CN108994863A - 一种机器人手指机构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种机器人手指机构,包括电机、丝杠、机座、丝母、套、上杆、下杆、外侧杆、柔性测力杆组和摆指;柔性测力杆组包括上轴、导套、弹簧、端盖、力传感器和下轴,柔性测力杆组在套中滑动。上轴的一端和弹簧设置在导套空腔内,上轴两端分别与摆指转动联接和导套滑动联接,导套另一端与端盖固连。弹簧两端抵在上轴的大圆柱体和端盖上,力传感器两端分别与端盖和下轴固定连接,下轴另一端与机座转动联接。下杆两端分别与丝母和套转动联接;侧杆两端分别与机座和套转动联接,上杆两端分别与套和摆指转动联接;电机驱动丝母在机座导槽内滑动,从而使机器人手指弯曲或张开。该机器人手指机构,在感知抓取力的同时又有柔性安全大载荷抓取能力。

Description

一种机器人手指机构
技术领域
[0001] 本发明涉及机器人技术领域,特别是涉及一种机器人手指机构。
背景技术
[0002] 机器人手指机构是指安装于机器人手臂末端,直接作用于工作对象的装置。工业 机器人所要完成的各种操作,最终都须通过手指来实现。手指的结构、重量、尺寸对于机器 人整体的运动学和动力学性能,有直接的、显著的影响。手指设计是机器人手部设计中一个 重要的环节,随着机器人技术的发展,出现了多种形式的机器人手指。手指一般常采用刚性 的,抓取面按物体外形包络线形成凹陷或V形槽。目前机器人手指机构驱动分为腱绳牵引驱 动、刚性连杆驱动和气动。由于腱绳牵引驱动手指结构紧凑的适合手指小体积要求,近年来 这类创新手指机构较多,如,2018年发明授权专利CN105798943B流体式无级锁定绳簧自适 应机器人手指装置,2017年发明授权专利CN105415388B—种腱驱动的机器人手指机构, 2012年发明授权专利CN101797753B腱绳并联灵巧欠驱动仿生机器人手指装置;2009年发明 授权专利CN100519104B交叉腱绳三关节欠驱动机器人手指装置,发明授权CN100551640B腱 绳齿轮欠驱动机器人手指装置等。比较和分析发现,腱绳牵引驱动手指运动精度较低,牵引 腱绳直径过大,摩擦阻力较大,容易磨损磨断,牵引腱绳直径过小,承载力较小,容易被拉 断。为此人们也不断研宄连杆机构与齿轮或凸轮复合的机器人手指,如2018年发明授权 CN105666509B三自由度表面可动机器人手指单元装置,发明授权CN105965529B偏心轮摆杆 滑槽式耦合自适应机器人手指装置,发明授权专利CN105798936B空程接触式齿轮平夹自适 应机器人手指装置;2017年发明授权CN105619438B连杆流体平夹自适应机器人手指装置 等,发明授权专利CN102935642B连杆键槽式耦合欠驱动双关节机器人手指装置。发明授权 专利CN102717394B锥齿轮耦合式灵巧机器人手指装置。发明授权专利CN102717393B连杆耦 合式灵巧机器人手指装置等。上述专利虽然提高了机器人手指承载力和转动精度,但结构 又比较复杂,体积大,难以满足机器人手指小操作空间要求。为了安全操作,还应力求实现 手指感知抓取力。在这方面,2017发明授权CN105666506B机器人手指,将触觉传感器与指尖 连接。2015发明授权CN103263256B提出:用于在传统中医中感测人脉搏的方法和设备,2013 年发明授权CN102303316B提出:多传感器反馈自适应机器人手指装置及其控制方法,发明 授权CN100478662提出:三维指力传感器及其信息获取方法,2〇〇6发明授权CNl280〇e9C提 出:一种柔性触觉传感器及触觉信息检测方法。目前在实现机器人手指感知力的同时,又要 具有三弯柔性安全抓取,一直是人们努力的方向。
发明内容
[0003] 本发明的目的是提供一种机器人手指机构,以解决上述现有技术存在的问题,使 手指在感知抓取力的同时,又具有柔性安全大载荷抓取能力。
[0004] 为实现上述目的,本发明提供了如下方案:
[0005] 本发明提供一种机器人手指机构,包括机座、电机、丝杠、丝母、柔性测力杆组、套、 上杆、下杆、侧杆和摆指,所述机座上设有偏心水平孔一、中心水平孔、垂直通孔和机座导 槽,偏心水平孔一和中心水平孔相互平行,所述垂直通孔与所述中心水平孔正交,所述丝母 设有螺纹通孔、偏心水平孔二和侧面,所述丝母设在所述机座导槽中,所述丝母的侧面与所 述机座导槽滑动接触•,所述套上设有一同轴的中心垂直通孔,所述套上还设有相互平行且 垂直于所述套的轴线的外侧水平孔一、内侧上水平孔和内侧下水平孔,所述摆指设有相互 平行的内侧水平孔和外侧水平孔二,所述上杆、所述下杆和所述侧杆两端都设有相互平行 的通孔;
[0006] 所述柔性测力杆组包括上轴、导套、弹簧、端盖、力传感器和下轴,所述上轴为长圆 柱,所述长圆柱上端设有垂直于所述上轴轴线的上水平通孔,所述长圆柱下端同轴设有大 圆柱体,所述端盖同轴设有端盖螺纹通孔,所述导套上部、中部、下部同轴依次设有相互连 通的小通孔、空腔孔和大螺纹孔,所述下轴的上端同轴设有下轴螺纹孔,所述下轴的下端设 有垂直于所述下轴轴线的下水平通孔;
[0007] 所述上轴的所述大圆柱体设在导套的空腔孔中轴向滑动,端盖与所述导套下端的 大螺纹孔螺纹固连,弹簧设在所述导套的空腔孔中,弹簧两端抵在所述大圆柱体和所述端 盖上;所述力传感器两端的螺杆分别与端盖螺纹通孔和下轴螺纹孔螺纹连接;柔性测力杆 组设在套的中心垂直通孔内,上轴的上水平通孔和下轴的下水平通孔分别与摆指的外侧水 平孔二和机座的中心水平孔用销转动连接;上杆两端分别与摆指的内侧水平孔和套的内侧 上水平孔用销转动连接,下杆两端分别与套的内侧下水平孔和丝母的偏心水平孔二用销转 动连接,侧杆两端分别与套的外侧水平孔一和机座的偏心水平孔一用销转动连接;电机与 机座固连,电机驱动轴穿过机座的垂直通孔与丝杠同轴键连接,丝杠与丝母螺旋连接。
[0008] 本发明相对于现有技术取得了以下技术效果:
[0009] 本发明提供的机器人手指机构,电机驱动丝母沿远离或靠近套的方向在机座导槽 内往复滑动时,由于下杆、侧杆以及上杆的拉力作用,套会相对于柔性测力杆组发生轴向移 动,同时下轴会相对于机座转动,摆指也会相对于上轴转动,从而驱动下杆、套、上杆和摆指 实现三弯摆动。摆指弯曲时,力经过摆指依次传递给上轴、弹簧、端盖和力传感器,通过力传 感器即可测得摆指接触力,即在机器人手指机构抓取同时可以测量手指抓取力。当抓取力 超过规定值时,大圆柱体将压缩弹簧,实现摆指柔性抓取。本发明提供的机器人手指机构, 抓取力大、驱动数少、手指大转角三转动、结构简单紧凑、易控制。
附图说明
[0010] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例中所 需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施 例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获 得其他的附图。
[0011 ]图1为本发明提供的机器人手指机构的一个状态的纵向截面剖视图;
[0012]图2为图1中的机器人手指机构的另一状态的纵向截面剖视图;
[0013]图中:1-电机;2-机座;21-机座导槽;3-丝杠;4-丝母;5-下杆;6-侧杆;7-套;8-上 杆;9-摆指;10-柔性测力杆组;101-下轴;102-力传感器;103-端盖;104-弹簧;105-导套; 106-上轴。
具体实施方式
[0014]下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完 整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于 本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他 实施例,都属于本发明保护的范围。
[0015] 本发明的目的是提供一种机器人手指机构,以解决上述现有技术存在的问题,使 手指在感知抓取力的同时,又具有柔性安全大载荷抓取能力。
[0016] 为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合附图和具体实 施方式对本发明作进一步详细的说明。
[0017] 本发明提供一种机器人手指机构,如图1〜2所示,包括机座2、电机1、丝杠3、丝母 4、柔性测力杆组1〇、套7、上杆8、下杆5、侧杆6和摆指9,机座2上设有偏心水平孔一、中心水 平孔、垂直通孔和机座导槽21,偏心水平孔一和中心水平孔相互平行,垂直通孔与中心水平 孔正交,丝母4设有螺纹通孔、偏心水平孔二和侧面,丝母4设在机座导槽21中,丝母4的侧面 与机座导槽21滑动接触;套7上设有一同轴的中心垂直通孔,套7上还设有相互平行且垂直 于套7的轴线的外侧水平孔一、内侧上水平孔和内侧下水平孔,摆指9设有相互平行的内侧 水平孔和外侧水平孔二,上杆8、下杆5和侧杆6两端都设有相互平行的通孔;
[0018] 柔性测力杆组10包括上轴106、导套105、弹簧104、端盖103、力传感器102和下轴 101,上轴106为长圆柱,上轴106的长圆柱上端设有垂直于上轴轴线的上水平通孔,上轴106 的长圆柱下端同轴设有大圆柱体,端盖103同轴设有端盖螺纹通孔,导套105的上部、中部、 下部同轴依次设有相互连通的小通孔、空腔孔和大螺纹孔,下轴101的上端同轴设有下轴螺 纹孔,下轴101的下端设有垂直于下轴101轴线的下水平通孔;
[0019] 上轴106的大圆柱体设在导套105的空腔孔中轴向滑动,端盖103与导套105下端的 大螺纹孔螺纹固连,弹簧104设在导套105的空腔孔中,弹簧104两端抵在大圆柱体和端盖 103上;力传感器102两端的螺杆分别与端盖螺纹通孔和下轴螺纹孔螺纹连接;柔性测力杆 组10设在套7的中心垂直通孔内,上轴106的上水平通孔和下轴101的下水平通孔分别与摆 指9的外侧水平孔二和机座2的中心水平孔用销转动连接;上杆8两端的通孔分别与摆指9的 内侧水平孔和套7的内侧上水平孔用销转动连接,下杆5两端的通孔分别与套7的内侧下水 平孔和丝母4的偏心水平孔二用销转动连接,侧杆6两端的通孔分别与套7的外侧水平孔一 和机座2的偏心水平孔一用销转动连接;电机1与机座2固连,电机1驱动轴穿过机座2的垂直 通孔与丝杠3同轴键连接,丝杠3与丝母4的螺纹通孔螺旋连接。
[0020] 如图2所示,电机1启动后,即可通过丝杠3将动力传递给丝母4,并驱动丝母4在丝 杠3上轴向往复移动,即使丝母4沿远离或靠近套7的方向在机座导槽21内往复滑动,并带动 套7相对于柔性测力杆组10发生轴向移动,使机器人手指弯曲或张开。电机驱动丝母4沿远 离或靠近套7的方向在机座导槽21内往复滑动时,由于下杆5、侧杆6以及上杆8的拉力作用, 套7会相对于柔性测力杆组10发生轴向移动,同时下轴101会相对于机座2转动,摆指9也会 相对于上轴106转动,从而驱动下杆5、套7、上杆8和摆指9实现三弯摆动。摆指9弯曲时,力经 过摆指9依次传递给上轴106、弹簧104、端盖1〇3和力传感器102,通过力传感器102即可测得 摆指9接触力,即在机器人手指机构抓取同时可以测量手指抓取力。当抓取力超过规定值 时,上轴106上的大圆柱体将压缩弹簧1 〇4,实现摆指9柔性抓取。本发明提供的机器人手指 机构,抓取力大、驱动数少、手指大转角三转动、结构简单紧凑、易控制。
[0021] 本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述,以上实施例的 说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想;同时,对于本领域的一般技术人员,依 据本发明的思想,在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述,本说明书内容 不应理解为对本发明的限制。

Claims (1)

1. 一种机器人手指机构,其特征在于:包括机座、电机、丝杠、丝母、柔性测力杆组、套、 上杆、下杆、侧杆和摆指,所述机座上设有偏心水平孔一、中心水平孔、垂直通孔和机座导 槽,偏心水平孔一和中心水平孔相互平行,所述垂直通孔与所述中心水平孔正交,所述丝母 设有螺纹通孔、偏心水平孔二和侧面,所述丝母设在所述机座导槽中,所述丝母的侧面与所 述机座导槽滑动接触;所述套上设有一同轴的中心垂直通孔,所述套上还设有相互平行且 垂直于所述套的轴线的外侧水平孔一、内侧上水平孔和内侧下水平孔,所述摆指设有相互 平行的内侧水平孔和外侧水平孔二,所述上杆、所述下杆和所述侧杆两端都设有相互平行 的通孔; 所述柔性测力杆组包括上轴、导套、弹簧、端盖、力传感器和下轴,所述上轴为长圆柱, 所述长圆柱上端设有垂直于所述上轴轴线的上水平通孔,所述长圆柱下端同轴设有大圆柱 体,所述端盖同轴设有端盖螺纹通孔,所述导套上部、中部、下部同轴依次设有相互连通的 小通孔、空腔孔和大螺纹孔,所述下轴的上端同轴设有下轴螺纹孔,所述下轴的下端设有垂 直于所述下轴轴线的下水平通孔; 所述上轴的所述大圆柱体设在导套的空腔孔中轴向滑动,端盖与所述导套下端的大螺 纹孔螺纹固连,弹簧设在所述导套的空腔孔中,弹簧两端抵在所述大圆柱体和所述端盖上; 所述力传感器两端的螺杆分别与端盖螺纹通孔和下轴螺纹孔螺纹连接;柔性测力杆组设在 套的中心垂直通孔内,上轴的上水平通孔和下轴的下水平通孔分别与摆指的外侧水平孔二 和机座的中心水平孔用销转动连接;上杆两端分别与摆指的内侧水平孔和套的内侧上水平 孔用销转动连接,下杆两端分别与套的内侧下水平孔和丝母的偏心水平孔二用销转动连 接,侧杆两端分别与套的外侧水平孔一和机座的偏心水平孔一用销转动连接;电机与机座 固连,电机驱动轴穿过机座的垂直通孔与丝杠同轴键连接,丝杠与丝母螺旋连接。
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