[发明专利]一种单一电机驱动的可升降高精度抓放机械手及其控制方法

权利要求书

1.一种单一动力驱动的可升降高精度抓放机械手，其特征在于：

该机械手包括驱动模块、执行模块和控制模块；

驱动模块，包括单个电机和传动齿轮作为唯一动力装置；

执行模块，主要包括机械手手部和机械手运动机构；其中：

机械手手部包括四只手臂，这四只手臂两两通过限位轴平行连接，通过弹簧和两个啮合的半齿轮实现四只手臂的联动；机械手运动机构由一个凸轮单元和多个杠杆构成，该凸轮单元包括两个同轴设置、互相平行的盘形凸轮，其中的大凸轮(7)驱动多个手臂同时内夹、外张，小凸轮(8)驱动手部的下降和回升；

控制模块，包括两个传感反馈装置，分别用于定位机械手手部的升降位置和判断机械手手部是否抓取到物品。

2.根据权利要求1所述的单一动力驱动的可升降高精度抓放机械手，其特征在于：

凸轮单元中两个凸轮呈固定夹角设置，由驱动模块的传动齿轮通过从动轴(6)连接，驱动两个凸轮同轴转动，两个凸轮的从动件分别为两个L形拉杆(9，18)，凸轮单元转动一圈通过作用杠杆实现机械手手部的升降与抓放动作同时完成。

3.根据权利要求1所述的单一动力驱动的可升降高精度抓放机械手，其特征在于：

凸轮单元中大凸轮(7)经第一L形杠杆(9)、横拉杆(10)控制多个手臂外张，小凸轮(8)经第二L形杠杆(18)控制手部的下降和回升。

4.根据权利要求1所述的单一动力驱动的可升降高精度抓放机械手，其特征在于：

小凸轮(8)与第二L形杠杆(18)的接触点与小凸轮(8)的旋转中心距离越来越小时，实现机械手手部的降落动作；小凸轮(8)与第二L形杠杆(18)的接触点与小凸轮(8)的旋转中心距离越来越大时，实现机械手手部的回升动作。

5.根据权利要求1所述的单一动力驱动的可升降高精度抓放机械手，其特征在于：

驱动模块包括：第一固定板(1)，第二固定板(2)，电机(3)，第一齿轮(4)，第二齿轮(5)；第一固定板(1)和第二固定板(2)通过支柱连接形成机械手的固定框架，固定板(1)和固定板(2)之间布置有主动轴和从动轴，主动轴与从动轴(6)之间通过传动齿轮啮合传动。

6.根据权利要求1所述的单一动力驱动的可升降高精度抓放机械手，其特征在于：

机械手手部由四只手臂(13、16、20、21)，互相啮合的两个半齿轮(11、14)、拉力弹簧和定位块(17)组成，使得各个手臂可以同步联动，完成对物品的内夹和外张。

7.根据权利要求6所述的单一动力驱动的可升降高精度抓放机械手，其特征在于：

机械手手部中，第一手臂(13)和第二手臂(16)相对地设置在互相啮合的半齿轮(11、14)边缘，第三手臂(20)和第四手臂(21)经第一限位轴(12)和第二限位轴(15)与第一手臂(13)和第二手臂(16)固定。

8.根据权利要求6所述的单一动力驱动的可升降高精度抓放机械手，其特征在于：

控制模块，包括凸轮传感装置(22)和机械手传感装置(23)，分别用于定位机械手手部的升降位置和判断机械手手部有无抓取到物品；

凸轮传感装置(22)位于两凸轮间，用于完成凸轮旋转定位；

机械手传感装置(23)位于机械手手部下部，用于判断机械手手部检测抓手中是否存在物品。

9.根据权利要求6所述的单一动力驱动的可升降高精度抓放机械手，其特征在于：

凸轮传感装置(22)是光电开关，机械手传感装置(23)是对射开关。

10.根据权利要求6所述的单一动力驱动的可升降高精度抓放机械手，其特征在于：

该机械手用于波谱能谱复合型X射线荧光光谱仪的样品全自动进样和取出。

11.一种如权利要求1所述的单一动力驱动的可升降高精度抓放机械手的控制方法，其特征在于：包括如下步骤：

a.外张和降落：当驱动模块中的第二齿轮(5)带动大凸轮(7)正向转动推动第一L形杠杆(9)时，杠杆带动横拉杆(10)，手部手臂在横拉杆(10)的作用下外张，完成对物品的松开动作；同时，与大凸轮(7)呈固定夹角的小凸轮(8)在转动过程中始终对第二L形杠杆(18)产生作用，当作用点距凸轮旋转中心的距离随转动至最小值时，杠杆带动机械手手部下降，完成手部的降落动作；

b.内夹和回升：大凸轮(7)对第一L形杠杆(9)的作用逐渐减小，手臂在弹簧的拉动下逐渐内夹，通过手臂间的齿轮啮合带动手臂联动，继而实现手臂的同时内夹，完成对物品的抓取动作；随后，小凸轮(8)与第二L形杠杆(18)的作用点距凸轮旋转中心的距离随转动逐渐增大，杠杆带动机械手手部上升，完成手部的回升动作；

c.降落和外张：当驱动模块中的第二齿轮(5)带动小凸轮(8)逆向转动对第二L形杠杆(18)产生作用，作用点距凸轮旋转中心的距离随转动至最小值时，杠杆带动机械手手部下降，完成手部的降落动作；随后，大凸轮(7)经转动推动第一L形杠杆(9)，杠杆带动横拉杆(10)，手臂在横拉杆的作用下外张，手臂通过手臂间的半齿轮啮合带动其他手臂联动，继而实现手臂的同时外张，完成对物品的放置动作；

d.回升、内夹和复原：小凸轮(8)与第二L形杠杆(18)的作用点距凸轮旋转中心的距离随转动逐渐增大，杠杆带动机械手手部上升，完成手部的回升动作；随后，大凸轮(7)对第一L形杠杆之间的作用逐渐减小，手臂在弹簧的拉动下逐渐内夹，通过手臂间的齿轮啮合带动手臂联动，继而实现手臂的同时内夹，机械手回归初始状态。