CN105563513B - 柔性自适应欠驱动机器人手爪 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种手爪，特别涉及一种柔性自适应欠驱动机器人手爪。柔性自适应欠驱动机器人手爪，包括手指和手腕；所述手腕包括：骨架、直流电机、电位器、绞盘，所述直流电机固连于所述骨架的电机安装面上，所述电位器穿过电机输出轴固连于所述骨架的电位器安装面上，所述绞盘固连于电机输出轴的末端；所述手指数量为3个，所述手指通过旋转体的凸起块内嵌于所述骨架的卡槽或多位卡槽。本发明柔性自适应欠驱动机器人手爪装配于工业机器人的末端用于协助机械装配或者机械制造过程，用于完成工件的自动化上下料，手指可以柔性适应产品的几何外形、根据工件的几何形状实现自动调整，从而实现稳定抓取。

Description

柔性自适应欠驱动机器人手爪

技术领域

本发明涉及一种手爪，特别涉及一种柔性自适应欠驱动机器人手爪。

背景技术

手爪作为机器人关键零部件之一，它是机器人与环境相互作用的最后环节和执行部件，其性能的优劣在很大程度上决定了整个机器人的工作性能。

工业机器人的机械部分的设计是工业机器人设计的重要部分，虽然工业机器人不同于专用设备，它具有较强的灵活性，但是，要设计和制造万能机器人是不现实的。不同应用领域的工业机器人机械系统设计的差异比工业机器人的其他系统设计上的差异大得多。用在工业上的机器人的手一般称之为末端操作器，它是机器人直接用于抓取和握紧(吸附)专用工具(如喷枪、扳手、焊具、喷头等)进行操作的部件，它具有模仿人手动作的功能，并安装于机器人手臂的前端。在手爪应用中，机器人的手一般由方向的手掌和节状的手指组成。手指是直接与工件接触的部件。收不松开和加紧工件，就是通过手指的张开和闭合来实现的。机器人的手部结构形式常取决于被夹持工件的形状和特性。

为了更好的抓取物体，需要手爪在抓取物体时具有一定的自适应性，欠驱动机器人手爪装置能够更好的实现减轻机器人手部的控制难度，同时兼顾具有抓取不同形状、尺寸物体的自适应性。同时虽然各种手爪在各领域中已经广泛的应用，但是企业不得不面临一个问题，就是如何使得手爪的结构更为简单，成本更低。因此，设计机器人自适应欠驱动机器人手爪具有非常重要的现实意义。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种柔性自适应欠驱动机器人手爪，本发明适用于机械制造过程中，实现物料的搬运传输；本发明柔性自适应欠驱动机器人手爪装配于工业机器人的末端用于协助机械装配或者机械制造过程，用于完成工件的自动化上下料，手指可以柔性适应产品的几何外形、根据工件的几何形状实现自动调整，从而实现稳定抓取。

一种柔性自适应欠驱动机器人手爪，包括手指和手腕；所述手腕包括：骨架、直流电机、电位器、绞盘，所述直流电机固连于所述骨架的电机安装面上，所述电位器穿过电机输出轴固连于所述骨架的电位器安装面上，所述绞盘固连于电机输出轴的末端；所述手指数量为3个，所述手指通过旋转体的凸起块内嵌于所述骨架的卡槽或多位卡槽；所述多位卡槽的数量为二，所述卡槽的数量为一，所述卡槽或多位卡槽的总数为三、且其中心点构成等边三角形的布局；所述多位卡槽包括：中心对称位置、30°位置、60°位置，所述30°位置和60°位置对称地布置于所述中心对称位置两侧。

所述手指主要包括：上弹簧、下弹簧、中弹簧、JC2型连杆、K型连杆、L型连杆、A1型连杆、旋转体、B1型连杆、C1A2型连杆、B2型连杆、钢丝绳；所述JC2型连杆的末端分别活动连接于所述K型连杆和B2型连杆，所述B2型连杆活动连接于所述C1A2型连杆，所述上弹簧两端分别固连于弹簧卡扣，所述K型连杆和C1A2型连杆均活动连接于所述L型连杆，所述中弹簧两端分别固连于弹簧卡扣，所述L型连杆的另一端活动连接于所述A1型连杆的中端，所述B1型连杆两端分别活动连接于所述C1A2型连杆的中端和所述A1型连杆，所述旋转体活动连接于所述A1型连杆的中端，所述下弹簧两端分别固连于弹簧卡扣；

所述钢丝绳由引入口插入、引出口引出，并由环氧树脂胶粘结固定于钢丝牵引槽，所述钢丝绳的引出端固连于钢丝绳卡口，轴孔固连于电机输出轴。

更具体地，所述JC型连杆、所述K型连杆和所述L型连杆的端面分别粘接有衬垫。

更具体地，所述直流电机为集成了减速器的直流减速电机。

和传统技术相比，本发明柔性自适应欠驱动机器人手爪具有以下积极作用和有益效果：

本发明柔性自适应欠驱动机器人手爪，当夹紧零件时，所述直流电机绕顺时针方向转动，通过所述电机输出轴将运动传递给所述绞盘，所述绞盘顺时针旋转使得所述钢丝绳受到张紧力，带动所述A型连杆逆时针方向转动，所述A型连杆带动所述B型连杆逆时针转动，同时所述下弹簧拉伸，所述B型连杆带动所述CA型连杆逆时针转动，所述CA型连杆带动所述B型连杆逆时针转动，同时所述上弹簧拉伸，所述B型连杆带动所述JC型连杆逆时针转动，所述JC型连杆带动所述K型连杆逆时针转动，所述K型连杆带动所述L型连杆顺时针转动，同时所述中弹簧压缩。此时三个所述手指同时向内收缩，从而实现零件夹紧。

当松开零件时，所述直流电机绕逆时针方向转动，通过所述电机输出轴将运动传递给所述绞盘，所述绞盘逆时针旋转使得所述钢丝绳松弛，所述上弹簧、下弹簧的弹性势能释放，由拉伸状态恢复到初始平衡状态，所述中弹簧的弹性势能释放，由压缩状态恢复到初始平衡状态，使得所述A型连杆顺时针转动，所述A型连杆带动所述B型连杆顺时针转动，所述B型连杆带动所述CA型连杆顺时针转动，所述CA型连杆带动所述B型连杆顺时针转动，所述B型连杆带动所述JC型连杆顺时针转动，所述JC型连杆带动所述K型连杆顺时针转动，所述K型连杆带动所述L型连杆逆时针转动。此时三个所述手指同时向外张开，从而实现零件松开。

本发明柔性自适应欠驱动机器人手爪采用单个所述直流电机驱动，利用所述钢丝绳牵引和弹簧实现手爪抓紧和释放零件，利用所述电位器来检测所述直流电机的实时角度，从而间接获取所述手指的张开状态，保证了运动精度的同时，结构精巧，动作灵活、可靠。另外，所述直流电机为有刷直流电机带动行星齿轮减速器传动结构，结构紧凑，扭矩大，保证了高负载下的抓取工作。另外在所述JC型连杆、所述K型连杆和所述L型连杆的端面分别粘接衬垫、和，使得在夹紧零件时对零件表面不产生刮痕，同时也增大了手指端部的摩擦力，以便更好更牢固的抓取零件。

附图说明

图1是本发明柔性自适应欠驱动机器人手爪的结构示意图；

图2是本发明柔性自适应欠驱动机器人手爪的手腕在拆装状态下的结构示意图；

图3是本发明柔性自适应欠驱动机器人手爪的手指在拆装状态下的结构示意图；

图4和图5是骨架在不同视角下的结构示意图。

图6是本发明柔性自适应欠驱动机器人手爪的旋转体的结构示意图；

图7是本发明柔性自适应欠驱动机器人手爪的绞盘的内部结构剖面示意图；

图8是本发明柔性自适应欠驱动机器人手爪抓取柱状体零件的原理图；

图9是本发明柔性自适应欠驱动机器人手爪抓取球体零件的原理图；

图10是本发明柔性自适应欠驱动机器人手爪抓取多面体零件的原理图；

图11是本发明柔性自适应欠驱动机器人手爪的手指夹紧零件过程的运动简图。

图中：

手指1、手腕2、弹簧卡扣3、上弹簧4、弹簧卡扣5、下弹簧6、钢丝绳7、中弹簧8、骨架9、直流电机10、电位器11、绞盘12、电机输出轴13、电机安装面14、卡槽15、多位卡槽16、30°位置17、中心对称位置18、60°位置19、电位器安装面20、JC2型连杆21、K型连杆22、L型连杆23、A1型连杆24、旋转体25、B1型连杆26、C1A2型连杆27、B2型连杆28、衬垫29-30、弹簧卡扣31、衬垫32、弹簧卡扣33、钢丝绳卡口34、弹簧卡扣35-36、凸起块37、钢丝牵引槽38、引入口39、引出口40、轴孔41。

具体实施方式

下面将结合附图对作进一步地详细说明，但不构成对的任何限制，附图中类似的元件标号代表类似的元件。如上，提供了一种柔性自适应欠驱动机器人手爪，可作为工业机器人等的末端执行器，用于稳定抓取不同形状的零件。

以下详细描述结构组成。

图1是本发明柔性自适应欠驱动机器人手爪的结构示意图，图2是手腕在拆装状态下的结构示意图，图4和图5是骨架在不同视角下的结构示意图，图6是旋转体的结构示意图。一种柔性自适应欠驱动机器人手爪，包括手指1和手腕2；所述手腕2包括：骨架9、直流电机10、电位器11、绞盘12，所述直流电机10固连于所述骨架9的电机安装面14上，所述电位器11穿过电机输出轴13固连于所述骨架9的电位器安装面20上，所述绞盘12固连于电机输出轴13的末端；所述手指1数量为3个，所述手指1通过旋转体25的凸起块37内嵌于所述骨架9的卡槽15或多位卡槽16；所述多位卡槽16的数量为二，所述卡槽15的数量为一，所述卡槽15或多位卡槽16的总数为三、且其中心点构成等边三角形42的布局；所述多位卡槽16包括：中心对称位置18、60°位置19、30°位置17，所述60°位置19和30°位置17对称地布置于所述中心对称位置18两侧。

图3是手指在拆装状态下的结构示意图。所述手指1主要包括：上弹簧4、下弹簧6、中弹簧8、JC2型连杆21、K型连杆22、L型连杆23、A1型连杆24、旋转体25、B1型连杆26、C1A2型连杆27、B2型连杆28；所述JC2型连杆21的末端分别活动连接于所述K型连杆22和B2型连杆28，所述B2型连杆28活动连接于所述C1A2型连杆27，所述上弹簧4两端分别固连于弹簧卡扣3和5，所述K型连杆22和C1A2型连杆27均活动连接于所述L型连杆23，所述中弹簧8两端分别固连于弹簧卡扣31和33，所述L型连杆23的另一端活动连接于所述A1型连杆24的中端，所述B1型连杆26两端分别活动连接于所述C1A2型连杆27的中端和所述A1型连杆24，所述旋转体25活动连接于所述A1型连杆24的中端，所述下弹簧6两端分别固连于弹簧卡扣35和36。

图7是所述绞盘12的内部结构剖面示意图。钢丝绳7由引入口39插入、引出口40引出，并由环氧树脂胶粘结固定于钢丝牵引槽38，钢丝绳7的引出端固连于钢丝绳卡口34，轴孔41固连于电机输出轴13。

更具体地，所述JC2型连杆21、所述K型连杆22和所述L型连杆23的端面分别粘接有衬垫29、30和32。

更具体地，所述直流电机10为集成了减速器的直流减速电机。

图8是本发明柔性自适应欠驱动机器人手爪抓取柱状体零件的原理图，图9是本发明柔性自适应欠驱动机器人手爪抓取球体零件的原理图，图10是本发明柔性自适应欠驱动机器人手爪抓取多面体零件的原理图,图11是手指夹紧零件过程的运动简图。见图1至11，接下来，详细描述本发明柔性自适应欠驱动机器人手爪的工作过程和工作原理：

本发明柔性自适应欠驱动机器人手爪，在工作过程中，其中一个所述手指1通过所述旋转体25的所述凸起块37内嵌于所述骨架9的所述卡槽15中不变，而另外两个所述手指1在所述多位卡槽16中的位置根据抓取零件形状调整：当抓取的零件形状为球体例如滚珠时，分别将这两个所述手指1的所述凸起块37均调换到所述多位卡槽16中的所述中心对称位置18，使得三个所述手指1关于中心轴对称，并同时对零件夹紧；当抓取的零件形状为柱状体例如法兰盘时，分别将这两个所述手指1的所述凸起块37均调换到所述多位卡槽16中的所述60°位置19，此时三个手指1处于平行位置状态，处于所述60°位置19的两个所述手指1位于零件同一侧，同时夹紧零件边缘，而处于所述卡槽15中的所述手指1位于零件另一侧，对零件中心夹紧；当抓取的零件形状为多面体例如六角螺母时，分别将这两个所述手指1的所述凸起块37均调换到所述多位卡槽16中的所述30°位置17，此时处于所述30°位置17的两个所述手指1对零件进行夹紧，而处于所述卡槽15中的所述手指1不夹紧零件。本发明柔性自适应欠驱动机器人手爪的所述骨架15采用快速成型打印机生成，采用三腿支撑，以及支撑环结构保证了骨架强度，同时采用所述多位卡槽16，可方便快捷的调整所述手指1位置，实现了不同形状零件抓取。

本发明柔性自适应欠驱动机器人手爪，当夹紧零件时，所述直流电机10绕顺时针方向转动，通过所述电机输出轴13将运动传递给所述绞盘12，所述绞盘12顺时针旋转使得所述钢丝绳7受到张紧力，带动所述A1型连杆24逆时针方向转动，所述A1型连杆24带动所述B1型连杆26逆时针转动，同时所述下弹簧6拉伸，所述B1型连杆26带动所述C1A2型连杆27逆时针转动，所述C1A2型连杆27带动所述B2型连杆28逆时针转动，同时所述上弹簧4拉伸，所述B2型连杆28带动所述JC2型连杆21逆时针转动，所述JC2型连杆21带动所述K型连杆22逆时针转动，所述K型连杆22带动所述L型连杆23顺时针转动，同时所述中弹簧8压缩。此时三个所述手指1同时向内收缩，从而实现零件夹紧。

当松开零件时，所述直流电机10绕逆时针方向转动，通过所述电机输出轴13将运动传递给所述绞盘12，所述绞盘12逆时针旋转使得所述钢丝绳7松弛，所述上弹簧4、下弹簧6的弹性势能释放，由拉伸状态恢复到初始平衡状态，所述中弹簧8的弹性势能释放，由压缩状态恢复到初始平衡状态，使得所述A1型连杆24顺时针转动，所述A1型连杆24带动所述B1型连杆26顺时针转动，所述B1型连杆26带动所述C1A2型连杆27顺时针转动，所述C1A2型连杆27带动所述B2型连杆28顺时针转动，所述B2型连杆28带动所述JC2型连杆21顺时针转动，所述JC2型连杆21带动所述K型连杆22顺时针转动，所述K型连杆22带动所述L型连杆23逆时针转动。此时三个所述手指1同时向外张开，从而实现零件松开。

本发明柔性自适应欠驱动机器人手爪采用单个所述直流电机10驱动，利用所述钢丝绳7牵引和弹簧实现手爪抓紧和释放零件，利用所述电位器11来检测所述直流电机10的实时角度，从而间接获取所述手指1的张开状态，保证了运动精度的同时，结构精巧，动作灵活、可靠。另外，所述直流电机10为有刷直流电机带动行星齿轮减速器传动结构，结构紧凑，扭矩大，保证了高负载下的抓取工作。另外在所述JC2型连杆21、所述K型连杆22和所述L型连杆23的端面分别粘接衬垫29、30和32，使得在夹紧零件时对零件表面不产生刮痕，同时也增大了手指1端部的摩擦力，以便更好更牢固的抓取零件。

最后，应当指出，以上实施例仅是本发明较有代表性的例子。显然，本发明不限于上述实施例，还可以有许多变形。凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均应认为属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种柔性自适应欠驱动机器人手爪，其特征在于组成如下：包括手指和手腕；所述手腕包括：骨架、直流电机、电位器、绞盘，所述直流电机固连于所述骨架的电机安装面上，所述电位器穿过电机输出轴固连于所述骨架的电位器安装面上，所述绞盘固连于电机输出轴的末端；所述手指数量为3个，所述手指通过旋转体的凸起块内嵌于所述骨架的卡槽或多位卡槽；所述多位卡槽的数量为二，所述卡槽的数量为一，所述卡槽或多位卡槽的总数为三、且其中心点构成等边三角形的布局；所述多位卡槽包括：中心对称位置、30°位置、60°位置，所述30°位置和60°位置对称地布置于所述中心对称位置两侧；

所述手指主要包括：上弹簧、下弹簧、中弹簧、JC2型连杆、K型连杆、L型连杆、A1型连杆、旋转体、B1型连杆、C1A2型连杆、B2型连杆、钢丝绳；所述JC2型连杆的末端分别活动连接于所述K型连杆和B2型连杆，所述B2型连杆活动连接于所述C1A2型连杆，所述上弹簧两端分别固连于弹簧卡扣，所述K型连杆和C1A2型连杆均活动连接于所述L型连杆，所述中弹簧两端分别固连于弹簧卡扣，所述L型连杆的另一端活动连接于所述A1型连杆的中端，所述B1型连杆两端分别活动连接于所述C1A2型连杆的中端和所述A1型连杆，所述旋转体活动连接于所述A1型连杆的中端，所述下弹簧两端分别固连于弹簧卡扣；所述钢丝绳由引入口插入、引出口引出，并由环氧树脂胶粘结固定于钢丝牵引槽，所述钢丝绳的引出端固连于钢丝绳卡口，轴孔固连于电机输出轴。

2.根据权利要求1所述的柔性自适应欠驱动机器人手爪，其特征在于，所述JC2型连杆、所述K型连杆和所述L型连杆的端面分别粘接有衬垫。

3.根据权利要求1所述的柔性自适应欠驱动机器人手爪，其特征在于，所述直流电机为集成了减速器的直流减速电机。