CN105965529A - 偏心轮摆杆滑槽式耦合自适应机器人手指装置 - Google Patents

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Abstract

偏心轮摆杆滑槽式耦合自适应机器人手指装置，属于机器人手技术领域，包括基座体、两指段、驱动器、传动机构、滑块、偏心轮、长摆杆、摆杆轴、主动轴和簧件等。偏心轮套固在主动轴上，长摆杆一端通过摆杆轴套接在第二指段上，另一端是圆面，摆杆圆面与偏心轮滑动接触，长摆杆上有滑槽，滑块与第一指段固接，滑块在滑槽滑动，簧件连接主动轴和摆杆轴。本发明装置综合实现耦合自适应包络抓取功能。该装置一个电机驱动两关节，没有接触物体时，第二指段转速高于第一指段，具有耦合效果。第一指段接触物体后第二指段继续转动，具备自适应功能。该装置抓取范围大，结构紧凑、体积小，无需复杂的传感和控制系统，制造维护成本低，适用于机器人手。

Description

偏心轮摆杆滑槽式耦合自适应机器人手指装置
技术领域
本发明属于机器人手技术领域，特别涉及一种偏心轮摆杆滑槽式耦合自适应机器人手指装置的结构设计。
背景技术
自适应欠驱动机器人手采用少量电机驱动多个自由度关节，由于电机数量少，藏入手掌的电机可以选择更大的功率和体积，出力大，同时纯机械式的反馈系统无需对环境敏感也可以实现稳定抓取，自动适应不同形状尺寸的物体，没有实时电子传感和闭环反馈控制的需求，控制简单方便，降低了制造成本。
传统的欠驱动机器人手指在靠向物体的过程中，远指段相对近指段静止，当近指段接触到物体时，远指段还需要运动较大的一段距离，不仅运动方式不拟人，抓取速度慢，而且远指段的抓取力往往小于近指段。
耦合机器人手指在近指段正转的过程中，远指段也相对近指段正转。其优点是运动方式拟人，抓取速度快，远指段抓取力大，抓取牢固。
耦合自适应欠驱动机器人手指具备自适应功能，当近指段接触到物体后，远指段还能继续运动，能适应各种形状和位置的物体，完全包络物体，抓取稳定性高。
但传统的欠驱动机器人手多采用连杆机构，由于机构的限制，指段靠向物体的过程中具有极限位置，从而产生运动死区，自适应性受到大大削弱。
已有的一种双关节同向传动复合欠驱动机器人手指装置，如中国专利CN102161204B，可以实现先耦合转动多个关节，然后再自适应抓取的功能，其不足之处在于，该装置有运动死区，抓取范围小；抓取物体时要求物体最初必须靠近基座和近指段，降低了抓取效率；采用多路齿轮传动，结构复杂。
发明内容
本发明的目的是为了克服已有技术的不足之处，提供一种偏心轮摆杆滑槽式耦合自适应机器人手指装置。该装置采用欠驱动的方式，一个电机驱动两个指段，同时模拟人手的耦合运动，具有自适应功能；传动平稳，抓取范围大，结构紧凑、体积小，无需复杂的传感和控制系统。
本发明的技术方案如下：
本发明设计的偏心轮摆杆滑槽式耦合自适应机器人手指装置，包括基座体、第一指段、第二指段、近关节轴、远关节轴和基座驱动器；所述近关节轴套设在基座体中；所述的第一指段套设在近关节轴上；所述的远关节轴套设在第一指段中；所述第二指段套接在远关节轴上；所述近关节轴的中心线与远关节轴的中心线平行；其特征在于：该偏心轮摆杆滑槽式耦合自适应机器人手指装置还包括传动机构，滑块，基座主动齿轮，偏心轮，长摆杆，摆杆轴，主动轴和簧件；所述的主动轴套设在基座体中，主动轴的轴线与近关节轴的轴线不重合；所述的基座主动齿轮套固在主动轴上，所述的偏心轮套固在主动轴上；所述的基座驱动器的输出轴与传动机构的输入端相连，所述传动机构的输出端与基座主动齿轮相连；所述的摆杆轴套设在第二指段上，摆杆轴的轴线与远关节轴的轴线不重合；所述的长摆杆的一端活动套接在摆杆轴上，另一端是一个摆杆圆面，摆杆圆面的中心轴与摆杆轴重合；所述的摆杆圆面与偏心轮滑动接触；所述的长摆杆上开有摆杆滑槽；所述的滑块与第一指段固接，摆杆滑槽限制滑块相对长摆杆做直线运动；所述得的簧件连接主动轴和摆杆轴。
本发明所述的偏心轮摆杆滑槽式耦合自适应机器人手指装置，其特征在于：所述的簧件使摆杆轴靠向主动轴。
本发明所述的偏心轮摆杆滑槽式耦合自适应机器人手指装置，其特征在于：设主动轴的轴线与摆杆轴的轴线的连线为a，设摆杆轴的轴线与远关节轴的轴线的连线为b，设远关节轴的轴线与近关节轴的轴线的连线为c，设近关节轴的轴线与主动轴的轴线的连线为d；a，b，c，d组成“8”字形。
本发明所述的偏心轮摆杆滑槽式耦合自适应机器人手指装置，其特征在于：所述的基座驱动器采用电机，所述电机与基座体固接。
本发明所述的偏心轮摆杆滑槽式耦合自适应机器人手指装置，其特征在于：所述的驱动器采用气缸或液压缸。
本发明所述的偏心轮摆杆滑槽式耦合自适应机器人手指装置，其特征在于：所述的簧件采用拉簧、压簧、片簧或扭簧。
本发明设计的采用偏心轮摆杆滑槽式耦合自适应机器人手指装置的机器人手装置，包括手掌底座，底座传动机构，底座从动齿轮和底座驱动器；其特征在于：该机器人手装置还包括至少两个偏心轮摆杆滑槽式耦合自适应机器人手指装置；所述的底座驱动器的输出轴与底座传动机构的输入端相连，所述的底座传动机构的输出端与底座从动齿轮相连；所述的底座从动齿轮与偏心轮摆杆滑槽式耦合自适应机器人手指装置的基座体固接。
本发明与现有技术相比，具有以下优点和突出性效果：
本发明装置利用驱动器、偏心轮、长摆杆、簧件、滑块等综合实现了耦合自适应包络抓取的功能。该装置采用欠驱动的方式，一个电机驱动两个指段。当没有接触物体的时候，手指两个指段同时转动，且第二指段的转速高于第一指段，达到了模拟人手运动的效果。该装置采用偏心轮、簧件和长摆杆实现自适应功能，传动平稳，当第一指段接触到物体后，第二指段还能继续转动。该装置抓取范围大，结构紧凑、体积小，无需复杂的传感和控制系统，制造和维护成本低，适用于机器人手。
附图说明
图1是本发明设计的偏心轮摆杆滑槽式耦合自适应机器人手指装置的一种实施例的侧视结构图。
图2是图1所示实施例的侧视外观图。
图3是图1所示实施例的正视外观图。
图4是图1所示实施例的偏心轮，长摆杆等零件图。
图5是本发明设计的机器人手装置的正视图。
图6是图5所示实施例的立体外观。
图7是图5所示实施例的侧视图。
图8是图5所示实施例的正视图(除去手掌底座等零件)。
图9至图13是图1所示实施例在以耦合自适应的方式抓取物体的动作过程示意图。
在图1至图13中：
1－基座体， 111－第一基座外壳， 112－第二基座外壳，
2－第一指段， 21－板， 211-滑块
3－第二指段， 4－近关节轴， 5－远关节轴，
6－基座主动齿轮， 7－偏心轮， 8－长摆杆，
81-摆杆圆面， 82－摆杆滑槽， 9－摆杆轴，
10－主动轴， 11－簧件， 12－基座驱动器，
121－蜗轮， 122－蜗杆， 123－过渡轴，
124－过渡齿轮， 13－机器人手指装置， 14－手掌底座，
15－物体， 16－底座从动齿轮， 17－底座驱动器，
18－底座主动齿轮。
具体实施方式
下面结合附图及实施例进一步详细介绍本发明的具体结构、工作原理的内容。
本发明设计的偏心轮摆杆滑槽式耦合自适应机器人手指装置13的一种实施例，如图1到图4所示，包括基座体1、第一指段2、第二指段3、近关节轴4、远关节轴5和基座驱动器12；所述近关节轴4套设在基座体1中；所述的第一指段2套设在近关节轴4上；所述的远关节轴5套设在第一指段2中；所述第二指段3套接在远关节轴5上；所述近关节轴4的中心线与远关节轴5的中心线平行。
该实施例还包括传动机构，滑块211，基座主动齿轮6，偏心轮7，长摆杆8，摆杆轴9，主动轴10和簧件11；所述的主动轴10套设在基座体1中，主动轴10的轴线与近关节轴4的轴线不重合；所述的基座主动齿轮6套固在主动轴10上，所述的偏心轮7套固在主动轴10上；所述的基座驱动器12的输出轴与传动机构的输入端相连，所述传动机构的输出端与基座主动齿轮6相连；所述的摆杆轴9套设在第二指段3上，摆杆轴9的轴线与远关节轴5的轴线不重合；所述的长摆杆8的一端活动套接在摆杆轴9上，另一端是一个摆杆圆面81，摆杆圆面81的中心轴与摆杆轴9重合；所述的摆杆圆面81与偏心轮7滑动接触；所述的长摆杆8上开有摆杆滑槽82；所述的滑块211与第一指段2固接，摆杆滑槽82限制滑块211相对长摆杆8做直线运动；所述得的簧件11连接主动轴10和摆杆轴9。
在图1所示实施例中，所述的簧件11使摆杆轴9靠向主动轴10。
在图1所示实施例中，设主动轴10的轴线与摆杆轴9的轴线的连线为a，设摆杆轴9的轴线与远关节轴5的轴线的连线为b，设远关节轴5的轴线与近关节轴4的轴线的连线为c，设近关节轴4的轴线与主动轴10的轴线的连线为d；a，b，c，d组成“8”字形。
在图1所示实施例中，所述的基座驱动器12采用电机，所述电机与基座体1固接。
本发明所述的偏心轮摆杆滑槽式耦合自适应机器人手指装置13，其特征在于：所述的簧件11采用拉簧、压簧、片簧或扭簧。在图1所示实施例中，所述的簧件11采用拉簧。
本发明设计的采用偏心轮摆杆滑槽式耦合自适应机器人手指装置13的机器人手装置的一种实施例，如图5到图8所示，包括手掌底座14，底座传动机构，底座从动齿轮16和底座驱动器17；该实施例还包括三个偏心轮摆杆滑槽式耦合自适应机器人手指装置13；所述的底座驱动器17的输出轴与底座传动机构的输入端相连，所述的底座传动机构的输出端与底座从动齿轮16相连；所述的底座从动齿轮16与偏心轮摆杆滑槽式耦合自适应机器人手指装置13的基座体1固接。
本实施例的工作原理，结合附图，叙述如下：
当本实施例抓取物体15时，基座驱动器12通过传动机构带动基座主动齿轮6正转。由于基座主动齿轮6、偏心轮7均与主动轴10固接，偏心轮7正转。摆杆轴9与偏心轮7的接触面是一个圆面，且圆面的轴心与摆杆轴9的轴线重合，所以偏心轮7与长摆杆8的接触线始终与摆杆轴9的轴线保持相同的距离。所以主动轴10的轴线与摆杆轴9的轴线之间的距离只取决于偏心轮7相对于第一指段2的位置与角度。由于主动轴10与摆杆轴9之间连有簧件11(拉簧)，所以在手指没有接触到物体15时，主动轴10的轴线与摆杆轴9的轴线之间的距离保持一个最小值(大于0的定值)，偏心轮7与长摆杆8的接触线与主动轴10的轴线的距离也保持一个最小值(也是大于0的定值)；此时接触线、主动轴10的轴线与摆杆轴9的轴线共面，摆杆轴9的轴线绕主动轴10的轴线作圆周运动，运动的角速度等于偏心轮7旋转的角速度。
当偏心轮7正转时，滑块211约束通过摆杆滑槽82约束长摆杆8在一定的范围内运动，从而使得摆杆圆面81始终与偏心轮7接触。
设主动轴10的轴线与摆杆轴9的轴线的连线为a，设摆杆轴9的轴线与远关节轴5的轴线的连线为b，设远关节轴5的轴线与近关节轴4的轴线的连线为c，设近关节轴4的轴线与主动轴10的轴线的连线为d，由于a，b，c，d组成“8”字形，所以当摆杆轴9的轴线绕主动轴10的轴线作圆周运动时，第二指段3的旋转速度大于第一指段2，呈现“耦合”运动状态。
当第一指段2接触到物体15时，第一指段2不能继续正转，但偏心轮7继续正转。其结果是，偏心轮7与长摆杆8的接触线与主动轴10的轴线的距离变大，主动轴10的轴线与摆杆轴9的轴线之间的距离也变大，簧件11被拉紧。于是摆杆轴9继续推动第二指段3正转，实现了自适应功能。
本发明装置利用驱动器、偏心轮、长摆杆、簧件、滑块等综合实现了耦合自适应包络抓取的功能。该装置采用欠驱动的方式，一个电机驱动两个指段。当没有接触物体的时候，手指两个指段同时转动，且第二指段的转速高于第一指段，达到了模拟人手运动的效果。该装置采用偏心轮、簧件和长摆杆实现自适应功能，传动平稳，当第一指段接触到物体后，第二指段还能继续转动。该装置抓取范围大，结构紧凑、体积小，无需复杂的传感和控制系统，制造和维护成本低，适用于机器人手。

Claims (7)

1.一种偏心轮摆杆滑槽式耦合自适应机器人手指装置(13)，包括基座体(1)、第一指段(2)、第二指段(3)、近关节轴(4)、远关节轴(5)和基座驱动器(12)；所述近关节轴(4)套设在基座体(1)中；所述的第一指段(2)套设在近关节轴(4)上；所述的远关节轴(5)套设在第一指段(2)中；所述第二指段(3)套接在远关节轴(5)上；所述近关节轴(4)的中心线与远关节轴(5)的中心线平行；其特征在于：该偏心轮摆杆滑槽式耦合自适应机器人手指装置还包括传动机构，滑块(211)，基座主动齿轮(6)，偏心轮(7)，长摆杆(8)，摆杆轴(9)，主动轴(10)和簧件(11)；所述的主动轴(10)套设在基座体(1)中，主动轴(10)的轴线与近关节轴(4)的轴线不重合；所述的基座主动齿轮(6)套固在主动轴(10)上，所述的偏心轮(7)套固在主动轴(10)上；所述的基座驱动器(12)的输出轴与传动机构的输入端相连，所述传动机构的输出端与基座主动齿轮(6)相连；所述的摆杆轴(9)套设在第二指段(3)上，摆杆轴(9)的轴线与远关节轴(5)的轴线不重合；所述的长摆杆(8)的一端活动套接在摆杆轴(9)上，另一端是一个摆杆圆面(81)，摆杆圆面(81)的中心轴与摆杆轴(9)重合；所述的摆杆圆面(81)与偏心轮(7)滑动接触；所述的长摆杆(8)上开有摆杆滑槽(82)；所述的滑块(211)与第一指段(2)固接，摆杆滑槽(82)限制滑块(211)相对长摆杆(8)做直线运动；所述得的簧件(11)连接主动轴(10)和摆杆轴(9)。
2.如权利要求1所述的偏心轮摆杆滑槽式耦合自适应机器人手指装置(13)，其特征在于：所述的簧件(11)使摆杆轴(9)靠向主动轴(10)。
3.如权利要求1所述的偏心轮摆杆滑槽式耦合自适应机器人手指装置(13)，其特征在于：设主动轴(10)的轴线与摆杆轴(9)的轴线的连线为a，设摆杆轴(9)的轴线与远关节轴(5)的轴线的连线为b，设远关节轴(5)的轴线与近关节轴(4)的轴线的连线为c，设近关节轴(4)的轴线与主动轴(10)的轴线的连线为d；a，b，c，d组成“8”字形。
4.如权利要求1所述的偏心轮摆杆滑槽式耦合自适应机器人手指装置(13)，其特征在于：所述的基座驱动器(12)采用电机，所述电机与基座体(1)固接。
5.如权利要求1所述的偏心轮摆杆滑槽式耦合自适应机器人手指装置(13)，其特征在于：所述的驱动器采用气缸或液压缸。
6.如权利要求1所述的偏心轮摆杆滑槽式耦合自适应机器人手指装置(13)，其特征在于：所述的簧件(11)采用拉簧、压簧、片簧或扭簧。
7.一种采用权利要求1所述的偏心轮摆杆滑槽式耦合自适应机器人手指装置(13)的机器人手装置，包括手掌底座(14)，底座传动机构，底座从动齿轮(16)和底座驱动器(17)；其特征在于：该机器人手装置还包括至少两个偏心轮摆杆滑槽式耦合自适应机器人手指装置(13)；所述的底座驱动器(17)的输出轴与底座传动机构的输入端相连，所述的底座传动机构的输出端与底座从动齿轮(16)相连；所述的底座从动齿轮(16)与偏心轮摆杆滑槽式耦合自适应机器人手指装置(13)的基座体(1)固接。
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