專利名稱：一種機器人手爪結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種機器人手爪結(jié)構(gòu)，屬于自動控制、機械等交叉領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
工業(yè)機器人的機械部分的設(shè)計是工業(yè)機器人設(shè)計的重要部分，雖然工業(yè)機器人不 同于專用設(shè)備，它具有較強的靈活性，但是，要設(shè)計和制造萬能機器人是不現(xiàn)實的。不同應(yīng) 用領(lǐng)域的工業(yè)機器人機械系統(tǒng)設(shè)計上的差異比工業(yè)機器人的其它系統(tǒng)設(shè)計上的差異大得 多。用在工業(yè)上的機器人的手一般稱之為末端操作器，它是機器人直接用于抓取和握緊 (吸附)專用工具(如噴槍、扳手、焊具、噴頭等)進行操作的部件，它具有模仿人手動作的 功能，并安裝于機器人手臂的前端。由于被握工件的形狀、尺寸、重量、材質(zhì)及表面狀態(tài)的不 同，工業(yè)機器人末端操作器是多種多樣的，大致可分為夾鉗式取料手、吸附式取料手、專用 操作器及轉(zhuǎn)換器、仿生多指靈巧手。在機器人手爪應(yīng)用中，機器人的手一般由方形的手掌和 節(jié)狀的手指組成。手指是直接與工件接觸的部件。手部松開和夾緊工件，就是通過手指的 張開與閉合來實現(xiàn)的。機器人的手部一般有兩個手指，也有三個或多個手指，其結(jié)構(gòu)形式常 取決于被夾持工件的形狀和特性。常見的手指的形狀有V型指，平面指，長指等。指面的形 狀常有光滑指面、齒形指面、和柔性指面等。光滑指面平整光滑，用來夾持已加工表面，避免 已加工表面受損；齒形指面的指面刻有齒紋，可增加夾持工件的磨擦力，以確保夾緊牢靠， 多用來夾持表面粗糙的毛坯或半成品；柔性指面內(nèi)鑲橡膠、泡沫、石棉等物，有增加磨擦力， 保護工件表面，隔熱等作用，一般用于夾持已加工表面、熾熱件，也適于夾持薄壁件和脆性 工件。手抓中具有傳動機構(gòu)，它是向手指傳遞運動和動力，以實現(xiàn)夾緊和松開動作的機構(gòu)。 傳動機構(gòu)根據(jù)手指開合的動作特點分為回轉(zhuǎn)型和移動型?；剞D(zhuǎn)型又分為一支點回轉(zhuǎn)和多支 點回轉(zhuǎn)。根據(jù)手爪夾緊是擺動還是平動，又可分為擺動回轉(zhuǎn)型和平動回轉(zhuǎn)型。雖然各種機器人手爪在各領(lǐng)域中有著重要的應(yīng)用，但是企業(yè)不得不面臨一個問 題，就是如何是機器人手爪結(jié)構(gòu)更為簡單，成本更低。申請人經(jīng)過多年的研究，致力于設(shè)計 出一種成本經(jīng)濟，操作、設(shè)計簡單的機器人手爪。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種機器人手爪，包括以下部件圓弧形手指對、銅柱、前擋板、上 端蓋、下端蓋，以及舵盤雙連桿結(jié)構(gòu)；其特征在于，該舵盤雙連桿結(jié)構(gòu)具有一個圓形舵盤和 兩個連桿，所述兩個連桿分別耦接于舵盤上距離圓心一定距離的以圓心為中心的對稱位置 上，兩個連桿的柄端分別設(shè)置一與舵盤所在平面垂直且同向的手指，形成手指對，用于夾持 工件；圓盤中心具有一凹槽齒輪結(jié)構(gòu)，能夠與驅(qū)動結(jié)構(gòu)上相對應(yīng)的凸起齒輪耦合，并通過該 齒輪結(jié)構(gòu)驅(qū)動圓盤而帶動連桿兩端上的柄上的手指運動。進一步，所述機器人手爪還包括一伺服電機，設(shè)置于所述上端蓋和下端蓋之間，所述直流伺服電機用于驅(qū)動所述手爪，直流伺服電機正轉(zhuǎn)，連桿伸開，手爪張開；直流伺服電 機反轉(zhuǎn)，連桿收縮，手爪閉合。
所述手指圓弧型手指，手指外上設(shè)置膠墊。所述前擋板分為上下?lián)醢?，所述上下?lián)醢逡运鰣A弧形手指對為界，對稱設(shè)置于 所述圓弧形手指對的上下兩側(cè)，以阻止所述圓弧形手指對沿與前擋板所在平面的垂直方向 上的運動；所述銅柱設(shè)置在上端蓋上，銅柱數(shù)量至少為兩個；所述伺服電機上具有與銅柱 數(shù)量相等的、用于固定伺服點機的孔，銅柱插入到伺服電機上的孔中，形成對伺服電機的固
定。所述上端蓋上設(shè)有兩個對稱的凹槽，用于引導(dǎo)圓弧形手指對的運動，上端蓋上具 伺服電機設(shè)置于上端蓋和下端蓋之間。所述舵盤雙連桿結(jié)構(gòu)的舵盤中心具有一凹槽齒輪結(jié)構(gòu)，能夠與衛(wèi)伺服電機上相對 應(yīng)的凸起齒輪耦合，并通過該齒輪結(jié)構(gòu)驅(qū)動圓盤而帶動連桿兩端上的柄上的手指運動；所 述舵盤雙連桿機構(gòu)設(shè)置于上端蓋內(nèi)部，與所述圓弧形手指對相連接，雙連桿的運動帶動圓 弧形手指對沿所述凹槽運動，實現(xiàn)對工件的加緊和放松；伺服電機與舵盤中心耦接，伺服電 機能夠正反旋轉(zhuǎn)，當(dāng)伺服電機順時針轉(zhuǎn)動時，其帶動舵盤順時針轉(zhuǎn)動，經(jīng)連桿傳動，連桿上 的圓弧形手指對沿著凹槽向舵盤中心移動，實現(xiàn)對工件的加緊；反之當(dāng)伺服電機逆時針轉(zhuǎn) 動時，其帶動舵盤逆時針轉(zhuǎn)動，經(jīng)連桿傳動，連桿上的圓弧形手指對沿著凹槽向遠離舵盤中 心移動，實現(xiàn)對工件的放松。


圖1是本發(fā)明所展示的舵盤雙連桿結(jié)構(gòu)；圖2是本發(fā)明所展示的舵盤雙連桿結(jié)構(gòu)實物；圖3是本發(fā)明展示的機械手手爪的結(jié)構(gòu)；圖4是本發(fā)明的舵盤雙連桿結(jié)構(gòu)的驅(qū)動示意圖；圖5是本發(fā)明所展示的舵盤雙連桿結(jié)構(gòu)的幾何示意圖；圖6是本發(fā)明所展示的手爪抓緊工件時舵盤雙連桿結(jié)構(gòu)的幾何示意圖；圖7是本發(fā)明所展示的手爪完全放松工件時舵盤雙連桿結(jié)構(gòu)的幾何示意具體實施例方式下面結(jié)合附圖來說明本發(fā)明的優(yōu)選的實施方式。在本發(fā)明中，為了節(jié)約經(jīng)濟成本 與操作、設(shè)計簡單、設(shè)計參數(shù)少，優(yōu)選地，本發(fā)明所展示的機器人手爪具有一舵盤雙連桿結(jié) 構(gòu)，其具體結(jié)構(gòu)在后文中詳細說明。應(yīng)當(dāng)注意，其不作為對本發(fā)明的限定，僅用來說明本發(fā) 明的宗旨，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以預(yù)見到，完全可以采用其他的諸如V型指還是平面指夾 鉗式、吸附式結(jié)構(gòu)。參見附圖1、2，附圖1示出了該舵盤雙連桿結(jié)構(gòu)得結(jié)構(gòu)圖，附圖2示出了一種舵 盤雙連桿結(jié)構(gòu)實物。該結(jié)構(gòu)包括一個圓形舵盤和兩個連桿，所述兩個連桿分別耦接于舵盤 上距離圓心一定距離的以圓心為中心的對稱位置上，兩個連桿的柄端分別設(shè)置一與舵盤所 在平面垂直且同向的手指，用于夾持工件；圓盤中心具有一凹槽齒輪結(jié)構(gòu)，能夠與驅(qū)動結(jié)構(gòu) 上相對應(yīng)的凸起齒輪耦合，并通過該齒輪結(jié)構(gòu)驅(qū)動圓盤而帶動連桿兩端上的柄上的手指運 動。該結(jié)構(gòu)采用直流伺服電機來驅(qū)動，在本實施方式中，直流伺服電機正轉(zhuǎn)，連桿伸開，手爪 張開；直流伺服電機反轉(zhuǎn)，連桿收縮，手爪閉合。
由于車床、銑床加工的零件多屬圓柱形的，所以在設(shè)計手爪時要選V型指，防止工件在中途脫落，在優(yōu)選的實施方式中，本發(fā)明的手爪采用了圓弧型手指，并加設(shè)了橡膠墊， 這樣，相對于V型指能更牢固的夾持工件。如圖3所示，上述圖示出了本發(fā)明展示的機械手手爪的結(jié)構(gòu)。參見附圖3，本發(fā)明 展示的機械手手爪包括以下部件圓弧形手指對⑴；銅柱⑵；前擋板(3)；上端蓋(4)；下 端蓋(5)；伺服電機(6)，以及舵盤雙連桿結(jié)構(gòu)(圖3中由于遮擋而未示出)。其中所述前擋 板(3)分為上下?lián)醢?，所述上下?lián)醢逡运鰣A弧形手指對為界，對稱設(shè)置于所述圓弧形手 指對的上下兩側(cè)，以阻止所述圓弧形手指對沿與前擋板所在平面的垂直方向上的運動；銅 柱(2)設(shè)置在上端蓋(4)之上，銅柱數(shù)量至少為兩個，也可以為多個；上端蓋上設(shè)有兩個對 稱的凹槽，用于引導(dǎo)圓弧形手指對的運動。伺服電機(6)設(shè)置于上端蓋和下端蓋之間，上端 蓋上的銅柱(2)插入到伺服電機上的孔中，形成對伺服電機的固定，伺服電機上具有與銅 柱相等的、用于固定伺服點機的孔。圖2a的左上角示出了組合后的機械手手爪抓緊工件的 情形。進一步參見圖4，舵盤雙連桿結(jié)構(gòu)的舵盤中心具有一凹槽齒輪結(jié)構(gòu)(圖中未示 出)，能夠與衛(wèi)伺服電機上相對應(yīng)的凸起齒輪耦合，并通過該齒輪結(jié)構(gòu)驅(qū)動圓盤而帶動連桿 兩端上的柄上的手指運動；所述舵盤雙連桿機構(gòu)設(shè)置于上端蓋內(nèi)部，與所述圓弧形手指對 相連接，雙連桿的運動帶動圓弧形手指對沿所述凹槽運動，實現(xiàn)對工件的加緊和放松；伺服 電機與舵盤中心耦接，伺服電機能夠正反旋轉(zhuǎn)，如圖4，當(dāng)伺服電機順時針轉(zhuǎn)動時，其帶動舵 盤順時針轉(zhuǎn)動，經(jīng)連桿傳動，連桿上的圓弧形手指對沿著凹槽向舵盤中心移動，實現(xiàn)對工件 的加緊；反之當(dāng)伺服電機逆時針轉(zhuǎn)動時，其帶動舵盤逆時針轉(zhuǎn)動，經(jīng)連桿傳動，連桿上的圓 弧形手指對沿著凹槽向遠離舵盤中心移動，實現(xiàn)對工件的放松。接下來說明本發(fā)明的效果。圓弧手指對之間的距離范圍決定了該圓弧手指對所能 夾持工件的大小。如圖5所示，點A對應(yīng)舵盤的中心，點B對應(yīng)連桿與舵盤的耦接點，點C 表示圓弧形手指。當(dāng)手指處于抓緊工件的狀態(tài)時，此時兩連桿與舵盤的耦接點之間的連線 垂直于圓弧形手指對之間的連線(此時的狀態(tài)可以由圖1所示來近似示意)。參見圖6，設(shè)χ為閉合時圓弧手指對之間的距離，y為連桿與舵盤的耦接點到舵盤 的中心的距離，h為連桿與舵盤的耦接點到舵盤中心與圓弧形手指的連線的距離；當(dāng)圓弧 形手指對抓緊工件時，X取最小值，由此可知，Y = VTt^"(式 1)當(dāng) y = 10mm, h = 6mm 時，有義= λ/ιο2-62 =8wm當(dāng)手指處于放松工件的狀態(tài)時，并處于完全張開狀態(tài)時，如圖7所示。設(shè)H為手爪 張開時的最大距離，即連桿上兩柄之間的最大距離；y為連桿的長度；h為連桿與舵盤的耦 接點到舵盤的中心的距離。則有H = 2 (y+h)(式 2)當(dāng) y = 10mm, h = 6mm 時，H = 2 (10+6) = 32mm。由此可知，該實施方式中，手爪能夠夾持工件的大小范圍為16_32mm。
權(quán)利要求
一種機器人手爪，包括以下部件圓弧形手指對、銅柱、前擋板、上端蓋、下端蓋，以及舵盤雙連桿結(jié)構(gòu)；其特征在于，該舵盤雙連桿結(jié)構(gòu)具有一個圓形舵盤和兩個連桿，所述兩個連桿分別耦接于舵盤上距離圓心一定距離的以圓心為中心的對稱位置上，兩個連桿的柄端分別設(shè)置一與舵盤所在平面垂直且同向的手指，形成手指對，用于夾持工件；圓盤中心具有一凹槽齒輪結(jié)構(gòu)，能夠與驅(qū)動結(jié)構(gòu)上相對應(yīng)的凸起齒輪耦合，并通過該齒輪結(jié)構(gòu)驅(qū)動圓盤而帶動連桿兩端上的柄上的手指運動。
2.如權(quán)利要求1所述的機器人手爪，其特征在于，還包括一伺服電機，設(shè)置于所述上端 蓋和下端蓋之間，所述直流伺服電機用于驅(qū)動所述手爪，直流伺服電機正轉(zhuǎn)，連桿伸開，手 爪張開；直流伺服電機反轉(zhuǎn)，連桿收縮，手爪閉合。
3.如權(quán)利要求1所述的機器人手爪，其特征在于，所述手指圓弧型手指，手指外上設(shè)置 膠墊。
4.如權(quán)利要求3所述的機器人手爪，其特征在于，所述前擋板分為上下?lián)醢?，所述上?擋板以所述圓弧形手指對為界，對稱設(shè)置于所述圓弧形手指對的上下兩側(cè)，以阻止所述圓 弧形手指對沿與前擋板所在平面的垂直方向上的運動；所述銅柱設(shè)置在上端蓋上，銅柱數(shù) 量至少為兩個；所述伺服電機上具有與銅柱數(shù)量相等的、用于固定伺服點機的孔，銅柱插入 到伺服電機上的孔中，形成對伺服電機的固定。
5.如權(quán)利要求4所述的機器人手爪，其特征在于，所述上端蓋上設(shè)有兩個對稱的凹槽， 用于引導(dǎo)圓弧形手指對的運動，上端蓋上具伺服電機設(shè)置于上端蓋和下端蓋之間。
6.如權(quán)利要求1所述的機器人手爪，其特征在于，所述舵盤雙連桿結(jié)構(gòu)的舵盤中心具 有一凹槽齒輪結(jié)構(gòu)，能夠與衛(wèi)伺服電機上相對應(yīng)的凸起齒輪耦合，并通過該齒輪結(jié)構(gòu)驅(qū)動 圓盤而帶動連桿兩端上的柄上的手指運動；所述舵盤雙連桿機構(gòu)設(shè)置于上端蓋內(nèi)部，與所 述圓弧形手指對相連接，雙連桿的運動帶動圓弧形手指對沿所述凹槽運動，實現(xiàn)對工件的 加緊和放松；伺服電機與舵盤中心耦接，伺服電機能夠正反旋轉(zhuǎn)，當(dāng)伺服電機順時針轉(zhuǎn)動 時，其帶動舵盤順時針轉(zhuǎn)動，經(jīng)連桿傳動，連桿上的圓弧形手指對沿著凹槽向舵盤中心移 動，實現(xiàn)對工件的加緊；反之當(dāng)伺服電機逆時針轉(zhuǎn)動時，其帶動舵盤逆時針轉(zhuǎn)動，經(jīng)連桿傳 動，連桿上的圓弧形手指對沿著凹槽向遠離舵盤中心移動，實現(xiàn)對工件的放松。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種機器人手爪，包括圓弧形手指對、銅柱、前擋板、上端蓋、下端蓋，以及舵盤雙連桿結(jié)構(gòu)，該舵盤雙連桿結(jié)構(gòu)具有一個圓形舵盤和兩個連桿，所述兩個連桿分別耦接于舵盤上距離圓心一定距離的以圓心為中心的對稱位置上，兩個連桿的柄端分別設(shè)置一與舵盤所在平面垂直且同向的手指，形成手指對，用于夾持工件；圓盤中心具有一凹槽齒輪結(jié)構(gòu)，能夠與驅(qū)動結(jié)構(gòu)上相對應(yīng)的凸起齒輪耦合，并通過該齒輪結(jié)構(gòu)驅(qū)動圓盤而帶動連桿兩端上的柄上的手指運動。該機器人手爪結(jié)構(gòu)簡單，成本低，適用于大規(guī)模生產(chǎn)。
文檔編號B25J15/08GK101823261SQ20101017587
公開日2010年9月8日 申請日期2010年5月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月19日
發(fā)明者劉曉彤, 鄭業(yè)明, 郭洪紅 申請人:北京聯(lián)合大學(xué)