CN207971948U - 一种机械手 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种机械手，包括底座、支撑臂和机械手爪，所述支撑臂的一端安装在底座上，另一端连接机械手爪，所述支撑臂内设有伸缩结构，还包括使支撑臂与机械手爪相连接的腕部，所述机械手爪和腕部可拆卸连接。与现有技术相比，本实用新型具有使用灵活，成本低，功能多样，环境适应能力强等优点。

Description

一种机械手

技术领域

本实用新型涉及机械制造领域，尤其是涉及一种机械手。

背景技术

近几年来，我国综合实力和科技水平不断提升，工业机器人在人类社会中的地位越发重要，随着机器人技术的不断发展，工业生产对于机器人各个部位的要求会逐渐提高，尤其是机械手的设计就显得尤为重要，通过改变手部的设计就可以制造出功能各异的机器人，同时机器手逐渐替代工人操作重复繁重的体力劳动，不仅解放了劳动力，而且还更高程度地提升生产效率与生产精度，同时避免了人为的操作错误。机械手有多种结构形式，夹持型、吸附型、托持型，但是目前大多工业机械手的功能单一，在各类不同场合的适用范围有限，且成本较高。

实用新型内容

本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种结构简单、功能多样、灵活性好的机械手。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种机械手，包括底座、支撑臂和机械手爪，所述支撑臂的一端安装在底座上，另一端连接机械手爪，所述支撑臂内设有伸缩结构，所述机械手还包括使支撑臂与机械手爪相连接的腕部，所述机械手爪和腕部可拆卸连接。

进一步地，所述支撑臂内设有的伸缩结构，包括缸体、滚轮、活塞和活塞杆，所述活塞杆一端固定于支撑臂内侧端面，另一端连接活塞，置于缸体内部，所述缸体设有凹槽，与支撑臂内的滚轮接触。

进一步地，所述支撑臂包括相连接的大臂和小臂，所述伸缩结构设置于大臂内。

进一步地，所述腕部为单叶片摆动缸结构，包括缸体、动片、定片以及主轴，所述主轴与缸体同轴设置，动片固定于主轴上，定片位于缸体和主轴之间。

进一步地，所述机械手爪为夹持式手部或吸附式手部。

进一步地，所述机械手爪包括常开式夹持器、形状记忆合金夹持器、气吸式吸附器或电磁式吸附器中的一个或多个。

进一步地，所述机械手还包括连接支撑臂的液压控制结构。

进一步地，所述液压控制结构包括调速阀和设在回油路上的背压阀。

进一步地，所述液压控制结构采用P型中位机能结构。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

1、本实用新型在支撑臂和机械手爪之间设计了腕部，能够调整和改变工件方位，灵活性高，使机械手适应复杂的动作要求。本实用新型具有结构紧凑、布局合理的特点，并能够保证手部及抓取工件的方位精度。

2、本实用新型机械手爪和腕部为可拆卸连接，机械手爪可设置多种不同种类装置，分别用于不同的工作条件，同时方便通过机械手爪的更换，实现机械手的多种功能，实际应用的场合广泛。

3、本实用新型的支撑臂包括相连接的大臂和小臂，在抓取工件时自由度高，灵活性好，抓取范围大。

4、本实用新型的液压控制结构包括调速阀和设在回油路上的背压阀，使机械手各单元运动平稳、速度负载特性好。

附图说明

图1为本实用新型一个实施例的主视图；

图2为本实用新型一个实施例的剖视图；

图3为支撑臂剖视图；

图4为图2中腕部的B-B剖面图；

图5为另一实施例的结构示意图；

图6为液压控制结构的示意图；

图7为常开式夹持器的示意图；

图8为形状记忆合金夹持器的示意图；

图9为电磁式吸附器的示意图；

图10为气吸式吸附器的示意图。

图中标号：11、机械手爪，12、腕部，13、支撑臂，14、底座，3、伸缩结构，31、支撑臂缸体，32、第一油口，33、凹槽，34、滚轮，35、活塞，36、第二油口，37、活塞杆，41、腕部缸体，42、出油口，43、动片，44、定片，45、主轴，46、进油口，51、大臂，52、小臂，6、液压控制结构、61、调速阀，62、背压阀，63、液压缸，71、单杆活塞式液压缸，72、固定底板，73、梯形块，74、弹簧，75、钢片，76、爪子，77、梯形块螺栓，78、底部螺栓，79、钢片螺栓，81、SMA1弹簧，82、SMA2弹簧，83、摆杆，84、夹具，91、线圈，92、铁芯，101、真空吸盘，102、真空泵，103、管道。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。本实施例以本实用新型技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。

如图1、图2所示，本实施例提供一种机械手，包括底座14、支撑臂13、腕部12和机械手爪11，支撑臂13的一端安装在底座14上，另一端通过腕部12可拆卸连接机械手爪11，支撑臂13内设有伸缩结构3。底座14旋转，支撑臂13伸长，腕部12旋转调整，机械手爪11抓取工件，之后支撑臂13缩短，底座14旋转，支撑臂13伸长，腕部12旋转调整，机械手爪11放置工件，最后支撑臂13缩短，底座旋转回到初始位置。

如图3所示伸缩结构3，包括支撑臂缸体31、滚轮34、活塞35和活塞杆37，所述活塞杆37一端固定于支撑臂13内侧端面，另一端连接活塞35，置于支撑臂缸体31内部，所述支撑臂缸体31设有凹槽33，与支撑臂13内的滚轮34接触。从第一油口32通入压力油，活塞杆37推动支撑臂13向前运动，实现支撑臂13伸长的功能；通过电磁换向阀控制换向，从第二油口36通入压力油，活塞杆37带动支撑臂13向后运动，实现支撑臂13缩短功能。滚轮34沿凹槽33滚动，防止支撑臂13在伸长或缩短的过程中发生转动，起到导向作用，运动灵活。

如图4所示，腕部使用单叶片式摆动缸来实现回转运动，包括腕部缸体41、动片43、定片44以及主轴45，所述主轴45与腕部缸体41同轴设置，动片43固定于主轴45上，定片44位于腕部缸体41和主轴45之间。当进油口46通入压力油时，动片43在腕部缸体41内摆动，本实施例中与动片43相连的主轴45可输出小于270°的摆动运动，摆动角度较大，定位精度高。根据压力油流量和速度的大小，可迅速调节旋转角度，使机械手爪到达预定位置。

如图5所示，本实用新型的另一实施例中，所述支撑臂13包括相连接的大臂51和小臂52，所述伸缩结构设置于大臂51内。其工作方式为底座14旋转，大臂51伸长带动小臂52伸出，腕部12旋转调整，机械手爪11抓取工件，之后大臂51缩短带动小臂收回，底座旋转，大臂51伸长带动小臂52伸出，腕部12旋转调整，机械手爪11放置工件，最后大臂51缩短带动小臂收回，底座旋转回到初始位置。

如图6所示液压控制结构，包括调速阀61和回油路上的背压阀62。该液压控制结构与伸缩结构连接，同时也可用于连接腕部或需要气缸的机械手爪(如常闭式夹持器等)。当调速阀61调速时，常闭式夹持器、伸缩结构3以及腕部12会具有较好的低速稳定性和速度负载特性；通过调节调速阀61通流面积，实现无级调速；在回油路上加背压阀62，防止支撑臂13由于重力作用自动下垂；由于机械手爪11启闭和制动频繁，液压控制结构采用P型中位机能保证运动稳定性。

本实用新型的机械手爪11可以为夹持式手部或吸附式手部，可以采用常开式夹持器、形状记忆合金夹持器、气吸式吸附器或电磁式吸附器中的一个或多个。

图7为常开式夹持器的结构示意图，包括单杆活塞式液压缸71、固定底板72、梯形块73、弹簧74、钢片75、爪子76、梯形块螺栓77、底部螺栓78和钢片螺栓79；两钢片75之间采用套筒隔开，底部螺栓78固定于固定底板72上，梯形块螺栓77与钢片螺栓79自由悬空，钢片螺栓79将两夹具76固定于钢片75上；梯形块螺栓77分别将两根弹簧74固定于两钢片75的外部，弹簧74的弹力作用使夹具76处于常开状态；梯形块73位于两根梯形块螺栓77之间，其底边与活塞杆相连；单杆活塞式液压缸71进油口通入压力油，活塞杆推动梯形块73向前运动，两梯形块螺栓77之间间距变大，从而使爪子76之间间距变小，实现夹紧工件的功能；通过电磁换向阀控制换向，单杆活塞式液压缸71回油口通入压力油，活塞杆拉动梯形块73向后运动，梯形块螺栓77之间间距变小，从而使爪子76之间间距变大，实现放松工件的功能。

常开式夹持器采用单杆活塞式液压缸推动梯形块实现抓取工件的功能，抓取速度快，夹持精度高。结构紧凑、噪音小、效率高，部件的更换也非常容易实现，具有实际的应用价值，适用于流水生产线上工件的夹取，物流快速分拣，搬运工件重力范围大。

图8为形状记忆合金夹持器的结构示意图，包括SMA1弹簧81、SMA2弹簧82、摆杆83和夹具84，形状记忆合金SMA Shape Memory Alloy是一类能够记忆其初始形状的合金材料，在特定的温度范围内产生于与温度成函数关系的位移和力，同时具有传感和驱动功能，SMA1弹簧81通电加热收缩，两摆杆83在弹性力的作用下间距变小，夹具84向内移动实现抓取工件的功能；SMA1弹簧81断电，在其外围通流冷水使其快速冷却，SMA2弹簧82通电加热收缩，两摆杆83在弹性力的作用下间距变大，夹具84向外移动实现放松工件的功能。

由于形状记忆合金集传感、驱动和执行机构于一体，省去了传统夹持器的传力机构，结构紧凑、重量轻、体积小；工作时无污染、无噪音，能够在体积空间较小的工作环境中运行；除温度因素之外不受环境影响，采用通电的方式，便于控制，响应时间短，抓取和放松速度快，适应于体积空间较小的工作环境。

图9为电磁式吸附器的结构示意图，包括线圈91和铁芯92，线圈91通电，铁芯92产生足够的电磁吸力，移动到工件表面，实现抓取工件的功能；线圈91断电，铁芯不在具有足够的磁力，铁芯与工件分离，实现放松工件的功能。

电磁式吸附器结构简单，可以快速吸附工件，使用寿命长。由于通电时，铁芯具有足够的电磁力，能够保证工件移动位置的精度，适用于数控加工中心的铣床、磨床、刨床等。

图10为气吸式吸附器的结构示意图，包括真空吸盘101、真空泵102和管道103，移动气吸式吸附器使真空吸盘101按压在工件表面，真空泵102将真空吸盘101中空气吸出，使真空吸盘101吸附在工件表面，实现抓取工件的功能；工件移动到指定位置后，通过管道103输入空气，使真空吸盘101脱离工件表面，实现放松工件的功能。

气吸式吸附器结构紧凑简洁、重量轻、体积小，抓取速度快；移动工件过程中，不会使工件表面产生不可恢复的变形；抓取工件时，不需要考虑工件的角度，即可省去腕部旋转，使整个装置更加简洁。气吸式吸附器适用于表面平整光滑，没有凹槽、孔及油的工件的抓取，如塑料板、纸张、易碎的玻璃器皿等。

以上详细描述了本实用新型的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本实用新型的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本实用新型的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (9)

1.一种机械手，包括底座(14)、支撑臂(13)和机械手爪(11)，所述支撑臂(13)的一端安装在底座(14)上，另一端连接机械手爪(11)，其特征在于，所述支撑臂(13)内设有伸缩结构(3)，所述机械手还包括使支撑臂(13)与机械手爪(11)相连接的腕部(12)，所述机械手爪(11)和腕部(12)可拆卸连接。

2.根据权利要求1所述的一种机械手，其特征在于，所述伸缩结构(3)包括支撑臂缸体(31)、滚轮(34)、活塞(35)和活塞杆(37)，所述活塞杆(37)一端固定于支撑臂(13)内侧端面，另一端连接活塞(35)，且置于支撑臂缸体(31)内部，所述支撑臂缸体(31)设有凹槽(33)，与设置于支撑臂(13)内的滚轮(34)接触。

3.根据权利要求1所述的一种机械手，其特征在于，所述支撑臂(13)包括相连接的大臂(51)和小臂(52)，所述伸缩结构设置于大臂(51)内。

4.根据权利要求1所述的一种机械手，其特征在于，所述腕部(12)为单叶片摆动缸结构，包括腕部缸体(41)、动片(43)、定片(44)以及主轴(45)，所述主轴(45)与腕部缸体(41)同轴设置，动片(43)固定于主轴(45)上，定片(44)位于腕部缸体(41)和主轴(45)之间。

5.根据权利要求1所述的一种机械手，其特征在于，所述机械手爪(11)为夹持式手部或吸附式手部。

6.根据权利要求1所述的一种机械手，其特征在于，所述机械手爪(11)包括常开式夹持器、形状记忆合金夹持器、气吸式吸附器或电磁式吸附器中的一个或多个。

7.根据权利要求1所述的一种机械手，其特征在于，所述机械手还包括连接支撑臂(13)的液压控制结构(6)。

8.根据权利要求7所述的一种机械手，其特征在于，所述液压控制结构(6)包括调速阀(61)和设在回油路上的背压阀(62)。

9.根据权利要求7所述的一种机械手，其特征在于，所述液压控制结构(6)采用P型中位机能结构。