一电机19一端与第三固定板18底部固定连接，所述第一电机19的传动轴与丝杆191固定连接，所述丝杆191与第二固定板14旋转插接，所述第一固定板11一侧与固定杆17卡接，所述第一旋转杆12和第二旋转杆13一端均与第一固定板11旋转连接，所述第一旋转杆12和第二旋转杆13另一端均与夹持板16旋转连接，所述第二固定板14与第三固定板18通过螺纹滑动连接，所述第三旋转杆15两端分别与第二固定板14和第二旋转杆13中心转动连接。具体使用时：抓取结构1在运作时，由第一旋转杆12和第二旋转杆13共同向内旋转驱动下方的夹持板16夹取物品，保证了机械爪的夹取稳定性。
所述并联旋转结构2包括第四固定板21、第一液压杆22、旋转板23，所述旋转板23底部与封装外壳5转动连接，若干个所述第一液压杆22两端均通过虎克铰与第四固定板21底部和旋转板23顶部转动连接。具体使用时：控制若干个第一液压杆22来对下方的旋转板23进行角度的变换，操作非常精密，能够作用于很多精密仪器的抓取，应用范围广。
所述机械爪角度调节腔51内设有角度控制结构7，所述角度控制结构7底端与抓取结构1铰接；所述角度控制结构7包括第一调节杆71、第二调节杆72、挤压杆73和调节把手74，所述第二调节杆72一端与封装外壳5内壁转动连接，所述第二调节杆72另一端与第一调节杆71通过十字万向轴连接，所述第一调节杆71远离第二调节杆72的一端与调节把手74固定连接，所述挤压杆73一端与第一调节杆71套接，所述挤压杆73另一端与第三固定板18铰接；所述第一调节杆71外侧设有第一限位环75和第二限位环76，所述第一限位环75和第二限位环76分别位于挤压杆73两侧，所述挤压杆73内壁与第一调节杆71外侧不接触；
所述封装外壳5外侧设有角度调整结构9，所述角度调整结构9包括电机91、电机传动轴92、第二液压杆93和防尘外壳94，所述防尘外壳94一侧与封装外壳5外壁固定连接，所述第二电机91与调节把手74内壁固定插接，所述电机传动轴92一端与电机91转动连接，所述电机传动轴92另一端与第一调节杆71固定连接，所述第二液压杆93一端与防尘外壳94内壁顶部固定连接，所述第二液压杆93另一端与调节把手74外壁铰接；
所述封装外壳5底部设有连接杆43和第四旋转杆44，所述第四旋转杆44两端分别与封装外壳5底部和连接杆43一端转动连接，所述连接杆43另一端设有双环抱旋转结构4，所述双环抱旋转结构4与第三固定板18转动连接；
所述双环抱旋转结构4包括第一旋转环41和第二旋转环42，所述第一旋转环41与第三固定板18固定连接，所述第二旋转环42与第一旋转环41转动连接，所述第二旋转环42顶部与连接杆43焊接。具体使用时：第二液压杆93伸长向下挤压调节把手74，调节把手74将第一调节杆71向下按动，挤压杆73也在第一调节杆71的作用下向下移动，挤压第三固定板18一侧，双环抱旋转结构4由于第三固定板18的偏转而旋转，因而抓取结构1产生整体向右的旋转；如果控制第二液压杆93缩短，带动调节把手74向上发生偏转，进而带动抓取结构1产生向左的偏转，进一步加大了并联旋转结构2的旋转角度，使机械爪的抓取范围不含死角。
所述机械爪角度调节腔51内设有旋转结构6，所述旋转结构6包括第五旋转杆61、直齿锥齿轮62和涡轮63，所述第五旋转杆61一端与旋转板23底部转动连接，所述第五旋转杆61另一端与直齿锥齿轮62顶部中心焊接，所述涡轮63内侧与第二调节杆72固定连接，所述直齿锥齿轮62与涡轮63啮合。具体使用时：通过启动第二电机91带动电机传动轴92转动，电机传动轴92再同步带动调节把手74旋转，使第五旋转杆61带动上方的并联旋转结构2旋转，进一步增大机械爪的抓取范围。
所述第一调节杆71靠近调节把手74的一侧设有限位回弹结构8，所述限位回弹结构8包括第三限位环81、第一弹簧82、第二弹簧83和第三弹簧84，所述第三限位环81与第一调节杆71套接，若干个所述第一弹簧82两端分别与第一调节杆71外圈和第三限位环81内圈点焊，所述第二弹簧83两端分别与第三限位环81顶部和封装外壳5内壁顶部点焊，所述第三弹簧84两端分别与第三限位环81底部和封装外壳5内壁底部点焊。具体使用时：控制第二液压杆93伸缩回弹至原有位置，带动调节把手74恢复水平位置，同时调节把手74也在第二弹簧83和第三弹簧84的作用下复位，带动着第三限位环81回弹，由第一弹簧82进行减震，使下方的抓取结构1回到原有的竖直状态，避免了人工手动调整复位，提高使用效率。
所述封装外壳5底部设有弯折管道3，所述弯折管道3两侧分别与封装外壳5底部和第三固定板18顶部固定连接。具体使用时：弯折管道3会随着挤压杆73的升降进行折叠和展开，阻止空气中的灰尘进入内部，提高机械爪的使用寿命。
工作原理：
(1)夹取过程：启动第一电机19带动丝杆191转动，丝杆191旋转带动第二固定板14向上移动，带动着若干个第三旋转杆15进行旋转，第三旋转杆15带动第一旋转杆12和第二旋转杆13进行同步转动，带动转动连接的夹持板16向内移动，将放置在内部的物品夹紧；
(2)旋转过程：启动第二电机91带动电机传动轴92转动，电机传动轴92再同步带动调节把手74旋转，调节把手74带动内部的第一调节杆71和第二调节杆72转动，第二调节杆72带动外部的涡轮63同步旋转，涡轮63带动啮合的直齿锥齿轮62旋转，再带动第五旋转杆61旋转，第五旋转杆61带动上方的并联旋转结构2旋转；
(3)角度变换过程：第二液压杆93伸长向下挤压调节把手74，调节把手74将第一调节杆71向下按动，挤压杆73也在第一调节杆71的作用下向下移动，挤压第三固定板18一侧，双环抱旋转结构4由于第三固定板18的偏转而旋转，因而抓取结构1产生整体向右的旋转，如果持续向下按压调节把手74，双环抱旋转结构4的旋转角度到达最大值，此时双环抱旋转结构4上方的连接杆43和第四旋转杆44开始发生偏转，能够使抓取结构1继续旋转；控制第二液压杆93缩短，带动调节把手74向上发生偏转，进而带动抓取结构1产生向左的偏转；
(4)复位过程：控制第二液压杆93伸缩回弹至原有位置，带动调节把手74恢复水平位置，调节把手74在第二弹簧83和第三弹簧84的作用下，带动着第三限位环81回弹，由第一弹簧82进行减震，第三限位环81带动第一调节杆71旋转回原有的位置，下方的抓取结构1回到原有的竖直状态。
Claims (9)
1.一种基于并联机构的多轴数控机械爪，包括抓取结构(1)、并联旋转结构(2)和封装外壳(5)，其特征在于：所述并联旋转结构(2)底部与封装外壳(5)转动连接，所述封装外壳(5)内开设有机械爪角度调节腔(51)，所述机械爪角度调节腔(51)内设有角度控制结构(7)，所述角度控制结构(7)底端与抓取结构(1)铰接；
所述封装外壳(5)外侧设有角度调整结构(9)，所述角度调整结构(9)包括第二电机(91)、电机传动轴(92)、第二液压杆(93)和防尘外壳(94)，所述防尘外壳(94)一侧与封装外壳(5)外壁固定连接，所述第二电机(91)与调节把手(74)内壁固定插接，所述电机传动轴(92)一端与电机(91)转动连接，所述电机传动轴(92)另一端与第一调节杆(71)固定连接，所述第二液压杆(93)一端与防尘外壳(94)内壁顶部固定连接，所述第二液压杆(93)另一端与调节把手(74)外壁铰接；
所述封装外壳(5)底部设有连接杆(43)和第四旋转杆(44)，所述第四旋转杆(44)两端分别与封装外壳(5)底部和连接杆(43)一端转动连接，所述连接杆(43)另一端设有双环抱旋转结构(4)，所述双环抱旋转结构(4)与第三固定板(18)转动连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于并联机构的多轴数控机械爪，其特征在于：所述抓取结构(1)包括第一固定板(11)、第一旋转杆(12)、第二旋转杆(13)、第二固定板(14)、第三旋转杆(15)、夹持板(16)、固定杆(17)、第三固定板(18)、第一电机(19)和丝杆(191)，四个所述固定杆(17)顶端均与第三固定板(18)底部螺纹连接，所述第一电机(19)一端与第三固定板(18)底部固定连接，所述第一电机(19)的传动轴与丝杆(191)固定连接，所述丝杆(191)与第二固定板(14)旋转插接，所述第一固定板(11)一侧与固定杆(17)卡接，所述第一旋转杆(12)和第二旋转杆(13)一端均与第一固定板(11)旋转连接，所述第一旋转杆(12)和第二旋转杆(13)另一端均与夹持板(16)旋转连接，所述第二固定板(14)与第三固定板(18)通过螺纹滑动连接，所述第三旋转杆(15)两端分别与第二固定板(14)和第二旋转杆(13)中心转动连接；
3.根据权利要求1所述的一种基于并联机构的多轴数控机械爪，其特征在于：所述并联旋转结构(2)包括第四固定板(21)、第一液压杆(22)、旋转板(23)，所述旋转板(23)底部与封装外壳(5)转动连接，若干个所述第一液压杆(22)两端均通过虎克铰与第四固定板(21)底部和旋转板(23)顶部转动连接；
4.根据权利要求1所述的一种基于并联机构的多轴数控机械爪，其特征在于：所述角度控制结构(7)包括第一调节杆(71)、第二调节杆(72)、挤压杆(73)和调节把手(74)，所述第二调节杆(72)一端与封装外壳(5)内壁转动连接，所述第二调节杆(72)另一端与第一调节杆(71)通过十字万向轴连接，所述第一调节杆(71)远离第二调节杆(72)的一端与调节把手(74)固定连接，所述挤压杆(73)一端与第一调节杆(71)套接，所述挤压杆(73)另一端与第三固定板(18)铰接；
5.根据权利要求1所述的一种基于并联机构的多轴数控机械爪，其特征在于：所述第一调节杆(71)外侧设有第一限位环(75)和第二限位环(76)，所述第一限位环(75)和第二限位环(76)分别位于挤压杆(73)两侧，所述挤压杆(73)内壁与第一调节杆(71)外侧不接触。
6.根据权利要求1所述的一种基于并联机构的多轴数控机械爪，其特征在于：所述机械爪角度调节腔(51)内设有旋转结构(6)，所述旋转结构(6)包括第五旋转杆(61)、直齿锥齿轮(62)和涡轮(63)，所述第五旋转杆(61)一端与旋转板(23)底部转动连接，所述第五旋转杆(61)另一端与直齿锥齿轮(62)顶部中心焊接，所述涡轮(63)内侧与第二调节杆(72)固定连接，所述直齿锥齿轮(62)与涡轮(63)啮合。
7.根据权利要求1所述的一种基于并联机构的多轴数控机械爪，其特征在于：所述双环抱旋转结构(4)包括第一旋转环(41)和第二旋转环(42)，所述第一旋转环(41)与第三固定板(18)固定连接，所述第二旋转环(42)与第一旋转环(41)转动连接，所述第二旋转环(42)顶部与连接杆(43)焊接。
8.根据权利要求7所述的一种基于并联机构的多轴数控机械爪，其特征在于：所述第一调节杆(71)靠近调节把手(74)的一侧设有限位回弹结构(8)，所述限位回弹结构(8)包括第三限位环(81)、第一弹簧(82)、第二弹簧(83)和第三弹簧(84)，所述第三限位环(81)与第一调节杆(71)套接，若干个所述第一弹簧(82)两端分别与第一调节杆(71)外圈和第三限位环(81)内圈点焊，所述第二弹簧(83)两端分别与第三限位环(81)顶部和封装外壳(5)内壁顶部点焊，所述第三弹簧(84)两端分别与第三限位环(81)底部和封装外壳(5)内壁底部点焊。
9.根据权利要求7所述的一种基于并联机构的多轴数控机械爪，其特征在于：所述封装外壳(5)底部设有弯折管道(3)，所述弯折管道(3)两侧分别与封装外壳(5)底部和第三固定板(18)顶部固定连接。
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