CN105150235A - 一种新型绳驱动三指灵巧手 - Google Patents

Abstract

本发明设计了一种新型绳驱动三指灵巧手，它解决了传统机械手灵活性，通用性差的问题。该灵巧手的特征在于，包括用于安装手掌、固定手指、运动底座并与旋转手指转动机构相连的固定底座；所述固定底座上面设置两个运动底座、固定手指和手掌，所述两个运动底座上面各固定安装一个旋转手指；所述固定底座下部设置旋转手指转动机构，所述旋转手指转动机构一端与两个运动底座相连，一端与旋转电机联轴器相连；所述两个旋转手指与固定手指位于同心圆上，且两个旋转手指与固定手指的基指节将圆形手掌包络。本灵巧手可在柔性生产线上或有害的环境下代替人工实现灵活、精确、快速的抓取操作，在工业机器人领域中有广阔的应用前景和重要的社会意义。

Description

一种新型绳驱动三指灵巧手

技术领域

本发明涉及工业机器人领域，具体涉及一种新型绳驱动三指灵巧手。主要用于在柔性生产线上完成各种灵巧及精细的操作任务或在危险、恶劣的工作环境下代替人工从事探测、取样、装配、修理等作业。

背景技术

在工业应用领域内，现有的机器人多采用简单的末端执行器，如两爪或三爪的夹持器、钳子、夹子或特定作业下的自适应柔顺装置等，来完成物料的加持和搬运工作。这种机械手缺乏灵活性，抓取精度低，稳定性、可靠性和通用性差、缺少精确的力控制，已远远不能满足柔性生产线上各种灵巧及精细操作任务的要求。为此本发明提供一种新型绳驱动三指灵巧手，该灵巧手为欠驱动三指结构形式，可通过活动手指的转动、近指节在基指节中的上下移动及中指节和远指节的弯曲，调整手指的抓握姿态，实现对不同体积不同形状的物体的抓取任务。具有很高的通用性、稳定性和可靠性，即可与工业机器人进行高效配合，提高工业生产的自动化程度，也可代替人工在危险、恶劣的工作环境下从事探测、取样、装配、修理等作业。

发明内容

本发明的技术目的是克服现有技术中的问题，提供一种新型绳驱动三指灵巧手。该灵巧手具有多关节，多自由度，能够自由灵活转动、移动，弯曲，实现对不同形状、不同体积的物体的抓取任务。可在柔性生产线上完成各种灵巧及精细操作任务或代替人工在危险、恶劣的工作环境下从事探测、取样、装配、修理等作业。

本发明为了解决其技术问题所采用的技术方案是：一种新型绳驱动三指灵巧手，其特征在于，包括用于安装手掌、固定手指、运动底座并与旋转手指转动机构相连的固定底座；所述固定底座上面设置两个运动底座、固定手指和手掌，所述两个运动底座上面各固定安装一个旋转手指，且运动底座可绕固定底座旋转；所述固定底座下部设置旋转手指转动机构，所述旋转手指转动机构一端与两个运动底座相连，一端与旋转电机联轴器相连；所述旋转电机联轴器上端与旋转手指转动机构连接，下端与旋转电机相连。所述两个旋转手指与固定手指位于同心圆上，且两个旋转手指与固定手指的基指节将圆形手掌包络；旋转手指与固定手指的基指节都采用阶梯形中空的长方体结构，基指节的后面空腔安装绳轮驱动电机，通过钢丝绳与中指节绳轮、远指节绳轮相连；基指节的前面空腔设置丝杠驱动电机；所述丝杠驱动电机与丝杠相连，所述丝杠一端与丝杠驱动电机相连，一端与丝杠螺母相连，所述丝杠螺母内圈与丝杠连接，外圈固定在手指的近指节上。

前述的一种新型绳驱动三指灵巧手，所述固定手指主要由基指节、近指节、中指节、远指节、近指节压紧端盖、远指节压紧端盖、中指节绳轮、远指节绳轮、远指节轴、远指节轴承、中指节轴、中指节轴承、复位弹簧组成。固定手指的基指节安装在固定底座上，近指节由近指节左、近指节右、近指节连接片、近指节连接螺钉组成，所述近指节一端固定在丝杆螺母上，可沿丝杠在基指节内上下移动，一端与中指节相连；中指节由中指节左、中指节右、中指节连接片、中指节连接螺钉组成，所述中指节一端与近指节相连，一端与远指节相连，可绕中指节轴转动，实现弯曲动作；远指节由远指节左、远指节右、远指节连接片、远指节连接螺钉组成，所述远指节一端与中指节相连，可绕远指节轴转动，实现弯曲动作。

前述的一种新型绳驱动三指灵巧手，所述旋转手指主要由基指节、近指节、中指节、远指节、近指节压紧端盖、远指节压紧端盖、中指节绳轮、远指节绳轮、远指节轴、远指节轴承、中指节轴、中指节轴承、复位弹簧组成。旋转手指的基指节安装在运动底座上，可随运动底座绕轴线做回转运动。本发明采用模块化设计，旋转手指和固定手指采用完全相同的结构形式。

前述的一种新型绳驱动三指灵巧手，所述旋转手指转动机构由主动齿轮、从动齿轮组成，用于驱动安装两个旋转手指的运动底座绕轴线做回转运动。两个运动底座转动由同一电机驱动。左侧运动底座通过主动齿轮带动三个从动齿轮实现转动，右侧运动底座通过主动齿轮带动两个从动齿轮实现转动，两个运动底座转动方向相反。

综上所述，本灵巧手具有多关节，多自由度，多支链的特点。固定手指和旋转手指可实现近指节的伸缩和中指节、远指节的弯曲运动，且两个旋转手指可跟随运动底座绕轴线做回转运动；固定手指和旋转手指采用相同的结构形似。本灵巧手即可在柔性生产线上完成各种灵巧及精细操作任务，也可在极限或者有害的环境下代替人工实现灵活、精确、快速、高重复量的抓取操作，在工业机器人领域中有广阔的应用前景和重要的社会意义。

附图说明

图1是本发明的灵巧手的结构总图；

图2是本发明手指组件的具体结构图；

图3是本发明手指布置图；

图4是本发明旋转手指转动机构示意图；

其中：图1中的编号分别为：1、旋转电机2、固定底座3、丝杠驱动电机4、手掌5、近指节连接片6、近指节复位弹簧7、中指节连接片8、远指节复位弹簧9、远指节连接片10、旋转手指A11、固定手指12、旋转手指B13、丝杠螺母14、丝杠15、绳轮驱动电机16、运动底座17、旋转手指转动机构18、旋转电机联轴器

图2中的编号分别为：19、基指节20、近指节右21、近指节压紧端盖22、近指节端盖螺钉23、中指节绳轮24、中指节右25、中指节连接螺钉26、远指节压紧端盖27、远指节端盖螺钉28、远指节右29、远指节左30、远指节连接螺钉31、远指节绳轮32、远指节轴33、远指节轴承34、中指节左35、中指节轴36、中指节轴承37、近指节左38、近指节连接螺钉

图3中的编号分别为：39、绳轮驱动电机固定板28、固定螺钉

图4中的编号分别为：41、主动齿轮42、从动齿轮A43、从动齿轮B44从动齿轮C45、从动齿轮D46、从动齿轮E

具体实施方式

为了使本发明的技术方案、技术特征、达成目的与功能易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述。

如图1、图2、图3、图4所示，一种新型绳驱动三指灵巧手，其特征在于，包括用于安装手掌4、固定手指11、运动底座16并与旋转手指转动机构17相连的固定底座2；所述固定底座2上面设置两个运动底座16、固定手指11和手掌4，所述两个运动底座16上面各固定安装旋转手指A10和旋转手指B12，且运动底座16可绕固定底座2旋转；所述固定底座2下部设置旋转手指转动机构17，所述旋转手指转动机构17一端与两个运动底座16相连，一端与旋转电机联轴器18相连。所述旋转电机联轴器18上端与旋转手指转动机构17连接，下端与旋转电机1相连。所述旋转手指A10、旋转手指B12与固定手指11位于同心圆上，且旋转手指A10、旋转手指B12与固定手指11的基指节将圆形手掌4包络。旋转手指A10、旋转手指B12与固定手指11的基指节都采用阶梯形中空的长方体结构，基指节19的后面空腔安装绳轮驱动电机15，通过钢丝绳与中指节绳轮23、远指节绳轮31相连；基指节19的前面空腔设置丝杠驱动电机3，所述丝杠驱动电机3与丝杠14相连，所述丝杠14一端与丝杠驱动电机3相连，一端与丝杠螺母13相连，所述丝杠螺母13内圈与丝杠14连接，外圈固定在手指的近指节左37和近指节右20上。

下面根据图1-图4说明本发明的工作过程。

手指的弯曲过程：

丝杠驱动电机3不启动，绳轮驱动电机15启动。绳轮驱动电机15通过钢丝绳带动中指节绳轮23转动，带动中指节轴35旋转，中指节跟随中指节轴35转动，同时中指节绳轮23通过钢丝绳带动远指节轴32旋转，远指节跟随远指节轴32转动，实现了远指节和中指节的弯曲动作。

手指的伸缩过程：

绳轮驱动电机15不启动，丝杠驱动电机3启动。丝杠驱动电机3带动丝杠14旋转，丝杠螺母13沿丝杠14上下移动，带动与丝杠螺母13固连的近指节在基指节19内上下移动，与近指节连接的中指节和远指节跟随近指节移动，实现了相对基指节19的伸缩动作。

手指的弯曲、伸缩过程：

绳轮驱动电机15启动，丝杠驱动电机3启动。丝杠驱动电机3带动丝杠14旋转，丝杠螺母13沿丝杠14上下移动，带动与丝杠螺母13固连的近指节在基指节19内上下移动，与近指节连接的中指节和远指节跟随近指节移动，实现了相对基指节19的伸缩动作。同时，绳轮驱动电机15通过钢丝绳带动中指节绳轮23转动，带动中指节轴35旋转，中指节跟随中指节轴35转动，同时中指节绳轮23通过钢丝绳带动远指节轴32旋转，远指节跟随远指节轴32转动，实现了远指节和中指节的弯曲动作。

旋转手指的转动过程：

旋转电机1启动，通过旋转电机联轴器18带动主动齿轮41转动，主动齿轮41带动从动齿轮A42旋转，从动齿轮B43跟随从动齿轮A42旋转，带动运动底座16绕轴线转动，旋转手指A10跟随运动底座16转动，主动齿轮41同时带动从动齿轮E46旋转，从动齿轮D45跟随从动齿轮E46旋转，从动齿轮D45带动从动齿轮C44旋转，带动运动底座绕轴线转动，运动底座带动旋转手指B12绕轴线转动，转动方向与旋转手指A10相反。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (4)

1.一种新型绳驱动三指灵巧手，其特征在于，包括用于安装手掌、固定手指、运动底座并与旋转手指转动机构相连的固定底座；所述固定底座上面设置两个运动底座、固定手指和手掌，所述两个运动底座上面各固定安装一个旋转手指，且运动底座可绕固定底座旋转；所述固定底座下部设置旋转手指转动机构，所述旋转手指转动机构一端与两个运动底座相连，一端与旋转电机联轴器相连；所述旋转电机联轴器上端与旋转手指转动机构连接，下端与旋转电机相连；所述两个旋转手指与固定手指位于同心圆上，且两个旋转手指与固定手指的基指节将圆形手掌包络；旋转手指与固定手指的基指节都采用阶梯形中空的长方体结构，基指节的后面空腔安装绳轮驱动电机，通过钢丝绳与中指节绳轮、远指节绳轮相连；基指节的前面空腔设置丝杠驱动电机；所述丝杠驱动电机与丝杠相连，所述丝杠一端与丝杠驱动电机相连，一端与丝杠螺母相连，所述丝杠螺母内圈与丝杠连接，外圈固定在手指的近指节上。

2.根据权利要求1所述的一种新型绳驱动三指灵巧手，所述固定手指主要由基指节、近指节、中指节、远指节、近指节压紧端盖、远指节压紧端盖、中指节绳轮、远指节绳轮、远指节轴、远指节轴承、中指节轴、中指节轴承、复位弹簧组成；固定手指的基指节安装在固定底座上；近指节由近指节左、近指节右、近指节连接片、近指节连接螺钉组成，所述近指节一端固定在丝杆螺母上，可沿丝杠在基指节内上下移动，一端与中指节相连；中指节由中指节左、中指节右、中指节连接片、中指节连接螺钉组成；所述中指节一端与近指节相连，一端与远指节相连，可绕中指节轴转动，实现弯曲动作；远指节由远指节左、远指节右、远指节连接片、远指节连接螺钉组成，所述远指节一端与中指节相连，可绕远指节轴转动，实现弯曲动作。

3.根据权利要求1所述的一种新型绳驱动三指灵巧手，所述旋转手指主要由基指节、近指节、中指节、远指节、近指节压紧端盖、远指节压紧端盖、中指节绳轮、远指节绳轮、远指节轴、远指节轴承、中指节轴、中指节轴承、复位弹簧组成；旋转手指的基指节安装在运动底座上，可随运动底座绕轴线做回转运动；旋转手指和固定手指结构相同。

4.根据权利要求1所述的一种新型绳驱动三指灵巧手，所述旋转手指转动机构由主动齿轮、从动齿轮组成，用于驱动安装两个旋转手指的运动底座绕轴线做回转运动；两个运动底座转动由同一电机驱动；左侧运动底座通过主动齿轮带动三个从动齿轮实现转动，右侧运动底座通过主动齿轮带动两个从动齿轮实现转动，两个运动底座转动方向相反。