CN106799743B - 一体式流体传动平夹间接自适应机器人手指装置 - Google Patents
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Abstract
一体式流体传动平夹间接自适应机器人手指装置，属于机器人手技术领域，包括基座、两个指段、两个关节轴、电机、流体、四个柔性件、软管、三个通孔、两个滑块和簧件等。该装置实现了双关节机器人手指平行夹持及间接自适应抓取的功能，根据目标物体形状和位置的不同，既能平动第二指段捏持物体，实现了平夹抓取功能；也能依次转动第一指段和第二指段包络不同形状、大小的物体，具有自适应抓取特性；该装置抓取稳定、抓取范围大；采用欠驱动的方式，利用一个电机驱动两个关节，无需复杂的传感和控制系统；结构紧凑、体积小，制造和维护成本低，适用于机器人手。
Description
技术领域
本发明属于机器人手技术领域，特别涉及一种一体式流体传动平夹间接自适应机器人手指装置。
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。
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，例如，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
本发明的目的是为了克服已有技术的不足之处，提供一种一体式流体传动平夹间接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：
本发明设计的一体式流体传动平夹间接自适应机器人手指装置，包括基座、第一指段、第二指段、近关节轴、远关节轴、电机、传动机构、第一柔性件、第二柔性件、第三柔性件、第四柔性件、第一流体、第二流体、第一滑块、第二滑块和簧件；所述电机与基座固接；所述传动机构设置在基座中；所述电机的输出轴与传动机构的输入端相连，所述近关节轴活动套设在基座中；所述远关节轴活动套设在第一指段中；所述第一指段套接在近关节轴上；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；所述簧件的两端分别连接第二滑块和第一指段；其特征在于：该一体式流体传动平夹间接自适应机器人手指装置还包括软管；所述传动机构的输出端与第一滑块相连；所述第一滑块滑动镶嵌于基座的滑槽中；所述第二滑块滑动镶嵌于第一指段的滑槽中；所述的基座中设置有第一通孔和第二通孔；所述第一指段中设置有第三通孔；所述第一柔性件两端分别连接第一滑块和第一通孔，所述第一柔性件和第四柔性件通过第一通孔、软管、第三通孔相通，所述第三柔性件和第四柔性件通过第三通孔相通，所述第三柔性件的两端分别连接第二滑块和第三通孔，所述第四柔性件的两端分别连接第三通孔和第二指段，所述第一流体被密封在第一柔性件、第三柔性件、第四柔性件、第一通孔、第三通孔和软管中；所述第二柔性件两端分别连接第一滑块和第一指段，所述第二柔性件穿过第二通孔，所述第二流体被密封在第二柔性件中；所述第二柔性件在近关节轴的远离物体一侧，所述第四柔性件在远关节轴的远离物体一侧；所述第一柔性件与第二柔性件位于第一滑块的两侧；所述第一柔性件、第二柔性件、第四柔性件三者的内径相同，所述第二柔性件到近关节轴的距离等于第四柔性件到远关节轴的距离；所述第一柔性件采用嵌簧丝波纹管或套簧丝波纹管，所述第二柔性件采用嵌簧丝波纹管或套簧丝波纹管，所述第三柔性件采用嵌簧丝波纹管或套簧丝波纹管，所述第四柔性件采用嵌簧丝波纹管或套簧丝波纹管；所述软管的两端分别与基座、第一指段相连。
本发明所述的一体式流体传动平夹间接自适应机器人手指装置，其特征在于：所述第三柔性件的内径大于第四柔性件的内径。
本发明所述的一体式流体传动平夹间接自适应机器人手指装置，其特征在于：所述簧件采用压簧。
本发明所述的一体式流体传动平夹间接自适应机器人手指装置，其特征在于：所述传动机构包括减速器、丝杠和螺母，所述电机的输出轴与减速器的输入轴相连，所述减速器的输出轴与丝杠相连，所述丝杠与螺母形成螺纹传动关系，所述螺母固接在第一滑块上。
本发明所述的一体式流体传动平夹间接自适应机器人手指装置，其特征在于：所述第一流体采用液体；第二流体采用液体。
本发明与现有技术相比，具有以下优点和突出性效果：
本发明装置利用电机、流体、四个柔性件、软管、三个通孔、两个滑块和簧件等综合实现了双关节机器人手指平行夹持及间接自适应抓取的功能，根据目标物体形状和位置的不同，既能平动第二指段捏持物体，实现了平夹抓取功能；也能依次转动第一指段和第二指段包络不同形状、大小的物体，具有自适应抓取特性；该装置抓取稳定、抓取范围大；采用欠驱动的方式，利用一个电机驱动两个关节，无需复杂的传感和控制系统；结构紧凑、体积小，制造和维护成本低，适用于机器人手。
附图说明
图1是本发明设计的一体式流体传动平夹间接自适应机器人手指装置的一种实施例的侧剖视图。
图2是图1所示实施例的正面剖视图。
图3是图1所示实施例的正面外观图。
图4是图1所示实施例的侧面外观图。
图5是图1所示实施例的立体外观视图。
图6至图7是图1所示实施例抓取物体的一种方式——用第二指段平行夹持物体的动作过程示意图。
图8至图10是图1所示实施例抓取物体的另一种方式——包络握持抓取物体的动作过程示意图。
在图1至图10中：
11－第二指段， 12－远关节轴， 13－第四柔性件， 21－第一指段，
22－第二滑块， 23－第三柔性件， 24－近关节轴， 25－第一流体，
26－簧件， 27－软管， 28－第二柔性件， 29－第二流体，
31－第一滑块， 32－基座， 33－第一柔性件， 41－减速器，
42－电机 411－螺母， 412－丝杠。
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。
本发明设计的一体式流体传动平夹间接自适应机器人手指装置的一种实施例，如图1至图5所示，包括基座32、第一指段21、第二指段11、近关节轴24、远关节轴12和电机42；所述电机42与基座32固接；所述近关节轴24活动套设在基座32中；所述远关节轴12活动套设在第一指段21中；所述第一指段 21套接在近关节轴24上；所述第二指段11套接在远关节轴12上；所述近关节轴24的中心线与远关节轴 12的中心线平行；该一体式流体传动平夹间接自适应机器人手指装置还包括传动机构、第一柔性件33、第二柔性件28、第三柔性件23、第四柔性件13、第一流体25、第二流体29、第一滑块31、第二滑块22、软管27和簧件26；所述电机42固定安装在基座32中；所述传动机构设置在基座32中；所述电机42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第一滑块31相连；所述第一滑块31滑动镶嵌于基座32的滑槽中；所述第二滑块22滑动镶嵌于第一指段21的滑槽中；所述的基座32中设置有第一通孔和第二通孔；所述第一指段21中设置有第三通孔；所述第一柔性件33两端分别连接第一滑块31和第一通孔，所述第一柔性件33和第四柔性件13通过第一通孔、软管27、第三通孔相通，所述第三柔性件 23和第四柔性件13通过第三通孔相通，所述第三柔性件23的两端分别连接第二滑块22和第三通孔，所述第四柔性件13的两端分别连接第三通孔和第二指段11，所述第一流体25被密封在第一柔性件33、第三柔性件23、第四柔性件13、第一通孔、第三通孔和软管27中；所述第二柔性件28两端分别连接第一滑块31和第一指段21，所述第二柔性件28穿过第二通孔，所述第二流体29被密封在第二柔性件28中；所述簧件26的两端分别连接第二滑块22和和第一指段21；所述第二柔性件28在近关节轴24的远离物体一侧，所述第四柔性件13在远关节轴12的远离物体一侧；所述第一柔性件33与第二柔性件28位于第一滑块31的两侧；所述第一柔性件33、第二柔性件28、第四柔性件13三者的内径相同，所述第二柔性件 28到近关节轴24的距离等于第四柔性件13到远关节轴12的距离；所述软管27的两端分别与基座32、第一指段21相连。
本发明所述的一体式流体传动平夹间接自适应机器人手指装置，其特征在于：所述第一柔性件33采用嵌簧丝波纹管或套簧丝波纹管，所述第二柔性件28采用嵌簧丝波纹管或套簧丝波纹管，所述第三柔性件23采用嵌簧丝波纹管或套簧丝波纹管，所述第四柔性件13采用嵌簧丝波纹管或套簧丝波纹管。本实施例中，所述第一柔性件33、第二柔性件28、第三柔性件23和第四柔性件13均采用嵌簧丝波纹管。
本实施例中，所述第三柔性件的内径大于第四柔性件的内径。
本实施例中，所述簧件26采用拉簧。
本实施例中，所述传动机构包括减速器41、丝杠和螺母411，所述电机42的输出轴与减速器41的输入轴相连，所述减速器41的输出轴与丝杠412相连，所述丝杠412与螺母411形成螺纹传动关系，所述螺母411固接在第一滑块31上。
本实施例中，所述第一流体25采用液体；第二流体29采用液体。
本实施例的工作原理，结合附图，叙述如下：
本实施例中，将初始位置设置为手指伸直的状态(如图1所示)。
当电机42开始正转，通过丝杠412带动螺母411和第一滑块31向上滑动，通过第二柔性件28中的不可压缩的第二流体29作用推动第一指段21绕着近关节轴24向抓取物体5方向弯曲，同时第一滑块31 的向上滑动会带来第一柔性件33的伸长，第一流体25拉动第二指段11绕着远关节轴12向远离抓取物体 5方向弯曲；
由于：
所述第二柔性件28在近关节轴24的远离物体5一侧，所述第四柔性件13在远关节轴12的远离物体5一侧；所述第一柔性件33与第二柔性件28位于第一滑块31的两侧；所述第一柔性件33、第二柔性件 28、第四柔性件13三者的内径相同，所述第二柔性件28到近关节轴24的距离等于第四柔性件13到远关节轴12的距离；
所以，第二指段11反转的角度与第一指段21正转的角度相等，第二指段11相对于基座32始终保持同样的初始竖直状态，即实现了平行夹持的动作功能。
在平行夹持过程中，如果第二指段11接触物体5，则抓取结束，实现了平行夹持物体功能。
在平行夹持过程中，如果第一指段21的第二滑块22先接触物体5，则将自动切换到自适应的抓取阶段，该自适应抓取阶段的动作原理如下：
第二滑块22接触物体5被物体5挤压滑动进入到第一指段21中，簧件26减小了压缩量，第三柔性件23缩短，由于第一流体25的作用，第四柔性件13中的流体会推动第二指段11绕远关节轴12弯曲；在本实施例中，为了获得较大的自适应抓取效果，将第三柔性件23的内径设置为大于第四柔性件13的内径，因此，较小的第三柔性件23的压缩会带来较大的第四柔性件13的伸长，从而达到第二指段11的快速弯曲和包络自适应抓取效果。
这一阶段直到第二指段11接触物体5为止，从而针对不同形状、尺寸的物体，该装置具有适应能力，称为自适应性。
释放物体的过程：电机反转，后续过程与上述抓取物体的过程刚好相反，不再赘述。
本发明装置利用电机、流体、四个柔性件、软管、三个通孔、两个滑块和簧件等综合实现了双关节机器人手指平行夹持及间接自适应抓取的功能，根据目标物体形状和位置的不同，既能平动第二指段捏持物体，实现了平夹抓取功能；也能依次转动第一指段和第二指段包络不同形状、大小的物体，具有自适应抓取特性；该装置抓取稳定、抓取范围大；采用欠驱动的方式，利用一个电机驱动两个关节，无需复杂的传感和控制系统；结构紧凑、体积小，制造和维护成本低，适用于机器人手。
Claims (5)
1.一种一体式流体传动平夹间接自适应机器人手指装置，包括基座、第一指段、第二指段、近关节轴、远关节轴、电机、传动机构、第一柔性件、第二柔性件、第三柔性件、第四柔性件、第一流体、第二流体、第一滑块、第二滑块和簧件；所述电机与基座固接；所述传动机构设置在基座中；所述电机的输出轴与传动机构的输入端相连，所述近关节轴活动套设在基座中；所述远关节轴活动套设在第一指段中；所述第一指段套接在近关节轴上；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；所述簧件的两端分别连接第二滑块和第一指段；其特征在于：该一体式流体传动平夹间接自适应机器人手指装置还包括软管；所述传动机构的输出端与第一滑块相连；所述第一滑块滑动镶嵌于基座的滑槽中；所述第二滑块滑动镶嵌于第一指段的滑槽中；所述的基座中设置有第一通孔和第二通孔；所述第一指段中设置有第三通孔；所述第一柔性件两端分别连接第一滑块和第一通孔，所述第一柔性件和第四柔性件通过第一通孔、软管、第三通孔相通，所述第三柔性件和第四柔性件通过第三通孔相通，所述第三柔性件的两端分别连接第二滑块和第三通孔，所述第四柔性件的两端分别连接第三通孔和第二指段，所述第一流体被密封在第一柔性件、第三柔性件、第四柔性件、第一通孔、第三通孔和软管中；所述第二柔性件两端分别连接第一滑块和第一指段，所述第二柔性件穿过第二通孔，所述第二流体被密封在第二柔性件中；所述第二柔性件在近关节轴的远离物体一侧，所述第四柔性件在远关节轴的远离物体一侧；所述第一柔性件与第二柔性件位于第一滑块的两侧；所述第一柔性件、第二柔性件、第四柔性件三者的内径相同，所述第二柔性件到近关节轴的距离等于第四柔性件到远关节轴的距离；所述第一柔性件采用嵌簧丝波纹管或套簧丝波纹管，所述第二柔性件采用嵌簧丝波纹管或套簧丝波纹管，所述第三柔性件采用嵌簧丝波纹管或套簧丝波纹管，所述第四柔性件采用嵌簧丝波纹管或套簧丝波纹管；所述软管的两端分别与基座、第一指段相连。
2.如权利要求1所述的一体式流体传动平夹间接自适应机器人手指装置，其特征在于：所述第三柔性件的内径大于第四柔性件的内径。
3.如权利要求1所述的一体式流体传动平夹间接自适应机器人手指装置，其特征在于：所述簧件采用压簧。
4.如权利要求1所述的一体式流体传动平夹间接自适应机器人手指装置，其特征在于：所述传动机构包括减速器、丝杠和螺母，所述电机的输出轴与减速器的输入轴相连，所述减速器的输出轴与丝杠相连，所述丝杠与螺母形成螺纹传动关系，所述螺母固接在第一滑块上。
5.如权利要求1所述的一体式流体传动平夹间接自适应机器人手指装置，其特征在于：所述第一流体采用液体；第二流体采用液体。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
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Granted publication date: 20190510 |