一种可快速闭合的机械手夹爪结构

摘要

本发明涉及一种可快速闭合的机械手夹爪结构，蜗杆转动安装于前后两侧腹板之间，一端与驱动模块相连；蜗杆的左右两侧分别设有与蜗杆相啮合的蜗轮，蜗轮心轴分别安装于前后两侧腹板之间，蜗轮转动安装于蜗轮心轴上；离合器外板转动安装于蜗轮心轴上，并开设有孔道；每个蜗轮上设有一字螺钉，一字螺钉的一端安装于蜗轮表面上，另一端由孔道穿过，孔道内容置有离合器滑块，离合器滑块的一端转动连接于一字螺钉上，另一端为自由端；蜗杆的左右两侧分别设有手指，手指通过四连杆机构与离合器外板连接，两个手指的四连杆机构之间通过拉力弹簧相连。本发明具有可快速闭合、夹持力自适应、夹爪范围大、结构紧凑、手指易更换、维护方便等优点。

说明书

技术领域

本发明属于水下机器人工程领域，具体地说是一种可快速闭合的机械手夹爪结构。

背景技术

在水下生物的捕捉和水下矿物质的采集过程中，往往要求水下机械手的夹爪能够快速闭合并且有一定弹性，以保证在不破坏目标的情况下高效地采集。

现有的机械手夹爪均是由动力机构驱动实现张开或闭合，张开及闭合速度相同，而且在闭合过程中没有弹性，无法满足使用要求。

发明内容

为了满足机械手夹爪能够快速闭合并且具有弹性的要求，本发明的目的在于提供一种可快速闭合的机械手夹爪结构。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明包括手指、四连杆机构、拉力弹簧、离合器滑块、蜗轮、离合器外板、腹板、蜗杆及一字螺钉，其中蜗杆的前后两侧设有彼此相连的腹板，该蜗杆转动安装于前后两侧腹板之间，一端与驱动模块相连；所述蜗杆的左右两侧分别设有与蜗杆相啮合的蜗轮，左右两侧蜗轮的蜗轮心轴分别安装于前后两侧腹板之间，所述蜗轮转动安装于蜗轮心轴上；每个所述蜗轮的一侧或两侧设有离合器外板，该离合器外板转动安装于蜗轮心轴上，所述离合器外板上开设有孔道；每个所述蜗轮朝向离合器外板的表面上设有一字螺钉，该一字螺钉的一端安装于所述蜗轮表面上，另一端由所述孔道穿过，所述孔道内容置有离合器滑块，该离合器滑块的一端转动连接于所述一字螺钉上，另一端为自由端；所述蜗杆的左右两侧分别设有手指，每个手指上均通过与所述离合器外板数量相同的四连杆机构与离合器外板连接，两个所述手指的四连杆机构之间通过拉力弹簧相连。

其中：每个所述手指上均连接有内连杆及外连杆，该内连杆与外连杆的数量与所述离合器外板的数量相同；所述内连杆的两端分别与手指及腹板铰接，所述外连杆的一端与手指的一端铰接，外连杆的另一端固接于离合器外板上，所述手指的另一端为夹持端；所述手指、内连杆、外连杆及内连杆所铰接的腹板构成所述四连杆机构；两个所述手指与外连杆铰接的销轴之间通过拉力弹簧相连。

所述内连杆的一端通过手指短销轴铰接于手指的中部，另一端通过内连杆销轴与腹板铰接；所述外连杆的一端通过手指长销轴与手指的一端铰接，所述拉力弹簧端部的拉环套在该手指长销轴上。

所述驱动模块驱动蜗杆旋转，通过与左右两侧蜗轮的啮合，带动左右两侧所述蜗轮逆向同步旋转；所述一字螺钉随蜗轮旋转，该一字螺钉或所述离合器滑块在蜗轮的旋转过程中与离合器外板上的孔道端部抵接，进而推动所述离合器外板旋转，该离合器外板通过所述四连杆机构带动左右两侧手指张开或闭合。

所述离合器滑块及孔道均为弧形，该离合器滑块及一字螺钉始终在所述孔道内转动。

所述蜗轮心轴的两端分别与前后两侧腹板固接，所述蜗轮的内孔中嵌套有与蜗轮心轴转动连接的滑动轴承。

左右两侧所述手指之间可张开的最大距离与夹爪结构的宽度相等。

所述蜗杆的上下两端分别安装有深沟球轴承，该深沟球轴承的内环与蜗杆端部的阶梯轴孔轴配合，所述深沟球轴承的外环通过轴承压紧块固定于腹板上。

前后两侧所述腹板之间通过多根铜柱相连，所述腹板上开设有用于将所述夹爪结构整体固定于驱动模块上的螺纹孔；所述蜗杆与驱动模块连接的一端开设有键槽，该键槽内安装有用于传动来自驱动模块扭矩的平键。

本发明的优点与积极效果为：

1.可快速闭合：本发明在夹爪需要闭合时，蜗杆迅速反转，离合装置可使手指不受蜗轮转矩的作用，拉力弹簧提供拉力拉动手指闭合。

2.夹持力自适应：本发明的手指闭合是靠拉力弹簧来提供拉力，可以保护夹持目标不受破坏，并且避免驱动模块因堵转而电流过大。

3.夹爪范围大：本发明的手指与内、外连杆及腹板共同构成四连杆机构，夹爪可张开的最大距离与夹爪结构的宽度相等。

4.结构紧凑：本发明采用蜗轮蜗杆传动，离合装置与蜗杆高度集成，整体尺寸较小。

5.手指易更换：本发明可根据主要采集目标而选用不同的手指，只要手指的销轴孔大小距离相同即可。

6.本发明维护方便。

附图说明

图1为本发明夹爪张开过程中的内部结构示意图；

图2为本发明夹爪闭合过程中的内部结构示意图；

图3为本发明的立体结构示意图；

其中：1为手指，2为内连杆，3为拉力弹簧，4为外连杆，5为涡轮心轴，6为离合器滑块，7为涡轮，8为离合器外板，9为腹板，10为深沟球轴承，11为蜗杆，12为平键，13为轴承压紧块，14为一字螺钉，15为铜柱，16为手指长销轴，17为内连杆销轴，18为手指短销轴，19为孔道。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详述。

如图1～3所示，本发明包括手指1、四连杆机构、拉力弹簧3、离合器滑块6、蜗轮7、离合器外板8、腹板9、蜗杆11及一字螺钉14，其中蜗杆11的前后两侧设有彼此相连的腹板9，本实施例的前后两侧腹板9通过多根铜柱15相连，铜柱15的两端均设有螺纹孔，可用螺钉将前后两侧的腹板9固定，以保证设定的相对距离；腹板9上开设有螺纹孔，用于将夹爪结构整体固定于驱动模块上。

蜗杆11转动安装于前后两侧腹板9之间，一端与驱动模块相连。本实施例蜗杆11的上下两端分别安装有深沟球轴承10，该深沟球轴承10的内环与蜗杆11端部的阶梯轴孔轴配合，深沟球轴承10的外环通过轴承压紧块13固定于腹板9上，保证蜗杆11只能绕自身轴线旋转。轴承压紧块13上也设有螺纹孔，用于与腹板9固定。蜗杆11与驱动模块连接的一端开设有键槽，该键槽内安装有平键12，用于传动来自驱动模块的扭矩。

蜗杆11的左右两侧分别设有与蜗杆11相啮合的蜗轮7，左右两侧蜗轮7的蜗轮心轴5分别安装于前后两侧腹板9之间，蜗轮7转动安装于蜗轮心轴5上。本实施例的蜗轮心轴5的两端分别固定在前后两侧腹板9的凹槽内，蜗轮7的内孔中嵌套有与蜗轮心轴5转动连接的滑动轴承，保证蜗轮7只能绕自身轴线旋转。

每个蜗轮7的一侧或两侧设有离合器外板8，该离合器外板8转动安装于蜗轮心轴5上，离合器外板8上开设有孔道19；每个蜗轮7朝向离合器外板8的表面上设有一字螺钉14，该一字螺钉14的一端与蜗轮7表面上的螺纹孔配合连接，另一端由孔道19穿过，孔道19内容置有离合器滑块6，该离合器滑块6的一端转动连接于一字螺钉14上，另一端为自由端，离合器滑块6可绕一字螺钉14旋转。本实施例的离合器外板8为两块，每个蜗轮7的前后两侧各设置一块；离合器外板8为圆形，上面开设有两个孔道19；对应地蜗轮7前后两侧的表面上各固接了两个一字螺钉14，每侧表面上的一字螺钉14均由离合器外板8上的孔道19穿过；每侧表面上的两个一字螺钉14圆心之间的连线均通过蜗轮心轴5的圆心，蜗轮7、离合器外板8、蜗轮心轴5同轴设置。本实施例的离合器滑块6及孔道19均为弧形，该离合器滑块6及一字螺钉14始终在孔道19内转动。

蜗杆11的左右两侧分别设有手指1，每个手指1上均通过与离合器外板8数量相同的四连杆机构与离合器外板8连接，两个手指1的四连杆机构之间通过拉力弹簧3相连。本实施例每个手指1上均连接有两个四连杆机构，两个四连杆机构前后设置，对称设置于蜗轮7的前后两侧。本实施例每个手指1上均连接有内连杆2及外连杆4，该内连杆2与外连杆4的数量与离合器外板8的数量相同；内连杆2的一端通过手指短销轴18铰接于手指1的中部，另一端通过内连杆销轴17与腹板9铰接；外连杆4的一端通过手指长销轴16与手指1的一端铰接，外连杆4的另一端固接于离合器外板8上，手指1的另一端为夹持端。拉力弹簧3两端端部的拉环分别套在左右两侧手指1的手指长销轴16上。手指1、内连杆2、外连杆4及内连杆2铰接的腹板9构成四连杆机构。

本实施例的驱动模块驱动蜗杆11旋转，通过与左右两侧蜗轮7的啮合，带动左右两侧蜗轮7逆向同步旋转；一字螺钉14随蜗轮7旋转，该一字螺钉14或离合器滑块6在蜗轮7的旋转过程中与离合器外板8上的孔道19端部抵接，进而推动离合器外板8旋转，该离合器外板8通过四连杆机构带动左右两侧手指1张开或闭合。本实施例左右两侧手指1之间可张开的最大距离与夹爪结构的宽度相等。

本发明的工作原理为：

如图1所示，当蜗杆11正转(顺时针旋转)时，左侧的蜗轮7逆时针旋转、右侧的蜗轮7顺时针旋转，离合器滑块6与孔道19的端部抵接，推动左侧的离合器外板8逆时针旋转、右侧的离合器外板8顺时针旋转，进而通过四连杆机构带动左右两侧手指1克服拉力弹簧3的拉力互相远离，夹爪张开。由于蜗轮7与蜗杆11之间传动可以自锁，驱动模块可以在夹爪张开后不再继续提供扭矩。

如图2所示，当蜗杆11反转(逆时针旋转)时，左侧的蜗轮7顺时针旋转、右侧的蜗轮7逆时针旋转，一字螺钉14与孔道19的端部抵接，离合器滑块6沿离合器外板8上的孔道19迅速滑动，此过程驱动模块负载很小，蜗杆11转速较正转时要高，左右两侧手指1靠拉力弹簧3的拉力迅速互相靠近，夹爪闭合。夹爪的闭合是靠拉力弹簧3来提供拉力，夹持力自适应，可以保护夹持目标不受破坏，并且避免驱动模块因堵转而电流过大。

本发明可根据主要采集目标而选用不同的手指1，只要与手指1的销轴孔大小距离相同即可。