CN108436957B - 一种具有形状自适应的三指欠驱动机械手 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有形状自适应的三指欠驱动机械手，涉及工业机器人领域，包括底盘、基座、第一手指、第二手指和第三手指；其中，第一手指、第二手指和第三手指是结构完全相同的欠驱动手指，包括驱动电机、蜗杆、手指基座、第一销轴、第一轴承、蜗轮、第二轴承、第二销轴、第二指骨、第三销轴、压缩管、第四销轴和第一指骨；三指欠驱动机械手采用蜗轮蜗杆传动机构。本发明是一种具有形状自适应的三指欠驱动机械手，具有结构紧凑、控制简易、自锁能力强的特点，能被动自适应物体的大小，稳定抓取不同的物体，特别适合用于工业机器人末端的执行装置。

Description

一种具有形状自适应的三指欠驱动机械手
技术领域
本发明涉及工业机器人领域，尤其涉及一种具有形状自适应的三指欠驱动机械手。
背景技术
随着机器人技术的不断应用，研制具有自适应性和灵活性的机械手已迫在眉睫。近几十年来，为了模拟人手的功能，国内外许多研究机构在机械手的设计、分析和控制等方面做出了卓有成效的研究，灵巧机械手的研究也被认为是最有挑战性的工作之一。目前在工业领域主要采用两指夹持装置，这种类型的机械手灵活性和通用性差。此外也出现了针对具体问题的专用机械手和仿人型五指机械手，但前者是针对具体操作对象而设计的专用性机械手，脱离具体目标后无法使用；后者灵活性高，但结构复杂，控制难度高，不适合工业应用。
因此，本领域的技术人员致力于开发一种具有形状自适应的三指欠驱动机械手，以克服现有工业用机械手存在的不足，能被动自适应物体的大小，与物体充分接触，稳定地抓取物体，具有结构紧凑、控制简易的特点，可以安装在机械臂末端抓取不同的元器件。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是如何克服现有工业用机械手存在的不足，可以安装在机械臂末端，被动自适应物体的大小，实现稳定抓取不同的元器件。
为实现上述目的，本发明提供了一种具有形状自适应的三指欠驱动机械手，其特征在于，包括底盘、基座、第一手指、第二手指和第三手指；其中，所述第一手指、第二手指和第三手指是结构完全相同的欠驱动手指，包括驱动电机、蜗杆、手指基座、第一销轴、第一轴承、蜗轮、第二轴承、第二销轴、第二指骨、第三销轴、压缩管、第四销轴和第一指骨；所述三指欠驱动机械手采用蜗轮蜗杆传动机构。
进一步地，所述基座上径向均匀设有三个电机安装槽，所述第一手指、第二手指和第三手指分别安装在所述电机安装槽中，所述底盘固结在所述基座上。
进一步地，所述手指基座上设有电机安装孔，所述驱动电机通过所述电机安装孔固结在所述手指基座上，所述第一轴承和第二轴承套固在所述手指基座上。
进一步地，所述第一销轴两端分别套固在所述第一轴承和所述第二轴承上，所述蜗杆固结在所述驱动电机输出轴上，所述蜗轮套设在所述第一销轴上并与所述蜗杆啮合。
进一步地，所述第一指骨套设在所述第一销轴上并与所述蜗轮固结，所述第三销轴和所述第四销轴分别套固在所述第一指骨上。
进一步地，所述第二指骨套设在所述第三销轴上，所述第二指骨上设有第一接触面和第二接触面，所述第二销轴套固在所述第二指骨上。
进一步地，所述压缩管由管体、压缩弹簧和推杆组成，所述推杆套设在所述管体中，所述压缩弹簧套设在所述推杆和所述管体中间，所述管体套设在所述第四销轴上，所述推杆套设在所述第二销轴上。
进一步地，所述第二指骨与所述第一指骨的初始状态呈90o相对位置。
进一步地，所述第二指骨能被动地在被抓取物体表面滑移，与物体充分接触。
进一步地，所述三指欠驱动机械手通过所述底盘安装在机械臂末端法兰上。
在本发明的较佳实施方式中，三指欠驱动机械手由底盘、基座、第一手指、第二手指和第三手指组成，基座上径向均匀设有三个电机安装槽，第一手指、第二手指和第三手指分别安装在电机安装槽中，底盘固结在基座上，具有结构紧凑和控制简易的特点。由于本发明通过底盘安装在机械臂末端法兰上，因此，特别适合用于工业机器人末端的执行装置。
在本发明的另一较佳实施方式中，抓取物体时，当第二指骨碰到物体后，驱动电机带动第一指骨继续转动，第二指骨绕第三销轴反向转动并推动推杆沿管体运动，使压缩弹簧压缩，进而使第二指骨在物体表面滑移，直至欠驱动手指通过第一接触面、第二接触面与物体贴合，实现欠驱动手指与物体充分接触后，三指欠驱动机械手被动自适应物体的大小。本发明采用蜗轮蜗杆传动机构，具有自锁能力，在三指欠驱动机械手被动自适应物体大小的情况下，能稳定抓取不同的物体。
以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
图1是本发明的一个较佳实施例的三指欠驱动机械手的主视结构示意图；
图2是本发明的一个较佳实施例的三指欠驱动机械手的结构示意图；
图3是本发明的一个较佳实施例的三指欠驱动机械手的手指结构示意图；
图4是本发明的一个较佳实施例的三指欠驱动机械手的欠驱动手指结构爆炸图；
图5是本发明的一个较佳实施例的三指欠驱动机械手的手指基座结构示意图；
图6是本发明的一个较佳实施例的三指欠驱动机械手的压缩管结构爆炸图；
图7是本发明的一个较佳实施例的三指欠驱动机械手的抓取开始状态示意图；
图8是本发明的一个较佳实施例的三指欠驱动机械手的抓取状态示意图。
其中，1-底盘，2-基座，3-第一手指，4-第二手指，5-第三手指，6-驱动电机，7-蜗杆，8-手指基座，9-第一销轴，10-第一轴承，11-蜗轮，12-第二轴承，13-第二销轴，14-第二指骨，15-第三销轴，16-压缩管，17-第四销轴，18-第一指骨，19-管体，20-压缩弹簧，21-推杆，22-电机安装孔，23-第一接触面，24-第二接触面，25-手指安装槽。
具体实施方式
以下参考说明书附图介绍本发明的多个优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。
在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本发明并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件的厚度。
如图1和图2所示，一种具有形状自适应的三指欠驱动机械手，包括底盘1、基座2、第一手指3、第二手指4和第三手指5；其中，基座2上径向均匀设有三个电机安装槽25，第一手指3、第二手指4和第三手指5分别安装在电机安装槽25中，底盘1固结在基座2上；本发明结构紧凑，通过底盘1安装在机械臂末端法兰上，应用于不同工业机器人末端的执行装置。
如图4和图5所示，第一手指3、第二手指4、第三手指5是结构完全相同的欠驱动手指，包括驱动电机6、蜗杆7、手指基座8、第一销轴9、第一轴承10、蜗轮11、第二轴承12、第二销轴13、第二指骨14、第三销轴15、压缩管16、第四销轴17和第一指骨18。其中，第一销轴9两端分别套固在第一轴承10和第二轴承12上，第一轴承10和第二轴承12套固在手指基座8上；手指基座8上设有电机安装孔22，驱动电机6通过电机安装孔22固结在手指基座8上；蜗杆7固结在驱动电机6输出轴上，蜗轮11套设在第一销轴9上并与蜗杆7啮合；第一指骨18套设在第一销轴9上并与蜗轮11固结，第三销轴15和第四销轴17分别套固在第一指骨18上；第二指骨14套设在第三销轴15上，第二销轴13套固在第二指骨14上。
如图4和图6所示，压缩管16由管体19、压缩弹簧20和推杆21组成；其中，推杆21套设在管体19中，压缩弹簧20套设在推杆21和管体19中间；管体19套设在第四销轴17上，推杆21套设在第二销轴13上。
如图4和图6所示，欠驱动手指中第二销轴13、第二指骨14、第三销轴15、压缩管16和第四销轴17均安装在第一指骨18上，第二指骨14、压缩管16和第一指骨18组成连杆滑块机构。当欠驱动手指未抓取物体时，第二指骨14在压缩弹簧20作用下与第一指骨18呈90o的相对位置。当欠驱动手指自由运动时，驱动电机6转动带动蜗杆7旋转并使蜗轮11转动，由于第一指骨18与蜗轮11固结，因此，带动第一指骨18、第二销轴13、第二指骨14、第三销轴15、压缩管16和第四销轴17同时绕第一销轴9转动。
如图3和图4所示，第二指骨14上设有第一接触面23和第二接触面24。当欠驱动手指抓取物体时，在第二指骨14碰到物体之前，欠驱动手指按照自由运动方式运动。
如图4和图6所示，当欠驱动手指抓取物体时如图7，即三指欠驱动机械手的抓取开始状态，在第二指骨14碰到物体之后，驱动电机6继续转动，带动第一指骨18继续转动，第二指骨14绕第三销轴15反向转动并使推杆21沿管体19运动，压缩弹簧20压缩，第二指骨14在物体表面滑移，直到欠驱动手指通过第一接触面23、第二接触面24与物体贴合，实现欠驱动手指与物体充分接触。当欠驱动手指与物体充分接触后，驱动电机6继续施力，此时第一指骨18和第二指骨14不再转动，欠驱动手指与物体的接触力增大，驱动电机6的输入电流增大，当电流值达到设定值时，驱动电机6停止转动。由于蜗杆7和蜗轮11组成的传动机构具有反向自锁能力，因此，驱动电机6停止转动后继续保证欠驱动手指与物体稳定接触，此时的状态如图8，三指欠驱动机械手的抓取状态。
如图2和图6所示，第一手指3、第二手指4、第三手指5抓取物体过程中运动形式相同，第二指骨14都能被动地在物体表面滑移，与物体充分接触，因此，本发明控制简易且能抓取不同形状和尺寸的物体。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (4)

1.一种具有形状自适应的三指欠驱动机械手，其特征在于，包括底盘、基座、第一手指、第二手指和第三手指；其中，所述第一手指、第二手指和第三手指是结构完全相同的欠驱动手指，包括驱动电机、蜗杆、手指基座、第一销轴、第一轴承、蜗轮、第二轴承、第二销轴、第二指骨、第三销轴、压缩管、第四销轴和第一指骨；所述三指欠驱动机械手采用蜗轮蜗杆传动机构；
所述基座上径向均匀设有三个电机安装槽，所述第一手指、第二手指和第三手指分别安装在所述电机安装槽中，所述底盘固结在所述基座上；
所述手指基座上设有电机安装孔，所述驱动电机通过所述电机安装孔固结在所述手指基座上，所述第一轴承和第二轴承套固在所述手指基座上；
所述第一销轴两端分别套固在所述第一轴承和所述第二轴承上，所述蜗杆固结在所述驱动电机输出轴上，所述蜗轮套设在所述第一销轴上并与所述蜗杆啮合；
所述第一指骨套设在所述第一销轴上并与所述蜗轮固结，所述第三销轴和所述第四销轴分别套固在所述第一指骨上；
所述第二指骨套设在所述第三销轴上，所述第二指骨上设有第一接触面和第二接触面，所述第二销轴套固在所述第二指骨上；
所述压缩管由管体、压缩弹簧和推杆组成，所述推杆套设在所述管体中，所述压缩弹簧套设在所述推杆和所述管体中间，所述管体套设在所述第四销轴上，所述推杆套设在所述第二销轴上。
2.如权利要求1所述的具有形状自适应的三指欠驱动机械手，其特征在于，所述第二指骨与所述第一指骨的初始状态呈90°相对位置。
3.如权利要求1所述的具有形状自适应的三指欠驱动机械手，其特征在于，所述第二指骨能被动地在被抓取物体表面滑移，与物体充分接触。
4.如权利要求1所述的具有形状自适应的三指欠驱动机械手，其特征在于，所述三指欠驱动机械手通过所述底盘安装在机械臂末端法兰上。
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