一种具有齿轮自锁的柔性夹持机械手

1.本发明主要涉及机械手领域，特指一种具有齿轮自锁的柔性夹持机械手。


背景技术：

2.机械手由于具有夹持物体和快速搬运物体的功能而被广泛应用于工业机器人中。现有技术中通常采用刚性机械手夹持物体，即被夹持物体与机械手之间不能发生相对运动。刚性机械手在夹持物体时存在一定的矛盾：夹持力太小容易造成被夹持物从机械手中滑落，夹持力太大容易损坏被夹持物。更为重要的是，刚性机械手输送被夹持物体过程中通常会存在一定的振动和冲击能量，这种振动和冲击能量不利于被夹持物的输送，甚至在特定情况下可能激发机械手整体共振。因此，亟需设计一种夹持稳定性更高的柔性夹持机械手。


技术实现要素：

3.本发明需解决的技术问题是：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种结构合理、可以实现柔性夹持物体、且夹持物体能够被齿轮锁死的柔性夹持机械手。
4.为了解决上述问题，本发明提出的解决方案为：一种具有齿轮自锁的柔性夹持机械手，包括本体架，固定装设在所述本体架内部的爪支架；所述本体架由一个底板与固定装设在所述底板上的四个侧板组成。
5.四个所述侧板上分别滑动装设有滑动齿条a、滑动齿条b、滑动齿条c和滑动齿条d；所述滑动齿条a、滑动齿条b、滑动齿条c和滑动齿条d的右端分别固定装设有弹性推块a、弹性推块b、弹性推块c和弹性推块d；所述本体架的所述底板上采用四根支架杆分别转动装设齿轮a、齿轮b、齿轮c和齿轮d，所述本体架的内部沿水平方向还装设有四边齿条杆；所述四边齿条杆的左端固定装设有卸载杆；所述卸载杆的左端滑动穿过所述底板，在所述卸载杆上位于所述底板与所述四边齿条杆之间套装有卸载弹簧；所述四边齿条杆的四个侧面上分别固定装设有固定齿条a、固定齿条b、固定齿条c和固定齿条d。
6.所述齿轮a同时与位于其两侧的所述固定齿条a和滑动齿条a啮合传动，所述齿轮b同时与位于其两侧的所述固定齿条b和滑动齿条b啮合传动，所述齿轮c同时与位于其两侧的所述固定齿条c和滑动齿条c啮合传动，所述齿轮d同时与位于其两侧的所述固定齿条d和滑动齿条d啮合传动。
7.所述爪支架上转动装设有成轴对称分布的弧形爪a、弧形爪b、弧形爪c和弧形爪d，所述弧形爪a、弧形爪b、弧形爪c和弧形爪d与所述爪支架之间分别装设有四个爪弹簧；
8.四个所述爪弹簧始终处于单向变形状态，用于将弧形爪a、弧形爪b、弧形爪c和弧形爪d分别朝向四个侧板的方向拉动，弹性推块a、弹性推块b、弹性推块c和弹性推块d分别与弧形爪a、弧形爪b、弧形爪c和弧形爪d始终处于抵触状态。
9.进一步地，所述卸载弹簧为金属螺旋弹簧，其两端分别与所述本体架的底板的内壁和所述四边齿条杆相连。
10.进一步地，所述弧形爪a、弧形爪b、弧形爪c和弧形爪d结构相同，均为采用弹性材料制作成沿长度方向成弧形曲线的金属薄板，其远离所述爪支架的一端弯向所述本体架的内壁。
11.进一步地，所述弹性推块a、弹性推块b、弹性推块c和弹性推块d结构相同，靠近所述侧板的一侧为平面，背离所述侧板的一侧为半球形曲面。
12.进一步地，四个所述爪弹簧为扭转弹簧。
13.本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：本发明的一种具有齿轮自锁的柔性夹持机械手设有四边齿条杆和四个齿轮，四边齿条杆左右运动通过四个齿轮带动四个滑动齿条反向运动，从而使得四个弹性推块产生一定的弹性变形和弹性压力，进而转动并挤压四个弧形爪，实现对被夹持物的夹持；作用在被夹持物上的四个弧形爪在外界干扰作用力下可以绕爪支架发生微小的转动，从而使得被夹持物相对于爪支架可以发生微小的晃动，进而增加了机械手与被夹持物之间的柔性，这种柔性有利于吸收外界的振动能量；此外，由于四边齿条杆的运动可以改变弹性推块的弹性压力，而弹性推块的弹性压力无法推动四边齿条杆的运动，从而使得被夹持物被四个齿轮锁死在四个弧形爪中间，有效防止了被夹持物相对于爪支架的轴向滑动，提高了夹持稳定性。由此可知，本发明是一种结构合理、可以实现柔性夹持物体、且夹持物体能够被齿轮锁死的柔性夹持机械手。
附图说明
14.图1是本发明的一种具有齿轮自锁的柔性夹持机械手的结构原理示意图。
15.图2是图1中a-a截面示意图。
16.图3是图1中b-b截面示意图。
17.图4是图1中c-c截面示意图。
18.图中，1—本体架；11—支架杆；12—卸载杆；13—卸载弹簧；2—爪支架；21—爪弹簧；3—四边齿条杆；31—固定齿条a；32—固定齿条b；33—固定齿条c；34—固定齿条d；41—齿轮a；42—齿轮b；43—齿轮c；44—齿轮d；51—滑动齿条a；52—滑动齿条b；53—滑动齿条c；54—滑动齿条d；61—弹性推块a；62—弹性推块b；63—弹性推块c；64—弹性推块d；71—弧形爪a；72—弧形爪b；73—弧形爪c；74—弧形爪d。
具体实施方式
19.以下将结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
20.参见图1，本发明的一种具有齿轮自锁的柔性夹持机械手，它包括本体架1，固定装设在本体架1内部的爪支架2；本体架1由一个底板与固定装设在底板上的四个侧板组成。
21.参见图2、图3和图4，本体架1的四个侧板上分别滑动装设有滑动齿条a51、滑动齿条b52、滑动齿条c53和滑动齿条d54，其中滑动齿条a51、滑动齿条b52、滑动齿条c53和滑动齿条d54与侧板的滑动装设方式系现有技术；滑动齿条a51、滑动齿条b52、滑动齿条c53和滑动齿条d54的右端分别固定装设有弹性推块a61、弹性推块b62、弹性推块c63和弹性推块d64；本体架1的底板上采用四根支架杆11分别转动装设齿轮a41、齿轮b42、齿轮c43和齿轮d44，本体架1的内部沿水平方向还装设有四边齿条杆3；四边齿条杆3的左端固定装设有卸载杆12；卸载杆12的左端滑动穿过底板，在卸载杆12上位于底板与四边齿条杆3之间套装有
卸载弹簧13；四边齿条杆3的四个侧面上分别固定装设有固定齿条a31、固定齿条b32、固定齿条c33和固定齿条d34。本发明中的爪支架2采用与滑动齿条a51、滑动齿条b52、滑动齿条c53、滑动齿条d54、固定齿条a31、固定齿条b32、固定齿条c33和固定齿条d34相错开的连接杆(图中未示出)与本体架1的侧板内壁固定连接。本发明中的爪支架2呈圆环状，四边齿条杆3的右端可穿过爪支架2的左右两侧。
22.齿轮a41同时与位于其两侧的固定齿条a31和滑动齿条a51啮合传动，齿轮b42同时与位于其两侧的固定齿条b32和滑动齿条b52啮合传动，齿轮c43同时与位于其两侧的固定齿条c33和滑动齿条c53啮合传动，齿轮d44同时与位于其两侧的固定齿条d34和滑动齿条d54啮合传动。
23.爪支架2上转动装设有成轴对称分布的弧形爪a71、弧形爪b72、弧形爪c73和弧形爪d74，弧形爪a71、弧形爪b72、弧形爪c73和弧形爪d74与爪支架2之间分别装设有四个爪弹簧21。
24.四个爪弹簧21始终处于单向变形状态，用于将弧形爪a71、弧形爪b72、弧形爪c73和弧形爪d74分别朝向四个侧板的方向拉动，弹性推块a61、弹性推块b62、弹性推块c63和弹性推块d64分别与弧形爪a71、弧形爪b72、弧形爪c73和弧形爪d74始终处于抵触状态。
25.作为优选地，卸载弹簧13为金属螺旋弹簧，其两端分别与本体架1的底板的内壁和四边齿条杆3相连。
26.作为优选地，弧形爪a71、弧形爪b72、弧形爪c73和弧形爪d74结构相同，均为采用弹性材料制作成沿长度方向成弧形曲线的金属薄板，其远离爪支架2的一端弯向本体架1的内壁。本发明中的弧形爪a71、弧形爪b72、弧形爪c73和弧形爪d74采用弹性材料制作弧形爪本体，然后在弧形爪本体表面复合一层阻尼材料，以增加表面的阻尼摩擦力。
27.作为优选地，弹性推块a61、弹性推块b62、弹性推块c63和弹性推块d64结构相同，靠近侧板的一侧为平面，背离侧板的一侧为半球形曲面。
28.作为优选地，四个爪弹簧21为扭转弹簧。
29.本发明的工作原理如下：卸载弹簧13处于零变形状态时，四边齿条杆3位于右极限位置，弹性推块a61、弹性推块b62、弹性推块c63和弹性推块d64处于左极限位置，弧形爪a71、弧形爪b72、弧形爪c73和弧形爪d74处于最靠近本体架1的位置，四个爪弹簧21的变形量最小，此状态为夹持物体前的状态。
30.当夹持物沿本体架1的中心线逐渐进入到弧形爪a71、弧形爪b72、弧形爪c73和弧形爪d74之间，并触碰到四边齿条杆3之后，四边齿条杆3推动卸载杆12向左滑动，并压缩卸载弹簧13储存一定的弹性卸载势能；于此同时，四边齿条杆3上的固定齿条a31、固定齿条b32、固定齿条c33和固定齿条d34分别带动齿轮a41、齿轮b42、齿轮c43和齿轮d44转动，进而分别带动滑动齿条a51、滑动齿条b52、滑动齿条c53和滑动齿条d54沿四个侧板向右滑动，推动弹性推块a61、弹性推块b62、弹性推块c63和弹性推块d64分别挤压弧形爪a71、弧形爪b72、弧形爪c73和弧形爪d74，并使得弧形爪a71、弧形爪b72、弧形爪c73和弧形爪d74压紧在被夹持物体的四个外侧表面，直至摩擦力增加到一定值后，被夹持物停止运动。由于弹性推块a61、弹性推块b62、弹性推块c63和弹性推块d64可以发生一定的弹性变形，从而使得被夹持物在外界作用力下可以在弧形爪a71、弧形爪b72、弧形爪c73和弧形爪d74中间可以发生微小的晃动，即本发明实现了柔性夹持。当被夹持物停止运动后，被夹持物将被弧形爪a71、
弧形爪b72、弧形爪c73和弧形爪d74侧向锁死，即使使用外力向外拉伸被夹持物，由于弹性推块a61、弹性推块b62、弹性推块c63和弹性推块d64的弹性压力无法推动滑动齿条a51、滑动齿条b52、滑动齿条c53和滑动齿条d54运动，因此被夹持物仍然无法从弧形爪a71、弧形爪b72、弧形爪c73和弧形爪d74中退出。
31.当需要卸载被夹持物时，只需要对卸载杆12施加一个向右的作用力，同时由于卸载弹簧13储存了一定的卸载弹性势能，因此只要很小的作用力即可推动四边齿条杆3向右运动，进而带动滑动齿条a51、滑动齿条b52、滑动齿条c53和滑动齿条d54向左滑动，从而降低弹性推块a61、弹性推块b62、弹性推块c63和弹性推块d64对弧形爪a71、弧形爪b72、弧形爪c73和弧形爪d74的接触压力，最终使得弧形爪a71、弧形爪b72、弧形爪c73和弧形爪d74与被夹持物之间存在很小的摩擦力；在此条件下，对卸载杆12很小的作用力即可通过四边齿条杆3将被夹持物从四个弧形爪中退出。
32.以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应该属于本发明的保护范围之内。