CN105773648B - 一种仿生抓取机械手 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种仿生抓取机械手,属于机器人操作技术领域。本发明包括机械手食指、机械手中指、机械手无名指、机械手小指、齿轮轴Ⅰ、手掌支撑板Ⅲ、手掌支撑板Ⅳ、外侧支撑架、手掌支撑板Ⅱ、内侧支撑架、手掌支撑板Ⅰ、机械手拇指、齿轮轴Ⅱ、食指控制凸轮、拇指控制凸轮、限位块Ⅰ、中指控制凸轮、大圆柱齿轮、小指控制凸轮、无名指控制凸轮、限位块Ⅱ、小圆柱齿轮、大锥齿轮、输入轴、小锥齿轮、摆杆、限位块Ⅲ、限位块Ⅳ、手指固定轴、手掌支撑板Ⅳ安装位、小指安装位、手掌支撑板Ⅲ安装位、无名指安装位、中指安装位、手掌支撑板Ⅰ安装位、食指安装位、手掌支撑板Ⅱ安装位、通孔、定位杆、限位块Ⅴ。本发明能够提高抓取效率,减小控制难度。
Description
技术领域
本发明涉及一种仿生抓取机械手,属于机器人操作技术领域。
背景技术
众所周知,机械手是一种机械装置,外形如手状,能模仿人手臂的某些动作功能,用以固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。机械手是最早出现的工业机器人,也是最早出现的现代机器人,它可以代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化,能在有害环境下操作以保护人身安全,因而广泛应用于仿生机器人上。通常情况下仿生机器人的机械手具有专用性,只针对具体操作对象而设计,脱离具体目标后无法使用,无法充当机器人手这样一个高度仿生的部件。
发明内容
本发明提供了一种仿生抓取机械手,以用于解决传统机械手控制难度高、无法适应多种不同物体抓取的问题。
本发明的技术方案是:一种仿生抓取机械手,包括机械手食指1、机械手中指2、机械手无名指3、机械手小指4、齿轮轴Ⅰ5、手掌支撑板Ⅲ6、手掌支撑板Ⅳ7、外侧支撑架8、手掌支撑板Ⅱ9、内侧支撑架10、手掌支撑板Ⅰ11、机械手拇指12、齿轮轴Ⅱ13、食指控制凸轮14、拇指控制凸轮15、限位块Ⅰ16、中指控制凸轮17、大圆柱齿轮18、小指控制凸轮19、无名指控制凸轮20、限位块Ⅱ21、小圆柱齿轮22、大锥齿轮23、输入轴24、小锥齿轮25、摆杆26、限位块Ⅲ27、限位块Ⅳ28、手指固定轴29、手掌支撑板Ⅳ安装位30、小指安装位31、手掌支撑板Ⅲ安装位32、无名指安装位33、中指安装位34、手掌支撑板Ⅰ安装位35、食指安装位36、手掌支撑板Ⅱ安装位37、通孔38、定位杆39、限位块Ⅴ40;
所述机械手食指1、机械手中指2、机械手无名指3、机械手小指4分别通过机械手手指上的通孔38设置在手指固定轴29上的食指安装位36、中指安装位34、无名指安装位33、小指安装位31;摆杆26通过摆杆轴和机械手拇指12固定,摆杆26与拇指控制凸轮15配合,摆杆26一端加以限位块Ⅲ27固定,摆杆轴固定在手掌支撑板Ⅰ11上;齿轮轴Ⅱ13和手指固定轴29两端分别设置在手掌支撑板Ⅰ11和手掌支撑板Ⅳ7上的安装孔上,限位块Ⅲ27设置在手掌支撑板Ⅰ11上的安装孔上,齿轮轴Ⅰ5设置在手掌支撑板Ⅲ6的安装孔上;机械手食指1、机械手中指2、机械手无名指3、机械手小指4上的定位杆39分别和食指控制凸轮14、中指控制凸轮17、无名指控制凸轮20、小指控制凸轮19贴合设置;摆杆26与拇指控制凸轮15贴合设置;手掌支撑板Ⅰ11、手掌支撑板Ⅱ9、手掌支撑板Ⅲ6、手掌支撑板Ⅳ7的一端通过手指固定轴29上的手掌支撑板Ⅰ安装位35、手掌支撑板Ⅱ安装位37、手掌支撑板Ⅲ安装位32、手掌支撑板Ⅳ安装位30同轴固定,中部依次通过齿轮轴Ⅱ13、齿轮轴Ⅰ5且同轴固定,四块支撑板呈平行设置;内侧支撑架10上设有输入轴通孔,其穿过输入轴24,内侧支撑架10上的四个开口分别与手掌支撑板Ⅰ11、手掌支撑板Ⅱ9、手掌支撑板Ⅲ6、手掌支撑板Ⅳ7固定;外侧支撑架8上设有输入轴通孔,其穿过输入轴24,外侧支撑架8上的四个开槽分别与手掌支撑板Ⅰ11、手掌支撑板Ⅱ9、手掌支撑板Ⅲ6、手掌支撑板Ⅳ7一端固定;大圆柱齿轮18与齿轮轴Ⅱ13紧配合设置;小圆柱齿轮22与大锥齿轮23相互同轴固定设置;大圆柱齿轮18与小圆柱齿轮22外啮合设置,大锥齿轮23与小锥齿轮25啮合且轴向呈90度设置;输入轴24一端与小锥齿轮25同轴固定设置,输入轴24另一端依次穿过内侧支撑架10、外侧支撑架8后通过联轴器与步进电机螺栓连接固定;齿轮轴Ⅱ13中间设置限位块,限位块两端分别设置无名指控制凸轮20和中指控制凸轮17,靠近无名指控制凸轮20一端依次设置大圆柱齿轮18、限位块Ⅱ21、小指控制凸轮19、限位块Ⅴ40,靠近中指控制凸轮17一端依次设置限位块Ⅰ16、拇指控制凸轮15、食指控制凸轮14、限位块Ⅳ28。
所述拇指控制凸轮15、食指控制凸轮14、中指控制凸轮17、无名指控制凸轮20、小指控制凸轮19的形状为类椭圆形。
其中,手掌支撑板Ⅰ11上有三个通孔,分别用于安装齿轮轴Ⅱ13、手指固定轴Ⅲ29、限位块Ⅲ27;手掌支撑板Ⅱ9上有两个通孔,分别用于安装齿轮轴Ⅱ13和手指固定轴Ⅲ29;手掌支撑板Ⅲ6上有三个通孔,分别用于安装齿轮轴Ⅱ13、手指固定轴Ⅲ29、齿轮轴Ⅰ5;手掌支撑板Ⅳ7上有两个通孔,分别用于安装齿轮轴Ⅱ13和手指固定轴Ⅲ29。
本发明的工作原理是:
该仿生抓取机械手的传动机构工作前,根据所要抓取的目标形状调节小指控制凸轮19、无名指控制凸轮20、中指控制凸轮17、食指控制凸轮14、拇指控制凸轮15在齿轮轴Ⅱ13轴截面垂面方向的相对角度,用以限定各手指的摆动角度。利用限位块Ⅰ16、限位块Ⅱ21、限位块Ⅳ28、限位块Ⅴ40来固定各手指控制凸轮在齿轮轴Ⅱ13上的相对位置,限位块Ⅲ27固定摆杆26在齿轮轴Ⅰ5上的相对位置。该仿生抓取机械手的传动机构工作时,电机旋转,通过输入轴24带动轮系工作,小锥齿轮25将原动力传递给与其啮合的大锥齿轮23,实现第一级减速,与大锥齿轮23同轴固定的小圆柱齿轮22在大锥齿轮23的带动下将动力传递到大圆柱齿轮18上使齿轮轴Ⅱ13转动,实现第二级减速,齿轮轴Ⅱ13控制各手指的凸轮做周转运动,此时与各手指(除拇指)控制凸轮面贴和的手指定位杆绕手指固定轴29作一定幅度的摆动,摆杆26与拇指控制凸轮15贴和设置,与摆杆26固定的机械手拇指绕摆杆轴摆动,形成五指并拢和张开的动作循环。电机未转动时,各手指的控制凸轮位于初始位置,机械手五指张开,随着电机转动,各手指的控制凸轮随即作周转运动,其控制的机械手从小指开始逐一作手指收拢运动,直至电机转过第一周,机械手将目标物体抓住。电机转到第二周时,随着控制凸轮的周转运动,其控制的机械手从小指开始逐一作手指张开运动,直至电机转过第二周一个循环运动过程结束,所有手指全部张开。如此运动循环,机械手实现抓取、放开的往复运动过程。
本发明的有益效果是:仿生抓取机械手外形逼真、传动结构简单、传动精确、能够提高抓取效率,减小控制难度;凸轮间相对角度可调,可以针对不同的具体操作目标设置凸轮角度以适应不同的工作要求;传动机构上的各部件均可替换,能够有效节约成本。
附图说明
图1是本发明的正等轴测图;
图2是本发明的轮系装配图;
图3是本发明的机械手手指结构示意图;
图4是本发明的手掌支撑板Ⅲ结构示意;
图5是本发明的外侧支撑架结构示意;
图6是本发明的手掌支撑板Ⅱ结构示意;
图7是本发明的内侧支撑架结构示意;
图8是本发明的手指固定轴俯视图;
图中各标号为:1-机械手食指;2-机械手中指;3-机械手无名指;4-机械手小指;5-齿轮轴Ⅰ;6-手掌支撑板Ⅲ;7-手掌支撑板Ⅳ;8-外侧支撑架;9-手掌支撑板Ⅱ;10-内侧支撑架;11-手掌支撑板Ⅰ;12-机械手拇指;13-齿轮轴Ⅱ;14-食指控制凸轮;15-拇指控制凸轮;16-限位块Ⅰ;17-中指控制凸轮;18-大圆柱齿轮;19-小指控制凸轮;20-无名指控制凸轮;21-限位块Ⅱ;22-小圆柱齿轮;23-大锥齿轮;24-输入轴;25-小锥齿轮;26-摆杆;27-限位块Ⅲ;28-限位块Ⅳ;29-手指固定轴Ⅲ;30-手掌支撑板Ⅳ安装位;31-小指安装位;32-手掌支撑板Ⅲ安装位;33-无名指安装位;34-中指安装位;35-手掌支撑板Ⅰ安装位;36-食指安装位;37-手掌支撑板Ⅱ安装位;38-通孔;39-定位杆;40-限位块Ⅴ。
具体实施方式
实施例1:如图1-8所示,一种仿生抓取机械手,包括机械手食指1、机械手中指2、机械手无名指3、机械手小指4、齿轮轴Ⅰ5、手掌支撑板Ⅲ6、手掌支撑板Ⅳ7、外侧支撑架8、手掌支撑板Ⅱ9、内侧支撑架10、手掌支撑板Ⅰ11、机械手拇指12、齿轮轴Ⅱ13、食指控制凸轮14、拇指控制凸轮15、限位块Ⅰ16、中指控制凸轮17、大圆柱齿轮18、小指控制凸轮19、无名指控制凸轮20、限位块Ⅱ21、小圆柱齿轮22、大锥齿轮23、输入轴24、小锥齿轮25、摆杆26、限位块Ⅲ27、限位块Ⅳ28、手指固定轴29、手掌支撑板Ⅳ安装位30、小指安装位31、手掌支撑板Ⅲ安装位32、无名指安装位33、中指安装位34、手掌支撑板Ⅰ安装位35、食指安装位36、手掌支撑板Ⅱ安装位37、通孔38、定位杆39、限位块Ⅴ40;
所述机械手食指1、机械手中指2、机械手无名指3、机械手小指4分别通过机械手手指上的通孔38设置在手指固定轴29上的食指安装位36、中指安装位34、无名指安装位33、小指安装位31;摆杆26通过摆杆轴和机械手拇指12固定,摆杆26与拇指控制凸轮15配合,摆杆26一端加以限位块Ⅲ27固定,摆杆轴固定在手掌支撑板Ⅰ11上;齿轮轴Ⅱ13和手指固定轴29两端分别设置在手掌支撑板Ⅰ11和手掌支撑板Ⅳ7上的安装孔上,限位块Ⅲ27设置在手掌支撑板Ⅰ11上的安装孔上,齿轮轴Ⅰ5设置在手掌支撑板Ⅲ6的安装孔上;机械手食指1、机械手中指2、机械手无名指3、机械手小指4上的定位杆39分别和食指控制凸轮14、中指控制凸轮17、无名指控制凸轮20、小指控制凸轮19贴合设置;摆杆26与拇指控制凸轮15贴合设置;手掌支撑板Ⅰ11、手掌支撑板Ⅱ9、手掌支撑板Ⅲ6、手掌支撑板Ⅳ7的一端通过手指固定轴29上的手掌支撑板Ⅰ安装位35、手掌支撑板Ⅱ安装位37、手掌支撑板Ⅲ安装位32、手掌支撑板Ⅳ安装位30同轴固定,中部依次通过齿轮轴Ⅱ13、齿轮轴Ⅰ5且同轴固定,四块支撑板呈平行设置;内侧支撑架10上设有输入轴通孔,其穿过输入轴24,内侧支撑架10上的四个开口分别与手掌支撑板Ⅰ11、手掌支撑板Ⅱ9、手掌支撑板Ⅲ6、手掌支撑板Ⅳ7固定;外侧支撑架8上设有输入轴通孔,其穿过输入轴24,外侧支撑架8上的四个开槽分别与手掌支撑板Ⅰ11、手掌支撑板Ⅱ9、手掌支撑板Ⅲ6、手掌支撑板Ⅳ7一端固定;大圆柱齿轮18与齿轮轴Ⅱ13紧配合设置;小圆柱齿轮22与大锥齿轮23相互同轴固定设置;大圆柱齿轮18与小圆柱齿轮22外啮合设置,大锥齿轮23与小锥齿轮25啮合且轴向呈90度设置;输入轴24一端与小锥齿轮25同轴固定设置,输入轴24另一端依次穿过内侧支撑架10、外侧支撑架8后通过联轴器与步进电机螺栓连接固定;齿轮轴Ⅱ13中间设置限位块,限位块两端分别设置无名指控制凸轮20和中指控制凸轮17,靠近无名指控制凸轮20一端依次设置大圆柱齿轮18、限位块Ⅱ21、小指控制凸轮19、限位块Ⅴ40,靠近中指控制凸轮17一端依次设置限位块Ⅰ16、拇指控制凸轮15、食指控制凸轮14、限位块Ⅳ28。
所述拇指控制凸轮15、食指控制凸轮14、中指控制凸轮17、无名指控制凸轮20、小指控制凸轮19的形状为类椭圆形。
实施例2:如图1-8所示,一种仿生抓取机械手,包括机械手食指1、机械手中指2、机械手无名指3、机械手小指4、齿轮轴Ⅰ5、手掌支撑板Ⅲ6、手掌支撑板Ⅳ7、外侧支撑架8、手掌支撑板Ⅱ9、内侧支撑架10、手掌支撑板Ⅰ11、机械手拇指12、齿轮轴Ⅱ13、食指控制凸轮14、拇指控制凸轮15、限位块Ⅰ16、中指控制凸轮17、大圆柱齿轮18、小指控制凸轮19、无名指控制凸轮20、限位块Ⅱ21、小圆柱齿轮22、大锥齿轮23、输入轴24、小锥齿轮25、摆杆26、限位块Ⅲ27、限位块Ⅳ28、手指固定轴29、手掌支撑板Ⅳ安装位30、小指安装位31、手掌支撑板Ⅲ安装位32、无名指安装位33、中指安装位34、手掌支撑板Ⅰ安装位35、食指安装位36、手掌支撑板Ⅱ安装位37、通孔38、定位杆39、限位块Ⅴ40;
所述机械手食指1、机械手中指2、机械手无名指3、机械手小指4分别通过机械手手指上的通孔38设置在手指固定轴29上的食指安装位36、中指安装位34、无名指安装位33、小指安装位31;摆杆26通过摆杆轴和机械手拇指12固定,摆杆26与拇指控制凸轮15配合,摆杆26一端加以限位块Ⅲ27固定,摆杆轴固定在手掌支撑板Ⅰ11上;齿轮轴Ⅱ13和手指固定轴29两端分别设置在手掌支撑板Ⅰ11和手掌支撑板Ⅳ7上的安装孔上,限位块Ⅲ27设置在手掌支撑板Ⅰ11上的安装孔上,齿轮轴Ⅰ5设置在手掌支撑板Ⅲ6的安装孔上;机械手食指1、机械手中指2、机械手无名指3、机械手小指4上的定位杆39分别和食指控制凸轮14、中指控制凸轮17、无名指控制凸轮20、小指控制凸轮19贴合设置;摆杆26与拇指控制凸轮15贴合设置;手掌支撑板Ⅰ11、手掌支撑板Ⅱ9、手掌支撑板Ⅲ6、手掌支撑板Ⅳ7的一端通过手指固定轴29上的手掌支撑板Ⅰ安装位35、手掌支撑板Ⅱ安装位37、手掌支撑板Ⅲ安装位32、手掌支撑板Ⅳ安装位30同轴固定,中部依次通过齿轮轴Ⅱ13、齿轮轴Ⅰ5且同轴固定,四块支撑板呈平行设置;内侧支撑架10上设有输入轴通孔,其穿过输入轴24,内侧支撑架10上的四个开口分别与手掌支撑板Ⅰ11、手掌支撑板Ⅱ9、手掌支撑板Ⅲ6、手掌支撑板Ⅳ7固定;外侧支撑架8上设有输入轴通孔,其穿过输入轴24,外侧支撑架8上的四个开槽分别与手掌支撑板Ⅰ11、手掌支撑板Ⅱ9、手掌支撑板Ⅲ6、手掌支撑板Ⅳ7一端固定;大圆柱齿轮18与齿轮轴Ⅱ13紧配合设置;小圆柱齿轮22与大锥齿轮23相互同轴固定设置;大圆柱齿轮18与小圆柱齿轮22外啮合设置,大锥齿轮23与小锥齿轮25啮合且轴向呈90度设置;输入轴24一端与小锥齿轮25同轴固定设置,输入轴24另一端依次穿过内侧支撑架10、外侧支撑架8后通过联轴器与步进电机螺栓连接固定;齿轮轴Ⅱ13中间设置限位块,限位块两端分别设置无名指控制凸轮20和中指控制凸轮17,靠近无名指控制凸轮20一端依次设置大圆柱齿轮18、限位块Ⅱ21、小指控制凸轮19、限位块Ⅴ40,靠近中指控制凸轮17一端依次设置限位块Ⅰ16、拇指控制凸轮15、食指控制凸轮14、限位块Ⅳ28。
上面结合图对本发明的具体实施方式作了详细说明,但是本发明并不限于上述实施方式,在本领域普通技术人员所具备的知识范围内,还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (2)
1.一种仿生抓取机械手,包括机械手食指(1)、机械手中指(2)、机械手无名指(3)、机械手小指(4)、机械手拇指(12)、小指安装位(31)、无名指安装位(33)、中指安装位(34)、食指安装位(36),机械手食指(1)、机械手中指(2)、机械手无名指(3)、机械手小指(4)分别通过机械手手指上的通孔(38)设置在手指固定轴(29)上的食指安装位(36)、中指安装位(34)、无名指安装位(33)、小指安装位(31),其特征在于:还包括齿轮轴Ⅰ(5)、手掌支撑板Ⅲ(6)、手掌支撑板Ⅳ(7)、外侧支撑架(8)、手掌支撑板Ⅱ(9)、内侧支撑架(10)、手掌支撑板Ⅰ(11)、齿轮轴Ⅱ(13)、食指控制凸轮(14)、拇指控制凸轮(15)、限位块Ⅰ(16)、中指控制凸轮(17)、大圆柱齿轮(18)、小指控制凸轮(19)、无名指控制凸轮(20)、限位块Ⅱ(21)、小圆柱齿轮(22)、大锥齿轮(23)、输入轴(24)、小锥齿轮(25)、摆杆(26)、限位块Ⅲ(27)、限位块Ⅳ(28)、手指固定轴(29)、手掌支撑板Ⅳ安装位(30)、手掌支撑板Ⅲ安装位(32)、手掌支撑板Ⅰ安装位(35)、手掌支撑板Ⅱ安装位(37)、通孔(38)、定位杆(39)、限位块Ⅴ(40);
所述摆杆(26)通过摆杆轴和机械手拇指(12)固定,摆杆(26)与拇指控制凸轮(15)配合,摆杆(26)一端加以限位块Ⅲ(27)固定,摆杆轴固定在手掌支撑板Ⅰ(11)上;齿轮轴Ⅱ(13)和手指固定轴(29)两端分别设置在手掌支撑板Ⅰ(11)和手掌支撑板Ⅳ(7)上的安装孔上,限位块Ⅲ(27)设置在手掌支撑板Ⅰ(11)上的安装孔上,齿轮轴Ⅰ(5)设置在手掌支撑板Ⅲ(6)的安装孔上;机械手食指(1)、机械手中指(2)、机械手无名指(3)、机械手小指(4)上的定位杆(39)分别和食指控制凸轮(14)、中指控制凸轮(17)、无名指控制凸轮(20)、小指控制凸轮(19)贴合设置;摆杆(26)与拇指控制凸轮(15)贴合设置;手掌支撑板Ⅰ(11)、手掌支撑板Ⅱ(9)、手掌支撑板Ⅲ(6)、手掌支撑板Ⅳ(7)的一端通过手指固定轴(29)上的手掌支撑板Ⅰ安装位(35)、手掌支撑板Ⅱ安装位(37)、手掌支撑板Ⅲ安装位(32)、手掌支撑板Ⅳ安装位(30)同轴固定,中部依次通过齿轮轴Ⅱ(13)、齿轮轴Ⅰ(5)且同轴固定,四块支撑板呈平行设置;内侧支撑架(10)上设有输入轴通孔,其穿过输入轴(24),内侧支撑架(10)上的四个开口分别与手掌支撑板Ⅰ(11)、手掌支撑板Ⅱ(9)、手掌支撑板Ⅲ(6)、手掌支撑板Ⅳ(7)固定;外侧支撑架(8)上设有输入轴通孔,其穿过输入轴(24),外侧支撑架(8)上的四个开槽分别与手掌支撑板Ⅰ(11)、手掌支撑板Ⅱ(9)、手掌支撑板Ⅲ(6)、手掌支撑板Ⅳ(7)一端固定;大圆柱齿轮(18)与齿轮轴Ⅱ(13)紧配合设置;小圆柱齿轮(22)与大锥齿轮(23)相互同轴固定设置;大圆柱齿轮(18)与小圆柱齿轮(22)外啮合设置,大锥齿轮(23)与小锥齿轮(25)啮合且轴向呈90度设置;输入轴(24)一端与小锥齿轮(25)同轴固定设置,输入轴(24)另一端依次穿过内侧支撑架(10)、外侧支撑架(8)后通过联轴器与步进电机螺栓连接固定;齿轮轴Ⅱ(13)中间设置限位块,限位块两端分别设置无名指控制凸轮(20)和中指控制凸轮(17),靠近无名指控制凸轮(20)一端依次设置大圆柱齿轮(18)、限位块Ⅱ(21)、小指控制凸轮(19)、限位块Ⅴ(40),靠近中指控制凸轮(17)一端依次设置限位块Ⅰ(16)、拇指控制凸轮(15)、食指控制凸轮(14)、限位块Ⅳ(28)。
2.根据权利要求1所述的仿生抓取机械手,其特征在于:所述拇指控制凸轮(15)、食指控制凸轮(14)、中指控制凸轮(17)、无名指控制凸轮(20)、小指控制凸轮(19)的形状为类椭圆形。
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