一种具有抓握功能的电动机械爪及其夹取物品的判断方法技术

本发明专利技术公开了一种具有抓握功能的电动机械爪，包括机壳、减速电机、丝杠副和三个夹爪，丝杠副包括丝杠及丝杠螺母，所述丝杠与所述减速电机的输出轴同轴连接，所述丝杠螺母上设置有三个圆形销轴；夹爪包括下指节、上指节、第一连杆和第二连杆，第一连杆的上端通过第一铰轴与上指节铰接，上指节与所述下指节通过第二铰轴铰接，第一连杆的下端通过第三铰轴与丝杠螺母铰接，第二连杆与下指节的结合处通过第四铰轴铰接在机壳上，第二连杆的下端设置有导向槽，所述第一铰轴～第四铰轴均位于所述圆形销轴的上方，导向槽内容纳一所述圆形销轴。本发明专利技术通过上指节和下指节的配合，在球状物品的抓握上具有优越性，却又不妨碍抓取长条形物品。却又不妨碍抓取长条形物品。却又不妨碍抓取长条形物品。

【技术实现步骤摘要】
一种具有抓握功能的电动机械爪及其夹取物品的判断方法


[0001]本专利技术属于机械爪领域，更具体地，涉及电动机械爪及其夹取物品的判断方法。

技术介绍

[0002]机器人设备对环境适应性高，且效率可靠，可以代替人类完成繁重的劳动，因此，越来越多的行业采用机器人设备代替人类工作，经过科学技术的发展，机器人设备的种类越来越多，而机器人上的机械臂和机械爪是帮助机器人发挥功能的重要组成部分。
[0003]通常，机器人或机械臂通过末端执行器进行操作，在装配，移动等方面，机械爪是应用最多的末端执行器，而现有的机械爪多为直线型，在夹取或移动球状物体时，使用不太方便，且容易掉落。
[0004]此外，现在的夹爪夹取物体时，只是依靠人为的经验来判断能否夹持物品而不破坏物品，并没有一个定量的判断依据，而人为主观判断并不一定准确，误差很大，容易出现夹不住物品或者因夹持力过大而损坏物品的情况。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种具有抓握功能的电动机械爪及其夹取物品的判断方法，其通过上指节和下指节的配合，在球状物品的抓握上具有优越性，却又不妨碍抓取长条形物品。
[0006]为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种具有抓握功能的电动机械爪，其特征在于，包括机壳、减速电机、丝杠副和三个夹爪，这三个所述夹爪呈三角形布置，其中：
[0007]所述减速电机位于所述机壳内且安装在所述机壳上，所述减速电机的输出轴朝上设置；
[0008]所述丝杠副包括丝杠及穿装在所述丝杠上的丝杠螺母，所述丝杠与所述减速电机的输出轴同轴连接，所述丝杠螺母上设置有三个圆形销轴，每个所述圆形销轴均水平设置且分别连接一所述夹爪；
[0009]对于每个所述夹爪而言，其包括下指节、上指节、第一连杆和第二连杆，所述第一连杆的上端通过第一铰轴与所述上指节铰接，所述上指节与所述下指节通过第二铰轴铰接，所述第一连杆的下端通过第三铰轴与所述丝杠螺母铰接，所述第二连杆的上端与所述下指节的下端固连，所述第二连杆与所述下指节的结合处通过第四铰轴铰接在所述机壳上，所述第二连杆的下端设置有导向槽，所述第一铰轴～第四铰轴均位于所述圆形销轴的上方，所述圆形销轴、第一铰轴～第四铰轴相互平行，所述第一铰轴～第四铰轴分布在四边形的四个顶点上，所述导向槽内容纳一所述圆形销轴，以让圆形销轴在丝杠螺母的带动下在导向槽内移动，从而让圆形销轴带动第二连杆和下指节绕第四铰轴的中心线转动，并且也让第一连杆带动上指节绕第二铰轴的中心线转动，实现下指节和上指节转动来夹取或松开物品。
[0010]优选地，所述机壳内设置有用于对丝杠螺母的上下移动进行导向的竖直隧道。
[0011]优选地，所述第一连杆整体呈V形并且其V角为钝角。
[0012]优选地，三个所述夹爪呈等腰三角形布置。
[0013]优选地，所述机壳包括外壳、夹爪底座和上盖，所述夹爪底座安装在所述外壳顶部，所述第四铰轴安装在所述夹爪底座上，所述上盖盖合在所述夹爪底座上并且两者固定连接。
[0014]优选地，所述夹爪底座上设置有用于对螺母的上下移动进行导向的竖直隧道。
[0015]优选地，所述减速电机的电机带有编码器和驱动器。
[0016]按照本专利技术的另一个方面，还提供了任一所述的一种具有抓握功能的电动机械爪夹取物品的判断方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0017]1)令T为减速电机的输出扭矩，则第二连杆与圆形销轴接触的部位受到的竖直力F分析如下：
[0018]F＝T/((D/2)*tan(α+β))；
[0019]其中，D为丝杠的螺纹中径，α为丝杠的螺纹升角且α＝tan
‑1(L
d
/πD)，L
d
为丝杠的螺纹牙距；β为当量摩擦角且β＝tan
‑1f，f为丝杠与丝杠螺母组成的丝杠副的当量摩擦系数；
[0020]2)竖直力F分解成F1和F2两个垂直的力，其中F1的方向垂直于第二连杆，F2的方向平行于第二连杆，F1为拖动第二连杆旋转的力，F1＝F*cosρ，ρ为F1与F之间的夹角；
[0021]则下指节的上端也受到力F1的作用，反向的力F1在下指节的上端分解成F
d
和F
m
，F
d
垂直于下指节，F
m
平行于下指节，F
d
为拖动下指节旋转的力，并且F
d
＝F1*cosθ，θ为F
d
与F1之间的夹角；
[0022]其中，其中，为下指节的长度方向与竖直方向形成的钝角，γ为下指节的长度方向与F
d
的夹角；
[0023]θ为动态角，随着下指节的转动而变，定义θ
i
和F
i
为下指节启动瞬间的θ角和对应的把持力，θ
z
和F
z
为下指节停止瞬间的θ角和对应的把持力，则：
[0024]F
i
＝F1*cosθ
i
；F
z
＝F1*cosθ
z
；
[0025]4)和ρ根据夹爪大小确定或测量，减速电机选定好以后，获得把持力F
i
和F
z
，根据F
i
和F
z
，在三个夹爪夹取物品之前对物品的性质和承受力进行判断，判断夹爪能否夹取物品，从而保证物品不会被损坏。
[0026]总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
[0027]1)本专利技术通过设置第一连杆，在丝杠螺母带动第二连杆绕圆形销轴转动的同时，第一连杆也可带动上指节绕第二铰轴的中心线转动，从而使得一个减速电机驱动丝杠螺母移动即可带动下指节和上指节同时转动，不需要额外再增加动力装置来驱动上指节绕第二铰轴的中心线转动，控制简单可靠。
[0028]2)本专利技术提供的一种具有抓握功能的高精度电动机械爪，机械爪仿人手指设计，拥有下指节和上指节，且三个手指呈T形分布，在球状物品的抓握上具有优越性，却又不妨碍抓取长条形物品。
[0029]3)本专利技术根据用户所需环境和精度的不同，可以采用如：有刷电机、空心杯电机、步进电机、无刷电机或伺服电机等不同的减速电机，适用范围广，可用于各行业各精度要求
的机器人手臂。
[0030]4)本专利技术的传动结构采用丝杠与丝杠螺母传动，带自锁功能，可以保护减速电机，增加电机的使用寿命。
[0031]5)本专利技术的夹爪整体都采用连杆带动，设计结构简单，装配容易。
附图说明
[0032]图1是本专利技术的立体图；
[0033]图2是本专利技术撤去上盖后的立体图；
[0034]图3是本专利技术撤去机壳后的示意图；
[0035]图4是本专利技术中下指节和第二连杆的受力分析图；
[0036]图5是本专利技术中丝杠副驱动单个夹爪的示意图；...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有抓握功能的电动机械爪，其特征在于，包括机壳、减速电机、丝杠副和三个夹爪，这三个所述夹爪呈三角形布置，其中：所述减速电机位于所述机壳内且安装在所述机壳上，所述减速电机的输出轴朝上设置；所述丝杠副包括丝杠及穿装在所述丝杠上的丝杠螺母，所述丝杠与所述减速电机的输出轴同轴连接，所述丝杠螺母上设置有三个圆形销轴，每个所述圆形销轴均水平设置且分别连接一所述夹爪；对于每个所述夹爪而言，其包括下指节、上指节、第一连杆和第二连杆，所述第一连杆的上端通过第一铰轴与所述上指节铰接，所述上指节与所述下指节通过第二铰轴铰接，所述第一连杆的下端通过第三铰轴与所述丝杠螺母铰接，所述第二连杆的上端与所述下指节的下端固连，所述第二连杆与所述下指节的结合处通过第四铰轴铰接在所述机壳上，所述第二连杆的下端设置有导向槽，所述第一铰轴～第四铰轴均位于所述圆形销轴的上方，所述圆形销轴、第一铰轴～第四铰轴相互平行，所述第一铰轴～第四铰轴分布在四边形的四个顶点上，所述导向槽内容纳一所述圆形销轴，以让圆形销轴在丝杠螺母的带动下在导向槽内移动，从而让圆形销轴带动第二连杆和下指节绕第四铰轴的中心线转动，并且也让第一连杆带动上指节绕第二铰轴的中心线转动，实现下指节和上指节转动来夹取或松开物品。2.根据权利要求1所述的一种具有抓握功能的电动机械爪，其特征在于，所述机壳内设置有用于对丝杠螺母的上下移动进行导向的竖直隧道。3.根据权利要求1所述的一种具有抓握功能的电动机械爪，其特征在于，所述第一连杆整体呈V形并且其V角为钝角。4.根据权利要求1所述的一种具有抓握功能的电动机械爪，其特征在于，三个所述夹爪呈等腰三角形布置。5.根据权利要求1所述的一种具有抓握功能的电动机械爪，其特征在于，所述机壳包括外壳、夹爪底座和上盖，所述夹爪底座安装在所述外壳顶部，所述第四铰轴安装在所述夹爪底座上，所述上盖盖合在所述夹爪底座上并且两者固定连接。6.根据权利要求5所述的一种具有抓握功能的电动机械爪，其特征在于，所述夹爪底座上设置有用于对螺母的上下移动进行导向的竖直隧道。7.根据权利要求1所述的一种具有抓握功能的电动机械爪，其特征在于，所述减速电机的电机带有编码器和驱动器。8.权利要求1～7中任一所述的一...

【专利技术属性】
技术研发人员：翁孟坤，张贝妮，周志鹏，
申请(专利权)人：深圳市万至达电机制造有限公司，
类型：发明
国别省市：