CN106914912A - 一种可变构型的机器人爪掌 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种可变构型的机器人爪掌，该机器人爪掌由一个非旋转部件100和两个旋转部件200和300组成，可实现爪掌的尺寸调整，以及针对复杂物体的抓取点位置调整。爪掌尺寸调整采用拉绳与弹簧相配的方法，当需要抓取物体时，手指驱动单元的输出轴会旋转，将拉绳卷绕在输出轴上，从而使拉绳拉动手指固定座沿导杆直线移动，调整手掌尺寸大小。当可变构型机器人爪掌机构释放物体时，手指驱动单元的输出轴反向旋转，手指固定座会在弹簧的作用下回到初始位置。爪掌位置调整采用齿轮啮合的形式，通过旋转部件上的旋转驱动齿轮自转，带动自身绕固定齿轮公转，从而实现旋转部件绕轴心转动调整手掌位置。
Description
技术领域
本发明属于机器人应用领域，具体涉及一种可变构型的机器人爪掌。
技术背景
机器人末端执行器作为机器人与操作对象相互作用的执行部件，其性能直接影响操作任务的执行效果以及工作效率。典型的机器人末端执行器是机器人抓手，国内外关于机器人抓手的研究无论是在结构、驱动方式还是控制技术等方面都取得了很大进展，但是现有机器人抓手上用于安装手指驱动和传动机构的爪掌都是固定不变的，仅通过多自由度、多关节、多个手指的协调控制来实现物体抓取。实际应用中，像果蔬这类的物体，尺寸和形状等特性差异较大，爪掌尺寸固定的机器人抓手无法实现抓取位置和抓取空间的调整，需要经常更换不同类型的抓手以适应被抓物体的大小和形状要求。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提出一种构型可变的机器人爪掌，可实现爪掌的尺寸调整，以及针对复杂物体的抓取点位置调整。
所述可变构型机器人爪掌机构由一个非旋转部件100和两个旋转部件200和300组成。其中非旋转部件100为对称结构，两端分别设有手指固定座103，右侧旋转部件设有一个右侧手指固定座203，左侧旋转部件设有一个左侧手指固定座303，如此构成可安装四根手指爪掌。
两个手指固定座103滑动于固定在底座107两侧的导杆102，并分别由固定安装在底座107上方的两个手指驱动单元106通过对应的拉绳105驱动，两个手指固定座103可分别由两侧手指固定座103和底座107之间的弹簧104的弹力推动，回到初始位置；右侧手指固定座203滑动于固定在右侧旋转主体207侧面的右侧导杆202，并由固定安装于右侧旋转主体207上方的右侧手指驱动单元206通过右侧拉绳205驱动，右侧手指固定座203由右侧手指固定座203和右侧旋转主体207之间的右侧弹簧204的弹力推动回到初始位置；左侧手指固定座303滑动于固定在左侧旋转主体307一侧的左侧导杆302，并由固定安装于左侧旋转主体307上方的左侧手指驱动单元306通过左侧拉绳305驱动，左侧手指固定座303由左侧手指固定座303和左侧旋转主体307之间的左侧弹簧304的弹力推动回到初始位置。如此可利用该方案实现机器人爪掌的尺寸调整。
非旋转部件100的底座107的中心设有中心轴，固定齿轮108固设于底座107上，固定齿轮108与底座107的中心轴同心；右侧旋转部件200的右侧旋转主体207内设有右侧旋转轴承210，右侧旋转主体207的上方固设有右侧旋转驱动单元211，右侧旋转驱动单元211的输出轴固设有右侧旋转驱动齿轮208；左侧旋转部件300的左侧旋转主体307内设有左侧旋转轴承310，左侧旋转主体307的上方固设有左侧旋转驱动单元311，左侧旋转驱动单元311的输出轴固设有左侧旋转驱动齿轮308；右侧旋转部件200先安装在非旋转部件100的底座107的中心轴上，右侧旋转部件200上的右侧旋转轴承210的轴承内圈与底座107的中心轴接触，右侧旋转驱动齿轮208与固定齿轮108啮合；再将左侧旋转部件300安装在非旋转部件100的底座107的中心轴上，左侧旋转部件300位于右侧旋转部件200上方，左侧旋转轴承310的轴承内圈与底座107的中心轴接触，左侧旋转驱动齿轮308与固定齿轮108啮合。如此可利用该方案实现机器人爪掌位置的调整。
所述可变构型机器人爪掌机构的优点在于：
①机器人爪掌为可变构型，可实现爪掌的尺寸调整，以及针对复杂物体的抓取点位置调整。
②爪掌尺寸调整采用拉绳与弹簧相配的方法，当需要抓取物体时，手指驱动单元的输出轴会旋转，将拉绳卷绕在输出轴上，从而使拉绳拉动手指固定座沿导杆直线移动，调整手掌尺寸大小。当可变构型机器人爪掌机构释放物体时，手指驱动单元的输出轴反向旋转，手指固定座会在弹簧的作用下回到初始位置。
③爪掌位置调整采用齿轮啮合的形式，通过旋转部件上的旋转驱动齿轮自转，带动自身绕固定齿轮公转，从而实现旋转部件绕轴心转动调整手掌位置。
附图说明
图1为所述可变构型机器人爪掌机构轴测图。
图2为所述可变构型机器人爪掌机构非旋转部件俯视图。
图3为所述可变构型机器人爪掌机构右侧旋转部件轴测图。
图4为所述可变构型机器人爪掌机构左侧旋转部件轴测图。
其中：1机构支撑杆，2机器人末端转接板，3轴承内圈压片，4轴承内圈紧固螺丝，101端板，102导杆，103手指固定座，104弹簧，105拉绳，106手指驱动单元，107底座，108固定齿轮，201右侧端板，202右侧导杆，203右侧手指固定座，204右侧弹簧，205右侧拉绳，206右侧手指驱动单元，207右侧旋转主体，208右侧旋转驱动齿轮，209右侧旋转轴承端盖，210右侧旋转轴承，211右侧旋转驱动单元，301左侧端板，302左侧导杆，303左侧手指固定座，304左侧弹簧，305左侧拉绳，306左侧手指驱动单元，307左侧旋转主体，308左侧旋转驱动齿轮，309左侧旋转轴承端盖，310左侧旋转轴承，311左侧旋转驱动单元。
具体实施方式
所述可变构型机器人爪掌机构由非旋转部件100、右侧旋转部件200和左侧旋转部件300组成，构成四指安装的爪掌。抓取物体时，可实现爪掌的尺寸调整和针对复杂物体的抓取点位置调整。
所述可变构型的爪掌，其非旋转部件100为对称结构，由端板101、导杆102、手指固定座103、弹簧104、拉绳105、手指驱动单元106、底座107和固定齿轮108等组成。以非旋转部件100的一侧为例，两根尺寸相同的导杆102分别螺接于底座107的同一侧，手指固定座103滑动于导杆102；手指驱动单元106通过螺栓固定于底座107上方；底座107位于手指驱动单元106的下方设有凹槽，手指驱动单元106的输出轴隐于凹槽内；拉绳105的一端与手指驱动单元106的输出轴连接，另一端与手指固定座103连接。如此，手指驱动单元106通过拉绳105驱动手指固定座103沿双导杆102做直线运动。固定齿轮108通过螺栓固定于底座107，固定齿轮108的轴心与底座107中心轴的轴心重合。
进一步的，为保证手指固定座103沿双导杆102作往复运动，在手指固定座103与底座107之间增设弹簧104；为防止弹簧104弹力将手指固定座103推出导杆102，在导杆102末端通过螺栓固定端板101。
更进一步的，为减小手指固定座103与导杆102之间的摩擦力，手指固定座103内部固设无油衬套，无油衬套滑动于导杆102。
右侧旋转部件200由右侧端板201、右侧导杆202、右侧手指固定座203、右侧弹簧204、右侧拉绳205、右侧手指驱动单元206、右侧旋转主体207、右侧旋转驱动齿轮208、右侧旋转轴承端盖209、右侧旋转轴承210和右侧旋转驱动单元211组成。其中，右侧旋转轴承210安装于右侧旋转主体207圆形腔内，并通过右侧旋转轴承端盖209经由螺栓固定右侧旋转轴承210的外圈；右侧旋转驱动单元211通过螺栓固设于右侧旋转主体207上方，其输出轴端穿过右侧旋转主体207上的孔，并与右侧旋转驱动齿轮208固连；此外，两根尺寸相同的右侧导杆202分别螺接于右侧旋转主体207的一端；右侧手指固定座203内固设无油衬套，无油衬套滑动于右侧导杆202；右侧手指驱动单元206通过螺栓固定于右侧旋转主体207上方；右侧旋转主体207端部设有凹槽，右侧手指驱动单元206的输出轴隐于凹槽内；右侧拉绳205的一端与右侧手指驱动单元206的输出轴连接，另一端与右侧手指固定座203连接；右侧旋转主体207与右侧手指固定座203之间增设右侧弹簧204；右侧端板201通过螺栓固连于双右侧导杆202端部。
左侧旋转部件300的设计与安装方法与右侧旋转部件200一致。左侧旋转部件300由左侧端板301、左侧导杆302、左侧手指固定座303、左侧弹簧304、左侧拉绳305、左侧手指驱动单元306、左侧旋转主体307、左侧旋转驱动齿轮308、左侧旋转轴承端盖309、左侧旋转轴承310和左侧旋转驱动单元311组成。其中，左侧旋转轴承310安装于左侧旋转主体307圆形腔内，并通过左侧旋转轴承端盖309经螺栓固定左侧旋转轴承310的外圈；左侧旋转驱动单元311通过螺栓固设于左侧旋转主体307上方，其输出轴端穿过左侧旋转主体307上的孔，与左侧旋转驱动齿轮308固连；两根尺寸相同的左侧导杆302分别螺接于左侧旋转主体307的一端；左侧手指固定座303内固设无油衬套，无油衬套滑动于左侧导杆302；左侧手指驱动单元306通过螺栓固定于左侧旋转主体307上方；左侧旋转主体307端部设有凹槽，左侧手指驱动单元306的输出轴隐于凹槽内；左侧拉绳305的一端与左侧手指驱动单元306的输出轴连接，另一端与左侧手指固定座303连接；左侧旋转主体307与左侧手指固定座303之间增设左侧弹簧304；左侧端板301通过螺栓固连于双左侧导杆302端部。
所述可变构型机器人爪掌机构的非旋转部件100、右侧旋转部件200和左侧旋转部件300分别装配完成后，先将右侧旋转部件200按右侧旋转轴承210的内圈与底座107的中心轴配合，使右侧旋转驱动齿轮208与固定齿轮108啮合；再在底座107的中心轴上外套挡片；接着将左侧旋转部件300按左侧旋转轴承310的内圈与底座107的中心轴配合，使左侧旋转驱动齿轮308与固定齿轮108啮合；最后用轴承内圈紧固螺丝4将轴承内圈压片3固定在底座107的中心轴端部，限制左侧旋转轴承310的内圈移动。
所述可变构型机器人爪掌机构组装好后，非旋转部件100的底座107通过四根机构支撑杆1与机器人末端转接板2固连，机器人末端转接板2可安装到机器人末端。
优选的，所述可变构型机器人爪掌机构中的手指驱动单元106、右侧手指驱动单元206、左侧手指驱动单元306，以及右侧旋转驱动单元211和左侧旋转驱动单元311均采用微型马达配减速器和编码器形式，并采用单片机驱动。
所述可变构型机器人爪掌机构上的手指固定座103、203和303用于安装的机械人抓手手指。
当机器人抓手进行物体抓取时，机器人带动抓手到达指定位置，右侧旋转驱动单元211和左侧旋转驱动单元311分别驱动右侧旋转驱动齿轮208和左侧旋转驱动齿轮308自转，右侧旋转驱动齿轮208和左侧旋转驱动齿轮308均与固定齿轮108啮合，从而自转带动右侧旋转驱动齿轮208和左侧旋转驱动齿轮308绕轴心公转，从而实现可变构型机器人爪掌根据物体的形状调整抓取点的位置；然后手指驱动单元106、右侧手指驱动单元206、左侧手指驱动单元306旋转，分别通过拉绳105、205和305拉动手指固定座103、203和303，实现可变构型机器人爪掌根据物体的尺寸调整爪掌大小。
以上描述是对本发明的解释，不是对本发明的限定，所述可变构型机器人爪掌还可以通过类似于导杆的导轨进行直线导向，实现爪掌尺寸调整；或通过其他形式的齿轮啮合实现爪掌抓取点位置的调整。本领域技术人员在不脱离本发明的基本构思的前提下直接导出或联想到其他改进或变化，均应认为包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种可变构型的机器人爪掌，其特征在于：可变构型的机器人爪掌机构由非旋转部件100、右侧旋转部件200和左侧旋转部件300组成。其中，非旋转部件100为对称结构，两端分别设有手指固定座103；右侧旋转部件200通过右侧旋转轴承210配合，旋转于非旋转部件100的中心轴，右侧旋转部件200设有一个右侧手指固定座203；左侧旋转部件300通过左侧旋转轴承310配合，旋转于非旋转部件100的中心轴，左侧旋转部件300设有一个左侧手指固定座303。所述可变构型的机器人爪掌构成可安装四根手指爪掌。
2.根据权利要求1，所述非旋转部件100为对称结构，由端板101、导杆102、手指固定座103、弹簧104、拉绳105、手指驱动单元106、底座107和固定齿轮108等组成。以非旋转部件100的一侧为例，两根尺寸相同的导杆102分别固连于底座107的同一侧；手指固定座103内固设无油衬套，无油衬套滑动于导杆102；端板101通过螺栓固连于双导杆102端部；手指驱动单元106通过螺栓固定于底座107上方；底座107位于手指驱动单元106的下方设有凹槽，手指驱动单元106的输出轴隐于凹槽内；拉绳105的一端与手指驱动单元106的输出轴连接，另一端与手指固定座103连接；底座107与手指固定座103之间增设弹簧104；固定齿轮108通过螺栓固定于底座107，固定齿轮108的轴心与底座107中心轴的轴心重合。
3.根据权利要求1，所述右侧旋转部件200由右侧端板201、右侧导杆202、右侧手指固定座203、右侧弹簧204、右侧拉绳205、右侧手指驱动单元206、右侧旋转主体207、右侧旋转驱动齿轮208、右侧旋转轴承端盖209、右侧旋转轴承210和右侧旋转驱动单元211组成。其中，右侧旋转轴承210安装于右侧旋转主体207圆形腔内，并通过右侧旋转轴承端盖209经由螺栓固定右侧旋转轴承210的外圈；右侧旋转驱动单元211通过螺栓固设于右侧旋转主体207上方，其输出轴穿过右侧旋转主体207上的孔，并与右侧旋转驱动齿轮208固连；两根尺寸相同的右侧导杆202分别固连于右侧旋转主体207的一端；右侧手指固定座203内固设无油衬套，无油衬套滑动于右侧导杆202；右侧手指驱动单元206通过螺栓固定于右侧旋转主体207上方；右侧旋转主体207端部设有凹槽，右侧手指驱动单元206的输出轴隐于凹槽内；右侧拉绳205的一端与右侧手指驱动单元206的输出轴连接，另一端与右侧手指固定座203连接；右侧旋转主体207与右侧手指固定座203之间增设右侧弹簧204；右侧端板201通过螺栓固连于双右侧导杆202端部。
4.根据权利要求1，所述左侧旋转部件300的设计与安装方法与右侧旋转部件200一致。左侧旋转部件300由左侧端板301、左侧导杆302、左侧手指固定座303、左侧弹簧304、左侧拉绳305、左侧手指驱动单元306、左侧旋转主体307、左侧旋转驱动齿轮308、左侧旋转轴承端盖309、左侧旋转轴承310和左侧旋转驱动单元311组成。其中，左侧旋转轴承310安装于左侧旋转主体307圆形腔内，并通过左侧旋转轴承端盖309经螺栓固定左侧旋转轴承310的外圈；左侧旋转驱动单元311通过螺栓固设于左侧旋转主体307上方，其输出轴穿过左侧旋转主体307上的孔，与左侧旋转驱动齿轮308固连；两根尺寸相同的左侧导杆302分别固连于左侧旋转主体307的一端；左侧手指固定座303内固设无油衬套，无油衬套滑动于左侧导杆302；左侧手指驱动单元306通过螺栓固定于左侧旋转主体307上方；左侧旋转主体307端部设有凹槽，左侧手指驱动单元306的输出轴隐于凹槽内；左侧拉绳305的一端与左侧手指驱动单元306的输出轴连接，另一端与左侧手指固定座303连接；左侧旋转主体307与左侧手指固定座303之间增设左侧弹簧304；左侧端板301通过螺栓固连于双左侧导杆302端部。
5.根据权利要求2、3和4，所述可变构型机器人爪掌机构中的手指驱动单元106、右侧手指驱动单元206、左侧手指驱动单元306，以及右侧旋转驱动单元211和左侧旋转驱动单元311均采用微型马达配减速器和编码器形式，并采用单片机驱动。
6.根据权利要求1、2、3和4，所述可变构型机器人爪掌机构上的手指固定座103、203和303用于安装的机械人抓手手指。
7.根据权利要求1，所述可变构型机器人爪掌的底座107通过四根机构支撑杆1与机器人末端转接板2固连，机器人末端转接板2可安装到机器人末端。
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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 | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication | ||
| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication |
Application publication date: 20170704 |