CN105500399A - 一种气动闸线驱动且具有人手特征的机械手 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种气动闸线驱动的具有人手特征的机械手。包括五个机械手指、一个手掌、限位驱动装置和气路回路；机械手指均依次包括上、中、下指节和连接元件。气路控制系统包括气源装置、气缸、调压阀、电磁换向阀及气管；五个机械手指的下指节分别通过各自的连接件同一方向安装在机械手掌内；分别用细闸线穿过上、中、下指节和连接件，并在上指节进行固定，闸线另一端穿过限位件与气缸连接作为驱动装置。根据气动的柔性优点，研制了机械手的气体驱动工作过程和相应的气动回路，使机器手的抓取力度可调。本发明的气动闸线驱动方式且具有人手特征的机械手极高的还原了人手抓取的动作，可以用仿生机器人、康复机器人及工业机器人等领域。

Description

一种气动闸线驱动且具有人手特征的机械手

技术领域

本发明涉及一种气动闸线驱动且具有人手特征的机械手，具有人手抓取运动时的特征，可以灵巧的完成抓取动作。

背景技术

随着现代科学技术的快速发展和机器人应用领域的不断扩大，在各种类型的机器人中，拟人仿生机器人项目越来越多，原有的拟人仿生机器人机械手活动过于生硬和笨重，无法满足现今的应用需求。

现在为了克服普通机械手夹持方式单一、活动空间小、缺少灵活性、难以精确控制等缺点，灵巧性机械手应运而生。灵巧型机械手有多个自由度，可以对所抓取物体进行精确操作。以期代替夹持器，安装到机器人操作末端，可以有效地扩大机器人工作范围，提高机器人的作业质量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有多自由度、多关节，能灵活抓取不同形状、不同材质物体的机械手。它能代替人手，在环境非常恶劣的环境中替代人手进行操作。

本发明采用气动作为动力源，气动作为驱动具有体积小、结构简单等优点。气缸通过闸线进行传动，其动作平滑，响应快，运动具有可调性，因此可以直接驱动。

本发明的整个气动回路连接气缸固定在固定板上，在固定板上与闸线定位块上的闸线穿孔进行对心固定。对心固定可以使气缸运动时有效减少力的损耗。气缸采用水平整齐排列，节省了空间，同时还使作用力的作用点与机械手受力点在同一个作用平面上，减少力的损耗。

本发明的气动回路采用五个气缸作为输出执行器，气缸与二位五通电磁换向阀、调压阀、空气压缩机和气管等元件作为气动控制部分。五个电磁换向阀互不干扰，使气体驱动方式的机械手拥有独立的驱动力，在避免干涉的同时增加了机器手的灵活性。

本发明采用简单的新颖的安全的气动回路作为驱动器，同时结合机械手作为执行机构，组成整个气体驱动方式具有人手特征的机械手，该气体驱动方式具有人手特征的机械手有结构新颖、柔性好、机构简单、易于控制等优点，可以满足仿生领域对机械手的性能要求。

本发明选用圆柱的手指外形，使得手指的强度增加，同时最大化的接近人手的比例，可以使机械手更加的灵活。每个手指关节，在连接处均以小于20度的角度进行设计，使得机械手在弯曲时不但有足够的运动空间，还具有足够的机械强度，每个机械手指节以另一个指节都有60度的最大弯曲角度，与人手指的抓取时的弯曲角度一致，可以准确的模仿人类的抓取动作。手指的连接处采用平滑的边缘设计，使得手指节在复位时限位在手指伸直的中心轴线上。

本发明采用闸线作为力的传动构件，在机械手的上指节处连接，受力点在上指节并以连接销为轴进行运动，使得机械手拥有人手骨骼与肌肉一样的工作方式，使得机械手更加的灵活。

本发明使用连接销和轴承进行连接，在机械手指下关节约束五个自由度只释放一个绕连接销旋转的自由度，手指上关节和中关节均释放三个自由度，使其与人手抓取时自由度相同。

本发明采用气动进行驱动可以进行精确地操作，推杆的运动回程与闸线的回程一致，从而机械手的可控性稳定，可以进行精确地操作。

附图说明

图1，本发明的机械手手指结构示意图；

图2，本发明扭簧示意图；

图3，本发明非圆型挡圈示意图；

图4，本发明的机械手指示意图；

图5，本发明的限位驱动装置示意图；

图6，本发明的整体装配图；

图7，本发明的气动回路示意图；

附图标记：

机械手手指的上指节1

机械手中指节2

机械手下指节3

连接销4

滚动轴承5

扭簧6

非圆型挡圈7

闸线8

手掌9

手掌连接件10

手掌销轴11

固定板12

浮动限位块13

固定限位块14

固定角铁15

空气压缩机16

调压阀17

二位五通电磁换向阀18

气缸19

具体实施方式

本发明的每个机械手指之间用连接销4、滚动轴承5嵌套配合，扭簧6实现弯曲后的复位。五个机械手的上指节1上都有闸线8的固定孔，闸线8分别穿过机械手中指节2和机械手下指节3的闸线8的限位孔，从而进行动力链的连接。闸线8在机械手上指节1的闸线8的固定孔进行固定，再在机械手掌9后连接气缸19进行驱动；在闸线8固定处受力以连接销4为转轴，机械手上指节1与机械手中指节2同时进行弯曲，达到弯曲手指的目的。气缸19通过固定限位块14与闸线8连接，进行传动，气缸19在固定板12上用固定角铁15进行固定；闸线8用浮动限位块13进行限位。

本发明的五个气缸分别与闸线固定件采用螺纹连接，在固定板上使用螺钉螺母连接，用限位件进行运动时的固定，采用螺纹固定具有稳定性好、无运动游隙、装卸方便。

闸线8一端为钢丝触头，另一端为限位圆柱，钢丝触头一端连接机械手，另一端与驱动气缸19相配合。设计的固定板12一端开有五条沟槽，用于安装浮动限位块13。固定板12另一端安装固定角铁15，用于固定气缸19。设计的五个浮动限位块13分别与固定板12上的五条沟槽相配合，形状为台阶型，其底面开有沉头孔，用于调节浮动限位块13在沟槽的位置，竖直面开有小孔，用于穿过闸线8，这样可根据不同闸线8的长度来调节浮动限位块13在固定板12沟槽上的位置。设计的固定限位块14安装在气缸19与浮动限位块13之间，为内部弧面凹槽型，可以将闸线8一端的限位圆柱卡死，实现一端固定，在外圆表面开有孔，用于螺纹顶丝压紧。在固定限位块14端面开有螺纹孔，直接与气缸19的活塞杆实现螺纹连接。

通过空气压缩机16向外输出高压气体，通过调压阀17来调节气体压力。输出的压力气体通过五个二位五通电磁换向阀18送给双作用气缸19。二位五通电磁换向阀18在初始位置时，一端进气，一端排气，可以实现气缸19活塞杆的伸出，此时，闸线8状态自由，机械手处于伸开状态。当二位五通电磁换向阀18换向时，之前进气的一端变为排气，之前排气的一端变为进气，可以实现气缸19活塞杆的收缩，此时，闸线8状态绷紧，拉动机械手指节，机械手指处于弯曲状态。五个二位五通电磁换向阀18可以独立工作，分别驱动五个气缸19独立工作，从而可以使五根手指独立工作，互不影响。这样就可以实现机械手的抓取、点动等功能。

以上所述是本发明的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种气动闸线驱动且具有人手特征的机械手，其特征是：五个机械手手指的上指节（1）上都有闸线（8）的固定孔；闸线（8）分别穿过机械手中指节（2）和机械手下指节（3）的闸线限位孔，从而进行动力传动链的连接；闸线（8）在机械手上指节（1）的闸线固定孔进行固定，再在机械手掌（9）后连接气缸（19）进行执行运动；在闸线固定处受力，以连接销（4）为转轴，机械手上指节（1）与机械手中指节（2）同时进行弯曲，从而达到弯曲手指的目的。

2.根据权利要求1所述的气动闸线驱动且具有人手特征的机械手，其特征在于：机械手上指节（1）台阶处开有孔，是闸线（8）的穿入孔，并且在垂直方向开有螺纹孔，用螺纹顶丝固定；机械手上指节（1）圆周侧壁开有孔，是机械手上指节（1）与机械手中指节（2）、连接销（4）的轴孔，外侧有非圆型台阶，用于台阶外侧安装非圆型挡圈（7）；销轴上套有扭簧（6），气体驱动闸线（8）工作，能够减缓冲击；机械手中指节（2）环形突起部分开有孔，闸线（8）穿入孔，机械手中指节（2）与机械手上指节（1）相连接，因此设计机械手中指节（2）有连接键，连接键有通孔，一侧为平头，另一侧为沉头，沉头部分用于嵌入滚动轴承（5），沉头部分与基准孔轴线在同一条直线上；机械手下指节（3）圆周侧壁开有孔，是机械手中指节（2）与机械手下指节（3）的连接销（4）的轴孔，外侧有非圆型台阶，用于台阶外侧安装非圆型挡圈（7）；销轴上套有扭簧（6），在气体驱动闸线工作时，可防治由于过大冲击力而使机构变形；其它开槽部分是为了手指减重。

3.根据权利要求1或2所述的气动闸线驱动且具有人手特征的机械手，其特征在于：五个手指与手掌连接件（10）分别安装在机械手掌（9）的五个圆弧形槽正对位置，由手掌销轴（11）固定在手掌上；手掌连接件（10）设计有突出键，键上有通孔，一侧为平头，另一侧为沉头，沉头部分用于嵌入滚动轴承（5），沉头部分与基准孔轴线在同一条直线上；机械手下指节（3）和手掌连接件（10）用手掌销轴（11）连接，销轴上套有扭簧（6），在气体驱动闸线（8）工作时，可防治由于过大冲击力而是机构变形，从而使机械手下指节（3）和手掌（9）相连接；由于手掌连接件（10）一端为圆弧状，因此可以实现手指在手掌（9）平面内的角度摆动；手掌（9）侧壁圆弧形槽上开有小孔，用于穿过闸线（8），防止与手掌连接件（10）发生干涉。

4.根据权利要求1所述的气动闸线驱动且具有人手特征的机械手，其特征在于，带限位的机械手驱动装置的结构是：气缸（19）通过固定限位块（14）与闸线（8）连接进行传动，气缸（19）在固定板（12）上用固定角铁（15）进行固定；闸线（8）用浮动限位块（13）进行限位。

5.根据权利要求1所述的气动闸线驱动且具有人手特征的机械手，其特征在于闸线（8）一端为钢丝触头，另一端为限位圆柱，钢丝触头一端连接机械手，另一端与驱动气缸（19）相配合；设计的固定板（12）一端开有五条沟槽，用于安装浮动限位块（13）；固定板（12）另一端安装固定角铁（15），用于固定气缸（19）；设计的五个浮动限位块（13）分别与固定板（12）上的五条沟槽相配合，形状为台阶型，其底面开有沉头孔，用于调节浮动限位块（13）在沟槽的位置，竖直面开有小孔，用于穿过闸线（8），这样可根据不同闸线（8）的长度来调节浮动限位块（13）在固定板（12）沟槽上的位置；设计的固定限位块（14）安装在气缸（19）与浮动限位块（13）之间，为内部弧面凹槽型，可以将闸线（8）一端的限位圆柱卡死，实现一端固定，在外圆表面开有孔，用于螺纹顶丝压紧；在固定限位块（14）端面开有螺纹孔，直接与气缸（19）的活塞杆实现螺纹连接。