CN107745389B - 刚-柔-软体测力机器人操作手指机构 - Google Patents

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Abstract

一种刚‑柔‑软体测力机器人操作手指机构,其包括电机、丝杠、丝母块、指座、柔性欠驱动杆组、软指组;其中电机与指座一端固连,电机驱动轴与丝杠一端连接,丝杠另一端与指座转动联接,丝杠中部与丝母块螺纹联接;柔性欠驱动杆组设在指座的一侧,软指组设在指座的上端;柔性欠驱动杆组包括套、传感器、弹簧、上、下杆等;软指组包括圆柱套、软体套、钢丝线套等。本发明结构简单紧凑、驱动力大;柔性欠驱动杆组驱动软指组摆动柔性抓取,避免损伤被抓取物和操作手机构,传感器能测软指抓取力,不承受弹簧预压力;手指软体与人共融安全操作,既能牢固连接软体套与指架,又能增强软体手指接触柔韧性和弹性,提高抗磨损、耐高温和抗腐蚀能力。

Description

刚-柔-软体测力机器人操作手指机构
技术领域
本发明属于机器人领域,特别涉及一种机器人操作手指机构。
背景技术
机器人的手部是指安装于机器人手臂末端,直接作用于工作对象的装置。机器人所要完成的各种操作,最终都必须通过手部来得以实现。手指设计是机器人手部设计中一个重要的环节,随着机器人技术的发展,出现了多种形式的机器人手指。“大力发展手术机器人”列入国家“十三五”规划纲要重大项目。手术机器人是集医学、生物学、机械力学、机器人技术等多学科于一体的新交叉研究领域,应用前景广阔。近年来,学者们在医疗手术机器人方面开展了广泛研究。目前在手指机构方面,手指通常多绳牵引驱动机构,这类机构控制复杂,运动精度较低,手指抓取力较低。为了提高手指运动精度和抓取力,人们力求用刚性机构取代多绳牵引驱动机构。公开号为CN102922532B的专利公开了连杆式协同驱动机器人手指装置、公开号为CN103358315B的专利公开了全转动关节连杆式欠驱动机器人手指机构、公开号为CN102935642B的专利公开了连杆键槽式耦合欠驱动双关节机器人手指装置、公开号为CN102717394B的专利公开了锥齿轮耦合式灵巧机器人手指装置、公开号为CN102717393B的专利公开了连杆耦合式灵巧机器人手指装置,上述手指装置主要是模拟人的5个手指运动特性构造成的,结构相对复杂,驱动数较多,驱动力较小,控制难度大。通常的机械爪都是金属制成的,它们在操作过程中容易损坏相对脆弱物品,甚至伤害到人类。
发明内容
本发明的目的在于提供一种结构简单紧凑、驱动力大、易于控制的刚-柔-软体测力机器人操作手指机构。
本发明包括电机、丝杠、丝母块、指座、柔性欠驱动杆组和软指组,其中指座为矩形体,其中部设有矩形槽,一端设有通孔,另一端设有垂直通孔的水平通孔;电机与指座一端固连,电机驱动轴穿过指座通孔与丝杠一端同轴键连接,丝杠另一端与指座转动联接,丝杠中部与丝母块螺纹联接;柔性欠驱动杆组设在指座的一侧,软指组设在指座的上端;所述柔性欠驱动杆组包括套、压力传感器、弹簧、上杆、下杆、螺纹圆环、垫片,其中套的两端分别设有同轴大螺纹开孔和小通孔,其内部设有同轴大、小孔,外部设有凸台;所述上、杆两端分别设有圆柱凸台和水平通孔,上杆圆柱凸台、压力传感器和垫圈都设在套内大孔中;螺纹圆环套在上杆上,并与套大螺纹开孔螺纹连接,下杆穿过套的小通孔,其下杆的圆柱凸台设在套内小孔中,压力传感器两端抵在上杆圆柱凸台和垫圈一侧,垫圈另一侧抵在套内小孔端的外部凸台,弹簧两端抵在套外凸台和丝母块上,下杆水平通孔与丝母块转动联接;
所述软指组包括横架、圆柱套、螺母套、螺杆、指弹簧、软体套、外锥套、圆环、内锥套、螺母、钢丝线组,其中圆柱套中部设有内孔凸台,其一端设有圆柱凸台和内孔螺纹,该圆柱凸台上设有圆周均布一组小通孔;螺母,螺母套,螺杆,内、外锥套,圆环、指弹簧均同轴设在圆柱套内;螺杆中部设有圆柱凸台,两端设有螺纹;螺杆两端分别与螺母、螺母套螺纹联接;指弹簧两端抵在螺母套和圆柱套内孔凸台上,内锥套大径端抵在上螺母,内锥套与外锥套锥面接触,外锥套一端抵在螺杆中部圆柱凸台上,圆环套在内锥套小径端的螺杆上;软体套套在圆柱套外圆柱上,钢丝线组的每根钢丝线分别穿过圆柱套凸台上的每个小通孔,线组两端围绕软体套交叉编织成线套,另一端绕过圆环,利用上螺母、螺杆和圆环楔紧固定在内锥套、外锥套锥面之间,并用指弹簧和下螺母拉紧;所述横架两端设有相互平行通孔,分别与指座和欠驱动杆组的上杆的水平通孔用销轴转动联接,横架一侧设有垂直通孔螺纹圆柱,与软指组的圆柱套一端螺纹孔垂直固连。
本发明与现有技术相比具有如下优点:
1、结构简单紧凑,驱动力大。
2、柔性欠驱动杆组驱动软指组摆动柔性抓取,避免损伤被抓取物和操作手机构。
3、柔性欠驱动杆组中的传感器能测软指抓取力,不承受弹簧预压力,有效量程大,能测量很小抓取力。
4、手指软体与人共融安全操作,既能牢固连接软体套与指架,又能增强软体手指接触柔韧性和弹性,提高抗磨损、耐高温和抗腐蚀能力。
5、本发明是一种新型柔韧机器人,它结合了柔性电子、仿生力学、生物学、智能高分子材料、人工智能、3D打印等前沿技术,可用于外科手术、灾区救援、医疗按摩以及易碎物操作。
附图说明
图1本发明的剖视示意简图。
图中:1-电机、2-丝母块、3-丝杠、4-指座、5-1-下杆、5-2-弹簧、5-3-套、5-4-垫圈、5-5-压力传感器、5-6-螺纹圆环、5-7-上杆、6-1-横架、6-2-圆柱套、6-3-螺母套、6-4-螺杆、6-5-指弹簧、6-6-软体套、6-7-外锥套、6-8-圆环、6-9-内锥套、6-10-螺母、6-11-钢丝线组。
具体实施方式
在图1所示的刚-柔-软体测力机器人操作手指机构示意图中,指座4为矩形体,其中部设有矩形槽,一端设有通孔,另一端设有垂直通孔的水平通孔;电机1与指座一端固连,电机驱动轴穿过指座通孔与丝杠3一端同轴键连接,丝杠另一端与指座转动联接,丝杠中部与丝母块2螺纹联接;柔性欠驱动杆组设在指座的一侧,软指组设在指座的上端;所述柔性欠驱动杆组中的套5-3的两端分别设有同轴大螺纹开孔和小通孔,其内部设有同轴大、小孔,外部设有凸台;上杆5-7和下杆5-1两端分别设有圆柱凸台和水平通孔,上杆圆柱凸台、压力传感器5-5和垫圈5-4都设在套内大孔中,螺纹圆,5-6套在上杆上,并与套大螺纹开孔螺纹连接,下杆穿过套的小通孔,其下杆的圆柱凸台设在套内小孔中,压力传感器两端抵在上杆圆柱凸台和垫圈一侧,垫圈另一侧抵在套内小孔端的外部凸台,弹簧5-2两端抵在套外凸台和丝母块上,下杆水平通孔与丝母块转动联接;软指组中的圆柱套6-2中部设有内孔凸台,其一端设有圆柱凸台和内孔螺纹,该圆柱凸台上设有圆周均布一组小通孔;螺母、螺母套、螺杆、内锥套、外锥套、圆环、指弹簧均同轴设在圆柱套内;螺杆6-4中部设有圆柱凸台,两端设有螺纹,螺杆的两端分别与螺母6-10、螺母套6-3螺纹联接;指弹簧6-5的两端抵在螺母套和圆柱套内孔凸台上,内锥套6-9大径端抵在螺母上,内锥套与外锥套6-7锥面接触,外锥套一端抵在螺杆中部圆柱凸台上,圆环6-8套在内锥套小径端的螺杆上;软体套6-6套在圆柱套外圆柱上,钢丝线组6-11的每根钢丝线分别穿过圆柱套凸台上的每个小通孔,钢丝线的两端围绕软体套交叉编织成线套,另一端绕过圆环,利用螺母、螺杆和圆环楔紧固定在内锥套、外锥套锥面之间,并用指弹簧和螺母套拉紧;横架6-1两端设有相互平行通孔,分别与指座和欠驱动杆组的上杆的水平通孔用销轴转动联接,横架一侧设有垂直通孔螺纹圆柱,与软指组的圆柱套一端螺纹孔垂直固连。

Claims (1)

1.一种刚-柔-软体测力机器人操作手指机构,其包括电机、丝杠、丝母块、指座、柔性欠驱动杆组和软指组,其特征在于:所述指座为矩形体,其中部设有矩形槽,一端设有通孔,另一端设有垂直通孔的水平通孔;电机与指座一端固连,电机驱动轴穿过指座通孔与丝杠一端同轴键连接,丝杠另一端与指座转动联接,丝杠中部与丝母块螺纹联接;柔性欠驱动杆组设在指座的一侧,软指组设在指座的上端;
所述柔性欠驱动杆组包括套、压力传感器、弹簧、上杆、下杆、螺纹圆环、垫片,其中套的两端分别设有同轴大螺纹开孔和小通孔,其内部设有同轴大、小孔,外部设有凸台;所述上杆两端分别设有圆柱凸台和水平通孔,上杆圆柱凸台、压力传感器和垫圈都设在套内大孔中;螺纹圆环套在上杆上,并与套大螺纹开孔螺纹连接,下杆穿过套的小通孔,其下杆的圆柱凸台设在套内小孔中,压力传感器两端抵在上杆圆柱凸台和垫圈一侧,垫圈另一侧抵在套内小孔端的外部凸台,弹簧两端抵在套外凸台和丝母块上,下杆水平通孔与丝母块转动联接;
所述软指组包括横架、圆柱套、螺母套、螺杆、指弹簧、软体套、外锥套、圆环、内锥套、螺母、钢丝线组,其中圆柱套中部设有内孔凸台,其一端设有圆柱凸台和内孔螺纹,该圆柱凸台上设有圆周均布一组小通孔;螺母,螺母套,螺杆,内、外锥套,圆环、指弹簧均同轴设在圆柱套内;螺杆中部设有圆柱凸台,两端设有螺纹;螺杆两端分别与螺母、螺母套螺纹联接;指弹簧两端抵在螺母套和圆柱套内孔凸台上,内锥套大径端抵在螺母,内锥套与外锥套锥面接触,外锥套一端抵在螺杆中部圆柱凸台上,圆环套在内锥套小径端的螺杆上;软体套套在圆柱套外圆柱上,钢丝线组的每根钢丝线分别穿过圆柱套凸台上的每个小通孔,线组两端围绕软体套交叉编织成线套,另一端绕过圆环,利用螺母、螺杆和圆环楔紧固定在内锥套、外锥套锥面之间,并用指弹簧和螺母拉紧;所述横架两端设有相互平行通孔,分别与指座和柔性 欠驱动杆组的上杆的水平通孔用销轴转动联接,横架一侧设有垂直通孔螺纹圆柱,与软指组的圆柱套一端螺纹孔垂直固连。
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