CN105252544A - 一种柔性仿生机械手部装置 - Google Patents

Abstract

本发明为了克服现有的机械手部装置适应性差的问题，提供了一种柔性仿生机械手部装置，包括一个壳体，壳体顶部装有双拱形滑道，两个柔性手指穿过双拱形滑道的滑槽伸入壳体内，其中一个柔性手指为柔性宽指，另一个柔性手指为柔性分指，柔性宽指上安装有触发开关传感器和压力传感器，柔性掌心上安装有触发开关传感器和压力传感器，主控箱固定于壳体一侧，主控箱中包括数字舵机、舵机驱动模块和主控制模块，两个柔性手指与传动机构连接，传动机构与数字舵机的输出轴连接，触发开关传感器和压力传感器与主控制模块连接；本装置可适应抓握目标物体的外形，并可根据传感器的力感，实现目标物体的有效无损抓握，结构简单，便于广泛利用。

Description

一种柔性仿生机械手部装置

技术领域

本发明属于机器人手部技术领域，涉及一种具有仿生特征、柔性自适应抓取的仿生机械手部装置。

背景技术

目前，很多国家包括我国存在人口老龄化问题，相关服务行业人员缺乏。伴随着时代发展和科技的进步，机器人技术发展在此方面具有很大的应用空间，然而，目前机器人手部抓取目标物体是一般只能被动的适应机械手所抓握的形状，而不能使机械手去适应目标物体的形状，因此，机器人手部的功能还缺乏通用性和柔顺性。

而且现有的机器人手部装置结构都较复杂，对于重复性抓取目标物体的同时，可靠性不高，不便于维护和使用。

发明内容

本发明为了克服现有的机械手部装置适应性差的问题，提供了一种柔性仿生机械手部装置。

为解决上述技术问题，本发明是采用如下技术方案实现的：

一种柔性仿生机械手部装置，包括一个底部封闭上部开口的盒状的壳体，壳体顶部开口处装有一个双拱形滑道，双拱形滑道中部平直、两侧呈弧状且中部开有水平方向贯通的滑槽，两个柔性手指穿过双拱形滑道的滑槽伸入壳体内，其特征在于：

所述的柔性手指包括手指骨架和橡胶指面，手指骨架为弹性钢片，橡胶指面具有仿人手指纹纹路，橡胶指面由耐磨、防老化橡胶制成，手指骨架和橡胶指面固接为整体；其中一个柔性手指为柔性宽指，另一个柔性手指为柔性分指，所述柔性宽指由一个整体的橡胶指面和一个整体的手指骨架组成，所述柔性分指由2个分体的橡胶指面和2个分体的手指骨架组成，形成两个分指；一个柔性掌心位于双拱形滑道中间位置，柔性掌心由橡胶垫和金属板固接于双拱形滑道；

主控箱通过细螺栓固定于壳体的一侧，数字舵机、舵机驱动模块以及主控制模块固定于主控箱中；数字舵机通过两块舵机固定橡胶块固定于仿生手部外壳体；主控制模块的驱动输出端与舵机驱动模块的输入端连接，舵机驱动模块的输出端与舵机的引线连接；数字舵机输出轴穿过壳体上的通孔与主动轴通过键连接；

1号触发开关传感器和1号压力传感器固定安装在柔性宽指中间部位的柔性宽指橡胶浅槽中，2号触发开关传感器和2号压力传感器固定安装在柔性掌心的柔性掌心橡胶浅槽中，每个触发开关传感器的信号引出端与主控制模块的启动信号输入端连接，每个压力传感器的信号引出端与主控制模块的抓停信号输入端连接；

柔性宽指通过1号手指基座与1号连杆焊接，柔性分指通过2号手指基座与2号连杆焊接，1号连杆与a从动轮固定连接，2号连杆与b从动轮固定连接；c从动轮与a从动轮及主动轮啮合，主动轮与b从动轮及c从动轮啮合；1号手指基座和2号手指基座两侧具有凹槽，凹槽插入双拱形滑道的滑道中使柔性宽指和柔性分指可在双拱形滑道的滑道中平顺滑动；

进一步的技术方案是：

a从动轮、b从动轮、c从动轮和主动轮的齿轮模数相同，其中a从动轮与b从动轮齿数相同，主动轮与c从动轮齿数相同，a从动轮和b从动轮与主动轮和c从动轮的齿数比为2:1，传动比为1:2。

与现有技术相比本发明的有益效果是：

1.仿生手指具有柔性结构，可自适应抓握目标物体的外形，并可根据传感器的力感，实现目标物体的有效无损伤抓握。

2.橡胶材料手指具有仿人手指纹的纹路，加大抓握的摩擦附着性能，抓取物体更加稳固。

3.本装置结构简单，控制容易，可靠性高，具有较好经济性，便于广泛利用。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明：

图1是本发明所述的一种柔性仿生机械手部装置整体结构主视图；

图2是本发明所述的一种柔性仿生机械手部装置整体结构左视图；

图3是本发明所述的一种柔性仿生机械手部装置内部结构解析主视图；

图4是本发明所述的一种柔性仿生机械手部装置内部结构解析左视图；

图5是本发明所述的一种柔性仿生机械手部装置中的柔性手指的结构示意侧视图；

图6是本发明所述的一种柔性仿生机械手部装置中的柔性宽指的结构示意主视图；

图7是本发明所述的一种柔性仿生机械手部装置中的柔性分指的结构示意主视图；

图8是本发明所述的一种柔性仿生机械手部装置中的柔性掌心的结构示意主视图；

图9是本发明所述的一种柔性仿生机械手部装置中的柔性掌心的结构示意侧视图；

图10是本发明所述的一种柔性仿生机械手部装置中的从动轴的结构示意主视图；

图11是本发明所述的一种柔性仿生机械手部装置中的从动轴的结构示意右视图；

图12是本发明所述的一种柔性仿生机械手部装置中的主动轴的结构示意主视图；

图13是本发明所述的一种柔性仿生机械手部装置中的主动轴的结构示意右视图；

图中：1.柔性宽指，2.柔性分指，3.橡胶指面，4.手指骨架，5.柔性宽指橡胶浅槽通孔，6.柔性手指细螺栓孔组，7.手指根部，8.柔性宽指橡胶浅槽，9.柔性掌心，10.柔性掌心橡胶浅槽通孔，11.柔性掌心橡胶浅槽，12.柔性掌心细螺栓孔组，13.橡胶垫，14.金属板15.2号手指基座，16.1号手指基座，17.双拱形滑道，18.1号连杆，19.2号连杆，20.a从动轮，21.b从动轮，22.c从动轮，23.主动轮，24.a从动轴，25.b从动轴，26.c从动轴，27.主动轴，28.壳体，29.卡簧，30.舵机固定橡胶块，31.数字舵机，32.数字舵机输出轴，33.主控箱，34.1号压力传感器，35.2号压力传感器，36.舵机驱动模块，37.主控制模块，38.1号触发开关传感器,39.2号触发开关传感器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作详细的描述：

本发明所述的一种柔性仿生机械手部装置,如图1至图13所示；

本装置包括一个底部封闭上部开口的盒状的壳体28，壳体28顶部开口处装有一个双拱形滑道17，双拱形滑道17中部平直、两侧呈弧状且中部开有水平方向贯通的滑槽，两个柔性手指穿过双拱形滑道17的滑槽伸入壳体28内；

所述的柔性手指由橡胶指面3和手指骨架4组成，其中一个柔性手指为柔性宽指1，另一个柔性手指为柔性分指2，其中柔性宽指1由一个较宽的一体式的橡胶指面和一个较宽的一体式的手指骨架组成，柔性分指2由2个较窄的分体式的橡胶指面和2个较窄的分体式的手指骨架组成，形成两个分指，橡胶指面3具有仿人指纹，由耐磨、防老化橡胶制成，手指骨架4为弹性钢片，起指型支撑与承载作用，橡胶指面3和手指骨架4通过各自的柔性手指细螺栓孔组6安装一组细螺栓固接为整体；

所述的柔性掌心9位于双拱形滑道17中间位置，由金属板14和一层橡胶垫13组成，两者通过柔性掌心细螺栓孔组12安装一组细螺栓固接于双拱形滑道17之间的金属梁上；

所述的两只柔性手指的手指根部7分别焊接在两个手指基座上，1号手指基座15与1号连杆18焊接于一体，2号手指基座16与2号连杆19焊接于一体；

所述的1号连杆18与a从动轮20相固接，2号连杆19和b从动轮21相固接，两只柔性手指通过两个连杆随从动轮运动，而完成开合动作；

传动机构，包括a从动轮20、b从动轮21、c从动轮22、主动轮23与a从动轴24、b从动轴25、c从动轴26、主动轴27；a从动轮20、b从动轮21、c从动轮22、主动轮23与a从动轴24、b从动轴25、c从动轴26、主动轴27分别采用过盈配合连接,安装主动轮23的主动轴27的一端与壳体28上的通孔形成间隙配合，主动轴27的另一端开有向内凹陷的插槽，主动轴27通过该插槽与数字舵机输出轴32键连接，而安装3个从动轮的3个传动轴的两端都分别与壳体28上的通孔形成间隙配合，4个传动轴的两端通过卡簧29与壳体28固定，主动轮23同时与b从动轮21和c从动轮22啮合，而c从动轮22和a从动轮20啮合；

所述的1号触发开关传感器38固定安装在柔性宽指1中间部位的柔性宽指橡胶浅槽8中，2号触发开关传感器39固定安装在柔性掌心9的柔性掌心橡胶浅槽11中，1号触发开关传感器38和2号触发开关传感器39的信号引出端与主控制模块37的启动信号输入端连接；

1号压力传感器34固定安装在柔性宽指1中间部位的柔性宽指橡胶浅槽8中，2号压力传感器35固定安装在柔性掌心9的柔性掌心橡胶浅槽11中，1号压力传感器34和2号压力传感器35的信号引出端与主控制模块37的抓停信号输入端连接；

数字舵机31、舵机驱动模块36以及主控制模块37固定于主控箱33中；主控制模块37的驱动输出端与舵机驱动模块36的输入端连接，舵机驱动模块36的输出端与数字舵机31的引线连接；

所述的主控制模块37包括抓停信号输入端、触发开关信号输入端、电机控制端、系统复位端，以及与上位机通信端口；主控制模块37的复位端触发复位信号，复位信号初始化仿生手的初始状态，柔性手指处于初始的张开状态；

本装置的工作原理：

所述的主控制模块37运行控制程序，该控制程序实现仿生机械手部装置抓握过程，即利用来自两个触发开关传感器与两个压力传感器的信号，发出指令通过舵机驱动模块36驱动数字舵机31转动，实现抓取或放开的功能。当柔性宽指1指间部位或柔性掌心9部位的触发开关传感器触碰到所抓目标物体时，控制程序会接收到触发开关传感器的信号，而发送指令开启数字舵机31驱动两只柔性手指闭合运动，在闭合运动过程中，所抓取目标物体与柔性宽指1或柔性掌心9部位的接触压力通过两只压力传感器实时检测，当达到设定阈值时，控制程序会产生停止信号，使数字舵机31停止，完成有效的抓握操作；

当主控制模块37接收到上位机释放指令时，数字舵机31开始反转，两只柔性手指张开复位，释放所抓目标物体。

Claims (2)

1.一种柔性仿生机械手部装置，包括一个底部封闭上部开口的盒状的壳体(28)，壳体(28)顶部开口处装有一个双拱形滑道(17)，双拱形滑道(17)中部平直、两侧呈弧状且中部开有水平方向贯通的滑槽，两个柔性手指穿过双拱形滑道(17)的滑槽伸入壳体(28)内，其特征在于：

所述的柔性手指包括手指骨架(4)和橡胶指面(3)，手指骨架(4)为弹性钢片，橡胶指面(3)具有仿人手指纹纹路，橡胶指面(3)由耐磨、防老化橡胶制成，手指骨架(4)和橡胶指面(3)固接为整体；其中一个柔性手指为柔性宽指(1)，另一个柔性手指为柔性分指(2)，所述柔性宽指(1)由一个整体的橡胶指面(3)和一个整体的手指骨架(4)组成，所述柔性分指(2)由2个分体的橡胶指面(3)和2个分体的手指骨架(4)组成，形成两个分指；一个柔性掌心(9)位于双拱形滑道(17)中间位置，柔性掌心(9)由橡胶垫(13)和金属板(14)固接于双拱形滑道(17)；

主控箱(33)通过细螺栓固定于壳体的一侧，数字舵机(31)、舵机驱动模块(36)以及主控制模块(37)固定于主控箱(33)中；数字舵机(31)通过两块舵机固定橡胶块(30)固定于仿生手部外壳体(28)；主控制模块(37)的驱动输出端与舵机驱动模块的输入端连接，舵机驱动模块的输出端与舵机的引线连接；数字舵机输出轴(32)穿过壳体(28)上的通孔与主动轴(27)通过键连接；

1号触发开关传感器(38)和1号压力传感器(34)固定安装在柔性宽指(1)中间部位的柔性宽指橡胶浅槽(8)中，2号触发开关传感器(39)和2号压力传感器(35)固定安装在柔性掌心(9)的柔性掌心橡胶浅槽(11)中，每个触发开关传感器的信号引出端与主控制模块(37)的启动信号输入端连接，每个压力传感器的信号引出端与主控制模块(37)的抓停信号输入端连接；

柔性宽指(1)通过1号手指基座(16)与1号连杆(18)焊接，柔性分指(2)通过2号手指基座(15)与2号连杆(19)焊接，1号连杆(18)与a从动轮(20)固定连接，2号连杆(19)与b从动轮(21)固定连接；c从动轮(22)与a从动轮(20)及主动轮(23)啮合，主动轮(23)与b从动轮(21)及c从动轮(22)啮合；1号手指基座(16)和2号手指基座(15)两侧具有凹槽，凹槽插入双拱形滑道(19)的滑道中使柔性宽指(1)和柔性分指(2)可在双拱形滑道(19)的滑道中平顺滑动。

2.根据权利要求1所述的一种柔性仿生机械手部装置，其特征在于，a从动轮(20)、b从动轮(21)、c从动轮(22)和主动轮(23)的齿轮模数相同，其中a从动轮(20)与b从动轮(21)齿数相同，主动轮(23)与c从动轮(22)齿数相同，a从动轮(20)和b从动轮(21)与主动轮(23)和c从动轮(22)的齿数比为2:1，传动比为1:2。