CN109262603A - 绳驱动机械手指及其机械手 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种绳驱动机械手指，包括基座、绳驱动装置、第一指段、第二指段和第三指段，基座、第一指段、第二指段和第三指段依次同轴串联，每个指段均包括上平台、下平台、中心支撑机构和多个弹簧，中心支撑机构的两端分别固定在上平台和下平台的中心，中心支撑机构能够弯曲转动，多个弹簧均布在上平台和下平台之间，且分布在中心支撑机构的外围，绳驱动装置包括牵引绳、绕绳轮和驱动电机，驱动电机和绕绳轮固定在基座上，绕绳轮与驱动电机的输出轴同轴相连，牵引绳贯穿第一指段、第二指段和第三指段的弹簧内部，牵引绳的第一端固定在第三指段的上平台上，牵引绳的第二端与绕绳轮连接。本发明转动惯量小，传动精度高，能实现手指的连续弯曲。

Description

绳驱动机械手指及其机械手

技术领域

本发明属于机械手技术领域，具体的，涉及一种绳驱动机械手指及其机械手。

背景技术

随着科学技术不断发展，机械化、自动化的概念不断深入人们的生产、生活，机械手作为一种常见设备，广泛应用于工业生产，特别是大型流水线作业。在工业领域中，机械手不仅要能够准确稳定的抓取目标物体，而且要具备一定的灵活性。在机械手的发展中，有的使用伺服电机驱动，虽然解决了关节灵巧的问题，但普遍存在抓持力不足的问题，同时成本较高；有的通过控制机械手的动作而减少关节，又会造成灵活性下降的问题。相比而言，绳驱动方式把驱动器力通过绳索传递给关节，绳驱动装置和关节之间的机械系统较少，因而能够减少摩擦等非线性因素的影响。上平台和下平台通过绳索进行连接，也避免了运动副间隙误差，同时具备易安装、拆卸和更换的特点。

机械手指对目标物体的握持功能，是机器人实现对其操控的基础。在现有的机械手指装置中，例如申请号为201720673814.0的专利，包括机械手指上支架、机械手指下支架、楔形拖蛋板、凹型夹蛋板等部分组成的机械手指机构，该专利虽然能够满足禽蛋捡拾的功能需求，但是灵活性、适用性较低，只能够实现对禽蛋的捡拾，而且禽蛋位置不能任意摆放。因而有必要提供一种具有良好的触碰性能、灵活性好、适用性好、结构简单以便于后续维护保养的机械手指。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种绳驱动机械手指，能够实现对目标的有效抓持，同时具有结构简单、质量轻便和便于安装维修等特点。

本发明是这样实现的：

一种绳驱动机械手指，其包括基座、绳驱动装置、第一指段、第二指段和第三指段，所述基座、第一指段、第二指段和第三指段依次同轴串联，所述第一指段、第二指段和第三指段均包括上平台、下平台、中心支撑机构和多个弹簧，所述第一指段的下平台与所述基座通过支撑轴同轴固定，所述第一指段的上平台作为所述第二指段的下平台，所述第二指段的上平台作为所述第三指段的下平台，所述中心支撑机构的两端分别固定在所述上平台和下平台的中心，所述中心支撑机构能够弯曲转动，所述多个弹簧均布在所述上平台和下平台之间，且分布在所述中心支撑机构的外围，所述绳驱动装置包括牵引绳、绕绳轮和驱动电机，所述驱动电机和绕绳轮固定在所述基座上，所述绕绳轮与所述驱动电机的输出轴同轴相连，所述牵引绳贯穿所述第一指段、第二指段和第三指段的弹簧内部，所述牵引绳的第一端固定在所述第三指段的上平台上，所述牵引绳的第二端与所述绕绳轮连接。

优选地，所述中心支撑机构包括第一连杆、虎克铰、转动副和第二连杆，所述第一连杆的第一端固定在所述上平台上，所述第一连杆的第二端与所述虎克铰连接，所述虎克铰与所述转动副连接，所述转动副与所述第二连杆的第一端连接，所述第二连杆的第二端固定在所述下平台上。

优选地，所述牵引绳为钢丝绳或铁丝绳。

优选地，所述上平台和下平台之间的弹簧数量为3个，所述绳驱动装置的数量为3个。

一种机械手，包括固定基座和多个如上所述的绳驱动机械手指，多个所述绳驱动机械手指均匀固定在所述固定基座上，所述固定基座包括固定基座上平台和固定基座下平台，所述绳驱动机械手指的基座固定在所述固定基座下平台上，所述第一指段的下平台固定在所述固定基座上平台上。

优选地，所述绳驱动机械手指的数量至少为3个。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明的绳驱动机械手指采用绳驱动方式驱动指段运动，简化了机械手结构，减轻了整体重量，具有转动惯量小的优点，同时避免了运动副间隙误差，传动精度高，能实现手指的连续弯曲，具有较大的工作空间。

(2)本发明的绳驱动机械手指的中心支撑机构为刚性支链，具有较大承载能力，在抓持物体时整个机械手及其手指具有较大刚性。

(3)多个指段能形成任意长度的手指，多个绳驱动机械手指能构成任意口径的机械手，满足特定的任务需求。

附图说明

图1为本发明的绳驱动机械手指的结构示意图。

图2为本发明的中心支撑机构的结构示意图。

图3为本发明的机械手的结构示意图。

图4为本发明的机械手进行抓持时的示意图。

具体实施方式

以下将参考附图详细说明本发明的示例性实施例、特征和性能方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。

如图1所示，一种绳驱动机械手指，其包括基座1、绳驱动装置2、第一指段3、第二指段4和第三指段5，基座1、第一指段3、第二指段4和第三指段5依次同轴串联，第一指段3、第二指段4和第三指段5均包括上平台31、下平台32、中心支撑机构34和多个弹簧33，第一指段3的下平台与基座1通过支撑轴6同轴固定，第一指段3的上平台作为第二指段4的下平台，第二指段4的上平台作为第三指段5的下平台，中心支撑机构34的两端分别固定在上平台31和下平台32的中心，中心支撑机构34能够弯曲转动，多个弹簧33均布在上平台31和下平台32之间，且分布在中心支撑机构34的外围。

绳驱动装置2包括牵引绳21、绕绳轮22和驱动电机23，驱动电机23和绕绳轮22固定在基座1上，绕绳轮22与驱动电机23的输出轴同轴相连，牵引绳21贯穿第一指段3、第二指段4和第三指段5的弹簧内部，牵引绳21的第一端固定在第三指段5的上平台上，牵引绳21的第二端与绕绳轮22连接。

如图2所示，中心支撑机构34包括第一连杆341、虎克铰342、转动副343和第二连杆344，第一连杆341的第一端固定在上平台31上，第一连杆341的第二端与虎克铰342连接，虎克铰342与转动副343连接，转动副343与第二连杆344的第一端连接，第二连杆344的第二端固定在下平台32上。

优选地，牵引绳21为钢丝绳或铁丝绳。

优选地，上平台31和下平台32之间的弹簧数量为3个，绳驱动装置2的数量为3个。

一种机械手，包括固定基座7和多个绳驱动机械手指，多个绳驱动机械手指均匀固定在固定基座7上，固定基座7包括固定基座上平台71和固定基座下平台72，绳驱动机械手指的基座1固定在固定基座下平台72上，第一指段3的下平台固定在固定基座上平台71上。

优选地，绳驱动机械手指的数量至少为3个。

在本实施例中，绳驱动机械手指包括基座1、绳驱动装置2、第一指段3、第二指段4和第三指段5，第一指段3、第二指段4和第三指段5的结构相同，均包括上平台31、下平台32、中心支撑机构34和3个弹簧33，3个弹簧均匀固定在每个指段的上平台和下平台之间，对应的绳驱动装置2的数量也为3个，绳驱动装置2包括牵引绳21、绕绳轮22和驱动电机23，驱动电机23和绕绳轮22固定在基座1上，绕绳轮22与驱动电机23的输出轴同轴相连，牵引绳21的第一端固定在第三指段5的上平台上，牵引绳21的第二端与绕绳轮22连接。弹簧的中部穿过第二指段的上平台和下平台，每个指段的弹簧均套在牵引绳21上，在指段进行弯曲时，三个驱动电机23驱动与输出轴相连的绕绳轮进行转动，从而控制牵引绳的长度，弯曲的内侧的牵引绳长度小于弯曲外侧的牵引绳长度，同时配合弹簧的弹力和牵引力，使指段进行灵活的弯曲。指段恢复伸直状态时，三个驱动电机反转，牵引绳21恢复初始状态，保持伸直状态，同时弹簧回弹，第一指段3、第二指段4和第三指段5均恢复上平台与下平台平行的初始状态。手指的弯曲程度可通过驱动电机控制，而且能实现连续弯曲。

本实施例的中心支撑机构34包括第一连杆341、虎克铰342、转动副343和第二连杆344，第一连杆341的第一端固定在上平台31上，第一连杆341的第二端与虎克铰342连接，虎克铰342与转动副343连接，转动副343与第二连杆344的第一端连接，第二连杆344的第二端固定在下平台32上。在指段进行弯曲时，第一连杆和第二连杆之间的虎克铰和转动副也跟随牵引绳21和弹簧33的牵引和弯曲进行转动和弯曲，能实现任意角度的弯曲，使第一连杆341和第二连杆344之间形成一定的夹角，同时，避免了转动副间隙误差，传动精度高。而且，中心支撑机构为刚性支链，具有较大的承载能力，从而使整个手指具有较大刚性。

中心支撑机构也可以为其他能转动和弯曲、并且具有较大承载力的机构。

如图3所示，一种机械手，包括固定基座7和3个绳驱动机械手指，3个绳驱动机械手指均匀固定在固定基座7上，构成等边三角形。固定基座7相当于机械手的手掌，包括固定基座上平台71和固定基座下平台72，绳驱动机械手指的基座1固定在固定基座下平台72上，第一指段3的下平台固定在固定基座上平台71上，固定基座起到牢固的固定作用。

如图4所示，为机械手进行抓持时的示意图，以固定基座的中心为中心点，3个绳驱动机械手指均向中心点聚拢，每个绳驱动手指的驱动电机进行同步驱动，靠近中心点的牵引绳的长度小于外侧的牵引绳的长度，靠近中心点的弹簧弯曲程度大于外侧弹簧的弯曲程度，中心支撑机构跟随进行弯曲和旋转，两个连杆之间形成一定夹角，起支撑和承载作用，3个绳驱动机械手指对物品进行抓持。根据被抓持物品的形状，3个绳驱动机械手指的弯曲程度可以相同，也可以不同，根据具体实际需要通过驱动电机进行调节，所以对被抓持物品的形状没有限制。抓持完毕后，驱动电机反转，弹簧反弹，虎克铰和转动副旋转，使机械手恢复如图3所示的初始状态。

优选地，绳驱动机械手指的指段数量不限定于3个，可以根据实际抓取需要设置，可以为2个、4个或者更多个，设计任意长度的手指，以满足特定的任务需求。

机械手的绳驱动机械手指的数量至少为3个，在抓持物品时，绳驱动机械手指包覆在被抓持物品的周围，形成均匀的抓取力，防止抓持过程物品的脱落。如果需要更大的力，或者保证抓持效率，可以增加绳驱动机械手指的数量。

综上，本发明具有以下优点：

本发明的绳驱动机械手指采用绳驱动方式驱动手指运动，机械机构简单，整体重量轻，具有转动惯量小的优点，避免了运动副间隙误差，传动精度高，能实现手指机构的连续弯曲，具有较大的工作空间。绳驱动手指机构中心支链为刚性支链，具有较大承载能力，机械手及其手指具有较大刚性。多个指段能形成任意长度的手指，多个绳驱动机械手指能构成任意口径的机械手，满足特定的任务需求。

最后应说明的是：以上所述的各实施例仅用于说明本发明技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或全部技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (6)

1.一种绳驱动机械手指，其特征在于：其包括基座、绳驱动装置、第一指段、第二指段和第三指段，所述基座、第一指段、第二指段和第三指段依次同轴串联，所述第一指段、第二指段和第三指段均包括上平台、下平台、中心支撑机构和多个弹簧，所述第一指段的下平台与所述基座通过支撑轴同轴固定，所述第一指段的上平台作为所述第二指段的下平台，所述第二指段的上平台作为所述第三指段的下平台，所述中心支撑机构的两端分别固定在所述上平台和下平台的中心，所述中心支撑机构能够弯曲转动，所述多个弹簧均布在所述上平台和下平台之间，且分布在所述中心支撑机构的外围，

所述绳驱动装置包括牵引绳、绕绳轮和驱动电机，所述驱动电机和绕绳轮固定在所述基座上，所述绕绳轮与所述驱动电机的输出轴同轴相连，所述牵引绳贯穿所述第一指段、第二指段和第三指段的弹簧内部，所述牵引绳的第一端固定在所述第三指段的上平台上，所述牵引绳的第二端与所述绕绳轮连接。

2.根据权利要求1所述的绳驱动机械手指，其特征在于：所述中心支撑机构包括第一连杆、虎克铰、转动副和第二连杆，所述第一连杆的第一端固定在所述上平台上，所述第一连杆的第二端与所述虎克铰连接，所述虎克铰与所述转动副连接，所述转动副与所述第二连杆的第一端连接，所述第二连杆的第二端固定在所述下平台上。

3.根据权利要求1所述的绳驱动机械手指，其特征在于：所述牵引绳为钢丝绳或铁丝绳。

4.根据权利要求1所述的绳驱动机械手指，其特征在于：所述上平台和下平台之间的弹簧数量为3个，所述绳驱动装置的数量为3个。

5.一种机械手，其特征在于：包括固定基座和多个如权利要求1-4任一所述的绳驱动机械手指，多个所述绳驱动机械手指均匀固定在所述固定基座上，所述固定基座包括固定基座上平台和固定基座下平台，所述绳驱动机械手指的基座固定在所述固定基座下平台上，所述第一指段的下平台固定在所述固定基座上平台上。

6.根据权利要求5所述的机械手，其特征在于：所述绳驱动机械手指的数量至少为3个。