CN108274483B - 一种单驱动形状自适应机械手指 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及机器人关节技术领域，具体地说是一种单驱动形状自适应机械手指，包括手掌连接部、指节传动组件、指节动力汲取组件和多个指节，所述多个指节依次通过铰接轴铰接，且第一指节通过铰接轴与手掌连接部铰接，在手掌连接部上设有驱动第一指节摆动的驱动轴，各个铰接轴之间均通过指节传动组件相连，各个铰接轴上均设有指节动力汲取组件，所述指节动力汲取组件包括第一摩擦盘、第二摩擦盘和弹簧，第一摩擦盘和第二摩擦盘紧贴，且第一摩擦盘空套于对应的铰接轴上并与相邻的指节传动组件相连，第二摩擦盘设有一个随铰接轴转动的盘套，弹簧套装在所述盘套上。本发明采用一个驱动源驱动整个手指，且每个指节的输出扭矩可控，形状自适应能力强。

Description

一种单驱动形状自适应机械手指
技术领域
本发明涉及机器人关节技术领域，具体地说是一种单驱动形状自适应机械手指。
背景技术
随着机器人技术不断发展，各种各样的机器人渐入公众视野。业内普遍认为，机器人整体水平的高低与好坏，以及最终能否按照人们的意图去工作，必须依赖一个操作灵巧、控制可靠的末端执行机构。然而，由于机械手需要关节多且尺寸小，很大程度上限制了末端执行机构的发展，尤其是手指部位，由于尺寸太小、关节多、灵活度高等特点，现有技术中，每个关节都需要独立的驱动，这导致机器人手指尺寸十分臃肿庞大，所以如何缩小驱动源尺寸或者减小驱动源的个数是机械手研究的一个重要方形。另外，手指良好的自适应特性可以很好地与目标物体接触，增强抓握的稳定性。因此，如何提高手指的形状自适应能力也一直是机械手的热点研究方向。
发明内容
本发明的目的在于提供一种单驱动形状自适应机械手指，采用一个驱动源驱动整个手指，且每个指节的输出扭矩可控，形状自适应能力大大提高，不需要外力作用即可使手指弯曲，可以提前对目标物体形成包络，容易抓取易移动、光滑的物体。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种单驱动形状自适应机械手指，包括手掌连接部、指节传动组件、指节动力汲取组件和多个指节，所述多个指节依次通过铰接轴铰接，并且其中的第一指节通过铰接轴与所述手掌连接部铰接，在所述手掌连接部上设有驱动所述第一指节摆动的驱动轴，各个铰接轴之间均通过指节传动组件相连，且所述指节传动组件两端均空套于各铰接轴上，各个铰接轴上均设有指节动力汲取组件，所述指节动力汲取组件包括第一摩擦盘、第二摩擦盘和弹簧，所述第一摩擦盘和第二摩擦盘紧贴，且所述第一摩擦盘空套于对应的铰接轴上并与相邻的指节传动组件相连，第二摩擦盘设有一个随铰接轴转动的盘套，弹簧套装在所述盘套上。
所述手掌连接部包括连接板、驱动轴和驱动齿轮，所述驱动轴安装在所述连接板上，在所述驱动轴的轴端设有驱动齿轮，所述第一指节通过第一铰接轴与所述手掌连接部铰接，在所述第一铰接轴上设有与所述驱动齿轮啮合的第一指节齿轮。
所述第二摩擦盘的盘套套装在对应的铰接轴上，并通过一个导向键与所述铰接轴相连。
所述指节传动组件为同步带传动组件，包括两个带轮和连接所述两个带轮的传动带，且所述带轮均空套于对应的铰接轴上，所述第一摩擦盘通过一个连接键与相邻的带轮相连。
所述第二摩擦盘旋向与对应的弹簧绕向相同时，所述弹簧旋紧并压紧第二摩擦盘的盘套。
本发明的优点与积极效果为：
1、本发明采用一个驱动源驱动整个手指，且每个指节的输出扭矩可控，形状自适应能力大大提高。
2、本发明各个指节动力传递都是通过摩擦盘摩擦实现，因此当某个指节碰触到物体时的接触力大于摩擦极限时，此指节不再运动而其他指节继续运动，直至也与物体接触，因此不需要外力作用即可使手指弯曲，可以提前对目标物体形成包络，容易抓取易移动、光滑的物体。
附图说明
图1为本发明的示意图，
图2为图1中本发明的另一角度示意图，
图3为图2第二指节动力汲取组件的示意图，
图4为图3第二指节动力汲取组件的一种控制方式示意图。
其中，1为手掌连接部，101为连接板，102为驱动轴，103为驱动齿轮，2为第一指节，201为第一铰接轴，202为第一指节齿轮，3为第二指节，301为第二铰接轴，4为第三指节，401为第三铰接轴，5为指节传动组件，501为带轮，502为传动带，6为指节动力汲取组件，601为第一摩擦盘，602为第二摩擦盘，603为弹簧，604为导向键，605为连接键。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详述。
如图1～4所示，本发明包括手掌连接部1、指节传动组件5、指节动力汲取组件6和多个指节，所述多个指节依次通过铰接轴铰接，并且其中的第一指节2通过铰接轴与所述手掌连接部1铰接，在所述手掌连接部1上设有驱动轴102，且所述第一指节2通过所述驱动轴102驱动摆动，各个铰接轴之间均通过指节传动组件5相连，且所述指节传动组件5两端均空套于各铰接轴上，各个铰接轴上均设有指节动力汲取组件6，如图3所示，所述指节动力汲取组件6包括第一摩擦盘601、第二摩擦盘602和弹簧603，所述第一摩擦盘601和第二摩擦盘602紧贴，且所述第一摩擦盘601空套于对应的铰接轴上并与相邻的指节传动组件5相连，第二摩擦盘602设有一个随铰接轴转动的盘套，弹簧603套装在所述盘套上。机构工作时，第二摩擦盘602通过与第一摩擦盘601之间的摩擦力带动旋转，当第二摩擦盘602旋向与对应的弹簧603绕向相同时，所述弹簧603旋紧并压紧所述盘套带动铰接轴转动，进而带动指节摆动，当第二摩擦盘602旋向与对应的弹簧603绕向相反时，所述弹簧603无法旋紧，也就无法压紧所述盘套带动铰接轴转动，此时指节传动组件5端部以及第一摩擦盘601处于空转状态。
如图2所示，所述手掌连接部1包括连接板101、驱动轴102和驱动齿轮103，所述驱动轴102通过轴承支承安装在所述连接板101上并通过一个电机驱动旋转，在所述驱动轴102的轴端设有驱动齿轮103，所述第一指节2通过第一铰接轴201与所述手掌连接部1铰接，在所述第一铰接轴201轴端设有与所述驱动齿轮103啮合的第一指节齿轮202。
如图3所示，所述第二摩擦盘602设有一个盘套，且所述盘套套装在对应的铰接轴上，并通过一个导向键604与所述铰接轴相连实现随所述铰接轴转动。
如图3所示，所述指节传动组件5为传动带传动组件，每个指节传动组件5均包括两个带轮501和连接所述两个带轮501的传动带502，且所述带轮501均空套于对应的铰接轴上，所述指节动力汲取组件6中的第一摩擦盘601通过一个连接键605与相邻的带轮501相连。
如图1～2所示，本实施例中包括三个指节，其中第一指节2通过第二铰接轴301与第二指节3铰接，第二指节3通过第三铰接轴401与第三指节4相连，所述第一铰接轴201与第二铰接轴301之间以及第二铰接轴301与第三铰接轴401之间分别通过一个指节传动组件5相连，在所述第一铰接轴201、第二铰接轴301和第三铰接轴401上均设有指节动力汲取组件6。
本发明的工作原理为：
本发明工作时，第二摩擦盘602通过第一摩擦盘601带动旋转，当第二摩擦盘602旋向与对应的弹簧603绕向相同时，所述弹簧603旋紧并压紧第二摩擦盘602的盘套，进而带动对应的铰接轴转动，并带动对应的指节摆动，当第二摩擦盘602旋向与对应的弹簧603绕向相反时，所述弹簧603无法旋紧，也就无法压紧第二摩擦盘602的盘套，此时指节传动组件5端部的带轮501、第一摩擦盘601以及第二摩擦盘602均处于空转状态。
为了控制手指的握力大小，同时为实现每个关节的输出扭矩不同，使手指更加灵活，本发明中的弹簧603可采用能通过电子控制的功能材料弹簧(比如SMA)，并设计了专门的动力汲取控制模块，其中手指的三个铰接轴输出扭矩分别通过三个动力汲取控制模块独立控制。如图3所示，COM端线路为控制模块电路的公共端，而近端线路、中端线路和远端线路分别依次对应控制所述第一指节2、第二指节3和第三指节4。
另外所述弹簧603也可以采用普通弹簧，并通过钢丝牵引的方式压紧弹簧，通过改变钢丝力实现弹簧力的改变。虽然在一定程度上增加了动力源，但是牵引钢丝的动力源会远远小于传统的关节动力源。

Claims (4)

1.一种单驱动形状自适应机械手指，其特征在于：包括手掌连接部(1)、指节传动组件(5)、指节动力汲取组件(6)和多个指节，所述多个指节依次通过铰接轴铰接，并且其中的第一指节(2)通过铰接轴与所述手掌连接部(1)铰接，在所述手掌连接部(1)上设有驱动所述第一指节(2)摆动的驱动轴(102)，各个铰接轴之间均通过指节传动组件(5)相连，且所述指节传动组件(5)两端均空套于各铰接轴上，各个铰接轴上均设有指节动力汲取组件(6)，所述指节动力汲取组件(6)包括第一摩擦盘(601)、第二摩擦盘(602)和弹簧(603)，所述第一摩擦盘(601)和第二摩擦盘(602)紧贴，且所述第一摩擦盘(601)空套于对应的铰接轴上并与相邻的指节传动组件(5)相连，第二摩擦盘(602)设有一个随铰接轴转动的盘套，弹簧(603)套装在所述盘套上；所述第二摩擦盘(602)旋向与对应的弹簧(603)绕向相同时，所述弹簧(603)旋紧并压紧第二摩擦盘(602)的盘套。
2.根据权利要求1所述的单驱动形状自适应机械手指，其特征在于：所述手掌连接部(1)包括连接板(101)、驱动轴(102)和驱动齿轮(103)，所述驱动轴(102)安装在所述连接板(101)上，在所述驱动轴(102)的轴端设有驱动齿轮(103)，所述第一指节(2)通过第一铰接轴(201)与所述手掌连接部(1)铰接，在所述第一铰接轴(201)上设有与所述驱动齿轮(103)啮合的第一指节齿轮(202)。
3.根据权利要求1所述的单驱动形状自适应机械手指，其特征在于：所述第二摩擦盘(602)的盘套套装在对应的铰接轴上，并通过一个导向键(604)与所述铰接轴相连。
4.根据权利要求1所述的单驱动形状自适应机械手指，其特征在于：所述指节传动组件(5)为同步带传动组件，包括两个带轮(501)和连接所述两个带轮(501)的传动带(502)，且所述带轮(501)均空套于对应的铰接轴上，所述第一摩擦盘(601)通过一个连接键(605)与相邻的带轮(501)相连。
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