技术领域：
这项创新属于机械学范畴，具体涉及一种撞击型、杠杆启发的、能蓄能快速爆发的、带有锁定特性的超速撞击式自动抓持装置。
背景技术：
很多工作环境需要用到具备位移、攀爬、抓取、提升、抛掷等能力的机械设备。比如机器人竞赛中那种能最快速度爬上烽火台向燃料桶里投掷燃料块的机器人。惯常的构思方式是制造组合型机器人。母机器人把子机器人送上高台，子机器人前方有个V形凹槽，子机器人到达高台后立刻奔向中心燃烧物，用V形凹槽卡住燃烧物然后转动燃烧物，最后子机器人的投掷部件把球投进燃烧筒。用这种思路造的机器人有分量大、稳固性不强、拼装困难、投掷过程慢、操控难度高且配合不顺畅、调整能力弱、母子载具分离不完全等诸多问题。
在各类机械、装置、器具及物料等的夹持固定场景中，普遍使用液压驱动、气动操作或电动型机械臂，但这类机械臂难以适应高速夹持固定及存在碰撞干扰的工作条件，目前尚未发现有关利用杠杆自锁机制，通过能量积蓄瞬间爆发的，具备抗冲击性能的快速自动化抓取设备的相关资讯。
本发明旨在介绍一种新型抓取机械手，该机械手依靠杠杆死点实现支撑，通过机械装置自身的碰撞力来启动，能够储存能量并在需要时迅速释放，同时具备自锁功能。
这项发明的实现方式如下，它包含一个机械手支架，这个支架采用双层V形构造，其上设有弹簧夹持机构、杠杆启闭机构以及自动复位与监测机构，弹簧夹持机构设置在机械手支架底部的V形缺口中，杠杆启闭机构位于两个弹簧夹持机构之间，自动复位与监测机构的复位马达安装在机械手支架V形结构的顶部，复位马达的轴上装有绕线轮，绕线轮上缠绕着两条钢丝绳，这两条钢丝绳分别连接到两个弹簧夹持机构上。
本发明还具备某些构造特点，所述的弹簧夹紧握持机构包含一个旋转轴，该旋转轴设置在两个机械臂支架之间，旋转轴上套有强力扭转弹簧，并且有两个抓取机械手，这两个抓取机械手的后端分别套在旋转轴上，强力扭转弹簧的两端分别连接机械臂支架和抓取机械手。
该杠杆触发装置由多个部件构成，包括死顶点杆12、死顶点杆13、回复拉力橡皮筋14、连接杆15和16，以及两端支杆和回复拉力橡皮筋17和18，还有旋转轴19，这些部件共同组成了整个装置，死顶点杆12和死顶点杆13通过旋转轴19进行铰接，两个死顶点杆之间连接有回复拉力橡皮筋14，两个死顶点杆的另一端设有锥形导向凸台，两端支杆和回复拉力橡皮筋17和18的一端固定在锥形导向凸台内部，另一端则同时套在抓取机械爪旋转轴5和6上。
该自动回复和检测装置4还包含两个设置在机械手支架上的支撑滑轮23和24，钢丝绳21和22通过这两个支撑滑轮与弹簧抱紧抓取装置2相接。
该弹簧抱紧抓取装置二包含旋转轴五与六，这两根旋转轴的中间部位设有支座，此支座被安装于机械手支架上。
5、所述的机械爪9、10呈弧形。
该自动回复和检测装置4还配有四个行程开关25、26、27和28，这四个行程开关分别设置在机械手支架1的V形开口部位。
能量储存环节由回复电机20负责，它借助钢丝绳21和22，牵引抓取机械爪9、10向两边移动，具体位移由V形机械手支架1的四个行程开关25、26、27、28来设定，此时杠杆触发装置3在多条橡皮筋的作用下，从V形转为横直形状，并借助死点装置将两组抓取机械爪9、10撑开，随后回复电机20反向转动，使钢丝绳21和22得以松解，至此整个系统的能量储备阶段宣告结束。试验结果显示，这款机械手操作时动作极快，握持物品后稳固可靠，不会发生松脱现象，具备锁紧功能，运行状态稳定，整体表现令人满意。
这项技术是一种用于机械抓取和固定的装置。它能够作为机器或设备的快速抓持工具使用；也可以作为物品或工具的快速固定设备使用，适用于需要迅速完成抓取或固定操作的特殊场景。这种新型机械手不仅适用于机器人技术，还能充当各类机器、装置、器具的抓取部件，用于迅速搬运和安放物品；同时，它也能作为高效固定装置，实现仪器和设备的快速安装与锁定。其具备超快抓取、稳固固定、自动锁定的特点，预示着它将拥有广阔的发展空间。
图1展示该撞击型自动抓取设备从前的斜面视角，图2呈现该撞击型自动抓取设备从后的斜面视角，图3描绘该撞击型自动抓取设备在抓取物体之前从上方的视角，此时尚未启动触发，图4为该杠杆触发部件的简化图示，图5描绘该撞击型自动抓取设备在抓取物体之后从上方的视角，此时已经启动触发，图6为该撞击型自动抓取设备采用长导向杆的示意图，图7为该撞击型自动抓取设备使用马盘电机直接测量方式的示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体结构及工作原理进行进一步的说明
参照图1，这项创新包含四个主要部分，分别是V形机械手支架1、弹簧抱紧抓取装置2、杠杆触发装置3以及自动回复和检测装置4。V形机械手支架1构成了整个机械手的基础结构，它作为其他部件的安装平台。该支架可以用铝合金铆接或采用其他金属材料焊接方式制造。其底部的形态，无论是弧形、方形还是其他样式，都取决于需要抓取物品的形状，必要时能够进行自我调节。V形机械手支架1前段，其长度调整方式依据实际需求而定，具体形态参考图3、图6、图7。
弹簧夹持机构2由两个旋转轴5、6构成，配备有两个强力扭簧7、8，同时设有两组夹持机构9、10。参照图2，以机械手左侧夹持机构（即图中右侧夹持机构）为例，旋转轴5的两端都安装在V形机械臂支架1上，中间由一个基座11承托（避免在较大扭矩影响下轴发生形变）；大扭矩弹簧7套在旋转轴5上，弹簧的装配方式确保抓取机械手向两侧分开时具备强劲的回弹力（持续产生向中间夹紧的力）；抓取机械手的后部能够围绕旋转轴5进行转动，前部设计成弧形（其形态可以根据需求调整），弧形结构一方面能够增大夹持接触范围，提升抓取的稳固性，另一方面两侧闭合的弧形钩具备自锁功能，防止夹持的物体滑落，如图5所示。上下的两个夹持装置通过中间的横杆固定连接，确保夹持装置在打开和关闭时保持一致状态。左右的两组夹持装置采用镜像排列方式，运作方式相同。
参照图4，杠杆触发装置3包含死顶点杆12、死顶点杆13、回复拉力橡皮筋14、连接杆15和16、两端支杆回复拉力橡皮筋17和18、旋转轴19。死顶点杆12和死顶点杆13能够绕旋转轴19转动，最大转动角度为185度。是为了让两根杆在中间弹簧施加推力影响下，依靠拉力橡皮筋14的恢复作用，使两根杆经过死点位置30时被卡住，这样两个杆件只能朝一个方向活动两杆的末端均设有锥形导向结构，支杆的橡皮筋17和18一端安装在锥形导向结构内部，另一端固定在抓取机械爪旋转轴5和6上，目的是在电机20通过钢丝绳21、22拉开抓取机械爪时，橡皮筋14能使死顶点杆12、死顶点杆13回到初始的顶合状态，同时橡皮筋17和18的拉力促使杠杆触发装置所有部件从组，即由V形变为一字形，凸台用于导向和限制；当杠杆触发装置3前端（轴19位置）受到冲击力F触发时，装置会从一字形转为V形，其延长部分由支杆橡皮筋17和18拉伸补偿，此时死顶点杆12与其连接杆15处于分离状态，右侧结构与左侧相同。
参照图2-3可知，自动回复与检测设备4包含回复电机20，两根钢丝绳21和22，两个支撑滑轮23和24，以及四个行程开关25、26、27和28。回复电机20安装在V形槽的末端位置，该电机驱动卷线轮29进行旋转，卷线轮29的旋转动作会牵拉两根钢丝绳21和22，进而促使两组抓取机械爪9、10执行张开和闭合操作。这四个行程开关25、26、27和28用于监测两组抓取机械爪9、10的开合位置，倘若电机选用了带马盘的伺服电机，那么这四个行程开关便可以省略，具体情况如图7所示。
能量储存环节由回复电机20负责,它借助钢丝绳21和22,将抓取机械爪9、10向两边牵引,具体伸展距离由V形机械手支架1配备的行程开关25、26、27、28精确控制,此时杠杆触发装置3在众多橡皮筋的牵引下,从V字形转变为一字形,并借助死点装置,使抓取机械爪9、10相互分离(参见图3),随后回复电机20反向转动,让钢丝绳21和22得以放松,至此系统完成能量蓄积。
机械手张开时的状态展示在图1-3中，两组抓取机械爪9、10在杠杆触发装置3的固定点位置下维持打开，不过这两组抓取机械爪9、10因为扭力弹簧7、8的影响，始终存在向中心靠拢的倾向。当杠杆触发装置3中心承受要抓取物体的冲击力F时，该装置会绕轴19向内旋转，从原本的条状变为V形结构。失去支撑的两组抓取机械爪9、10，在各自扭力弹簧的驱动下，立即向内收拢，如图(5)所示，完成对物体的快速捕获，由于两组抓取机械爪9、10的端部具备弧形自锁功能，因此抓握的物体不易松脱。在冲击发生时，压缩的弹簧会立刻弹开，动能转变成了机械臂的夹紧效果，这个转变过程极其迅速，几乎与撞击动作同步完成，因此可以看作是一次迅猛的能量释放。
这种机械臂的执行方案存在多种选择，除了前面提到的依靠四个限位开关确认抓取器张开位置的方法外，还有图6展示的长导向杆方案；图7呈现的无需四个限位开关而采用马盘电机直接感应的方案；拆除回缩电机和检测单元的手动复位方案；将杠杆触发结构替换为活动金属杠杆硬接触的方案等。
图6展示的一种精简版机械手设计，它移除了回转电机与感应部件，并将导向构件的长度有所增加，此外，将前端原有的杠杆式触发结构替换为一条完整的金属条，此金属条的两端设有轻微的凹陷，我们将夹持机构的横杆安置在凹陷位置，一旦金属条承受外力冲击，便会从夹持机构的支撑横杆上滑动脱离，由此促使夹持机构能快速夹紧目标物体。这种方式的好处在于，机械手借助气动输送设备可以快速夹取物件，而且前端V形长杆能够起到定位和阻碍的效果，不过这种做法对金属杆的磨损很严重，大约碰撞十次就得更换一根金属杆，因此推荐采用图4所展示的杠杆触发装置，图4中的杠杆触发装置并非只能用于方形结构，实际应用时可以根据需求调整其形态。
权利要求
一种碰撞式自动抓取机械手，它含有机械手支架，该支架是双层V形构造，机械手支架上配置了弹簧抱紧抓取装置、杠杆触发装置以及自动回复和检测装置，两套弹簧抱紧抓取装置设置在机械手支架底部的V形开口部位，杠杆触发装置位于两套弹簧抱紧抓取装置之间，自动回复和检测装置的回复电机位于机械手支架V形结构的顶端，回复电机轴带有卷线轮，卷线轮缠绕着两段钢丝绳，这两段钢丝绳分别连接到两套弹簧抱紧抓取装置上。
该冲撞式自动抓取机械手依据权利要求1，其构造特点是弹簧抱紧抓取装置包括旋转轴，此轴设于两层机械手支架之间，具体为旋转轴5和旋转轴6，大扭力弹簧套在旋转轴5和旋转轴6上，具体为大扭力弹簧7和大扭力弹簧8，同时设有两组抓取机械爪，即抓取机械爪9和抓取机械爪10，两组抓取机械爪的后端分别安装在旋转轴5和旋转轴6上，大扭力弹簧的两端分别连接机械手支架和抓取机械爪。
该冲撞式自动抓取机械手，其结构特点在于杠杆触发装置，该装置包含死顶点杆、回复拉力橡皮筋、连接杆和两端支杆，以及旋转轴，死顶点杆有十二号和十三号两个，它们通过旋转轴铰接在一起，十二号和十三号杆之间连接有回复拉力橡皮筋，两个杆的另一端设有锥形导向凸台，支杆的回复拉力橡皮筋的一端固定在锥形导向凸台内部，另一端同时套在抓取机械爪的旋转轴上，该旋转轴有五号和六号两个
该冲撞式自动抓取机械手依据权利要求1或2，其构造特点是自动回复与检测设备4，包含两个设置在机械手支架上的支撑滑轮23和24，钢丝绳21和22通过支撑滑轮23和24，与弹簧抱紧抓取装置2形成连接。
该冲撞式自动抓取机械手依据权利要求3所述，其特征在于，自动回复与检测装置4还包含两个设置于机械手支架上的支撑滑轮23和24，钢丝绳21和22通过支撑滑轮23和24与弹簧抱紧抓取装置2相接。
该冲撞式自动抓取机械手依据权利要求2，其构造特点在于，弹簧抱紧抓取装置的旋转轴中间部位设有支座，此支座被牢固安装在机械手支架上
该冲撞式自动抓取机械手具备如下特征，其机械爪(9)、(10)的形状为弧形，依据权利要求2的规定。
该冲撞式自动抓取机械手依据权利要求4所述，其特征在于自动回复与检测装置4，该装置还包含四个行程开关25、26、27和28，这四个行程开关分别设置在机械手支架1的V形开口端位置上。
全文摘要
本发明提供了一种冲撞式自动抓取机械手。该装置由一个支架构成，这个支架是双层的V字形构造，上面装有弹簧夹持机构、杠杆启动机构和自动复位检测机构，弹簧夹持机构位于支架底部的V形开口位置，杠杆启动机构连接在两个弹簧夹持机构之间，自动复位检测机构的复位马达设置在支架的V形顶部，马达的轴上装有绕线轮，绕线轮缠绕着两条钢丝绳，这两条钢丝绳分别连接到两个弹簧夹持机构上。这项技术不仅适用于机器人行业，还能充当各类机械装置、装置、器具的抓取平台，用以迅速搬运和收纳物品，同时也可当作便捷的固定装置，帮助仪器和装备快速完成安装和固定。
这份文件的识别码是B25J15/00GK1944000SQ200610150938，它包含了详细的信息，用于追踪和识别该文档，编号具有唯一性，确保了其在管理系统中的准确性和可追溯性。
首次公开日期是2007年4月11日，正式申请时间在2006年10月25日，该日期也是享有优先权的日子
创造者季宝锋, 王立权, 陈东良, 贾守波, 宋辉, 邓辉峰, 郝欣伟, 罗红魏 提出者:哈尔滨工程大学
