一种电动夹爪和机械臂

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，具体涉及一种电动夹爪和机械臂。

背景技术

电动夹爪是一种依靠电动执行机构实现夹持功能的夹具，它被广泛运用于各个领域，为生产线和物流搬运等工作提供了高效的解决方案。电动夹爪具有开合夹紧和释放的功能。其主要夹紧部件包括活动爪和固定爪。通电时，电机传动活动爪沿着导轨运动，使其夹紧或释放被夹物，从而实现对被夹物的自动化夹紧操作。相较于传统的手动夹爪，电动夹爪更加稳定可靠，并且能够夹持不同形状和重量的物体。它不仅可以迅速抓取和搬运物体，还可以根据需求进行智能化操作，具备多功能性。电动夹爪的作用是提升生产效率。在制造业领域，它可以用于装配线上的零部件抓取和组装。在物流仓储领域，它可以快速、准确地搬运货物。此外，电动夹爪还可以与计算机系统或其他设备连接，实现智能化的自动操作。它还可以成为机器人手臂的核心部件，实现精密操控和操作。

电动夹爪在现有的技术基础上，仍然有许多需要改进的地方，以提升其性能、可靠性和适应性。现有技术中的电动夹爪，抓取的模式单一，致使应用场景较为单一。

发明内容

(一)发明目的

本发明的目的是提供一种可以自行切换不同的模式，可以适应更多的应用场景电动夹爪和机械臂。

(二)技术方案

为解决上述问题，本发明提供了一种电动夹爪，包括：夹指、夹持驱动机构和壳体，

所述夹指设置为至少两个，对称设置于壳体的端部；

所述夹持驱动机构，设置于壳体的内部；

所述壳体内部包括轨迹层；所述夹指设置于所述轨迹层第一端面，所述轨迹层均匀设置有与所述夹指数量相对应的轨迹对，所述轨迹对包括第一轨迹和第二轨迹，所述第一轨迹和第二轨迹在相互趋近的部分的端部重合；

所述夹指在第一轨迹内相互靠近或相互远离，实现对第一重量物品的夹取；

所述夹指在第二轨迹内相互靠近或相互远离，实现对第二重量物品的夹取。

本发明的另一方面，优选地，所述第一轨迹设置为圆弧轨迹或者渐开线轨迹；所述第二轨迹设置为渐开线轨迹。

本发明的另一方面，优选地，所述壳体内部还包括轨迹引导层和电磁铁层，所述轨迹引导层设置于所述电磁铁层与所述轨迹层之间；所述电磁铁层包括电磁铁；

所述电磁铁与所述轨迹引导层抵接时，所述夹指在第一轨迹内相互靠近或相互远离；

所述轨迹层与所述轨迹引导层抵接时，所述夹指在第二轨迹内相互靠近或相互远离。

本发明的另一方面，优选地，所述轨迹引导层靠近所述轨迹层的端面均匀设置有与所述夹指数量相对应的突出部，所述突出部形状与轨迹槽减去第二轨迹后的形状相适配，所述轨迹层与所述轨迹引导层抵接时，所述突出部卡接在所述第一轨迹内。

本发明的另一方面，优选地，所述电磁铁层还包括第一弹簧，所述电磁铁通电时，所述电磁铁与所述轨迹引导层抵接，所述电磁铁断电时，在第一弹簧的作用力下，所述轨迹引导层与所述轨迹层抵接。

本发明的另一方面，优选地，还包括销轴和销轴轴承，所述夹指通过所述销轴在所述轨迹内移动，所述销轴与所述轨迹层通过所述销轴轴承转接。

本发明的另一方面，优选地，还包括导轨，所述导轨设置于所述轨迹层第一端面，对所述夹指的移动进行导向。

本发明的另一方面，优选地，还包括导轨滚珠，所述导轨滚珠设置于所述夹指与所述导轨之间，所述夹指与所述导轨通过所述导轨滚珠滚动连接。

本发明的另一方面，优选地，还包括第二弹簧，所述第二弹簧一端与所述销轴连接，另一端与所述导轨连接，所述第二弹簧对所述销轴产生远离所述轨迹层中心的作用力。

本发明的另一方面，优选地，一种机械臂，所述机械臂包括如上所述电动夹爪。

(三)有益效果

本发明的上述技术方案具有如下有益的技术效果：

本发明通过设置第一轨迹和第二轨迹，并且第一轨迹和第二轨迹相互趋近的轨迹段在末端重合，让夹指在第一轨迹内相互靠近或相互远离，实现对第一重量物品的夹取；让夹指在第二轨迹内相互靠近或相互远离，实现对第二重量物品的夹取；可自适应调整抓取物品。通过第一轨迹和第二轨迹的切换，以适应不同物体的特性，可以根据物体的尺寸、形状和重量自动调整夹爪的抓取方式。在相同输出功率情况下，对于需要夹持力度大而对速度要求不敏感的场合，可以使用相对较长的轨迹；对于需要夹持力度不敏感而对速度有要求的场合，可以使用相对较短的轨迹。本发明有多种轨迹组合方式，以及多种夹指数量组合方式，使用范围较广，可以有多个抓取模式，可以适应更多的应用场景。

附图说明

图1是本发明一个实施例的电动夹爪的整体结构剖视图；

图2是本发明一个实施例的电动夹爪的整体结构左视图；

图3是本发明一个实施例的电动夹爪的整体结构图；

图4是本发明一个实施例的电动夹爪的轨迹层结构俯视图；

图5是本发明一个实施例的电动夹爪的轨迹层结构侧视图；

图6是本发明一个实施例的电动夹爪的轨迹引导层结构俯视图；

图7是本发明一个实施例的电动夹爪的轨迹引导层结构侧视图；

附图标记：

1：夹指；2：夹持驱动机构；3：壳体；3-1：轨迹层；3-1-1：第一轨迹；3-1-2：第二轨迹；3-2：轨迹引导层；3-3：电磁铁层；3-3-1：电磁铁；3-2-1：突出部；3-3-2：第一弹簧；4：销轴；5：销轴轴承；6：导轨；7：导轨滚珠；8：第二弹簧。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

在附图中示出了根据本发明实施例的层结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状以及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。

显然，所描述的实施例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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

以下将参照附图更详细地描述本发明。在各个附图中，相同的元件采用类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。

在下文中描述了本发明的许多特定的细节，例如器件的结构、材料、尺寸、处理工艺和技术，以便更清楚地理解本发明。但正如本领域的技术人员能够理解的那样，可以不按照这些特定的细节来实现本发明。除非在下文中特别指出，半导体器件中的各个部分可以由本领域的技术人员公知的材料构成。

实施例一

一种电动夹爪，图1示出了本发明一个实施例的电动夹爪的整体结构剖视图；图2示出了本发明一个实施例的电动夹爪的整体结构左视图；图3示出了本发明一个实施例的电动夹爪的整体结构图；如图1、图2、图3所示，包括：夹指1、夹持驱动机构2和壳体3，

所述夹指1设置为至少两个，对称设置于壳体3的端部；

所述夹持驱动机构2，设置于壳体3的内部；

所述壳体3内部包括轨迹层3-1；所述夹指1设置于所述轨迹层第一端面，所述轨迹层3-1均匀设置有与所述夹指1数量相对应的轨迹对，所述轨迹对包括第一轨迹3-1-1和第二轨迹3-1-2，所述第一轨迹3-1-1和第二轨迹3-1-2在相互趋近的部分的端部重合；

此处不限制夹指1的具体结构，可以任意切换不同的形式和规格，可以适应更多的应用场景，可以是一个自由度的夹指，也可以有多个自由度的夹指，可选的，夹指1设置为两个、三个或四个；均匀设置于壳体3的端部；可选的，本实施例中，夹指1设置为两个，对称设置于壳体3的端部；此处不限制夹指1具体结构，可以是根据夹紧力、夹紧范围和夹持稳定性等设计的夹爪的形状和尺寸，也可以是相对面是平整的，也可以是相对面设置为波形或有其他增大摩擦结构的，也可以是相对面上设置有用于夹紧的压紧板等；此处也不限制对称设置于壳体3的端部的具体位置，也不限制夹指1设置于壳体3的端部的具体方式，可以是直接设置在壳体3的端部，也可以是通过其他零部件设置在壳体3的端部，可以是在壳体3端部的边缘部位，也可以是在壳体3端部的任意位置；

此处也不限制夹持驱动机构2的具体内容，可以是采用电机或气缸来提供动力，电机可以通过丝杠、齿轮等传动机构来驱动夹指的开合运动；气缸则可以通过气压的变化来驱动夹指的开合运动，电机可以采用直流电机或步进电机作为动力源，直流电机具有较好的低速性能和转矩特性，适合用于需要低速大扭矩的应用场景；步进电机则具有高精度和高响应的特点，能够实现精细的运动控制；

夹持驱动机构2，设置于壳体3的内部；夹持驱动机构2是给夹指1提供动力的部件，此处不限制壳体3的具体结构，壳体3内部设置有空腔，夹持驱动机构2设置在壳体3的内部空腔内，壳体3可以是圆柱体形、矩形也可以是任意一个形状；本领域技术人员能够理解，只要能够将夹持驱动机构2设置于壳体3的内部即可；

图4示出了本发明一个实施例的电动夹爪的轨迹层结构俯视图；图5示出了本发明一个实施例的电动夹爪的轨迹层结构侧视图；如图4和图5所示，壳体3内部包括轨迹层3-1；此处不限制轨迹层3-1的具体结构，可选的，可以是圆形的，也可以是椭圆形的，也可以是矩形的，可选的，本实施例中，轨迹层3-1为圆形的，夹指1设置于轨迹层第一端面，并且本实施例中的一对夹指1对称设置于壳体3的端部，也就是轨迹层3-1在壳体3的端部，一对夹指1通过轨迹层3-1设置在壳体3的端部，轨迹层3-1对称设置有一对轨迹，电动夹爪的轨迹是指在给定起点和终点的情况下，规划出夹爪的运动轨迹，此处不限制轨迹层3-1的具体结构，也不限制轨迹层3-1的具体材料，一对夹指分别设置在一对轨迹内，本实施例中，一对夹指在轨迹内运动，实现夹取物品的动作，此处不限制夹持驱动机构2对夹指1的驱动方式，可以是夹持驱动机构2的输出轴与轨迹层3-1连接，带动轨迹层3-1旋转，旋转的时候带动一对夹指在一对轨迹内运动，轨迹包括第一轨迹3-1-1和第二轨迹3-1-2，此处不限制第一轨迹3-1-1和第二轨迹3-1-2的具体内容，可选的，可以分别是同一个完整图形中的两部分，如同一个圆形的不同的两个圆弧部分，也可以分别是规律不同的两个图形的部分；

可选的，本实施例中，第一轨迹3-1-1设置为圆弧轨迹或者渐开线轨迹；第二轨迹3-1-2设置为渐开线轨迹。此处不限制圆弧轨迹的具体的曲率，也不限制渐开线轨迹的曲率，可以根据实际需求进行曲率设计；第一轨迹3-1-1和第二轨迹3-1-2相互趋近的部分的端部重合；此处不限制第一轨迹3-1-1和第二轨迹3-1-2相互靠近的端重合部分的具体大小，可选的，第一轨迹3-1-1的第一端点在轨迹层3-1圆形的较为边缘的部分，第一轨迹3-1-1的第二端点在轨迹层3-1圆形靠近圆心的部分，进一步的，第二轨迹3-1-2的第三端点与第一轨迹3-1-1的第二端点重合，第二轨迹3-1-2的第三端点在轨迹层3-1圆形靠近圆心的部分，第二轨迹3-1-2的第四端点在轨迹层3-1圆形的较为边缘的部分，与第一轨迹3-1-1的第一端点所在的位置相反；

此处也不限制第一轨迹3-1-1和第二轨迹3-1-2的具体关系，可以是第一轨迹3-1-1的长度小于第二轨迹3-1-2的长度，也可以是第一轨迹3-1-1的长度大于等于第二轨迹3-1-2的长度，可选的，本实施例中，第一轨迹3-1-1的长度小于第二轨迹3-1-2的长度；

夹指1在第一轨迹3-1-1内相互靠近或相互远离，实现对第一重量物品的夹取；夹指1在第二轨迹3-1-2内相互靠近或相互远离，实现对第二重量物品的夹取。此处不限制第一重量和第二重量的具体关系，可选的，可以是第一重量的重量大于等于第二重量的重量，也可以是第一重量的重量小于第二重量的重量；可选的，本实施例中，第一重量的重量小于第二重量的重量；也就是在第一轨迹3-1-1内时的夹持力小于在第二轨迹3-1-2内的夹持力；此处不限制夹指1在第一轨迹3-1-1内相互靠近或相互远离，实现对第一重量物品的夹取时的第一速度，也不限制夹指1在第二轨迹3-1-2内相互靠近或相互远离，实现对第二重量物品的夹取时的第二速度，也不限制第一速度和第二速度的关系，可以是第一速度大于等于第二速度，也可以是第一速度小于第二速度，可选的，本实施例中，第一速度大于第二速度；进一步，可选的，本实施例中，第一轨迹3-1-1是圆弧轨迹，第二轨迹3-1-2是渐开线轨迹，第一轨迹3-1-1的长度小于第二轨迹3-1-2的长度，夹指1在第一轨迹3-1-1内的夹持力小于夹指1在第二轨迹3-1-2内的夹持力，夹指1在第一轨迹3-1-1内的夹持的第一速度大于夹指1在第二轨迹3-1-2内的夹持的第二速度；轨迹层3-1旋转时，夹指1是在第一轨迹3-1-1和第二轨迹3-1-2内沿着直线运动。

本实施例中，通过设置第一轨迹和第二轨迹，并且第一轨迹和第二轨迹相互靠近的端重合，让夹指在第一轨迹内相互靠近或相互远离，实现对第一重量物品的夹取；夹指在第二轨迹内相互靠近或相互远离，实现对第二重量物品的夹取，可自适应调整抓取物品，通过第一轨迹和第二轨迹的切换，以适应不同物体的特性，可以根据物体的尺寸、形状和重量自动调整夹爪的抓取方式，例如可以通过视觉传感器、激光雷达、力或力矩传感器等实现物体判断。使用范围较广，可以有多个抓取模式，可以适应更多的应用场景。

本发明的一个实施例中，进一步，壳体3内部还包括轨迹引导层3-2和电磁铁层3-3，此处不限制轨迹引导层3-2的具体内容和材料，也不限制电磁铁层3-3的具体内容和材料。可选的，本实施例中，电磁铁层3-3包括电磁铁3-3-1，电磁铁3-3-1用以与轨迹引导层3-2吸附或者脱离，使夹指1在第一轨迹3-1-1和第二轨迹3-1-2之间实现轨迹切换。所述轨迹引导层3-2的材料包括电磁铁3-3-1能吸附的铁磁性材料，轨迹引导层3-2设置于电磁铁层3-3与轨迹层3-1之间；电磁铁层3-3包括电磁铁3-3-1；电磁铁3-3-1与轨迹引导层3-2抵接时，夹指1在第一轨迹3-1-1内相互靠近或相互远离；轨迹层3-1与轨迹引导层3-2抵接时，夹指1在第二轨迹3-1-2内相互靠近或相互远离。此处不限制轨迹引导层3-2的具体结构，也不限制电磁铁层3-3的具体内容。可选的，电磁铁层3-3包括电磁铁3-3-1和第一弹簧3-3-2；用以在电磁铁3-3-1断电时，使轨迹引导层3-2与轨迹层3-1抵接。具体地，电磁铁3-3-1通电时，电磁铁3-3-1与轨迹引导层3-2抵接，电磁铁3-3-1断电时，在第一弹簧3-3-2的作用力下，轨迹引导层3-2与轨迹层3-1抵接。可选的，电磁铁层3-3还包括电磁铁安装座，夹持驱动机构2的输出轴与电磁铁安装座固定连接，电磁铁安装座与电磁铁3-3-1固定连接，电磁铁3-3-1与轨迹层3-1之间的间距大于轨迹引导层3-2的轴向厚度，的电磁铁安装座设置为圆形，电磁铁安装座的直径大于电磁铁3-3-1的直径，第一弹簧3-3-2设置于电磁铁安装座没有设置电磁铁3-3-1的位置，此处不限制第一弹簧3-3-2的具体数量和弹性大小，可选的，本实施例中，第一弹簧3-3-2设置为多个，均匀设置在电磁铁安装座没有设置电磁铁3-3-1的位置，此处不限制第一弹簧的弹性，可选的，在电磁铁3-3-1与轨迹引导层3-2抵接时，第一弹簧3-3-2的状态为第一压缩状态，在轨迹层3-1与轨迹引导层3-2抵接时，第一弹簧3-3-2的状态为第二压缩状态或者自然状态，此处第一压缩状态时的压缩力大于第二压缩状态的压缩力，第一弹簧3-3-2的两端分别连接电磁铁安装座和轨迹引导层3-2，进一步，还包括销钉，销钉穿过轨迹引导层3-2将电磁铁安装座和轨迹层3-1固定在一起，可选的，销钉设置于第一弹簧3-3-2空腔内，有利于减小整体空间，销钉设置于第一弹簧3-3-2空腔，还能防止旋转的时候第一弹簧3-3-2歪倒，夹持驱动机构2通过输出轴带动电磁铁安装座旋转，电磁铁安装座通过销钉带动轨迹引导层3-2和轨迹层3-1旋转，进一步的，带动夹指1在轨迹层3-1的轨迹里运动。电磁铁3-3-1通电时，电磁铁3-3-1与轨迹引导层3-2抵接，夹指1在第一轨迹内运动，电磁铁3-3-1断电时，在第一弹簧3-3-2的作用力下，轨迹引导层3-2与轨迹层3-1抵接，夹指1在第二轨迹内运动，可自适应调整抓取物品，通过第一轨迹和第二轨迹的切换，以适应不同物体的特性。

本发明的一个实施例中，进一步，图6示出了本发明一个实施例的电动夹爪的轨迹引导层结构俯视图；图7示出了本发明一个实施例的电动夹爪的轨迹引导层结构侧视图；轨迹引导层靠近轨迹层的端面均匀设置有与所述夹指数量相对应的突出部3-2-1，可选的，本实施例中，如图6和图7所示，轨迹引导层靠近轨迹层的端面设置有一对突出部3-2-1，突出部3-2-1形状与轨迹槽减去第二轨迹后的形状相适配，轨迹层与轨迹引导层抵接时，突出部卡接在第一轨迹内。通过突出部3-2-1实现第一轨迹和第二轨迹的切换。

本发明的一个实施例中，进一步还包括销轴4和销轴轴承5，夹指1通过销轴4在轨迹内移动，销轴4与轨迹层3-1通过销轴轴承5转接。销轴4与轨迹层3-1之间设置销轴轴承5转接，减小传动摩擦，此处不限制销轴4的具体结构，可选的，本实施例中，销轴4为截面为十字结构，十字结构的竖轴部分的第一部分设置于轨迹层3-1的轨迹内，十字结构的横轴部分设置于轨迹层3-1的轨迹外；十字结构的竖轴部分的第二部分与夹指固定连接。实现夹指在轨迹内运动的目的。

本发明的一个实施例中，进一步，还包括导轨6，导轨6设置于轨迹层3-1第一端面，夹指设置于导轨6的远离轨迹层的端面，对夹指1的移动进行导向。进一步，还包括导轨滚珠7，导轨滚珠7设置于夹指1与导轨6之间，夹指1与导轨6通过导轨滚珠7滚动连接。此处不限制导轨6的具体结构，可选的，导轨6包括导轨第一部分和导轨第二部分，导轨第一部分为设置于轨迹层3-1第一端面，导轨第二部分为设置于夹指1的侧面部分，销轴4穿过导轨第一部分与夹指1底面固定，导轨第二部分中间设置有夹指1运动的间隙，导轨起到导向作用，导轨滚珠7设置在导轨第二部分与夹指1之间，减小运动的摩擦。

本发明的一个实施例中，进一步还包括第二弹簧8，第二弹簧8一端与销轴4连接，可选的，本实施例中，销轴4为截面为十字结构时，第二弹簧8的一端十字结构的横轴部分连接，另一端与导轨6连接，可选的，本实施例中，第二弹簧8另一端与导轨第一部分连接，第二弹簧8对销轴4产生远离轨迹层3-1中心的作用力。可选的，设置第二弹簧8保持对销轴4有个向外的拉力，第二弹簧8处于拉伸状态，进一步的，在第二弹簧8越过第一轨迹的中央位置后，可选的，第二弹簧8压缩状态对中心施加力，这样设置有利用节省空间尺寸，减小弹簧的体积。

实施例二

一种机械臂，机械臂包括如上电动夹爪，还包括电动夹爪的控制系统，控制系统可以根据需要控制电机的转速、转向以及夹爪的夹持力和夹持位置，从而实现精准的定位和夹持操作。同时，控制系统还可以通过与传感器和其他设备的集成，实现自动化和智能化的操作。本发明的机械臂也可以被称为机器人。

应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

在以上的描述中，对于各层的构图、刻蚀等技术细节并没有做出详细的说明。但是本领域技术人员应当理解，可以通过现有技术中的各种手段，来形成所需形状的层、区域等。另外，为了形成同一结构，本领域技术人员还可以设计出与以上描述的方法并不完全相同的方法。

以上参照本发明的实施例对本发明予以了说明。但是，这些实施例仅仅是为了说明的目的，而并非为了限制本发明的范围。本发明的范围由所附权利要求及其等价物限定。不脱离本发明的范围，本领域技术人员可以做出多种替换和修改，这些替换和修改都应落在本发明的范围之内。

尽管已经详细描述了本发明的实施方式，但是应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以对本发明的实施方式做出各种改变、替换和变更。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。