專利名稱：沖撞式自動(dòng)抓取機(jī)械手的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及機(jī)械領(lǐng)域，特別涉及一種沖撞式、杠桿觸發(fā)、儲(chǔ)存能量瞬間釋放、具有 自鎖功能的極快速?zèng)_撞式自動(dòng)抓取機(jī)械手。
(二)
背景技術(shù)：
在許多工作場(chǎng)合，要用到能夠?qū)崿F(xiàn)移動(dòng)、登高、抓取、舉升、投擲等功能的機(jī)械裝置。 例如在機(jī)器人比賽中所用的能以最短的時(shí)間登上烽火臺(tái)向燃料筒中投放燃料球的機(jī)器人等。 傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法是設(shè)計(jì)子母式機(jī)器人。母機(jī)器人將子機(jī)器人送上烽火臺(tái)，子機(jī)器人的前端設(shè) 有V形槽，子機(jī)器人在登上烽火臺(tái)后直沖向主火炬，用V形槽卡位固定后旋轉(zhuǎn)主火炬，最后 機(jī)器人投球裝置再向火炬筒中投球。以這種方法設(shè)計(jì)的機(jī)器人有重量重、穩(wěn)定性差、組裝麻 煩、投球時(shí)間長(zhǎng)、控制復(fù)雜且不容易協(xié)調(diào)、可調(diào)性差、子母車分離不徹底等諸多缺點(diǎn)。
在各種機(jī)器、設(shè)備、工具、貨物等的抓取、固定裝置運(yùn)用環(huán)境中，多采用的是液壓、氣 壓或是電動(dòng)機(jī)械手，而這些機(jī)械手都不適合在極快速抓取、固定、具有碰撞的環(huán)境中使用。 目前，我們尚未見(jiàn)到有關(guān)沖撞式的，利用杠桿死點(diǎn)觸發(fā)，具有自鎖功能的，儲(chǔ)存能量瞬間釋 放的具有極快速自動(dòng)抓取功能的機(jī)械手的相關(guān)報(bào)道。
(三) 發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是提供一種利用杠桿死點(diǎn)支撐、機(jī)械裝置本身的沖撞力觸發(fā)、儲(chǔ)存能 量瞬間釋放、具有自鎖功能的沖撞式自動(dòng)抓取機(jī)械手。
本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的它包括機(jī)械手支架l，機(jī)械手支架1為雙層V形結(jié)構(gòu)，
機(jī)械手支架1上安裝有彈簧抱緊抓取裝置2、杠桿觸發(fā)裝置3和自動(dòng)回復(fù)和檢測(cè)裝置4，兩套 彈簧抱緊抓取裝置2安裝在機(jī)械手支架1底部的V形開口處，杠桿觸發(fā)裝置3連接于兩套彈 簧抱緊抓取裝置2之間，自動(dòng)回復(fù)和檢測(cè)裝置4的回復(fù)電機(jī)安裝在機(jī)械手支架1的V形頂端， 回復(fù)電機(jī)軸上安裝有巻線輪，巻線輪上繞有兩段分別與兩套彈簧抱緊抓取裝置2相連的鋼絲 繩。
本實(shí)用新型還可以包括這樣一些結(jié)構(gòu)特征-
1、 所述的彈簧抱緊抓取裝置2包括安裝在兩層機(jī)械手支架之機(jī)械手支架之間的旋轉(zhuǎn)軸 5、 6，套在旋轉(zhuǎn)軸5、 6上的大扭力彈簧7、 8和兩組抓取機(jī)械爪9、 10，兩組抓取機(jī)械爪的 后端分別套在旋轉(zhuǎn)軸5、 6上，大扭力彈簧的兩端分別搭在機(jī)械手支架和抓取機(jī)械爪上。
2、 所述的杠桿觸發(fā)裝置3由帶有死頂點(diǎn)桿12、帶有死頂點(diǎn)桿13、回復(fù)拉力橡皮筋14、 兩個(gè)連接桿15和16、兩端支桿回復(fù)拉力橡皮筋17和18、旋轉(zhuǎn)軸19組成，帶有死頂點(diǎn)桿12 和帶有死頂點(diǎn)桿13通過(guò)旋轉(zhuǎn)軸19鉸接，兩個(gè)帶有死頂點(diǎn)桿之間連接回復(fù)拉力橡皮筋14，兩
個(gè)帶有死頂點(diǎn)桿的另一端有錐形導(dǎo)向凸臺(tái)，兩端支桿回復(fù)拉力橡皮筋17和18的一端固定在 錐形導(dǎo)向凸臺(tái)內(nèi)部，另一端與兩個(gè)連接桿15和16同時(shí)套在抓取機(jī)械爪旋轉(zhuǎn)軸5和6上。
3、 所述的自動(dòng)回復(fù)和檢測(cè)裝置4還包括兩個(gè)安裝在機(jī)械手支架上的支撐滑輪23和24， 鋼絲繩21和22經(jīng)支撐滑輪23和24與彈簧抱緊抓取裝置2相連。
4、 所述的彈簧抱緊抓取裝置2的旋轉(zhuǎn)軸5、 6的中間設(shè)置有支座，支座固定在機(jī)械手支 架上。
5、 所述的機(jī)械爪9、 IO呈弧形。
6、 所述的自動(dòng)回復(fù)和檢測(cè)裝置4還包括四個(gè)行程開關(guān)25、 26、 27和28，四個(gè)行程開關(guān) 25、 26、 27和28分別安裝于機(jī)械手支架1的V形開口端。
整個(gè)機(jī)械手儲(chǔ)存能量的過(guò)程是由回復(fù)電機(jī)20完成的，回復(fù)電機(jī)20通過(guò)兩根鋼絲繩21和 22將兩組抓取機(jī)械爪9、 10向兩側(cè)拉，拉開的具體位置由V形機(jī)械手支架1上的四個(gè)行程開 關(guān)25、 26、 27和28來(lái)確定，這時(shí)杠桿觸發(fā)裝置3在多個(gè)橡皮筋的拉力作用下由V字形變成 一字形，并且通過(guò)死點(diǎn)將兩組抓取機(jī)械爪9、 IO支撐開來(lái)，然后回復(fù)電機(jī)20再反轉(zhuǎn)將鋼絲繩 21和22松開，完成系統(tǒng)的能量?jī)?chǔ)存過(guò)程。經(jīng)實(shí)驗(yàn)表明本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的機(jī)械手抓取速度非 常迅速，抓取后非常牢固，不存在脫落(具有自鎖特性)和不穩(wěn)的情況，抓取效果非常好。
本實(shí)用新型屬于一種機(jī)械抓取、固定裝置。其可以充當(dāng)機(jī)器、設(shè)備等的快速抓取工具； 也可以充當(dāng)物品、設(shè)備、工具等的快速固定裝置，完成特定情況下需要極快速抓取或是固定 的任務(wù)。沖撞式自動(dòng)抓取機(jī)械手不但可以應(yīng)用在機(jī)器人領(lǐng)域，其可作為各種機(jī)器、設(shè)備、工 具的機(jī)械抓取載體，進(jìn)行貨物的快速抓取、運(yùn)輸和存放等；也可以作為一種快速固定工具， 完成儀器、設(shè)備的快速安裝、固定工作。其具有的極快速抓取、固定、自鎖的特性將使其具 有廣闊的應(yīng)用前景。


圖1是沖撞式自動(dòng)抓取機(jī)械手前斜視圖； 圖2是沖撞式自動(dòng)抓取機(jī)械手后斜視圖3是沖撞式自動(dòng)抓取機(jī)械手抓取物件前俯視圖(觸發(fā)前)； 圖4是杠桿觸發(fā)裝置簡(jiǎn)圖5是沖撞式自動(dòng)抓取機(jī)械手抓取物件后俯視圖(觸發(fā)后)；
圖6是沖撞式自動(dòng)抓取機(jī)械手長(zhǎng)導(dǎo)向桿方式示意圖7是沖撞式自動(dòng)抓取機(jī)械手使用馬盤電機(jī)直接檢測(cè)的方式示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的具體結(jié)構(gòu)及工作原理進(jìn)行進(jìn)一步的說(shuō)明
結(jié)合圖l，本實(shí)用新型由V形機(jī)械手支架l、彈簧抱緊抓取裝置2、杠桿觸發(fā)裝置3、自 動(dòng)回復(fù)和檢測(cè)裝置4四部分組成。V形機(jī)械手支架1是整個(gè)機(jī)械手的基本骨架，是其他裝置 安裝的載體，其可用鋁合金鉚接或是其他金屬焊接而成，其底端形狀是弧形、方形還是其他 形狀由所抓取的物品的形狀決定，必要時(shí)可自行調(diào)整。V形機(jī)械手支架l前段(主要起導(dǎo)向 作用)的長(zhǎng)短也根據(jù)需要采用不同的方式，如圖3、圖6、圖7所示。
彈簧抱緊抓取裝置2包括兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸5、 6，兩個(gè)大扭力彈簧7、 8和兩組抓取機(jī)械爪9、 10。結(jié)合圖2，以機(jī)械手左邊抱緊裝置(即圖中右側(cè)抱緊裝置)為例旋轉(zhuǎn)軸5兩端都固定 在V形機(jī)械手支架1上，中間用一支座ll支撐著(防止在大扭力的作用下軸變形)；大扭力 彈簧7套在旋轉(zhuǎn)軸5上，彈簧的安裝是使抓取機(jī)械爪向兩側(cè)分開時(shí)有很強(qiáng)的回復(fù)力(始終向 中間抱緊的力)作用；抓取機(jī)械爪后端可繞旋轉(zhuǎn)軸5轉(zhuǎn)動(dòng)，前端彎成弧形(其形狀可根據(jù)需 要而變)，弧形的作用一方面是增加抱緊接觸面積，使抓取更加穩(wěn)定，另一方面兩邊合對(duì)的弧 形鉤具有自鎖特性，防止抓取的物品脫落，如圖5所示。上下兩個(gè)抓取機(jī)械爪由中間的橫梁 焊接固定，保持抓取機(jī)械爪張開和閉合時(shí)的一致性。左右兩組抓取機(jī)械爪釆用對(duì)稱布置，原 理一樣。
結(jié)合圖4，杠桿觸發(fā)裝置3由帶有死頂點(diǎn)桿12、帶有死頂點(diǎn)桿13、回復(fù)拉力橡皮筋14、 兩個(gè)連接桿15和16、兩端支桿回復(fù)拉力橡皮筋17和18、旋轉(zhuǎn)軸19組成。帶有死頂點(diǎn)桿12 和帶有死頂點(diǎn)桿13可繞軸19轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)最大角度為185度。目的是在兩桿受向中間彈簧 擠壓力作用時(shí)，兩桿在回復(fù)拉力橡皮筋14的作用下，使兩桿通過(guò)死點(diǎn)位置30卡死，即兩個(gè) 桿只能單向運(yùn)動(dòng)。兩桿的另一端都有一個(gè)錐形導(dǎo)向凸臺(tái)，兩端支桿回復(fù)拉力橡皮筋17和18 的一端固定在錐形導(dǎo)向凸臺(tái)內(nèi)部，另一端固定在抓取機(jī)械爪旋轉(zhuǎn)軸5和6上，其作用是在 回復(fù)電機(jī)20通過(guò)鋼絲繩21、 22將兩組抓取機(jī)械爪拉開(機(jī)械爪張開)時(shí)，回復(fù)拉力橡皮筋 14使死頂點(diǎn)桿12、死頂點(diǎn)桿13回到觸發(fā)前死點(diǎn)相頂?shù)臓顟B(tài)，同時(shí)在回復(fù)拉力橡皮筋17和 18的拉力作用下完成杠桿觸發(fā)裝置所有零件的從組，即由V字形向一字形的轉(zhuǎn)變，凸臺(tái)起導(dǎo) 向和限位作用；當(dāng)杠桿觸發(fā)裝置3前端(軸19位置)受一沖撞力F作用而觸發(fā)時(shí)，杠桿觸發(fā) 裝置3就由一字形變成V字形，其變長(zhǎng)的部分由兩端支桿回復(fù)拉力橡皮筋17和18拉伸補(bǔ)償， 帶有死頂點(diǎn)桿12與其連接桿15此時(shí)是分開的，右邊同左邊。
結(jié)合圖2-3，自動(dòng)回復(fù)和檢測(cè)裝置4由回復(fù)電機(jī)20，兩根鋼絲繩21和22，兩個(gè)支撐滑輪 23和24，四個(gè)行程開關(guān)25、 26、 27和28組成?；貜?fù)電機(jī)20固定于V形槽的后端，電機(jī)帶 動(dòng)一個(gè)巻線輪29轉(zhuǎn)動(dòng)，巻線輪29的轉(zhuǎn)動(dòng)拉動(dòng)兩個(gè)鋼絲繩21和22，從而帶動(dòng)了兩組抓取機(jī) 械爪9、 IO的張開與閉合。四個(gè)行程開關(guān)25、 26、 27和28的作用是對(duì)兩組抓取機(jī)械爪9、 IO張開位置起檢測(cè)作用，若電機(jī)選用帶有馬盤的伺服電機(jī)，四個(gè)行程開關(guān)也可不用，如圖7所示。
整個(gè)機(jī)械手儲(chǔ)存能量的過(guò)程是由回復(fù)電機(jī)20完成的，回復(fù)電機(jī)20通過(guò)兩根鋼絲繩21和 22將兩組抓取機(jī)械爪9、 IO向兩側(cè)拉，拉開的具體位置由V形機(jī)械手支架1上的四個(gè)行程開 關(guān)25、 26、 27和28來(lái)確定，這時(shí)杠桿觸發(fā)裝置3在多個(gè)橡皮筋的拉力作用下由V字形變成 一字形，并且通過(guò)死點(diǎn)將兩組抓取機(jī)械爪9、 IO支撐開來(lái)(如圖3所示)，然后回復(fù)電機(jī)20 再反轉(zhuǎn)將鋼絲繩21和22松開，完成系統(tǒng)的能量?jī)?chǔ)存過(guò)程。
整個(gè)機(jī)械手抓取、抱緊過(guò)程如下機(jī)械手張開時(shí)如圖1-3所示，兩組抓取機(jī)械爪9、 10 在杠桿觸發(fā)裝置3死點(diǎn)的支撐作用下張開著，但兩組抓取機(jī)械爪9、 10始終在扭力彈簧7、 8 的作用下有一向中間抱合的趨勢(shì)。當(dāng)杠桿觸發(fā)裝置3中間遇到要抱取物品的撞擊力F時(shí)，杠 桿觸發(fā)裝置3就會(huì)以軸19向內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，由原來(lái)的一字形變成V字形。失去支撐力的兩組抓取 機(jī)械爪9、 IO在各自的扭力彈簧的作用下迅速向中間抱合，如圖(5)所示，實(shí)現(xiàn)對(duì)物品的快 速抓取，由于兩組抓取機(jī)械爪9、 IO前端具有弧形自鎖特性，所以抓取到的物品很難脫落。 在整個(gè)抓取過(guò)程中是撞擊力迅速將儲(chǔ)存的彈簧能釋放，能量轉(zhuǎn)化為機(jī)械手的抱緊力，實(shí)現(xiàn)這 個(gè)過(guò)程的時(shí)間是非常短的，幾乎就在撞擊的同時(shí)能量釋放完成，所以說(shuō)這是一個(gè)能量快速釋 放的過(guò)程。
此種機(jī)械手的具體實(shí)施方案有多種方式，除了上面講的由四個(gè)行程開關(guān)檢測(cè)抓取機(jī)械爪 張開位置外，還有圖6所示的長(zhǎng)導(dǎo)向桿方式；圖7所示的不用四個(gè)行程開關(guān)檢測(cè)而改用馬盤 電機(jī)直接檢測(cè)的方式；將回復(fù)電機(jī)和檢測(cè)裝置都拆掉的手動(dòng)恢復(fù)使用方式；將杠桿觸發(fā)裝置 換成一個(gè)活動(dòng)金屬杠桿硬碰撞的方式等。
圖6所示的去掉回復(fù)電機(jī)和檢測(cè)裝置的簡(jiǎn)化機(jī)械手方案去掉了回復(fù)電機(jī)和檢測(cè)裝置，加 長(zhǎng)了導(dǎo)向桿，同時(shí)將前端的杠桿觸發(fā)裝置換成一個(gè)完整的金屬桿，金屬桿的兩端磨有淺凹槽， 我們將抓取機(jī)械爪的橫梁壓在凹槽中，當(dāng)金屬桿受到撞擊力作用時(shí)，金屬桿就會(huì)從抓取機(jī)械 爪的支撐橫梁上滑落，從而使抓取機(jī)械爪迅速抓住抓取物。采用這種方式優(yōu)點(diǎn)是機(jī)械手在氣 動(dòng)運(yùn)送裝置的作用下能迅速抓取抓取物，同時(shí)前端的V型長(zhǎng)桿具有導(dǎo)向和干擾作用，但同時(shí) 對(duì)金屬桿的撞擊比較大，撞擊10次左右就要換一個(gè)金屬桿，所以建議使用圖4介紹的杠桿觸 發(fā)裝置，圖4所示的杠桿觸發(fā)裝置也不僅僅局限在方形，根據(jù)需要可以對(duì)形狀做適當(dāng)修改。
權(quán)利要求1、一種沖撞式自動(dòng)抓取機(jī)械手，它包括機(jī)械手支架(1)，其特征是機(jī)械手支架(1)為雙層V形結(jié)構(gòu)，機(jī)械手支架(1)上安裝有彈簧抱緊抓取裝置(2)、杠桿觸發(fā)裝置(3)和自動(dòng)回復(fù)和檢測(cè)裝置(4)，兩套彈簧抱緊抓取裝置(2)安裝在機(jī)械手支架(1)底部的V形開口處，杠桿觸發(fā)裝置(3)連接于兩套彈簧抱緊抓取裝置(2)之間，自動(dòng)回復(fù)和檢測(cè)裝置(4)的回復(fù)電機(jī)安裝在機(jī)械手支架(1)的V形頂端，回復(fù)電機(jī)軸上安裝有卷線輪，卷線輪上繞有兩段分別與兩套彈簧抱緊抓取裝置(2)相連的鋼絲繩。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的沖撞式自動(dòng)抓取機(jī)械手，其特征是所述的彈簧抱緊抓取裝置 (2)包括安裝在兩層機(jī)械手支架之機(jī)械手支架之間的旋轉(zhuǎn)軸(5)、 (6)，套在旋轉(zhuǎn)軸(5)、 (6)上的 大扭力彈簧(7)、 (8)和兩組抓取機(jī)械爪(9)、 (10)，兩組抓取機(jī)械爪的后端分別套在旋轉(zhuǎn)軸(5)、 (6)上，大扭力彈簧的兩端分別搭在機(jī)械手支架和抓取機(jī)械爪上。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的沖撞式自動(dòng)抓取機(jī)械手，其特征是所述的杠桿觸發(fā)裝置 (3)由帶有死頂點(diǎn)桿(12)、帶有死頂點(diǎn)桿(13)、回復(fù)拉力橡皮筋(14)、兩個(gè)連接桿(15)和(16)、兩端支桿回復(fù)拉力橡皮筋(17)和(18)、旋轉(zhuǎn)軸(19)組成，帶有死頂點(diǎn)桿(12) 和帶有死頂點(diǎn)桿(13)通過(guò)旋轉(zhuǎn)軸(19)鉸接，兩個(gè)帶有死頂點(diǎn)桿之間連接回復(fù)拉力橡皮筋 (14)，兩個(gè)帶有死頂點(diǎn)桿的另一端有錐形導(dǎo)向凸臺(tái)，兩端支桿回復(fù)拉力橡皮筋(17)和(18) 的一端固定在錐形導(dǎo)向凸臺(tái)內(nèi)部，另一端與兩個(gè)連接桿(15)和(16)同時(shí)套在抓取機(jī)械爪 旋轉(zhuǎn)軸(5)和(6)上。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的沖撞式自動(dòng)抓取機(jī)械手，其特征是所述的自動(dòng)回復(fù)和檢 測(cè)裝置(4)還包括兩個(gè)安裝在機(jī)械手支架上的支撐滑輪(23)和(24)，鋼絲繩(21)和(22) 經(jīng)支撐滑輪(23)和(24)與彈簧抱緊抓取裝置(2)相連。5、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的沖撞式自動(dòng)抓取機(jī)械手，其特征是所述的自動(dòng)回復(fù)和檢測(cè)裝 置(4)還包括兩個(gè)安裝在機(jī)械手支架上的支撐滑輪(23)和(24)，鋼絲繩(21)和(22) 經(jīng)支撐滑輪(23)和(24)與彈簧抱緊抓取裝置(2)相連。6、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的沖撞式自動(dòng)抓取機(jī)械手，其特征是所述的彈簧抱緊抓取裝置 (2)的旋轉(zhuǎn)軸(5)、 (6)的中間設(shè)置有支座，支座固定在機(jī)械手支架上。7、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的沖撞式自動(dòng)抓取機(jī)械手，其特征是所述的機(jī)械爪(9)、 (10) 呈弧形。8、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的沖撞式自動(dòng)抓取機(jī)械手，其特征是所述的自動(dòng)回復(fù)和檢測(cè)裝 置(4)還包括四個(gè)行程開關(guān)(25)、 (26)、 (27)和(28)，四個(gè)行程開關(guān)(25)、 (26)、 (27) 和(28)分別安裝于機(jī)械手支架(1)的V形開口端。專利摘要本實(shí)用新型提供了一種沖撞式自動(dòng)抓取機(jī)械手。它包括機(jī)械手支架1，機(jī)械手支架1為雙層V形結(jié)構(gòu)，機(jī)械手支架1上安裝有彈簧抱緊抓取裝置2、杠桿觸發(fā)裝置3和自動(dòng)回復(fù)和檢測(cè)裝置4，兩套彈簧抱緊抓取裝置2安裝在機(jī)械手支架1底部的V形開口處，杠桿觸發(fā)裝置3連接于兩套彈簧抱緊抓取裝置2之間，自動(dòng)回復(fù)和檢測(cè)裝置4的回復(fù)電機(jī)安裝在機(jī)械手支架1的V形頂端，回復(fù)電機(jī)軸上安裝有卷線輪，卷線輪上繞有兩段分別與兩套彈簧抱緊抓取裝置2相連的鋼絲繩。本實(shí)用新型不但可以應(yīng)用在機(jī)器人領(lǐng)域，可作為各種機(jī)器、設(shè)備、工具的機(jī)械抓取載體，進(jìn)行貨物的快速抓取、運(yùn)輸和存放等，也可作為一種快速固定工具，完成儀器、設(shè)備的快速安裝、固定工作。
文檔編號(hào)B25J15/00GK201002258SQ20062002187
公開日2008年1月9日 申請(qǐng)日期2006年10月25日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月25日
發(fā)明者季寶鋒, 輝 宋, 王立權(quán), 羅紅魏, 賈守波, 鄧輝峰, 郝欣偉, 陳東良 申請(qǐng)人:哈爾濱工程大學(xué)