多功能機器人手爪的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種多功能機器人手爪，所述機器人手爪包括對稱設置的左手手爪和右手手爪，所述左手手爪和右手手爪分別包括固定裝置、安裝于固定裝置上的驅動裝置、以及安裝于固定裝置兩側的第一手爪和第二手爪，所述固定裝置包括對稱設置的連接板及位于連接板之間的手爪板，所述驅動裝置包括位于連接板上的伺服電機和電機聯軸器，所述伺服電機將接收到的電信號轉換成電動機軸上的角速度，驅動電機正轉或反轉，經電機聯軸器來切換第一手爪或第二手爪來抓取不同的物品。本發明能夠根據工件不同的大小、形狀、材質，通過改變電機的正反轉，智能地切換工作模式，切換成吸盤手爪或者機械手爪兩種工作模式來抓取不同的工件。
【專利說明】多功能機器人手爪
【技術領域】
[0001] 本發明涉及工業機器人【技術領域】，特別是涉及一種多功能機器人手爪。
【背景技術】
[0002] 工業機器人是集機械、電子、控制、計算機、傳感器等多學科的先進技術為一體的 現代化制造業重要的自動化裝備，在構造和性能上兼有人和機器的優點。機器人手爪是工 業機器人的關鍵部位，機器人手爪既是一個主動感知工作環境信息的感知器，又是機器人 末端的執行器，是一個高度集成的、具有多種感知功能和智能化的機電系統。抓取可靠、環 境適應性好、控制簡單、自適應性強、自主能力高是衡量機器人手爪設計水平的重要標志。 近年來，隨著企業生產自動化程度越來越高，機器人的使用也越來越普遍，與之配套的機器 人手爪也發展迅速。
[0003] 根據機器人所握持的工件形狀不同，手爪可分為多種類型，主要可分以下三種：機 械手爪，又稱為機械夾鉗，包括2指、3指和變形指；包括磁吸盤、焊槍等的特殊手爪；通用手 爪，包括2指到5指。目前，市場上的公開的機器人手爪較為單一，根據所要抓取的工件形 狀、大小、材質選擇使用機械手爪、特殊手爪或者通用手爪中的一類手爪，而不能根據不同 工件智能地切換手爪樣式，只能用于簡單的流水線操作。
[0004] 因此，針對上述技術問題，有必要提供一種多功能機器人手爪。
【發明內容】
[0005] 有鑒于此，本發明提供一種多功能機器人手爪，其利用機器人手爪針對不同形狀、 材質的物品可通過調節電機的正反轉來完成不同工作方式的切換，從而完成不同物品的成 功抓取。該機器人手爪結構簡單、可靠性強，將該機構安裝在機器人手臂末端或類似裝置 上，使用方便、快捷而且安全。
[0006] 為了實現上述目的，本發明實施例提供的技術方案如下：
[0007] -種多功能機器人手爪，所述機器人手爪包括對稱設置的左手手爪和右手手爪， 所述左手手爪和右手手爪分別包括固定裝置、安裝于固定裝置上的驅動裝置、以及安裝于 固定裝置兩側的第一手爪和第二手爪，所述固定裝置包括對稱設置的連接板及位于連接板 之間的手爪板，所述驅動裝置包括位于連接板上的伺服電機和電機聯軸器，所述伺服電機 將接收到的電信號轉換成電動機軸上的角速度，驅動電機正轉或反轉，經電機聯軸器來切 換第一手爪或第二手爪來抓取不同的物品。
[0008] 作為本發明的進一步改進，所述連接板包括垂直部和水平部，所述手爪板位于兩 個垂直部之間，所述電機聯軸器位于所述水平部上。
[0009] 作為本發明的進一步改進，所述第一手爪包括真空發生器、軟管、軟管連接器、連 接桿、及吸盤，所述連接桿通過螺紋連接固定安裝在手爪板上，所述吸盤與連接桿螺紋連 接，所述軟管連接器固定安裝在連接桿的中間，所述真空發生器經軟管連接在軟管連接器 上。
[0010] 作為本發明的進一步改進，所述吸盤包括負壓腔室、及密封區域，吸盤壓緊在接觸 面上，通過真空發生器吸走負壓腔室中的空氣形成負壓。
[0011] 作為本發明的進一步改進，所述吸盤為多層梯臺式結構。
[0012] 作為本發明的進一步改進，所述真空發生器包括真空口、排氣口、進氣口、和噴嘴， 所述真空口通過軟管連接到吸盤上，真空發生器利用噴嘴高速噴射壓縮空氣，使得噴嘴出 口周圍的空氣不斷地從排氣口流出，使吸盤內的壓力降至大氣壓以下形成一定真空度。
[0013] 作為本發明的進一步改進，所述第二手爪包括橡膠皮、壓力傳感器、橡膠手爪、電 機支架、電機、及滾輪，橡膠皮的四個角設有安裝孔，與手爪板螺栓連接，壓力傳感器背面自 帶黏膠，粘貼在橡膠皮上，若干橡膠手爪安裝在手爪板的側邊，每個橡膠手爪由一節或多節 組成，每節橡膠手爪左右兩邊各有一個通孔，電機通過電機支架安裝在手爪板上，電機支架 與連接板螺栓連接，滾輪套在電機的軸上，滾輪上設有凹槽，橡膠手爪上的通孔通過細繩繞 在滾輪對應的凹槽上，電機轉動時，滾輪上的細繩帶動橡膠手爪轉動。
[0014] 作為本發明的進一步改進，所述壓力傳感器為壓敏電阻式壓力傳感器，所述壓敏 電阻式壓力傳感器包括平面形狀為圓形的感應膜片、從邊緣支撐膜片的支撐部、以及兩根 針腳。
[0015] 作為本發明的進一步改進，所述感應膜片為陣列式結構，該陣列由平行的行導線 和列導線交叉構成，陣列的每個點單元上有等效力敏電阻元件，傳感區域采用陣列式結構， 該陣列由平行的行導線和列導線交叉構成，陣列的每個單元點上有個等效的力敏電阻，其 阻值會隨作用在其上的力的變化而變化。
[0016] 本發明具有以下有益效果：
[0017] 橡膠手爪上的壓敏電阻式壓力傳感器用于將被測工件上的應變變化轉換成為電 信號，能根據電阻值的變化有效地反饋是否已抓取工件，使抓取更加可靠；
[0018] 采用吸盤手爪吸取物品，與物品頂面為柔性接觸，和傳統抓取式機器手爪剛性抓 取相比不會損壞被抓取物品；
[0019] 采用多功能機器人手爪抓取產品，遇到生產線更換新產品時，能夠智能切換不同 的手爪滿足不同的抓取需求，多功能機器人手爪與傳統抓取式機器人手爪相比適用范圍更 廣，通用性更高。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0020] 為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現 有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本 發明中記載的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下， 還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0021] 圖1為本發明一【具體實施方式】中多功能機器人手爪的結構示意圖；
[0022] 圖2為本發明一【具體實施方式】中吸盤的結構示意圖；
[0023] 圖3為本發明一【具體實施方式】中真空發生器的結構示意圖；
[0024] 圖4為本發明一【具體實施方式】中壓敏電阻式壓力傳感器的結構示意圖；
[0025] 圖5為本發明一【具體實施方式】中的第一手爪工作示意圖；
[0026] 圖6為本發明一【具體實施方式】中的第二手爪工作示意圖。
【具體實施方式】
[0027] 為了使本【技術領域】的人員更好地理解本發明中的技術方案，下面將結合本發明實 施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施 例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通 技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都應當屬于本發明保護 的范圍。
[0028] 本發明一種多功能機器人手爪，包括對稱設置的左手手爪和右手手爪，左手手爪 和右手手爪分別包括固定裝置、安裝于固定裝置上的驅動裝置、以及安裝于固定裝置兩側 的第一手爪和第二手爪，固定裝置包括對稱設置的連接板及位于連接板之間的手爪板，驅 動裝置包括位于連接板上的伺服電機和電機聯軸器，伺服電機將接收到的電信號轉換成電 動機軸上的角速度，驅動電機正轉或反轉，經電機聯軸器來切換第一手爪或第二手爪來抓 取不同的物品。優選地，第一手爪為吸盤手爪，第二手爪為機械手爪。
[0029] 以下結合【具體實施方式】對本發明作進一步說明。
[0030] 參圖1所示，一種多功能機器人手爪，包括呈對稱結構的左手手爪和右手手爪，其 中左手手爪包括：包括：伺服電機1、電機聯軸器2、連接板3、手爪板4、橡膠皮5、壓力傳感 器6、橡膠手爪7、真空發生器8、軟管9、軟管連接器10、連接桿11、吸盤12、電機支架13、電 機14、和滾輪15。
[0031] 伺服電機1把接收到的電信號轉換成電動機軸上的角速度，驅動電機正反轉，經 聯軸器2來切換不同的手爪樣式，分別可以用機器人手爪的橡膠皮5或吸盤12來抓取不同 的物品。
[0032] 電機聯軸器2和連接板3上端通過螺栓連接，機器人左手手爪包含有兩塊連接 板，3,分布在左手手爪的兩側，手爪板4安裝在兩塊連接板3中間，連接板4通過多個螺栓 與手爪板3連接。
[0033] 用于抓取物品的橡膠皮5和吸盤12分別安裝在手爪板4的左右兩側，橡膠皮5的 四個角設有安裝孔，與手爪板4螺栓連接。
[0034] 本實施方式中壓力傳感器6為壓敏電阻式壓力傳感器，其背面自帶黏膠，粘貼在 橡膠皮5上。兩個橡膠手爪7安裝在手爪板4的側邊，每個橡膠手爪由3節組成，每節橡膠 手爪左右兩邊各有一個通孔。
[0035] 連接桿11通過螺紋連接固定安裝在手爪板4上，吸盤12與連接桿11螺紋連接。 軟管連接器10固定安裝在連接桿11的中間，真空發生器8經軟管9連接在軟管連接器10 上。電機14通過電機支架13安裝在手爪板4上，電機支架13與連接板3螺栓連接，滾輪 15套在電機14的軸上，兩根細繩（未圖示）依次穿過橡膠手爪7左右的6個通孔繞在滾輪 對應的槽上，當電機轉動時，滾輪上的細繩能帶動橡膠手爪轉動。
[0036] 參圖2所示為本發明一【具體實施方式】中吸盤的結構示意圖。吸盤12包括負壓腔 室16以及密封區域17。負壓腔室16為了接觸面共同作用通過密封區域17來限定。該吸 盤壓緊在接觸面上，并通過真空發生器吸走負壓腔室中的空氣。吸盤由彈性高柔韌性好的 橡膠材料制成，該吸盤為多層梯臺式結構，既保證了成功吸取書本、塑料等工件出氣量，又 能避免直接開大孔而過分降低基本的強度。控制吸盤到達預定位置后，與待抓取的物品入 玻璃、書本接觸后，壓緊到玻璃、書本表面，采用抽真空控制裝置吸取吸盤內的空氣，使吸盤 內產生負壓力，從而將待抓取的物品吸牢，即可開始抓取物品，待抓取的物品到達預定的位 置后，利用真空發生器控制裝置放氣，從而保證抓取的物品到達指定位置。使用吸盤來抓取 物品有著易使用、無污染、不傷工件等特點。此外可以根據被抓取物體的形狀和質量決定吸 盤的大小和數量，對本發明作適當的修改。
[0037] 參圖3所示為本發明一【具體實施方式】中真空發生器的結構示意圖。真空發生器安 裝在機器人手臂上，該真空發生器8主要由真空口 18、排氣口 19、進氣口 20、噴嘴21組成。 真空口 18通過軟管連接到吸盤上，真空發生器是利用噴嘴21高速噴射壓縮空氣，使得噴嘴 出口周圍的空氣不斷地從排氣口 19流出，使吸附腔內的壓力降至大氣壓以下，形成一定真 空度。當配合吸盤使用時，通過軟管能有效地吸取吸盤負壓腔內的空氣，形成負壓，成功地 吸取物品至指定的位置。而當吸取的物品到達指定位置時，通過向進氣口 20充入部分空氣 來破壞密封腔內的真空環境，確保物品脫離吸盤。真空發生器真空度高，由樹脂材料制成， 質量輕，使用方便的同時內置消聲器，能有效地減少噪音。
[0038] 參圖4所示為本發明一【具體實施方式】中壓敏電阻式壓力傳感器的結構示意圖，由 于壓力傳感器背面自帶黏膠，因而所述壓力傳感器可以粘貼在橡膠皮5上。壓敏電阻式壓 力傳感器由平面形狀為圓形的感應膜片22、從邊緣支撐膜片的支撐部23、以及兩根針腳 24,感應膜片區域采用陣列式結構，該陣列由平行的行導線和列導線交叉構成，陣列的每個 點單元上有等效力敏電阻元件，傳感區域采用陣列式結構，其阻值會隨作用在其上的力的 變化而變化。電阻元件構成了橋電路，在機器人手爪切換到第二種工作模式時，被抓取的物 品會施加不同大小的力在壓力傳感器上，由此壓電傳感器將對膜片產生壓力，隨著膜片的 彎曲變形，壓敏元件的電阻值發生改變，通過針腳可以檢測壓敏元件的電阻值的變化，設定 壓力閥值來確定機器人手爪是否已經成功抓取住物品。
[0039] 圖5所示為本發明一【具體實施方式】中的第一手爪工作示意圖，當機器人手爪抓取 書本25類物品時，伺服電機正轉，機器人手爪切換到吸盤這一側。采用吸盤式手爪吸取產 品，與產品頂面為柔性接觸，和傳統抓取式機器手爪剛性抓取相比不會損壞被抓取物。首先 將吸盤移動到書本的上方，真空吸盤與工件接觸形成密閉空間，然后真空發生器開始工作， 壓縮空氣流量開始急劇上升，同時密閉腔空氣迅速排出，隨著密閉腔空氣量的減少，排氣量 迅速下降，密閉腔內真空度很快提高，當吸盤和書本表面形成一定的真空度后，機械臂在驅 動系統的控制下，實現機械手爪水平方向、垂直方向的平移，帶動真空吸盤和書本移動。搬 運結束時，為了使物品盡快脫離吸盤，采用向真空吸盤吹入空氣的方法來達到快速破壞真 空方法，確保物品到達指定位置。
[0040] 圖6所示為本發明一【具體實施方式】中的第二手爪工作示意圖，當機器人抓取箱子 26類物品時，伺服電機反轉，機器人手爪切換到手爪板一側，機械臂帶動左右手爪分別移動 到箱子的兩邊，依靠橡膠皮上的壓力傳感器來確保成功抓取待抓取的物品，隨后電機正轉， 帶動滾輪轉動，滾輪上的繩子帶動橡膠手爪由堅直變為水平，從而能夠托住抓取的箱子，保 證箱子不會掉落，接著，機械臂在驅動系統的控制下，實現機械手爪水平方向、垂直方向的 平移，帶動手爪及箱子移動，當到達預定位置后，電機反轉，帶動滾輪轉動，滾輪上的繩子帶 動橡膠手爪由水平變為垂直，同時左右手爪的手爪板松開，箱子到達指定位置。
[0041] 本發明的多功能機器人手爪能夠根據工件不同的大小、形狀、材質，通過改變電機 的正反轉，智能地切換工作模式，切換成吸盤手爪或者機械手爪兩種工作模式來抓取不同 的工件。該機器人手爪結構簡單、可靠性強、抓取的載荷大，能安裝在機器人手臂末端或者 類似裝備上，能較為方便、快捷、安全地完成工件的抓取操作。
[0042] 由以上技術方案可以看出，本發明具有以下有益效果：
[0043] 橡膠手爪上的壓敏電阻式壓力傳感器用于將被測工件上的應變變化轉換成為電 信號，能根據電阻值的變化有效地反饋是否已抓取工件，使抓取更加可靠；
[0044] 采用吸盤手爪吸取物品，與物品頂面為柔性接觸，和傳統抓取式機器手爪剛性抓 取相比不會損壞被抓取物品；
[0045] 采用多功能機器人手爪抓取產品，遇到生產線更換新產品時，能夠智能切換不同 的手爪滿足不同的抓取需求，多功能機器人手爪與傳統抓取式機器人手爪相比適用范圍更 廣，通用性更高。
[0046] 對于本領域技術人員而言，顯然本發明不限于上述示范性實施例的細節，而且在 不背離本發明的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實現本發明。因此，無論 從哪一點來看，均應將實施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發明的范圍由所附權 利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權利要求的等同要件的含義和范圍內的所有 變化囊括在本發明內。不應將權利要求中的任何附圖標記視為限制所涉及的權利要求。
[0047] 此外，應當理解，雖然本說明書按照實施方式加以描述，但并非每個實施方式僅包 含一個獨立的技術方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領域技術人員應當 將說明書作為一個整體，各實施例中的技術方案也可以經適當組合，形成本領域技術人員 可以理解的其他實施方式。
【權利要求】
1. 一種多功能機器人手爪，所述機器人手爪包括對稱設置的左手手爪和右手手爪，其 特征在于，所述左手手爪和右手手爪分別包括固定裝置、安裝于固定裝置上的驅動裝置、以 及安裝于固定裝置兩側的第一手爪和第二手爪，所述固定裝置包括對稱設置的連接板及位 于連接板之間的手爪板，所述驅動裝置包括位于連接板上的伺服電機和電機聯軸器，所述 伺服電機將接收到的電信號轉換成電動機軸上的角速度，驅動電機正轉或反轉，經電機聯 軸器來切換第一手爪或第二手爪來抓取不同的物品。
2. 根據權利要求1所述的多功能機器人手爪，其特征在于，所述連接板包括垂直部和 水平部，所述手爪板位于兩個垂直部之間，所述電機聯軸器位于所述水平部上。
3. 根據權利要求1所述的多功能機器人手爪，其特征在于，所述第一手爪包括真空發 生器、軟管、軟管連接器、連接桿、及吸盤，所述連接桿通過螺紋連接固定安裝在手爪板上， 所述吸盤與連接桿螺紋連接，所述軟管連接器固定安裝在連接桿的中間，所述真空發生器 經軟管連接在軟管連接器上。
4. 根據權利要求3所述的多功能機器人手爪，其特征在于，所述吸盤包括負壓腔室、及 密封區域，吸盤壓緊在接觸面上，通過真空發生器吸走負壓腔室中的空氣形成負壓。
5. 根據權利要求4所述的多功能機器人手爪，其特征在于，所述吸盤為多層梯臺式結 構。
6. 根據權利要求3所述的多功能機器人手爪，其特征在于，所述真空發生器包括真空 口、排氣口、進氣口、和噴嘴，所述真空口通過軟管連接到吸盤上，真空發生器利用噴嘴高速 噴射壓縮空氣，使得噴嘴出口周圍的空氣不斷地從排氣口流出，使吸盤內的壓力降至大氣 壓以下形成一定真空度。
7. 根據權利要求1所述的多功能機器人手爪，其特征在于，所述第二手爪包括橡膠皮、 壓力傳感器、橡膠手爪、電機支架、電機、及滾輪，橡膠皮的四個角設有安裝孔，與手爪板螺 栓連接，壓力傳感器背面自帶黏膠，粘貼在橡膠皮上，若干橡膠手爪安裝在手爪板的側邊， 每個橡膠手爪由一節或多節組成，每節橡膠手爪左右兩邊各有一個通孔，電機通過電機支 架安裝在手爪板上，電機支架與連接板螺栓連接，滾輪套在電機的軸上，滾輪上設有凹槽， 橡膠手爪上的通孔通過細繩繞在滾輪對應的凹槽上，電機轉動時，滾輪上的細繩帶動橡膠 手爪轉動。
8. 根據權利要求7所述的多功能機器人手爪，其特征在于，所述壓力傳感器為壓敏電 阻式壓力傳感器，所述壓敏電阻式壓力傳感器包括平面形狀為圓形的感應膜片、從邊緣支 撐膜片的支撐部、以及兩根針腳。
9. 根據權利要求8所述的多功能機器人手爪，其特征在于，所述感應膜片為陣列式結 構，該陣列由平行的行導線和列導線交叉構成，陣列的每個點單元上有等效力敏電阻元件， 傳感區域采用陣列式結構，該陣列由平行的行導線和列導線交叉構成，陣列的每個單元點 上有個等效的力敏電阻，其阻值會隨作用在其上的力的變化而變化。
【文檔編號】B25J15/06GK104057460SQ201410281605
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年6月20日 優先權日:2014年6月20日
【發明者】王蓬勃, 李偉, 耿長興, 陳濤, 楊湛, 孫立寧, 徐德洋 申請人:蘇州大學