CN107139195A

CN107139195A - 适合捏持和握持的机器人手指装置

Info

Publication number: CN107139195A
Application number: CN201710186471.XA
Authority: CN
Inventors: 党丽楠; 宋九亚; 张文增; 李特
Original assignee: Shenzhen Casun Intelligent Robot Co Ltd; Tsinghua University
Current assignee: Shenzhen Casun Intelligent Robot Co Ltd; Tsinghua University
Priority date: 2017-03-24
Filing date: 2017-03-24
Publication date: 2017-09-08
Anticipated expiration: 2037-03-24
Also published as: CN107139195B

Abstract

适合捏持和握持的机器人手指装置，属于机器人手技术领域，包括基座、第一指段、第二指段、近关节轴、远关节轴、电机、减速器、传动机构、六个齿轮、三个齿条、两个簧件、两个拨杆和两个凸块。该装置利用电机、蜗轮蜗杆、齿轮齿条、簧件、拨杆和凸块等综合实现了一种机器人手指，该手指能够实现捏持和握持两种功能，既能够采用手指末端去捏持物体，也适合用两个指段在没有传感器的情况下去自适应包络抓取不同形状、尺寸的物体；该装置传动精确平稳，抓取稳定可靠；仅利用一个电机驱动两个关节，无需复杂的传感和实时控制系统；结构简单、体积小、重量轻，成本低，适用于通用抓取的机器人。

Description

适合捏持和握持的机器人手指装置

技术领域

本发明属于机器人手技术领域，特别涉及一种适合捏持和握持的机器人手指装置的结构设计。

背景技术

机器人手是一个重要的终端部件，用于抓取物体和操作物体，它一般具有多个手指和手掌，核心是如何更好地抓取物体。现有的欠驱动机器人手技术主要是采用少量电机驱动多个关节，分为两种主要的方法：当关节同时转动时可以获得稳定的末端捏持抓取，这种驱动是精确抓取模式，也称为耦合转动模式；当需要较大力量时，一般需要多个指段接触包络物体，这种驱动是力量型抓取模式，也称为自适应抓取模式。这两种抓取模式各有优缺点，都能够实现一个电机驱动两个关节，减少控制难度，降低了对系统的传感与控制需求，成本较低，机器人手的重量小，体积小，便于应用在许多领域。

发明内容

本发明的目的是为了克服已有技术的不足之处，提供一种适合捏持和握持的机器人手指装置。该装置能够实现捏持和握持两种功能，既能够采用手指末端去捏持物体，也适合用两个指段在没有传感器的情况下去自适应包络抓取不同形状、尺寸的物体。

本发明的技术方案如下：

本发明设计的一种适合捏持和握持的机器人手指装置，包括基座、第一指段、第二指段、近关节轴、远关节轴、电机、减速器和传动机构，所述近关节轴活动套设在基座中；所述第一指段活动套接在近关节轴上；所述远关节轴套设在第一指段中；所述第二指段套接在远关节轴上；所述电机设置在基座中；所述电机的输出轴与减速器的输入轴相连，所述减速器与基座固接，所述传动机构设置在基座中；所述近关节轴的中心线与远关节轴的中心线平行；其特征在于：所述适合捏持和握持的机器人手指装置还包括蜗杆、蜗轮、传动轴、第一齿轮、第二齿轮、第三齿轮、第四齿轮、第五齿轮、第六齿轮、第一中间轴、第二中间轴、第一齿条、第二齿条、第三齿条、第一拨杆、第二拨杆、第一簧件、第二簧件、第一凸块和第二凸块；所述蜗杆套固在减速器的输出轴上，所述蜗杆与蜗轮啮合，所述蜗轮套固在传动轴上，所述传动轴套设在基座中，所述传动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齿轮相连，所述第一齿轮套接在近关节轴上，所述第一齿轮与第二齿轮啮合，所述第二齿轮套接在第一中间轴上，所述第一中间轴、第二中间轴分别套设在第一指段中，所述第一中间轴的中心线、第二中间轴的中心线与近关节轴的中心线平行；所述第三齿轮套接在近关节轴上，所述第三齿轮与第四齿轮啮合，所述第四齿轮套接在第一中间轴上，所述第五齿轮套接在第二中间轴上，所述第六齿轮套接在远关节轴上，所述第五齿轮与第六齿轮啮合，所述第六齿轮与第二指段固接；所述第一齿条、第二齿条分别滑动镶嵌在第一指段中；第一齿条、第二齿条各自在第一指段中的滑动方向相同，该方向与近关节轴的中心线垂直；所述第一齿条与第二齿轮啮合，所述第二齿条与第四齿轮啮合，所述第三齿条与第五齿轮啮合；所述第二齿条与第三齿条固接；设所述第一齿条与第二齿轮的啮合点为A点，所述第二齿条与第四齿轮的啮合点为B点，第三齿条与第五齿轮的啮合点为C点，第一中间轴的中心点为M点，第二中间轴的中心点为N点，线段MB、BC、CN、NM构成平行四边形；设第一中间轴的中心线与第二中间轴的中心线构成平面U，A点、B点位于平面U的同一侧；设从所述第三齿轮到第四齿轮的传动比为i，从所述第五齿轮到第六齿轮的传动比为j，i与j的乘积为1；所述第三齿轮、第四齿轮、第五齿轮和第六齿轮的模数相等；所述第一齿轮、第二齿轮的模数相等；所述第一凸块与基座固接，所述第二凸块与第三齿轮固接；所述第一拨杆与第一齿条固接，所述第二拨杆与第二齿条固接；所述第一凸块与第二凸块接触或离开一段距离，所述第一拨杆与第二拨杆接触或离开一段距离；所述第一簧件的两端分别连接第一齿轮和第一指段，所述第二簧件的两端分别连接基座和第三齿轮，第二簧件使第二凸块靠向第一凸块。

本发明所述的适合捏持和握持的机器人手指装置，其特征在于：所述第一簧件采用扭簧。

本发明所述的适合捏持和握持的机器人手指装置，其特征在于：所述第二簧件采用拉簧。

本发明所述的适合捏持和握持的机器人手指装置，其特征在于：所述传动机构包括第一过渡齿轮、第二过渡齿轮和过渡轴；所述第一过渡齿轮套固在传动轴上，所述第一过渡齿轮与第二过渡齿轮啮合，所述第二过渡齿轮套接在过渡轴上，所述过渡轴套设在基座中，所述第二过渡齿轮与第一齿轮啮合。

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、蜗轮蜗杆、齿轮齿条、簧件、拨杆和凸块等综合实现了一种机器人手指，该手指能够实现捏持和握持两种功能，既能够采用手指末端去捏持物体，也适合用两个指段在没有传感器的情况下去自适应包络抓取不同形状、尺寸的物体；该装置传动精确平稳，抓取稳定可靠；仅利用一个电机驱动两个关节，无需复杂的传感和实时控制系统；结构简单、体积小、重量轻，成本低，适用于通用抓取的机器人。

附图说明

图1是本发明设计的适合捏持和握持的机器人手指装置的一种实施例的立体外观图。

图2是图1所示实施例的正视图。

图3是图1所示实施例的侧视图(图2的左视图)。

图4是图1所示实施例的正视图(未画出基座前板、第一指段前板)。

图5是图1所示实施例中的一个角度的立体外观图(未画出部分零件)。

图6是图1所示实施例中的另一个角度的立体外观图(未画出部分零件)。

图7是图1所示实施例的剖视图。

图8至图11是图1所示实施例在以自适应包络抓取方式握持物体的动作过程示意图。

图12至图15是图1所示实施例在以单纯平行夹持方式捏持物体的动作过程示意图。

在图1至图15中：

1－基座， 11－电机， 12－减速器， 13－蜗杆，

14－蜗轮， 15－传动轴， 16－第一凸块， 17－第一过渡齿轮，

18－第二过渡齿轮， 19－过渡轴，

2－第一指段， 3－第二指段， 4－近关节轴， 5－远关节轴，

61－第一齿轮， 62－第二齿轮， 63－第三齿轮， 631－第二凸块，

64－第四齿轮， 65－第五齿轮， 66－第六齿轮，

71－第一中间轴， 72－第二中间轴，

81－第一齿条， 811－第一拨杆， 82－第二齿条， 821－第二拨杆，

91－第一簧件， 92－第二簧件，

99－物体。

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。

本发明设计的适合捏持和握持的机器人手指装置的一种实施例，如图1至图7所示，包括基座1、第一指段2、第二指段3、近关节轴4、远关节轴5、电机11、减速器12和传动机构，所述近关节轴4活动套设在基座1中；所述第一指段2活动套接在近关节轴4上；所述远关节轴5套设在第一指段2中；所述第二指段3套接在远关节轴5上；所述电机11设置在基座1中；所述电机11的输出轴与减速器12的输入轴相连，所述减速器12与基座1固接，所述传动机构设置在基座1中；所述近关节轴4的中心线与远关节轴5的中心线平行；所述适合捏持和握持的机器人手指装置还包括蜗杆13、蜗轮14、传动轴15、第一齿轮61、第二齿轮62、第三齿轮63、第四齿轮64、第五齿轮65、第六齿轮66、第一中间轴71、第二中间轴72、第一齿条81、第二齿条82、第三齿条83、第一拨杆811、第二拨杆821、第一簧件91、第二簧件92、第一凸块16和第二凸块631；所述蜗杆13套固在减速器12的输出轴上，所述蜗杆13与蜗轮14啮合，所述蜗轮14套固在传动轴15上，所述传动轴15套设在基座1中，所述传动轴15与传动机构的输入端相连，所述传动机构的输出端与第一齿轮61相连，所述第一齿轮61套接在近关节轴4上，所述第一齿轮61与第二齿轮62啮合，所述第二齿轮62套接在第一中间轴71上，所述第一中间轴71、第二中间轴72分别套设在第一指段2中，所述第一中间轴71的中心线、第二中间轴72的中心线与近关节轴4的中心线平行；所述第三齿轮63套接在近关节轴4上，所述第三齿轮63与第四齿轮64啮合，所述第四齿轮64套接在第一中间轴71上，所述第五齿轮65套接在第二中间轴72上，所述第六齿轮66套接在远关节轴5上，所述第五齿轮65与第六齿轮66啮合，所述第六齿轮66与第二指段3固接；所述第一齿条81、第二齿条82分别滑动镶嵌在第一指段2中；第一齿条81、第二齿条82各自在第一指段2中的滑动方向相同，该方向与近关节轴的中心线垂直；所述第一齿条81与第二齿轮62啮合，所述第二齿条82与第四齿轮64啮合，所述第三齿条83与第五齿轮65啮合；所述第二齿条82与第三齿条83固接；设所述第一齿条81与第二齿轮62的啮合点为A点，所述第二齿条82与第四齿轮64的啮合点为B点，第三齿条83与第五齿轮65的啮合点为C点，第一中间轴71的中心点为M点，第二中间轴72的中心点为N点，线段MB、BC、CN、NM构成平行四边形；设第一中间轴71的中心线与第二中间轴72的中心线构成平面U，A点、B点位于平面U的同一侧；设从所述第三齿轮63到第四齿轮64的传动比为i，从所述第五齿轮65到第六齿轮66的传动比为j，i与j的乘积为1；所述第三齿轮63、第四齿轮64、第五齿轮65和第六齿轮66的模数相等；所述第一齿轮61、第二齿轮62的模数相等；所述第一凸块16与基座1固接，所述第二凸块631与第三齿轮63固接；所述第一拨杆811与第一齿条81固接，所述第二拨杆821与第二齿条82固接；所述第一凸块16与第二凸块631接触或离开一段距离，所述第一拨杆811与第二拨杆821接触或离开一段距离；所述第一簧件91的两端分别连接第一齿轮61和第一指段2，所述第二簧件92的两端分别连接基座1和第三齿轮63，第二簧件使第二凸块631靠向第一凸块16。

本实施例中，所述第一簧件91采用扭簧。

本实施例中，所述第二簧件92采用拉簧。

本实施例中，所述传动机构包括第一过渡齿轮17、第二过渡齿轮18和过渡轴19；所述第一过渡齿轮17套固在传动轴15上，所述第一过渡齿轮17与第二过渡齿轮18啮合，所述第二过渡齿轮18套接在过渡轴19上，所述过渡轴19套设在基座1中，所述第二过渡齿轮18与第一齿轮61啮合。

本实施例中，所述基座包括基座左侧板、基座右侧板、基座前板、基座后板和基座底板。

本实施例中，所述第一指段包括第一指段左侧板、第一指段右侧板、第一指段前板、第一指段后板和中间盖板。

本实施例的工作原理，结合附图叙述如下：

初始状态时，如图12所示，电机11正转，通过减速器12带动蜗杆13转动，蜗轮14转动，第一过渡齿轮17转动，第二过渡齿轮18转动，第一齿轮61转动，通过第一簧件91拉动第一指段2绕近关节轴4正转，第一指段2转动靠向抓取物体99。

此过程中，由于第二簧件92的作用，第三齿轮63上的第二凸块631紧靠在与基座1固接的第一凸块16上，第三齿轮63相对于基座1的姿态不变；同时，当第一指段2正转时，第四齿轮64被第三齿轮63拨动正转，第二齿条82向下运动，通过第一齿条81拉动第五齿轮65正转，使得第六齿轮66反转，第二指段3反转，且第二指段3的反转角度等于第一指段2的正转角度；当第一指段2接触物体99被阻挡不能再继续正转时，如图13所示，电机11继续转动，第一簧件91发生变形，第一齿轮61继续正转，此时第二齿轮62被第一齿轮61拨动反转，第一齿条81向上运动，通过一段空程距离后与第一齿条81固接的第一拨杆811接触第二拨杆821，从而推动第二拨杆821，推动第二齿条82向上运动，第二簧件92发生变形，第二指段2正转，如图14所示，直到第二指段2也接触物体99为止。从而达到了自适应抓取效果，抓取结束，如图15所示。

如果在上述过程中第二指段3先于第一指段2接触物体99，则达到了捏持物体的效果，抓取结束，抓取过程如图8至图11所示。

该装置释放物体时，电机反转，后续过程与上述过程刚好相反，不再赘述。

Claims

1.一种适合捏持和握持的机器人手指装置，包括基座、第一指段、第二指段、近关节轴、远关节轴、电机、减速器和传动机构，所述近关节轴活动套设在基座中；所述第一指段活动套接在近关节轴上；所述远关节轴套设在第一指段中；所述第二指段套接在远关节轴上；所述电机设置在基座中；所述电机的输出轴与减速器的输入轴相连，所述减速器与基座固接，所述传动机构设置在基座中；所述近关节轴的中心线与远关节轴的中心线平行；其特征在于：所述适合捏持和握持的机器人手指装置还包括蜗杆、蜗轮、传动轴、第一齿轮、第二齿轮、第三齿轮、第四齿轮、第五齿轮、第六齿轮、第一中间轴、第二中间轴、第一齿条、第二齿条、第三齿条、第一拨杆、第二拨杆、第一簧件、第二簧件、第一凸块和第二凸块；所述蜗杆套固在减速器的输出轴上，所述蜗杆与蜗轮啮合，所述蜗轮套固在传动轴上，所述传动轴套设在基座中，所述传动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齿轮相连，所述第一齿轮套接在近关节轴上，所述第一齿轮与第二齿轮啮合，所述第二齿轮套接在第一中间轴上，所述第一中间轴、第二中间轴分别套设在第一指段中，所述第一中间轴的中心线、第二中间轴的中心线与近关节轴的中心线平行；所述第三齿轮套接在近关节轴上，所述第三齿轮与第四齿轮啮合，所述第四齿轮套接在第一中间轴上，所述第五齿轮套接在第二中间轴上，所述第六齿轮套接在远关节轴上，所述第五齿轮与第六齿轮啮合，所述第六齿轮与第二指段固接；所述第一齿条、第二齿条分别滑动镶嵌在第一指段中；第一齿条、第二齿条各自在第一指段中的滑动方向相同，该方向与近关节轴的中心线垂直；所述第一齿条与第二齿轮啮合，所述第二齿条与第四齿轮啮合，所述第三齿条与第五齿轮啮合；所述第二齿条与第三齿条固接；设所述第一齿条与第二齿轮的啮合点为A点，所述第二齿条与第四齿轮的啮合点为B点，第三齿条与第五齿轮的啮合点为C点，第一中间轴的中心点为M点，第二中间轴的中心点为N点，线段MB、BC、CN、NM构成平行四边形；设第一中间轴的中心线与第二中间轴的中心线构成平面U，A点、B点位于平面U的同一侧；设从所述第三齿轮到第四齿轮的传动比为i，从所述第五齿轮到第六齿轮的传动比为j，i与j的乘积为1；所述第三齿轮、第四齿轮、第五齿轮和第六齿轮的模数相等；所述第一齿轮、第二齿轮的模数相等；所述第一凸块与基座固接，所述第二凸块与第三齿轮固接；所述第一拨杆与第一齿条固接，所述第二拨杆与第二齿条固接；所述第一凸块与第二凸块接触或离开一段距离，所述第一拨杆与第二拨杆接触或离开一段距离；所述第一簧件的两端分别连接第一齿轮和第一指段，所述第二簧件的两端分别连接基座和第三齿轮，第二簧件使第二凸块靠向第一凸块。

2.如权利要求1所述的适合捏持和握持的机器人手指装置，其特征在于：所述第一簧件采用扭簧。

3.如权利要求1所述的适合捏持和握持的机器人手指装置，其特征在于：所述第二簧件采用拉簧。

4.如权利要求1所述的适合捏持和握持的机器人手指装置，其特征在于：所述传动机构包括第一过渡齿轮、第二过渡齿轮和过渡轴；所述第一过渡齿轮套固在传动轴上，所述第一过渡齿轮与第二过渡齿轮啮合，所述第二过渡齿轮套接在过渡轴上，所述过渡轴套设在基座中，所述第二过渡齿轮与第一齿轮啮合。