一种具有无线机械手的多轴实验抓取机器人

摘要

本发明公开了一种具有无线机械手的多轴实验抓取机器人，包括机械臂和机械手，所述机械臂包括底座、枢转安装于底座的第一关节、第二关节、第三关节、第四关节、第五关节和第六关节；机械手包括可拆卸安装于定位槽的壳体、设于壳体内的电池、与电池相连接的驱动装置以及枢转安装于壳体的夹取部，夹取部设有至少一组，夹取部的抓取端面为弹性件，所述驱动装置可驱动夹取部朝相靠近的位置运动，壳体内还设有控制模块，所述控制模块可通过定位槽或无线模块与控制端相连接。将机械臂的线路内设，从而减少实验过程中的演示盲区，提高实验的演示效果，同时在需要演示机械手以及机械臂的抓取培养瓶检测时，可以单独拆分，进行讲解演示。

说明书

技术领域

本发明涉及实验设备领域，特别涉及一种具有无线机械手的多轴实验抓取机器人。

背景技术

细胞培养是指在体外模拟体内环境(无菌、适宜温度、酸碱度和一定营养条件等)，使之生存、生长、繁殖并维持主要结构和功能的一种方法。细胞培养也叫细胞克隆技术，在生物学中的正规名词为细胞培养技术。不论对于整个生物工程技术，还是其中之一的生物克隆技术来说，细胞培养都是一个必不可少的过程，细胞培养本身就是细胞的大规模克隆。细胞培养技术可以由一个细胞经过大量培养成为简单的单细胞或极少分化的多细胞，这是克隆技术必不可少的环节，而且细胞培养本身就是细胞的克隆。细胞培养技术是细胞生物学研究方法中重要和常用技术，通过细胞培养既可以获得大量细胞，又可以借此研究细胞的信号转导、细胞的合成代谢、细胞的生长增殖等。

但是，在现有的设备中，一般采用人工对培养瓶进行抓取从而实现细胞培养液的取样、摇晃以及移动等。但是，通过人工抓取对于一些温度敏感的细胞来说有可能会影响其培养情况。当然也有一些采用机械臂与机械手的配合实现培养瓶的抓取，但是现有的机械臂和机械手一般结构较为复杂，且有较多的线路外露，在移动过程中，有可能会污染细胞样品，且外观较为凌乱，对于实验教学来说有可能影响学生的观察或影响初学者(学生或老师)的演示或操作，同时现有的机械臂稳定性较差，容易受轴心不平衡造成培养瓶出现晃动过度，移动时稳定度较差。

同时，现有的机械手一般采用固定方式安装于机械臂上，在后续演示或维修时较为麻烦，且受不同实验细胞不同，因此采用的培养瓶的形状也可以不同，但是现有的实验机械手一般只能适用单一的瓶体，因此适用性较差，不利于实验的操作演示。

发明内容

本发明的主要目的是提出一种具有无线机械手的多轴实验抓取机器人，旨在通过改进机械臂和机械手之间的配合，减少线路的外露，同时也可以实现机械手的拆卸以及单独演示，也可以适用不同的培养瓶。

为实现上述目的，本发明提出一种具有无线机械手的多轴实验抓取机器人，包括：

机械臂，所述机械臂包括底座、枢转安装于底座的第一关节、第二关节、第三关节、第四关节、第五关节和第六关节；

所述底座的上壁设有用于枢转安装第二关节的第一安装位，所述底座内设有第一腔体用于安装驱动第二关节的第一伺服电机和第一谐波减速机；

所述第一关节的两侧设有用于枢转安装第三关节的第二安装位，所述第二关节内设有第二腔体，所述第二腔体设有用于驱动第三关节的第二伺服电机和第二谐波减速机；

所述第二关节包括第二左关节和第二右关节，所述第二左关节和第二右关节的上端相对的一面设有第三安装位，所述第三关节枢转安装于第三安装位上；

所述第三关节设有第三腔体，所述第三腔体设有驱动第三关节相对第二关节转动的第三伺服电机和第三谐波减速机，所述第三关节的上部设有内凹的第一转动槽，所述第一转动槽相对的端面设有枢转安装第四关节的第四安装位；

所述第四关节设有第四腔体，所述第四腔体设有驱动第四关节相对第三关节转动的第四伺服电机和第四谐波减速机以及驱动第五关节转动的第五伺服电机和第五谐波减速机，所述第四关节的上壁设有枢转安装第五关节的第五安装位；

所述第五关节的上部设有内凹的第二转动槽，所述第二转动槽的两侧设有第五腔体，所述第五腔体设有驱动第六关节转动的第六伺服电机和第六谐波减速机，所述第二转动槽相对的端面设有第二转动槽，所述第二转动槽相对的端面设有枢转安装第六关节的第六安装面；

所述第六关节的上端面设有多个间隔设置的定位槽；

机械手；所述机械手包括可拆卸安装于定位槽的壳体、设于壳体内的电池、与电池相连接的驱动装置以及枢转安装于壳体的夹取部，所述夹取部设有至少一组，所述夹取部的抓取端面为弹性件，所述驱动装置可驱动夹取部朝相靠近的位置运动，所述壳体内还设有控制模块，所述控制模块可通过定位槽或无线模块与控制端相连接。

优选地，所述第三安装位包括设于第二关节的第三左枢转孔和第三右枢转孔，所述第三关节设有与第三左枢转孔和第三右枢转孔相配合的第三左枢转部和第三右枢转部，所述第三左枢转孔为支撑孔，所述第三右枢转孔为驱动孔，所述第三伺服电机和第三谐波减速机通过第三右枢转孔和第三右枢转部实现第二关节和第三关节相对转动。

优选地，所述第三左枢转部与第三左枢转孔之间设有第一轴承，所述第三左枢转孔的直径小于第三右枢转孔的直径。

优选地，所述第四安装位包括设于第三关节的第四左枢转孔和第四枢转孔，所述第四关节设有与第四左枢转孔和第四右枢转孔相配合的第四左枢转部和第四右枢转部，所述第四左枢转孔为支撑孔，所述第四右枢转孔为驱动孔，所述第四伺服电机和第四谐波减速机通过第四右枢转孔和第四右枢转部实现第三关节和第四关节相对转动。

优选地，所述第四左枢转部与第四左枢转孔之间设有第二轴承，所述第四左枢转孔的直径小于第四右枢转孔的直径。

优选地，所述第六安装位设有第六左枢转孔和第六右枢转孔，所述第六关节设有与第六左枢转孔和第六枢转孔相配合的第六左枢转部和第六右枢转部，所述第六左枢转孔为支撑孔，所述第六右枢转孔为驱动孔，所述第六伺服电机和第六谐波减速机通过第六右枢转孔和第六右枢转部实现第五关节和第六关节相对转动。

优选地，所述第六左枢转部和第六右枢转部分别设有内凹的限位部，所述第六左枢转部凸设有导向部，所述第六左枢转孔设有与导向部相配合的导向槽；所述第二转动槽的底端设有第一定位装置，所述第六关节设有与第一定位装置相配合的第二定位装置。

优选地，所述驱动装置包括旋转电机、与旋转电机相连接的滚珠丝杠、与滚珠丝杠相配合的丝杠螺母以及安装丝杠螺母的滑动座，所述壳体固定安装有定位板，所述夹取部的后端设有第一枢转部和第二枢转部，所述第一枢转部枢转安装于定位板上，第二枢转部枢转安装于滑动座上，当滑动座移动，位于夹取部内侧的弹性部分可形变。

优选地，所述夹取部包括安装部和形变部，所述第一枢转部和第二枢转部设于安装部，所述形变部由弹性材料制成；所述形变部包括间隔设置的第一边部和第二边部以及设于第一边部和第二边部之间的中空部，所述中空部设有支撑片，当第二边部受力，所述中空部可随一侧形变；所述第二边部位于内侧位置，所述第二边部设有多个吸盘，所述形变部设有压力感应装置。

优选地，所述定位槽设有磁性结构，所述定位槽与壳体之间设有数据触点以及充电触点；所述控制装置为无线控制装置，所述无线控制装置为射频控制装置或WIFI控制装置。

本发明技术方案：

1、由于其六轴机械手的各关节内的驱动机构均是由伺服电机和谐波减速机构成，因此，可以极大地提高所述六轴机械手的运转速度和精度且可以将机械臂的线路内设，从而减少实验过程中的演示盲区，提高实验的演示效果；

2、并且由于所述六轴机械手中对其臂长影响较大的第二关节和第四关节均采用了一侧驱动一侧辅助的结构，因此，还可以使得所述六轴机械手在运转过程中的平稳性，从而使六轴机器人系统的工作效率和精度均提高；

3、将驱动装置的电源转换为移动电源，通过充电方式减少了机械手的电路连接，同时通过无线控制装置或者内设控制程序，从而减少了数据线路的连接，在使用时可以直接将壳体或驱动装置安装于机械臂上即可实现实验物品的抓取移动，使外观更为整洁，且结构更为简单；同时在需要演示机械手以及机械臂的抓取培养瓶检测时，可以单独拆分，进行讲解演示，同时也可以细胞培养的乐趣，减少演示盲区。

附图说明

图1为机械臂立体结构示意图；

图2为底座示意图；

图3为第一关节和第二关节配合示意图(两个视角)；

图4为第三关节示意图(两个视角)；

图5为第四关节示意图(两个视角)；

图6为第五关节示意图(两个视角)；

图7为第六关节示意图(两个视角)；

图8为机械手立体示意图(隐藏壳体)；

图9为机械手示意图(剖视图)；

图10为奇数夹持部结构示意图。

图中，1为机械臂，10为底座，11为第一关节，12为第二关节，13为第三关节，14为第四关节，15为第五关节，16为第六关节；

21为第一安装位，22为第二安装位，23为第三安装位，24为第四安装位，25为第五安装位，26为第六安装位，27为第一转动槽，28为第二转动槽，29为定位槽；

3为机械手，31为壳体，32为电池，33为夹取部，34为弹性件；

41为第三左枢转孔，42为第三右枢转孔，43为第三左枢转部，44为第三右枢转部；

51为第四左枢转孔，52为第四右枢转孔，53为第四左枢转部，54为第四右枢转部；

61为第六左枢转孔，62为第六右枢转孔，63为第六左枢转部，64为第六右枢转部；

71为限位部，72为导向部，73为导向槽，74为第一定位装置，75为第二定位装置；

81为旋转电机，82为滚珠丝杠，83为丝杠螺母，84为滑动座，85为定位板，86为第一枢转部，87为第二枢转部；

91为安装部，92为形变部，93为第一边部，94为第二边部，95为中空部，96为支撑片。

具体实施方式

下面将结合附图，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的一部分实施例，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作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。

需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后、顶、底、内、外、垂向、横向、纵向，逆时针、顺时针、周向、径向、轴向……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”或者“第二”等的描述，则该“第一”或者“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

如图1至9所示，一种具有无线机械手的多轴实验抓取机器人，包括：

机械臂1，所述机械臂1包括底座10、枢转安装于底座10的第一关节10、第二关节12、第三关节13、第四关节14、第五关节15和第六关节16；

所述底座10的上壁设有用于枢转安装第二关节12的第一安装位21，所述底座10内设有第一腔体用于安装驱动第二关节12的第一伺服电机和第一谐波减速机；

所述第一关节10的两侧设有用于枢转安装第三关节13的第二安装位22，所述第二关节12内设有第二腔体，所述第二腔体设有用于驱动第三关节13的第二伺服电机和第二谐波减速机；

所述第二关节12包括第二左关节和第二右关节，所述第二左关节和第二右关节的上端相对的一面设有第三安装位23，所述第三关节13枢转安装于第三安装位23上；

所述第三关节13设有第三腔体，所述第三腔体设有驱动第三关节13相对第二关节12转动的第三伺服电机和第三谐波减速机，所述第三关节13的上部设有内凹的第一转动槽27，所述第一转动槽27相对的端面设有枢转安装第四关节14的第四安装位24；

所述第四关节14设有第四腔体，所述第四腔体设有驱动第四关节14相对第三关节13转动的第四伺服电机和第四谐波减速机以及驱动第五关节15转动的第五伺服电机和第五谐波减速机，所述第四关节14的上壁设有枢转安装第五关节15的第五安装位25；

所述第五关节15的上部设有内凹的第二转动槽28，所述第二转动槽28相对的端面设有第二转动槽28，所述第二转动槽28相对的端面设有枢转安装第六关节16的第六安装面；

所述第六关节16的上端面设有多个间隔设置的定位槽29；

所述机械手3包括可拆卸安装于定位槽29的壳体31、设于壳体31内的电池32、与电池32相连接的驱动装置以及枢转安装于壳体31的夹取部33，所述夹取部33设有至少一组，所述夹取部33的抓取端面为弹性件34，所述驱动装置可驱动夹取部33朝相靠近的位置运动，所述壳体31内还设有控制模块，所述控制模块可通过定位槽29或无线模块与控制端相连接。

由于其六轴机械手3的各关节内的驱动机构均是由伺服电机和谐波减速机构成，因此，可以极大地提高所述六轴机械手3的运转速度和精度且可以将机械臂1的线路内设，从而减少实验过程中的演示盲区，提高实验的演示效果，并且由于所述六轴机械手3中对其臂长影响较大的第二关节12和第四关节14均采用了一侧驱动一侧辅助的结构，因此，还可以使得所述六轴机械手3在运转过程中的平稳性，从而使六轴机器人系统的工作效率和精度均提高；将驱动装置的电源转换为移动电源，通过充电方式减少了机械手3的电路连接，同时通过无线控制装置或者内设控制程序，从而减少了数据线路的连接，在使用时可以直接将壳体31或驱动装置安装于机械臂1上即可实现实验物品的抓取移动，使外观更为整洁，且结构更为简单；同时在需要演示机械手3以及机械臂1的抓取培养瓶检测时，可以单独拆分，进行讲解演示，同时也可以细胞培养的乐趣，减少演示盲区。

同时通过第一关节10、第二关节12、第三关节13、第四关节14、第五关节15以及第六关节16在实现多方位移动的同时通过各个安装面的配合可以保证力矩(合理的长度比值以及位置比值)的恰到好处，减少各个关节之间的负荷，且可以保证完成实验设备中的多种动作，例如摇晃、倒水以及倾斜等实验规范动作。

在本发明实施例中，所述第三安装位23包括设于第二关节12的第三左枢转孔41和第三右枢转孔42，所述第三关节13设有与第三左枢转孔41和第三右枢转孔42相配合的第三左枢转部43和第三右枢转部44，所述第三左枢转孔41为支撑孔，所述第三右枢转孔42为驱动孔，所述第三伺服电机和第三谐波减速机通过第三右枢转孔42和第三右枢转部44实现第二关节12和第三关节13相对转动，其中第三谐波减速机和第三伺服电机的配合以及第二关节12和第三关节13之间的具体连接方式可以采用现有技术。通过驱动孔和支撑孔的配合实现了第二关节12和第三关节13之间的转动精度，同时也可以避免了第三伺服电机受机械臂1之间的承重影响了机械臂1的使用寿命(容易磨损)，在具体实施例中，可以在支撑孔设置相应的归零装置，从而避免了将过多的机械以及控制设置于驱动孔内，造成线路凌乱，安装麻烦。

在本发明实施例中，所述第三左枢转部43与第三左枢转孔41之间设有第一轴承，所述第三左枢转孔41的直径小于第三右枢转孔42的直径。在使用第一轴承以及直径差的比值作用下，可以在保证第二关节12和第三关节13两侧受力平衡的情况下，也可以使第一轴承起到更好的支撑作用，减少第三伺服电机和第三谐波减速机的磨损，提高使用寿命。

在本发明实施例中，所述第四安装位24包括设于第三关节13的第四左枢转孔51和第四枢转孔，所述第四关节14设有与第四左枢转孔51和第四右枢转孔52相配合的第四左枢转部53和第四右枢转部54，所述第四左枢转孔51为支撑孔，所述第四右枢转孔52为驱动孔，所述第四伺服电机和第四谐波减速机通过第四右枢转孔52和第四右枢转部54实现第三关节13和第四关节14相对转动，其中第四谐波减速机和第四伺服电机的配合以及第三关节13和第四关节14之间的具体连接方式可以采用现有技术。通过驱动孔和支撑孔的配合实现了第三关节13和第四关节14之间的转动精度，同时也可以避免了第四伺服电机受机械臂1之间的承重影响了机械臂1的使用寿命(容易磨损)，在具体实施例中，可以在支撑孔设置相应的归零装置，从而避免了将过多的机械以及控制设置于驱动孔内，造成线路凌乱，安装麻烦。

在本发明实施例中，所述第四左枢转部53与第四左枢转孔51之间设有第二轴承，所述第四左枢转孔51的直径小于第四右枢转孔52的直径。在使用第二轴承以及直径差的比值作用下，可以在保证第三关节13和第四关节14两侧受力平衡的情况下，也可以使第一轴承起到更好的支撑作用，减少第四伺服电机和第四谐波减速机的磨损，提高使用寿命。

在本发明实施例中，所述第六安装位26设有第六左枢转孔61和第六右枢转孔62，所述第六关节16设有与第六左枢转孔61和第六枢转孔相配合的第六左枢转部63和第六右枢转部64，所述第六左枢转孔61为支撑孔，所述第六右枢转孔62为驱动孔，所述第六伺服电机和第六谐波减速机通过第六右枢转孔62和第六右枢转部64实现第五关节15和第六关节16相对转动。

在本发明实施例中，所述第六左枢转部63和第六右枢转部64分别设有内凹的限位部71，所述第六左枢转部63凸设有导向部72，所述第六左枢转孔61设有与导向部72相配合的导向槽73；所述第二转动槽28的底端设有第一定位装置74，所述第六关节16设有与第一定位装置74相配合的第二定位装置75。从而实现了第六定位装置的归零，当然在具体实施方式也可以设置陀螺仪芯片，从而在夹取培养瓶时可以精确地检测培养瓶的倾斜角度以及摇晃角度，避免液体的倒出。

在本发明实施例中，所述驱动装置包括旋转电机81、与旋转电机81相连接的滚珠丝杠82、与滚珠丝杠82相配合的丝杠螺母83以及安装丝杠螺母83的滑动座84，所述壳体31固定安装有定位板85，所述夹取部33的后端设有第一枢转部86和第二枢转部87，所述第一枢转部86枢转安装于定位板85上，第二枢转部87枢转安装于滑动座84上，当滑动座84移动，位于夹取部33内侧的弹性部分可形变。其中所述第一枢转部86呈矩形状排列或周向排列，其中第二枢转部87与第一枢转部86的个数对应，第一枢转部86设有4个，当然当第一枢转部周向排列时也可以设置为3个，即形成夹爪状。

在具体实施例中，每组夹取部设有2个，且设有2组。

在本发明实施例中，所述夹取部33包括安装部91和形变部92，所述第一枢转部86和第二枢转部87设于安装部91，所述形变部92由弹性材料制成；所述形变部92包括间隔设置的第一边部93和第二边部94以及设于第一边部93和第二边部94之间的中空部95，所述中空部95设有支撑片96，当第二边部94受力，所述中空部95可随一侧形变(即第一边部93和第二边部94相互靠近)；所述第二边部94位于内侧位置，所述第二边部94设有多个吸盘，当在具体夹取过程中，吸盘受夹取部的形变与相应的培养瓶相互贴合，当夹取部复位，则小吸盘与培养瓶之间可以产生间隙，从而有效提高了夹取的效果，且可以适用于不同形状的培养瓶)所述形变部92设有压力感应装置。当电机驱动时则实现夹取部336同时运动，实现对物品的抓取。当压力感应装置的压力达到预定值时，控制装置则控制驱动装置通知工作。

在本发明实施例中，所述定位槽29设有磁性结构，所述定位槽29与壳体31之间设有数据触点以及充电触点(在具体实施例中，也可以在数据触点和充电触点之间实现机械手3的无线控制和充电)；所述控制装置为无线控制装置，所述无线控制装置为射频控制装置或WIFI控制装置。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。