CN108927823A - 一种手指可拆装的模块化欠驱动机械手 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种手指可拆装的模块化欠驱动机械手。包括动力驱动部分；手指转向部分；模块化手指和手指安装部分；其中动力驱动部分主要用于整个机械手抓取过程中的动力提供，包括步进电机、丝杆螺母副、同步机构、中部滑盘、支撑板一和滑盘导向杆；手指转向部分主要用于实现机械手不同的抓取模式，包括支撑板二、导向块、行程开关一、行程开关二、若干根连杆、限位器、舵机；模块化手指包括依次连接的顶部指尖结构、中部二指节和底部基指节；手指安装部分包括安装架，安装架顶部设有支撑板二安装孔和连杆安装孔，安装架上设有滑杆二，滑杆二上设有可沿滑杆二上下滑动的过渡滑块，过渡滑块一端与模块化手指的驱动滑块连接，另一端与中部滑盘连接。

Description

一种手指可拆装的模块化欠驱动机械手

技术领域

本发明涉及一种欠驱动机械手，具体涉及一种手指可拆装的模块化欠驱动机械手。

背景技术

机器人手爪作为机器人最后环节和执行部件，既是一个主动感知工作环境信息的感知器，又是末端的执行器，是一个高度集成的、具有多种感知功能和智能化的机电系统。类似人手的具有多个手指的机械手在完成灵巧动作上有着很大潜力，现有专利方案中大多数采用全驱动的工作方式，集成化程度低，并且工作方式单一，不能满足多种类的零件抓取，同时现有专利方案可开发程度低，在不能适应抓取新的零件后只能被更换下来。

此外，传统机械手只有一套手爪，抓取模式单一，在通用夹具和专用夹具中只能选择一种工作模式，如果需要改变工作方式，只能更换机械手，更换过程繁琐，并且要重置抓取控制程序，重新调试机器。并且传统机械手的控制系统过于复杂，需要结合力、位置、力矩等多个传感器的数据来确定抓取姿态。通用手指柔性化程度太低，指尖部分大多使用传统的刚性材料，不能适应一些易碎物品的抓取。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种手指可拆装的模块化欠驱动机械手。本发明的技术方案为：

一种手指可拆装的模块化欠驱动机械手，包括动力驱动部分；手指转向部分；模块化手指和手指安装部分；

所述动力驱动部分主要用于整个机械手抓取过程中的动力提供，包括步进电机、丝杆螺母副、同步机构、中部滑盘、支撑板一和滑盘导向杆，所述步进电机与所述丝杆螺母副通过所述同步机构进行传动；所述同步机构设置在所述支撑板一底部；所述中部滑盘与所述丝杆螺母副的螺母连接，并且所述中部滑盘在所述丝杆螺母副的带动下沿着所述滑盘导向杆上下移动；所述滑盘导向杆底部连接所述支撑板一，顶部连接所述手指转向部分的支撑板二；

所述手指转向部分主要用于实现机械手不同的抓取模式，所述手指转向部分包括支撑板二、导向块、行程开关一、行程开关二、若干根连杆、限位器、舵机，所述支撑板二上设有导轨，所述导向块设置于所述导轨上并且可以沿着所述导轨滑动，所述行程开关一和所述行程开关二分别位于所述导轨的两端，分别用于控制所述限位器的闭合；所述连杆的其中两根连杆彼此可转动连接后分别连接所述导向块和所述舵机，剩余连杆两端分别连接所述导向块和所述手指安装部分；所述限位器设置于所述导向块的下方；

所述模块化手指包括依次连接的顶部指尖结构、中部二指节和底部基指节，所述顶部指尖结构包括指尖骨架，所述指尖骨架上还设置有薄膜压力传感器；所述中部二指节包括四连杆机构和设置在所述四连杆机构外部的中部二指节板；所述四连杆机构包括耦合曲柄，所述耦合曲柄一端所述底部基指节的骨架顶部相连，另一端与所述底部基指节的驱动滑块通过驱动杆连接；所述底部基指节包括底部基指节骨架、滑杆一和驱动滑块，所述底部基指节骨架上设有滑杆一，所述滑杆一上设有所述驱动滑块，并且所述驱动滑块可沿所述滑杆一上下滑动；所述驱动滑块与所述手指安装部分的过渡滑块可拆卸连接；

所述手指安装部分包括安装架，所述安装架顶部设有所述支撑板二安装孔和所述连杆安装孔，所述安装架上设有滑杆二，所述滑杆二上设有可沿所述滑杆二上下滑动的过渡滑块，所述过渡滑块一端与所述驱动滑块可拆卸连接，另一端与所述中部滑盘可拆卸连接；所述安装架的上下两侧还设有将所述薄膜压力传感器与主控板连接的触点。

进一步地，所述连杆的数量为4根，其中两根连杆分别连接所述导向块和所述手指安装部分，另外两根连杆彼此可转动连接后分别连接所述导向块和所述舵机。

进一步地，所述指尖骨架外部套接有镂空橡胶。

进一步地，所述中部二指节板表面附有一层橡胶，所述橡胶可以增大抓取过程中手指和物体的接触面积。

进一步地，所述底部基指节还设有固定卡环，所述固定卡环也可以沿所述滑杆一上下滑动，所述固定卡环下部装有弹簧，所述弹簧用于保持所述固定卡环处于弹起状态。

进一步地，所述固定卡环的两侧还设有卡钩。

进一步地，所述安装架上还设有凸台，所述凸台与所述固定卡环上的卡钩可拆卸连接，起到进一步固定所述模块化手指的作用。

本发明的有益效果在于：本发明采用模块化欠驱动的设计理念，首先，在模块化手指上设计相应的安装机构，用于机械手的快速拆装；其次，可以根据实际的使用需求自由的选择相应的手指数目，即可以在3-6指中自由选择，同时还可以快速的更换专用夹具，免去拆装机械手的繁琐过程。只需要更换相应的手指就可以。同时我们在模块化手指上集成传感器的快速拆装接口，每次安装手指，传感器也直接快速的接入控制系统中，只需要更改控制程序中接触力的响应值即可，去重新调试机器的步骤。同时本发明还设有手指转位机构，以满足长条状物体的抓取。目前已满足更多零件的快速抓取。

附图说明

图1为本发明的模块化欠驱动机械手的结构示意图；

图2为本发明的模块化欠驱动机械手的动力驱动部分的结构示意图；

图3为本发明的模块化欠驱动机械手的手指转向部分的结构示意图；

图4为本实用的模块化欠驱动机械手的模块化手指的结构示意图；

图5为本发明的模块化欠驱动机械手的模块化手指基指节的结构示意图，其中图5-1为其中一个方向的结构示意图，图5-2为另一个方向的结构示意图；

图6为本发明的模块化欠驱动机械手的手指安装部分的结构示意图；

图7为本发明的模块化欠驱动机械手的动力驱动部分、手指安装部分以及模块化手指的安装示意图；

图8为本发明的手指转向部分的转向原理图：

图9为本发明的机械手其中3根沿中心对称手指的抓取模式示意图(其中2根可以发生转位)，其中图9-1为手指转向前的对心抓取模式示意图，图9-2为手指转向后的抓取模式示意图；

图10为本发明的机械手多指模式的结构示意图，其中图10-1为三指对称模式，图10-2为三指平行模式，图10-3为四指模式，图10-4为六指模式；图1-7中，1-动力驱动部分，2-手指转向部分，3-模块化手指，4-手指安装部分，5-步进电机，6-丝杆螺母副，7-同步带轮，8-同步带，9-张紧轮，10-中部滑盘，11-滑盘导向杆，12-导向块，13-连杆，14-行程开关一，15-行程开关二，16-限位器，17-舵机，18-四连杆机构的扭簧，19-导轨，20-电磁铁，21-顶部指尖结构，22-中部二指节，23-底部基指节，24-镂空橡胶，25-薄膜压力传感器，26-耦合曲柄，27-中部二指节板表面橡胶，28-驱动滑块，29-滑杆一，30-固定卡环，31-固定卡环下部弹簧，32-卡钩，33-安装架，34-过渡滑块，35-薄膜压力传感器与主控板连接的触点，36-销轴，37-凸台，38-丝杆螺母副螺母，39-丝杆螺母副底部轴承，40-锁紧螺钉，41-支撑板二安装孔，42-连杆安装孔，43-滑杆二，44-支撑板一，45-支撑板二，46-驱动杆，47-底部基指节骨架。

具体实施方式

在本发明的描述中，需要说明的是，术语‘顶部’、‘中部’、‘底部’、‘上’、‘下’、‘内’、‘外’等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，除非另有明确的规定和限定，术语‘安装’、‘相连’、‘连接’、‘对接’应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合附图和具体的实施例对本实用做进一步详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

本发明具体实施例提供一种手指可拆装的模块化欠驱动机械手，其结构如图1～7所示，包括动力驱动部分1；手指转向部分2；模块化手指3和手指安装部分4；

所述动力驱动部分1主要用于整个机械手抓取过程中的动力提供，其结构如图2所示，包括带减速器的步进电机5、丝杆螺母副6、同步机构、中部滑盘10、支撑板一44和滑盘导向杆11，所述步进电机5与所述丝杆螺母副6通过所述同步机构进行传动；所述同步机构包括同步带轮7、张紧轮9和同步带8；所述同步机构设置在所述支撑板一44底部；所述中部滑盘10与所述丝杆螺母副6的螺母38连接，并且所述中部滑盘10在所述丝杆螺母副6的带动下沿着所述滑盘导向杆11上下移动；所述滑盘导向杆11底部连接所述支撑板一44，顶部连接所述手指转向部分2的支撑板二45。当启动步进电机5，其带动丝杆螺母副6转动，丝杆螺母副6带动中部滑盘10沿着滑盘导向杆11上下移动，由于中部滑盘10经手指安装部分4的过渡滑块34与模块化手指3的驱动滑块28连接，进而推动模块化手指3的驱动滑块28沿着滑杆一29上下运动，驱动滑块28又通过驱动杆46对耦合曲柄26施力，最终控制机械手手指3张合。

所述手指转向部分2主要用于实现所述模块化手指3不同的抓取模式，其结构如图3所示，包括支撑板二45、导向块12、连杆13、行程开关一14、行程开关二15、限位器16、舵机17，所述支撑板二45上设有导轨19，所述导向块12设置于所述导轨19上并且可以沿着所述导轨19滑动，所述行程开关一14和所述行程开关二15分别位于所述导轨19的两端，所述行程开关一14和所述行程开关二15均与主控板连接，分别用于控制所述限位器的起降；所述连杆13的数量为4根，其中两根连杆两端分别连接所述导向块12和所述手指安装部分4，另外两根连杆彼此可转动连接后分别连接所述导向块12和所述舵机17；所述限位器16设置于所述导向块12下方，限位器16下方设置有一块电磁铁20，该电磁铁20与主控板连接，当导向块12触动行程开关一14时，行程开关一14将信号传输到主控板，主控板控制电磁铁20降下，进而限位器16在电磁铁20作用下也降下，舵机17驱动可转动连接的两根连杆带动导向块12沿着导轨19滑动，导向块12再带动另外两根连杆进而带动手指安装部分4转动，手指安装部分4进而带动手指3转动，导向块12滑动至导轨19的另一端后触发行程开关二15，行程开关二15将信号传输到主控板，主控板控制电磁铁20升起，限位器16升起，导向块12停止滑动，模块化手指3转位完成。手指转向部分2的转向原理如图8所示，在本实施例中，两根与手指转向部分连接的连杆带动两根模块化手指发生转动，初始状态时，导向块位于行程开关一一端，两根连杆呈0°角，当导向块滑动至行程开关二后，两根连杆呈60°角，转位完成。抓取模式如图9所示，转向前为对心抓取，用于一般抓取，对于太长的物体可以在转向后进行抓取。

所述模块化手指3的结构如图4和5所示，包括依次连接的顶部指尖结构21、中部二指节22和底部基指节23，所述顶部指尖结构21包括指尖骨架和套接在所述指尖骨架外部的镂空橡胶24，所述指尖骨架和所述镂空橡胶之间还设置有薄膜压力传感器25；所述中部二指节22包括四连杆机构和设置在所述四连杆机构外部的中部二指节板；所述四连杆机构包括耦合曲柄26，所述耦合曲柄26一端所述底部基指节23的骨架47顶部相连，另一端与所述底部基指节23的驱动滑块28通过驱动杆46连接；所述中部二指节板表面附有一层橡胶27，该橡胶可以增大抓取过程中手指和物体的接触面积；所述底部基指节23部分包括底部基指节骨架47、驱动滑块28、滑杆一29和固定卡环30，所述底部基指节骨架47上设有滑杆一29，所述滑杆一29上设有所述驱动滑块28，并且所述驱动滑块28可沿所述滑杆一29上下滑动；所述驱动滑块30与所述手指安装部分4的过渡滑块34对接；所述固定卡环30也设置于所述滑杆一29上并可以沿所述滑杆一29上下滑动，所述固定卡环30下部装有弹簧31，所述弹簧31用于保持所述固定卡环30处于弹起状态，所述固定卡环30的两侧还设有卡钩32，所述卡钩32与所述手指安装部分4的凸台37对接，起到进一步固定所述模块化手指3的作用。模块化手指3和手指安装部分4的对接过程为：先拉下固定卡环30，将驱动滑块28与过渡滑块34对接后使固定卡环30与凸台37卡紧，最后再拧紧锁定螺钉40(如图5所示)。本实施例的模块化手指数量为6根，对称排布在手指转向部分周围，其中2根手指经手指安装部分与连接有连杆的转向机构连接，可以发生转位，剩余4根手指经手指安装部分固定在手指转向部分上，不能发生转位。

所述手指安装部分4的结构如图6所示，包括安装架33，所述安装架33顶部设有所述支撑板二安装孔41和所述连杆安装孔42，所述安装架33上设有滑杆二43，所述滑杆二43上设有可沿所述滑杆二43上下滑动的过渡滑块34，所述过渡滑块34一端与所述驱动滑块28对接，另一端与所述中部滑盘10连接；所述安装架33的上下两侧还设有将所述薄膜压力传感器25与主控板连接的触点35；所述支撑板二安装孔41用于通过销轴36将所述手指安装部分4以可转动连接方式固定在所述手指转向部分2上，所述连杆安装孔42则用于将直接与所述导向块12连接的连杆另一端安装在所述手指安装部分4上，进而实现手指安装部分4在0～60°的固定角度内转动，手指安装部分4再带动模块化手指转动；所述安装架33上还设有凸台37，所述凸台37与所述固定卡环30上的卡钩32对接，起到进一步固定所述模块化手指3的作用。

图7提供了本发明的机械手的动力驱动部分、手指安装部分以及模块化手指的安装示意图。

此外，在本实施例这种六指模式的机械手中，还可有多种手指拼合模式，如图10所示。

综上，本发明采用模块化欠驱动的设计理念，首先，在模块化手指上设计相应的安装机构，用于机械手的快速拆装；其次，可以根据实际的使用需求自由的选择相应的手指数目，即可以在3-6指中自由选择，同时还可以快速的更换专用夹具，免去拆装机械手的繁琐过程。只需要更换相应的手指就可以。同时我们在模块化手指上集成传感器的快速拆装接口，每次安装手指，传感器也直接快速的接入控制系统中，只需要更改控制程序中接触力的响应值即可，去重新调试机器的步骤。同时本发明还设有手指转位机构，以满足长条状物体的抓取。此外，本发明还提高模块化手指的柔性化程度，将指尖全部换成镂空橡胶的柔性材料，对一些易碎物品的抓取更为可靠。目前已满足更多零件的快速抓取。

尽管上面已经示出和描述了本实用的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用的限制，本领域的普通技术人员在本实用的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (7)

1.一种手指可拆装的模块化欠驱动机械手，其特征在于，包括动力驱动部分；手指转向部分；模块化手指和手指安装部分；

所述动力驱动部分主要用于整个机械手抓取过程中的动力提供，包括步进电机、丝杆螺母副、同步机构、中部滑盘、支撑板一和滑盘导向杆，所述步进电机与所述丝杆螺母副通过所述同步机构进行传动；所述同步机构设置在所述支撑板一底部；所述中部滑盘与所述丝杆螺母副的螺母连接，并且所述中部滑盘在所述丝杆螺母副的带动下沿着所述滑盘导向杆上下移动；所述滑盘导向杆底部连接所述支撑板一，顶部连接所述手指转向部分的支撑板二；

所述手指转向部分主要用于实现机械手不同的抓取模式，所述手指转向部分包括支撑板二、导向块、行程开关一、行程开关二、若干根连杆、限位器、舵机，所述支撑板二上设有导轨，所述导向块设置于所述导轨上并且可以沿着所述导轨滑动，所述行程开关一和所述行程开关二分别位于所述导轨的两端，分别用于控制所述限位器的闭合；所述连杆的其中两根连杆彼此可转动连接后分别连接所述导向块和所述舵机，剩余连杆两端分别连接所述导向块和所述手指安装部分；所述限位器设置于所述导向块的下方；

所述模块化手指包括依次连接的顶部指尖结构、中部二指节和底部基指节，所述顶部指尖结构包括指尖骨架，所述指尖骨架上还设置有薄膜压力传感器；所述中部二指节包括四连杆机构和设置在所述四连杆机构外部的中部二指节板；所述四连杆机构包括耦合曲柄，所述耦合曲柄一端所述底部基指节的骨架顶部相连，另一端与所述底部基指节的驱动滑块通过驱动杆连接；所述底部基指节包括底部基指节骨架、滑杆一和驱动滑块，所述底部基指节骨架上设有滑杆一，所述滑杆一上设有所述驱动滑块，并且所述驱动滑块可沿所述滑杆一上下滑动；所述驱动滑块与所述手指安装部分的过渡滑块可拆卸连接；

所述手指安装部分包括安装架，所述安装架顶部设有所述支撑板二安装孔和所述连杆安装孔，所述安装架上设有滑杆二，所述滑杆二上设有可沿所述滑杆二上下滑动的过渡滑块，所述过渡滑块一端与所述驱动滑块可拆卸连接，另一端与所述中部滑盘可拆卸连接；所述安装架的上下两侧还设有将所述薄膜压力传感器与主控板连接的触点。

2.根据权利要求1所述的一种手指可拆装的模块化欠驱动机械手，其特征在于，所述连杆的数量为4根，其中两根连杆分别连接所述导向块和所述手指安装部分，另外两根连杆彼此可转动连接后分别连接所述导向块和所述舵机。

3.根据权利要求1所述的一种手指可拆装的模块化欠驱动机械手，其特征在于，所述指尖骨架外部套接有镂空橡胶。

4.根据权利要求1所述的一种手指可拆装的模块化欠驱动机械手，其特征在于，所述中部二指节板表面附有一层橡胶。

5.根据权利要求1所述的一种手指可拆装的模块化欠驱动机械手，其特征在于，所述底部基指节还设有固定卡环，所述固定卡环也可以沿所述滑杆一上下滑动，所述固定卡环下部装有弹簧。

6.根据权利要求5所述的一种手指可拆装的模块化欠驱动机械手，其特征在于，所述固定卡环的两侧还设有卡钩。

7.根据权利要求6所述的一种手指可拆装的模块化欠驱动机械手，其特征在于，所述安装架上还设有凸台，所述凸台与所述固定卡环上的卡钩可拆卸连接。