一種用于抓取鋼管的機(jī)械手臂的制作方法
【專利摘要】一種用于抓取圓柱體的機(jī)械手臂，能夠?qū)ιy堆放的鋼管進(jìn)行抓取整理。其包括：活動指，固定指，手掌、第一條傳動線，第二條傳動線，第三條傳動線，第四條傳動線，外殼，電機(jī)。電機(jī)通過第一條傳動線控制活動指的屈伸，三個活動指同步屈伸，完成抓取圓柱體的任務(wù)。三個電機(jī)分別通過第二條傳動線、第三條傳動線、第四條傳動線控制手腕的三個旋轉(zhuǎn)自由度。從而提高手腕的靈活性，使機(jī)械手可以到達(dá)更大的空間范圍。在手指面向手心的部位安裝有橡膠塊，用于增大活動手指與圓柱體之間的摩擦力，從而使抓取動作更加得可靠。
【專利說明】
一種用于抓取鋼管的機(jī)械手臂
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及一種用于抓取鋼管的機(jī)械手臂，此類機(jī)械手臂特別適用于抓取散亂放置的鋼管。
【背景技術(shù)】
[0002]腳手架是施工現(xiàn)場為施工人員解決垂直和水平運輸而搭設(shè)的各種支架。但在現(xiàn)實中，一般現(xiàn)場腳手架鋼管都是散亂堆放的，這種堆放方式不僅占地面積大，不便于管理，易造成工人取放時間延長，影響環(huán)境，而且一旦有一邊下沉就會造成傾斜甚至坍塌，即使地基平整也很有可能誤傷工作人員，所以施工現(xiàn)場需要一種自動化機(jī)器人代替施工人員對工地上的腳手架鋼管進(jìn)行收集、整理，并有序堆放到指定位置。
[0003]綜上所述，設(shè)計一種能夠?qū)ιy堆放的鋼管進(jìn)行抓取的機(jī)械手臂來參與散亂鋼管的整理非常必要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是設(shè)計一種能夠抓取散亂堆放的鋼管的機(jī)械手臂。本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)將散亂堆放的鋼管進(jìn)行抓取，并且進(jìn)行有序地擺放。
[0005]本發(fā)明是采用以下技術(shù)手段實現(xiàn)的:
[0006]機(jī)械手由三根活動手指、四根固定手指和一個手掌組成。在抓取過程中，三根固定手指首先插入到鋼管間的縫隙當(dāng)中，分離出一根鋼管。然后由活動手指通過彎曲完成抓取動作。每根活動手指由兩個四桿機(jī)構(gòu)組成，通過一個絲杠滑塊螺母機(jī)構(gòu)，將從機(jī)械手腕部分傳遞過來的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運動，然后由這個直線運動來驅(qū)動手指的屈伸，多個手指的同時屈伸達(dá)到抓取鋼管的目的。
[0007]機(jī)械手指內(nèi)側(cè)安置彈性橡膠材料，用于增大鋼管和機(jī)械手之間的摩擦力，從而使得抓取動作更加可靠。
[0008]機(jī)械手腕采用三自由度中空偏交型嵌套機(jī)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)由四條動力線和外殼組成。第二、第三、第四三條動力線分別用來驅(qū)動手腕當(dāng)中的三個自由度。三個自由度的轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)分別為法蘭盤關(guān)節(jié)、第一段外殼關(guān)節(jié)和第二段外殼關(guān)節(jié)，三個轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)分別由三條獨立機(jī)械傳動線驅(qū)動，可實現(xiàn)三個關(guān)節(jié)的連續(xù)轉(zhuǎn)動，結(jié)構(gòu)緊湊。其中法蘭盤關(guān)節(jié)與末端機(jī)械手連接，第三段第四段外殼與前臂相連接，在機(jī)械結(jié)構(gòu)上每個關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動角度均可達(dá)到360以上。其中法蘭盤關(guān)節(jié)、第一段外殼關(guān)節(jié)、第二段外殼關(guān)節(jié)分別繞zl、z2、z3軸轉(zhuǎn)動，使連接在法蘭盤上的機(jī)械手可以達(dá)到任意姿態(tài)，與位置機(jī)構(gòu)(前3個自由度)配合即能到達(dá)任意工作空間進(jìn)行作業(yè)。
[0009]手腕嵌套機(jī)構(gòu)由四個獨立電機(jī)通過四條動力線進(jìn)行傳動，第一條動力線可實現(xiàn)機(jī)械手的開合，第二條動力線可實現(xiàn)法蘭盤關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動，三條動力線可實現(xiàn)第一段外殼關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動，第四條動力線可實現(xiàn)第二段外殼關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動。
[0010](I)、第一條傳動線
[0011]第一條傳動線是電機(jī)通過減速器帶動級心軸轉(zhuǎn)動，再通過萬向節(jié)將旋轉(zhuǎn)運動傳遞到絲杠上，將絲杠的旋轉(zhuǎn)運動，轉(zhuǎn)變?yōu)榛瑝K螺母螺母的直線運動。通過滑塊螺母的直線運動，驅(qū)動兩個四桿機(jī)構(gòu)的活動指進(jìn)行運動。
[0012]通過一個運動來牽制三根手指的對稱運動，大大提高了抓取鋼管的穩(wěn)定性。另外，電機(jī)置于手腕末端，而不是像傳統(tǒng)的在機(jī)械手位置上，可減輕機(jī)械手的重量，提高機(jī)械手的靈活性。
[0013](2)、第二條傳動線
[0014]第二條傳動線是通過第一條傳動線心軸外的套軸來傳動，經(jīng)過圓柱齒輪減速和錐齒輪的120°變向，最終將旋轉(zhuǎn)運動傳遞到機(jī)械手末端，繞軸線旋轉(zhuǎn)。
[0015](3)、第三條傳動線
[0016]第三條傳動線是通過第二條動力線心軸外的套軸來傳動，經(jīng)過圓柱齒輪減速和錐齒輪的120°變向，最終將旋轉(zhuǎn)運動傳遞到機(jī)械手手腕末端外殼，繞軸線旋轉(zhuǎn)。
[0017](4)、第四條傳動線
[0018]第四條傳動線是通過第三條傳動線心軸外的套軸來傳動，經(jīng)過圓柱齒輪減速，最終將旋轉(zhuǎn)運動傳遞到機(jī)械手手腕第二段外殼，繞軸線旋轉(zhuǎn)。
[0019]四個電機(jī)四條嵌套傳動線，高效地將機(jī)械手的伸張和轉(zhuǎn)動以及手腕部分的兩個轉(zhuǎn)向表達(dá)出來。通過四條傳動可完成復(fù)雜的抓取動作，以適應(yīng)鋼管散落堆放的特點。
[0020]三根活動指之外還具有四根固定指。用于提高機(jī)械手的強(qiáng)度和方便抓取。兩個四桿機(jī)構(gòu)組成手指，模仿人的手，可以完成抓取鋼管的任務(wù)。機(jī)械手腕采用三自由度中空偏交型嵌套機(jī)構(gòu)。四條傳動線同軸線嵌套在一起，將四個電機(jī)放置在手腕的后部。以較小的空間實現(xiàn)了對機(jī)械手臂四個自由度的控制。
[0021 ]采用以上設(shè)計方案，其特點是:
[0022]①機(jī)械手腕采用三自由度中空偏交型嵌套機(jī)構(gòu)，可以使機(jī)械手靈活的轉(zhuǎn)向任意角度；
[0023]②活動指內(nèi)側(cè)安置彈性橡膠材料，增大手指與鋼管間的摩擦力，使抓取更加牢固的同時也使其可以適應(yīng)不同尺寸鋼管。
【附圖說明】
[0024]圖1為活動指結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖2為機(jī)械手結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖3為手腕機(jī)構(gòu)簡圖；
[0027]圖4為手腕全剖視圖；
[0028]圖5為手腕外觀圖；
[0029]圖6為本發(fā)明結(jié)構(gòu)整體示意圖。
[0030]圖中:I為第一活動指骨骼，2為第二活動指骨骼，3為第三活動指骨骼，4為第四活動指骨骼，5為第五活動指骨骼，6為第六活動指骨骼，7為活動指驅(qū)動杠桿，8為活動指驅(qū)動拉桿，9為滑塊螺母，10為手掌，11為連接銷，12為固定指，13為第一轉(zhuǎn)軸，14為第一齒輪，，15為第一萬向節(jié)，16為第二齒輪，17為第三齒輪，18為第二轉(zhuǎn)軸，19為第四齒輪，20為第二萬向節(jié)，21為第五齒輪，22為第六齒輪，23為第三轉(zhuǎn)軸，24為第八齒輪，25為第九齒輪，26為第十齒輪，27為第^^一齒輪，28為第十二齒輪，29為第十三齒輪，30為第十四齒輪，31為第十五齒輪，32為第一電機(jī)，33為第二電機(jī)，34為第三電機(jī)，35為第四電機(jī)，36為法蘭盤關(guān)節(jié)、37為第一段外殼，38為第二段外殼，39為第三段外殼，40為第四段外殼。
【具體實施方式】
[0031]下面結(jié)合說明書附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0032]如圖1所示，活動指由活動指驅(qū)動絲杠(9)驅(qū)動?；顒又赣袃蓚€四桿機(jī)構(gòu)組成。第一活動指骨骼(I)、第二活動指骨骼(2)、第三活動指骨骼(3)、第四活動指骨骼(4)構(gòu)成第一個四桿機(jī)構(gòu);第四活動指骨骼(4)、第五活動指骨骼(5)、第六活動指骨骼(6)、活動指驅(qū)動杠桿
(7)構(gòu)成第二個四桿機(jī)構(gòu)。滑塊螺母(9)將運動傳遞給活動指驅(qū)動拉桿(8)，活動指驅(qū)動拉桿
(8)把運動傳遞給第二個四桿機(jī)構(gòu)，第二個四桿機(jī)構(gòu)將運動傳遞給第一個四桿機(jī)構(gòu)，從而實現(xiàn)手指的屈伸運動。
[0033]如圖2、圖5所示，機(jī)械手上邊總共包含有三個活動指和四個固定指(12)。三個活動指由一個連接銷(11)連接起來。第一轉(zhuǎn)軸(13)插入滑塊螺母(9)，相互接觸的部分有T形螺紋，構(gòu)成絲杠螺母結(jié)構(gòu)，完成將第一轉(zhuǎn)軸(13)上的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變?yōu)榛瑝K螺母(9)上的直線運動的作用。
[0034]如圖3、圖4、圖5所示，手腕由四條傳動線組成。第一條傳動線由第一轉(zhuǎn)軸(13)、第一萬向節(jié)(15)、第二轉(zhuǎn)軸(18)，第二萬向節(jié)(20)、第三轉(zhuǎn)軸(23)、第十五齒輪(31)、第十四齒輪(30)、第一電機(jī)(32)構(gòu)成。其中第一轉(zhuǎn)軸(13)與第一萬向節(jié)(15)相連，第一萬向節(jié)(15)與第二轉(zhuǎn)軸(18)相連，第二轉(zhuǎn)軸(18)與第二萬向節(jié)(20)相連，第二萬向節(jié)(20)與第三轉(zhuǎn)軸
(23)相連，第三轉(zhuǎn)軸(23)與第十五齒輪(31)相連，第十五齒輪(31)與第十四齒輪(30)嚙合，第十四齒輪(30)與第一電機(jī)(32)的轉(zhuǎn)子相連。第一條傳動線為機(jī)械手的抓取動作提供動力。第二條傳動線由第一齒輪(14)、第二齒輪(16)、第四齒輪(19)、第五齒輪(21)、第十齒輪
(26)、第十三齒輪(29)、第四電機(jī)(35)組成。其中手掌(10)與法蘭盤關(guān)節(jié)(36)固連，法蘭盤關(guān)節(jié)(36)與第一齒輪(14)固連，第一齒輪(14)與第二齒輪(16)嚙合，第二齒輪(16)與第四齒輪(19)固連，第四齒輪(19)與第五齒輪(21)嚙合，第五齒輪(21)與第十齒輪(26)固連，第十齒輪(26)與第十三齒輪(29)嚙合，第十三齒輪(29)與第四電機(jī)(35)的轉(zhuǎn)子固連。通過第二條傳動線，第四電機(jī)(35)驅(qū)動法蘭盤關(guān)節(jié)(36)繞著zl軸轉(zhuǎn)動。由于法蘭盤關(guān)節(jié)(36)與手掌(10)固連，因此通過驅(qū)動法蘭盤關(guān)節(jié)(36)繞zl軸轉(zhuǎn)動，帶動機(jī)械手繞zl軸轉(zhuǎn)動。第三條傳動線由第三齒輪(17)、第六齒輪(22)、第九齒輪(25)、第十二齒輪(28)、第三電機(jī)(34)組成。其中第一段外殼(37)與第三齒輪(17)固連，第三齒輪(17)與第六齒輪(22)嚙合，第六齒輪
(22)與第九齒輪(25)固連，第九齒輪(25)與第十二齒輪(28)嚙合，第十二齒輪(28)與第三電機(jī)(34)的轉(zhuǎn)子相連。通過第三條傳動線，第三電機(jī)(34)驅(qū)動第一段外殼(37)繞z2軸轉(zhuǎn)動。第四條傳動線由第八齒輪(24)、第^^一齒輪(27)、第二電機(jī)(33)組成。其中第二段外殼(38)與第八齒輪(24)固連，第八齒輪(24)與第^^一齒輪(27)嚙合，第^^一齒輪(27)與第二電機(jī)
(33)的轉(zhuǎn)子固連。通過第四條傳動線，第二電機(jī)(33)驅(qū)動第二段外殼(38)繞z3軸旋轉(zhuǎn)。此夕卜，第二齒輪(16)與第三齒輪(17)之間、第五齒輪(21)與第六齒輪(22)之間、第六齒輪(22)與第八齒輪(24)之間均有軸承支撐。通過以上四條傳動線，四臺電機(jī)分別實現(xiàn)了對機(jī)械手屈伸運動的控制和機(jī)械手腕三個旋轉(zhuǎn)自由度的控制。
【主權(quán)項】
1.一種用于抓取鋼管的機(jī)械手臂，其特征在于:該手臂包括活動指、固定指、手掌、第一條傳動線、第二條傳動線、第三條傳動線、第四條傳動線、外殼和電機(jī)； 活動指由活動指驅(qū)動絲杠(9)驅(qū)動;活動指由兩個四桿機(jī)構(gòu)組成;第一活動指骨骼(1)、第二活動指骨骼(2)、第三活動指骨骼(3)、第四活動指骨骼(4)構(gòu)成第一個四桿機(jī)構(gòu)；第四活動指骨骼(4)、第五活動指骨骼(5)、第六活動指骨骼(6)、活動指驅(qū)動杠桿(7)構(gòu)成第二個四桿機(jī)構(gòu);滑塊螺母(9)將運動傳遞給活動指驅(qū)動拉桿(8)，活動指驅(qū)動拉桿(8)把運動傳遞給第二個四桿機(jī)構(gòu)，第二個四桿機(jī)構(gòu)將運動傳遞給第一個四桿機(jī)構(gòu)，從而實現(xiàn)手指的屈伸運動； 活動指由一個連接銷(11)連接起來;第一轉(zhuǎn)軸插入滑塊螺母(9)，構(gòu)成絲杠螺母結(jié)構(gòu)； 手腕嵌套機(jī)構(gòu)由四個獨立電機(jī)通過四條動力線進(jìn)行傳動，第一條動力線實現(xiàn)機(jī)械手的開合，第二條動力線實現(xiàn)法蘭盤關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動，三條動力線實現(xiàn)第一段外殼關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動，第四條動力線實現(xiàn)第二段外殼關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動； (1)、第一條傳動線 第一條傳動線是電機(jī)通過減速器帶動級心軸轉(zhuǎn)動，再通過萬向節(jié)將旋轉(zhuǎn)運動傳遞到絲杠上，將絲杠的旋轉(zhuǎn)運動，轉(zhuǎn)變?yōu)榛瑝K螺母螺母的直線運動;通過滑塊螺母的直線運動，驅(qū)動兩個四桿機(jī)構(gòu)的活動指進(jìn)行運動； (2)、第二條傳動線 第二條傳動線是通過第一條傳動線心軸外的套軸來傳動，經(jīng)過圓柱齒輪減速和錐齒輪的120°變向，最終將旋轉(zhuǎn)運動傳遞到機(jī)械手末端，繞軸線旋轉(zhuǎn)； (3)、第三條傳動線 第三條傳動線是通過第二條動力線心軸外的套軸來傳動，經(jīng)過圓柱齒輪減速和錐齒輪的120°變向，最終將旋轉(zhuǎn)運動傳遞到機(jī)械手手腕末端外殼，繞軸線旋轉(zhuǎn)； (4)、第四條傳動線 第四條傳動線是通過第三條傳動線心軸外的套軸來傳動，經(jīng)過圓柱齒輪減速，最終將旋轉(zhuǎn)運動傳遞到機(jī)械手手腕第二段外殼，繞軸線旋轉(zhuǎn)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于抓取鋼管的機(jī)械手臂，其特征在于:第一條傳動線由第一轉(zhuǎn)軸(13)、第一萬向節(jié)(15)、第二轉(zhuǎn)軸(18)，第二萬向節(jié)(20)、第三轉(zhuǎn)軸(23)、第十五齒輪(31)、第十四齒輪(30)、第一電機(jī)(32)構(gòu)成;其中第一轉(zhuǎn)軸(13)與第一萬向節(jié)(15)相連，第一萬向節(jié)(15)與第二轉(zhuǎn)軸(18)相連，第二轉(zhuǎn)軸(18)與第二萬向節(jié)(20)相連，第二萬向節(jié)(20)與第三轉(zhuǎn)軸(23)相連，第三轉(zhuǎn)軸(23)與第十五齒輪(31)相連，第十五齒輪(31)與第十四齒輪(30)嗤合，第十四齒輪(30)與第一電機(jī)(32)的轉(zhuǎn)子相連;第一條傳動線為機(jī)械手的抓取動作提供動力；第二條傳動線由第一齒輪(14)、第二齒輪(16)、第四齒輪(19)、第五齒輪(21)、第十齒輪(26)、第十三齒輪(29)、第四電機(jī)(35)組成;其中手掌(10)與法蘭盤關(guān)節(jié)(36)固連，法蘭盤關(guān)節(jié)(36)與第一齒輪(14)固連，第一齒輪(14)與第二齒輪(16)嚙合，第二齒輪(16)與第四齒輪(19)固連，第四齒輪(19)與第五齒輪(21)嚙合，第五齒輪(21)與第十齒輪(26)固連，第十齒輪(26)與第十三齒輪(29)嚙合，第十三齒輪(29)與第四電機(jī)(35)的轉(zhuǎn)子固連;通過第二條傳動線，第四電機(jī)(35)驅(qū)動法蘭盤關(guān)節(jié)(36)繞著zl軸轉(zhuǎn)動；由于法蘭盤關(guān)節(jié)(36)與手掌(10)固連，因此通過驅(qū)動法蘭盤關(guān)節(jié)(36)繞zl軸轉(zhuǎn)動，帶動機(jī)械手繞zl軸轉(zhuǎn)動;第三條傳動線由第三齒輪(17)、第六齒輪(22)、第九齒輪(25)、第十二齒輪(28)、第三電機(jī)(34)組成；其中第一段外殼(37)與第三齒輪(17)固連，第三齒輪(17)與第六齒輪(22)嚙合，第六齒輪(22)與第九齒輪(25)固連，第九齒輪(25)與第十二齒輪(28)嚙合，第十二齒輪(28)與第三電機(jī)(34)的轉(zhuǎn)子相連;通過第三條傳動線，第三電機(jī)(34)驅(qū)動第一段外殼(37)繞z2軸轉(zhuǎn)動;第四條傳動線由第八齒輪(24)、第^^一齒輪(27)、第二電機(jī)(33)組成；其中第二段外殼(38)與第八齒輪(24)固連，第八齒輪(24)與第^^一齒輪(27)嚙合，第^^一齒輪(27)與第二電機(jī)(33)的轉(zhuǎn)子固連;通過第四條傳動線，第二電機(jī)(33)驅(qū)動第二段外殼(38)繞z3軸旋轉(zhuǎn);此外，第二齒輪(16)與第三齒輪(17)之間、第五齒輪(21)與第六齒輪(22)之間、第六齒輪(22)與第八齒輪(24)之間均有軸承支撐。
【文檔編號】B25J15/00GK106041972SQ201610476413
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年6月25日
【發(fā)明人】羅強(qiáng), 王建華, 王炎, 王帥, 趙永勝
【申請人】北京工業(yè)大學(xué)