一種用于抓取扁平物體的機械手的制作方法

本發(fā)明涉及一種用于抓取扁平物體的機械手，這類機械特別適用于抓取餐桌上散亂的餐盤，屬于機械設(shè)計中的機構(gòu)設(shè)計領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

現(xiàn)在的大型餐廳和食堂等公共餐飲設(shè)施都采用人工的方法收集和整理餐桌上的餐盤，人工的方式費時費力，而且工作十分勞累。目前已經(jīng)出現(xiàn)了用于工廠食堂和學(xué)校食堂的全自動洗碗機，可以高效的將餐具清洗干凈，但收集分揀和初步清理，傾倒剩飯剩菜的工作仍然由人工完成，這種工作費時費力，并且屬于大量重復(fù)性工作，適合由機器完成。所以，設(shè)計一種能夠初步收集和清理的機構(gòu)來替代繁重的人工，可以大大提高回收餐具的速度，并且減少繁重的人工勞動。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是固定餐桌上散亂的餐盤，從而實現(xiàn)收集分揀和初步清理。

該機械手的組成如下：

如圖1所示，機械手由平臺1、直鉤驅(qū)動機構(gòu)3和一組蝸輪蝸桿機構(gòu)5組成，其中，蝸輪蝸桿機構(gòu)5由電動機4驅(qū)動，6為直鉤，平臺1上有直鉤槽2，直鉤6可以從直鉤槽中伸出和移動。三組直鉤運動機構(gòu)3在蝸輪蝸桿機構(gòu)5的帶動下同步運動，依次實現(xiàn)直鉤6的上升、水平移動和下降，最后將盤子固定在平臺1的正中央。三個蝸輪和一個蝸桿中心對稱排列，使三個蝸輪同步轉(zhuǎn)動，分別帶動三組直鉤運動機構(gòu)5，并起到自鎖功能。

直鉤運動機構(gòu)如圖2所示，由水平運動機構(gòu)7、連桿機構(gòu)8和一組錐齒輪9組成，水平運動機構(gòu)7帶動連桿機構(gòu)8整體水平移動，連桿機構(gòu)8帶動直鉤豎直運動，水平運動機構(gòu)7和連桿機構(gòu)8之間通過一組錐齒輪9連接，傳動比為1。

水平運動機構(gòu)如圖3所示，由絲杠10、滑軌11、螺母12和滑塊13組成，滑塊可以沿滑軌水平滑動。

水平運動機構(gòu)的剖視圖如圖4所示，絲杠10和螺母12組成一螺旋副，螺母12和滑塊13之間由軸承14連接。螺母12邊緣加工一約2mm的螺母凸臺17，滑塊13的孔內(nèi)也安裝一約2mm活動凸臺16，該活動凸臺16安裝在彈簧15上。因此，水平運動機構(gòu)的運動情況如下：

①滑塊13受到橫向約束力，且螺母凸臺17和活動凸臺16沒有接觸時，滑塊13和螺母12在水平方向均不能運動，此時機構(gòu)自由度為1，絲杠10的所有驅(qū)動力都用來驅(qū)動螺母12的轉(zhuǎn)動；

②滑塊13沒有受到橫向約束力，且螺母凸臺17和活動凸臺16接觸并卡死時，滑塊13與螺母12之間不能發(fā)生轉(zhuǎn)動，此時機構(gòu)自由度為1，絲杠10與螺母12之間形成螺旋副，絲杠10的所有驅(qū)動力都用來驅(qū)動螺母12和滑塊13的水平運動；

③滑塊13沒有受到水平約束力，且螺母凸臺17和活動凸臺16沒有接觸，此時滑塊13可以在水平方向運動，螺母12也可以轉(zhuǎn)動，此時機構(gòu)自由度為2，因為只有絲杠10一個原動件，所以不能確定機構(gòu)如何運動，這時機構(gòu)的運動情況與滑塊13水平方向受到的摩擦力和螺母12轉(zhuǎn)動受到的摩擦力以及絲杠10傳動的摩擦角都有關(guān)。

連桿機構(gòu)簡圖如圖5所示，由直鉤6和曲柄18組成，該機構(gòu)自由度為1，曲柄18由錐齒輪帶動，可以實現(xiàn)直鉤6的上下往復(fù)運動。該裝置中，由于只需要依次實現(xiàn)直鉤6的向上運動、水平運動和向下運動，所以只需要曲柄18轉(zhuǎn)動一周，使直鉤6完成一次往復(fù)運動即可。

該機械手的創(chuàng)新性在于其特殊設(shè)計使其只使用一個電動機驅(qū)動，依靠絲杠和螺母之間的傳動角，使其具有多種運動狀態(tài)，驅(qū)動連桿機構(gòu)分別完成上升、平移和下降，這種設(shè)計控制簡單，適應(yīng)性強，可以適應(yīng)不同大小和形狀的餐盤，并且正常工作時自由度為1，可靠性高，運動速度快。

附圖說明

圖1機械手

圖2直鉤驅(qū)動機構(gòu)

圖3水平運動機構(gòu)

圖4水平運動機構(gòu)剖視

圖5連桿機構(gòu)簡圖

具體實施方式

該機械手的工作過程如下：

如圖1，電動機驅(qū)動蝸輪蝸桿機構(gòu)5，帶動三個中心對稱排列的蝸輪，進而帶動三組絲杠運動；如圖4，開始時滑塊13處于初始位置，并且螺母凸臺17和活動凸臺16成180°。由于絲杠10與螺母12之間存在水平方向的摩擦力，因此該機構(gòu)處于第一種運動情況，即螺母凸臺17和活動凸臺16沒有接觸，絲杠10的所有驅(qū)動力都用來帶動連桿機構(gòu)，使直鉤上升；

如圖4，當直鉤上升至頂點時，螺母旋轉(zhuǎn)180°，螺母凸臺17和活動凸臺16互相接觸并卡死，螺母12無法繼續(xù)轉(zhuǎn)動，此時該機構(gòu)處于第二種運動情況，即所有驅(qū)動力都用來驅(qū)動螺母12和滑塊13的水平運動，帶動三個直鉤向中心收攏；

如圖1，三個直鉤6會一直運動，直到都與餐盤碰觸，如圖4，此時螺母12和滑塊13不能再水平運動，絲杠10的所有驅(qū)動力用來驅(qū)動螺母12的轉(zhuǎn)動，當力矩增大到一定值時，螺母凸臺17將活動凸臺16壓入槽內(nèi)，之后螺母12可以繼續(xù)轉(zhuǎn)動，繼續(xù)帶動連桿機構(gòu)，使直鉤由最高點向下運動；

如圖1，當直鉤6將餐盤鉤住時，直鉤6不能繼續(xù)運動，連桿機構(gòu)被鎖死，此時電動機4停止驅(qū)動，但由于蝸輪蝸桿機構(gòu)5的自鎖功能，蝸輪不能回轉(zhuǎn)，因此整個機構(gòu)被鎖死，將盤子固定在平臺1的正中央，不會掉落；

如圖1，當需要將大盤松開時，電動機4反向轉(zhuǎn)動，如圖4，由于絲杠10與螺母12之間的摩擦力的存在，該機構(gòu)處于第一種運動狀態(tài)，直鉤向上運動，將餐盤松開；

如圖4，當螺母12反向轉(zhuǎn)動直到螺母凸臺17和活動凸臺16接觸時，螺母12不能繼續(xù)反轉(zhuǎn)，此時絲杠10驅(qū)動螺母12和滑塊13水平運動，三個直鉤向外擴張；

如圖4，當滑塊13運動到初始位置時，滑塊13與機架相碰，停止水平運動，此時絲杠10的驅(qū)動力使螺母凸臺17將活動凸臺16壓入槽內(nèi)，螺母凸臺17越過活動凸臺16繼續(xù)運動，直到兩個凸臺成180°時電動機停止轉(zhuǎn)動，完成一個運動流程。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
一種用于抓取扁平物體的機械手屬于機械設(shè)計中的機構(gòu)設(shè)計領(lǐng)域。它包括平臺、蝸輪蝸桿機構(gòu)、電動機、直鉤驅(qū)動機構(gòu)和連桿機構(gòu)。工作時電動機帶動蝸輪蝸桿機構(gòu)，進而帶動直鉤驅(qū)動機構(gòu)，驅(qū)動直鉤依次完成向上運動、水平運動和向下運動，最終將扁平物體固定在平臺的正中間。其中，直鉤驅(qū)動機構(gòu)依靠螺母和絲杠之間的傳動角實現(xiàn)螺母的轉(zhuǎn)動和水平運動，自由度為2，在螺母和滑塊卡死時水平運動，未卡死時則實現(xiàn)螺母的轉(zhuǎn)動。該機構(gòu)僅使用一個電動機即可實現(xiàn)直鉤的上升、水平運動和下降，控制簡單，響應(yīng)速度快。

技術(shù)研發(fā)人員：陳國英;方鈺文;張承昊;李巖;王建華;張彩霞
受保護的技術(shù)使用者：北京工業(yè)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2017.04.25
技術(shù)公布日：2017.08.22