CN108145729A - 五连杆平夹自适应机器人手指装置 - Google Patents

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CN108145729A CN201711176233.7A CN201711176233A CN108145729A CN 108145729 A CN108145729 A CN 108145729A CN 201711176233 A CN201711176233 A CN 201711176233A CN 108145729 A CN108145729 A CN 108145729A
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王香香
张文增
徐向荣
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Tsinghua University
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25JMANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J15/00Gripping heads and other end effectors
    • B25J15/0009Gripping heads and other end effectors comprising multi-articulated fingers, e.g. resembling a human hand

Abstract

五连杆平夹自适应机器人手指装置,属于机器人手技术领域,包括基座、两个指段、两个关节轴、电机、传动机构、两个连杆、簧件和限位凸块。该装置实现了双关节机器人手指平行夹持及自适应抓取的功能,根据目标物体形状和位置的不同,既能平动第二指段捏持物体或外张撑取物体,也能依次转动第一指段和第二指段包络不同形状、大小的物体;该装置抓取范围大;采用欠驱动的方式,利用一个电机驱动两个关节,无需复杂的传感和控制系统;该装置结构简单、体积小,制造和维护成本低,适用于机器人手。

Description

五连杆平夹自适应机器人手指装置
技术领域
[0001] 本发明属于机器人手技术领域,特别涉及一种五连杆平夹自适应机器人手指装置 的结构设计。
背景技术
[0002] 机器人手作为机器人的重要部件,是机器人研宄的热点和难点。己开发出来的机 器人手(工业夹持器、欠驱动手、灵巧手和特种手等)配合机器人传感与控制系统,能在许多 特殊的环境中完成特定任务。
[0003] 灵巧手具有较多的关节自由度和较高的拟人灵巧性,能够完成多数人手抓取、操 作和感知功能,但是实时传感与控制需求较高,系统比较复杂,成本比较昂贵,不利于推广 应用。特种手主要是针对特定物体开发的各种无手指机器人手的统称,例如吸盘、磁铁、静 电以及主动吸气式装置,在抓取物体方面,不如具有多个手指的机器人手更适合在人居环 境中使用。
[0004] 工业夹持器一般采用平行夹持的方式,为了保持夹持的稳定性,需要施加一定的 夹紧力。
[0005] 欠驱动机器人手是一类利用较少电机驱动较多关节自由度来达到较好抓取物体 目的的多指机器人手。自适应欠驱动手指可以采用自适应包络物体的方式握持,但是无法 实施末端平行夹持抓取,例如,已有的一种欠驱动两关节机器人手指装置(中国发明专利 CN101234489A),包括基座、电机、中部指段、末端指段和平带轮式传动机构等。该装置实现 了双关节欠驱动手指弯曲抓取物体的特殊效果,具有自适应性。该欠驱动机械手指装置的 不足之处为:手指在未碰触物体前始终呈现伸直状态,抓取方式主要为握持方式,难实现较 好的末端平行夹持抓取效果。
[0006]具有平行夹持与自适应复合抓取的机器人手指装置已经被设计出来,如专利 CN105598992A,包括基座、电机、两个指段、多个转轴和轮系传动结构等。该装置既能平动第 二指段平行夹持物体,也能在第一指段接触物体时转动第二指段自适应包络物体。该装置 的不足之处为:采用多个转轴和轮系传动结构,结构复杂。
发明内容
[0007] 本发明的目的是为了克服已有技术的不足之处,提供一种五连杆平夹自适应机器 人手指装置。该装置结构简单,具有多种抓取模式,既能平动第二指段夹持物体,也能先后 转动第一指段和第二指段自适应包络不同形状、大小的物体;该装置抓取范围大,仅利用一 个电机驱动两个关节,无需复杂的传感和控制系统。
[0008] 本发明的技术方案如下:
[0009]一本发明设计的五连杆平夹自适应机器人手指装置,包括基座、传动机构、第一指 段、第二指段、近关节轴、远关节轴和电机,所述电机固接在基座中,所述电机的输出轴与传 动机构的输入端相连;所述近关节轴套设在基座中,所述第一指段套接在近关节轴上,所述 远关节轴套设在第一指段中,所述近关节轴与远关节轴的中心线平行;其特征在于:该五连 杆平夹自适应机器人手指装置还包括第一连杆、第二连杆、第一转轴、第二转轴、第三转轴、 限位凸块和簧件;所述第一转轴套设在基座中,所述第一转轴、第二转轴、第三转轴分别与 近关节轴的中心线平行;所述第一连杆的一端套接在第一转轴上,所述第一连杆的另一端 套接在第二转轴上,所述传动机构的输出端与第一连杆相连;设近关节轴的中心点为A,远 关节轴的中心点为B,第一转轴的中心点为C,第二转轴的中心点为D,第三转轴的中心点为 E,线段AB等于线段CD,线段AC在初始状态时等于线段BD,点B、点D、点E的连线构成三角形; 所述第二连杆的一端套接在第二转轴上,所述第二连杆的另一端套接在第三转轴上;所述 第二指段套接在远关节轴上,所述第二指段套接在第三转轴上;所述限位凸块与第二连杆 固接,所述限位凸块与第二指段在初始位置时相接触,所述簧件的两端分别连接第二连杆 和第二指段;所述限位凸块限制线段DE与线段BE的夹角不大于初始状态时的夹角。
[0010] 本发明与现有技术相比,具有以下优点和突出性效果:
[0011] 本发明装置利用电机、两个连杆、传动机构、簧件和限位凸块等综合实现了双关节 机器人手指平行夹持及自适应抓取的功能,根据目标物体形状和位置的不同,既能平动第 二指段捏持物体或外张撑取物体,也能依次转动第一指段和第二指段包络不同形状、大小 的物体;该装置抓取范围大;采用欠驱动的方式,利用一个电机驱动两个关节,无需复杂的 传感和控制系统;该装置结构简单、体积小,制造和维护成本低,适用于机器人手。
附图说明
[0012] 图1是本发明设计的五连杆平夹自适应机器人手指装置的一种实施例的立体外观 图。
[0013] 图2是图1所示实施例的正视图。
[0014] 图3是图1所示实施例的正视图(未画出部分零部件)。
[0015] 图4是图1所示实施例的背面视图。
[0016] 图5是图2的左视图。
[0017] 图6是图2的右视图。
[0018] 图7是图1所示实施例的爆炸视图。
[0019] 图8至图1〇是图1所示实施例在以平行夹持的方式抓取物体的动作过程示意图。
[0020] 图11至图14是图1所示实施例在以自适应包络物体的方式抓取物体的动作过程示 意图。
[0021] 图15是初始位置时第二连杆、限位凸块、簧件和第二指段的相对位置关系。
[0022] 图16是平夹过程中第二连杆、限位凸块、簧件和第二指段的相对位置关系。
[0023] 图17是自适应过程中第二连杆、限位凸块、簧件和第二指段的相对位置关系。
[0024] 图18是图1所示实施例的工作过程原理图。
[0025] 在图1至图18中:
[0026] 1 一基座, 1〇—电机 11 一传动机构,
[0027] 12—物体, 2—第一指段, 3—第二指段,
[0028] 41一近关节轴, 42—远关节轴, 51—第一转轴,
[0029] 52—第二转轴, 53—第三转轴, 61—第一连杆,
[0030] 62—第二连杆, 7—限位凸块, 8—簧件。
具体实施方式
[0031] 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。
[0032] 本发明设计的五连杆平夹自适应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、传动机构11、第一指段2、第二指段3、近关节轴41、远关节轴42和电机10,所 述电机10固接在基座1中,所述电机10的输出轴与传动机构11的输入端相连;所述近关节轴 41套设在基座1中,所述第一指段2套接在近关节轴41上,所述远关节轴42套设在第一指段2 中,所述近关节轴41与远关节轴42的中心线平行;本实施例还包括第一连杆61、第二连杆 62、第一转轴51、第二转轴52、第三转轴53、限位凸块7和簧件8;所述第一转轴51套设在基座 1中,所述第一转轴51、第二转轴52、第三转轴53分别与近关节轴41的中心线平行;所述第一 连杆61的一端套接在第一转轴51上,所述第一连杆61的另一端套接在第二转轴52上,所述 传动机构11的输出端与第一连杆61相连;设近关节轴41的中心点为A,远关节轴42的中心点 为B,第一转轴51的中心点为C,第二转轴52的中心点为D,第三转轴53的中心点为E,线段AB 等于线段⑶,线段AC在初始状态时等于线段BD,点B、点D、点E的连线构成三角形(如图18所 示);所述第二连杆62的一端套接在第二转轴52上,所述第二连杆62的另一端套接在第三转 轴53上;所述第二指段3套接在远关节轴42上,所述第二指段3套接在第三转轴53上;所述限 位凸块7与第二连杆62固接,所述限位凸块7与第二指段3在初始位置时相接触,所述簧件8 的两端分别连接第二连杆62和第二指段3;所述限位凸块7限制线段DE与线段BE的夹角不大 于初始状态时的夹角。
[0033] 本实施例的工作原理,结合附图8至图18,叙述如下:
[0034]本实施例处于初始状态时,如图2所示。电机10转动,通过传动机构11带动第一连 杆61转动角度a (如图18所示),由于簧件8拉着限位凸块7并使其紧靠第二指段3,使得第二 连杆62与第二指段3保持初始位置关系而平动,此时限位凸块7、第二指段3和簧件8的相对 位置如图16所示,第一指段2转动相同的角度a,达到平夹物体的效果。这一阶段适合以第 二指段3去夹持物体12,或者通过外张的方式用第二指段3去从内向外打开的方式外张撑取 物体12。例如一个空心圆柱筒的拿取,从该物体的内侧向外张开撑住筒壁,从而拿取物体。 在上述过程中,当第二指段3接触物体12,则抓取结束,动作过程如图8至图1 〇所示。
[0035]在上述图8至图10的平夹过程中,当第一指段2接触物体12时,进入另一抓取模式。 此时电机10继续转动,带动第一连杆ei继续转动角度e (如图18所示),由于第一指段2被物 体12阻挡不能继续转动,簧件8发生变形使得限位凸块7与第二指段3的相对位置发生变化 (如图15、图17所示),此时线段BE与线段DE之间的角度变小,第二指段3向着靠近物体的方 向转动直至接触物体12,达到自适应包络物体I2的效果,动作过程如图丨丨至图14所示。
[0036]释放物体12时,电机10反转,与上述过程相反,不再赘述。
[0037]本发明装置利用电机、两个连杆、传动机构、簧件和限位凸块等综合实现了双关节 机器人手指平行夹持及自适应抓取的功能,根据目标物体形状和位置的不同,既能平动第 二指段捏持物体或外张撑取物体,也能依次转动第一指段和第二指段包络不同形状、大小 的物体;该装置抓取范围大;采用欠驱动的方式,利用一个电机驱动两个关节,无需复杂的 传感和控制系统;该装置结构简单、体积小,制造和维护成本低,适用于机器人手。

Claims (1)

1. 一种五连杆平夹自适应机器人手指装置,包括基座、传动机构、第一指段、第二指段、 近关节轴、远关节轴和电机,所述电机固接在基座中,所述电机的输出轴与传动机构的输入 端相连;所述近关节轴套设在基座中,所述第一指段套接在近关节轴上,所述远关节轴套设 在第一指段中,所述近关节轴与远关节轴的中心线平行;其特征在于:该五连杆平夹自适应 机器人手指装置还包括第一连杆、第二连杆、第一转轴、第二转轴、第三转轴、限位凸块和簧 件;所述第一转轴套设在基座中,所述第一转轴、第二转轴、第三转轴分别与近关节轴的中 心线平行;所述第一连杆的一端套接在第一转轴上,所述第一连杆的另一端套接在第二转 轴上,所述传动机构的输出端与第一连杆相连;设近关节轴的中心点为A,远关节轴的中心 点为B,第一转轴的中心点为C,第二转轴的中心点为D,第三转轴的中心点为E,线段AB等于 线段CD,线段AC在初始状态时等于线段BD,点B、点D、点E的连线构成三角形;所述第二连杆 的=端套接在第二转轴上,所述第二连杆的另一端套接在第三转轴上;所述第二指段套接 在远关节轴上,所述第二指段套接在第三转轴上;所述限位凸块与第二连杆固接,所述限位 凸块与第二指段在初始位置时相接触,所述簧件的两端分别连接第二连杆和第二指段;所 述限位凸块限制线段DE与线段BE的夹角不大于初始状态时的夹角。
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