CN105500400A - 一种三指机械手爪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种三指机械手爪，属于机器人技术领域，包括三根手指、手掌。手掌的两侧面呈直角，其中一个侧面安装一根手指，另一侧面安装两根手指。每根手指有三段指节，相互之间通过三个关节联结，每个指节可以绕关节做0°～90°弯转。每根指节的弯转通过一条柔性绳索驱动，指节的复位伸直则通过弹簧驱动。在手指上套上橡胶皮套，则能增加摩擦力，使抓物更稳定并且外观更接近人手。本发明的机械手爪抓物时的可以呈现各种姿态，可以抓取较大尺寸范围物件，对于实施例100mm长度手指，被抓物的尺寸可以是5mm～150mm，能适应各种形状物件，比如圆柱形、棱柱形、球形、不规则形状。

Description

一种三指机械手爪

技术领域

本发明属于机器人技术领域，特别是机械手爪。

背景技术

为了实现抓取物件的功能，现有的机械手爪通常针对特定尺寸和特定形状的被抓物，设计为二指(二爪)平面机构且采用直线驱动。但是这种机械手爪存在不足：(1)不能适应大范围尺寸的被抓物，比如尺寸5mm～200mm；(2)不能适应形状多样的被抓物，比如圆柱形、棱柱形、球形、不规则形状。而为了实现更复杂的动作，往往把机械手爪设计得结构复杂、体积庞大，使用数量繁多的驱动轴。在机器人的工作环境，特别是服务机器人的工作环境，并不是象生产流水线上那样只需要处理固定的对象，而是需要抓取各种大小、形状的物件，而且希望手爪本身小巧、驱动简单，现有的机械手爪往往无法满足要求。

发明内容

本发明的目的是针对上述问题，提供三指机械手爪。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：一种三指机械手爪，包括三根手指，手掌。手掌的两侧面呈直角，其中一个侧面安装一根手指，另一侧面安装两根手指。设置于同一手掌侧面上的两根手指为非平行设置，两手指弯曲后在该侧面上的投影成“八”字形。每根手指有三段指节，相互之间通过三个关节联结，每个指节可以绕关节做0°～90°弯转。每根指节的弯转通过一条柔性绳索驱动，指节的复位伸直则通过弹簧驱动。在手指上套上橡胶皮套，则能增加摩擦力，使抓物更稳定并且外观更接近人手。

所述的手指包括手指底座、指节一、指节二、指节三、销轴、轴套、柔性绳索、弹簧；其中，手掌基础有两个相互垂直的侧面，两侧面上共有三组安装孔；三根手指通过手指底座用螺钉固定安装在手掌基础上，一根手指安装在手掌基础的一个侧面上，另外两根手指安装在手掌基础的另一侧面上；三根手指具有相同的组成部分和结构，如下面描述的那样。手指底座由端板和U形板组成，在端板上有安装孔，在U形板的两侧板上有轴套孔；指节一为宽度略大于手指底座的U形板，其两侧板上有两个销轴孔；指节一与手指底座通过可以转动的关节连接，关节装配时，先在手指底座的轴套孔中装入轴套，U形指节一与手指底座的U形板开口相对并使销轴孔与轴套孔同轴线，插入销轴穿过已安装的轴套，两端固定在销轴孔内，形成可在0°～90°之间弯转的关节；指节二为宽度略小于指节一的U形板，其两侧板上有轴套孔和；指节三为宽度略大于指节二的U形板，其两侧板上有轴套孔；同样地，指节二与指节一通过可以转动的关节连接，指节三与指节二通过可以转动的关节连接，三个关节一样，都只能朝同一侧弯转，转动的角度范围为0°～90°。

在手掌基础的每组安装孔旁开有个绳索孔，在手指底座U形板的底板上开有个绳索槽，在指节一U形板的底板上开有两个绳索孔，在指节二U形板的底板上开有2个绳索槽，在指节三U形板的底板上开有1个绳索孔；每根手指有1条绳索串过前述的各个绳索孔或绳索槽，绳索的一端固定在指节三上，绳索的另一端与动力源相联。

在三个关节处，均安装有弹簧，弹簧的弹力使通过关节相连的两关节回复伸直的姿态。在每根手指外套上橡胶皮套，以增加摩擦力，使抓物更稳定并且外观更接近人手。

机械手爪初始状态为三指伸直，呈张开姿态，可以接纳大尺寸的物件；机械手爪抓取物件时，动力源拉动绳索的一端，带动指节绕关节弯转，空间分布的三根手指弯曲，呈现抓取姿态；绳索被拉动的长度越大则手指弯曲越严重，也就是可抓取尺寸越小的物件；动力源拉动绳索的力越大则抓握物件的力越大。动力源松开绳索，则在弹簧的弹力作用下，关节两侧相邻的指节回复伸直的姿态，手爪张开。本发明的机械手爪抓物时的可以呈现各种姿态，可以抓取较大尺寸范围物件，对于实施例100mm长度手指，被抓物的尺寸可以是5mm～150mm，能适应各种形状物件，比如圆柱形、棱柱形、球形、不规则形状。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、每根手指有三个可以弯转的关节，运动灵活，各关节处于不同角度时手指呈现多种多样的弯曲形态；

2、具有三根手指，分别安装在手掌的相互垂直的两侧面上，手指伸直时，张开跨度大；

3、呈空间分布的三根手指，结合各指关节的弯转，可以形成各种抓握姿态，抓取较大尺寸范围物件，能适应各种形状物件；

4、每根手指通过一条柔性绳索传动，并且把动力源置于手掌之外，占用空间小，使手指的结构简单，运动范围大。

附图说明

图1是本发明的三指机械手爪三根手指全部伸直的立体示意图；

图2是本发明的手指结构爆炸示意图；

图3是本发明的手指结构剖切示意图；

图4是本发明的三指机械手爪抓物姿态一；

图5是本发明的三指机械手爪抓物姿态二；

图6是本发明的三指机械手爪抓物姿态三。

图中，手掌基础1、手指底座2、指节一3、指节二4、指节三5、销轴6、轴套7、柔性绳索8、弹簧9、螺钉10。

具体实施方式

如图1、图2和图3所示，三指机械手爪，其特征在于，包括手掌基础1、手指；其中手指包括手指底座2、指节一3、指节二4、指节三5、销轴6、轴套7、柔性绳索8、弹簧9；其中，手掌基础1有相互垂直的侧面一1a和侧面二1b，两侧面上共有3组安装孔1c；3根手指通过手指底座2用螺钉10固定安装在手掌基础1上，1根手指安装在手掌基础的侧面一1a上，另外2根手指安装在手掌基础的侧面二1b上，设置于手掌基础的侧面二1b上的两根手指为非平行设置，两手指弯曲后在该侧面上的投影成“八”字形；3根手指具有相同的组成部分和结构，如下面描述的那样。手指底座2由端板2d和U形板2b组成，在端板2d上有安装孔2c，在U形板2b的两侧板上有轴套孔2a；指节一3为宽度略大于手指底座2的U形板，其两侧板上有两个销轴孔3a和3b；指节一3与手指底座2通过可以转动的关节6a连接，关节6a装配时，先在手指底座2的轴套孔2d中装入轴套7，U形指节一3与手指底座2的U形板开口相对并使销轴孔3a与轴套孔2a同轴线，插入销轴6穿过已安装的轴套7，两端固定在销轴孔3a内，形成可在0°～90°之间弯转的关节6a；指节二4为宽度略小于指节一3的U形板，其两侧板上有轴套孔4b和4c；指节三5为宽度略大于指节二4的U形板，其两侧板上有轴套孔5c；同样地，指节二4与指节一3通过可以转动的关节6b连接，指节三5与指节二4通过可以转动的关节6c连接，关节6b、关节6c与关节6a一样，只能朝同一侧弯转，转动的角度范围为0°～90°。

如图2所示，在手掌基础1的每组安装孔1c旁开有1个绳索孔1d，在手指底座2U形板的底板上开有1个绳索槽2e，在指节一3U形板的底板上开有两个绳索孔3c，在指节二4U形板的底板上开有2个绳索槽4d，在指节三5U形板的底板上开有1个绳索孔5b；每根手指有1条绳索8串过前述的各个绳索孔或绳索槽，绳索8的一端固定在指节三5上，绳索8的另一端与动力源(图中未示出)相联。

如图3所示，在关节6a、6b以及6c处，均安装有弹簧9，弹簧9的弹力使通过关节相连的两关节回复伸直的姿态。在每根手指外套上橡胶皮套(图中未示出)，以增加摩擦力，使抓物更稳定并且外观更接近人手。

机械手爪初始状态为三指伸直，呈张开姿态，可以接纳大尺寸的物件；机械手爪抓取物件时，动力源拉动柔性绳索8的一端，带动指节绕关节弯转，空间分布的三根手指弯曲，呈现抓取姿态；每根手指都按相同的过程弯转运动，拉动柔性绳索8的一端时，首先是指节三5绕关节6c弯转，转动角度从0°开始，遇到被抓物件的阻碍则停止弯转，如无阻碍则继续弯转至90°停止；接着是节二4绕关节6b弯转，转动角度从0°开始，遇到被抓物件的阻碍则停止弯转，如无阻碍则继续弯转至90°停止；最后是节一3绕关节6a弯转，转动角度从0°开始，遇到被抓物件的阻碍则停止弯转，如无阻碍则继续弯转至90°停止；绳索8被拉动的长度越大则手指弯曲越严重，也就是可抓取尺寸越小的物件；动力源拉动绳索8的力越大则抓握物件的力越大。动力源松开绳索8，则在弹簧9的弹力作用下，关节两侧相邻的指节回复伸直的姿态，手爪张开。本发明的机械手爪可以抓取较大尺寸范围物件，对于实施例100mm长度手指，被抓物的尺寸可以是5mm～150mm，能适应各种形状物件，比如圆柱形、棱柱形、球形、不规则形状。本发明的手爪抓物时的可以呈现各种姿态，图4、图5、图6显示了本发明的手爪抓物时的其中三种姿态。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (6)

1.一种三指机械手爪，包括：手掌和三根手指，其特征在于手掌包括两个侧板，两侧板拼接后成“L”形；其中一根手指设置于其中一侧板的外侧，另两根手指设置于另一侧板的外侧；设置于同一侧板的两根手指之间留出一定距离，用于与另外一根手指配合抓取物件。

2.如权利要求1所述的一种三指机械手爪，其特征在于所述的每根手指结构相同，包括：手指底座、指节一、指节二、指节三、柔性绳索、弹簧；其中手指底座设置于手掌上；手指底座、指节一、指节二、指节三依次铰接，使各指节能向内转动；柔性绳索依次穿过手指底座和各指节，末端固定于指节三的末端，用于弯曲手指抓取物件；每个铰接处设置弹簧，用于使弯曲的手指回位。

3.如权利要求2所述的一种三指机械手爪，其特征在于所述柔性绳索首先穿过手掌，经过手指底座的内侧，然后从指节一的外侧迂回，再经过指节二的内侧，末端固定于指节三的外侧上。

4.如权利要求2所述的一种三指机械手爪，其特征在于所述手指底座包括：端板和“U”形板，端板设置于手掌上，“U”形板开口向外设置于端板上；各指节同样为“U”形板，指节一开口向内，指节二开口向外，指节三开口向内。

5.如权利要求2、3或4所述的一种三指机械手爪，其特征在于所述各手指的铰接处的转动角度范围为0°～90°。

6.如权利要求1、2、3或4所述的一种三指机械手爪，其特征在于设置于同一手掌侧板上的两根手指为非平行设置，两手指弯曲后在该侧板上的投影成“八”字形。