CN107553511A - 机器手 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种机器手，包括根指、可转动地连接在所述根指上的腹指、可转动地连接在所述腹指上的尖指以及动力机构，所述机器手还包括差动机构，所述差动机构与所述动力机构连接以使：当所述腹指被抓取对象限制转动时，所述动力机构驱动所述尖指相对所述腹指向所述抓取对象转动，而当所述腹指未被抓取对象限制时，所述动力机构驱动所述腹指转动。本发明利用差动机构使得腹指和尖指能够产生差动，从而能够更好的模拟真实手在抓取物体时的动作，相比于现有技术中的机器手在进行抓取动作时，腹指以及尖指同时向抓取对象转动的抓取方式，本发明的机器手更加符合人体工程学。
Description
技术领域
本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及一种机器手。
背景技术
机器人灵巧手是机器人手臂的多自由度末端执行器，也是机器人手臂实现各种功能性操作的关键部件。在设计制造机器人灵巧手的时候通常有几点考虑：
重量：灵巧手自重越小，在相同机械臂末端则可抓取更大的负载；
结构简化：结构越简单则工作越可靠，故障率低，制造成本也越低；
驱动单元：以尽量少的驱动单元满足设计需求，因为驱动单元(如电机等)通常占据了灵巧手成本的大部分。
现有技术中的机器手包括根指、可转动连接在所述根指上的腹指以及可转动连接在所述腹指上的尖指、用于驱动腹指以及尖指转动的驱动机构。
上述的机器手在进行抓取动作时，腹指以及尖指同时向抓取对象转动，而真实的手的抓取动作是腹指首先想抓取对象转动，当腹指碰到抓取对象后，尖指再朝抓取对象转动，从而完成抓取。
因此，现有技术中的机器手模仿真实手的抓取动作的仿真效果差，抓取物体的效果不好。
发明内容
针对现有技术中上述技术问题，本发明的实施例提供了一种机器手。
为解决上述技术问题，本发明的实施例采用的技术方案是：
一种机器手，包括根指、可转动地连接在所述根指上的腹指、可转动地连接在所述腹指上的尖指以及动力机构，所述机器手还包括差动机构，所述差动机构与所述动力机构连接以使：当所述腹指被抓取对象限制转动时，所述动力机构驱动所述尖指相对所述腹指向所述抓取对象转动，而当所述腹指未被抓取对象限制时，所述动力机构驱动所述腹指转动。
优选地，所述差动机构包括第一阻尼器和第二阻尼器；所述第一阻尼器设置于所述腹指与所述根指的连接处；所述第二阻尼器设置于所述腹指与所述尖指的连接处，以当所述动机机构为所述腹指与所述尖指提供扭矩时，所述尖指相对所述腹指转动。
优选地，所述差动机构用于使：当所述腹指未被所述抓取对象限制时，所述腹指与所述尖指相对静止。
优选地，所述差动机构包括主差动轮和从差动轮，所述主差动轮用于驱动所述从差动轮，所述从差动轮用于驱动所述尖指相对所述腹指转动；当所述腹指被抓取对象限制转动时，所述动力机构驱动所述主差动轮相对所述腹指转动，以使所述主差动轮驱动所述从差动轮带动所述尖指转动；当所述腹指未被抓取对象限制时，所述动力机构驱动所述主差动轮与所述腹指同步转动，以使所述主差动轮与所述从差动轮相对静止。
优选地，所述机器手还包括扭簧，所述扭簧用于在所述腹指与所述主差动轮相对转动时积蓄弹性势能，并利用所积蓄的弹性势能为所述腹指施加扭力以当所述尖指转动时，所述腹指紧抵所述抓取对象。
优选地，所述机器手还包括由所述动力机构驱动的第一转轴，所述第一转轴同时穿设所述腹指、所述主差动轮以及所述根指；其中：
所述主差动轮与所述第一转轴始终同步转动；所述腹指与所述第一转轴之间具有在两者相对转动方向上的阻尼。
优选地，所述腹指与所述第一转轴之间设置有阻尼套。
优选地，所述动力机构包括致动器以及第一齿轮，所述第一齿轮套设在所述第一转轴上并与所述第一转轴固定连接，所述第一齿轮以及所述主差动轮位于所述腹指的两侧；其中：
所述腹指开设有弧形的长孔，所述第一齿轮与所述主差动轮之间连接有第一同步栓，所述第一同步栓穿设所述长孔。
优选地，所述机器手还包括第二转轴，所述第二转轴同时穿设所述腹指、所述尖指以及所述从差动轮；所述尖指与所述从差动轮之间连接有第二同步栓，以使所述尖指与所述从差动轮同步转动。
优选地，所述致动器为伺服电机，所述伺服电机通过第二齿轮驱动所述第一齿轮。
优选地，所述主差动轮为主差动齿轮，所述从差动轮为从差动齿轮；所述主差动齿轮与所述从差动齿轮直接或者间接啮合传动。
优选地，所述主差动轮为主差动带轮，所述从差动轮为从差动带轮；主差动带轮与从差动带轮通过带传动。
与现有技术相比，本发明的机器手的有益效果是：本发明利用差动机构使得腹指和尖指能够产生差动，从而能够更好的模拟真实手在抓取物体时的动作，相比于现有技术中的机器手在进行抓取动作时，腹指以及尖指同时向抓取对象转动的抓取方式，本发明的机器手更加符合人体工程学。
附图说明
图1为本发明的实施例提供的机器手的第一个视角的立体结构示意图。
图2为本发明的实施例提供的机器手的第一个视角的立体结构示意图(其中附图中去除了第一齿轮)。
图3为本发明的实施例提供的机器手的第二个视角的立体结构示意图。
图4为本发明的实施例提供的机器手的腹指被抓取对象限制时的状态示意图。
图5为本发明的实施例提供的机器手的尖指被抓取对象限制时的状态示意图。
图中：
10-根指；11-枢接耳；20-腹指；21-长孔；30-尖指；41-主差动轮；42-从差动轮；43-同步带；51-伺服电机；52-第一齿轮；53-第二齿轮；61-第一同步栓；62-第二同步栓；70-扭簧；81-第一转轴；82-第二转轴；100-抓取对象。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细说明。
如图1至图5所示，本发明的实施例公开了一种机器手，该机器手用于抓取如球状、块状、条状的抓取对象100。该机器手包括根指10、腹指20、尖指30、动力机构以及差动机构。根指10连接在固定设备或者移动设备上；腹指20可转动地连接在根指10上、尖指30可转动地连接在腹指20上；差动机构与动机机构、腹指20以及根指10直接或者间接的连接。本发明的关键在于：动力机构通过差动机构为腹指20和尖指30分配运动和动力，具体分配方式为：如图4和图5所示，当腹指20被抓取对象100限制转动时，差动机构使得动力机构将运动和动力传递给尖指30以驱动尖指30相对腹指20向抓取对象100转动，而当腹指20未被抓取对象100限制时，差动机构使得动力机构将运动和动力直接传递给腹指20，通过腹指20带动尖指30转动。
根据上述可知，当利用本发明的机器手抓取如球状、块状、条状的抓取对象100时，如图4所示，动力机构通过差动机构首先驱动腹指20转动以靠近抓取对象100并最终抵接在抓取对象100上；如图5所示，当腹指20因抵接在抓取对象100而被抓取对象100限制转动时，动力机构通过差动机构驱动尖指30朝抓取对象100方向转动以靠近抓取对象100，并通过转动最终抵接在抓取对象100上，从而完成了机器手对抓取对象100的一次抓取动作。
本发明利用差动机构使得腹指20和尖指30能够产生差动，从而能够更好的模拟真实手在抓取物体时的动作，相比于现有技术中的机器手在进行抓取动作时，腹指20以及尖指30同时向抓取对象100转动的抓取方式，本发明的机器手更加符合人体工程学。
为能够使本发明的机器手更加逼真的模仿真实手，在腹指20未被抓取对象100限制时，即，腹指20在朝抓取对象100转动时，使尖指30相对于腹指20保持相对静止的状态，或者说，腹指20在朝抓取对象100转动时，使尖指30随腹指20同步转动而不与腹指20发生相对转动。如此，当腹指20转动时，尖指30与腹指20同步的绕腹指20的转动中心转动；当腹指20被限制转动时，尖指30相对腹指20转动，从而使尖指30和腹指20的先后运动关系更加符合真实手的动作。
能够使腹指20和尖指30实现上述先后运动关系的差动机构的类型或结构可以有多种，例如，差动机构包括第一阻尼器和第二阻尼器；第一阻尼器设置于腹指20与根指10的连接处；第二阻尼器设置于腹指20与尖指30的连接处，并使第二阻尼器的阻尼值大于第一阻尼器的阻尼值。如此，当选用伺服电机51(伺服电机51的特性为伺服电机51所提供的扭矩随负载的增大而增大)作为动力机构时，伺服电机51用于为腹指20和尖指30提供扭力，而由于第二阻尼器的阻尼值大于第一阻尼器的阻尼值，因此，伺服电机51所提供的扭矩(此时该扭矩仅能够克服第一阻尼器的阻尼值，而不能够克服第二阻尼器的阻尼值)首先驱动腹指20转动，而尖指30随腹指20转动而不与腹指20相对转动；如图4和图5所示，当腹指20通过转动抵接在抓取对象100上而被抓取对象100限制转动时，伺服电机51提供的扭矩(该扭矩能够克服第二阻尼器的阻尼值)增大，该增大的扭矩克服第二阻尼器对尖指30转动的限制而使尖指30相对腹指20朝抓取对象100的方向转动，从而使尖指30通过转动也抵接在抓取对象100上，从而完成一次抓取动作。
本发明的另一个实施例提供了实现腹指20与尖指30上述运动关系的差动机构的结构，具体地，如图1至图3所示，差动机构包括两个差动轮，即，主差动轮41和从差动轮42，主差动轮41用于驱动从差动轮42，从差动轮42用于驱动尖指30相对腹指20转动，并且，使主差动轮41和腹指20之间的相对转动状态与腹指20的动作设置成如下关系：当腹指20被抓取对象100限制转动时，动力机构驱动主差动轮41相对腹指20转动，以使主差动轮41驱动从差动轮42带动尖指30转动；当腹指20未被抓取对象100限制时，动力机构驱动主差动轮41与腹指20同步转动，以使主差动轮41与从差动轮42相对静止。
能够实现腹指20与主差动轮41的上述动作关系的结构可以有多种，本发明的一个优选实施例提供了一种实现上述动作关系的结构，具体地，机器手还包括两根转轴，即，第一转轴81和第二转轴82。第一转轴81同时穿设腹指20的第一端(腹指20的第一端为腹指20与根指10转动连接的一端)、主差动轮41、根指10以及根指10的两个枢接耳21，动力机构与第一转轴81连接，并用于驱动第一转轴81转动，并使主差动轮41与第一转轴81始终同步转动，所述的始终同步转动是指：只要第一转轴81发生转动，主差动轮41便与第一转轴81以相同的转速同步转动；腹指20与第一转轴81之间具有在两者相对转动方向上的阻尼，也就是说，腹指20与第一转轴81之间否是产生相对转动取决于第一转轴81为腹指20所提供的扭矩是否能够克服该阻尼，当第一转轴81对腹指20提供的扭矩大于该阻尼时，第一转轴81与腹指20便发生相对转动，而当第一转轴81对腹指20提供的扭矩小于阻尼时，第一转轴81与腹指20同步转动。第二转轴82同时穿设腹指20的第二端(腹指20的第二端为腹指20与尖指30转动连接的一端)、尖指30以及从差动轮42，从而使尖指30与腹指20实现转动连接，并使从差动轮42与尖指30始终同步转动。
根据上述可知，在动力机构驱动第一转轴81转动而带动腹指20朝抓取对象100方向转动的过程中，第一转轴81所提供的扭矩小于腹指20与第一转轴81之间的阻尼，此时，第一转轴81、腹指20以及主差动轮41均同步转动，从差动轮42与主差动轮41同步转过相同的角度而不会产生相对转动，主差动轮41不会驱动从差动轮42转动，尖指30与腹指20随动而不会与腹指20发生相对转动；当腹指20通过转动抵靠在抓取对象100上而被抓取对象100限制转动时，腹指20相对根指10静止，并同时增大了动力机构的负载，此时，动力机构所提供的扭矩增大，当扭矩增大到能够克服腹指20与第一转轴81之间所形成的阻尼时，第一转轴81开始相对腹指20转动，并同时带动主差动轮41同步转动，此时，主差动轮41与从差动轮42产生了相对转动趋势，从而使主差动轮41驱动从差动轮42转动，从而使从差动轮42带动尖指30朝抓取对象100的方向转动，并最终抵靠在抓取对象100上，完成一次抓取动作。
动力机构的结构和类型可以有多种，在本发明的一个优选实施例中，如图1和图2所示，动力机构包括伺服电机51、第一齿轮52和第二齿轮53；第一齿轮52装设在第一转轴81上，第二齿轮53装设在伺服电机51上，第二齿轮53与第一齿轮52进行啮合传动，如此，实现了对第一转轴81的驱动。
主差动轮41与第一转轴81实现同步转动的方式有多种，从差动轮42与尖指30实现同步转动的方式可以有多种。在本发明的一个优选实施例中，如图2和图3所示，在腹指20的第一端开设弧形长孔21，该弧形长孔21在第一转轴81的轴向方向上贯通腹指20的第一端；第一齿轮52与主差动轮41之间连接有第一同步栓61，第一同步栓61穿设弧形长孔21。如此，第一齿轮52、第一转轴81以及主差动轮41便能够实现始终同步转动。如图1所示，从差动轮42与尖指30之间通过第二同步栓62连接，从而使尖指30与从差动轮42能够实现始终的同步转动。
上述的弧形长孔21具有两个作用，一个作用是：弧形长孔21能够供第一同步栓61穿设以使第一转轴81、第一齿轮52以及主差动轮41实现同步转动；另一个作用是：通过第一同步栓61与弧形长孔21的两个端部抵接而限制腹指20的转动范围，因此，可通过合理设置弧形长孔21的长度来使腹指20的转动范围更加符合真实手的腹指20的转动范围。
在本发明的一个优选实施例中，如图2所示，在第一转轴81上还套设有扭簧70，该扭簧70的一端连接到腹指20上，扭簧70的另一端止挡在第一同步栓61上。在腹指20与主差动轮41相对转动时扭簧70积蓄弹性势能，并利用所积蓄的弹性势能为腹指20施加扭力以当尖指30转动时，腹指20紧抵抓取对象100。如此，在尖指30朝抓取对象100转动的过程中，扭簧70使得腹指20始终紧抵抓取对象100，从而防止了机器手在进行抓取动作时，使抓取对象100出现脱手现象。
第一转轴81与腹指20之间产生阻尼的方式可以有多种，例如，使第一转轴81穿设腹指20的一段设置成摩擦段(可通过增加该段的第一转轴81的外周面的表面粗糙度来实现)，在本发明的一个优选实施例中，在腹指20与第一转轴81之间设置阻尼套(附图中未示出)，而阻尼套用于使第一转轴81与腹指20之间产生一定的静摩擦力，该静摩擦力为第一转轴81与腹指20提供阻尼。
主差动轮41与从差动轮42之间可通过多种方式进行传动，例如，主差动轮41为主差动齿轮，从差动轮42为从差动齿轮，主差动齿轮与从差动齿轮直接或者间接啮合传动。主差动轮41为主差动带轮，从差动轮42为从差动带轮，主差动带轮与从差动带轮通过同步带43传动。
以上实施例仅为本发明的示例性实施例，不用于限制本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种机器手，包括根指、可转动地连接在所述根指上的腹指、可转动地连接在所述腹指上的尖指以及动力机构，其特征在于，所述机器手还包括差动机构，所述差动机构与所述动力机构连接以使：当所述腹指被抓取对象限制转动时，所述动力机构驱动所述尖指相对所述腹指向所述抓取对象转动，而当所述腹指未被抓取对象限制时，所述动力机构驱动所述腹指转动。
2.根据权利要求1所述的机器手，其特征在于，所述差动机构包括第一阻尼器和第二阻尼器；所述第一阻尼器设置于所述腹指与所述根指的连接处；所述第二阻尼器设置于所述腹指与所述尖指的连接处，以当所述动机机构为所述腹指与所述尖指提供扭矩时，所述尖指相对所述腹指转动。
3.根据权利要求1所述的机器手，其特征在于，所述差动机构用于使：当所述腹指未被所述抓取对象限制时，所述腹指与所述尖指相对静止。
4.根据权利要求3所述的机器手，其特征在于，所述差动机构包括主差动轮和从差动轮，所述主差动轮用于驱动所述从差动轮，所述从差动轮用于驱动所述尖指相对所述腹指转动；当所述腹指被抓取对象限制转动时，所述动力机构驱动所述主差动轮相对所述腹指转动，以使所述主差动轮驱动所述从差动轮带动所述尖指转动；当所述腹指未被抓取对象限制时，所述动力机构驱动所述主差动轮与所述腹指同步转动，以使所述主差动轮与所述从差动轮相对静止。
5.根据权利要求4所述的机器手，其特征在于，所述机器手还包括扭簧，所述扭簧用于在所述腹指与所述主差动轮相对转动时积蓄弹性势能，并利用所积蓄的弹性势能为所述腹指施加扭力以当所述尖指转动时，所述腹指紧抵所述抓取对象。
6.根据权利要求4所述的机器手，其特征在于，所述机器手还包括由所述动力机构驱动的第一转轴，所述第一转轴同时穿设所述腹指、所述主差动轮以及所述根指；其中：
所述主差动轮与所述第一转轴始终同步转动；所述腹指与所述第一转轴之间具有在两者相对转动方向上的阻尼。
7.根据权利要求6所述的机器手，其特征在于，所述腹指与所述第一转轴之间设置有阻尼套。
8.根据权利要求6所述的机器手，其特征在于，所述动力机构包括致动器以及第一齿轮，所述第一齿轮套设在所述第一转轴上并与所述第一转轴固定连接，所述第一齿轮以及所述主差动轮位于所述腹指的两侧；其中：
所述腹指开设有弧形的长孔，所述第一齿轮与所述主差动轮之间连接有第一同步栓，所述第一同步栓穿设所述长孔。
9.根据权利要求3所述的机器手，其特征在于，所述机器手还包括第二转轴，所述第二转轴同时穿设所述腹指、所述尖指以及所述从差动轮；所述尖指与所述从差动轮之间连接有第二同步栓，以使所述尖指与所述从差动轮同步转动。
10.根据权利要求8所述的机器手，其特征在于，所述致动器为伺服电机，所述伺服电机通过第二齿轮驱动所述第一齿轮。
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