CN104760051B - 带气动吸盘与夹紧气囊的二指机械手 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带气动吸盘与夹紧气囊的二指机械手，包括手掌板、舵机、垂直传动斜齿轮、四杆机构、左手指与右手指。手掌板安装在舵机的前端，避免了遮挡视线的隐患；舵机输出轴通过垂直斜齿轮传动和四杆机构，将动力传递到左右指尖上。舵机正转时左右手指分开，反转时会并拢。手指外侧安装有四个吸盘，手指内侧安装有夹紧气囊，手指尖安装有力传感器。本发明灵敏度高、安装方便，抓取工件后气囊充气，有利于夹紧工件。指尖的力传感器能将机械手的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，保障平动机械手的实时控制性能。本发明也能通过吸盘吸取工件，提升了机械手的工作能力。

Description

带气动吸盘与夹紧气囊的二指机械手

技术领域

本发明涉及一种机器人机械手，尤其涉及一种带气动吸盘与夹紧气囊的二指机械手。

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，如何实现机械手的可靠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，影响其抓取效果的因素较多，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；如201310218903.2公开的“一种二指平动机械手”，通过齿轮齿条机构实现了手指的平行移动，但其舵机安装在手掌之上，工作时对监控视野会有一定影响；还有一部分机器人采用了可调节手爪间距的设计，如201220191296.6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，升级机械手的抓取方式，增加机械手的感知能力成为了机械手机构设计的重要问题。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提出一种带气动吸盘与夹紧气囊的二指机械手机构，本发明灵敏度高，抓取精确可靠，应用范围广。该机械手机构采用四连杆机构，转化手指根的转动为指尖的平动；该机械手采用交叉轴斜齿轮传动机构，排除了舵机对抓取视野的干扰；该机械手既可以通过手指夹取工件，也可以采用吸盘吸取工件。采用手指夹取工件时，由单片机通过控制夹紧气囊电磁换向阀，接通气泵与夹紧气囊，使夹紧气囊充气膨胀，增大手指与工件之间的摩擦力，提升抓取能；采用吸盘吸取工件时，由单片机控制吸盘电磁换向阀，接通真空气泵与气动吸盘，抽出气动吸盘中的空气，进而吸取工件。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种带气动吸盘与夹紧气囊的二指机械手，它包括：夹紧气囊、舵机、气动吸盘、压力传感器、手掌板、左手指中段、右手指中段、被动斜齿轮、左手指根、右手指根、左手指连杆、右手指连杆、左指根齿轮、右指根齿轮、左指尖、右指尖、舵机轴、主动斜齿轮、吸盘基座、单片机、气泵、真空气泵、吸盘电磁换向阀、夹紧气囊电磁换向阀等；其中，所述上下两块手掌板安装在舵机的前端，主动斜齿轮安装在舵机轴上，舵机轴与舵机相连；主动斜齿轮与被动斜齿轮啮合，被动斜齿轮与左指根齿轮同轴，且共同固连在左手指根底端；与左指根齿轮啮合的右指根齿轮与右手指根底端固连；左手指根、右手指根底端外侧与两块手掌板铰接；左手指根顶端与左手指中段底端铰接，左手指中段顶端与安装有压力传感器的左指尖固接；左手指连杆底端与手掌板前部铰接，左手指连杆顶端与左手指中段中部铰接，手掌板、左手指根、左手指中段与左手指连杆形成一个四连杆机构；右手指根顶端与右手指中段底端铰接，右手指中段顶端与安装有压力传感器的右指尖固接；右手指连杆底端与手掌板前部铰接，右手指连杆顶端与右手指中段中部铰接，手掌板、右手指根、右手指中段与右手指连杆形成一个四连杆机构；压力传感器与单片机信号输入端口连接，单片机信号输出端口分别与吸盘电磁换向阀和夹紧气囊电磁换向阀连接；气泵通过夹紧气囊电磁换向阀与夹紧气囊连接；真空气泵通过吸盘电磁换向阀与气动吸盘连接；两个吸盘基座分别固连在左手指中段和右手指中段上，每个吸盘基座上分别安装两个气动吸盘。

本发明与背景技术相比，具有的有益效果是：

1、采用压力传感器的接触式传感设计，将手指与工件的接触实时转化为压力传感器的数字量，灵敏度高，抓取精确；

2、抓取过程中通过将夹紧气囊充气，能够增强手指与工件之间的静摩擦力，避免抓而不紧的情况发生；

3、平行四连杆的传动机构使手指尖的压力传感器工作面始终保持平行，降低了误差发生的可能；

4、交叉轴斜齿轮的传动方式将舵机嵌入到手掌中间，排除了舵机本身对抓取视野的影响；

5、手指外侧的气动吸盘则增加了机械手攫取工件的方式，使本发明具有更广泛的应用场合。

附图说明

图1是带气动吸盘与夹紧气囊机械手的外形立体图；

图2是带气动吸盘与夹紧气囊机械手的正视平面图；

图3是带气动吸盘与夹紧气囊机械手的内部结构图；

图中，夹紧气囊1、舵机2、气动吸盘3、压力传感器4、手掌板5、左手指中段6、右手指中段7、被动斜齿轮8、左手指根9、右手指根10、左手指连杆11、右手指连杆12、左指根齿轮13、右指根齿轮14、左指尖15、右指尖16、舵机轴17、主动斜齿轮18、吸盘基座19。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

如图1-图3所示，本发明包括夹紧气囊1、舵机2、气动吸盘3、压力传感器4、两个手掌板5、左手指中段6、右手指中段7、被动斜齿轮8、左手指根9、右手指根10、左手指连杆11、右手指连杆12、左指根齿轮13、右指根齿轮14、左指尖15、右指尖16、舵机轴17、主动斜齿轮18、吸盘基座19、单片机(图中未示出)、气泵(图中未示出)、真空气泵(图中未示出)、吸盘电磁换向阀(图中未示出)、夹紧气囊电磁换向阀(图中未示出)。

其中，上下两块手掌板5安装在舵机2(见图1)的前端，主动斜齿轮18(见图3)安装在舵机轴17上，舵机轴17与舵机2相连。主动斜齿轮18与被动斜齿轮8啮合，被动斜齿轮8与左指根齿轮13同轴，且共同固连在左手指根9底端；与左指根齿轮13啮合的右指根齿轮14(见图2)与右手指根10底端固连；左手指根9、右手指根10底端外侧与两块手掌基座5铰接。左手指根9顶端与左手指中段6底端铰接，左手指中段6顶端与安装有压力传感器4的左指尖15固接；左手指连杆11底端与手掌板5前部铰接，左手指连杆11顶端与左手指中段6中部铰接，手掌板5、左手指根9、左手指中段6与左手指连杆11形成一个四连杆机构；右手指根10顶端与右手指中段7底端铰接，右手指中段7顶端与安装有压力传感器4的右指尖16联接；右手指连杆12底端与手掌板5前部铰接，右手指连杆12顶端与右手指中段7中部铰接，手掌板5、右手指根10、右手指中段7与右手指连杆12形成一个四连杆机构。压力传感器4与单片机信号输入端口连接，单片机信号输出端口分别与吸盘电磁换向阀和夹紧气囊电磁换向阀连接；气泵通过夹紧气囊电磁换向阀与夹紧气囊1连接；真空气泵通过吸盘电磁换向阀与气动吸盘3连接；两个吸盘基座19分别固连在左手指中段6和右手指中段7上，每个吸盘基座19上分别安装两个气动吸盘3。

当机械手没有抓取工件时，左指尖15内侧没有受到工件的挤压力作用，安装在左指尖15和右指尖16内的压力传感器4没有监测到挤压信号，此时，单片机控制夹紧气囊电磁换向阀，切断气泵与夹紧气囊1的连接，夹紧气囊1没有充气。当机械手需要抓取工件时，舵机2反向旋转，主动斜齿轮18带动被动斜齿轮8旋转，将左手指中段6向右侧移动；左指根齿轮13驱动右指根齿轮14，使得右手指中段7向左侧移动；通过左手指连杆11与右手指连杆12的四连杆机构，将左手指根9与右手指根10的转动转换为左指尖15与右指尖16的平行移动。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。当抓紧工件后，安装在左指尖15和右指尖16内的压力传感器4监测到压力信号，于是单片机获得了手指已经抓紧工件的信息，控制舵机2停止转动；此时单片机控制夹紧气囊电磁换向阀，联通气泵与夹紧气囊1，夹紧气囊1充气膨胀，填充工件与手指之间的空隙，增大抓取工件的摩擦力。当需要松开工件时，单片机控制夹紧气囊电磁换向阀关闭，切断气泵与夹紧气囊1的连接，夹紧气囊放气。接着单片机控制舵机2正转，于是传动系统驱动左手指中段6向左平动，右手指中段7向右平动，工件被松开。

若需要以吸取的方式工作，单片机控制吸盘电磁阀换向阀，将真空气泵与气动吸盘3连通，真空气泵抽走气动吸盘3与工件之间的空气，吸取工件。当将工件吸取转移到指定位置后，单片机控制吸盘电磁阀换向阀，将真空气泵与气动吸盘3断开，工件将与气动吸盘3脱离。

Claims (1)

1.一种带气动吸盘与夹紧气囊的二指机械手，其特征在于，它包括：夹紧气囊（1）、舵机（2）、气动吸盘（3）、压力传感器（4）、两块手掌板（5）、左手指中段（6）、右手指中段（7）、被动斜齿轮（8）、左手指根（9）、右手指根（10）、左手指连杆（11）、右手指连杆（12）、左指根齿轮（13）、右指根齿轮（14）、左指尖（15）、右指尖（16）、舵机轴（17）、主动斜齿轮（18）、吸盘基座（19）、单片机、气泵、真空气泵、吸盘电磁换向阀、夹紧气囊电磁换向阀；其中，所述两块手掌板（5）分别安装在舵机（2）上下表面的前端，主动斜齿轮（18）安装在舵机轴（17）上，舵机轴（17）与舵机（2）相连；主动斜齿轮（18）与被动斜齿轮（8）啮合，被动斜齿轮（8）与左指根齿轮（13）同轴，且共同固连在左手指根（9）底端；与左指根齿轮（13）啮合的右指根齿轮（14）与右手指根（10）的底端固连；左手指根（9）、右手指根（10）底端外侧均与两块手掌板（5）铰接；左手指根（9）顶端与左手指中段（6）底端铰接，左手指中段（6）顶端与左指尖（15）固接；左手指连杆（11）底端与手掌板（5）前部铰接，左手指连杆（11）顶端与左手指中段（6）中部铰接，手掌板（5）、左手指根（9）、左手指中段（6）与左手指连杆（11）形成一个四连杆机构；右手指根（10）顶端与右手指中段（7）底端铰接，右手指中段（7）顶端与右指尖（16）固接；左指尖（15）和右指尖（16）上均安装有压力传感器（4）；右手指连杆（12）底端与手掌板（5）前部铰接，右手指连杆（12）顶端与右手指中段（7）中部铰接，手掌板（5）、右手指根（10）、右手指中段（7）与右手指连杆（12）形成一个四连杆机构；两个吸盘基座（19）分别固连在左手指中段（6）和右手指中段（7）上，每个吸盘基座（19）上分别安装两个气动吸盘（3）；两个压力传感器（4）均与单片机的信号输入端口连接，单片机的信号输出端口分别与吸盘电磁换向阀和夹紧气囊电磁换向阀连接；气泵通过夹紧气囊电磁换向阀与夹紧气囊（1）连接；真空气泵通过吸盘电磁换向阀与四个气动吸盘（3）连接。