CN104972475A - 形状自适应的欠驱动机械手 - Google Patents

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Abstract

本发明揭示了一种形状自适应的欠驱动机械手,包括安装壳、动力机构、传动机构和至少两个机械手指,所有所述机械手指均环绕一对称轴设置,所述动力机构的动力输出端与所述传动机构的动力输入端连接,所述传动机构的动力输出端与所述机械手指的近端连接,所述机械手指的远端可以向着靠近或者远离所述对称轴的方向开合运动,所述机械手指包括至少两个指节使其能够弯曲以适应夹持物品的形状,本发明的自由度高,能适用于大范围夹持不同形状、尺寸的物品,机械手指采用欠驱动结构,动力机构的数目少于自由度的数目,相较于现有机械手,结构更加简单。

Description

形状自适应的欠驱动机械手
技术领域
[0001] 本发明涉及一种机器人或其他自动机械和设备的执行装置,具体涉及一种形状自适应的欠驱动机械手。
背景技术
[0002] 机械手是机器人等自动设备的执行装置,用于模仿人手的动作,执行抓取物品等动作,目前,普通的机械手可以实现简单的开合夹持动作,所适用夹持的物品形状、尺寸都有较大局限性,先进的机械手可以实现类似人手的一些灵活的功能,但是也存在着以下不足:电机数量多,体积较大,机构复杂,实时控制难度大,制造、使用、维护的成本都很昂贵等等。
发明内容
[0003] 本发明的目的在于提供一种结构简单且能适用于大范围夹持不同形状、尺寸物品的机械手。
[0004] 为实现上述发明目的,本发明采用如下技术方案:
一种形状自适应的欠驱动机械手,包括安装壳、动力机构、传动机构和至少两个机械手指,所有所述机械手指均环绕一对称轴设置,所述动力机构的动力输出端与所述传动机构的动力输入端连接,所述传动机构的动力输出端与所述机械手指的近端连接,所述机械手指的远端可以向着靠近或者远离所述对称轴的方向开合运动,所述机械手指包括至少两个指节使其能够弯曲以适应夹持物品的形状。
[0005] 作为本发明进一步改进的技术方案:所述机械手指包括位于外侧的第一、二指节,位于内侧的支撑连杆,以及位于远端的指尖块,所述第一指节的近端与所述传动机构的动力输出端连接,所述第一指节的远端与所述第二指节的近端铰接,所述第二指节、支撑连杆的远端与所述指尖块铰接,所述支撑连杆的近端与所述安装壳铰接。
[0006] 作为本发明进一步改进的技术方案:所述指尖块包括安装部和传动部,所述安装部和所述传动部之间呈一转角设置,所述安装部的内侧面上设置有夹持板,所述第二指节的远端与所述传动部的端部铰接,所述支撑连杆的远端与所述传动部、安装部的转角处铰接。
[0007] 作为本发明进一步改进的技术方案:所述传动机构包括若干组与所述机械手指对应设置的齿轮副,所述齿轮副包括主动齿轮和从动齿轮,所述从动齿轮与所述第一指节的近端传动连接。
[0008] 作为本发明进一步改进的技术方案:所述从动齿轮为扇形齿轮,若干组所述齿轮副的主动齿轮之间齿纹啮合,所述动力机构的输出端与其中至少一个主动齿轮轴连接。
[0009] 作为本发明进一步改进的技术方案:所述动力机构包括伺服电机和减速器,所述伺服电机的输出转轴与所述减速器的动力输入端连接,所述减速器的动力输出端与任意一个主动齿轮轴连接。
[0010] 作为本发明进一步改进的技术方案:支撑连杆的近端固定连接有一挂钩,相邻的两个挂钩之间设有拉簧。
[0011] 作为本发明进一步改进的技术方案:所述夹持板的内侧面上设有橡胶垫层。
[0012] 作为本发明进一步改进的技术方案:所述安装壳上固定设置有一底座,所述底座位于所述安装壳与所述对称轴的相交处。
[0013] 作为本发明进一步改进的技术方案:所述底座的远端端面为一 V型面。
[0014] 相对于现有技术,本发明的技术效果在于:本发明的自由度高,能适用于大范围夹持不同形状、尺寸的物品,机械手指采用欠驱动结构,动力机构的数目少于自由度的数目,相较于现有机械手,结构更加简单。
附图说明
[0015] 图1是本发明所提供的一种形状自适应的欠驱动机械手的主视结构示意图;
图2是本发明所提供的一种形状自适应的欠驱动机械手的立体结构示意图;
图3是本发明所提供的一种形状自适应的欠驱动机械手的剖视结构示意图;
图4是本发明所提供的一种形状自适应的欠驱动机械手另一个角度的剖视结构示意图;
图5是本发明所提供的一种形状自适应的欠驱动机械手一种夹持方式的结构示意图; 图6是本发明所提供的一种形状自适应的欠驱动机械手另一种夹持方式的结构示意图;
图7是本发明所提供的一种形状自适应的欠驱动机械手第三种夹持方式的结构示意图。
具体实施方式
[0016] 以下将结合附图所示的具体实施方式对本发明进行详细描述。但这些实施方式并不限制本发明,本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。
[0017] 本发明内所描述的表达位置与方向的词,均是以安装壳作为参照,靠近安装壳的一端为近端,远离安装壳的一端为远端;对称轴是一条贯穿安装壳的直线,靠近对称轴的一侧为内侧,远离对称轴的一侧为外侧。
[0018] 参见图1至4,一种形状自适应的欠驱动机械手100,包括安装壳1、动力机构2、传动机构3和两个机械手指6。
[0019] 所述安装壳I分为两个腔体,用于容纳动力机构2的为第一腔体11,用于容纳传动机构3的为第二腔体12,第二腔体12为扁平结构紧靠第一腔体11设置,且第二腔体12的高度要高于第一腔体11,第二腔体12高出第一腔体11的设计是为了固定机械手指6并方便机械手指6开合运动,第二腔体12中部向内侧凹陷形成一台面13,所述台面13用于对机械手指6的开度进行限位,机械手指6开度最大时,第二指节62的近端抵靠在台面13上。
[0020] 在本实施例中对称轴Y即是第二腔体12的对称轴,当然,根据机械手的实际使用环境对称轴Y可以灵活选取设置在其它位置,用于改变机械手指6的设置方位,进而改变机械手指6的夹合位置,本实施例并不以此为限,例如,对称轴Y也可以是第一腔体11的对称轴。
[0021 ] 两个所述机械手指6关于对称轴Y对称设置,所述机械手指6包括两个指节,使其能够弯曲以适应夹持物品7的形状。
[0022] 所述机械手指6包括位于外侧的第一、二指节,位于内侧的支撑连杆63,以及位于远立而的指尖块64。
[0023] 所述第一指节61的近端与所述传动机构3的动力输出端传动连接,所述第一指节61的远端与所述第二指节62的近端通过圆柱销铰接,所述支撑连杆63的近端通过两端为D型的圆柱销与所述第二腔体12铰接,圆柱销端部的D型结构与支撑连杆63近端的D型孔配合进行旋转限位,使得支撑连杆63可以以其近端的铰接处为轴心摆动。
[0024] 优选的,与支撑连杆63近端配合的圆柱销上固定连接有一挂钩631 (由于圆柱销与支撑连杆63的旋转位置固定,挂钩631与支撑连杆63之间的旋转位置也是固定的,挂钩631相当于与支撑连杆63的近端固定连接),相邻的两个挂钩631之间设有拉簧(图未示),拉簧使得两个机械手指6的支撑连杆63之间有合拢的运动趋势。
[0025] 所述指尖块64包括安装部641和传动部642,所述安装部641和所述传动部642之间呈一转角设置,转角角度优选为钝角,所述安装部641的内侧面上设置有夹持板643,所述第二指节62的远端与所述传动部642的端部通过圆柱销铰接,所述支撑连杆63的远端与指尖块64的转角处通过圆柱销铰接,上述铰接设置使得指尖块64具有向内侧旋转的自由度。
[0026] 所述传动机构3包括两组与所述机械手指6对应设置的齿轮副,所述齿轮副包括一个主动齿轮31和一个从动齿轮32,所述从动齿轮32与所述第一指节61的近端通过两端为D型的圆柱销连接,圆柱销固定连接在从动齿轮32的轴心处,可以随着从动齿轮32 —起旋转,圆柱销端部的D型结构与第一指节61近端的D型孔配合,进行旋转限位,使得第一指节61可以在从动齿轮32的驱动下摆动。
[0027] 机械手指6的开合运动,对应着从动齿轮32在一定角度内的往复转动,为了减小机械手的装配体积,所述从动齿轮32优选为扇形齿轮,扇形齿轮的角度等于其往复转动的角度时为最佳,在不考虑装配体积的情况下,从动齿轮32也可以选择为圆柱齿轮等。
[0028] 所述动力机构2包括伺服电机21和减速器22,两组所述齿轮副的主动齿轮31之间齿纹啮合,所述伺服电机21的输出转轴与所述减速器22的动力输入端连接,所述减速器22的动力输出端与任意一个主动齿轮31轴连接,由于主动齿轮31之间啮合传动,减速器22的动力输出端只需连接一个主动齿轮31即可,有助于简化动力机构2与传动机构3之间的连接结构。
[0029] 当然,伺服电机需要在控制器的控制下工作,控制器优选的集成设置在第一腔体11中。
[0030] 为了增加被夹持物品7与夹持板643之间的摩擦力,所述夹持板643的内侧面上设有橡胶垫层644。
[0031] 所述安装壳I的第二腔体12与对称轴Y的相交处设有一个底座14,当机械手指6弯曲,夹持板643向物品7施加朝向近端内侧的力时,物品7抵靠在底座14上以保证夹持的稳定。所述底座14与物品7接触的端面优选为由两个向着近端倾斜的斜面组成的V型面。
[0032] 所述第一腔体11上设有控制端口 4,使用电缆连接控制端口 4和控制机构(图未示)实现对伺服电机21工作状态的控制。
[0033] 安装壳I底部设有一親合器5,親合器5与适配器板(图未不)配合将本发明与机器人等自动设备连接,适配器板的结构多样,需与机器人末端的具体结构相对应,安装时,适配器板与机器人末端连接,耦合器5安装在适配器板上实现本发明与机器人末端的连接。
[0034] 本发明根据夹持物品7的形状以及夹持物品7与机械手指6的接触位置不同,可以有以下夹持方式。
[0035] 参见图5,夹持物品7与机械手指6的接触位置位于夹持板643近端,靠近指尖块64与支撑指节铰接处的位置,两个机械手指6合拢的过程中,夹持物品7向指尖块64施加朝向外侧的反作用力,反作用力大于拉簧施加在支撑指节上朝向内侧的力时,指尖块64向内侧旋转包裹住夹持物品7,第二指节62向指尖块64的传动端端部施加一个朝向远端外侧的作用力,由于安装部641和所述传动部642之间呈一转角设置,设置在安装部641上的夹持板643向物品7施加的力朝向近端内侧。
[0036] 参见图6,夹持物品7与机械手指6的接触位置位于夹持板643远端,由于位于外侧的第一、二指节的总长度大于位于内侧的支撑连杆63长度,指尖块64受支撑连杆63长度限制无法向外侧旋转,此时,机械手指6向夹持物品7施加平行相向的作用力。
[0037] 参见图7,机械手指6可以通过向外侧打开的力夹持空心物品7,此时空心物品7与指尖块64的外侧接触,指尖块64向物品7施加朝向外侧的平行作用力。
[0038] 本发明的形状自适应的欠驱动机械手100自由度高,能适用于大范围夹持不同形状、尺寸的物品7,机械手指6采用欠驱动结构,动力机构2的数目少于自由度的数目,相较于现有机械手,结构更加简单。
[0039] 最后应说明的是:以上实施方式仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施方式对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施方式所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施方式技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种形状自适应的欠驱动机械手,其特征在于,包括安装壳、动力机构、传动机构和至少两个机械手指,所有所述机械手指均环绕一对称轴设置,所述动力机构的动力输出端与所述传动机构的动力输入端连接,所述传动机构的动力输出端与所述机械手指的近端连接,所述机械手指的远端可以向着靠近或者远离所述对称轴的方向开合运动,所述机械手指包括至少两个指节使其能够弯曲以适应夹持物品的形状。
2.根据权利要求1所述的一种形状自适应的欠驱动机械手,其特征在于,所述机械手指包括位于外侧的第一、二指节,位于内侧的支撑连杆,以及位于远端的指尖块,所述第一指节的近端与所述传动机构的动力输出端连接,所述第一指节的远端与所述第二指节的近端铰接,所述第二指节、支撑连杆的远端与所述指尖块铰接,所述支撑连杆的近端与所述安装壳铰接。
3.根据权利要求2所述的一种形状自适应的欠驱动机械手,其特征在于,所述指尖块包括安装部和传动部,所述安装部和所述传动部之间呈一转角设置,所述安装部的内侧面上设置有夹持板,所述第二指节的远端与所述传动部的端部铰接,所述支撑连杆的远端与所述传动部、安装部的转角处铰接。
4.根据权利要求2所述的一种形状自适应的欠驱动机械手,其特征在于,所述传动机构包括若干组与所述机械手指对应设置的齿轮副,所述齿轮副包括主动齿轮和从动齿轮,所述从动齿轮与所述第一指节的近端传动连接。
5.根据权利要求4所述的一种形状自适应的欠驱动机械手,其特征在于,所述从动齿轮为扇形齿轮,若干组所述齿轮副的主动齿轮之间齿纹啮合,所述动力机构的输出端与其中至少一个主动齿轮轴连接。
6.根据权利要求5所述的一种形状自适应的欠驱动机械手,其特征在于,所述动力机构包括伺服电机和减速器,所述伺服电机的输出转轴与所述减速器的动力输入端连接,所述减速器的动力输出端与任意一个主动齿轮轴连接。
7.根据权利要求2所述的一种形状自适应的欠驱动机械手,其特征在于,支撑连杆的近端固定连接有一挂钩,相邻的两个挂钩之间设有拉簧。
8.根据权利要求3所述的一种形状自适应的欠驱动机械手,其特征在于,所述夹持板的内侧面上设有橡胶垫层。
9.根据权利要求1所述的一种形状自适应的欠驱动机械手,其特征在于,所述安装壳上固定设置有一底座,所述底座位于所述安装壳与所述对称轴的相交处。
10.根据权利要求9所述的一种形状自适应的欠驱动机械手,其特征在于,所述底座的远端端面为一 V型面。
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