CN220348434U - 夹持器及机器人 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种夹持器及机器人，夹持器包括夹爪和活动件。所述夹爪包括多个夹指，所述多个夹指均匀分布在同一圆周。所述活动件，设置成可活动，并且可带动所述多个夹指沿所在圆周的径向朝靠近圆心的方向同步且等距离移动，所述多个夹指朝靠近圆心的一侧同步移动时可用于夹持被夹持物，朝远离所述圆心的一侧移动时可用于释放被夹持物。

Description

夹持器及机器人

技术领域

本申请涉及机器人领域，具体而言，涉及一种夹持器及机器人。

背景技术

夹持器作为机器人操作和动作执行的末端工具在机器人学领域被称之为末端执行器(End-Effector)。末端执行器是机器人执行部件的统称，一般安装于机器人腕部的末端，是直接执行任务的装置。末端执行器一般包含三类：第一类是多指夹持器(包括2指、3指等)；第二类是多指灵巧手；第三类是吸盘、焊枪等专用工具。末端执行器作为机器人与环境相互作用的最后环节与执行部件，对提高机器人的柔性和易用性有着极为重要的作用，其性能的优劣在很大程度上决定了整个机器人的工作性能。

机器人夹持器在夹持物体时主要有两种夹持方式：平行夹持和包络夹持。平行夹持是指夹持器通过传动设计实现夹指末端平行运动，适合用于矩形物体的夹持(或具有两个平行的侧面的物体)，在夹爪行程范围内，不受被夹物体宽度的影响，均可以实现平面接触；但对于表面曲率不规则物体，其夹持能力较弱(线接触)，需针对被夹物外形设计专用夹指，提高与被夹物体的接触面积。包络夹持是指夹持器的夹指可以实现弯曲运动，用夹指的多个指段包络目标物体，通过多点接触稳定地进行抓持。优势在于可实现包络加持，适合用于表面曲率不规则物体的夹取，但对于扁薄的矩形物体的夹持能力较弱。包络夹持比较容易实现将物体抓起，但较难保证每次夹起后保持物体姿态的一致性。

实用新型内容

本申请提供了一种夹持器及机器人，实现更精细化的夹持移动操作。

具体地，本申请是通过如下技术方案实现的：

本申请的一方面，提供了一种夹持器，包括：

夹爪，所述夹爪包括多个夹指，所述多个夹指均匀分布在同一圆周；及

活动件，设置成可活动，并且可带动所述多个夹指沿所在圆周的径向朝靠近圆心的方向同步且等距离移动，所述多个夹指朝靠近圆心的一侧同步移动时可用于夹持被夹持物，朝远离所述圆心的一侧移动时可用于释放被夹持物。

可选的，所述活动件设置成可转动，所述活动件上设有围绕所述多个夹指所在圆周的圆心均匀分布的多个弧形部，所述多个夹指一一对应地设置在各所述弧形部处，所述弧形部从一端到另一端距离所述圆心的径向尺寸逐渐增大，靠近所述圆心的一端为第一端，远离所述圆心的一端为第二端，所述活动件沿着从所述第一端到所述第二端的方向转动时，所述多个弧形部能够沿径向同步触压对应的各所述夹指向靠近所述圆心的一侧移动，所述活动件沿着从所述第二端到所述第一端的方向转动时，所述多个夹指能够向远离所述圆心的一侧径向移动。

可选的，所述弧形部包括沿所述活动件的转轴方向贯通的弧形槽，所述夹指穿设于所述弧形槽内，所述弧形槽包括靠近所述圆心的内侧弧形壁和远离所述圆心的外侧弧形壁，所述活动件沿着从所述第一端到所述第二端的方向转动时可通过所述外侧弧形壁沿径向触压与该弧形槽对应的所述夹指，所述活动件沿着从所述第二端到所述第一端的方向转动时可通过所述内侧弧形壁沿径向触压与该弧形槽对应的所述夹指。

可选的，所述夹持器还包括基体和与所述基体相对固定的导向件，所述导向件设有多个导向槽，所述多个导向槽沿所述多个夹指所在圆周的径向延伸，所述多个夹指、多个导向槽、多个弧形槽在所述活动件的转轴方向上一一对应设置，各所述夹指通过与自身对应的所述导向槽插置于相应的所述弧形槽内，各所述夹指在所述外侧弧形壁以及所述内侧弧形壁的触压下沿所述导向槽移动，所述导向件还用于限制所述多个夹指脱出所述弧形槽。

可选的，所述导向件包括沿所述活动件的转轴方向排列且保持相对固定的第一部分和第二部分，所述导向槽贯通所述第一部分和所述第二部分，每个所述夹指包括平行于所述第一部分延伸的阻挡部，所述阻挡部设置在所述第一部分与所述第二部分之间，所述第一部分与所述第二部分之间还预留有供所述阻挡部跟随所述夹指径向移动的间隙，各所述夹指通过所述阻挡部被限制在所述弧形槽内。

可选的，所述阻挡部与所述导向槽正对设置，所述阻挡部的面积大于所述导向槽的开口面积，所述阻挡部设有与所述导向槽滑动配合的配合结构。

可选的，所述导向件正对所述弧形部的部位处还设有通孔，所述弧形部经由所述通孔处裸露。

可选的，所述活动件设置为圆盘结构，所述活动件的圆心与所述多个夹指所在圆周的圆心重合。

可选的，所述活动件设有三个所述弧形部，所述夹爪包括三个所述夹指。

本申请的另一方面，提供了一种机器人，包括上述任一项所述的夹持器。

本申请提供的一种夹持器及机器人，其中，多个夹指始终处于同一圆周，且通过活动件的带动可以同步等距离的向靠近圆心或远离圆心的方向径向移动，如此，多个夹指可以在夹持过程中能够实现自动对心，减小多个夹指的中心与被夹持对象的中心的相对偏移量，使得被夹持对象在夹持移动的过程中能够保持在初始姿态，从而实现更精细化的夹持移动操作。

附图说明

图1是本申请一示例性实施例示出的夹持器的示意图；

图2是本申请一示例性实施例示出的夹持器的分解视图；

图3是本申请一示例性实施例示出的夹持器部分结构的示意图；

图4是本申请一示例性实施例示出的夹持器导向件的示意图；

图5是本申请一示例性实施例示出的夹持器的剖视图；

图6是本申请一示例性实施例示出的夹持器中的多个夹指处于夹持位置的示意图；

图7是本申请一示例性实施例示出的夹持器中的多个夹指处于释放位置的示意图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。

在本申请使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。除非另作定义，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本申请所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本申请中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个，若仅指代“一个”时会再单独说明。“多个”或者“若干”表示两个及两个以上。除非另行指出，“前部”、“后部”、“下部”和/或“上部”、“顶部”、“底部”等类似词语只是为了便于说明，而并非限于一个位置或者一种空间定向。“包括”或者“包含”等类似词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的元件或者物件及其等同，并不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而且可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。

目前使用的夹持器对于圆柱型、三棱柱等形状的物体，不能实现很好的夹持效果。例如平行夹持器夹取圆柱型或三棱柱，由于外形上没有两个平行的侧面，因此二指平行夹持器不便于夹取，需要针对不同物体定制夹指形状，从而增大与被夹物的接触面接，影响夹取的通用性；对于灵巧手等包络夹取的夹持器而言，虽然可以很容易的将此类物体进行夹取，通用性也比较高，但是由于包络夹取本身的技术原因，导致无法确定夹取后被夹物在灵巧手中的姿态，从而导致无法完成后续的精细化操作。基于上述问题，本申请提供一种改进的夹持器及机器人。

请参考图1和图2，本申请提供了一种夹持器，包括夹爪100和活动件200。夹爪100包括多个夹指110，例如至少可以包括两个夹指110。多个夹指110均匀分布在同一圆周，例如，两个夹指就是在同一圆周相差180度分布，三个夹指就是在同一圆周分别相差120度分布，四个夹指就是在同一圆周相差90度分布，本申请对夹指110的具体数量不作限定。

活动件200设置成可活动的，用于带动多个夹指110沿所在圆周的径向朝靠近或远离圆心的方向同步且等距离的移动。也就是说，多个夹指110在移动过程中可以始终在同一圆周上。结合图6和图7，在活动件200的带动下，多个夹指110朝靠近圆心的一侧同步移动并与被夹持物接触时可处于夹持位置，朝远离圆心的一侧移动且与被夹持物脱离时可处于释放位置。多个夹指110处于夹持位置时可以共同夹紧被夹持对象，多个夹指110处于释放位置时松开，与被夹持对象脱离。多个夹指110松开时可以同步移动，也可以不同步移动。图6为多个夹指110处于夹持位置的示意图。图7为多个夹指110处于释放位置的示意图。

本申请提出的夹持器，由于夹指110始终处于同一圆周，且通过活动件200的带动，可以同步且等距离的向靠近圆心的方向径向移动，这使得多个夹指110在夹持过程中能够实现自动对心，减小了多个夹指110的中心与被夹持对象的中心的相对偏移量，使得被夹持对象在夹持移动的过程中能够保持在初始姿态，从而实现更精细化的夹持移动操作。

活动件200带动多个夹指110沿径向同步且等距离移动的具体实施方式不限。例如，在夹爪100包括两个夹指110的实施例中，活动件200可以采用两组丝杆螺母副。具体的，两个丝杆可以由同一动力部件例如电机驱动，两个夹指110分别与两个螺母一一对应连接，当丝杠转动，两个夹指110可以沿所在圆周的径向相向或相背移动。其中，两组丝杆螺母副的丝杆和螺母的螺纹的旋向可以根据预期的移动方向设置。

请结合图3，本实施例中，活动件200设置成可转动的，例如可以通过电机驱动活动件200转动。具体的，活动件200上设有围绕多个夹指110所在圆周的圆心均匀分布的多个弧形部210，多个弧形部210与多个夹指110一一对应设置，弧形部210从一端到另一端距离圆心的径向尺寸逐渐增大，其中，弧形部210靠近圆心的一端为第一端211，弧形部210远离圆心的一端为第二端212。

在活动件200沿着从第一端211到第二端212的方向转动时，每个弧形部210距离圆心的尺寸逐渐减小，每个弧形部210可沿径向同步触压与自身对应的夹指110，使多个夹指110同步向靠近圆心的一侧径向移动，由此使得多个夹指110同步处于夹持位置。例如，弧形部210可以设置为沿活动件200的转轴方向凸出的弧形凸起，该弧形凸起位于夹指110的径向的外侧，如此可以在活动件200转动时通过弧形凸起实现对夹指110的径向触压。

在活动件200沿着从第二端212到第一端211的方向转动时，每个弧形部210距离圆心的尺寸逐渐增大，弧形部210对夹指110的触压力逐渐减小，所述多个夹指110能够向远离所述圆心的一侧径向移动。例如，多个夹指110可以通过弹性件的恢复力向远离所述圆心的一侧移动并复位，从夹持位置复位至释放位置。

上述实施例中，多个弧形部210与多个夹指110一一对应设置，可以在活动件200相对于夹指110转动的同时，通过弧形部210对夹指110的触压实现多个夹指110的同步夹紧。并且，弧形部210结构简单，设置方便。

在图3和图5所示的实施例中，弧形部210包括沿活动件200的转轴方向A贯通的弧形槽214，夹指110穿设于弧形槽214内，弧形槽214包括靠近圆心的内侧弧形壁210a和远离圆心的外侧弧形壁210b，活动件200从第一端211到第二端212方向转动时可通过外侧弧形壁210b沿径向触压与该弧形槽214对应的夹指110，即，通过外侧弧形壁210b对夹指110产生靠近圆心的径向触压力，使多个夹指110同步处于夹持位置。反之，活动件200沿着从第二端212到第一端211的方向转动时，可通过内侧弧形壁210a沿径向触压与该弧形槽214对应的夹指110，即，通过内侧弧形壁210a对夹指110产生远离圆心的径向触压力，使多个夹指110可以同步处于释放位置。夹指110的一端可以设置为圆柱销柱，并利用圆柱销柱插设在弧形槽214内，在活动件200转动时，该圆柱销轴与弧形槽214可相对滑动，夹指110仅在径向移动。上述实施例中，弧形槽214的两侧弧形内壁实现了对各夹指110的触压，结构简单、紧凑，维修成本低。

请参考图2和图4，在一实施例中，夹持器还包括基体300和与基体相对固定的导向件400。活动件200可相对于基体300转动，并且导向件400沿活动件200的转轴方向正对活动件200设置。导向件400包括多个导向槽410，多个导向槽410沿多个夹指110所在的圆周的径向延伸。多个夹指110、多个导向槽410、多个弧形槽214在活动件200的转轴方向A上一一对应设置，各夹指110通过与自身对应的导向槽410插置于相应的弧形槽214内，可以理解为夹指110穿过导向槽410并穿设在弧形槽214中，各所述夹指110在所述外侧弧形壁210b以及所述内侧弧形壁210a的触压下沿所述导向槽410移动，夹指110与导向槽410和弧形槽214都是可相对滑动的。活动件200转动带动夹指110沿着导向槽410的延伸方向移动，导向槽410用于约束夹指110的移动轨迹，使得夹指110只能沿径向移动，实现对被夹持对象的夹持和释放。另外，所述导向件400还用于限制所述多个夹指110脱出所述弧形槽214，由此使得导向件400不仅具有导向作用，还有限位作用，实现一个零件多种作用，减少了零件数量，简化了结构。

在图5所示的实施例中，基体300设置为一端设有开口的圆柱形的壳体结构，用于驱动活动件200转动的动力部件为旋转电机700，旋转电机700和活动件200收容在基体300内，导向件400连接于基体300的口部。

在一实施例中，如图2所示，导向件400包括沿活动件200的转轴方向A排列并保持相对固定的第一部分411和第二部分412，第一部分411与第二部分412可以采用螺钉固定，但不仅限于。导向槽410贯通第一部分411和第二部分412，每个夹指110包括平行于第一部分411延伸的阻挡部110a，阻挡部110a设置于第一部分411和第二部分412之间，并且，第一部分411和第二部分412之间预留有供阻挡部110a跟随夹指110径向移动的间隙，各所述夹指110通过所述阻挡部110a被限制在所述弧形槽214内。也就是说，第一部分411和第二部分412之间的间隙能够与阻挡部110a的厚度尺寸相适配，阻挡部110a只能在第一部分411和第二部分412之间跟随夹指110径向移动，而在转轴方向A上被第一部分411和第二部分412限制，使夹指110可以稳定地保持在弧形槽214内，可选择的，阻挡部110a可以分别与第一部分411和第二部分412利用滑轨等方式滑动配合。

在一实施例中，请参考图2和图4，阻挡部110a与导向槽410正对设置，阻挡部110a的面积大于导向槽410的开口面积，所述阻挡部110a设有与所述导向槽410滑动配合的配合结构。如此设置，在夹指110沿导向槽410滑动时，配合结构还可以同步沿导向槽410滑动，这样可以限制夹指110在弧形槽214内发生偏转，确保夹指110的预设位置与被夹持对象接触。例如，阻挡部110a面向第二部分412的一侧表面可以设置凸起，该凸起与导向槽410滑动配合。

在一实施例中，导向件400正对弧形部210的部位处还设有通孔250，所述弧形部经由所述通孔处裸露。首先，设有通孔250可以减轻导向件400的重量，实现轻量化。并且通孔250正对弧形部210，能够方便观察弧形部210与夹指110的配合状态，并及时对弧形部210与夹指110的接触面进行维修和润滑保养。

在一实施例中，活动件200设置为圆盘结构，活动件200的圆心与多个夹指110所在的圆周的圆心重合。如此可以直接将活动件200的圆心作为基准，方便弧形部210的设置，降低了弧形部210的设置难度。此外，圆盘结构的活动件200在转动过程中所占的空间就是其自身的面积，相比于正方形或其他形状的活动件200，本实施例的活动件200转动所占空间小，能够将夹持器设计的更加小巧。

在一实施例中，活动件200设有三个弧形部210，夹爪100包括三个夹指110。三个夹指110各自间隔120度分布在活动件200上，相比于两个夹指，三个夹指110的结构更稳定。

在一实施例中，请参考图1和图2，夹持器的活动件200的转动是由旋转电机700带动的，夹持器还包括谐波减速器500，所述谐波减速器500的输入端与旋转电机700的输出端传动连接，谐波减速器的输出端与活动件200传动连接。

请结合图5，旋转电机700的输出端，可以是中空转轴的结构。谐波加速器500输入端可以是波发生器，输出端可以是减速器钢轮，输入端和输出端之间可以通过柔轮连接。由谐波减速器的工作原理可知，可以使得旋转电机通过谐波减速器传递出的转速降低，使得旋转电机700与活动件200的传动更平稳。

本申请还可以包括编码器600，编码器600与旋转电机700连接，编码器600用于测量旋转电机的旋转角度和旋转速度，再将测量结果传输到控制旋转电机的控制器，控制器根据编码器600的监测结果控制电机的旋转角度和速度实现对夹持器的夹持速度和夹持位置的控制。另外控制器还可以根据旋转电机的电流变化反馈夹持力的大小，再根据反馈结果调整电流大小从而实现更精准的力控。

请参考图1，夹指110的用于夹持物体的夹持端可以是齿状、弧形等形状，具体可以根据被夹持物体的形状设计，还可以是包覆有胶垫，增大摩檫力。

本申请还提供一种机器人，可以是人形机器人、机械臂、足式机器人、轮式机器人或者其他自动化机械设备，在自动化机械设备的操作端安装有上述夹持器，实现机器人的夹持动作。本申请的夹持器可以制成针对圆柱状和三棱柱状物体的专用夹持器，使得被夹持对象在被夹取姿态确定性的同时具有高夹持力矩、高寿命，并且能够实现精准力控。

以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种夹持器，其特征在于，包括：

夹爪，所述夹爪包括多个夹指，所述多个夹指均匀分布在同一圆周；及

活动件，设置成可活动，并且可带动所述多个夹指沿所在圆周的径向朝靠近圆心的方向同步且等距离移动，所述多个夹指朝靠近圆心的一侧同步移动时可用于夹持被夹持物，朝远离所述圆心的一侧移动时可用于释放被夹持物。

2.如权利要求1所述的夹持器，其特征在于，所述活动件设置成可转动，所述活动件上设有围绕所述多个夹指所在圆周的圆心均匀分布的多个弧形部，所述多个夹指一一对应地设置在各所述弧形部处，所述弧形部从一端到另一端距离所述圆心的径向尺寸逐渐增大，靠近所述圆心的一端为第一端，远离所述圆心的一端为第二端，所述活动件沿着从所述第一端到所述第二端的方向转动时，所述多个弧形部能够沿径向同步触压对应的各所述夹指向靠近所述圆心的一侧移动，所述活动件沿着从所述第二端到所述第一端的方向转动时，所述多个夹指能够向远离所述圆心的一侧径向移动。

3.如权利要求2所述的夹持器，其特征在于，所述弧形部包括沿所述活动件的转轴方向贯通的弧形槽，所述夹指穿设于所述弧形槽内，所述弧形槽包括靠近所述圆心的内侧弧形壁和远离所述圆心的外侧弧形壁，所述活动件沿着从所述第一端到所述第二端的方向转动时可通过所述外侧弧形壁沿径向触压与该弧形槽对应的所述夹指，所述活动件沿着从所述第二端到所述第一端的方向转动时可通过所述内侧弧形壁沿径向触压与该弧形槽对应的所述夹指。

4.如权利要求3所述的夹持器，其特征在于，所述夹持器还包括基体和与所述基体相对固定的导向件，所述导向件设有多个导向槽，所述多个导向槽沿所述多个夹指所在圆周的径向延伸，所述多个夹指、多个导向槽、多个弧形槽在所述活动件的转轴方向上一一对应设置，各所述夹指通过与自身对应的所述导向槽插置于相应的所述弧形槽内，各所述夹指在所述外侧弧形壁以及所述内侧弧形壁的触压下沿所述导向槽移动，所述导向件还用于限制所述多个夹指脱出所述弧形槽。

5.如权利要求4所述的夹持器，其特征在于，所述导向件包括沿所述活动件的转轴方向排列且保持相对固定的第一部分和第二部分，所述导向槽贯通所述第一部分和所述第二部分，每个所述夹指包括平行于所述第一部分延伸的阻挡部，所述阻挡部设置在所述第一部分与所述第二部分之间，所述第一部分与所述第二部分之间还预留有供所述阻挡部跟随所述夹指径向移动的间隙，各所述夹指通过所述阻挡部被限制在所述弧形槽内。

6.如权利要求5所述的夹持器，其特征在于，所述阻挡部与所述导向槽正对设置，所述阻挡部的面积大于所述导向槽的开口面积，所述阻挡部设有与所述导向槽滑动配合的配合结构。

7.如权利要求4至6任一项所述的夹持器，其特征在于，所述导向件正对所述弧形部的部位处还设有通孔，所述弧形部经由所述通孔处裸露。

8.如权利要求2至6任一项所述的夹持器，其特征在于，所述活动件设置为圆盘结构，所述活动件的圆心与所述多个夹指所在圆周的圆心重合。

9.如权利要求2至6任一项所述的夹持器，其特征在于，所述活动件设有三个所述弧形部，所述夹爪包括三个所述夹指。

10.一种机器人，其特征在于，包括权利要求1至9任一项所述的夹持器。