一种用于煤矸抓取的欠驱动机械手及抓取方法技术

本发明专利技术提供一种用于煤矸抓取的欠驱动机械手及抓取方法，包括：安装基座，与Z轴丝杠螺纹配合；Z轴旋转装置，架设在安装基座的下方；手爪平台，设置在Z轴旋转装置下方；手爪结构包括开合滑轨，其两端分别与手爪平台的两侧固定连接，两组分别设置在手爪平台前后；开合滑轨上分别滑动连接有两个开合滑块；执行连接件，其两端分别与异侧的两个相对的开合滑块之间固定连接；手掌安装板，分别通过两个手掌连接轴架设在执行连接件的下方；手掌，固定在手掌安装板底部；手掌外侧的下部设置有多个欠驱动手指结构；欠驱动单元，设置在手爪平台的顶部的一侧。该机械手实现矸石的稳定抓取，抓取过程平稳。手指为欠驱动，对矸石具有一定的自适应性。应性。应性。

【技术实现步骤摘要】
一种用于煤矸抓取的欠驱动机械手及抓取方法


[0001]本专利技术涉及铁路工程
，具体涉及一种用于煤矸抓取的欠驱动机械手。

技术介绍

[0002]目前国内传统的洗选方法主要有人工选矸和机械洗选。人工选矸由于人员需求多、工作效率低、劳动力强度大、工作条件恶劣、对工人身心健康影响严重等问题。机械洗选主要包括重介洗选、跳汰洗选、浮选与干法洗煤等工艺。近年来，智能煤矿无人化受到广泛关注，实现无人分拣的煤矸分拣机器人的研究也逐渐深入，因此，抓取煤和矸石的末端执行器装置受到重视。
[0003]常见抓取煤和矸石的末端执行器采用的是气动机械手，通常通过气动控制两个夹持板的开合度，实现夹取。然而这类机械手存在一定问题，由于采用的是气动，因此机械手的开合度不易控制，开合速度是突变的，不能实现平稳抓取；此外，对不同形状的矸石的适应性较差。

技术实现思路

[0004]为解决上述问题，本专利技术提供一种用于煤矸抓取的欠驱动机械手。该机械手实现矸石的稳定抓取，抓取过程平稳。手指为欠驱动，对矸石具有一定的自适应性。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了如下的技术方案。
[0006]一种用于煤矸抓取的欠驱动机械手，架设在直角坐标机械臂上，所述直角坐标机械臂包括X轴机械臂、Y轴机械臂和Z轴机械臂；所述Z轴机械臂包括电机驱动的Z轴丝杠和两个引导杆，包括：
[0007]安装基座，与所述Z轴丝杠螺纹配合，并通过两个引导杆进行导向；
[0008]Z轴旋转装置，架设在所述安装基座的下方；/>[0009]手爪平台，设置在所述Z轴旋转装置下方，通过Z轴旋转装置驱动转动；
[0010]开合驱动单元，设置在所述手爪平台的顶部；
[0011]两组对称设置的手爪结构；每组所述手爪结构均包括：
[0012]开合滑轨，其两端分别与所述手爪平台的两侧固定连接，两组分别设置在手爪平台前后；所述开合滑轨上分别滑动连接有两个开合滑块；
[0013]执行连接件，其两端分别与异侧的两个相对的所述开合滑块之间固定连接；两个执行连接件通过开合驱动单元驱动相对或相反运动；
[0014]手掌安装板，分别通过两个手掌连接轴架设在所述执行连接件的下方；
[0015]手掌，固定设置在所述手掌安装板底部；所述手掌外侧的下部设置有多个欠驱动手指结构；
[0016]欠驱动单元，设置在所述手爪平台的顶部的一侧；
[0017]欠驱动传动单元，包括六边形传动轴、两根蜗杆、两个涡轮、四个固定设置在所述手掌的蜗轮轴支架、中间穿过所述涡轮且两端并与所述蜗轮轴支架连接的两根涡轮轴，以
及两个固定设置在手爪平台一侧的六边形轴支架；所述六边形传动轴与所述蜗杆滑动配合；所述涡轮与所述蜗杆相啮合；所述涡轮与所述涡轮轴通过键连接；所述欠驱动单元驱动所述六边形传动轴转动；两个所述涡轮轴上分别固定设置有多个驱动绳；每个所述驱动绳分别驱动一个所述欠驱动手指结构弯曲。
[0018]优选地，所述Z轴旋转装置包括安装在所述安装基座的浮动轴；所述浮动轴下端固定连接着轴承基座；所述轴承基座底部固定连接有Z轴轴承；所述Z轴轴承底部固定连接着从动齿轮；所述轴承基座上面连接着Z轴电机支架；所述Z轴电机支架上固定连接有Z轴电机，所述Z轴旋转电机驱动端的固定连接有主动齿轮；所述主动齿轮与所述从动齿轮啮合；所述手爪平台固定设置在所述从动齿轮底部。
[0019]优选地，所述开合驱动单元包括电机架、驱动电机、主动锥齿轮和开合传动单元；所述驱动电机通过电机架架设在所述手爪平台的顶部，所述主动锥齿轮与所述驱动电机的输出轴传动连接；
[0020]所述开合传动单元包括从动锥齿轮、两个传动轴、固定设置在所述手爪平台左右各一个轴承与轴承座、安装在所述传动轴下端的同步带轮、安装在所述同步带轮上的同步带、安装在所述同步带前后各一个的同步带张紧板、固定设置在所述手爪平台前后的开合滑轨，以及与所述开合滑轨滑动配合的开合滑块；所述从动锥齿轮与主动锥齿轮相啮合；所述传动轴竖直放置且穿过所述轴承和轴承座，其中一个所述传动轴上端与所述从动锥齿轮固定连接；所述执行连接件的中间与所述同步带张紧板固定连接。
[0021]优选地，还包括四个固定设置在所述开合滑块上的开合连接件；每个所述执行连接件的两端，分别与两个所述开合连接件固定连接。
[0022]优选地，还包括两组防撞装置；每组所述防撞装置包括两个防撞件，分别对称，且与所述导向滑轨平行的设置在两个所述开合连接件同侧的一端；每一侧的其中一个所述防撞件的末端带有橡胶块。
[0023]优选地，每个所述欠驱动手指结构均包括近指节、中指节、远指节、近指节与中指节内部中间处各有一个小滑轮、每个指节关节处各有一个大滑轮和两个扭簧、每个滑轮通过安装轴与手指指节进行连接；八个所述驱动绳一端固定设置在所述远指节上，另一端缠绕在所述分别布置在一组手指中，每根所述驱动绳按一个大滑轮一个小滑轮的顺序依次穿过五个滑轮，一端连接所述第三节手指，一端连接所述涡轮轴上，中间依次穿过手指中的滑轮。
[0024]一种用于煤矸抓取的欠驱动机械手的抓取方法，包括以下步骤：
[0025]煤矸使用皮带运输，经过位姿检测区域后，判断待抓取煤矸大小并得到待抓取煤矸的抓取位姿；所述直角坐标机械臂将欠驱动机械手移动到待抓取煤矸上方；
[0026]所述Z轴旋转装置将欠驱动机械手旋转到所需抓取的位姿处，对于小块煤矸，所述欠驱动机械手采用平行夹取的方法抓取小块煤矸；对于大块煤矸，所述欠驱动机械手采用包络抓取的方法抓取大块煤矸；
[0027]将抓取到的煤或矸石运送到指定区域。
[0028]优选地，还包括以下步骤：
[0029]步骤一：机械臂在X轴与Y轴方向上同时移动，直到出现在待抓取的煤矸上方；
[0030]步骤二：所述机械臂上的Z轴丝杠旋转，将机械臂上的机械手向下移动到适合抓取
煤或矸石的高度，同时所述机械臂上Z轴旋转装置将机械手旋转到待抓取煤矸最合适的抓取角度；
[0031]步骤三：对于小块煤矸，所述欠驱动机械手上的手指在所述开合驱动单元的驱动下，向内移动实现平行夹取；对于大块煤矸，所述欠驱动机械手的手指在所述开合驱动下向内移动，同时手指在欠驱动下拉动绳索实现对待抓取大块煤矸的包络抓取；
[0032]步骤四：抓到待抓取煤矸后，直角坐标机械臂的X、Y、Z轴方向同时移动，将煤或矸石运送到相应的位置。
[0033]本专利技术有益效果：
[0034]相对于气动的机械手，此方法能够实现煤矸的稳定抓取，针对大小不同的煤矸，有不同的抓取方案。
[0035]本专利技术所提出的欠驱动机械手利用两个电机驱动26个自由度，一个电机驱动两个手的同步开合，另一个电机同时驱动8根手指的驱动绳移动。每个手指上的三个自由度依靠一根驱动绳实现手指的抓取动作，并且8根手指的抓取动作是一致的。
[0036]本专利技术所提出的欠驱动机械手通过对抓取效率与抓取稳定性两方面的考虑，针对不同粒度的煤矸本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于煤矸抓取的欠驱动机械手，架设在直角坐标机械臂上，所述直角坐标机械臂包括X轴机械臂、Y轴机械臂和Z轴机械臂；所述Z轴机械臂包括电机驱动的Z轴丝杠(1)和两个引导杆(3)，其特征在于，包括：安装基座(4)，与所述Z轴丝杠(1)螺纹配合，并通过两个引导杆(3)进行导向；Z轴旋转装置(5)，架设在所述安装基座(4)的下方；手爪平台(6)，设置在所述Z轴旋转装置(5)下方，通过Z轴旋转装置(5)驱动转动；开合驱动单元(7)，设置在所述手爪平台(6)的顶部；两组对称设置的手爪结构；每组所述手爪结构均包括：开合滑轨(8
‑
7)，其两端分别与所述手爪平台(6)的两侧固定连接，两组分别设置在手爪平台(6)前后；所述开合滑轨(8
‑
7)上分别滑动连接有两个开合滑块(8
‑
8)；执行连接件(9
‑
3)，其两端分别与异侧的两个相对的所述开合滑块(8
‑
8)之间固定连接；两个执行连接件(9
‑
3)通过开合驱动单元(7)驱动相对或相反运动；手掌安装板(9
‑
5)，分别通过两个手掌连接轴(9
‑
4)架设在所述执行连接件(9
‑
3)的下方；手掌(9
‑
6)，固定设置在所述手掌安装板(9
‑
5)底部；所述手掌(9
‑
6)外侧的下部设置有多个欠驱动手指结构(12)；欠驱动单元(10)，设置在所述手爪平台(6)的顶部的一侧；欠驱动传动单元，包括六边形传动轴(11
‑
2)、两根蜗杆(11
‑
3)、两个涡轮(11
‑
4)、四个固定设置在所述手掌(9
‑
6)的蜗轮轴支架(11
‑
6)、中间穿过所述涡轮(11
‑
4)且两端并与所述蜗轮轴支架(11
‑
6)连接的两根涡轮轴(11
‑
5)，以及两个固定设置在手爪平台(6)一侧的六边形轴支架(11
‑
1)；所述六边形传动轴(11
‑
2)与所述蜗杆(11
‑
3)滑动配合；所述涡轮(11
‑
4)与所述蜗杆(11
‑
3)相啮合；所述涡轮(11
‑
4)与所述涡轮轴(11
‑
5)通过键连接；所述欠驱动单元(10)驱动所述六边形传动轴(11
‑
2)转动；两个所述涡轮轴(11
‑
5)上分别固定设置有多个驱动绳(12
‑
8)；每个所述驱动绳(12
‑
8)分别驱动一个所述欠驱动手指结构(12)弯曲。2.根据权利要求1所述的一种用于煤矸抓取的欠驱动机械手，其特征在于，所述Z轴旋转装置(5)包括安装在所述安装基座(4)的浮动轴(5
‑
7)；所述浮动轴(5
‑
7)下端固定连接着轴承基座(5
‑
6)；所述轴承基座(5
‑
6)底部固定连接有Z轴轴承(5
‑
5)；所述Z轴轴承(5
‑
5)底部固定连接着从动齿轮(5
‑
4)；所述轴承基座(5
‑
6)上面连接着Z轴电机支架(5
‑
1)；所述Z轴电机支架(5
‑
1)上固定连接有Z轴电机(5
‑
2)，所述Z轴旋转电机(5
‑
1)驱动端的固定连接有主动齿轮(5
‑
3)；所述主动齿轮(5
‑
3)与所述从动齿轮(5
‑
4)啮合；所述手爪平台(6)固定设置在所述从动齿轮(5
‑
4)底部。3.根据权利要求1所述的一种用于煤矸抓取的欠驱动机械手，其特征在于，所述开合驱动单元(7)包括电机架(7
‑
1)、驱动电机(7
‑
2)、主动锥齿轮(7
‑
3)和开合传动单元(8)；所述驱动电机(7
‑
2)通过电机架(7
‑
1)架设在所述手爪平台(6)的顶部，所述主动锥齿轮(7
‑
...

【专利技术属性】
技术研发人员：王鹏，曹现刚，向敬芳，马宏伟，吴旭东，张驰昱，魏恒阳，李虎，王虎生，
申请(专利权)人：西安科技大学，
类型：发明
国别省市：