專利名稱：群機(jī)器人用機(jī)械手的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
群機(jī)器人用機(jī)械手技術(shù)領(lǐng)域本發(fā)明涉及機(jī)器人領(lǐng)域，特別涉及一種群機(jī)器人用機(jī)械手。
技術(shù)背景群機(jī)器人是一種由數(shù)量眾多的小型單體機(jī)器人組成的機(jī)器人群體系統(tǒng)。該系統(tǒng)中 各單體機(jī)器人的功能相對(duì)簡(jiǎn)單，因此當(dāng)單體機(jī)器人無(wú)法完成某復(fù)雜任務(wù)時(shí)，群機(jī)器人就通 過(guò)各單體機(jī)器人的合作實(shí)現(xiàn)宏觀方面的應(yīng)用。為了能夠讓群機(jī)器人能夠根據(jù)不同任務(wù)的要 求，實(shí)現(xiàn)各單體互相的有機(jī)連接組合，達(dá)到剛性結(jié)合和信息傳輸，形成不同的合理空間拓?fù)?結(jié)構(gòu)，就有必要完善單體機(jī)器人的結(jié)構(gòu)，提升相互之間合作的模式，達(dá)到完成更復(fù)雜任務(wù)的 目的。機(jī)械手是機(jī)器人上的主要執(zhí)行部件，在接受指令之后實(shí)現(xiàn)規(guī)定的動(dòng)作，完成預(yù)定 的功能?，F(xiàn)有的機(jī)器人用機(jī)械手一般工作目標(biāo)是被操作對(duì)象，功能比較單一，而在群機(jī)器人 系統(tǒng)中，各單體機(jī)器人要實(shí)現(xiàn)相互的剛性結(jié)合，因此現(xiàn)有的機(jī)器人用機(jī)械手就難以完成這 一任務(wù)，為了適應(yīng)群機(jī)器人的需要，機(jī)械手就有必要擴(kuò)充其功能，比如實(shí)現(xiàn)機(jī)器人之間的互 聯(lián)、作為自動(dòng)充電取電接口使用等等。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是克服現(xiàn)有機(jī)器人用機(jī)械手功能單一的不足，提供一 種群機(jī)器人用機(jī)械手，其能夠自行檢測(cè)目標(biāo)接近狀況和連接拖動(dòng)力，并能作為從外界引電 充電的接口，從而可靠實(shí)現(xiàn)單體機(jī)器人之間的剛性組合，以便群機(jī)器人完成更復(fù)雜的任務(wù) 和實(shí)現(xiàn)宏觀方面的應(yīng)用。本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采取的技術(shù)方案如下一種群機(jī)器人用機(jī)械手，安裝在群機(jī)器人中每一單體機(jī)器人上，該單體機(jī)器人腰 部設(shè)有拖動(dòng)圈，所述群機(jī)器人用機(jī)械手包括支架部件、主軸、電機(jī)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、夾爪、位置接 近感測(cè)部件和拉力檢測(cè)部件，所述夾爪包括上夾爪和下夾爪，其位于該群機(jī)器人用機(jī)械手 的前部，所述電機(jī)通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)該夾爪張合以抓持另一單體機(jī)器人的拖動(dòng)圈，所述位 置接近感測(cè)部件位于該群機(jī)器人用機(jī)械手的前部，其能夠感測(cè)該群機(jī)器人用機(jī)械手與被抓 物體的距離，所述拉力檢測(cè)部件位于該群機(jī)器人用機(jī)械手的后部，其能夠檢測(cè)該群機(jī)器人 用機(jī)械手的拉力。本發(fā)明所述的群機(jī)器人用機(jī)械手，其支架部件包括固定支架、上固定板、下固定 板、二側(cè)固定板和傳感器安裝架，該固定支架位于所述群機(jī)器人用機(jī)械手的后部，其設(shè)有二 橫向的滑槽和一軸承孔，該二側(cè)固定板分別固定于所述固定支架的兩側(cè)面，所述主軸沿軸 向通過(guò)二支承螺釘架設(shè)于二側(cè)固定板之間，該主軸設(shè)置有一橫向孔，所述上固定板同時(shí)固 定于固定支架和主軸的上側(cè)面，所述下固定板同時(shí)固定于固定支架和主軸的下側(cè)面，所述 電機(jī)設(shè)置于該主軸的橫向孔中，所述傳感器安裝架固定于一側(cè)固定板的一側(cè)；所述傳動(dòng)機(jī) 構(gòu)為搖桿滑塊機(jī)構(gòu)，其包括有螺桿、螺紋滑塊、L型上連桿、L型下連桿、二開(kāi)合外殼和二固定環(huán)，該螺桿一端連接所述電機(jī)的軸，另一端通過(guò)螺桿軸承架設(shè)于所述固定支架的軸承孔 中，該固定支架的軸承孔與螺桿軸承之間為間隙配合，該螺紋滑塊旋于所述螺桿上，其兩端 各伸出有一滑塊導(dǎo)桿，該滑塊導(dǎo)桿插入固定支架的滑槽中，引導(dǎo)螺紋滑塊沿滑槽作橫向移 動(dòng)，該二開(kāi)合外殼通過(guò)軸承架設(shè)于所述主軸的兩端，其各設(shè)有一 U型槽，所述L型上連桿一 端鉸接于螺紋滑塊的一滑塊導(dǎo)桿上，另一端鉸接于一開(kāi)合外殼上，所述L型下連桿一端鉸 接于螺紋滑塊的另一滑塊導(dǎo)桿上，另一端鉸接于另一開(kāi)合外殼上；所述上夾爪的后端嵌入 一開(kāi)合外殼的U型槽中，所述下夾爪的后端嵌入另一開(kāi)合外殼的U型槽中，二固定環(huán)通過(guò)夾 爪鎖緊螺絲分別蓋置于二開(kāi)合外殼的外側(cè)，將上夾爪和下夾爪固定??；所述位置接近感測(cè) 部件為接近傳感器，其固定于所述傳感器安裝架的前側(cè)面，所述拉力檢測(cè)部件為稱重傳感 器，其固定于所述固定支架的后側(cè)面；所述下夾爪以及下夾爪一側(cè)的固定環(huán)、開(kāi)合外殼均采 用鋁合金制造，并進(jìn)行金屬陽(yáng)極氧化處理，同時(shí)去除該下夾爪前部的氧化皮，該下夾爪一側(cè) 的鎖緊螺絲外套有絕緣熱縮管，所述上夾爪和下夾爪的前端設(shè)有鉤突部。本發(fā)明所述的群機(jī)器人用機(jī)械手與傳統(tǒng)機(jī)器人機(jī)械手相比，具有多項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)。首先， 其前部安放了位置接近感測(cè)部件能夠感測(cè)該群機(jī)器人用機(jī)械手與被抓物體的距離，其后部 設(shè)置了拉力檢測(cè)部件能夠檢測(cè)該群機(jī)器人用機(jī)械手的拉力，因而增加了多項(xiàng)檢測(cè)功能；其 次，該群機(jī)器人用機(jī)械手對(duì)下夾爪以及下夾爪一側(cè)的固定環(huán)、開(kāi)合外殼進(jìn)行了金屬陽(yáng)極氧 化處理，鎖緊螺絲也套有絕緣熱縮管，使下夾爪與上夾爪完全絕緣，從而使該兩夾爪成為兩 電極，作為取電接口使用，從而實(shí)現(xiàn)所述群機(jī)器人自動(dòng)取電的功能，甚至實(shí)現(xiàn)群機(jī)器人之間 的電力互聯(lián)；再者，其傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的螺紋滑塊和螺桿采用了機(jī)械螺紋傳動(dòng)，使得所述的群機(jī)器 人用機(jī)械手在電機(jī)失電停轉(zhuǎn)時(shí)可以自鎖，通過(guò)夾爪前端的鉤突部分咬合住另一機(jī)器人的拖 動(dòng)圈，從而保證機(jī)械手連接的可靠性，同時(shí)由于通過(guò)自鎖即可實(shí)現(xiàn)拖拽而不必給電機(jī)持續(xù) 加電，因此使得所述機(jī)械手能耗大為降低，這比采用電機(jī)電流伺服控制保持夾緊力的方案 更優(yōu)越。總之，本發(fā)明所述的群機(jī)器人用機(jī)械手既有多功能的特點(diǎn)，還具有體積小、結(jié)構(gòu)緊 湊、抓持可靠的優(yōu)點(diǎn)，能夠用于群機(jī)器人的結(jié)構(gòu)上，使各單體機(jī)器人能夠?qū)崿F(xiàn)有機(jī)的剛性組 合，構(gòu)成合理的空間拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，達(dá)到更緊密的合作模式，使所述群機(jī)器人完成更復(fù)雜的宏觀 任務(wù)。


圖1是本發(fā)明的立體圖。圖2是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)正視圖。圖3是圖2的A-A剖面圖。圖4是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)分解示意圖。
具體實(shí)施方式
現(xiàn)結(jié)合具體實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。首先請(qǐng)結(jié)合參閱圖1本發(fā)明的立體圖，所述群機(jī)器人用機(jī)械手安裝在群機(jī)器人中 每一單體機(jī)器人上，各單體機(jī)器人的腰部均設(shè)有能夠被抓持的拖動(dòng)圈。該群機(jī)器人用機(jī)械 手包括支架部件、主軸、電機(jī)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、夾爪、位置接近感測(cè)部件和拉力檢測(cè)部件。所述夾 爪包括上夾爪16和下夾爪16’，其位于該群機(jī)器人用機(jī)械手的前部，所述電機(jī)通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)該夾爪張合以抓持另一單體機(jī)器人的拖動(dòng)圈，所述位置接近感測(cè)部件位于該群機(jī)器 人用機(jī)械手的前部，其能夠感測(cè)該群機(jī)器人用機(jī)械手與被抓物體的距離，所述拉力檢測(cè)部 件位于該群機(jī)器人用機(jī)械手的后部，其能夠檢測(cè)該群機(jī)器人用機(jī)械手的拉力。再請(qǐng)結(jié)合參閱圖2、3和4，本發(fā)明的具體結(jié)構(gòu)詳述如下本發(fā)明所述的群機(jī)器人用機(jī)械手的支架部件包括固定支架2、上固定板15、下固 定板15’、二側(cè)固定板17和傳感器安裝架12。所述固定支架2位于所述群機(jī)器人用機(jī)械手 的后部，其前部的左右各設(shè)有一對(duì)水平的方桿，每一對(duì)方桿之間形成一橫向的滑槽21，在固 定支架2前面的中央設(shè)有一軸承孔。所述二側(cè)固定板17分別固定于所述固定支架2的兩 側(cè)面。所述主軸9沿其軸向在兩端通過(guò)二支承螺釘10架設(shè)于二側(cè)固定板17之間，該主軸 9上、下側(cè)各設(shè)有一平面，沿該中線上、下側(cè)平面的中線設(shè)置有一排固定孔，沿主軸9的徑向 設(shè)置有一橫向孔，該橫向孔為中空的方孔。所述上固定板15固定于固定支架2上，同時(shí)通 過(guò)上述固定孔固定于主軸9的上側(cè)平面，所述下固定板15’固定于固定支架2上，同時(shí)通過(guò) 上述固定孔固定于主軸9的下側(cè)平面。從而固定支架2、上固定板15、下固定板15’、二側(cè)固 定板17和主軸9就形成一框架構(gòu)件，成為所述群機(jī)器人用機(jī)械手的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。所述傳感器 安裝架12固定于一側(cè)固定板17的一側(cè)，所述位置接近感測(cè)部件為接近傳感器14，其固定于 所述傳感器安裝架12的前側(cè)面，處于上夾爪16和下夾爪16’之間，本實(shí)施例中采用OMRON 生產(chǎn)的E3T-11，當(dāng)機(jī)械手打開(kāi)時(shí)，該接近傳感器14能夠檢測(cè)目標(biāo)接近狀況。所述電機(jī)7設(shè)置于所述主軸9上的橫向孔之中，該電機(jī)7的驅(qū)動(dòng)采用H橋芯片控 制，MCU通過(guò)PWM與方向等信號(hào)對(duì)電機(jī)7進(jìn)行開(kāi)啟和夾緊操作。該驅(qū)動(dòng)芯片還帶有電流測(cè) 試管腳，通過(guò)接入MCU的AD，就可以得知電機(jī)7的驅(qū)動(dòng)電流，當(dāng)驅(qū)動(dòng)電流猛增時(shí)，就可以由電 機(jī)7的堵轉(zhuǎn)而判斷出所述機(jī)械手處于完全夾緊或完全放松的狀態(tài)，這時(shí)MCU關(guān)閉驅(qū)動(dòng)。所述傳動(dòng)機(jī)構(gòu)為搖桿滑塊機(jī)構(gòu)，其包括有螺桿4、螺紋滑塊5、L型上連桿6、L型下 連桿6’、二開(kāi)合外殼11和二固定環(huán)13。該螺桿4采用M4螺桿，其一端連接所述電機(jī)7的 軸，另一端通過(guò)螺桿軸承3架設(shè)于所述固定支架2中央的軸承孔中。由于本發(fā)明零件過(guò)小， 加工精度很高，裝配上有一定困難，為了避免由于裝配的誤差導(dǎo)致轉(zhuǎn)動(dòng)阻力變大，引起電機(jī) 7的損壞，該固定支架2的軸承孔與螺桿軸承3之間采用較大的間隙配合，使螺桿軸承3與 該軸承孔松動(dòng)放置，這樣讓電機(jī)7轉(zhuǎn)動(dòng)減少阻力，使所述機(jī)械手的開(kāi)合更加靈活。所述螺紋 滑塊5旋于該螺桿4上，該螺紋滑塊5的兩端各伸出有一滑塊導(dǎo)桿51，該兩滑塊導(dǎo)桿51插 入固定支架2前部的橫向滑槽21中，當(dāng)電機(jī)7帶動(dòng)螺桿4轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，滑塊導(dǎo)桿51就能夠引導(dǎo) 螺紋滑塊5沿滑槽21作橫向往復(fù)移動(dòng)。該螺紋滑塊5與螺桿4之間的螺紋傳動(dòng)副具有自 鎖作用，使得所述電機(jī)7在失電停轉(zhuǎn)時(shí)可以自鎖，從而保證機(jī)械手連接的可靠性。所述二開(kāi) 合外殼11通過(guò)軸承8架設(shè)于所述主軸9的兩端，使得二開(kāi)合外殼11可以相對(duì)于不動(dòng)的主 軸9自由轉(zhuǎn)動(dòng)。所述L型上連桿6 —端鉸接于螺紋滑塊5的一滑塊導(dǎo)桿51上，另一端鉸接 于主軸9 一側(cè)的開(kāi)合外殼11上；所述L型下連桿6’ 一端鉸接于螺紋滑塊5的另一滑塊導(dǎo) 桿51上，另一端鉸接于主軸9另一側(cè)的開(kāi)合外殼11上。因而螺桿4、螺紋滑塊5、L型上連 桿6或L型下連桿6’與開(kāi)合外殼11 一起共同形成搖桿滑塊機(jī)構(gòu)，將電機(jī)7的轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)變成 開(kāi)合外殼11的往復(fù)擺動(dòng)。所述二開(kāi)合外殼11上各設(shè)有一 U型槽111 (見(jiàn)圖4)，所述上夾爪16的后端嵌入一 開(kāi)合外殼11的U型槽111中，所述下夾爪16’的后端嵌入另一開(kāi)合外殼11的U型槽111中。二固定環(huán)13分別蓋置于二開(kāi)合外殼11的外側(cè)，并通過(guò)夾爪鎖緊螺絲131將其固定在 二開(kāi)合外殼11上，從而將上夾爪16和下夾爪16’固定住。借助上述結(jié)構(gòu)，開(kāi)合外殼11的 往復(fù)擺動(dòng)傳導(dǎo)給上夾爪16和下夾爪16’，從而實(shí)現(xiàn)該兩夾爪的張合以抓持另一單體機(jī)器人 的拖動(dòng)圈。所述上夾爪16和下夾爪16’的前端設(shè)有鉤突部161和161’，以使兩夾爪的抓持更可靠。所述下夾爪16’以及下夾爪16’ 一側(cè)的固定環(huán)13、開(kāi)合外殼11均采用鋁合金制 造，并對(duì)其表面進(jìn)行金屬陽(yáng)極氧化處理以達(dá)到絕緣的性能，氧化膜絕緣電阻達(dá)200M歐，可 耐3000V電壓，處理后同時(shí)去除該下夾爪16’鉤突部161’的氧化皮以便導(dǎo)電，該下夾爪16’ 一側(cè)的鎖緊螺絲131的外面套有絕緣熱縮管，以起絕緣作用。如此處理后，達(dá)到了上夾爪16 與下夾爪16’絕緣的效果，從而使所述單體機(jī)器人在充電時(shí)，該上夾爪16與下夾爪16’可 以用作為兩電極，即所述群機(jī)器人用機(jī)械手能夠作為群機(jī)器人的取電接口使用。所述上夾 爪I6與整個(gè)機(jī)械手連同機(jī)器人外殼一起接地。所述拉力檢測(cè)部件為稱重傳感器1，其固定于所述固定支架2的后側(cè)面，用以測(cè)量 所述單體機(jī)器人的拖動(dòng)力。所以本專利所述群機(jī)器人用機(jī)械手具有功能多、體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、抓持可靠的優(yōu)點(diǎn)ο
權(quán)利要求1.一種群機(jī)器人用機(jī)械手，安裝在群機(jī)器人中每一單體機(jī)器人上，該單體機(jī)器人腰部 設(shè)有拖動(dòng)圈，其特征在于所述群機(jī)器人用機(jī)械手包括支架部件、主軸、電機(jī)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、夾 爪、位置接近感測(cè)部件和拉力檢測(cè)部件，所述夾爪包括上夾爪和下夾爪，其位于該群機(jī)器人 用機(jī)械手的前部，所述電機(jī)通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)該夾爪張合以抓持另一單體機(jī)器人的拖動(dòng) 圈，所述位置接近感測(cè)部件位于該群機(jī)器人用機(jī)械手的前部，其能夠感測(cè)該群機(jī)器人用機(jī) 械手與被抓物體的距離，所述拉力檢測(cè)部件位于該群機(jī)器人用機(jī)械手的后部，其能夠檢測(cè) 該群機(jī)器人用機(jī)械手的拉力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的群機(jī)器人用機(jī)械手，其特征在于所述支架部件包括固定支 架、上固定板、下固定板、二側(cè)固定板和傳感器安裝架，該固定支架位于所述群機(jī)器人用機(jī) 械手的后部，其設(shè)有二橫向的滑槽和一軸承孔，該二側(cè)固定板分別固定于所述固定支架的 兩側(cè)面，所述主軸沿軸向通過(guò)二支承螺釘架設(shè)于二側(cè)固定板之間，該主軸設(shè)置有一橫向孔， 所述上固定板同時(shí)固定于固定支架和主軸的上側(cè)面，所述下固定板同時(shí)固定于固定支架和 主軸的下側(cè)面，所述電機(jī)設(shè)置于該主軸的橫向孔中，所述傳感器安裝架固定于一側(cè)固定板 的一側(cè)；所述傳動(dòng)機(jī)構(gòu)為搖桿滑塊機(jī)構(gòu)，其包括有螺桿、螺紋滑塊、L型上連桿、L型下連桿、 二開(kāi)合外殼和二固定環(huán)，該螺桿一端連接所述電機(jī)的軸，另一端通過(guò)螺桿軸承架設(shè)于所述 固定支架的軸承孔中，該螺紋滑塊旋于所述螺桿上，其兩端各伸出有一滑塊導(dǎo)桿，該滑塊導(dǎo) 桿插入固定支架的滑槽中，引導(dǎo)螺紋滑塊沿滑槽作橫向移動(dòng)，該二開(kāi)合外殼通過(guò)軸承架設(shè) 于所述主軸的兩端，其各設(shè)有一 U型槽，所述L型上連桿一端鉸接于螺紋滑塊的一滑塊導(dǎo)桿 上，另一端鉸接于一開(kāi)合外殼上，所述L型下連桿一端鉸接于螺紋滑塊的另一滑塊導(dǎo)桿上， 另一端鉸接于另一開(kāi)合外殼上；所述上夾爪的后端嵌入一開(kāi)合外殼的U型槽中，所述下夾 爪的后端嵌入另一開(kāi)合外殼的U型槽中，二固定環(huán)通過(guò)夾爪鎖緊螺絲分別蓋置于二開(kāi)合外 殼的外側(cè)，將上夾爪和下夾爪固定住。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的群機(jī)器人用機(jī)械手，其特征在于所述位置接近感測(cè)部件為 接近傳感器，其固定于所述傳感器安裝架的前側(cè)面。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的群機(jī)器人用機(jī)械手，其特征在于所述拉力檢測(cè)部件為稱重 傳感器，其固定于所述固定支架的后側(cè)面。
5.根據(jù)權(quán)利要求2至4中任一項(xiàng)所述的群機(jī)器人用機(jī)械手，其特征在于所述下夾爪 以及下夾爪一側(cè)的固定環(huán)、開(kāi)合外殼均采用鋁合金制造，并進(jìn)行金屬陽(yáng)極氧化處理，同時(shí)去 除該下夾爪前部的氧化皮，該下夾爪一側(cè)的鎖緊螺絲外套有絕緣熱縮管。
6.根據(jù)權(quán)利要求2至4中任一項(xiàng)所述的群機(jī)器人用機(jī)械手，其特征在于所述固定支 架的軸承孔與螺桿軸承之間為間隙配合。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的群機(jī)器人用機(jī)械手，其特征在于所述上夾爪 和下夾爪的前端設(shè)有鉤突部。
專利摘要一種群機(jī)器人用機(jī)械手，安裝在群機(jī)器人中每一單體機(jī)器人上，該單體機(jī)器人腰部設(shè)有拖動(dòng)圈，所述群機(jī)器人用機(jī)械手包括支架部件、主軸、電機(jī)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、夾爪、位置接近感測(cè)部件和拉力檢測(cè)部件，所述夾爪包括上夾爪和下夾爪，其位于該群機(jī)器人用機(jī)械手的前部，所述電機(jī)通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)該夾爪張合以抓持另一單體機(jī)器人的拖動(dòng)圈，所述位置接近感測(cè)部件位于該群機(jī)器人用機(jī)械手的前部，其能夠感測(cè)該群機(jī)器人用機(jī)械手與被抓物體的距離，所述拉力檢測(cè)部件位于該群機(jī)器人用機(jī)械手的后部，其能夠檢測(cè)該群機(jī)器人用機(jī)械手的拉力。本實(shí)用新型具有功能多、體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、抓持可靠的優(yōu)點(diǎn)，能夠用于群機(jī)器人的結(jié)構(gòu)上，實(shí)現(xiàn)各單體機(jī)器人的剛性組合。
文檔編號(hào)B25J19/00GK201824357SQ20102058623
公開(kāi)日2011年5月11日 申請(qǐng)日期2010年10月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月29日
發(fā)明者劉磊, 吳越鵬, 周娟, 徐芳, 林璘, 許曉鳴 申請(qǐng)人:上海理工大學(xué)