專利名稱：抓吸雙功能水下電動(dòng)機(jī)械手的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種適用于在水下、陸上或特殊環(huán)境中的抓取、吸附異物的抓吸雙功能水下電動(dòng)機(jī)構(gòu)手。
背景技術(shù)：
隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，利用工業(yè)機(jī)器人替代人類在特殊環(huán)境下完成某些工作已經(jīng)成為時(shí)代發(fā)展的必然趨勢(shì)。其中抓取式機(jī)械手的應(yīng)用也相當(dāng)普及，但在現(xiàn)實(shí)生活中，需被抓取的異物種類繁多。對(duì)于較大的塊狀物體，用抓取式機(jī)械手進(jìn)行抓取效果較好，但對(duì)于掉入水中的薄片狀異物，抓取式機(jī)械手往往束手無(wú)策，需換用另一種結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)拾取。但在水下?lián)Q取不同手指較為煩瑣，因此，能在一套機(jī)構(gòu)上實(shí)現(xiàn)不同異物拾取的多功能機(jī)械手將大大方便水下的各種作業(yè)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種可靠性高、操作方便，可實(shí)現(xiàn)對(duì)水下密封可靠且結(jié)構(gòu)小的要求，并對(duì)不同形狀異物利用同一套機(jī)構(gòu)進(jìn)行抓取、吸附異物打撈作業(yè)的抓吸雙功能水下電動(dòng)機(jī)構(gòu)手。
本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是抓吸雙功能水下電動(dòng)機(jī)械手，其特點(diǎn)在于主要由吸盤、放壓墊、支桿、夾指、轉(zhuǎn)軸一、夾指座擋塊、導(dǎo)向軸承、夾座、撥釘、電機(jī)、傳動(dòng)螺桿、夾指座、轉(zhuǎn)軸二、轉(zhuǎn)軸三、夾指臂、壓簧和傳動(dòng)軸組成，電機(jī)的軸通過(guò)銷釘與傳動(dòng)螺桿固緊在一起，夾座及夾指座固定不動(dòng)，電機(jī)和傳動(dòng)軸為螺旋槽分別與撥釘連接，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通過(guò)螺旋傳動(dòng)帶動(dòng)傳動(dòng)軸作軸向伸縮運(yùn)動(dòng)，夾指臂一端由轉(zhuǎn)軸三與夾指座連接，可繞軸心線作旋轉(zhuǎn)，另一端為滑槽結(jié)構(gòu)與轉(zhuǎn)軸二連接，轉(zhuǎn)軸二與傳動(dòng)軸固定一體，當(dāng)傳動(dòng)軸軸向伸縮時(shí)，轉(zhuǎn)軸二便可在夾指臂的滑槽內(nèi)做鉸鏈運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)夾指臂轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了夾指的夾合與張開動(dòng)作；支桿與傳動(dòng)軸由轉(zhuǎn)軸一為連接，構(gòu)成杠桿機(jī)構(gòu)，當(dāng)傳動(dòng)軸伸到一定位置，支桿的凸塊與夾指座的夾指座擋塊在相互作用力下使支桿一端抬起，從而起到吸盤1內(nèi)負(fù)壓腔的放壓作用。
此外，導(dǎo)向軸承置于傳動(dòng)軸導(dǎo)向槽內(nèi)，起到傳動(dòng)軸沿軸線圓周旋轉(zhuǎn)和軸向移動(dòng)距離的約束。
本發(fā)明的原理夾合與吸盤吸附動(dòng)作由一電機(jī)通過(guò)螺旋傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)吸附動(dòng)作，通過(guò)鉸鏈傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)夾合動(dòng)作，通過(guò)杠桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)吸盤負(fù)壓腔放壓作用。抓取一般的塊狀異物用機(jī)械夾持手指，電機(jī)的正反轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)通過(guò)一系列機(jī)械轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)變成一對(duì)手指的相對(duì)夾持和松開動(dòng)作，抓取物重量可達(dá)到1Kg；當(dāng)抓取物為輕、小的平板狀薄板時(shí)用吸附吸盤，電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成吸盤的前后運(yùn)動(dòng)，再通過(guò)相關(guān)機(jī)構(gòu)使吸盤產(chǎn)生負(fù)壓吸附以及負(fù)壓消失以釋放異物。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果是(1)本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了將分離的兩種抓取功能機(jī)構(gòu)有機(jī)地組合到一套裝置中，即由一個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生機(jī)械手的抓取和吸盤的負(fù)壓吸附兩種動(dòng)作，很好地解決了一套機(jī)構(gòu)對(duì)不同類型異物的拾取，充分發(fā)揮了機(jī)構(gòu)的多重效能。
(2)一套機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)兩種功能、抓取方便，夾持異物重量可達(dá)1Kg，作用在不同傳動(dòng)范圍即可實(shí)現(xiàn)各自不同功能，因此具有輕小、實(shí)用、密封可靠、方便等特點(diǎn)。


圖1為本發(fā)明的機(jī)械手夾取與吸附結(jié)構(gòu)圖；圖2為本發(fā)明的吸盤吸緊平板物體后的結(jié)構(gòu)狀態(tài)圖；圖3為本發(fā)明的電機(jī)輸出力矩與夾緊力關(guān)系圖。
圖中1.吸盤 2.放壓墊 3.支桿 4.夾指 5.轉(zhuǎn)軸一 6.夾指座擋塊 7.導(dǎo)向軸承 8.夾座 9.撥釘 10.電機(jī) 11.傳動(dòng)螺桿 12.夾指座 13.轉(zhuǎn)軸二14.轉(zhuǎn)軸三 15.夾指臂 16.壓簧 17.傳動(dòng)軸
具體實(shí)施例方式
如圖1所示，本發(fā)明主要包括吸盤1、放壓墊2、支桿3、夾指4、轉(zhuǎn)軸一5夾指座擋塊6、導(dǎo)向軸承7、夾座8、撥釘9、電機(jī)10、傳動(dòng)螺桿11、夾指座12、轉(zhuǎn)軸二13、轉(zhuǎn)軸三14、夾指臂15、壓簧16和傳動(dòng)軸17組成，電機(jī)10的軸通過(guò)銷釘與傳動(dòng)螺桿11固緊在一起，夾座8及夾指座12固定不動(dòng)，作為整個(gè)機(jī)械手基體，用于其他零部件的固定作用，電機(jī)10和傳動(dòng)軸17為螺旋槽分別與撥釘9連接，當(dāng)電機(jī)10轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通過(guò)螺旋傳動(dòng)帶動(dòng)傳動(dòng)軸17作軸向伸縮運(yùn)動(dòng)，夾指臂15一端由轉(zhuǎn)軸三14與夾指座12連接，可繞軸心線作旋轉(zhuǎn)，另一端為滑槽結(jié)構(gòu)與轉(zhuǎn)軸二13連接，轉(zhuǎn)軸二13與傳動(dòng)軸17固定一體，當(dāng)傳動(dòng)軸17軸向伸縮時(shí)，轉(zhuǎn)軸二13便可在夾指臂15的滑槽內(nèi)做鉸鏈運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)夾指臂15轉(zhuǎn)動(dòng)，夾指4由銷釘緊固在夾指臂15上，由夾指臂15的轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)了夾指4的夾合與張開動(dòng)作；放壓墊2與支桿3一端固定，支桿3與傳動(dòng)軸17由轉(zhuǎn)軸一5連接，構(gòu)成杠桿機(jī)構(gòu)，且支桿3與傳動(dòng)軸17由壓簧16相連，此時(shí)在壓簧16作用下放壓墊為密封狀態(tài)，當(dāng)傳動(dòng)軸17伸到一定位置，支桿3的凸塊與夾指座12的夾指座擋塊6在相互作用力下使支桿3一端抬起，壓簧16壓縮，放壓墊2抬起放壓，從而起到吸盤1內(nèi)負(fù)壓腔的放壓作用，導(dǎo)向軸承7置于傳動(dòng)軸17導(dǎo)向槽內(nèi)，起到傳動(dòng)軸17沿軸線圓周旋轉(zhuǎn)和軸向移動(dòng)距離的約束。
本發(fā)明的工作過(guò)程包括兩部分吸盤吸附與機(jī)械手的夾松。
吸盤吸附及松開過(guò)程如下圖1中電機(jī)10的軸通過(guò)銷釘與傳動(dòng)螺桿11固緊在一起，撥釘9通過(guò)螺紋連接到傳動(dòng)軸17上，這樣電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，在撥釘頂端小軸的撥動(dòng)作用及導(dǎo)向軸承7的作用下轉(zhuǎn)變成傳動(dòng)軸17的軸向前后直線運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)吸盤1的吸取動(dòng)作。產(chǎn)生吸附力后此機(jī)構(gòu)各部件的狀況如圖2所示。吸盤放壓過(guò)程如下電機(jī)10反向旋轉(zhuǎn)圖1中傳動(dòng)軸17往后收縮，連桿機(jī)構(gòu)放壓墊2、支桿3、轉(zhuǎn)軸一5及壓簧16組成和傳動(dòng)軸17也一起運(yùn)動(dòng)，到一定位置后，夾指座擋塊16撞擊支桿3的凸沿部，由于杠桿原理及壓簧16的作用將放壓墊2翹起，脫離傳動(dòng)軸17表面將吸盤1所在真空腔與外界連通，起到放壓卸物作用。
機(jī)械手的夾緊及松開過(guò)程如下電機(jī)10正反向旋轉(zhuǎn)，通過(guò)上述相關(guān)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)圖1中的傳動(dòng)軸17前后運(yùn)動(dòng)，夾指臂15通過(guò)中間的滑槽與轉(zhuǎn)軸二13、轉(zhuǎn)軸三14組成的鉸鏈機(jī)構(gòu)，將傳動(dòng)軸17軸向伸縮運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成夾指4張合動(dòng)作，從而實(shí)現(xiàn)夾取及松開物體功能。
電機(jī)力矩的選擇計(jì)算如下此機(jī)械手考慮結(jié)構(gòu)輕小、控制與連接方便，因此選用了小型直流電機(jī)作動(dòng)力。首先確定被抓物體重量G＝1Kg，再確定鉸鏈尺寸a，b及角度α(如圖3所示)，據(jù)公式N=12f×(tgα+ab)×G,]]>其中f為被夾物與夾指間滑動(dòng)摩擦系數(shù)，從而得出軸向力P=2ba(cosα)2×N,]]>再通過(guò)螺旋傳動(dòng)T=P×d22×tg(λ+ρ)]]>(其中當(dāng)量摩擦角ρ=arctgfcosα2,]]>f為摩擦系數(shù)，λ為螺旋升角)得出電機(jī)力矩，從而選定電機(jī)。吸盤伸縮量為約L＝19mm，單夾指張角約為α＝45°關(guān)系為L(zhǎng)＝α×(tgα1+tgα2)(其中α＝α1+α2)。由以上的各關(guān)系式便確定了所需電機(jī)力矩及此結(jié)構(gòu)中的相關(guān)參數(shù)。
權(quán)利要求
1.抓吸雙功能水下電動(dòng)機(jī)械手，其特征在于主要包括吸盤(1)、放壓墊(2)、支桿(3)、夾指(4)、轉(zhuǎn)軸一(5)、夾指座擋塊(6)、夾座(8)、撥釘(9)、電機(jī)(10)、傳動(dòng)螺桿(11)、夾指座(12)、轉(zhuǎn)軸二(13)、轉(zhuǎn)軸三(14)、夾指臂(15)、壓簧(16)和傳動(dòng)軸(17)，電機(jī)(10)的軸通過(guò)銷釘與傳動(dòng)螺桿(11)固緊在一起，夾座(8)及夾指座(12)固定不動(dòng)，電機(jī)(10)和傳動(dòng)軸(17)為螺旋槽分別與撥釘(9)連接，當(dāng)電機(jī)(10)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通過(guò)螺旋傳動(dòng)帶動(dòng)傳動(dòng)軸(17)作軸向伸縮運(yùn)動(dòng)，夾指臂(15)一端由轉(zhuǎn)軸三(14)與夾指座(12)連接，可繞軸心線作旋轉(zhuǎn)，另一端為滑槽結(jié)構(gòu)與轉(zhuǎn)軸二(13)連接，轉(zhuǎn)軸二(13)與傳動(dòng)軸(17)固定一體，當(dāng)傳動(dòng)軸(17)軸向伸縮時(shí)，轉(zhuǎn)軸二(13)便可在夾指臂(15)的滑槽內(nèi)做鉸鏈運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)夾指臂(15)轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)夾指(4)的夾合與張開動(dòng)作；支桿(3)與傳動(dòng)軸(17)和轉(zhuǎn)軸一(5)為連接，當(dāng)傳動(dòng)軸(17)伸到一定位置，支桿(3)的凸塊與夾指座(12)的夾指座擋塊(6)在相互作用力下使支桿(3)一端抬起，從而起到吸盤(1)內(nèi)負(fù)壓腔的放壓作用。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抓吸雙功能水下電動(dòng)機(jī)械手，其特征在于在所述的傳動(dòng)軸(17)導(dǎo)向槽內(nèi)有導(dǎo)向軸承(7)，起到傳動(dòng)軸(17)沿軸線圓周旋轉(zhuǎn)和軸向移動(dòng)距離的約束作用。
全文摘要
抓吸雙功能水下電動(dòng)機(jī)械手，主要由吸盤、放壓墊、支桿、夾指、轉(zhuǎn)軸一、夾指座擋塊、導(dǎo)向軸承、夾座、撥釘、電機(jī)、傳動(dòng)螺桿、夾指座、轉(zhuǎn)軸二、轉(zhuǎn)軸三、夾指臂、壓簧和傳動(dòng)軸組成，電機(jī)的軸通過(guò)銷釘與傳動(dòng)螺桿固緊在一起，夾座及夾指座固定不動(dòng)，電機(jī)和傳動(dòng)軸為螺旋槽分別與撥釘連接，夾指臂一端由轉(zhuǎn)軸三與夾指座連接，可繞軸心線作旋轉(zhuǎn)，另一端為滑槽結(jié)構(gòu)與轉(zhuǎn)軸二連接，轉(zhuǎn)軸二與傳動(dòng)軸固定一體，實(shí)現(xiàn)了夾指的夾合與張開動(dòng)作；支桿與傳動(dòng)軸由轉(zhuǎn)軸一為連接，構(gòu)成杠桿機(jī)構(gòu)，當(dāng)傳動(dòng)軸伸到一定位置，支桿的凸塊與夾指座的夾指座擋塊在相互作用力下使支桿一端抬起，從而起到吸盤內(nèi)負(fù)壓腔的放壓作用。本發(fā)明解決了一套機(jī)構(gòu)對(duì)不同類型異物的拾取，充分發(fā)揮了機(jī)構(gòu)的多重效能，具有輕小、實(shí)用、密封可靠、方便等特點(diǎn)。
文檔編號(hào)B25J15/06GK1883888SQ20061008950
公開日2006年12月27日 申請(qǐng)日期2006年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月30日
發(fā)明者馮常, 陳樹才, 李聲 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院光電技術(shù)研究所