一种工业用智能机器人仿生机械手抓取设备

1.本发明涉及机械手技术领域，具体是一种工业用智能机器人仿生机械手抓取设备。


背景技术：

2.在产品的生产过程中，经常需要用到机械手，通过机械手代替人工进行作业，通过这种方法，不但降低了生产制造风险，且降低了生产成本，提高了生产效率，可连续作业。
3.现有的机械手较为简单，由于其结构的问题，不能像人手一样抓取物体，从而只能抓取易抓取的物品，如遇找柱状的、球状的物品则不易抓取，另外，现有的抓取设备在使用过程中，在需要对物体进行位移、抓取及角度调整时，需要采用三组驱动机构才能实现这三个动作，结构较为复杂，且成本较高。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种工业用智能机器人仿生机械手抓取设备，以解决上述背景技术中提出的问题。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
6.一种工业用智能机器人仿生机械手抓取设备，包括支撑架，所述支撑架的侧壁设置有可上下滑动的u型固定座，所述支撑架上设置有用于驱动固定座上下移动的高度调节机构，所述固定座上固定设置有水平分布的导轨，所述导轨上设置有沿其长度方向滑动的活动板，且所述支撑架的顶端设置有用于驱动活动板横向移动的驱动机构，所述活动板的端部转动连接有竖直设置的转动轴，所述转动轴的底部设置有固定壳，所述固定壳的底部设置有抓取机构，且所述导轨的端部设置有用于驱动转动轴进行90
°
旋转的连杆机构；
7.所述抓取机构包括三个结构相同的手指机构，三个所述手指机构呈等边三角形结构分布于固定壳的底部；
8.所述手指机构包括近指节、中指节及远指节，所述近指节的顶端转动连接有连接座，所述连接座的顶端固定于固定壳的底部，所述近指节的底部转动连接有中指节，所述中指节的底部转动连接有远指节，所述固定壳内设置有用于驱动近指节、中指节及远指节活动的拉动机构。
9.作为本发明进一步的方案：所述高度调节机构包括安装于支撑架侧壁上的电机，所述电机轴部连接有凸轮，所述固定座的底部设置有竖直分布的顶杆，所述顶杆的底部与凸轮的顶端边侧接触，且所述顶杆的底部与凸轮的边侧滑动连接，通过启动电机，使得凸轮转动，由于凸轮为不规则结构，可使得凸轮带动顶杆做上下运动，从而使得顶杆带动固定座做上下运动，从而使得导轨及活动板做上下运动，从而使得抓取机构做上下运动，实现取放物体的动作。
10.作为本发明再进一步的方案：所述支撑架的侧壁设置有竖直分布的滑槽，所述固定座的侧壁设置有与滑槽滑动连接的滑块，通过滑块与滑槽的设置，对固定座起到了限位
作用。
11.作为本发明再进一步的方案：所述驱动机构包括固定于支撑架顶端的气缸，所述气缸与导轨平行分布，且所述气缸的端部通过固定块连接有竖直分布的伸缩杆，所述伸缩杆的底部与活动板的顶端固定连接，通过启动气缸，使得气缸在伸缩杆的作用下，带动活动板做水平方向的移动，从而实现对抓取机构进行位移。
12.作为本发明再进一步的方案：所述导轨的侧壁沿其长度方向设置有t型槽，所述活动板的侧壁设置有与t型槽滑动连接的t型板，通过t型槽与t型板的设置，对活动板起到了限位作用，使得活动板沿着导轨的长度方向进行移动。
13.作为本发明再进一步的方案：所述连杆机构包括第一连杆及第二连杆，所述第一连杆的一端通过转轴与导轨的端部顶端转动连接，另一端通过转轴与第二连杆的端部转动连接，所述第二连杆的端部固定套设于转动轴的顶端，且所述第一连杆与第二连杆之间呈90
°
分布，当启动气缸，使得活动板向右移动时，由于导轨是固定的，此时活动板的端部会带动转动轴向右移动，此时在第一连杆及第二连杆的作用下，会使得转动轴向右旋转90
°
，当使得活动板向左移动时，会使得转动轴向左旋转90
°
，从而实现对抓取机构上物体的角度调整。
14.作为本发明再进一步的方案：所述拉动机构包括设置于固定壳内腔的电机，所述电机的轴部连接有收卷轮，所述收卷轮上套设有柔性绳索，所述柔性绳索的端部延伸至固定壳的下方，所述近指节、中指节及远指节的内壁均设置有指盖，所述指盖内的中间部位沿其长度方向设置有贯穿的通孔，所述柔性绳索依次穿过近指节、中指节及远指节上指盖的通孔，并与远指节固定连接。
15.作为本发明再进一步的方案：所述近指节与连接座、近指节与中指节、及中指节与远指节之间均通过销轴转动连接，且所述销轴上设置有扭簧，所述近指节及中指节上均设置有定滑轮，当需要抓取物体时，启动电机，使得收卷轮收卷柔性绳索，由于扭簧的的约束，手指机构在没有接触到被抓物体以前，柔性绳索难以拉动中指节和远指节绕销轴转动，但整个手指机构将围绕近指节的销轴做整体旋转，当近指节逐渐弯曲，至接触到目标物体时，此时近指节因受到限制而不能进一步的旋转，柔性绳索克服远指节处弹簧扭力的存在，中指节、远指节将围绕中指节中心轴以整体的形式旋转，当中指节接触到目标物体时，此时中指节因受到限制而不能进一步的旋，由于机电继续牵引柔性绳索，带动远指节，绕远指节销轴旋转，至远指节旋转、接触到目标物体，于是，每个手指机构的三个指节在弯曲抓取过程中，接触到了目标物体，从而实现抓取机构顺利抓取目标物，即实现了自适应抓取，当释放物体时，控制电机反转，手指机构均会在扭簧恢复力的作用下，回到初始自然伸直状态。
16.作为本发明再进一步的方案：所述近指节及中指节底部的背部均设置有限位盖，所述限位盖内壁设置有第一限位开关，所述近指节及中指节内壁为销轴处设置有第二限位开关。
17.作为本发明再进一步的方案：每个所述手指机构上的第一限位开关相互串联、第二限位开关相互串联，且所述第一限位开关及第二限位开关均与第一手指机构上的电机电性连接，在指节与指节销轴连接处的侧面安装第二限位开关，设计各第二限位开关采用串联形式连接，当手指机构各旋转轴弯曲到极限位置时，单个手指机构上的指节压迫所有第二限位开关闭合，电路由开路变为通路，电机接到反馈信号停转，为了避免电机反转时，柔
性绳索使传动单元出现故障的发生，在每个指节的背面也安装了同款的第一限位开关，设计各第一限位开关采用串联形式连接，当各指节旋转指节销轴在扭簧恢复力的作用下恢复到初始伸直状态时，单个手指机构上的指节会压迫所有第一限位开关闭合，电路由开路变为通路，电机接到反馈信号停转，从而起到了有效的保护作用。
18.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
19.1、本发明通过采用三个手指机构来仿生人的拇指、食指及中指，并在各个指节、及柔性绳索的配合下，不仅实现了各个指节的自由度，还大大提高了抓取的稳定性，可靠性高，适合社会广泛推广使用。
20.2、通过高度调节机构及驱动机构之间的配合，可使得抓取机构实现位移及上下位置的调节，从而实现将物体从一个位置抓取至另一个位置，并在连杆机构的作用下，使得抓取机构在位移的过程中实现对物体角度的调整，整个过程一气呵成，结构巧妙、新颖。
21.3、当需要抓取物体时，启动电机，使得收卷轮收卷柔性绳索，由于扭簧的的约束，手指机构在没有接触到被抓物体以前，柔性绳索难以拉动中指节和远指节绕销轴转动，但整个手指机构将围绕近指节的销轴做整体旋转，当近指节逐渐弯曲，至接触到目标物体时，此时近指节因受到限制而不能进一步的旋转，柔性绳索克服远指节处弹簧扭力的存在，中指节、远指节将围绕中指节中心轴以整体的形式旋转，当中指节接触到目标物体时，此时中指节因受到限制而不能进一步的旋，由于机电继续牵引柔性绳索，带动远指节，绕远指节销轴旋转，至远指节旋转、接触到目标物体，于是，每个手指机构的三个指节在弯曲抓取过程中，接触到了目标物体，从而实现抓取机构顺利抓取目标物，即实现了自适应抓取。
22.4、在指节与指节销轴连接处的侧面安装第二限位开关，设计各第二限位开关采用串联形式连接，当手指机构各旋转轴弯曲到极限位置时，单个手指机构上的指节压迫所有第二限位开关闭合，电路由开路变为通路，电机接到反馈信号停转，为了避免电机反转时，柔性绳索使传动单元出现故障的发生，在每个指节的背面也安装了同款的第一限位开关，设计各第一限位开关采用串联形式连接，当各指节旋转指节销轴在扭簧恢复力的作用下恢复到初始伸直状态时，单个手指机构上的指节会压迫所有第一限位开关闭合，电路由开路变为通路，电机接到反馈信号停转，从而起到了有效的保护作用。
附图说明
23.图1为一种工业用智能机器人仿生机械手抓取设备的结构示意图。
24.图2为一种工业用智能机器人仿生机械手抓取设备另一视角的结构示意图。
25.图3为一种工业用智能机器人仿生机械手抓取设备中抓取机构的结构示意图。
26.图4为一种工业用智能机器人仿生机械手抓取设备中手指机构的结构示意图。
27.图5为一种工业用智能机器人仿生机械手抓取设备中手指机构的结构示意图。
28.图中：1、支撑架；2、固定座；3、导轨；4、顶杆；5、凸轮；6、伸缩杆；7、活动板；8、第一连杆；9、第二连杆；10、转动轴；11、固定壳；12、抓取机构；13、气缸；14、连接座；15、近指节；16、中指节；17、远指节；18、销轴；19、指盖；20、柔性绳索；21、限位盖；22、第一限位开关；23、第二限位开关；24、定滑轮。
具体实施方式
29.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
30.请参阅图1～5，本发明实施例中，一种工业用智能机器人仿生机械手抓取设备，包括支撑架1，支撑架1的侧壁设置有可上下滑动的u型固定座2，支撑架1的侧壁设置有竖直分布的滑槽，固定座2的侧壁设置有与滑槽滑动连接的滑块，通过滑块与滑槽的设置，对固定座2起到了限位作用，支撑架1上设置有用于驱动固定座2上下移动的高度调节机构，固定座2上固定设置有水平分布的导轨3，导轨3上设置有沿其长度方向滑动的活动板7，导轨3的侧壁沿其长度方向设置有t型槽，活动板7的侧壁设置有与t型槽滑动连接的t型板，通过t型槽与t型板的设置，对活动板7起到了限位作用，使得活动板7沿着导轨3的长度方向进行移动，且支撑架1的顶端设置有用于驱动活动板7横向移动的驱动机构，活动板7的端部转动连接有竖直设置的转动轴10，转动轴10的底部设置有固定壳11，固定壳11的底部设置有抓取机构12，高度调节机构包括安装于支撑架1侧壁上的电机，电机轴部连接有凸轮5，固定座2的底部设置有竖直分布的顶杆4，顶杆4的底部与凸轮5的顶端边侧接触，且顶杆4的底部与凸轮5的边侧滑动连接，通过启动电机，使得凸轮5转动，由于凸轮5为不规则结构，可使得凸轮5带动顶杆4做上下运动，从而使得顶杆4带动固定座2做上下运动，从而使得导轨3及活动板7做上下运动，从而使得抓取机构12做上下运动，实现取放物体的动作；
31.驱动机构包括固定于支撑架1顶端的气缸13，气缸13与导轨3平行分布，且气缸13的端部通过固定块连接有竖直分布的伸缩杆6，伸缩杆6的底部与活动板7的顶端固定连接，通过启动气缸13，使得气缸13在伸缩杆6的作用下，带动活动板7做水平方向的移动，从而实现对抓取机构12进行位移；
32.导轨3的端部设置有用于驱动转动轴10进行90
°
旋转的连杆机构，连杆机构包括第一连杆8及第二连杆9，第一连杆8的一端通过转轴与导轨3的端部顶端转动连接，另一端通过转轴与第二连杆9的端部转动连接，第二连杆9的端部固定套设于转动轴10的顶端，且第一连杆8与第二连杆9之间呈90
°
分布，当启动气缸13，使得活动板7向右移动时，由于导轨3是固定的，此时活动板7的端部会带动转动轴10向右移动，此时在第一连杆8及第二连杆9的作用下，会使得转动轴10向右旋转90
°
，当使得活动板7向左移动时，会使得转动轴10向左旋转90
°
，从而实现对抓取机构12上物体的角度调整；
33.抓取机构12包括三个结构相同的手指机构，三个手指机构呈等边三角形结构分布于固定壳11的底部，通过对人类手指抓取功能的分析，发现人手在抓取过程中拇指、食指、中指三根手指起主要作用，并且利用率最高，而无名指和小指起辅助作用，为了减少机构的复杂性，选取手指数目为三个，手指机构包括近指节15、中指节16及远指节17，近指节15的顶端转动连接有连接座14，连接座14的顶端固定于固定壳11的底部，近指节15的底部转动连接有中指节16，中指节16的底部转动连接有远指节17，固定壳11内设置有用于驱动近指节15、中指节16及远指节17活动的拉动机构，拉动机构包括设置于固定壳11内腔的电机，电机的轴部连接有收卷轮，收卷轮上套设有柔性绳索20，柔性绳索20的端部延伸至固定壳11的下方，近指节15、中指节16及远指节17的内壁均设置有指盖19，指盖19内的中间部位沿其
长度方向设置有贯穿的通孔，柔性绳索20依次穿过近指节15、中指节16及远指节17上指盖19的通孔，并与远指节17固定连接，近指节15与连接座14、近指节15与中指节16、及中指节16与远指节17之间均通过销轴18转动连接，且销轴18上设置有扭簧，近指节15及中指节16上均设置有定滑轮24，当需要抓取物体时，启动电机，使得收卷轮收卷柔性绳索20，由于扭簧的的约束，手指机构在没有接触到被抓物体以前，柔性绳索20难以拉动中指节16和远指节17绕销轴18转动，但整个手指机构将围绕近指节15的销轴18做整体旋转，当近指节15逐渐弯曲，至接触到目标物体时，此时近指节15因受到限制而不能进一步的旋转，柔性绳索20克服远指节17处弹簧扭力的存在，中指节16、远指节17将围绕中指节16中心轴以整体的形式旋转，当中指节16接触到目标物体时，此时中指节16因受到限制而不能进一步的旋，由于机电继续牵引柔性绳索20，带动远指节17，绕远指节17销轴18旋转，至远指节17旋转、接触到目标物体，于是，每个手指机构的三个指节在弯曲抓取过程中，接触到了目标物体，从而实现抓取机构12顺利抓取目标物，即实现了自适应抓取，当释放物体时，控制电机反转，手指机构均会在扭簧恢复力的作用下，回到初始自然伸直状态；
34.近指节15及中指节16底部的背部均设置有限位盖21，限位盖21内壁设置有第一限位开关22，近指节15及中指节16内壁为销轴18处设置有第二限位开关23，每个手指机构上的第一限位开关22相互串联、第二限位开关23相互串联，且第一限位开关22及第二限位开关23均与第一手指机构上的电机电性连接，在指节与指节销轴连接处的侧面安装第二限位开关23，设计各第二限位开关23采用串联形式连接，当手指机构各旋转轴弯曲到极限位置时，单个手指机构上的指节压迫所有第二限位开关23闭合，电路由开路变为通路，电机接到反馈信号停转，为了避免电机反转时，柔性绳索20使传动单元出现故障的发生，在每个指节的背面也安装了同款的第一限位开关22，设计各第一限位开关22采用串联形式连接，当各指节旋转指节销轴18在扭簧恢复力的作用下恢复到初始伸直状态时，单个手指机构上的指节会压迫所有第一限位开关22闭合，电路由开路变为通路，电机接到反馈信号停转，从而起到了有效的保护作用。
35.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。