CN103433929A

CN103433929A - 一种二指平动机械手

Info

Publication number: CN103433929A
Application number: CN2013102189032A
Authority: CN
Inventors: 朱秋国; 赵逸栋; 熊蓉; 褚健
Original assignee: Zhejiang University ZJU
Current assignee: Zhejiang University ZJU
Priority date: 2013-06-03
Filing date: 2013-06-03
Publication date: 2013-12-11
Anticipated expiration: 2033-06-03
Also published as: CN103433929B

Abstract

本发明公开了一种二指平动机械手机构，包括手掌基座、舵机、传动齿轮、平动齿条、左手指与右手指。舵机安装在手掌基座上方，舵机输出轴通过两对传动齿轮，分别与左右手指联接的平动齿条啮合，舵机正转时左右手指会随着平动齿条分开，反转时会随着平动齿条并拢。手指内部各安装有恢复扭簧和小型的微动开关，在夹紧工件时会触动微动开关，将信息反馈给控制系统。本发明结构简单、灵敏度高、安装方便。能在左右手指夹紧工件时接通手指内的微动开关，松开工件时又能及时断开微动开关，将平动机械手的运动状态及时反馈给控制系统，使控制系统灵敏判断机械手的工作状态，保障二指平动机械手的实时控制性能。

Description

一种二指平动机械手

技术领域

本发明属于机器人技术领域，尤其涉及一种二指平动机械手机构。

背景技术

近些年来，随着机器人技术的发展，人们对机械手的可靠性与实时感知能力提出了更高的要求。对于二指机械手而言，如何实现机械手的快速抓取和灵敏感知已经成为机器人技术领域的研究热点。由于机械手的工作环境复杂，影响其工作状态的因素较多，而其中能否灵敏感知手指是否接触工件是二指平动机械手实现实时控制的关键因素。目前，我国一部分机械手采用简单的转轴式手指设计，如201120367424.3公开的“一种气动机械手爪”，通过齿条上的轮齿与手指上轮齿的啮合带动手指绕心轴旋转，从而使手爪开合，但是转轴式运动的手指难以调整指根部位的间距，因此难以抓住太大或太小的工件，适用范围受到了一定的限制；还有一部分机器人采用了可调节手爪间距的设计，如 201220191296的“手爪间距可调节机械手”，即在设计中采用了调节螺钉来调整第一抓手与第二抓手之间的距离，进而实现对不同大小的工件抓取。但是这类机械手的价格昂贵，且对安装和使用的要求也较高。因此，改进机械手的手指运动方式和接触工件的感知方式成为了机械手机构设计的重要问题。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提出一种结构简单、灵敏度高、安装方便的二指平动机械手机构。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种二指平动机械手机构，它包括：手掌基座、舵机、左指齿轮、两个传动齿轮、左指平动齿条、左手指根、右手指根、两个微动开关、两个恢复弹簧、右指齿轮、右指平动齿条、右手指、左手指、四条齿轮轴、舵机架；舵机通过舵机架安装在手掌基座上方，四条齿轮轴通过滚珠轴承垂直贯穿U型的手掌基座的上下平面，传动齿轮、左指齿轮和右指齿轮分别穿过四条齿轮轴安装在手掌基座内部，手掌基座前部的上下内表面各有两条横向突出的齿条导轨，左指平动齿条的下平面、右指平动齿条的上平面也分别有两条横向凹进的齿条凹槽，与齿条导轨嵌合，用于保持左指平动齿条和右指平动齿条的水平运动；舵机的转轴通过手掌基座上平面的孔，在手掌基座内部与右指齿轮联接，右指齿轮靠近手指方向与安装有右手指根的右指平动齿条啮合，右手指根前部与右手指铰接，铰接轴处有恢复弹簧，安装在右手指根内部的微动开关的触点与右手指底端平面接触；右指齿轮左侧与两个传动齿轮啮合，传动齿轮靠近手指方向与左指齿轮啮合；左指齿轮靠近手指方向与安装有左手指根的左指平动齿条啮合，左手指根前部与左手指铰接，铰接轴处有恢复弹簧，安装在左手指根内部的微动开关的触点与左手指底端平面接触，左手指和右手指内侧装有橡胶皮；右指齿轮和左指齿轮、右指平动齿条和左指平动齿条分别置在手掌基座内部的上下两侧。

本发明的有益效果是，本发明的二指平动机械手机构，结构简单、灵敏度高、安装方便。本发明采用微动开关的接触式传感设计，通过左右手指铰接左右手指根，将手指与工件的接触实时转化为微动开关的闭合。手指接触工件时，手指压迫手指根内部的微动开关使其闭合，将手指接触工件的信号给控制系统；手指离开工件时，恢复弹簧又能在第一时间将手指推离手指根部的微动开关触点，解除手指对微动开关的压迫，于是微动开关恢复自然状态，也将手指离开工件的信号传达给控制系统。此机构能够使控制系统灵敏判断手指与工件的情况，保障舵机手指的实时控制性能；同时平动的齿轮传动机构使手指不同于传统的转动运动，增强了机械手抓取工件的能力，具有高效、适应性强的优点，手指内侧的橡胶皮延长了增加了抓取的摩擦力，并为调节不同的抓取力提供了缓冲。

附图说明

图1是二指平动机械手的立体图；

图2是二指平动机械手的传动系统平面图；

图3是二指平动机械手的传动系统后视立体图；

图4是二指平动机械手的右手指结构平面图；

图5是二指平动机械手的手掌基座零件图；

图6是手掌基座1的结构示意图；

图中，手掌基座 1、舵机 2、左指齿轮 3、两个传动齿轮 4、左指平动齿条 5、左手指根 6、右手指根 7、微动开关 8、恢复扭簧 9、右指齿轮 10、右指平动齿条 11、右手指 12、左手指 13、四条齿轮轴 14、触点 15、舵机架 16、齿条导轨17、齿条凹槽 18、橡胶皮 19、滚珠轴承 20。

具体实施方式

以下结合附图进一步说明本发明。

参照图1-图5，本发明的二指平动机械手结构，包括：手掌基座1、舵机2、左指齿轮3、两个传动齿轮4、左指平动齿条5、左手指根6、右手指根7、两个微动开关8、两个恢复弹簧9、右指齿轮10、右指平动齿条11、右手指12、左手指13、四条齿轮轴14、舵机架16、橡胶皮19及滚珠轴承20。

舵机2（见图1）通过舵机架16安装在手掌基座1上方，手掌基座1（见图6）前部的上下内表面各有两条横向突出的齿条导轨17，左指平动齿条5的下平面、右指平动齿条11的上平面也分别有两条横向凹进的齿条凹槽18，与齿条导轨17嵌合，用于保持左指平动齿条5和右指平动齿条11的水平运动，这样的设计方便了机械手的安装与零件的更换；手掌基座1内部垂直安装有两个传动齿轮4、左指齿轮3、右指齿轮10，舵机2的转轴通过手掌基座1上平面的孔，在手掌基座1内部与右指齿轮10联接，齿轮传动的广泛运用使机械手具有了较高的操作精确性和能量利用率；右指齿轮10在靠近手指的方向与安装有右手指根7的右指平动齿条11啮合，右手指根7前部与右手指12铰接，铰接轴处有恢复扭簧9，安装在右手指根7内部，铰接关节外侧的微动开关8的触点15与右手指底端平面接触；右指齿轮10左侧与两个传动齿轮4啮合，传动齿轮4在靠近手指方向与左指齿轮3啮合；左指齿轮3靠近手指方向与联接有左手指根6的左指平动齿条5啮合，左手指根6前部与左手指13铰接，铰接轴处有恢复弹簧9，安装在左手指根6内部，铰接关节外侧的微动开关8的触点15与左手指13底端平面接触。微动开关8具有极高的灵敏度，能保证机械手在抓取物件时动作的精准性能；恢复弹簧9则能够使手指在未抓取物体时快速回复到自然状态。

当机械手没有抓取工件时，左手指13受到恢复弹簧9的预紧力作用，与左手指根6顶端在朝手掌基座1的内侧平面接触，安装在左手指根6内部的微动开关8的触点15没有受到左手指13挤压。同理，安装在右手指根7内部的微动开关8的触点15也没有受到右手指12的挤压。当机械手需要抓取工件时，舵机2正向旋转，右指齿轮10（见图3）带动两个传动齿轮4正向旋转，进而带动左指齿轮3反向旋转，进一步带动左指齿条5向右平移，使左手指13向右平动；同时正向旋转的右指齿轮10带动右指齿条11向左运动，使右手指12向左平动；两个手指的相向运动使手指之间的间距减小，直至抓紧工件。通过齿轮齿条的啮合，将转动转化为平动，增强了机械手抓取工件的能力，体现了其高效、适应性强的特点；当抓紧工件后，工件的力使左手指13克服恢复扭簧9的预紧力向左偏转，触动安装在左手指根6内的微动开关8的触点15；右手指12（见图4）克服恢复扭簧9的预紧力向右偏转，触动安装在右手指根7内的微动开关8的触点15，于是控制设备获得了手指已经抓紧工件的信息，舵机2停止转动。在左右手指贴紧工件的平面安装有橡胶皮19，增加了手指与工件之间的摩擦力，使抓取动作更加容易，并且起到了保护手指的缓冲作用，延长了机械手的使用寿命，也为机械手抓取较为坚硬的物体提供了缓冲；要松开工件时，舵机2反转，此时传动系统驱动左手指13向左平动，右手指12向右平动，机械手便松开工件。松开工件的同时恢复弹簧9工作，微动开关8的触点15放松，迅速将机械手未抓取工件的信息传递给控制设备。

Claims

1.一种二指平动机械手机构，其特征在于，它包括：手掌基座（1）、舵机（2）、左指齿轮（3）、两个传动齿轮（4）、左指平动齿条（5）、左手指根（6）、右手指根（7）、两个微动开关（8）、两个恢复弹簧（9）、右指齿轮（10）、右指平动齿条（11）、右手指（12）、左手指（13）、四条齿轮轴（14）、舵机架（16）；舵机（2）通过舵机架（16）安装在手掌基座（1）上方，四条齿轮轴通过滚珠轴承（20）垂直贯穿U型的手掌基座（1）的上下平面，传动齿轮（4）、左指齿轮（3）和右指齿轮（10）分别穿过四条齿轮轴（14）安装在手掌基座（1）内部，手掌基座（1）前部的上下内表面各有两条横向突出的齿条导轨（17），左指平动齿条（5）的下平面、右指平动齿条（11）的上平面也分别有两条横向凹进的齿条凹槽（18），与齿条导轨（17）嵌合，用于保持左指平动齿条（5）和右指平动齿条（11）的水平运动；舵机（1）的转轴通过手掌基座（1）上平面的孔，在手掌基座（1）内部与右指齿轮（10）联接，右指齿轮（10）靠近手指方向与安装有右手指根（7）的右指平动齿条（11）啮合，右手指根（7）前部与右手指（12）铰接，铰接轴处有恢复弹簧（9），安装在右手指根（7）内部的微动开关（8）的触点（15）与右手指（12）底端平面接触；右指齿轮（10）左侧与两个传动齿轮（4）啮合，传动齿轮（4）靠近手指方向与左指齿轮（3）啮合；左指齿轮（3）靠近手指方向与安装有左手指根（6）的左指平动齿条（5）啮合，左手指根（6）前部与左手指（13）铰接，铰接轴处有恢复弹簧（9），安装在左手指根（6）内部的微动开关（8）的触点（15）与左手指（13）底端平面接触，左手指（13）和右手指（12）内侧装有橡胶皮（19）；右指齿轮（10）和左指齿轮（3）、右指平动齿条（11）和左指平动齿条（5）分别置在手掌基座（1）内部的上下两侧。