[发明专利]手指变位并转位的双驱动曲柄滑块并联机构手掌式机械手

摘要

本发明手指变位并转位的双驱动曲柄滑块并联机构手掌式机械手，左侧的曲柄滑块机构是主动驱动结构，由两个步进电机分别驱动，产生曲柄角位移和改变连杆的长度；右侧的曲柄滑块机构是从动机构，通过一对齿轮等速地传动，左侧曲柄与右侧曲柄的转动角位移相等；机械手有三个板弹簧手指，两个手指分别安装在左右侧的连杆上，通过两个步进电机的协同作用；通过手动调节，可以改变曲柄偏心距、两个手指分别在两个连杆上的位置和角度，以及另一个固定手指的位置；夹紧抓取动力也是靠两个步进电机驱动，由于自锁两个步进电机在抓持过程中可以断电。本发明机械手具有操作空间大、适应性广、能耗低等优点，属于物流输送装备、机械手和机器人领域。

主权项

1.手指变位并转位的双驱动曲柄滑块并联机构手掌式机械手，其特征是：直线导轨(3)的两端由两个导轨支座(2)固定，两个导轨支座(2)安装在底板(1)上，安装板(4)的两端各自固定在两个导轨支座(2)上，安装板(4)有不同位置的孔系与机器人本体相联结，孔系尺寸对应于机器人本体，为适应不同的被抓持物体的重心、不同位置的孔系便于调整联结；直线轴承(5)穿过直线导轨(3)而移动，移动座(6)固定在直线轴承(5)上，铰链轴(8)靠螺母固定在移动座(6)上，铰链轴(8)上装有轴承(9)，铰链轴(8)上的轴肩面与轴承(9)的内圈接触，轴承(9)的外圈上装有转动座(7)，被抓持物体产生轴向的重力由转动座(7)传递到轴承(9)的外圈上；在转动导杆(11)和轴承(9)的内圈之间有耐磨垫圈(10)，螺母和转动导杆(11)之间也有耐磨垫圈(10)，该螺母拧紧在铰链轴(8)上，限制了轴承(9)、耐磨垫圈(10)、转动导杆(11)轴向移动，但螺纹长度保证了有轴向间隙、从而保证了轴承(9)、转动导杆(11)可以相对转动，螺母拧紧后用开口销(12)防松；丝杆步进电机(13)用来控制曲柄滑块机构中连杆的长度，与驱动曲柄转动的带蜗轮减速器步进电机(23)协同控制，构成了双驱动的并联机构，丝杆步进电机(13)中的丝杆螺母结构和带蜗轮减速器步进电机(23)的蜗轮减速器起到自锁作用，抓持过程中可以断电、节省能源；比丝杆步进电机(13)功率大的带蜗轮减速器步进电机(23)主要驱动夹持物体；丝杆步进电机(13)固定在转动座(7)上，转动座(7)上螺母固定有与丝杆步进电机(13)的丝杠同面且平行的导柱(14)，导柱(14)的螺纹端有一段圆柱面，与转动座(7)上对应孔的装配关系是小间隙或小过盈配合；L形的驱动连杆(17)的垂直面上对应地装有丝杠螺母(15)和法兰直线轴承(16)，驱动连杆(17)的水平面上开有腰形槽，腰形槽的宽度与短手指座(18)螺纹端的一段圆柱面直径是间隙配合关系，短手指座(18)可以在驱动连杆(17)的腰形槽任意位置、且短手指座(18)可以相对驱动连杆(17)转动任意角度，再用螺母固定在驱动连杆(17)，短手指座(18)上装有板弹簧曲面手指(19)，板弹簧曲面手指(19)指尖曲面部位用于捏取方式抓取、中间曲面部位用于包络方式抓取；开槽曲柄(21)上同轴心线地铣削加工了两层宽窄不同的腰形槽，用来手工调节曲柄的偏心距，曲柄连杆销轴(20)的圆柱面与驱动连杆(17)上孔之间是转动间隙配合，曲柄连杆销轴(20)的圆柱面的直径还与开槽曲柄(21)上的宽腰形槽的宽度之间是间隙配合，细腰形槽的宽度比曲柄连杆销轴(20)的螺纹直径略大，螺母紧固将曲柄连杆销轴(20)螺纹根部的轴肩面与宽窄腰形槽间的台阶面压紧，并保证驱动连杆(17)在曲柄连杆销轴(20)中转动的轴心间隙；主动的开槽曲柄(21)的另一端套在驱动轴(26)上，靠螺钉紧固在驱动轴(26)一端的削扁面上，传递驱动轴(26)转动扭矩；驱动轴(26)装有开槽曲柄(21)、长套筒(27)、两个带座轴承(28)、短套筒(29)、齿轮(24)，驱动轴(26)另一端的削扁圆柱段间隙配合地插进带蜗轮减速器步进电机(23)驱动轴的孔内，带蜗轮减速器步进电机(23)通过该削扁圆柱段传递扭矩到驱动轴(26)，驱动轴(26)上的平键(25)将扭矩传递到齿轮(24)上；修磨长套筒(27)、短套筒(29)的轴心尺寸，可调节齿轮(24)的轴向位置；一个带座轴承(28)固定在齿轮盖板(22)上，被抓持物体产生轴向的重力由驱动轴(26)的轴肩面传递到该带座轴承(28)的内圈承受，同轴心线的另一个带座轴承(28)固定在底板(1)，齿轮盖板(22)由两个导向螺柱(36)和底板(1)联结成整体结构，导向螺柱(36)两端均为与相应孔间隙配合的圆柱面，再用螺母拧紧而不是导向螺柱(36)旋紧在底板(1)和齿轮盖板(22)上；从动轴(30)由带座轴承(28)和小带座轴承(35)支撑，带座轴承(28)和小带座轴承(35)分别固定在齿轮盖板(22)和底板(1)上，轴向由从动轴(30)的轴肩面、厚套筒(31)、锥孔齿轮(32)、锥套(33)，扁圆螺母(34)构成转动体；齿轮(24)与锥孔齿轮(32)啮合，锥孔齿轮(32)孔内有锥套(33)，旋紧扁圆螺母(34)，从而通过圆锥接触面的斜锲作用，将扭矩传递到从动轴(30)上；从动的开槽曲柄(21)的另一端套从动轴(30)上，靠螺钉紧固在从动轴(30)一端的削扁面上，从动轴(30)转动扭矩再传递给从动的开槽曲柄(21)；反向拧松扁圆螺母(34)，锥孔齿轮(32)和锥套(33)脱开，可以调节主动的开槽曲柄(21)和从动的开槽曲柄(21)之间的相位角，亦即：主动的开槽曲柄(21)和从动的开槽曲柄(21)在水平面方向对称或不对称；所述双驱动曲柄滑块并联机构手掌式机械手左侧是主动的曲柄滑块机构、右侧是从动的曲柄滑块机构，转动导杆(11)位于右侧，转动导杆(11)和右侧的从动连杆(39)等效于从动的曲柄滑块机构的可变长度连杆；主动的开槽曲柄(21)和从动的开槽曲柄(21)同时动力传动的目的，是保证转动导杆(11)在右侧的从动连杆(39)上的法兰直线轴承(16)导向下即能转动、同时又能移动，而不会卡死；长手指座(37)的宽度与底板(1)上宽腰形槽的宽度之间形成间隙配合关系，长手指座(37)的螺纹段穿过底板(1)上窄腰形槽、用螺母固定，因此长手指座(37)可以在底板(1)上腰形槽中调整位置，长手指座(37)上也安装一个板弹簧曲面手指(19)；右侧的驱动连杆(17)的水平面上开有腰形槽，腰形槽的宽度与中手指座(38)螺纹端的一段圆柱面直径是间隙配合关系，中手指座(38)可以在右侧驱动连杆(17)的腰形槽任意位置、且中手指座(38)可以相对驱动连杆(17)转动任意角度，再用螺母固定在驱动连杆(17)，中手指座(38)上装有板弹簧曲面手指(19)；所有三个板弹簧曲面手指(19)的结构和尺寸完全相同，本机械手的结构须保证短手指座(18)、中手指座(38)、长手指座(37)这三个安装板弹簧曲面手指(19)的平面共面。