CN106476023B - 七轮空程电机中置平夹自适应机器人手指装置 - Google Patents

Abstract

七轮空程电机中置平夹自适应机器人手指装置，属于机器人手技术领域，包括基座、电机、多个齿轮、两个传动轮、传动件、两个簧件、主动拨块、从动拨块、限位轮和限位块等。该装置实现双关节机器人手指的平行夹持与自适应复合欠驱动抓取功能，该装置由单个电机驱动两个关节；该装置抓取物体时，转动第一指段的同时保持第二指段的姿态，获得平夹抓取效果；当第一指段接触物体被阻挡后，再自动切换为第二指段继续转动的自适应抓取模式；该装置能够适应不同形状尺寸物体的抓取，结构简单、容易控制、传动精确、成本低，该装置的电机、传动零件多数嵌入到手指中部，基本不占用基座空间，解放了机器人手的手掌空间。

Description

七轮空程电机中置平夹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，特别涉及一种七轮空程电机中置平夹自适应机器人手指装置的结构设计。

背景技术

在工业生产的流水线上，机器人手扮演了至关重要的角色。随着机器人手所需适应的环境增多，所需执行的任务更多更复杂，简单的末端执行器已经满足不了需求。因此，拟人化的多指机器人手成为了一个热门的课题。多指机器人手目前主要分为了三大类：灵巧手、欠驱动手和工业夹持器。其中，灵巧手的多数关节都需要对应的电机进行驱动，这使其有能力完成多种复杂的抓取姿态、手势和适应不同形状的物体，但是也导致其笨重、昂贵、难以控制。工业夹持器一般具有两到三个手指，每个手指的根部能够转动或平动，但是手指中部没有关节，控制容易、结构简单，成本低，但是其缺陷在于只能完成简单的夹持动作，而且对所抓物体的形状无法自动适应。

在抓取物体时主要有两种抓取方法，一种是捏持，一种是握持。捏持是用末端手指的指尖部分去夹取物体，采用两个点或两个软指面去接触物体，主要针对小尺寸物体或具有对立面的较大物体；握持是用手指的多个指段包络环绕物体来实现多个点的接触，达到更稳定的形状包络抓取。工业夹持器一般采用末端平行的夹持方式，难以具有包络握持功能，不能适应多种形状物体的稳定包络抓取；自适应欠驱动手指可以采用自适应包络物体的方式握持，但是无法实施末端平行夹持抓取。

欠驱动手在一定程度上结合了二者的优点，克服了它们的不足。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。其不足在于，在未接触到物体之前，手指保持僵化的伸直状态，拟人度差，而且当第一指段对物体进行挤压时，为了推动后续关节的转动，需要较大的压力，会导致振动以及所抓物体可能被挤开的情况，抓取不稳定。已有的一种欠驱动两关节机器人手指装置(中国发明专利CN101234489A)，包括基座、电机、中部指段、末端指段和平带轮式传动机构等。该装置实现了双关节欠驱动手指弯曲抓取物体的特殊效果，具有自适应性。该欠驱动机械手指装置的不足之处为：手指在未碰触物体前始终呈现伸直状态，抓取方式主要为握持方式，难实现较好的末端平行夹持抓取效果。

发明内容

本发明的目的是针对已有技术的不足之处，提供一种七轮空程电机中置平夹自适应机器人手指装置，该装置具有多种抓取模式，既能平动第二指段夹持物体，也能先后转动第一指段和第二指段自适应包络不同形状、大小的物体；抓取范围大；无需复杂的传感和控制系统。

本发明的技术方案如下：

本发明设计的一种七轮空程电机中置平夹自适应机器人手指装置，包括基座、电机、减速器、第一指段、第二指段、近关节轴和远关节轴；近关节轴和远关节轴平行；所述电机的输出轴与减速器的输入轴相连；其特征在于：该七轮空程电机中置平夹自适应机器人手指装置还包括过渡轴、主动齿轮、第一齿轮、第二齿轮、第三齿轮、第四齿轮、第一传动轮、传动件、第二传动轮、第一簧件、第二簧件、主动拨块、从动拨块、限位轮和限位块；所述近关节轴套固在基座中，所述远关节轴活动套设在第一指段中，所述第二指段套固在远关节轴上；所述第四齿轮上有固接的主动拨块，所述第二指段上有固接的从动拨块；所述第二传动轮套固在远关节轴上；所述限位轮与第一传动轮固接，所述限位轮活动套接在近关节轴上，所述第一传动轮活动套接在近关节轴上；所述传动件分别连接第一传动轮和第二传动轮；所述传动件、第一传动轮和第二传动轮构成同向传动关系且传动比为1；所述限位块与基座固接；所述限位轮在初始状态时与限位块相接触；所述第二簧件的两端分别连接限位轮和基座；所述主动拨块在初始状态时与从动拨块有一定的距离，在第四齿轮转动一定的角度之后主动拨块接触从动拨块；所述电机固接在第一指段中，所述主动齿轮套固在减速器的输出轴上；所述过渡轴套设在第一指段中，所述第一指段活动套接在近关节轴上，所述近关节轴和过渡轴平行；所述主动齿轮与第三齿轮啮合，所述第三齿轮、第二齿轮分别活动套接在过渡轴上；所述第一簧件的两端分别连接第二齿轮和第三齿轮；所述第二齿轮与第一齿轮啮合；所述第一齿轮套固在近关节轴上；所述第四齿轮与主动齿轮啮合；所述第四齿轮活动套接在远关节轴上。

本发明所述七轮空程电机中置平夹自适应机器人手指装置，其特征在于：所述第一簧件采用扭簧。

本发明所述七轮空程电机中置平夹自适应机器人手指装置，其特征在于：所述第二簧件采用拉簧。

本发明所述七轮空程电机中置平夹自适应机器人手指装置，其特征在于：所述第一齿轮与第二齿轮的传动比为1，从所述主动齿轮到第三齿轮的传动比为a，从主动齿轮到第四齿轮的传动比为a，其中a为正有理数。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和突出性效果：

本发明装置采用设置在第一指段的电机、五齿轮传动机构、等速同向传动机构、两个簧件、主动拨块、从动拨块、限位轮和限位块等综合实现双关节机器人手指的平行夹持与自适应复合欠驱动抓取功能，该装置由单个电机驱动两个关节；该装置抓取物体时，转动第一指段的同时保持第二指段的姿态，获得平夹抓取效果；当第一指段接触物体被阻挡后，再自动切换为第二指段继续转动的自适应抓取模式；该装置能够适应不同形状尺寸物体的抓取，结构简单、容易控制、传动精确、成本低，该装置的电机、传动零件多数嵌入到手指中部，基本不占用基座空间，解放了机器人手的手掌空间。

附图说明

图1是本发明的七轮空程电机中置平夹自适应机器人手指装置的一种实施例的立体图。

图2是图1所示实施例的正面外观图。

图3是图1所示实施例的侧面外观图。

图4是图1所示实施例的背面外观图。

图5是图1所示实施例的立体视图(未画出部分零件)。

图6是图1所示实施例的立体视图(未画出部分零件)。

图7是图1所示实施例的正面视图(未画出部分零件)。

图8是图1所示实施例的背面视图(未画出部分零件)。

图9是图1所示实施例的左侧视图(未画出部分零件)。

图10是图1所示实施例的右侧视图(未画出部分零件)。

图11是图1所示实施例的爆炸视图。

图12至图16是图1所示实施例抓取物体过程中几个关键位置的侧面外观图。

图17是采用图1所示实施例构成的一种三指夹持器立体外观图。

图18是图17所示实施例抓取物体的情况示意图。

在图1至图18中：

1－基座， 2－第一指段， 3－第二指段， 4－近关节轴，

5－远关节轴， 6－第一齿轮， 7－第二齿轮， 8－第三齿轮，

9－主动齿轮， 10－第四齿轮， 11－第一簧件， 12－电机，

13－减速器， 15－过渡轴， 16－物体，

17－第二簧件， 18－第一传动轮， 19－传动件， 20－第二传动轮，

21－主动拨块， 22－从动拨块， 23－限位轮， 24－限位块，

具体实施方式

下面结合附图及多个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。

本发明设计的七轮空程电机中置平夹自适应机器人手指装置的第一种实施例，如图1至图10所示，

包括基座1、电机12、减速器13、第一指段2、第二指段3、近关节轴4和远关节轴5；近关节轴4 和远关节轴5平行；所述电机12的输出轴与减速器13的输入轴相连；该七轮空程电机中置平夹自适应机器人手指装置还包括过渡轴15、主动齿轮9、第一齿轮6、第二齿轮7、第三齿轮8、第四齿轮10、第一传动轮18、传动件19、第二传动轮20、第一簧件11、第二簧件17、主动拨块21、从动拨块22、限位轮 23和限位块24；所述近关节轴4套固在基座1中，所述远关节轴5活动套设在第一指段2中，所述第二指段3套固在远关节轴5上；所述第四齿轮10上有固接的主动拨块21，所述第二指段3上有固接的从动拨块22；所述第二传动轮20套固在远关节轴5上；所述限位轮23与第一传动轮18固接，所述限位轮23 活动套接在近关节轴4上，所述第一传动轮18活动套接在近关节轴4上；所述传动件19分别连接第一传动轮18和第二传动轮20；所述传动件19、第一传动轮18和第二传动轮20构成同向传动关系且传动比为 1；所述限位块24与基座1固接；所述限位轮23在初始状态时与限位块24相接触；所述第二簧件17的两端分别连接限位轮23和基座1；所述主动拨块21在初始状态时与从动拨块22有一定的距离，在第四齿轮10转动一定的角度之后主动拨块接触从动拨块22；所述电机12固接在第一指段2中，所述主动齿轮9 套固在减速器13的输出轴上；所述过渡轴15套设在第一指段2中，所述第一指段2活动套接在近关节轴 4上，所述近关节轴4和过渡轴15平行；所述主动齿轮9与第三齿轮8啮合，所述第三齿轮8、第二齿轮 7分别活动套接在过渡轴15上；所述第一簧件11的两端分别连接第二齿轮7和第三齿轮8；所述第二齿轮7与第一齿轮6啮合；所述第一齿轮6套固在近关节轴4上；所述第四齿轮10与主动齿轮9啮合；所述第四齿轮10活动套接在远关节轴上。

本实施例中所述第一簧件11采用扭簧，所述第二簧件17采用拉簧。

本实施例中，所述第一齿轮6与第二齿轮7的传动比为1，从所述主动齿轮9到第三齿轮8的传动比为a，从主动齿轮9到第四齿轮10的传动比为a，其中a为正有理数。

采用图1所示实施例可以构成多指机器人手，一种采用七轮空程电机中置平夹自适应机器人手指装置的多指机器人手，包括手掌和三个七轮空程电机中置平夹自适应机器人手指装置，所有所述七轮空程电机中置平夹自适应机器人手指装置的基座分别固接在手掌上。该机器人手具有3个手指，每个手指均采用1 个图1所示实施例，如图17所示。

本实施例的具体工作原理，结合附图叙述如下：

本装置的初始状态如图11所示处于竖直位置，此时第一指段2和第二指段3均处于伸直状态。当本实施例中的机器人手指装置运动时，电机12转动，经减速器13带动主动齿轮9。通过主动齿轮9带动套接在过渡轴15的第三齿轮8以及活动套接在远关节轴5的第四齿轮10转动，并且通过第一簧件11带动第二齿轮7转动，同时第二齿轮7与固接于近关节轴4(近关节轴4固定套设在基座1中)的第一齿轮6 啮合，当第二齿轮7转动时，第一指段2会绕近关节轴4转动，此时第四齿轮10带动与之固接的主动拨块21转动，由于主动拨块21还没有接触从动拨块22，第二指段3及与之固接的第二传动轮20、从动拨块22三者会(因为传动件19、第一传动轮18的传动作用)保持与基座1不变的姿态，在此阶段中，限位轮23接触限位块24，第二指段3一直保持竖直状态。

当第二指段3接触物体16时，抓取结束，达到平行夹持抓取效果。

当上述过程中，第二指段3未接触物体16且第一指段2接触物体16被阻挡，则第一簧件11发生变形，电机12动力通过主动齿轮9传动到第四齿轮10，与第四齿轮10固接的主动拨块21转动一定角度后会接触从动拨块22并推动后者转动，与从动拨块22固接的第二指段3和第二传动轮20转动，此时，第二簧件17发生变形，限位轮23离开限位块24。该阶段直到第二指段3也接触物体16被阻挡，抓取结束，达到自适应抓取效果。

此过程实现了先平行夹持再自适应抓取物体的抓取模式。

本发明装置采用设置在第一指段的电机、五齿轮传动机构、等速同向传动机构、两个簧件、主动拨块、从动拨块、限位轮和限位块等综合实现双关节机器人手指的平行夹持与自适应复合欠驱动抓取功能，该装置由单个电机驱动两个关节；该装置抓取物体时，转动第一指段的同时保持第二指段的姿态，获得平夹抓取效果；当第一指段接触物体被阻挡后，再自动切换为第二指段继续转动的自适应抓取模式；该装置能够适应不同形状尺寸物体的抓取，结构简单、容易控制、传动精确、成本低，该装置的电机、传动零件多数嵌入到手指中部，基本不占用基座空间，解放了机器人手的手掌空间。

Claims (4)

1.一种七轮空程电机中置平夹自适应机器人手指装置，包括基座、电机、减速器、第一指段、第二指段、近关节轴和远关节轴；近关节轴和远关节轴平行；所述电机的输出轴与减速器的输入轴相连；其特征在于：该七轮空程电机中置平夹自适应机器人手指装置还包括过渡轴、主动齿轮、第一齿轮、第二齿轮、第三齿轮、第四齿轮、第一传动轮、传动件、第二传动轮、第一簧件、第二簧件、主动拨块、从动拨块、限位轮和限位块；所述近关节轴套固在基座中，所述远关节轴活动套设在第一指段中，所述第二指段套固在远关节轴上；所述第四齿轮上有固接的主动拨块，所述第二指段上有固接的从动拨块；所述第二传动轮套固在远关节轴上；所述限位轮与第一传动轮固接，所述限位轮活动套接在近关节轴上，所述第一传动轮活动套接在近关节轴上；所述传动件分别连接第一传动轮和第二传动轮；所述传动件、第一传动轮和第二传动轮构成同向传动关系且传动比为1；所述限位块与基座固接；所述限位轮在初始状态时与限位块相接触；所述第二簧件的两端分别连接限位轮和基座；所述主动拨块在初始状态时与从动拨块有一定的距离，在第四齿轮转动一定的角度之后主动拨块接触从动拨块；所述电机固接在第一指段中，所述主动齿轮套固在减速器的输出轴上；所述过渡轴套设在第一指段中，所述第一指段活动套接在近关节轴上，所述近关节轴和过渡轴平行；所述主动齿轮与第三齿轮啮合，所述第三齿轮、第二齿轮分别活动套接在过渡轴上；所述第一簧件的两端分别连接第二齿轮和第三齿轮；所述第二齿轮与第一齿轮啮合；所述第一齿轮套固在近关节轴上；所述第四齿轮与主动齿轮啮合；所述第四齿轮活动套接在远关节轴上。

2.如权利要求1所述七轮空程电机中置平夹自适应机器人手指装置，其特征在于：所述第一簧件采用扭簧。

3.如权利要求1所述七轮空程电机中置平夹自适应机器人手指装置，其特征在于：所述第二簧件采用拉簧。

4.如权利要求1所述七轮空程电机中置平夹自适应机器人手指装置，其特征在于：所述第一齿轮与第二齿轮的传动比为1，从所述主动齿轮到第三齿轮的传动比为a，从主动齿轮到第四齿轮的传动比为a，其中a为正有理数。