CN106584490A - 一种多功能联动灵巧手及其机器人 - Google Patents

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何元一
李学威
马壮
边弘晔
陈雷
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一种多功能联动灵巧手,包括手掌,所述手掌的两端分别设有第一手指和第二手指,所述第一手指和所述第二手指均具有多个指节,相邻所述指节之间通过连杆连接,所述手掌内设有第一电机、第二电机及驱动器,所述第一电机连接于所述第一手指,可带动所述第一手指及其指节转动,所述第二电机连接于所述第二手指,可带动所述第二手指及其指节转动,所述驱动器控制所述第一电机及所述第二电机。同一端的手指由一个电机同时驱动,使得整个灵巧手具有两个自由度,驱动数少,成本低,结构和控制均简单,灵巧手安装在机器人的手臂上,可实现抓取、提拿物品的功能。

Description

一种多功能联动灵巧手及其机器人
技术领域
本发明属于机器人末端执行装置,特别是涉及一种多功能联动灵巧手以及具有灵巧手的机器人。
背景技术
随着科技的进步,机器人产业已经有了长足的发展,而作为机器人末端执行机构的灵巧手也越来越受到重视。
现有的灵巧手模仿人类手指功能,实现对物体的抓取,一般灵巧手包含多个自由度,可能做多种动作。但其不可避免的会有成本高、控制复杂、结构复杂、体积较大这些缺点,使得其虽然在技术上实现了代替人手的功能,但并不适合一些对成本、体积及重量比较敏感场合的应用,比如应用于服务、陪护机器人的末端作为执行器的时候。
因此,有必要设计一种更好的机器人灵巧手,以解决上述问题。
发明内容
针对现有技术存在的问题,本发明提供一种可分别控制两侧手指单独运动,且成本低的多功能联动灵巧手及其机器人。
为了实现上述目的,本发明采用如下技术方案:
一种多功能联动灵巧手,包括手掌,所述手掌的两端分别设有第一手指和第二手指,所述第一手指和所述第二手指均具有多个指节,相邻所述指节之间通过连杆连接,所述手掌内设有第一电机、第二电机及驱动器,所述第一电机连接于所述第一手指,可带动所述第一手指及其指节转动,所述第二电机连接于所述第二手指,可带动所述第二手指及其指节转动,所述驱动器控制所述第一电机及所述第二电机。
进一步,所述第一手指设于所述手掌的前端,并设有多个,多个所述第一手指通过连接件连接在一起。
进一步,所述第二手指设于所述手掌的后端,所述第二手指位于相邻两个所述第一手指之间。
进一步,所述手掌具有外壳,所述外壳包围所述第一电机、所述第二电机及所述驱动器。
进一步,所述第一手指或/和所述第二手指的末端设有指甲,所述指甲上设有凹槽,螺钉安装于所述凹槽内。
进一步,所述第一手指和所述第二手指分别具有第一指节、第二指节和第三指节,所述第一指节通过第一销轴连接于所述手掌,所述第二指节通过第二销轴连接于所述第一指节,所述第三指节通过第三销轴连接于所述第二指节。
进一步,所述第一指节与所述第二指节之间连接有第一连杆,所述第一连杆的一端通过第四销轴连接于所述第一指节,另一端通过第五销轴连接于所述第二指节;
所述第二指节与所述第三指节之间连接有第二连杆,所述第二连杆的一端通过第六销轴连接于所述第二指节,另一端通过第七销轴连接于所述第三指节。
进一步,所述第一电机输出轴连接于第一齿轮,所述第一齿轮与第二齿轮相啮合,所述第二齿轮输出轴固定于第一手指;
所述第二电机输出轴连接于第三齿轮,所述第三齿轮与第四齿轮相啮合,所述第四齿轮输出轴固定于第二手指;
所述第一电机和所述第二电机被所述驱动器分别控制。
进一步,所述第一齿轮的一侧设有第一零位开关,所述第三齿轮的一侧设有第二零位开关,用以识别所述第一手指和所述第二手指的零位。
一种具有上述多功能联动灵巧手的机器人,包括所述机器人设有手臂,所述灵巧手的后部设有基座,所述基座安装于所述手臂的末端。
本发明的有益效果:
手掌的两端分别设有第一手指和第二手指,所述第一电机连接于第一手指并带动第一手指及其指节转动,所述第二电机连接于第二手指并带动第二手指及其指节转动,同一端的手指由一个电机同时驱动,使得整个灵巧手具有两个自由度,驱动数少,成本低,结构和控制均简单。与此同时,灵巧手运动过程模拟人抓取物品的形式,可以包络物体,抓取不同大小以及形状的物品,整个灵巧手的特点为外观以及抓取方式均与人手类似。灵巧手安装在机器人的手臂上,可实现抓取、提拿物品的功能。
附图说明
图1为本发明多功能联动灵巧手的整体结构示意图;
图2为本发明多功能联动灵巧手手指的结构示意图;
图3为本发明多功能联动灵巧手手掌内部的结构示意图;
图中,1、2、3—第一手指、4—手掌、5—第二手指、6—基座、101—指甲、102—螺钉、103—第三销轴、104—第二连杆、105—第六销轴、106—第二销轴、107—第一指节、108—第一连杆、109—第五销轴、110—第二指节、111—第七销轴、112—第三指节、113—第一销轴、114—第四销轴、115—凹槽、401—手掌板、402—第一电机、403—第二齿轮、404—第一齿轮、405—第一零位开关、406—第二零位开关、407—第三齿轮、408—第四齿轮、409—第二电机、410—驱动器。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。
如图1,本发明多功能联动灵巧手,包括手掌4,手掌4的两端分别设有第一手指1、2、3和第二手指5,灵巧手的后部设有基座6,基座6安装于机器人手臂的末端,实现抓取、提拿物品的功能。
如图1,在本实施例中,第一手指1、2、3设于手掌4的前端,并设有三个,三个述第一手指1、2、3通过连接件连接在一起。第二手指5设于手掌4的后端,第二手指5位于相邻两个第一手指2、3之间,使灵巧手可以抓取更小的物体,同时也提高了抓取时的稳定性。在实际应用中,手指的数量可以根据实际需要进行更改,也就是说手指可以是两个、三个或者更多,手掌4上手指的布置方式也可以根据实际需要改变,可在不同方向布置其它数量的手指。
如图1及图2,每一第一手指1、2、3和第二手指5均具有多个指节,相邻指节之间通过连杆相连接,实现手指的弯曲和伸展。第一手指1、2、3和所述第二手指5分别具有第一指节107、第二指节110和第三指节112,第一指节107通过第一销轴113连接于手掌4,第二指节110通过第二销轴106连接于第一指节107,第三指节112通过第三销轴103连接于第二指节110。同时,第一指节107与第二指节110之间连接有第一连杆108,第一连杆108的一端通过第四销轴114连接于第一指节107,另一端通过第五销轴109连接于第二指节110,第二指节110与第三指节112之间连接有第二连杆104,第二连杆104的一端通过第六销轴105连接于第二指节110,另一端通过第七销轴111连接于第三指节112。当第一指节107和第一连杆108的下端连接于手掌4或基座6后,第一指节107绕第一销轴113旋转,在第一连杆108和第二连杆104的带动下,第二指节110和第三指节112弯曲或伸展。
优选的,在第三指节112的末端设有指甲101,指甲101上设有凹槽115,螺钉102安装于凹槽115内,通过调整螺钉102在凹槽115内的位置,来调整指节101伸出的长度,这样可以利用指甲101的尖端对一些直径很小的物体进行抓取。
如图1及图3,手掌4具有外壳,用来保护手掌4内的结构,同时也在灵巧手进行抓取时提供支点。手掌4内设有第一电机402、第二电机409及驱动器410,这些元器件装设于手掌板401上,第一电机402输出轴连接于第一齿轮404,第一齿轮404与第二齿轮403相啮合,第二齿轮403输出轴固定于第一手指1、2、3,三个第一手指1、2、3通过连接件连接到一起,当第一电机402驱动第一齿轮404转动时,第一齿轮404带动第二齿轮403转动,进而带动三个第一手指1、2、3同时运动。第二电机409输出轴连接于第三齿轮407,第三齿轮407与第四齿轮408相啮合,第四齿轮408输出轴固定于第二手指5,当第二电机409驱动第三齿轮407转动时,第三齿轮407带动第四齿轮408转动,进而带动第二手指5转动。第一齿轮404的一侧设有第一零位开关405,第三齿轮407的一侧设有第二零位开关406,用以识别第一手指1、2、3和第二手指5的零位,驱动器410分别控制第一电机402和第二电机409,当第一电机402和第二电机409配合作用的时候,可以抓取不同形状、不同大小的物体。电机动力通过齿轮传动到手指,使手指旋转,手指旋转过程中由于连杆的作用,同时手指开始弯曲,使灵巧手在抓取物体时可以包络物体,更好的抓取物体,通过控制电机扭矩还可以控制手指输出力,使得更稳固的抓取物体。
手掌4内有第一电机402和第二电机409分别控制位于手掌4两端的第一手指1、2、3和第二手指5,同一侧的手指由一个电机同时驱动,这样整个灵巧手就拥有两个自由度。两端的第一手指1、2、3和第二手指5运动相互独立,同时手指能进行弯曲和伸展运动,这样使得两个电机在控制手指运动进行物品抓取动作时,不同于一般的只有开闭动作的夹手,手指可以自然形成一种弯曲的状态,这样更适合不同形状物体的抓取,使用抓取过程更加的柔顺。通过两个电机的配合,可以抓取不同大小、不同形状的物体,如长方体、圆柱体以及一些柔软的或有弹性的物体等。由于灵巧手上的手指由两个电机单独控制,所以可以单独控制一侧的手指弯曲,使灵巧手可以进行一些提拉物体的动作。指尖装有指甲101,对于一些直径很小的物体,可以通过两个手指指尖间的配合,指甲101将物体抓起。以上这些功能满足了陪护、服务机器人在实际中的一般应用。
而且,由于实现上述功能时只使用了两个电机,使其成本相对降低很多,结构也更加简单,重量更轻,这些不同于以往常见的灵巧手。这些优势使得本发明更加适合于安装在机器人的末端,可以降低用于安装灵巧手的手臂所需要的负载能力,降低整个机器人的成本,同时控制也更加简单,这些使得其在机器人行业里有更好的适应性。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制,尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明,本领域技术人员应当理解,可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本技术方案的宗旨和范围,其均应涵盖在本发明的权利要求范围内。

Claims (10)

1.一种多功能联动灵巧手,其特征在于,包括:手掌,所述手掌的两端分别设有第一手指和第二手指,所述第一手指和所述第二手指均具有多个指节,相邻所述指节之间通过连杆连接,所述手掌内设有第一电机、第二电机及驱动器,所述第一电机连接于所述第一手指,可带动所述第一手指及其指节转动,所述第二电机连接于所述第二手指,可带动所述第二手指及其指节转动,所述驱动器控制所述第一电机及所述第二电机。
2.根据权利要求1所述的多功能联动灵巧手,其特征在于:所述第一手指设于所述手掌的前端,并设有多个,多个所述第一手指通过连接件连接在一起。
3.根据权利要求2所述的多功能联动灵巧手,其特征在于:所述第二手指设于所述手掌的后端,所述第二手指位于相邻两个所述第一手指之间。
4.根据权利要求1所述的多功能联动灵巧手,其特征在于:所述手掌具有外壳,所述外壳包围所述第一电机、所述第二电机及所述驱动器。
5.根据权利要求1所述的多功能联动灵巧手,其特征在于:所述第一手指或/和所述第二手指的末端设有指甲,所述指甲上设有凹槽,螺钉安装于所述凹槽内。
6.根据权利要求1所述的多功能联动灵巧手,其特征在于:所述第一手指和所述第二手指分别具有第一指节、第二指节和第三指节,所述第一指节通过第一销轴连接于所述手掌,所述第二指节通过第二销轴连接于所述第一指节,所述第三指节通过第三销轴连接于所述第二指节。
7.根据权利要求6所述的多功能联动灵巧手,其特征在于:所述第一指节与所述第二指节之间连接有第一连杆,所述第一连杆的一端通过第四销轴连接于所述第一指节,另一端通过第五销轴连接于所述第二指节;
所述第二指节与所述第三指节之间连接有第二连杆,所述第二连杆的一端通过第六销轴连接于所述第二指节,另一端通过第七销轴连接于所述第三指节。
8.根据权利要求1所述的多功能联动灵巧手,其特征在于:所述第一电机输出轴连接于第一齿轮,所述第一齿轮与第二齿轮相啮合,所述第二齿轮输出轴固定于第一手指;
所述第二电机输出轴连接于第三齿轮,所述第三齿轮与第四齿轮相啮合,所述第四齿轮输出轴固定于第二手指;
所述第一电机和所述第二电机被所述驱动器分别控制。
9.根据权利要求8所述的多功能联动灵巧手,其特征在于:所述第一齿轮的一侧设有第一零位开关,所述第三齿轮的一侧设有第二零位开关,用以识别所述第一手指和所述第二手指的零位。
10.一种具有权利要求1所述的多功能联动灵巧手的机器人,其特征在于,包括:所述机器人设有手臂,所述灵巧手的后部设有基座,所述基座安装于所述手臂的末端。
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