CN210084462U - 一种多自由度堆垛机械手 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于机械手技术领域，具体涉及一种多自由度堆垛机械手，包括固定板、手爪、阀门和传动装置，所述固定板与所述传动装置的输出端连接，所述手爪、所述阀门均设置于所述固定板，所述固定板设置有气道，所述手爪的内部是空心结构，所述手爪的容腔、所述阀门均与所述气道连通，所述手爪的内侧设置有气囊结构，所述气囊结构中的气压比外界气压高，所述传动装置用于调节所述手爪的位置。该机械手结构简单，有效地避免了夹取物体时因用力过大而误伤物体，同时能够实现多自由度运动，满足不同环境下的工作需求，使用方便，实用性强。

Description

一种多自由度堆垛机械手

技术领域

本实用新型属于机械手技术领域，具体涉及一种多自由度堆垛机械手。

背景技术

机械手是一种能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。特点是可以通过编程来完成各种预期的作业，构造和性能上兼有人和机械手机器各自的优点。机械手是最早出现的工业机器人，也是最早出现的现代机器人，它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。

现有技术在，在气力输送行业多为人工堆积搬运匣钵，机械手应用于匣钵的夹持搬运不多，而且已有的堆钵机械手在夹持匣钵的时候，由于匣钵的位置各不相同，导致无法成功堆钵，或者施加在匣钵上的力度也不一致，同时机械手在高速运动的时候，匣钵容易掉落不安全。

综上可知，相关技术亟待完善。

实用新型内容

本实用新型的目的在于：针对现有技术的不足，而提供一种多自由度堆垛机械手，采用多关节串联的结构，实现多自由度的运动，能够适应不同的工作环境；关节传动采用精密的编码器电机与精密谐波减速器，实现了精准控制；机械夹爪采用柔性材料制备，模拟人手的抓取动作，保证了抓取物体的力度，同时有效地避免了在搬运过程中误伤物体。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种多自由度堆垛机械手，包括固定板、手爪、阀门和传动装置，所述固定板与所述传动装置的输出端连接，所述手爪、所述阀门均设置于所述固定板，所述固定板设置有气道，所述手爪的内部是空心结构，所述手爪的容腔、所述阀门均与所述气道连通，所述手爪的内侧设置有气囊结构，所述气囊结构中的气压比外界气压高，所述传动装置用于调节所述手爪的位置。在实际应用中，手爪用柔性材料制成，优选用橡胶材料制作手爪；在工作中，当需要抓取物体时，向手爪内输入正压气体或输入液体，使得手爪中的气囊压力高于内测气囊结构中的压力，手爪的下部向内侧发生形变弯曲，逐渐包裹住物体，对物体握紧以便于抓取；当需要松开物体时，将手爪中的气体或液体抽出，手爪中气囊压力小于内侧气囊结构中的压力，手爪下部恢复形变向外张开，松开被夹住的物体，传动装置对手爪的位置进行多自由度调节，以便于手爪在不同的工作环境中灵活地抓取物体，该机械手结构简单，有效地避免了夹取物体时因用力过大而误伤物体，同时能够实现多自由度运动，满足不同环境下的工作需求，使用方便，实用性强。

作为本实用新型所述的多自由度堆垛机械手的一种改进，所述传动装置包括支撑座、第一电机、第一连杆、第二电机、第二连杆、第三电机、第三连杆和第四电机，所述第一电机设置于所述支撑座，所述第一连杆的一端与所述第一电机的输出端连接，所述第二电机设置于所述第一连杆的另一端，所述第二连杆的一端与所述第二电机的输出端连接，所述第三电机设置于所述第二连杆的另一端，所述第三连杆的一端与所述第三电机的输出端连接，所述第四电机设置于所述第三连杆的另一端，所述固定板与所述第四电机的输出端连接。在实际应用中，在第二连杆设置相应的摄像头与气动设备，便于监控工作过程，实现灵活地工作；这种结构设计使得手爪实现了多自由度的运动。

作为本实用新型所述的多自由度堆垛机械手的一种改进，所述第一电机的转轴轴向、所述第二电机的转轴轴向、所述第三电机的转轴轴向间相互平行，所述第四电机的转轴轴向均与所述第一电机的转轴轴向、所述第二电机的转轴轴向、所述第三电机的转轴轴向垂直。这种结构设计使得手爪的运动的自由度最大化。

作为本实用新型所述的多自由度堆垛机械手的一种改进，所述第一电机、所述第二电机、所述第三电机、所述第四电机均安装有编码器。在实际应用中，第一电机、第二电机、第三电机、第四电机还安装有精密谐波减速器，从而实现了对手爪位置的精准控制，有利于对物体进行抓取。

作为本实用新型所述的多自由度堆垛机械手的一种改进，所述手爪的数量至少为3个；多个所述手爪均设置在同一个外接圆上；相邻两个所述手爪所占的圆心角均相同。三个手爪均匀分布在同一个外接圆上，在夹取物体时，手爪与物体间的最小接触是三个点，利用三点成一个面的原理，增加手爪夹取物体时的稳定性；在实际应用中，手爪的数量还可以是四个，或其他多个，根据实际情况可以灵活地设置。

作为本实用新型所述的多自由度堆垛机械手的一种改进，所述气道为圆环形。这种结构设计有利于在工作时，将气体或液体均匀地输入到手爪中。

作为本实用新型所述的多自由度堆垛机械手的一种改进，所述固定板的截面形状为半圆形、圆形、扇形和多边形中的至少一种。根据实际工作的需要，固定板的形状可以灵活地设置。

作为本实用新型所述的多自由度堆垛机械手的一种改进，所述阀门为气阀或电磁阀。气阀可以对气体的通断进行控制，电磁阀可以对气体或液体的通断进行控制；除此之外，还可以设置其他具有相同功效的阀，根据实际情况可以灵活地设置。

作为本实用新型所述的多自由度堆垛机械手的一种改进，还包括连接装置，所述连接装置设置于所述固定板，所述固定板通过所述连接装置与所述第四电机的输出端连接。连接装置用于将手爪与其它设备之间进行连接固定，以便于将手爪应用在不同的设备上，增加手爪的实用性。

作为本实用新型所述的多自由度堆垛机械手的一种改进，所述连接装置为中空结构。在实际应用中，可以在连接装置的中空结构处安装一个小型气泵，小型气泵与阀门之间通过导管连接，以便于向手爪中通入气体；除此之外，还可以安装小型水泵，向手爪中通入液体，实现对物体的夹取和松开，根据实际情况可以灵活地设置。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本实用新型的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为本实用新型中的主视的结构示意图；

图2为图1中A区的放大图；

图3为本实用新型中的俯视的结构示意图；

其中：1-固定板；2-手爪；3-阀门；4-气道；5-气囊结构；6-连接装置；7-传动装置；71-支撑座；72-第一电机；73-第一连杆；74-第二电机；75-第二连杆；76-第三电机；77-第三连杆；78-第四电机。

具体实施方式

如在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。“大致”是指在可接受的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，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，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

以下结合附图对本实用新型作进一步详细说明，但不作为对本实用新型的限定。

如图1-3所示，一种多自由度堆垛机械手，包括固定板1、手爪2、阀门3和传动装置7，固定板1与传动装置7的输出端连接，手爪2、阀门3均设置于固定板1，固定板1设置有气道4，手爪2的内部是空心结构，手爪2的容腔、阀门3均与气道4连通，手爪2的内侧设置有气囊结构5，气囊结构5中的气压比外界气压高，传动装置7用于调节手爪2的位置。在实际应用中，手爪2用柔性材料制成，优选用橡胶材料制作手爪2；在工作中，当需要抓取物体时，向手爪2内输入正压气体或输入液体，使得手爪2中的气囊压力高于内测气囊结构5中的压力，手爪2的下部向内侧发生形变弯曲，逐渐包裹住物体，对物体握紧以便于抓取；当需要松开物体时，将手爪2中的气体或液体抽出，手爪2中气囊压力小于内侧气囊结构5中的压力，手爪2下部恢复形变向外张开，松开被夹住的物体，传动装置7对手爪2的位置进行多自由度调节，以便于手爪2在不同的工作环境中灵活地抓取物体，该机械手结构简单，有效地避免了夹取物体时因用力过大而误伤物体，同时能够实现多自由度运动，满足不同环境下的工作需求，使用方便，实用性强。

优选的，传动装置7包括支撑座71、第一电机72、第一连杆73、第二电机74、第二连杆75、第三电机76、第三连杆77和第四电机78，第一电机72设置于支撑座71，第一连杆73的一端与第一电机72的输出端连接，第二电机74设置于第一连杆73的另一端，第二连杆75的一端与第二电机74的输出端连接，第三电机76设置于第二连杆75的另一端，第三连杆77的一端与第三电机76的输出端连接，第四电机78设置于第三连杆77的另一端，固定板1与第四电机78的输出端连接。在实际应用中，在第二连杆75设置相应的摄像头与气动设备，便于监控工作过程，实现灵活地工作；这种结构设计使得手爪2实现了多自由度的运动。

优选的，第一电机72的转轴轴向、第二电机74的转轴轴向、第三电机76的转轴轴向间相互平行，第四电机78的转轴轴向均与第一电机72的转轴轴向、第二电机74的转轴轴向、第三电机76的转轴轴向垂直。这种结构设计使得手爪2的运动的自由度最大化。

优选的，第一电机72、第二电机74、第三电机76、第四电机78均安装有编码器。在实际应用中，第一电机72、第二电机74、第三电机76、第四电机78还安装有精密谐波减速器，从而实现了对手爪2位置的精准控制，有利于对物体进行抓取。

优选的，手爪2的数量至少为3个；多个手爪2均设置在同一个外接圆上；相邻两个手爪2所占的圆心角均相同。三个手爪2均匀分布在同一个外接圆上，在夹取物体时，手爪2与物体间的最小接触是三个点，利用三点成一个面的原理，增加手爪2夹取物体时的稳定性；在实际应用中，手爪2的数量还可以是四个，或其他多个，根据实际情况可以灵活地设置。

优选的，气道4为圆环形。这种结构设计有利于在工作时，将气体或液体均匀地输入到手爪2中。

优选的，固定板1的截面形状为半圆形、圆形、扇形和多边形中的至少一种。根据实际工作的需要，固定板1的形状可以灵活地设置。

优选的，阀门3为气阀或电磁阀。气阀可以对气体的通断进行控制，电磁阀可以对气体或液体的通断进行控制；除此之外，还可以设置其他具有相同功效的阀，根据实际情况可以灵活地设置。

本实用新型还包括连接装置6，连接装置6设置于固定板1，固定板1通过连接装置6与第四电机78的输出端连接。连接装置6用于将手爪2与其它设备之间进行连接固定，以便于将手爪2应用在不同的设备上，增加手爪2的实用性。

优选的，连接装置6为中空结构。在实际应用中，可以在连接装置6的中空结构处安装一个小型气泵，小型气泵与阀门3之间通过导管连接，以便于向手爪2中通入气体；除此之外，还可以安装小型水泵，向手爪2中通入液体，实现对物体的夹取和松开，根据实际情况可以灵活地设置。

本实用新型的工作原理是：在工作中，当需要抓取物体时，向手爪2内输入正压气体或输入液体，使得手爪2中的气囊压力高于内测气囊结构5中的压力，手爪2的下部向内侧发生形变弯曲，逐渐包裹住物体，对物体握紧以便于抓取；当需要松开物体时，将手爪2中的气体或液体抽出，手爪2中气囊压力小于内侧气囊结构5中的压力，手爪2下部恢复形变向外张开，松开被夹住的物体，传动装置7对手爪2的位置进行多自由度调节，以便于手爪2在不同的工作环境中灵活地抓取物体，该机械手结构简单，有效地避免了夹取物体时因用力过大而误伤物体，同时能够实现多自由度运动，满足不同环境下的工作需求，使用方便，实用性强。

上述说明示出并描述了本实用新型的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本实用新型并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述实用新型构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本实用新型的精神和范围，则都应在本实用新型所附权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种多自由度堆垛机械手，其特征在于：包括固定板(1)、手爪(2)、阀门(3)和传动装置(7)，所述固定板(1)与所述传动装置(7)的输出端连接，所述手爪(2)、所述阀门(3)均设置于所述固定板(1)，所述固定板(1)设置有气道(4)，所述手爪(2)的内部是空心结构，所述手爪(2)的容腔、所述阀门(3)均与所述气道(4)连通，所述手爪(2)的内侧设置有气囊结构(5)，所述气囊结构(5)中的气压比外界气压高，所述传动装置(7)用于调节所述手爪(2)的位置。

2.如权利要求1所述的多自由度堆垛机械手，其特征在于：所述传动装置(7)包括支撑座(71)、第一电机(72)、第一连杆(73)、第二电机(74)、第二连杆(75)、第三电机(76)、第三连杆(77)和第四电机(78)，所述第一电机(72)设置于所述支撑座(71)，所述第一连杆(73)的一端与所述第一电机(72)的输出端连接，所述第二电机(74)设置于所述第一连杆(73)的另一端，所述第二连杆(75)的一端与所述第二电机(74)的输出端连接，所述第三电机(76)设置于所述第二连杆(75)的另一端，所述第三连杆(77)的一端与所述第三电机(76)的输出端连接，所述第四电机(78)设置于所述第三连杆(77)的另一端，所述固定板(1)与所述第四电机(78)的输出端连接。

3.如权利要求2所述的多自由度堆垛机械手，其特征在于：所述第一电机(72)的转轴轴向、所述第二电机(74)的转轴轴向、所述第三电机(76)的转轴轴向间相互平行，所述第四电机(78)的转轴轴向均与所述第一电机(72)的转轴轴向、所述第二电机(74)的转轴轴向、所述第三电机(76)的转轴轴向垂直。

4.如权利要求2所述的多自由度堆垛机械手，其特征在于：所述第一电机(72)、所述第二电机(74)、所述第三电机(76)、所述第四电机(78)均安装有编码器。

5.如权利要求1所述的多自由度堆垛机械手，其特征在于：所述手爪(2)的数量至少为3个；多个所述手爪(2)均设置在同一个外接圆上；相邻两个所述手爪(2)所占的圆心角均相同。

6.如权利要求1所述的多自由度堆垛机械手，其特征在于：所述气道(4)为圆环形。

7.如权利要求1所述的多自由度堆垛机械手，其特征在于：所述固定板(1)的截面形状为半圆形、圆形、扇形和多边形中的至少一种。

8.如权利要求1所述的多自由度堆垛机械手，其特征在于：所述阀门(3)为气阀或电磁阀。

9.如权利要求2所述的多自由度堆垛机械手，其特征在于：还包括连接装置(6)，所述连接装置(6)设置于所述固定板(1)，所述固定板(1)通过所述连接装置(6)与所述第四电机(78)的输出端连接。

10.如权利要求9所述的多自由度堆垛机械手，其特征在于：所述连接装置(6)为中空结构。

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