本實用新型涉及機械手的技術領域，特別涉及一種用于圓管抓取的柔性機械手。

背景技術：

關節機器人，也稱關節手臂機器人或關節機械手臂，是當今工業領域中最常見的工業機器人的形態之一，適合用于諸多工業領域的機械自動化作業。對于關節機器人，關節是其重要組成部分，實現了機械手臂的相對運動。

在利用機械手臂抓取物體時，末端會設置數個相互協調運動的機械手指，機械手指分別分為數節且通過關節連接。目前，對于抓取不同大小、不同形狀的物體，機械手指的自適應程度還不高。

中國專利申請公開說明書CN104303709A公開一種具有仿生幾何結構特征的蜓爪式末端執行器，該機械手由框架式機械平臺、智能控制系統、反饋系統、傳動系統、電力輔助系統組成；在機械手接觸果蔬時，通過傳感器的力值反饋調節伺服電機的轉動幅度，從而來調節爪指內部的高強度柔性聚酰胺繩的收緊或舒張，進而實現對不同大小，不同形狀的果蔬進行穩定抓取的目的，提高了末端執行器即機械手指的自適應能力，但是這種設計的結構以及控制方法都較為復雜，其中間環節越多，出現故障和失效的可能性就越大，并且，累計的誤差（包括測量誤差、計算誤差等）也就越大。

技術實現要素：

實用新型的目的：本實用新型公開一種用于圓管抓取的柔性機械手，其結構簡單、成本低，無需復雜的控制系統和計算方法，機械關節采用純機械結構，將其與機械手指相配合，可以抓取不同形狀的物體，尤其適用于抓取圓管以及帶有中空圓孔的物體，可以實現雙向抓取，并保持穩定的抓取力。

技術方案：為了實現以上目的，本實用新型公開了一種用于圓管抓取的柔性機械手，包括機械手基座、一組機械手指和設置在機械手基座上的一組主關節，其中一組機械手指分別與一組主關節連接，一組主關節對稱設置在機械手基座上，機械手基座上設有主關節驅動裝置、控制裝置和位置檢測裝置；所述機械手指包括第一指節、第二指節和連接兩者的機械關節，其中第一指節與主關節連接，第二指節端部橫向設有夾爪；所述機械關節包括打滑機構和機械關節驅動裝置，其中打滑機構包括相卡接的第一連接機構和第二連接機構；機械關節驅動裝置、主關節驅動裝置和位置檢測裝置均與控制裝置連接。這種設計結構簡單、成本低，無需復雜的控制系統和計算方法，機械關節采用純機械結構，將其與機械手指相配合，可以抓取不同形狀的物體，尤其適用于抓取圓管以及帶有中空圓孔的物體，可以實現雙向抓取，并保持穩定的抓取力；打滑機構具有打滑保護的功能，不僅可以保護機械關節的部件不受損壞，更防止抓壞物體。

進一步的，上述一種用于圓管抓取的柔性機械手，所述機械關節還包括同軸設置的第一轉軸和第二轉軸，套設于第一轉軸上的傳動齒輪，設置在第一轉軸和第二轉軸上的第一支架、第二支架，其中第一連接機構套設在第一轉軸上，第二連接機構套設在第二轉軸上，機械關節驅動裝置與傳動齒輪相連接。這種設計的機械關節用于連接外部機械手指，在抓取物體時，驅動裝置驅動機械關節轉動，由此帶動機械手指抓緊物體；當機械手指收緊物體達到一定程度時，即物體對機械手指的反作用力達到設定值時，打滑機構開始打滑以起到保護作用，同時機械手指停止前進；這樣，不僅可以保護齒輪、馬達等部件不受損壞，更使抓取力保持穩定，防止抓壞物體；另外，當物體有所松動，物體對機械手指的反作用力減小、低于設定值時，打滑機構停止打滑，機械手指進一步轉動抓緊物體，以此可以保持穩定的抓取力，使抓取過程安全、可靠。

進一步的，上述一種用于圓管抓取的柔性機械手，所述第二連接機構呈圓盤狀，其圓形表面的邊緣垂直設有一組連續的鋸齒；第一連接機構表面垂直設有卡鉤，第一連接機構內部設有彈性件。這種設計結構簡單，實現了打滑保護的功能，若外部作用力對第二連接機構產生的扭矩足夠其克服彈性件對第一連接機構的推力，則第二連接機構相對第一連接機構轉動，同時推動第一連接結構退避，鋸齒依次滑過卡鉤，實現打滑；彈性件具有保持作用和復位作用。

進一步的，上述一種用于圓管抓取的柔性機械手，所述彈性件為壓縮彈簧，其套設在第一轉軸上，一端與第一連接機構連接，另一端與第一轉軸相連接。這種壓縮彈簧的設計具有復位功能，將第一連接機構推向第二連接機構，即將卡鉤推入相鄰鋸齒之間，使之連結；使打滑機構在不打滑的情況下保持連軸的穩定性和可靠性。

進一步的，上述一種用于圓管抓取的柔性機械手，所述一組鋸齒呈連續的波浪形或連續的三角形，相對應的，卡鉤端部呈圓弧形或三角形。這種設計使第一連接機構和第二連接機構的轉動具有雙向性，除了在抓取物體時具有打滑保護功能，在松開機械手指放開物體時，也具有打滑保護功能，或者在反向抓取物體（機械手指伸入物體的孔或腔體中抓取物體）時也具有打滑保護功能；波浪形的設計使轉動較為順暢，并且可以減緩磨損；三角形的設計使卡鉤和鋸齒的卡合較為穩定，提高了連軸的可靠性。

進一步的，上述一種用于圓管抓取的柔性機械手，所述夾爪呈圓弧狀，并與第二指節轉動連接。這種設計的夾爪更適應圓管和圓孔的形狀，轉動連接可以使夾爪觸碰物體后進行自調節，以貼合管壁。

進一步的，上述一種用于圓管抓取的柔性機械手，所述夾爪上設有橡膠套，且橡膠套表面設有防滑紋。這種設計既保護了機械手指，也保護了被抓物體，防止機械手指和物體間的碰傷；防滑紋的設計提高了機械手指和物體間的摩擦力，降低物體滑落的可能，使抓取物體更可靠。

進一步的，上述一種用于圓管抓取的柔性機械手，所述夾爪內外壁均設有摩擦片。這種設計提高了抓取時的摩擦力，內外壁均設有摩擦片是為了應對抓取圓管以及抓取圓孔壁兩種情況。

上述技術方案可以看出，本實用新型具有如下有益效果：本實用新型所述的一種用于圓管抓取的柔性機械手，其結構簡單、成本低，無需復雜的控制系統和計算方法，機械關節采用純機械結構，將其與機械手指相配合，適用于抓取不同形狀的物體，并可以保持穩定的抓取力；可以保護齒輪、馬達等部件不受損壞，更防止抓壞物體；既實現正向抓取的打滑保護，又實現反向抓取的打滑保護；正常工作時的連軸可靠性高。

附圖說明

圖1為本實用新型所述的一種用于圓管抓取的柔性機械手的結構示意圖；

圖2為本實用新型所述的一種用于圓管抓取的柔性機械手的機械關節的結構示意圖；

圖3為本實用新型所述的一種用于圓管抓取的柔性機械手的打滑機構的剖面結構示意圖；

圖4為本實用新型所述的一種用于圓管抓取的柔性機械手的夾爪與摩擦片的結構示意圖；

圖5為本實用新型所述的一種用于圓管抓取的柔性機械手的夾爪與橡膠套的結構示意圖；

圖中：1-機械手基座，2-機械手指，21-第一指節，22-第二指節，3-主關節，4-機械關節，41-第一轉軸，42-第二轉軸，43-傳動齒輪，44-第一支架，441-第一底板，442-第一側板，45-第二支架，451-第二底板，452-第二側板，46-打滑機構，461-第一連接機構，462-第二連接機構，463-彈性件，47-驅動裝置，471-馬達，472-減速齒輪組，5-夾爪，6-橡膠套，7-摩擦片。

具體實施方式

下面結合附圖，對本實用新型具體實施方式進行詳細的描述。

實施例

本實用新型的一種用于圓管抓取的柔性機械手，如圖1至圖5所示，包括機械手基座1、一組機械手指2和設置在機械手基座1上的一組主關節3，其中一組機械手指2分別與一組主關節3連接，一組主關節3對稱設置在機械手基座1上并以環形陣列狀分布，機械手基座1上設有主關節驅動裝置、控制裝置和位置檢測裝置；所述機械手指2包括第一指節21、第二指節22和連接兩者的機械關節4，其中第一指節21與主關節3連接，第二指節22端部橫向設有夾爪5；夾爪5呈圓弧狀，即彎曲的條狀，并與第二指節22轉動連接；夾爪5上設有橡膠套6，且橡膠套6表面設有防滑紋，或者夾爪5內外壁均設有摩擦片7，用來代替橡膠套6；一組機械手指2的數量可以為2個或4個。

所述機械關節4包括同軸設置的第一轉軸41和第二轉軸42，套設于第一轉軸41上的傳動齒輪43，設置在第一轉軸41和第二轉軸42上的第一支架44、第二支架45，以及打滑機構46，打滑機構46包括相卡接的第一連接機構461和第二連接機構462，其中第一連接機構461套設在第一轉軸41上，第二連接機構462套設在第二轉軸42上；第二連接機構462呈圓盤狀，其圓形表面的邊緣垂直設有一組連續的鋸齒；第一連接機構461表面垂直設有卡鉤，其與鋸齒形狀相適應，第一連接機構461內部設有彈性件463，所述彈性件463為壓縮彈簧，其套設在第一轉軸41上，一端與第一連接機構461連接，另一端與第一轉軸41相連接。一組鋸齒呈連續的波浪形或連續的三角形，相對應的，卡鉤端部呈圓弧形或三角形；所述卡鉤為一組卡鉤，其可以呈環形陣列狀分布、也可以連續分布在第一連接機構461表面邊緣。

第一支架44、第二支架45均與外部機械手指相連接，第一支架44包括第一底板441和分別設置在第一底板441兩端的兩個第一側板442，第二支架45包括第二底板451和分別設置在第二底板451兩端的兩個第二側板452；第一轉軸41一端分別與第一側板442、第二側板452相連接，第二轉軸42一端分別與另一側的第一側板442、第二側板452相連接；第一支架44上設有機械關節驅動裝置47，機械關節驅動裝置47包括馬達471，以及與馬達471連接的減速齒輪組472，其中減速齒輪472與傳動齒輪43相連接，馬達471固定安裝在第一支架44上。機械關節驅動裝置47、主關節驅動裝置和位置檢測裝置均與控制裝置連接。

傳動齒輪43與第一轉軸41固定連接，第一連接機構461與第一轉軸41滑動連接，兩者之間不能相對轉動，但是可以在一定范圍內直線滑動，可以在第一連接機構461上開設D形孔，并在第一轉軸41上設置一段D形軸形狀來實現上述要求；第二連接機構462與第二轉軸42固定連接，第一連接機構461和第二連接機構462之間通過卡鉤、鋸齒的配合相卡接；第一側板442與第一轉軸41轉動連接且設有軸承，與第二轉軸42轉動連接且設有軸承；第二側板452與第一轉軸41轉動連接且設有軸承，與第二轉軸42固定連接。

機械關節用于連接外部機械手指，工作原理如下：在抓取物體時，機械關節驅動裝置47驅動傳動齒輪43、第一轉軸41和第一連接機構461轉動，在正常抓取時，卡鉤和鋸齒處于卡接狀態，彈性件463（壓縮彈簧）對第一連接機構461施加軸向力將其推向第二連接機構462并推緊，第一連接機構461和第二連接機構462穩定結合，起到連軸作用，由此帶動第二轉軸42和第二支架45轉動，即帶動機械手指抓取物體并逐漸收緊物體，此時機械手指對物體會產生抓緊力，相應的，物體對機械手指會產生反作用力，在收緊過程中抓緊力與反作用力逐漸增大，當反作用力對第二連接機構462產生的扭矩足夠其克服彈性件463（壓縮彈簧）對第一連接機構461的推力，則第二連接機構462相對第一連接機構461轉動，同時推動第一連接結構461退避，鋸齒依次滑過卡鉤，實現打滑，此時機械手指停止前進；如果機械手進行短途搬運，為了結構和控制的簡單，馬達471可以持續運轉，打滑機構46持續打滑；當物體有所松動，物體對機械手指的反作用力減小、低于設定值時，打滑機構46停止打滑，第一連接機構461帶動第二連接機構462、第二轉軸42和第二支架45繼續轉動，機械手指進一步收緊物體，以此避免物體在抓取過程中因位置變動導致的松動和脫落，尤其適合不規則物體的抓取，并且抓取力可以保持穩定，抓取力可以通過彈性件612（壓縮彈簧）、鋸齒621和卡鉤611的形狀等來計算與設計。當機械手伸入空心物體的腔體抓取物體時，只需先合攏機械手指，伸入腔體內之后再反向展開機械手指（馬達471反轉），其基本原理同上。

以上所述僅是本實用新型的優選實施方式，應指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型原理的前提下，還可以做出若干改進，這些改進也應視為本實用新型的保護范圍。