CN104626184B - 一种机器人手掌及机器人灵巧手 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机器人手掌以及包括其的机器人灵巧手。所述机器人手掌包括手掌座，手掌座在上下两侧交错对称设有至少三对用于安装手指的凸耳，中部设有舵机安装孔；两个支承座，其分别固连在手掌座左右两侧，每个支承座上设有沿垂直方向的垂直槽口；驱动机构，包括固连到舵机安装孔的舵机，安装到舵机的输出端的舵盘，设置在舵盘上的两个立柱；平行布置的两套连接机构，每套连接机构的两端连接在两个支承座的垂直槽口之间，可沿垂直槽口上下滑动，并且还包括设有水平槽口的滑槽，以容纳两个立柱之一沿水平槽口左右滑动。本发明结构简单，操作方便，成本低，质量小，适用范围广，与传统机构相比，在节能降耗与实用性上都有改善。

Description

一种机器人手掌及机器人灵巧手

技术领域

本发明涉及机械和工业机器人领域，尤其涉及一种机器人手掌及机器人灵巧手。

背景技术

机器人灵巧手技术在机器人技术领域中占据着重要地位，经过长时间的不断发展，国内外学者对机器人灵巧手技术做了大量的研究，也相继产生了大量的代表性机构，如HIT/DLR手、NASA手、SHADOW手等。相关技术主要体现在机械结构、驱动、传感、集成度等方面。如SHADOW手采用五根手指，由气动肌肉控制手指的运动；HIT/DLR手和NASA手均采用多电机驱动，驱动单元布置在手指关节和手掌上。

现有的机器人灵巧手结构及驱动系统复杂，由多控制系统进行运动控制，控制难度高，生产费用巨大，极大地降低了灵巧手的实用性。

发明内容

本发明旨在提供一种新型机器人手掌及机器人灵巧手，以克服现有机械人手掌结构复杂、控制难度高、性价比低、实用性差的缺陷。

本发明的技术方案为一种机器人手掌，包括：手掌座1，所述手掌座1在上下两侧交错对称设有至少三对用于安装手指的凸耳1-1至1-6，中部设有舵机安装孔1-11；两个支承座2，其分别固连在所述手掌座1左右两侧，每个所述支承座2上设有沿垂直方向的垂直槽口2-1；驱动机构，包括固连到所述舵机安装孔1-11的舵机3，安装到所述舵机3的输出端的舵盘4，设置在所述舵盘4上的两个立柱5；平行布置的两套连接机构，每套所述连接机构的两端连接在所述两个支承座2的垂直槽口2-1之间，可沿所述垂直槽口2-1上下滑动，并且还包括设有水平槽口11-1的滑槽11，以容纳所述两个立柱5之一沿所述水平槽口11-1左右滑动。

一些实施例中，所述机器人手掌还包括固连到所述手掌座1的包装件14。

一些实施例中，所述手掌座1的四角设有凸台1-7至1-10，并且所述支承座2经由设置在底部的连接部2-3，固连在所述凸台1-7至1-10上。

一些实施例中，所述连接机构两端各自设有垂直滑动件6，并且所述垂直滑动件6可在所述垂直槽口2-1中上下滑动。

一些实施例中，所述立柱5上还设有水平滑动件7，并且所述水平滑动件7可在所述水平槽口11-1中左右滑动。

一些实施例中，所述垂直滑动件6和所述水平滑动件7各自独立地为轴承或套筒。在所述滑动件6为轴承时，所述垂直槽口2-1内还设有凸缘2-2，以与所述轴承的端面接触减少摩擦。

一些实施例中，所述水平槽口11-1为设置在所述滑槽11上的通孔。

一些实施例中，每套所述连接机构中，所述滑槽11经由两个滑杆12连接两端的垂直滑动件6。

本发明另一方面提供一种机器人灵巧手，包括：本发明所述的机器人手掌；安装在所述手掌座1的每对凸耳之间的至少三个手指10，所述手指10交错对称分布在所述手掌座上下两侧；以及对应于每个手指10的手指连杆9，所述手指连杆9的一端连接在与所述手指10对应的一对凸耳之间，并且另一端套设在对应的一套所述连接机构的所述滑杆12上，以经由所述滑杆12的上下运动，带动所述手指连杆9，进而带动所述手指10绕所述凸耳的中心轴线转动，实现所述手指10的开合。

本发明的机器人手掌将驱动系统集成在手掌中，由单舵机实现多手指的联动驱动，部件少，便于安装；结构简单，操作方便；成本低、质量小；适用范围广，与传统机构相比，在节能降耗与实用性上都有改善。

附图说明

图1为根据本发明一实施例的机器人手掌的结构示意图。

图2为图1的机器人手掌去除包装件的结构示意图，示出其内部结构。

图3为图1的机器人手掌中，手掌座的结构示意图。

图4为图1的机器人手掌中，支承座的结构示意图。

图5为图1的机器人手掌中，驱动机构的结构示意图。

图6A和图6B分别为图5的驱动机构中，舵盘的结构及其剖面示意图。

图7A和图7B分别为图5的驱动机构中，立柱的结构及其剖面示意图；

图8为图1的机器人手掌中，连接机构的结构示意图；

图9为图8的机器人手掌中，滑杆的结构示意图；

图10A和图10B分别为图1的机器人手掌在连接手指时结构示意图；附图标记

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

参考图1和图2，分别示意性示出根据本发明一实施例的机器人手掌的结构。其中图1的结构中机器人手掌上还包括安装在手掌座1上的包装件14，以包围手掌座1；图2为没有包装件14的机器人手掌，以使其内部结构清楚可见。

从图中可见，本发明的机器人手掌主要由四部分构成：一个手掌座1、两个支承座2、两套连接机构，以及一个驱动机构。连接机构连接在两个支承座2之间，并可沿支承座2的垂直槽口2-1上下滑动；驱动机构的舵盘4上设有两个立柱5，每个立柱5分别在一套连接机构的水平槽口11-1中左右滑动。

参考图3示意性示出了手掌座的结构。从图中可见，手掌座1的上下两侧用于安装手指10，为此，在手掌座1的上下两侧交错对称地设置三对凸耳1-1至1-6，手指10安装在每对凸耳之间。应理解，尽管图中的示范性实施例中包含三个手指，本发明还预期包含其他数目的凸耳对的手掌座，以安装例如两个手指，或是四个、五个，或更多的手指。手掌座1的中部设有舵机安装孔1-11，可以通过该安装孔1-11固连驱动机构的舵机3。

手掌座1的四角设有四个凸台1-7至1-10，用于安装支承座2的连接部2-3，以使两个支承座2分别固连在手掌座1的左右两侧。然而，应理解，支承座2与手掌座1的连接方式不限于此。在手掌座1背面还设置凹槽1-12，用于螺钉的隐藏，即螺钉拧紧后不会从手掌座背面突出，节约了空间，更利于机器人手掌与其他接口的连接。手掌座1还可做成不同外形便于连接手臂等其他机构。

进一步参考图4，示意性示出支承座2的结构。两个支承座2分别通过底部的连接部2-3固连在手掌座1的左右两侧。支承座2上还设有垂直槽口2-1，两个支承座2的垂直操作2-1相对应，用于与连接机构两端的垂直滑动件6配合连接，以使垂直滑动件6可沿垂直槽口2-1上下滑动。图2的实施例中，由于垂直滑动件6采用轴承设计，该垂直槽口2-1内还可以设有凸缘2-2，以与轴承的端面接触，防止轴承的端面与垂直槽口2-1底面全部接触，从而可以减小摩擦。图2中所示的两个支承座2平行设置，实践中两个支承座2也可以彼此不平行。

本发明的机器人手掌包含一套驱动机构。进一步参考图5，示意性示出驱动机构的结构。本发明的驱动机构包括舵机3，其固连在手掌座1的舵机安装孔1-11中。舵盘4与舵机3的输出轴固连，并可以在舵机的驱动下转动。舵盘4上安装有两个支柱5，立柱5前端安装有水平滑动件7。两个立柱5的水平滑动件7分别与连接机构的水平槽口11-1配合，以在其中所有滑动。在图5中所示的驱动机构中，水平滑动件7为轴承，并且立柱上还设有卡环8，卡环8顶住轴承7的内圈，轴承7可自由转动。

图6A和图6B分别示意性示出舵盘4的结构，及A-A剖面图。从图中可见，舵盘4上设有两个立柱安装孔4-1和4-2，用于安装立柱5舵盘中心还设有舵盘安装孔4-3和4-4，用于与舵机3的输出轴的固连。

图7A和图7B分别示意性示出立柱5的结构，及B-B剖面图。从图中可见，立柱5底部设有螺纹孔5-3，以通过螺纹连接，被分别固连在舵盘4的立柱安装孔4-1和4-2处。立柱5中段加工有阶梯部5-1，用于固连水平滑动件7（例如轴承）。立柱5上段还加工有环槽5-2，用于安装卡环。

两套连接机构平行布置，每套连接机构的两端连接在两个支承座2的垂直槽口2-1之间。并且可以沿垂直槽口2-1山下滑动。进一步参考图8，示意性示出连接机构的结构。从图8中可见，每套连接机构均包含位于中间的滑槽11、位于连接机构两端的两个垂直滑动件6，以及固连垂直滑动件6与滑槽11的两个滑杆12。如上所述，垂直滑动件6与支承座2的垂直槽口2-1配合，并在其中上下滑动。滑槽11中部设有水平槽口11-1，以与驱动机构的一个立柱5上的水平滑动件7配合，使其可在水平槽口11-1中左右滑动。图中所示的水平槽口11-1为通孔，并且水平滑动件7为轴承设计。然而，应理解，水平槽口11-1也可以为与垂直槽口2-1相似的设计，并且其中也可以设计有凸缘，用于减小摩擦。

然而，应理解，垂直滑动件6和水平滑动件7都不限于为轴承，例如它们也可以为套筒设计，只要能够分别与垂直槽口2-1和水平槽口11-1配合，分别实现上下、左右的滑动即可。当采用套筒时，该套筒可选用摩擦系数小的材料制成。

结合图9，其示意性示出滑杆12的结构。在图9的结构中，滑杆12的一端通过滑杆螺纹12-3连接滑槽11，此时滑槽11对应的位置设有滑杆连接螺纹孔11-2。滑杆12的另一端通过垂直滑动件连接部12-2（在图中示为凸台）连接垂直滑动件6。此外滑杆12上还加工有平台12-1，以便于滑槽11的安装。

参考图10A和图10B，示意性示出采用本发明的机器人手掌的机器人灵巧手。从图中可见，手指10安装在手掌座1的每对凸耳之间。共有三个手指，上下交错对称布置，一侧两根手指，另一侧一根手指。两套连接机构对称分布，驱动机构输出端布置在手掌中心处，从而保证了三根手指运动的同步性。

每个手指10通过手指连杆9与连接机构相连。具体地，手指连杆9的一端套设在一个连接机构的滑杆12上，另一端连接在对应的凸耳对之间。对应于手掌座1上侧手指10的手指连杆9，套设在两个平行连接机构中上侧一个的滑杆12上；对应于手掌座1下侧手指10的手指连杆9，套设在两个平行连接机构中下侧一个的滑杆12上。手指10可绕凸耳对的中心轴转动，并通过手指连杆9与连接机构相连。

操作中，驱动机构运行，通过输出轴带动舵盘4转动，两个立柱5随舵盘4转动，并带动各自的连接机构上下滑动，进而带动手指10绕凸耳的中心轴线转动，多个手指联动开合，实现抓取动作。

本发明机器人手掌采用开放式设计，部件少，便于安装，避免了安装、调试、维护的不便。采用单一舵机驱动多手指运动的方案，利用分别设置在支承座和滑槽上的开口槽来限制手指的运动行程，简化了控制系统，避免了现有机构的控制系统复杂性。同时驱动机构与连接机构均布置在手掌上，结构简单、操作方便、能耗低、节省成本，提高了手掌装置的实用性与互换性，也大大降低了控制系统的复杂程度。可用于各种环境，适用范围大。

以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所作出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种机器人手掌，其特征在于，包括：

手掌座(1)，所述手掌座(1)在上下两侧交错对称设有至少三对用于安装手指的凸耳(1-1至1-6)，中部设有舵机安装孔(1-11)；

两个支承座(2)，其分别固连在所述手掌座(1)左右两侧，每个所述支承座(2)上设有沿垂直方向的垂直槽口(2-1)；

驱动机构，包括固连到所述舵机安装孔(1-11)的舵机(3)，安装到所述舵机(3)的输出端的舵盘(4)，设置在所述舵盘(4)上的两个立柱(5)；

平行布置的两套连接机构，每套所述连接机构的两端连接在所述两个支承座(2)的垂直槽口(2-1)之间，可沿所述垂直槽口(2-1)上下滑动，并且还包括设有水平槽口(11-1)的滑槽(11)，以容纳所述两个立柱(5)之一沿所述水平槽口(11-1)左右滑动。

2.如权利要求1所述的机器人手掌，还包括：固连到所述手掌座(1)的包装件(14)。

3.如权利要求1所述的机器人手掌，其中，所述手掌座(1)的四角设有凸台(1-7至1-10)，并且所述支承座(2)经由设置在底部的连接部(2-3)，固连在所述凸台(1-7至1-10)上。

4.如权利要求1所述的机器人手掌，其中，所述连接机构两端各自设有垂直滑动件(6)，并且所述垂直滑动件(6)可在所述垂直槽口(2-1)中上下滑动。

5.如权利要求1所述的机器人手掌，其中，所述立柱(5)上还设有水平滑动件(7)，并且所述水平滑动件(7)可在所述水平槽口(11-1)中左右滑动。

6.如权利要求4或5所述的机器人手掌，其中，所述垂直滑动件(6)和所述水平滑动件(7)各自独立地为轴承或套筒。

7.如权利要求6所述的机器人手掌，其中，在所述滑动件(6)为轴承时，所述垂直槽口(2-1)内还设有凸缘(2-2)，以与所述轴承的端面接触减少摩擦。

8.如权利要求1所述的机器人手掌，其中，所述水平槽口(11-1)为设置在所述滑槽(11)上的通孔。

9.如权利要求1所述的机器人手掌，其中，每套所述连接机构中，所述滑槽(11)经由两个滑杆(12)连接两端的垂直滑动件(6)。

10.一种机器人灵巧手，其特征在于，包括：

如权利要求1至7中任一项所述的机器人手掌；

安装在所述手掌座(1)的每对凸耳之间的至少三个手指(10)，所述手指(10)交错对称分布在所述手掌座上下两侧；以及

对应于每个手指(10)的手指连杆(9)，所述手指连杆(9)的一端连接在与所述手指(10)对应的一对凸耳之间，并且另一端套设在对应的一套所述连接机构的滑杆(12)上，以经由所述滑杆(12)的上下运动，带动所述手指连杆(9)，进而带动所述手指(10)绕所述凸耳的中心轴线转动，实现所述手指(10)的开合。