CN108972602B

CN108972602B - 具有线性平行抓取的连杆齿轮滑槽机器人手指装置

Info

Publication number: CN108972602B
Application number: CN201810924936.1A
Authority: CN
Inventors: 罗超; 张文增
Original assignee: Tsinghua University
Current assignee: Tsinghua University
Priority date: 2018-08-14
Filing date: 2018-08-14
Publication date: 2021-08-17
Anticipated expiration: 2038-08-14
Also published as: CN108972602A

Abstract

一种具有线性平行抓取的连杆齿轮滑槽机器人手指装置，属于机器人手技术领域，包括基座、电机、传动机构、第一传动轮、第二传动轮、连杆、第一指段、第二指段、近关节轴、远关节轴、第一轴、第二轴、第三轴、第四轴和第五轴。该装置实现了机器人手指直线平行夹持的功能；该装置夹持物体时，第二指段始终保持直线的运动轨迹，能直线平动第二指段捏持物体，适合用于工作台上抓取薄板状物体；该装置抓取范围大；利用一个驱动器驱动两个指段，驱动方式简单，无需复杂的传感和控制系统；该装置结构紧凑、体积小，制造和维护成本低，适用于机器人手。

Description

具有线性平行抓取的连杆齿轮滑槽机器人手指装置

技术领域

本发明属于机器人手技术领域，特别涉及一种具有线性平行抓取的连杆齿轮滑槽机器人手指装置的结构设计。

背景技术

机器人手是机器人系统实现抓取功能的重要装置。抓取物体的方法是从相对的两个方向限制住物体在该方向上的运动可能性。物体在空间中的运动存在多个方向，为了限制所抓物体的各种运动可能性，需要机器人手针对不同的抓取对象展现不同的抓取模式，从而限制物体各个方向的运动。平行夹持抓取(简称平夹抓取)是一种常见的抓取方式，末端指段在运动过程中始终保持相对手掌基座相对固定的姿态，在抓取过程中，相对的两个手指或者多个手指在物体的两个或多个侧面接触物体并施加抓持力，并且通过手指表面的弹性变形材料来获得软指面从来改善抓取的稳定性，这种平行夹持的机器人手装置已经被广泛应用，称之为工业夹持器。工业夹持器是指具有两个或多个手指，手指上没有关节或多个耦合运动的关节的装置，在抓取物体时使用平行夹持的方式，或末端对物体进行捏持，这种抓取方式针对日常物品是有效的，能够达到最多种类的物体抓取。

具有直线平动夹持功能的机器人手已经被发明出来，如专利WO2016063314A1，包括基座、驱动器、过渡传动机构、第一指段、第二指段、八个连杆、多个转轴等。该装置能够实现第二指段的直线平动，利用第二指段的直线平行移动对物体实现直线平行夹持的功能。其不足之处在于：该装置零件数量多，结构复杂，工作空间小。

发明内容

本发明的目的是为了克服已有技术的不足之处，提供一具有线性平行抓取的连杆齿轮滑槽机器人手指装置。该装置能直线平动第二指段夹持物体，在平动第二指段夹持物体阶段，第二指段末端始终保持直线的轨迹运动，适合在工作台上抓取薄板物体，减少机械臂编程需求；结构简单，无需复杂的传感和控制系统。

本发明的技术方案如下：

本发明设计具有线性平行抓取的连杆齿轮滑槽机器人手指装置，包括基座、驱动器、传动机构、第一指段、第二指段、近关节轴和远关节轴；所述驱动器与基座固接；所述驱动器的输出端与传动机构的输入端相连；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；所述第二指段套接在远关节轴上；所述近关节轴的中心线与远关节轴的中心线相互平行；其特征在于：该具有线性平行抓取的连杆齿轮滑槽机器人手指装置还包括第一传动轮、第二传动轮、连杆、第一轴、第二轴、第三轴、第四轴和第五轴；所述第一轴套设在基座中；所述第一传动轮套接在第一轴上；所述第二轴套设在基座中；所述第二传动轮套接在第二轴上；所述第一传动轮与传动机构的输出端相连；所述第二传动轮与传动机构的输出端相连；所述第二传动轮与第一传动轮的转动方向相同，所述第二传动轮与第一传动轮的转动速度相同；所述近关节轴套设在第一传动轮中；所述第三轴套设在第二传动轮中；所述第四轴套设在第二指段中；所述连杆的一端套接在第三轴上，连杆的另一端套接在第四轴上；所述连杆上设置有滑槽，所述滑槽为直线滑槽；所述第五轴套设在基座中；所述第五轴滑动镶嵌在滑槽中；设近关节轴、远关节轴、第一轴、第二轴、第三轴、第四轴和第五轴的中心点分别为A、B、C、D、E、F、G，点E、G、F共线，线段AB和线段EF长度相等，线段AE和线段BF长度相等，线段CD和线段AE长度相等，线段AC和线段DE长度相等，线段DG的长度为线段DE长度的1.5倍，线段AB的长度为线段AC的6倍；点A、B、F、E构成平行四边形；所述第五轴在滑槽中的滑动方向与线段EF重合；所述近关节轴、远关节轴、第一轴、第二轴、第三轴、第四轴和第五轴的中心线相互平行。

本发明设计的具有线性平行抓取的连杆齿轮滑槽机器人手指装置，其特征在于：所述驱动器采用电机、气缸、液压缸或内燃机。

本发明设计的具有线性平行抓取的连杆齿轮滑槽机器人手指装置，其特征在于：所述传动机构采用齿轮传动机构、带轮传动机构、蜗轮蜗杆传动机构、链轮传动机构和绳轮传动机构中的一种或几种的组合。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和突出性效果：

本发明装置利用驱动器、传动机构、多个齿轮、连杆和多个轴等综合实现了机器人手指直线平行夹持的功能；该装置能直线平动第二指段夹持物体，在平动第二指段夹持物体阶段，第二指段末端始终保持直线的轨迹运动，适合在工作台上抓取薄板物体，减少机械臂编程需求；仅用一个驱动器驱动，结构简单紧凑，成本低，无需复杂的传感和控制系统，适用在机器人需要抓取和操作不同尺寸物体的场合，降低人工编程、调试和维修等工作需求，提高生产效率，改善加工、制造领域的智能水平。

附图说明

图1是本发明设计的具有线性平行抓取的连杆齿轮滑槽机器人手指装置的一种实施例的立体外观图(未画出部分零件)。

图2是图1所示实施例的一个正视图。

图3是图1所示实施例的侧视图(图2的右视图)。

图4是图1所示实施例的从一个角度观察的立体视图。

图5是图1所示实施例的爆炸视图。

图6是图1所示实施例平动第二指段的动作过程示意图。

图7是图1所示实施例以直线平行夹持的方式抓取桌面上物体的动作过程示意图。

图8是图1所示实施例的直线机构的原理图。

在图1至图8中：

1－基座， 11－驱动器， 12－传动机构， 21－第一指段，

22－第二指段， 31－近关节轴， 32－远关节轴， 41－第一传动轮，

42－第二传动轮， 51－第一轴， 52－第二轴， 53－第三轴，

54－第四轴， 55－第五轴， 61－连杆， 70－物体。

具体实施方式

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。

本发明设计的具有线性平行抓取的连杆齿轮滑槽机器人手指装置的一种实施例，如图1至图5所示，包括基座1、驱动器11、传动机构12、第一指段21、第二指段22、近关节轴31和远关节轴32；所述驱动器11与基座1固接；所述驱动器11的输出端与传动机构12的输入端相连；所述第一指段21套接在近关节轴31上；所述远关节轴32套设在第一指段21中；所述第二指段22套接在远关节轴32上；所述近关节轴31的中心线与远关节轴32的中心线相互平行；其特征在于：该具有线性平行抓取的连杆齿轮滑槽机器人手指装置还包括第一传动轮41、第二传动轮42、连杆61、第一轴51、第二轴52、第三轴53、第四轴54和第五轴55；所述第一轴51套设在基座1中；所述第一传动轮41套接在第一轴51上；所述第二轴52套设在基座1中；所述第二传动轮42套接在第二轴52上；所述第一传动轮41与传动机构12的输出端相连；所述第二传动轮42与传动机构12的输出端相连；所述第二传动轮42与第一传动轮41的转动方向相同，所述第二传动轮42与第一传动轮41的转动速度相同；所述近关节轴31套设在第一传动轮41中；所述第三轴53套设在第二传动轮42中；所述第四轴54套设在第二指段22中；所述连杆61的一端套接在第三轴53上，连杆61的另一端套接在第四轴54上；所述连杆61上设置有滑槽，所述滑槽为直线滑槽；所述第五轴55套设在基座1中；所述第五轴55滑动镶嵌在滑槽中；设近关节轴31、远关节轴32、第一轴51、第二轴52、第三轴53、第四轴54和第五轴55的中心点分别为A、B、C、D、E、F、G，点E、G、F共线，线段AB和线段EF长度相等，线段AE和线段BF长度相等，线段CD和线段AE长度相等，线段AC和线段DE长度相等，线段DG的长度为线段DE长度的1.5倍，线段AB的长度为线段AC的6倍；点A、B、F、E构成平行四边形；所述第五轴55在滑槽中的滑动方向与线段EF重合；所述近关节轴31、远关节轴32、第一轴51、第二轴52、第三轴53、第四轴54和第五轴55的中心线相互平行。

本发明设计的具有线性平行抓取的连杆齿轮滑槽机器人手指装置的一种实施例，其特征在于：所述驱动器11采用电机、气缸、液压缸或内燃机。

本发明设计的具有线性平行抓取的连杆齿轮滑槽机器人手指装置的一种实施例，其特征在于：所述传动机构12采用齿轮传动机构、带轮传动机构、蜗轮蜗杆传动机构、链轮传动机构和绳轮传动机构中的一种或几种的组合。

本实施例的工作原理，结合附图叙述如下：

抓取物体70时，驱动器11开始工作，通过传动机构12使得第一传动轮41和第二传动轮42转动，因为由第二轴52、第三轴53、第四轴54、第五轴55和连杆61组成的机构满足图8所示的直线机构原理，所以第四轴54的运动轨迹为一条直线。在图8中，点E’是点E运动到中间某个位置的对应点，点F’是点F运动到中间某个位置的对应点。第二传动轮42与第一传动轮41的转动方向相同，第二传动轮42与第一传动轮41的转动速度相同，且线段AC与线段DE长度相等，同时由于点A、B、F、E构成平行四边形，所以远关节轴32的运动轨迹也是一条直线，第二指段22套接在远关节轴32上，第四轴54套设在第二指段22中，所以第二指段22沿着直线平动，其末端运动轨迹为直线。驱动器11持续工作，直到第二指段22基础物体70，抓取结束。从而实现该装置的直线平夹功能。如图6和图7所示。

释放物体时，驱动器反向工作，与上述过程刚好相反，不再赘述。

本发明装置利用驱动器、传动机构、连杆和多个轴等综合实现了机器人手指直线平行夹持抓取的功能；能直线平动第二指段夹持物体，在直线平动第二指段夹持物体阶段，第二指段末端始终保持直线的轨迹运动，适合在工作台上抓取薄板物体，减少机械臂编程需求；仅用一个电机驱动两个关节，结构简单紧凑，成本低，无需复杂的传感和控制系统，适用在机器人需要抓取和操作不同尺寸物体的场合，降低人工编程、调试和维修等工作需求，提高生产效率，改善加工、制造领域的智能水平。

Claims

1.一种具有线性平行抓取的连杆齿轮滑槽机器人手指装置，包括基座、驱动器、传动机构、第一指段、第二指段、近关节轴和远关节轴；所述驱动器与基座固接；所述驱动器的输出端与传动机构的输入端相连；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；所述第二指段套接在远关节轴上；所述近关节轴的中心线与远关节轴的中心线相互平行；其特征在于：该具有线性平行抓取的连杆齿轮滑槽机器人手指装置还包括第一传动轮、第二传动轮、连杆、第一轴、第二轴、第三轴、第四轴和第五轴；所述第一轴套设在基座中；所述第一传动轮套接在第一轴上；所述第二轴套设在基座中；所述第二传动轮套接在第二轴上；所述第一传动轮与传动机构的输出端相连；所述第二传动轮与传动机构的输出端相连；所述第二传动轮与第一传动轮的转动方向相同，所述第二传动轮与第一传动轮的转动速度相同；所述近关节轴套设在第一传动轮中；所述第三轴套设在第二传动轮中；所述第四轴套设在第二指段中；所述连杆的一端套接在第三轴上，连杆的另一端套接在第四轴上；所述连杆上设置有滑槽，所述滑槽为直线滑槽；所述第五轴套设在基座中；所述第五轴滑动镶嵌在滑槽中；设近关节轴、远关节轴、第一轴、第二轴、第三轴、第四轴和第五轴的中心点分别为A、B、C、D、E、F、G，点E、G、F共线，线段AB和线段EF长度相等，线段AE和线段BF长度相等，线段CD和线段AE长度相等，线段AC和线段DE长度相等，线段DG的长度为线段DE长度的1.5倍，线段AB的长度为线段AC的6倍；点A、B、F、E构成平行四边形；所述第五轴在滑槽中的滑动方向与线段EF重合；所述近关节轴、远关节轴、第一轴、第二轴、第三轴、第四轴和第五轴的中心线相互平行。

2.如权利要求1所述的具有线性平行抓取的连杆齿轮滑槽机器人手指装置，其特征在于：所述驱动器采用电机、气缸、液压缸或内燃机。

3.如权利要求1所述的具有线性平行抓取的连杆齿轮滑槽机器人手指装置，其特征在于：所述传动机构采用齿轮传动机构、带轮传动机构、蜗轮蜗杆传动机构、链轮传动机构和绳轮传动机构中的一种或几种的组合。