CN106826901B - 一种三指电动抓持器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种三指电动抓持器，包括法兰基座、固定在法兰基座上的手掌，所述手掌上设置有两个由转向机构驱动同步反向旋转的旋转基座和一固定手指，每一所述旋转基座上分别安装有一旋转手指，所述两个旋转手指和固定手指均由近指节和远指节组成，每一所述近指节上连接有手指驱动机构，所述手指驱动机构经一离合器机构与设于手掌内的驱动电机传动连接，所述远指节与近指节之间设有以利驱动远指节平行运动的绳索耦合机构。本发明结构设计合理、手指控制方便，很好地解决了手指的多自由度控制与控制电机众多的矛盾、使用简单的结构实现复杂的抓取运动、抓取适应性强、成本较低、易于推广。

Description

一种三指电动抓持器

技术领域：

本发明属于工业机器人领域，尤其涉及一种三指电动抓持器。

背景技术：

随着机器人技术和工业自动化的快速发展，抓持器和灵巧手作为机械手末端，越来越多的企业和高校对此进行深入的研究，因此出现了各式各样的抓持器和灵巧手。如中国专利库公开的一种新型绳驱动三指灵巧手（申请号CN201510596473.7），该专利总共有七个电机和三个手指，每个手指都有两个电机控制伸缩和弯曲，最后一个电机控制两个手指实现对掌运动，虽然可以实现复杂的抓取运动，但是存在电机和配套固件众多、灵巧手体积庞大、结构复杂、成本较高的问题；如中国专利库公开的机器人灵巧手手指关节钢丝耦合传动机构（申请号CN200710072566.5），该专利使用一种“8”字型耦合机构实现两个手指关节的1：1同向运动，但是该结构十分复杂，且不能实现反向运动，也就是不能实现两指节中的远指节进行平行运动。

发明内容：

本发明的目的在于针对以上不足之处，提供一种三指电动抓持器，结构设计合理、手指控制方便，便于实现三个手指的空间布局。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种三指电动抓持器，包括法兰基座、固定在法兰基座上的手掌，所述手掌上设置有两个由转向机构驱动同步反向旋转的旋转基座和一固定手指，每一所述旋转基座上分别安装有一旋转手指，所述两个旋转手指和固定手指均由近指节和远指节组成，每一所述近指节上连接有手指驱动机构，所述手指驱动机构经一离合器机构与设于手掌内的驱动电机传动连接，所述远指节与近指节之间设有以利驱动远指节平行运动的绳索耦合机构。

进一步的，所述旋转基座经一轴承固设在手掌上，旋转基座的下端伸入手掌内部并固连有一从动齿轮A；所述转向机构包括设于手掌内部的转向电机，所述转向电机的输出轴通过一减速机固设有一主动齿轮组，所述主动齿轮组与左侧从动齿轮A之间经一中间齿轮A传动连接，所述主动齿轮组与右侧从动齿轮A之间经两个相互啮合的中间齿轮B传动连接。

进一步的，所述固定手指与旋转手指的结构相同，固定手指和旋转手指均还包括近指节轴、远指节轴、近指节压紧端盖以及远指节压紧端盖，所述远指节与近指节通过远指节轴相铰接；所述固定手指的近指节通过近指节轴铰接在手掌；所述旋转手指的近指节通过近指节轴铰接在旋转基座上。

进一步的，所述远指节的内侧端面为平面，远指节的外侧端面为半圆柱面。

进一步的，所述绳索耦合机构包括套设在近指节轴上的耦合下轮、套设在远指节轴的耦合上轮、以及缠绕在耦合上轮和耦合下轮之间的绳索，所述耦合上轮的一端面与远指节固定连接；所述套设在固定手指近指节轴上的耦合下轮的一端面与手掌固定连接；所述套设在旋转手指近指节轴上的耦合下轮的一端面与旋转基座固定连接；所述耦合上轮和耦合下轮的直径相同。

进一步的，所述手指驱动机构包括竖向设置的蜗杆、固设在近指节轴上用于与蜗杆配合的蜗轮，所述蜗轮的一端面与近指节固定连接；所述蜗杆的外侧罩设有一外罩。

进一步的，所述离合器机构包括一竖向设置的传动轴、套设在传动轴的上轴套和下轴套、固设在下轴套上用于与固设在驱动电机输出轴上的主动齿轮B啮合的第一从动齿轮、固设在上轴套上用于与固设在蜗杆轴下端的从动齿轮B啮合的第二从动齿轮、设于传动轴正下方以利通电后通过磁力驱使传动轴向下运动的电磁铁，所述传动轴的上端穿过手掌并螺接有一螺母，所述螺母与手掌之间有一套设在传动轴外侧的弹簧；所述上轴套的上端经轴承与手掌转动连接，上轴套的下表面固设有第一摩擦片；所述下轴套的下端经轴承与传动轴转动连接，下轴套的上表面固设有以利与第一摩擦片接触的第二摩擦片；所述电磁铁通过螺丝固定在手掌内部。

进一步的，所述主动齿轮B分别与其外侧的三个第一从动齿轮相啮合。

进一步的，所述法兰基座包括通过螺丝固定连接的安装基座和法兰盘，所述安装基座通过螺丝与手掌相连接；所述法兰盘用于与工业机械手的末端相连接。

进一步的，所述安装基座内部设有一个三路继电器控制模块、两个电机控制模块、一个USB多分口模块，所述三路继电器控制模块用于控制三个所述电磁铁的工作状态；所述两个电机控制模块用于控制所述驱动电机和转向电机；所述USB多分口模块将多个USB口集合成一个USB口。

与现有技术相比，本发明具有以下效果：（1）本发明中的每个手指均采用离合器机构，使用一个电机代替传统三个电机对手指进行控制，实现对三个手指中的任意一个、两个或三个进行单独控制；（2）转向机构采用齿轮传动，实现一个电机控制两个手指同步做反向对掌运动，从而实现手指的重新布局；（3）采用绳索耦合机构对手指进行控制，可使得近指节和远指节进行1:1反向运动，从而实现远指节的平行运动；（4）远指节的内侧面为平面，外侧面为半圆柱面，可使抓持器不仅能向内抓取物体，也能像卡盘一样向外抓取物体。

附图说明：

图1是本发明实施例的主视结构示意图；

图2是本发明实施例的俯视结构示意图；

图3是本发明实施例中旋转手指与旋转基座的装配示意图；

图4是图3中的A-A剖面视图；

图5是图3中的B-B剖面视图；

图6是本发明实施例中转向机构的原理示意图；

图7是本发明实施例中离合器机构的结构示意图。

图中：

1-手掌；2-旋转基座；3-旋转手指；4-离合器机构；5-转向机构；6-法兰基座；601-安装基座；602-法兰盘；7-固定手指；8-近指节；9-远指节；10-驱动电机；11-从动齿轮A；12-转向电机；13-主动齿轮组；14-中间齿轮A；15-中间齿轮B；16-近指节轴；17-远指节轴；18-近指节压紧端盖；19-远指节压紧端盖；20-耦合下轮；21-耦合上轮；22-绳索；23-蜗杆；231-蜗杆轴；24-蜗轮；25-外罩；26-传动轴；27-上轴套；28-下轴套；29-主动齿轮B；30-第一从动齿轮；31-从动齿轮B；32-第二从动齿轮；33-电磁铁；34-螺母；35-弹簧；36-第一摩擦片；37-第二摩擦片；38-轴承。

具体实施方式:

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。

如图1-7所示，本发明一种三指电动抓持器，包括法兰基座6、固定在法兰基座6上的手掌1，所述手掌1上设置有两个由转向机构5驱动同步反向旋转的旋转基座2和一固定手指7，每一所述旋转基座2上分别安装有一旋转手指3，所述两个旋转手指3和固定手指7均由近指节8和远指节9组成，每一所述近指节8上连接有手指驱动机构，所述手指驱动机构经一离合器机构4与设于手掌1内的驱动电机10传动连接，所述远指节9与近指节8之间设有以利驱动远指节9平行运动的绳索耦合机构。

本实施例中，所述旋转基座2经一轴承固设在手掌1上，旋转基座2的下端伸入手掌1内部并固连有一从动齿轮A11；所述转向机构5包括设于手掌1内部的转向电机12，所述转向电机12的输出轴通过一减速机固设有一主动齿轮组13，所述主动齿轮组13与左侧从动齿轮A11之间经一中间齿轮A14传动连接，所述主动齿轮组13与右侧从动齿轮A11之间经两个相互啮合的中间齿轮B15传动连接；通过一台转向电机12即可实现两个旋转基座2同步对掌的反向运动，进而实现三个手指的重新布局。

本实施例中，所述固定手指7与旋转手指3的结构相同，固定手指7和旋转手指3均还包括近指节轴16、远指节轴17、近指节压紧端盖18以及远指节压紧端盖19，所述远指节9与近指节8通过远指节轴17相铰接，远指节轴9的两端分别经一轴承固连在近指节8上；所述固定手指7的近指节8通过近指节轴16铰接在手掌1，近指节轴16的两端分别经一轴承与手掌1固连；所述旋转手指3的近指节8通过近指节轴16铰接在旋转基座2上，该近指节轴16的两端分别经一轴承与旋转基座2固连。

本实施例中，所述远指节9的内侧端面为平面，远指节9的外侧端面为半圆柱面，该结构的设置不仅可实现向内抓取，又可实现向外抓取的功能。

本实施例中，所述绳索耦合机构包括套设在近指节轴16上的耦合下轮20、套设在远指节轴17的耦合上轮21、以及缠绕在耦合上轮21和耦合下轮20之间的绳索22，所述耦合上轮21的一端面与远指节9固定连接；所述套设在固定手指7近指节轴16上的耦合下轮20的一端面与手掌1固定连接；所述套设在旋转手指3近指节轴16上的耦合下轮20的一端面与旋转基座2固定连接；当近指节8在手指驱动机构的驱动下正转时，由于耦合上轮21固定在远指节9上，故耦合上轮21以近指节轴16为转动中心而正转，且由于耦合下轮20固定在旋转基座2或手掌1上而保持不动，故耦合上轮21在绳索22反作用力的驱动下实现绕远指节轴17反转，从而带动远指节9反转；进一步的，所述耦合上轮21和耦合下轮20的直径相同，故近指节8的正转角度和远指节9的反转角度相同，从而实现远指节9的平行运动。

本实施例中，所述绳索22为刚性绳索，刚性绳索的弹性变形小，形变恢复时间短；为了提高传动的稳定性，所述绳索的数量为两条。

本实施例中，所述手指驱动机构包括竖向设置的蜗杆23、固设在近指节轴16上用于与蜗杆23配合的蜗轮24，所述蜗轮24的一端面与近指节8固定连接；所述蜗杆23的外侧罩设有一外罩25，蜗杆轴231的上端经一轴承固连在外罩25上；对于固定手指7，蜗杆轴231的下端经一轴承固连在手掌1上；对于旋转手指3，蜗杆轴231的下端经一轴承固连在旋转基座2上。

本实施例中，所述离合器机构4包括一竖向设置的传动轴26、套设在传动轴26的上轴套27和下轴套28、固设在下轴套28上用于与固设在驱动电机10输出轴上的主动齿轮B29啮合的第一从动齿轮30、固设在上轴套27上用于与固设在蜗杆轴231下端的从动齿轮B31啮合的第二从动齿轮32、设于传动轴26正下方以利通电后通过磁力驱使传动轴26向下运动的电磁铁33，所述传动轴26的上端穿过手掌1并螺接有一螺母34，所述螺母34与手掌1之间有一套设在传动轴26外侧的弹簧35；所述上轴套27的上端经轴承与手掌1转动连接，上轴套27的下表面固设有第一摩擦片36；所述下轴套28的下端经轴承与传动轴26转动连接，下轴套28的上表面固设有以利与第一摩擦片36接触的第二摩擦片37；所述电磁铁33通过螺丝固定在手掌1内部；所述驱动电机10经一减速机与主动齿轮B29连接；当电磁铁33未通电时，传动轴26在弹簧34弹力的作用下带动下轴套28向上运动，使得第二摩擦片37与第一摩擦片36相接触，当第一从动齿轮30在驱动电机10的驱动下带动下轴套28旋转时，第一摩擦片36在第二摩擦片37的带动下同步旋转，进而带动上轴套27和第二从动齿轮32旋转，第二从动齿轮32通过与从动齿轮B31的啮合，驱动蜗轮蜗杆工作，以实现手指的运动；当电磁铁33通电后，传动轴26在电磁力作用下克服弹簧35的弹力实现向下运动，使得第二摩擦片37与第一摩擦片36分离，即驱动电机10的输出力矩无法通过两个摩擦片进行传递，从而无法通过蜗轮蜗杆带动手指运动。

本实施例中，所述主动齿轮B29分别与其外侧的三个第一从动齿轮30相啮合，即实现一台驱动电机可同时控制三个离合器机构，进而对三个手指的运动分别单独控制。

本实施例中，所述法兰基座6包括通过螺丝固定连接的安装基座601和法兰盘602，所述安装基座601通过螺丝与手掌1相连接；所述法兰盘602用于与工业机械手的末端相连接。

本实施例中，所述转向电机12和驱动电机10均为无刷直流电机，

本实施例中，所述安装基座601内部设有一个三路继电器控制模块、两个电机控制模块、一个USB多分口模块，所述三路继电器控制模块用于控制三个所述电磁铁的工作状态；所述两个电机控制模块用于控制所述驱动电机和转向电机；所述USB多分口模块将多个USB口集合成一个USB口，方便引出。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (8)

1.一种三指电动抓持器，其特征在于：包括法兰基座、固定在法兰基座上的手掌，所述手掌上设置有两个由转向机构驱动同步反向旋转的旋转基座和一固定手指，每一所述旋转基座上分别安装有一旋转手指，所述两个旋转手指和固定手指均由近指节和远指节组成，每一所述近指节上连接有手指驱动机构，所述手指驱动机构经一离合器机构与设于手掌内的驱动电机传动连接，所述远指节与近指节之间设有以利驱动远指节平行运动的绳索耦合机构；所述手指驱动机构包括竖向设置的蜗杆、固设在近指节轴上用于与蜗杆配合的蜗轮，所述蜗轮的一端面与近指节固定连接；所述蜗杆的外侧罩设有一外罩；所述离合器机构包括一竖向设置的传动轴、套设在传动轴的上轴套和下轴套、固设在下轴套上用于与固设在驱动电机输出轴上的主动齿轮B啮合的第一从动齿轮、固设在上轴套上用于与固设在蜗杆轴下端的从动齿轮B啮合的第二从动齿轮、设于传动轴正下方以利通电后通过磁力驱使传动轴向下运动的电磁铁，所述传动轴的上端穿过手掌并螺接有一螺母，所述螺母与手掌之间有一套设在传动轴外侧的弹簧；所述上轴套的上端经轴承与手掌转动连接，上轴套的下表面固设有第一摩擦片；所述下轴套的下端经轴承与传动轴转动连接，下轴套的上表面固设有以利与第一摩擦片接触的第二摩擦片；所述电磁铁通过螺丝固定在手掌内部。

2.根据权利要求1所述的一种三指电动抓持器，其特征在于：所述旋转基座经一轴承固设在手掌上，旋转基座的下端伸入手掌内部并固连有一从动齿轮A；所述转向机构包括设于手掌内部的转向电机，所述转向电机的输出轴通过一减速机固设有一主动齿轮组，所述主动齿轮组与左侧从动齿轮A之间经一中间齿轮A传动连接，所述主动齿轮组与右侧从动齿轮A之间经两个相互啮合的中间齿轮B传动连接。

3.根据权利要求1所述的一种三指电动抓持器，其特征在于：所述固定手指与旋转手指的结构相同，固定手指和旋转手指均还包括近指节轴、远指节轴、近指节压紧端盖以及远指节压紧端盖，所述远指节与近指节通过远指节轴相铰接；所述固定手指的近指节通过近指节轴铰接在手掌；所述旋转手指的近指节通过近指节轴铰接在旋转基座上。

4.根据权利要求3所述的一种三指电动抓持器，其特征在于：所述远指节的内侧端面为平面，远指节的外侧端面为半圆柱面。

5.根据权利要求3所述的一种三指电动抓持器，其特征在于：所述绳索耦合机构包括套设在近指节轴上的耦合下轮、套设在远指节轴的耦合上轮、以及缠绕在耦合上轮和耦合下轮之间的绳索，所述耦合上轮的一端面与远指节固定连接；所述套设在固定手指近指节轴上的耦合下轮的一端面与手掌固定连接；所述套设在旋转手指近指节轴上的耦合下轮的一端面与旋转基座固定连接；所述耦合上轮和耦合下轮的直径相同。

6.根据权利要求1所述的一种三指电动抓持器，其特征在于：所述主动齿轮B分别与其外侧的三个第一从动齿轮相啮合。

7.根据权利要求1所述的一种三指电动抓持器，其特征在于：所述法兰基座包括通过螺丝固定连接的安装基座和法兰盘，所述安装基座通过螺丝与手掌相连接；所述法兰盘用于与工业机械手的末端相连接。

8.根据权利要求7所述的一种三指电动抓持器，其特征在于：所述安装基座内部设有一个三路继电器控制模块、两个电机控制模块、一个USB多分口模块，所述三路继电器控制模块用于控制三个所述电磁铁的工作状态；所述两个电机控制模块用于控制所述驱动电机和转向电机；所述USB多分口模块将多个USB口集合成一个USB口。