本發(fā)明屬于機器人技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種單電機驅(qū)動的機械手裝置。該裝置為一種生產(chǎn)線上轉(zhuǎn)運物料的通用機械手裝置。

背景技術(shù)：

生產(chǎn)線上的簡單實用的機械手裝置是自動化生產(chǎn)必不可少的關(guān)鍵部件。

現(xiàn)階段投入使用的機械手裝置大多采用液壓組或串聯(lián)電機的方式實現(xiàn)操作，如常見的數(shù)控加工中心所采用的換刀機械手，實現(xiàn)抓取和運輸這兩個動作是依靠兩個電動機分別驅(qū)動手臂和手指，通過PLC進行控制，兩套驅(qū)動系統(tǒng)相互獨立，由于抓取和運輸兩個動作是交替進行的，在整個操作周期內(nèi)，兩套驅(qū)動系統(tǒng)總有一套是閑置的。雖然在這種驅(qū)動方式在多種應(yīng)用場合下可以勝任大部分工作，但是也存在著一些缺點，如這樣的動力配置依賴于復(fù)雜的控制系統(tǒng)，多電機增加重量，成本，而且電氣裝置過于復(fù)雜，故障率過高，維護保養(yǎng)要求高。

電機通過鍵傳動輸出轉(zhuǎn)矩，軸和齒輪、帶輪通過鍵固連在一起，這樣只能實現(xiàn)同一根軸上的部件同步轉(zhuǎn)動。

現(xiàn)有單電機欠驅(qū)動機械爪采用多自由度多連桿機構(gòu)，采用被動驅(qū)動的方式，當某個自由度受到外界限制時，才會驅(qū)動第二個動作，系統(tǒng)可控性較弱，缺乏柔性。

對于特定的工作環(huán)境，多電機驅(qū)動機械手功能可能存在冗余和浪費，在這種情況下，需要一種結(jié)構(gòu)簡單，可靠，具有一定柔性和可控性，又能實現(xiàn)現(xiàn)有機械手功能的新型機械手。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明擬解決的技術(shù)問題是，提供一種單電機驅(qū)動的機械手裝置。該裝置以單電機--同軸反裝棘輪組替代雙電機獨立驅(qū)動的方案，充分發(fā)揮已有部件的使用價值，并充分利用現(xiàn)有資源，在實現(xiàn)抓取和轉(zhuǎn)運功能的基礎(chǔ)上做到節(jié)約成本，提高可靠性。

本發(fā)明解決所述技術(shù)問題的技術(shù)方案是，提供一種單電機驅(qū)動的機械手裝置，包括手臂和手指，其特征在于所述手指包括動指和固定指，動指和固定指的上部連接；所述手臂包括機架、一個步進電機、主動軸、連桿和主軸棘輪減速傳動系統(tǒng)，所述一個步進電機通過電機固定架與外機架固定連接，在機架內(nèi)安裝主軸棘輪減速傳動系統(tǒng)，步進電機的輸出端通過主動軸與主軸棘輪減速傳動系統(tǒng)連接；主軸棘輪減速傳動系統(tǒng)通過連桿與動指連接，固定指與機架的右端連接；

所述主軸棘輪減速傳動系統(tǒng)包括一個大棘輪、兩個小棘輪、兩個大棘輪爪、四個小棘輪爪、傳動軸、傳動終軸、四個同步齒形帶輪和兩條同步齒形帶；四個同步齒形帶輪分別是第一級減速系統(tǒng)中的主動同步齒形帶輪、第一級減速系統(tǒng)中的被動同步齒形帶輪、第二級減速系統(tǒng)中的主動同步齒形帶輪和第二級減速系統(tǒng)中的被動同步齒形帶輪；大棘輪在靠近步進電機一側(cè)通過套筒正向安裝在主動軸上，兩個大棘輪爪一端安裝在機架上，另一端與大棘輪相嚙合，在大棘輪爪與機架之間連接拉力彈簧；一個小棘輪通過套筒反向安裝在主動軸上，兩個小棘輪爪一端安裝在第一級減速系統(tǒng)中的主動同步齒形帶輪的內(nèi)側(cè)，另一端與小棘輪嚙合，在小棘輪爪與第一級減速系統(tǒng)中的主動同步齒形帶輪之間連接拉力彈簧；主動軸與機架形成保留一個繞軸方向的轉(zhuǎn)動自由度的連接，主動軸一端通過聯(lián)軸器與步進電機的電機軸固定；傳動軸位于主動軸的右側(cè)，且傳動軸與機架形成保留一個繞軸方向轉(zhuǎn)動自由度的連接；傳動終軸位于傳動軸的右側(cè)，在傳動終軸的靠近步進電機的一端固定在機架上；

同步齒形帶一端套在第一級減速系統(tǒng)中的主動同步齒形帶輪上，另一端套在第一級減速系統(tǒng)中的被動同步齒形帶輪上；所述第一級減速系統(tǒng)中的被動同步齒形帶輪和第二級減速系統(tǒng)中的主動同步齒形帶輪套在傳動軸上，二者之間通過套筒隔開，另一條同步齒形帶一端套在第二級減速系統(tǒng)中的主動同步齒形帶輪上，另一端套在第二級減速系統(tǒng)中的被動同步齒形帶輪上；另一個小棘輪正裝在傳動終軸上，兩個小棘輪爪一端安裝在第二級減速系統(tǒng)中的被動同步齒形帶輪的內(nèi)側(cè)，另一端與該小棘輪嚙合，該小棘輪爪與第二級減速系統(tǒng)中的被動同步齒形帶輪之間連接拉力彈簧；傳動終軸的遠離步進電機的一端連接轉(zhuǎn)盤；所述連桿的一端通過銷釘與轉(zhuǎn)盤連接，另一端與動指中的連接軸連接；所述動指的上部通過銷釘轉(zhuǎn)動連接在機架上。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于：

1.結(jié)構(gòu)簡單：本裝置利用一個步進電機實現(xiàn)兩個步進電機的功能，僅通過一個步進電機正傳和反轉(zhuǎn)的動作，在一定范圍內(nèi)，可以實現(xiàn)在驅(qū)動手指運動時，使手臂保持不動，反之亦可，進而實現(xiàn)機械手裝置抓取和轉(zhuǎn)運的動作，機械手裝置夾持力大，結(jié)構(gòu)簡單，采用單一動力機構(gòu)，顯著減輕了機器人的重量，節(jié)約了一個步進電機。

2.可控性強：采用棘輪傳動方式，實現(xiàn)了兩個動作互不干擾，并擁有一定的自鎖功能，提高了抓取和轉(zhuǎn)運的可靠性與穩(wěn)定性。

3.可靠性好：以機械傳動方式(一般來說，機械傳動的可靠性要優(yōu)于電器控制，如汽車的轉(zhuǎn)向和速度控制都為機械控制而不采用電氣控制和微電子控制(如控制芯片)，棘輪正傳時，帶有棘輪爪的外輪會被帶動，而棘輪反轉(zhuǎn)時，帶有棘輪爪的外輪就不會轉(zhuǎn)動，這是由棘輪的結(jié)構(gòu)決定的，不會受到外界因素任何的干擾)替代電氣控制，提高了機構(gòu)整體的抗干擾性和可靠性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明單電機驅(qū)動的機械手裝置一種實施例的整體結(jié)構(gòu)俯視圖；

圖2為本發(fā)明單電機驅(qū)動的機械手裝置一種實施例的整體結(jié)構(gòu)主視圖；

圖3為圖1中I的局部放大圖；

圖中，1、步進電機；2、電機固定架；3、外機架；4、大棘輪；5、大棘輪爪；6、機架；7、第一級減速系統(tǒng)中的主動同步齒形帶輪；8、小棘輪爪；9、小棘輪；10、主動軸；11、同步齒形帶；12、第一級減速系統(tǒng)中的被動同步齒形帶輪；13、傳動軸；14、第二級減速系統(tǒng)中的主動同步齒形帶輪；15、轉(zhuǎn)盤；16、銷釘；17、連桿；18、動指；19、連接軸；20、橡膠墊片；21、第二級減速系統(tǒng)中的被動同步齒形帶輪；22、傳動終軸；23、聯(lián)軸器；24、拉力彈簧。

具體實施方式

下面將對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整的描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明的一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明權(quán)利要求保護的范圍。

本發(fā)明單電機驅(qū)動的機械手裝置(簡稱裝置，參見圖1-3)包括手臂和手指，所述手指能夠張開和閉合抓取物體，包括動指18和固定指，動指18和固定指的上部連接；所述手臂包括機架6、一個步進電機1、主動軸10、連桿17和主軸棘輪減速傳動系統(tǒng)，所述一個步進電機1通過電機固定架2與外機架3固定連接，在機架6內(nèi)安裝主軸棘輪減速傳動系統(tǒng)，步進電機1的輸出端通過主動軸10與主軸棘輪減速傳動系統(tǒng)連接；主軸棘輪減速傳動系統(tǒng)通過連桿17與動指18連接，固定指與機架6的右端連接，且二者為一體結(jié)構(gòu)；

所述主軸棘輪減速傳動系統(tǒng)包括一個大棘輪4、兩個小棘輪9、兩個大棘輪爪5、四個小棘輪爪8、傳動軸13、傳動終軸22、四個同步齒形帶輪(7、12、14和21)和兩條同步齒形帶11；四個同步齒形帶輪分別是第一級減速系統(tǒng)中的主動同步齒形帶輪7、第一級減速系統(tǒng)中的被動同步齒形帶輪12、第二級減速系統(tǒng)中的主動同步齒形帶輪14和第二級減速系統(tǒng)中的被動同步齒形帶輪21；大棘輪4在靠近步進電機1一側(cè)通過套筒正向安裝在主動軸10上，兩個大棘輪爪5一端安裝在機架6上，另一端與大棘輪4相嚙合，在大棘輪爪5與機架6之間連接拉力彈簧24；一個小棘輪9通過套筒反向安裝在主動軸10上，兩個小棘輪爪8一端安裝在第一級減速系統(tǒng)中的主動同步齒形帶輪7的內(nèi)側(cè)，另一端與小棘輪9嚙合，在小棘輪爪8與第一級減速系統(tǒng)中的主動同步齒形帶輪7之間連接拉力彈簧24；傳動軸13位于主動軸10的右側(cè)，傳動終軸22位于傳動軸13的右側(cè)；

一條同步齒形帶11一端套在第一級減速系統(tǒng)中的主動同步齒形帶輪7上，另一端套在第一級減速系統(tǒng)中的被動同步齒形帶輪12上；主動軸10通過深溝球軸承、軸承端蓋、螺釘與機架6形成保留一個繞軸方向的轉(zhuǎn)動自由度的連接，主動軸10一端通過聯(lián)軸器23與電機軸固定；所述第一級減速系統(tǒng)中的被動同步齒形帶輪12和第二級減速系統(tǒng)中的主動同步齒形帶輪14套在傳動軸13上，二者之間通過套筒隔開，傳動軸13通過套筒、深溝球軸承、軸承端蓋，螺釘與機架6形成保留一個繞軸方向轉(zhuǎn)動自由度的連接；另一條同步齒形帶一端套在第二級減速系統(tǒng)中的主動同步齒形帶輪14上，另一端套在第二級減速系統(tǒng)中的被動同步齒形帶輪21上；另一個小棘輪9正裝在傳動終軸22上，兩個小棘輪爪8一端安裝在第二級減速系統(tǒng)中的被動同步齒形帶輪21的內(nèi)側(cè)，另一端與該小棘輪9嚙合，該小棘輪爪8與第二級減速系統(tǒng)中的被動同步齒形帶輪21之間連接拉力彈簧24；在傳動終軸22的靠近步進電機1的一端依次套上深溝球軸承、套筒、深溝球軸承，并以軸承端蓋覆蓋，固定在機架6上，傳動終軸22的遠離步進電機1的一端連接轉(zhuǎn)盤15；所述連桿17的一端通過銷釘16與轉(zhuǎn)盤15連接，另一端與動指18中的連接軸19連接；所述動指18的上部通過銷釘轉(zhuǎn)動連接在機架6上，在動指18和固定指的內(nèi)側(cè)均安裝有橡膠墊片20。

本發(fā)明的工作原理和工作流程是：當機械手裝置做轉(zhuǎn)動動作時，步進電機1順時針轉(zhuǎn)動，帶動主動軸10轉(zhuǎn)動，此時主動軸10上的大棘輪4與機架6連接的兩個大棘輪爪5轉(zhuǎn)動，進而帶動機架6轉(zhuǎn)動，而主動軸10上的小棘輪9由于反裝不會帶動第一級減速系統(tǒng)中的主動同步齒形帶輪7轉(zhuǎn)動，第二級減速系統(tǒng)中的被動同步齒形帶輪21由于與其配合的小棘輪正裝，也不會因同步齒形帶的滑動而轉(zhuǎn)動。

當機械手裝置轉(zhuǎn)動到預(yù)定位置后，步進電機1逆時針轉(zhuǎn)動，此時主動軸10上的小棘輪9通過小棘輪爪8帶動第一級減速系統(tǒng)中的主動同步齒形帶輪7逆時針轉(zhuǎn)動，通過同步齒形帶11帶動傳動軸13逆時針轉(zhuǎn)動，通過第二條同步齒形帶帶動傳動終軸22上的第二級減速系統(tǒng)中的被動同步齒形帶輪21逆時針轉(zhuǎn)動，通過小棘輪爪帶動傳動終軸22上的小棘輪逆時針轉(zhuǎn)動，通過平鍵帶動傳動終軸22逆時針轉(zhuǎn)動，通過銷釘16帶動連桿17擺動，進而帶動動指18擺動，從而完成抓取和放下物料的動作。

上述四個同步齒形帶輪和兩條同步齒形帶組成轉(zhuǎn)矩傳動系統(tǒng)，其作用是：

1.步進電機1的輸出軸逆時針轉(zhuǎn)動時在主動軸10與傳動終軸22之間傳遞轉(zhuǎn)矩，同時起到減速的作用，使抓取和放下物料的操作更平穩(wěn)。

2.在步進電機1順時針轉(zhuǎn)動或停機時，起到動指18自鎖的作用。

傳動終軸22上小棘輪的作用是：

1.在步進電機1輸出軸逆時針轉(zhuǎn)動時，傳遞轉(zhuǎn)矩。

2.在步進電機1輸出軸順時針轉(zhuǎn)動或停機時，與主動軸10上反裝的小棘輪9形成雙保險機構(gòu)，保證在何種情況下，傳動軸13都不會順時針轉(zhuǎn)動。

本發(fā)明中所述的“左”、“右”等方位詞語是一個相對概念，以圖1中主動軸10所在方向為左，以動指18所在方向為右。

本發(fā)明未述及之處適用于現(xiàn)有技術(shù)。