平动式电动夹取装置以及机械臂

技术领域

本发明涉及夹取设备技术领域，特别涉及一种平动式电动夹取装置以及机械臂。

背景技术

在生物实验自动化功能岛进行生物实验过程中，盛有菌液的微孔板需根据实验工艺要求在各类实验设备间进行流转，现有技术中通过夹爪夹取微孔板的方式进行流转，从而提高了微孔板的转运效率。而不同实验设备的实验物料(微孔板)的放置工位存在横放和竖放的区别，因此需要夹爪具有较大的夹取行程以满足微孔板的夹取需要。但现有技术中的夹爪设备受到传动结构或整体结构的约束，若要实现大行程的夹取，必然夹爪体积也会越大越重。而为满足生物实验自动化功能岛中各类实验设备或实验中的多种应用场景和实验需求，要求夹爪具有体积小、质量轻、开合行程大的特点，以适应多种规格设备的可操作空间及满足多种类型的实验物料的夹取需要。

且现有技术中，夹爪设备的夹爪与电机驱动器一般分为两个模块，夹爪安装在机械臂或设备中执行夹取任务，电机驱动器安装在电气控制柜内。当夹爪用于机械臂末端作为执行(夹持)器使用时，在运动过程中夹爪与电机驱动器长距离的连接线束容易缠绕机械臂及周围其他设备，从而造成事故或导致线束扯断。即使夹爪设备进行了走线设计，但夹爪运动时依然会对线束造成磨损以及高频次的拉扯，从而大大缩短了线束的使用寿命、并降低了线束的使用稳定性。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺陷，本发明实施例所要解决的技术问题是提供了一种平动式电动夹取装置以及机械臂，用于减少夹爪装置重量并增加夹爪行程、以及降低夹爪运动对线束的影响。

本发明的上述目的可采用下列技术方案来实现，本发明提供了一种平动式电动夹取装置，包括：

夹持基座；

设置在所述夹持基座上的导向结构；

夹持机构，所述夹持机构包括两个相对设置的夹爪，两个所述夹爪可运动地设置在所述导向结构上；

设置在所述夹持基座上的同步传动机构，所述同步传动机构与所述导向结构相接，用于带动两个所述夹爪同向运动或反向运动；

驱动装置，与所述同步传动机构可传动地相接；以及

控制系统，所述控制系统电连接所述同步传动机构和所述驱动装置，所述控制系统能够采集所述同步传动机构的行程信号，控制所述驱动装置的输出行程。

在本发明的一较佳实施方式中，所述导向结构包括设置在所述夹持基座上的直线导轨、以及相对设置在所述直线导轨上的两个滑块，每个所述夹爪对应设置在一个所述滑块上。

在本发明的一较佳实施方式中，所述夹爪与所述滑块通过可拆卸结构相连接。

在本发明的一较佳实施方式中，所述可拆卸结构包括设置在所述夹爪与所述滑块之间的至少一个定位销、以及连接所述夹爪与所述滑块的至少一个锁紧螺钉。

在本发明的一较佳实施方式中，所述直线导轨上设有限位结构，所述限位结构包括设置在所述直线导轨的两端的限位块。

在本发明的一较佳实施方式中，所述同步传动机构包括相对设置在所述夹持基座上的主动传动轴和从动传动轴、以及同步带，所述主动传动轴与所述驱动装置相接，所述从动传动轴与所述控制系统相接用于输出所述行程信号，所述主动传动轴和所述从动传动轴上均设有同步轮，所述同步带设置在两个所述同步轮上，所述同步带具有反向运动的第一带段和第二带段，两个所述滑块分别连接在所述第一带段和所述第二带段上。

在本发明的一较佳实施方式中，所述夹持基座上间隔设有至少两个第一深沟球轴承，所述主动传动轴穿设在各所述第一深沟球轴承中形成转动结构，所述主动传动轴的一端设有第一锥齿轮，所述主动传动轴通过所述第一锥齿轮与所述驱动装置啮合相接。

在本发明的一较佳实施方式中，所述平动式电动夹取装置还包括第一拉紧结构，所述第一拉紧结构包括相对设置在所述主动传动轴的两端的第一拉紧螺钉以及第一限位卡簧，所述主动传动轴的一端通过所述第一限位卡簧卡接在所述夹持基座上，所述主动传动轴的另一端通过所述第一拉紧螺钉与所述夹持基座可调节地相连接。

在本发明的一较佳实施方式中，所述夹持基座上间隔设有至少两个第二深沟球轴承，所述从动传动轴穿设在各所述第二深沟球轴承中形成转动结构，所述从动传动轴的一端设有联轴器，所述从动传动轴通过所述联轴器与所述控制系统相接。

在本发明的一较佳实施方式中，所述平动式电动夹取装置还包括第二拉紧结构，所述第二拉紧结构包括相对设置在所述从动传动轴的两端的第二拉紧螺钉以及第二限位卡簧，所述从动传动轴的一端通过所述第二限位卡簧卡接在所述夹持基座上，所述从动传动轴的另一端通过所述第二拉紧螺钉与所述夹持基座可调节地相连接。

在本发明的一较佳实施方式中，所述平动式电动夹取装置还包括同步带张紧结构，所述同步带张紧结构包括设置在所述夹持基座上的固定块、可滑动地设置在所述固定块上的从动端轴承座、以及设置在所述夹持基座与所述从动端轴承座之间的松紧螺杆，各所述第二深沟球轴承均设置在所述从动端轴承座上，所述松紧螺杆能够带动所述从动端轴承座沿所述同步带的设置方向运动。

在本发明的一较佳实施方式中，所述驱动装置包括设置在所述夹持基座上的电机、以及设置在所述电机上的减速机，所述减速机上设有主动齿轮，所述主动齿轮与所述第一锥齿轮啮合设置。

在本发明的一较佳实施方式中，所述控制系统包括编码器和电路模块，所述编码器通过所述联轴器与所述从动传动轴相连接，所述电路模块电连接所述编码器和所述电机，所述电路模块接收所述编码器采集的所述行程信号，控制所述电机的输出行程。

在本发明的一较佳实施方式中，所述平动式电动夹取装置还包括设置在所述夹持基座上的转接头，所述转接头上设有至少一个定位连接部。

本发明还提供了一种机械臂，包括前述的平动式电动夹取装置。

本发明的技术方案具有以下显著有益效果：

本发明所述平动式电动夹取装置使用时，将夹持基座安装在生物实验自动化功能岛中的机械臂上，利用机械臂带动夹持基座运动至夹持工位。然后利用控制系统获取同步传动机构的行程信号，从而计算出两个夹爪的相对位置。随后控制系统根据两个夹爪的相对位置，控制驱动装置带动两个夹爪同向运动或反向运动，使两个夹爪开合至目标大小，从而便于夹取各实验物料。本发明的控制系统能够根据同步传动机构反馈的行程信号间接地获取两个夹爪的相对位置，并根据所需夹取的实验物料大小，控制驱动装置带动两个夹爪调节至目标开合大小，从而更加高效、精准地完成夹取实验物料的操作。且在平动式电动夹取装置使用过程中，同步传动机构安装在夹持基座上的固定位置，控制系统与同步传动机构电连接即可控制两个夹爪的开合大小，减少了平动式电动夹取装置内的线束，从而避免夹爪在运动过程中对线束造成拉扯和摩擦，提高了线束的使用稳定性及使用寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式来限制本发明公开的范围。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本发明的理解，并不是具体限定本发明各部件的形状和比例尺寸。本领域的技术人员在本发明的教导下，可以根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本发明。

图1为平动式电动夹取装置的一种主视剖视结构示意图；

图2为平动式电动夹取装置的一种后视结构示意图；

图3为平动式电动夹取装置的一种底视结构示意图；

图4为平动式电动夹取装置的一种侧视结构示意图；

图5为主动传动轴的一种侧视结构剖视图；

图6为从动传动轴的一种侧视结构剖视图；

图7为平动式电动夹取装置的一种立体结构示意图；

图8为平动式电动夹取装置的一种立体内部结构示意图；

图9为编码器的安装结构示意图。

以上附图的附图标记：

1、夹持基座；11、第一深沟球轴承；12、第二深沟球轴承；13、I/O接口；14、通信串口；

2、导向结构；21、直线导轨；22、滑块；23、限位块；24、连接板；

3、夹持机构；30、夹爪；31、定位销；32、锁紧螺钉；

4、同步传动机构；41、主动传动轴；411、第一锥齿轮；412、第一拉紧螺钉；413、第一限位卡簧；42、从动传动轴；421、联轴器；422、第二拉紧螺钉；423、第二限位卡簧；43、同步带；431、第一带段；432、第二带段；44、同步轮；45、固定块；46、从动端轴承座；47、松紧螺杆；

5、驱动装置；51、电机；52、减速机；53、主动齿轮；

6、控制系统；61、编码器；611、工作轴；62、编码器安装座；63、调整块；

7、转接头；71、定位连接部。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，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做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。

实施方式一

请结合参阅图1和图2所示，本发明的实施例中提供了一种平动式电动夹取装置，包括：夹持基座1；设置在夹持基座1上的导向结构2；夹持机构3，夹持机构3包括两个相对设置的夹爪30，两个夹爪30可运动地设置在导向结构2上；设置在夹持基座1上的同步传动机构4，同步传动机构4与导向结构2相接，用于带动两个夹爪30同向运动或反向运动；驱动装置5，与同步传动机构4可传动地相接；以及控制系统6，控制系统6电连接同步传动机构4和驱动装置5，控制系统6能够采集同步传动机构4的行程信号，控制驱动装置5的输出行程。

整体上，该平动式电动夹取装置使用时，将夹持基座1可安装在生物实验自动化功能岛中的机械臂上，利用机械臂带动夹持基座1运动至夹持工位。然后利用控制系统6获取同步传动机构4的行程信号，从而计算出两个夹爪30的相对位置。随后控制系统6根据两个夹爪30的相对位置，控制驱动装置5带动两个夹爪30同向运动或反向运动，使两个夹爪30开合至目标大小，从而便于夹取各实验物料。

本实施例中控制系统6能够根据同步传动机构4反馈的行程信号间接地获取两个夹爪30的相对位置，并根据所需夹取的实验物料大小，控制驱动装置5带动两个夹爪30调节至目标开合大小，从而更加高效、精准地完成夹取实验物料的操作。

且在平动式电动夹取装置使用过程中，同步传动机构4安装在夹持基座1上的固定位置，控制系统6与同步传动机构4电连接即可控制两个夹爪30的开合大小，减少了平动式电动夹取装置内的线束，从而避免夹爪30在运动过程中对线束造成拉扯和摩擦，提高了线束的使用稳定性及使用寿命。

在发明的实施方式中，如图1所示的实施例，导向结构2包括设置在夹持基座1上的直线导轨21、以及相对设置在直线导轨21上的两个滑块22，每个夹爪30对应设置在一个滑块22上。

具体的，滑块22上固定设有连接板24，滑块22通过连接板24与同步带43相接。通过直线导轨21与滑块22相配合，两个夹爪30能够沿直线导轨21运动形成平动式开合，从而调节两个夹爪30之间的开合大小。相较于铰接式的开合方式，在夹爪大小一定的情况下，通过增加直线导轨21的长度使得两个夹爪30获得了更大的开合范围。且直线导轨21能够对滑块22起到运动限位作用，能够提高两个夹爪30的运动稳定性，从而提高了夹取的稳定性。

在本发明的实施方式中，如图4所示的实施例，夹爪30与滑块22通过可拆卸结构相连接。通过将夹爪30可拆卸地连接在滑块22上，当夹取不同实验物料时，还可更换与试验物料相对应的夹爪30，从而起到更好的夹取效果。设计人员可根据实际使用需要确定夹爪30的具体结构，在此不作限制。

在本发明的实施方式中，可拆卸结构包括设置在夹爪30与滑块22之间的至少一个定位销31、以及连接夹爪30与滑块22的至少一个锁紧螺钉32。

具体的，定位销31并列设置有两个。通过在夹爪30与滑块22之间设置两个定位销31能够防止夹爪30与滑块22之间出现转动，且通过两个定位销31协同配合，提高了夹爪30在滑块22之间的定位安装精度。在安装时，可先使用定位销31将夹爪30定位在滑块22上，然后在使用锁紧螺钉32将夹爪30固定在滑块22上。

在另外的实施例中，夹爪30可通过卡接结构连接在滑块22上，这里不作具体限制。

在本发明的实施方式中，直线导轨21上设有限位结构，限位结构包括设置在直线导轨21的两端的限位块23。

通过设置在直线导轨21的两端的限位块23，能够限制滑块22的运动行程，防止滑块22脱离直线导轨21。且通过控制两个限位块23之间的设置距离，还能够控制两个夹爪30之间的最大开合大小。设计人员可根据使用需要确定两个限位块23的间隔大小，这里不作具体限制。

在本发明的实施方式中，如图1、图5和图6所示的实施例，同步传动机构4包括相对设置在夹持基座1上的主动传动轴41和从动传动轴42、以及同步带43，主动传动轴41与驱动装置5相接，从动传动轴42与控制系统6相接用于输出行程信号，主动传动轴41和从动传动轴42上均设有同步轮44，同步带43设置在两个同步轮44上，同步带43具有反向运动的第一带段431和第二带段432，两个滑块22分别连接在第一带段431和第二带段432上。

具体的，主动传动轴41和从动传动轴42平行设置，同步带43平行于直线导轨21设置。同步带43在运动过程中，第一带段431和第二带段432相对设置在主动传动轴41和从动传动轴42的两侧，从而第一带段431和第二带段432能够同步反向运动。

当两个滑块22分别连接在第一带段431和第二带段432上时，同步带43能够驱动两个滑块22同步相向运动或背离运动，从而带动位于不同滑块22上的两个夹爪30做开合运动。通过采用同步带43驱动两个夹爪30做开合运动，同步带43能够实现无极调节，提高了夹爪30的开合大小的控制精度。

在本发明的实施方式中，如图5所示的实施例，夹持基座1上间隔设有至少两个第一深沟球轴承11，主动传动轴41穿设在各第一深沟球轴承11中形成转动结构，主动传动轴41的一端设有第一锥齿轮411，主动传动轴41通过第一锥齿轮411与驱动装置5啮合相接。

具体的，两个第一深沟球轴承11分别设置在主动传动轴41的两端，将主动传动轴41可转动地安装在夹持基座1上。通过设置在主动传动轴41的一端的第一锥齿轮411能够带动主动传动轴41转动，并通过主动传动轴41将转动传递至同步带43，利用同步带43能够带动直线导轨21上的滑块22运动，从而起到控制两个夹爪30的开合大小的作用。

通过采用锥齿轮进行传动，锥齿轮具有更好地传动效率，锥齿轮在传动过程中不会出现打滑，提高了传动稳定性。并且通过采用锥齿轮进行传动，能够使得主动传动轴41的设置方向与驱动装置5的设置方向在轴向上错开设置，从而降低了主动传动轴41与驱动装置5所需的安装空间，减少了平动式电动夹取装置的大小并提高了集成性。

在本发明的实施方式中，平动式电动夹取装置还包括第一拉紧结构，第一拉紧结构包括相对设置在主动传动轴41的两端的第一拉紧螺钉412以及第一限位卡簧413，主动传动轴41的一端通过第一限位卡簧413卡接在夹持基座1上，主动传动轴41的另一端通过第一拉紧螺钉412与夹持基座1可调节地相连接。

通过将主动传动轴41的一端通过第一限位卡簧413卡接在夹持基座1上，此时可通过调节第一拉紧螺钉412拉紧主动传动轴41，能够将主动传动轴41锁紧在夹持基座1上，避免主动传动轴41在使用过程中出现松动的问题，提高了主动传动轴41的运行稳定性。

在本发明的实施方式中，如图6所示的实施例，夹持基座1上间隔设有至少两个第二深沟球轴承12，从动传动轴42穿设在各第二深沟球轴承12中形成转动结构，从动传动轴42的一端设有联轴器421，从动传动轴42通过联轴器421与控制系统6相接。

具体的，两个第二深沟球轴承12分别设置在从动传动轴42的两端，使得从动传动轴42可转动地安装在夹持基座1上。通过设置在从动传动轴42的一端的联轴器421能够与控制系统6相连接，从而控制系统6能够根据从动传动轴42的转动数据，获取同步带43的行程信号。其中，行程信号可包括同步带43的实时运动数据以及两个夹爪30在同步带43上的相对位置数据。控制系统6通过获取行程信号，能够控制驱动装置5的输出行程，从而将两个夹爪30的开合大小调节至目标大小，从而能够更加稳定地夹取各种大小的实验物料。

在本发明的实施方式中，平动式电动夹取装置还包括第二拉紧结构，第二拉紧结构包括相对设置在从动传动轴42的两端的第二拉紧螺钉422以及第二限位卡簧423，从动传动轴42的一端通过第二限位卡簧423卡接在夹持基座1上，从动传动轴42的另一端通过第二拉紧螺钉422与夹持基座1可调节地相连接。

通过将从动传动轴42的一端通过第二限位卡簧423卡接在夹持基座1上，此时可通过调节第二拉紧螺钉422拉紧从动传动轴42，能够将从动传动轴42锁紧在夹持基座1上，避免从动传动轴42在使用过程中出现松动的问题，提高了从动传动轴42的运行稳定性。

在本发明的实施方式中，如图2所示的实施例，平动式电动夹取装置还包括同步带张紧结构，同步带张紧结构包括设置在夹持基座1上的固定块45、可滑动地设置在固定块45上的从动端轴承座46、以及设置在夹持基座1与从动端轴承座46之间的松紧螺杆47，各第二深沟球轴承12均设置在从动端轴承座46上，松紧螺杆47能够带动从动端轴承座46沿同步带43的设置方向运动。

通过将各第二深沟球轴承12设置在从动端轴承座46，使得从动传动轴42能够随从动端轴承座46同步在固定块45上滑动。通过转动松紧螺杆47能够推动从动端轴承座46沿同步带43的设置方向在固定块45上滑动，并带动从动传动轴42同步运动，以调节从动传动轴42与主动传动轴41之间的相对距离。通过将从动传动轴42与主动传动轴41之间的间隔距离调节至合适大小，能够起到张紧同步带43的作用，减少了同步带43的滑动误差，提高了同步带43的传动精度。

在本发明的实施方式中，驱动装置5包括设置在夹持基座1上的电机51、以及设置在电机51上的减速机52，减速机52上设有主动齿轮53，主动齿轮53与第一锥齿轮411啮合设置。

具体的，电机51设置为伺服电机51，电机51通过主动齿轮53与主动传动轴41上的第一锥齿轮411啮合设置用于传动。电机51与控制系统6电连接，利用控制系统6能够根据从动传动轴42反馈的同步带43的行程信号控制电机51的输出行程，通过电机51带动同步带43运动，从而控制两个夹爪30的开合大小。

并且同步带43和电机51均安装在夹持基座1上的固定位置，控制系统6通过获取行程信号能够间接地获取两个夹爪30的相对位置及运动行程，无需在两个夹爪30上设置位置和行程反馈装置，简化了平动式电动夹取装置内的线束布置，避免了夹爪30在运动过程中对线束造成拉扯和摩擦，提高了线束的使用稳定性及使用寿命。

在本发明的实施方式中，如图1和图9所示的实施例，控制系统6包括编码器61和电路模块(未示出)，编码器61通过联轴器421与从动传动轴42相连接，电路模块电连接编码器61和电机51，电路模块接收编码器61采集的行程信号，控制电机51的输出行程。

具体的，在夹持基座1上设置编码器安装座62，编码器安装座62上设有可滑动的调整块63，该编码器61设置在调节块上，编码器61的工作轴611穿出调整块63并通过联轴器421与从动传动轴42的一端相接。

通过将编码器61设置在调节块上，调节块能够带动编码器61在编码器安装座62上滑动，从而调节编码器61的工作轴611的位置，使得工作轴611与从动传动轴42之间的同轴度误差在设定区间内，避免因工作轴611与从动传动轴42之间轴向不重合而造成编码器61损坏的问题。

通过将编码器61与从动传动轴42相接，编码器61能够通过从动传动轴42获取同步带43的行程信号，并将该行程信号转化为脉冲信号反馈给电路模块，从而获得两个夹爪30的相对位置。

通过编码器61能够对两个夹爪30的位置进行实时记录和反馈至电路模块，并且电路模块可通过PID算法控制电机51的输出行程，从而控制两个夹爪30的开合大小，以满足不同大小的实验物料的夹取需要。

设计人员可根据使用需要确定电路模块所采用的控制芯片，例如电路模块可采用STM32F103C8T8芯片作主控以控制电机51的运动状态，在此不作具体限制。通过编码器61与电路模块相配合能够对夹爪30的运动位置进行判断、记录和反馈，从而实现了夹爪30运动的闭环控制。

进一步地，如图3所示的实施例，可在夹持基座1上设置与电路模块电连接的预留接口，通过预留接口便于连接外部设备或机械臂。设计人员可根据使用需要确定预留接口的类型，例如I/O接口13和通信串口14，在此不作限制。

在本发明的实施方式中，如图7和图8所示的实施例，平动式电动夹取装置还包括设置在夹持基座1上的转接头7，转接头7上设有至少一个定位连接部71。

通过设置在夹持基座1上转接头7，能够将夹持基座1安装在不同的工作设备上，用于执行实验物料的夹取放置、位置转移及装配等操作，具有更好的使用灵活性。

具体的，转接头7可拆卸地连接在夹持基座1上，通过更换不同的转接头7能够适用于不同的工作设备，利用转接头7能够快速地将平动式电动夹取装置安装在目标工作设备上，提高了平动式电动夹取装置的安装效率，使得平动式电动夹取装置能够满足多场景的应用需要。

并且转接头7上可设置多个定位连接部71，转接头7通过定位连接部71与各工作设备实现可拆卸相连接，具有更好的兼容性。设计人员可根据使用需要调整定位连接部71的设置数量，例如在转接头7上设有4个定位连接部71，在此不作具体限制。

实施方式二

本发明的实施例中还提供了一种机械臂，包括实施方式一中的平动式电动夹取装置。具体的，平动式电动夹取装置通过转接头7安装在机械臂上。该平动式电动夹取装置的具体结构、工作原理和有益效果与前述实施例中相同，在此不再赘述。该机械臂通过运用平动式电动夹取装置能够更加精准、稳定地夹取实验物料。

披露的所有文章和参考资料，包括专利申请和出版物，出于各种目的通过援引结合于此。描述组合的术语“基本由…构成”应该包括所确定的元件、成分、部件或步骤以及实质上没有影响该组合的基本新颖特征的其他元件、成分、部件或步骤。使用术语“包含”或“包括”来描述这里的元件、成分、部件或步骤的组合也想到了基本由这些元件、成分、部件或步骤构成的实施方式。这里通过使用术语“可以”，旨在说明“可以”包括的所描述的任何属性都是可选的。多个元件、成分、部件或步骤能够由单个集成元件、成分、部件或步骤来提供。另选地，单个集成元件、成分、部件或步骤可以被分成分离的多个元件、成分、部件或步骤。用来描述元件、成分、部件或步骤的公开“一”或“一个”并不说为了排除其他的元件、成分、部件或步骤。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。