CN107471238B - 一种抓取范围可变的多指式机器人末端执行器及方法 - Google Patents

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一种抓取范围可变的多指式机器人末端执行器及方法，包括至少2个机器人手指、手指抓取范围调整装置、手指抓紧张开装置，手指抓取范围调整装置控制机器人手指横向移动，调节机器人手指的抓取范围，手指抓紧张开装置控制机器人手指纵向移动，令机器人手指抓紧或者张开。本发明与现有技术相比解决了现有的机器人末端执行器需要抓取形状变化物体时，需要更换不同规格的末端执行器的问题。

Description

一种抓取范围可变的多指式机器人末端执行器及方法
技术领域
本发明涉及一种抓取范围可变的多指式机器人末端执行器及方法。
背景技术
机器人末端执行器安装在机器人的末端法兰上，通过电驱动或气动方式实现简单的抓取动作，用来抓取被抓物体，执行相关的动作任务。现有的机器人末端执行器抓取动作的动作范围固定，只能抓取固定尺寸的物体，当需要抓取更大或者更小的物体时，就需要更换其他规格的机器人末端执行器。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种抓取范围可变的多指式机器人末端执行器及方法，解决了现有的机器人末端执行器需要抓取形状变化物体时，需要更换不同规格的末端执行器的问题。
本发明的技术解决方案是：一种抓取范围可变的多指式机器人末端执行器，其特征在于包括至少2个机器人手指、手指抓取范围调整装置、手指抓紧张开装置；手指抓取范围调整装置控制机器人手指横向移动，调节机器人手指的抓取范围，手指抓紧张开装置控制机器人手指纵向移动，令机器人手指抓紧或者张开。
所述的手指抓取范围调整装置包括旋转平台主轴、旋转平台驱动电机、旋转平台；
旋转平台设有均匀布置的圆弧导槽，旋转平台主轴与旋转平台驱动电机输出轴同轴且相对位置固定，旋转平台主轴穿过旋转平台并与旋转平台固定连接，手指根部与旋转平台的圆弧导槽形成槽连接；旋转平台驱动电机通过旋转平台主轴带动旋转平台转动，旋转平台通过手指根部带动手指朝向或者远离旋转平台运动；其中，机器人手指包括手指张合铰链、手指旋转滑动块，手指根部15底部与手指旋转滑动块固定连接。
所述的旋转平台为圆盘状，均匀设有n组圆弧导槽，每组圆弧导槽包括第一圆弧导槽、第二圆弧导槽，手指根部与旋转平台的第一圆弧导槽形成槽连接，其中，n为机器人手指数目。
所述的手指抓取范围调整装置还包括手指旋转导槽盘，手指根部底部与手指旋转滑动块固定连接，手指旋转滑动块能够在手指旋转导槽盘槽内滑动；其中，机器人手指还包括手指旋转滑动块。
所述的手指旋转导槽盘均匀设置n组工形导槽，手指旋转滑动块为工形结构。
所述的手指抓紧张开装置包括升降平台主轴、升降平台驱动电机、升降平台、手指张合推动杆；
升降平台包括均匀分布的分叉结构，手指张合推动杆设有横向滑动槽；升降平台主轴与升降平台驱动电机的输出轴同轴且相对位置固定，手指抓取范围调整装置中的旋转平台主轴穿过升降平台中心，并与升降平台滑动连接，升降平台主轴与升降平台的分叉螺纹副连接，手指张合推动杆穿过手指旋转滑动块并与手指旋转滑动块形成滑动连接，手指张合推动杆一端与升降平台分叉滑动连接，使手指张合推动杆能在升降平台分叉纵向滑动，另一端通过横向滑槽与手指张合铰链槽连接；升降平台驱动电机通过升降平台主轴带动升降平台纵向运动，升降平台通过手指张合推动杆带动手指上下运动；其中，机器人手指包括手指张合铰链、手指旋转滑动块，手指根部底部与手指旋转滑动块固定连接。
还包括末端执行器连接法兰底座、末端执行器本体外壳；末端执行器连接法兰底座与升降平台驱动电机、末端执行器本体外壳固定连接，末端执行器连接法兰底座底面接机器人末端的法兰。
所述的手指抓紧张开装置还包括直线导轨，直线导轨包括滑动部、固定部；直线导轨滑动部与升降平台滑动连接，固定部与末端执行器本体外壳固定连接。
所述的旋转平台驱动电机与末端执行器连接法兰底座固定连接。
一种抓取范围可变的多指式机器人末端执行方法：包括如下步骤：
（1）控制机器人手指横向移动，调节机器人手指的抓取范围；
（2）控制机器人手指纵向移动，令机器人手指抓紧或者张开。
本发明与现有技术相比的优点在于：
（1）本发明采用双电机驱动，一个电机驱动手爪抓取物体范围直径的改变，另一个电机驱动驱动手爪手指的抓紧与松开。两个维度的运动相互解耦，解决了机器人末端执行器改变抓取范围带来的复杂控制问题；
（2）本发明采用手指旋转导槽盘和转转平台的结构，实现多根手指的同步运动，解决了机器人末端执行器的多根手指在运动中的不同步问题；
（3）本发明在驱动手指抓紧与松开的升降平台上增加了直线导轨，使手指的运动更加平稳柔顺，解决了机器人末端执行器在抓取物体时可能出线的卡死现象；
（4）在旋转平台上均布有若干半圆弧手指导槽，使手指在运动时既能同步运动，又能使手指根部运动中的驱动力最大，解决了机器人末端执行器抓取物体时效率不高的问题。
附图说明
图1为一种抓取范围可变的多指式机器人末端执行器结构图；
图2为一种抓取范围可变的多指式机器人末端执行器中电机视图；
图3为一种抓取范围可变的多指式机器人末端执行器中驱动轴视图；
图4为一种抓取范围可变的多指式机器人末端执行器中手指旋转视图；
图5为一种抓取范围可变的多指式机器人末端执行器中旋转平台和旋转平台主轴视图；
图6为一种抓取范围可变的多指式机器人末端执行器中手指张合推动杆视图；
图7为一种抓取范围可变的多指式机器人末端执行器中旋转平台视图；
图8为一种抓取范围可变的多指式机器人末端执行器中手指旋转导槽盘视图；
图9为一种抓取范围可变的多指式机器人末端执行器中末端执行器手指抓紧松开视图；
图10为一种抓取范围可变的多指式机器人末端执行器中末端执行器手指聚拢及扩张状态视图。
具体实施方式
本发明针对现有技术的不足，提出一种抓取范围可变的多指式机器人末端执行器及方法，通过利用两个电机带动各自独立运动的主轴，一根用来带动末端执行器进行升降运动，另一根用来带动末端执行器进行张合运动，两种运动独立进行，可以实现抓取直径、抓取高度可变的运动。另外，本发明通过设置均匀分布的多个圆形运动导槽，使同样均匀布置的手指进行同步运动，避免出现运动卡滞的现象，下面结合附图对本发明进行详细说明。
如图1所示为一种抓取范围可变的多指式机器人末端执行器结构图，图2所示为一种抓取范围可变的多指式机器人末端执行器中电机视图，图3所示为一种抓取范围可变的多指式机器人末端执行器中驱动轴视图，图4所示为一种抓取范围可变的多指式机器人末端执行器中手指旋转视图，图5所示为一种抓取范围可变的多指式机器人末端执行器中旋转平台和旋转平台主轴视图，图6所示为一种抓取范围可变的多指式机器人末端执行器中手指张合推动杆视图，图7所示为一种抓取范围可变的多指式机器人末端执行器中旋转平台视图，图8所示为一种抓取范围可变的多指式机器人末端执行器中手指旋转导槽盘视图，图9左侧图所示为一种抓取范围可变的多指式机器人末端执行器中末端执行器手指抓紧视图，图9右侧图所示为一种抓取范围可变的多指式机器人末端执行器中末端执行器手指松开视图，图10左侧图所示为一种抓取范围可变的多指式机器人末端执行器中末端执行器手指聚拢视图，图10右侧图所示为一种抓取范围可变的多指式机器人末端执行器中末端执行器手指扩张状态视图。
一种抓取范围可变的多指式机器人末端执行器，包括末端执行器连接法兰底座1、末端执行器本体外壳2、n个形状结构完全相同的机器人手指3、4、5，旋转平台主轴6、升降平台主轴7、旋转平台驱动电机8、升降平台驱动电机9、旋转平台10、升降平台11、手指张合推动杆12、手指旋转导槽盘13、手指旋转滑动块14、手指根部15、直线导轨16、手指张合铰链17，机器人手指3包括手指张合铰链17、手指根部15。
旋转平台10为圆盘，圆盘上均匀设有n组圆弧导槽，每组圆弧导槽包括第一圆弧导槽、第二圆弧导槽；升降平台11包括均匀分布的n个分叉组，一个分叉设有通孔；手指张合推动杆12为设有横向滑动槽的杆；手指旋转导槽盘13为中心设有通孔的圆盘，圆盘均匀设置n组工形导槽；手指旋转滑动块14为工形结构；直线导轨16包括滑动部、固定部。
末端执行器连接法兰底座1底面接机器人末端的法兰，旋转平台驱动电机8、升降平台驱动电机9末端执行器固定放置在法兰底座1上，旋转平台主轴6与旋转平台驱动电机8的输出轴同轴且相对位置固定，升降平台主轴7与升降平台驱动电机9的输出轴同轴且相对位置固定，旋转平台主轴6穿过旋转平台10、升降平台11中心，与旋转平台10固定连接，与升降平台11滑动连接，升降平台主轴7与升降平台11的一个分叉螺纹副连接，直线导轨16滑动部与升降平台11滑动连接，固定部与末端执行器本体外壳2固定连接，手指根部15底部固定在手指旋转滑动块14上，并与旋转平台10的第一圆弧形成槽连接，手指张合推动杆12穿过手指旋转滑动块14并与手指张合推动杆12形成滑动连接，手指旋转滑动块14在手指旋转导槽盘13工形槽内滑动，手指旋转导槽盘13外边缘与末端执行器本体外壳2固定连接，手指张合推动杆12一端与升降平台11分叉滑动连接，使手指张合推动杆12能在升降平台11分叉纵向滑动，另一端通过横向滑槽与手指张合铰链17槽连接，末端执行器连接法兰底座1、末端执行器本体外壳2固定连接。
旋转平台驱动电机8转动，通过旋转平台主轴6带动旋转平台10转动，旋转平台10通过手指根部15带动机器人手指3向旋转平台10圆心方向或者远离旋转平台10圆心方向运动，实现机器人手指抓取范围的变小或者增大；升降平台驱动电机9通过升降平台主轴7带动升降平台11上下运动，升降平台11通过手指张合推动杆12带动机器人手指3抓紧或者张开。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (5)

1.一种抓取范围可变的多指式机器人末端执行器，其特征在于包括至少2个机器人手指、手指抓取范围调整装置、手指抓紧张开装置；手指抓取范围调整装置控制机器人手指横向移动，调节机器人手指的抓取范围，手指抓紧张开装置控制机器人手指纵向移动，令机器人手指抓紧或者张开；
手指抓取范围调整装置包括旋转平台主轴（6）、旋转平台驱动电机（8）、旋转平台（10）；
机器人手指包括手指张合铰链（17）、手指旋转滑动块（14）和手指根部（15），手指根部（15）底部与手指旋转滑动块（14）固定连接；旋转平台（10）设有均匀布置的圆弧导槽，旋转平台主轴（6）与旋转平台驱动电机（8）输出轴同轴且相对位置固定，旋转平台主轴（6）穿过旋转平台（10）并与旋转平台（10）固定连接，手指根部（15）与旋转平台（10）的圆弧导槽形成槽连接；旋转平台驱动电机（8）通过旋转平台主轴（6）带动旋转平台（10）转动，旋转平台（10）通过手指根部（15）带动机器人手指（3）朝向或者远离旋转平台（10）运动；
手指抓紧张开装置包括升降平台主轴（7）、升降平台驱动电机（9）、升降平台（11）、手指张合推动杆（12）；
升降平台（11）包括均匀分布的分叉结构，手指张合推动杆（12）设有横向滑动槽；升降平台主轴（7）与升降平台驱动电机（9）的输出轴同轴且相对位置固定，手指抓取范围调整装置中的旋转平台主轴（6）穿过升降平台（11）中心，并与升降平台（11）滑动连接，升降平台主轴（7）与升降平台（11）的分叉结构螺纹副连接，手指张合推动杆（12）穿过手指旋转滑动块（14）并与手指旋转滑动块（14）形成滑动连接，手指张合推动杆（12）一端与升降平台（11）的分叉结构滑动连接，使手指张合推动杆（12）能在升降平台（11）的分叉结构纵向滑动，另一端通过横向滑动槽与手指张合铰链（17）形成槽连接；升降平台驱动电机（9）通过升降平台主轴（7）带动升降平台（11）纵向运动，升降平台（11）通过手指张合推动杆（12）带动机器人手指（3）上下运动；
手指抓取范围调整装置还包括手指旋转导槽盘（13），手指根部（15）底部与手指旋转滑动块（14）固定连接，手指旋转滑动块（14）能够在手指旋转导槽盘（13）槽内滑动；
所述的手指旋转导槽盘（13）均匀设置n组工形导槽，手指旋转滑动块（14）为工形结构。
2.根据权利要求1所述的一种抓取范围可变的多指式机器人末端执行器，其特征在于：所述的旋转平台（10）为圆盘状，均匀设有n组圆弧导槽，每组圆弧导槽包括第一圆弧导槽、第二圆弧导槽，手指根部（15）与旋转平台（10）的第一圆弧导槽形成槽连接，其中，n为机器人手指数目。
3.根据权利要求1所述的一种抓取范围可变的多指式机器人末端执行器，其特征在于：手指抓紧张开装置还包括末端执行器连接法兰底座（1）、末端执行器本体外壳（2）；末端执行器连接法兰底座（1）与升降平台驱动电机（9）、末端执行器本体外壳（2）固定连接，末端执行器连接法兰底座（1）底面接机器人末端的法兰。
4.根据权利要求3所述的一种抓取范围可变的多指式机器人末端执行器，其特征在于：所述的手指抓紧张开装置还包括直线导轨（16），直线导轨（16）包括滑动部、固定部；直线导轨（16）滑动部与升降平台（11）滑动连接，固定部与末端执行器本体外壳（2）固定连接。
5.根据权利要求4所述的一种抓取范围可变的多指式机器人末端执行器，其特征在于：所述的旋转平台驱动电机（8）与末端执行器连接法兰底座（1）固定连接。
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