CN109483585A - 一种自适应变掌机构 - Google Patents

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张潇
张进
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Abstract

本发明公开了一种自适应变掌机构，包括主体模块、上旋转模块、下旋转模块和旋转驱动模块；本发明的有益效果是：通过腕掌机构的变形，可以扩大机械臂四指手爪工作空间范围，同时可以对不同形状的物体进行抓取点的调整；四指手爪工作空间的改变通过丝杆减速电机驱动手指安装件进行轴向移动，并通过两根固定的导向轴抑制手指安装件跟随丝杆进行旋转；当抓取物体时，只需控制四个电机进行同一方向旋转，释放物体时，控制电机进行反方向旋转即可，结构简单，工作效率及可靠性较高。

Description

一种自适应变掌机构
技术领域
本发明属于工业机器人技术领域，具体涉及一种自适应变掌机构。
背景技术
机械臂的手爪是机械臂与操作对象建立联系的重要部件，连接手爪与机械臂的腕掌机构直接决定手爪的工作空间范围。从刚性手爪到柔性手爪、专用手爪到多功能手爪等，国内外关于机械臂手爪的研究取得了很大的进展。然而，现有的连接手爪与机械臂的腕掌机构大多是固定不变的，当抓取像纸盒、果蔬等形状、大小差异较大的物体时，需要通过更换手爪模块进行抓取，降低了工作效率；此外，目前存在的变掌机构，其传动复杂，传动效率低，且可靠性较差。
发明内容
为解决上述背景技术中提出的问题。本发明提供了一种自适应变掌机构，具有特点。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种自适应变掌机构，包括主体模块、上旋转模块、下旋转模块和旋转驱动模块；所述主体模块为左右对称形式，包括主体部件、第一电机座和第二电机座、第一丝杆减速电机和第二丝杆减速电机、第一手指安装件和第二手指安装件、第一末端件和第二末端件、第一导向轴和第二导向轴，所述第一导向轴和第二导向轴的一端分别固连于主体部件的左右两端，所述第一丝杆减速电机的电机部分固定在主体部件的端部，且通过第一电机座固定，所述第二丝杆减速电机的电机部分固定在主体部件的端部，且通过第二电机座固定，所述第一丝杆减速电机和第二丝杆减速电机分别设置在所述第一导向轴和第二导向轴的中间间隙位置，所述第一末端件和第二末端件分别固连于第一导向轴和第二导向轴的另一端；
所述上旋转模块包括上旋转件、上旋导向轴、上旋丝杆减速电机、上旋电机座、上旋手指安装件、上旋末端件、上旋轴承、上旋连接销，上旋导向轴的一端固连于上旋转件，上旋丝杆减速电机的电机部分固定安装于上旋转件，通过上旋电机座固定，上旋末端件固连于上旋导向轴的端部，上旋连接销固连于上旋导向轴上；
所述下旋转模块包括下旋转件、下旋导向轴、下旋丝杆减速电机、下旋电机座、下旋手指安装件、下旋末端件、下旋轴承、下旋连接销，下旋导向轴的一端固连于下旋转件，下旋丝杆减速电机的电机部分固定安装有下旋转件，通过下旋电机座固定，下旋末端件固连于下旋导向轴的端部，下旋连接销固连于下旋导向轴上；
所述主体模块中心设有中心旋转轴，上旋转模块的上旋轴承旋转于中心旋转轴，下旋转模块的下旋轴承旋转于中心旋转轴，上旋转模块位于下旋转模块的上方；
所述旋转模块包括减速电机、上盖、上旋连接销、连接件、受力板、下旋连接销，连接件与减速电机连接，减速电机通过驱动连接件的旋转，驱动连接件侧边与上旋连接销卡合连接的上旋连接销进行旋转，驱动连接件另一侧边与下旋连接销卡合连接的下旋连接销进行旋转。
优选的，所述第一导向轴、第二导向轴、上旋导向轴和下旋导向轴均采用双导向轴结构。
优选的，所述第一丝杆减速电机、第二丝杆减速电机、上旋丝杆减速电机、下旋丝杆减速电机均由电机、减速器和丝杆集成。
优选的，所述丝杆减速电机第一丝杆减速电机、第二丝杆减速电机、上旋丝杆减速电机、下旋丝杆减速电机和减速电机均采用采用微型直流电机。
优选的，上旋连接销上固定的上旋转件随上旋连接销一起旋转，与上旋转件连接的上旋手指安装件随之旋转，下旋连接销上固定的下旋转件随下旋连接销一起旋转，与下旋转件连接的下旋手指安装件随之旋转。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、通过腕掌机构的变形，可以扩大机械臂四指手爪工作空间范围，同时可以对不同形状的物体进行抓取点的调整；
2、四指手爪工作空间的改变通过丝杆减速电机驱动手指安装件进行轴向移动，并通过两根固定的导向轴抑制手指安装件跟随丝杆进行旋转。当抓取物体时，只需控制四个电机进行同一方向旋转；释放物体时，控制电机进行反方向旋转即可；结构简单，工作效率及可靠性较高；
3、抓取点位置的改变采用本发明所研发的偏心结构，通过连接销在连接件轨道内的移动，使上旋转件与下旋转件可绕主体部件的轴心进行旋转，从而改变手指抓取点位置的改变。
附图说明
图1为所述自适应变掌机构的轴侧图。
图2为所述自适应变掌机构主体模块的轴侧图。
图3为所述自适应变掌机构上旋转模块的轴侧图。
图4为所述自适应变掌机构下旋转模块的轴侧图。
图5为所述自适应变掌机构旋转模块的轴侧图。
图中：100、主体模块；101、主体部件；102、第一电机座；103、第一丝杆减速电机；104、第一手指安装件；105、第一导向轴；106、第一末端件；112、第二电机座；113、第二丝杆减速电机；114、第二手指安装件；115、第二导向轴；116、第二末端件；200、上旋转模块；201、上旋转件；202、上旋导向轴；203、上旋手指安装件；204、上旋丝杆减速电机；205、上旋末端件；206、上旋电机座；210、上旋轴承；300、下旋转模块；301、下旋末端件；302、下旋导向轴；303、下旋手指安装件；304、下旋丝杆减速电机；305、下旋转件；306、下旋电机座；310、下旋轴承；400、旋转驱动模块；401、减速电机；402、上盖；403、上旋连接销；404、连接件；405、受力板；413、下旋连接销。
具体实施方式
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。
请参阅图1-2，本发明提供以下技术方案：一种自适应变掌机构，包括主体模块100、上旋转模块200、下旋转模块300和旋转驱动模块400；主体模块100为左右对称形式，包括主体部件101、第一电机座102和第二电机座112、第一丝杆减速电机103和第二丝杆减速电机113、第一手指安装件104和第二手指安装件114、第一末端件106和第二末端件116、第一导向轴105和第二导向轴115，第一导向轴105和第二导向轴115的一端分别固连于主体部件101的左右两端，第一丝杆减速电机103的电机部分固定在主体部件101的端部，且通过第一电机座102固定，第二丝杆减速电机113的电机部分固定在主体部件101的端部，且通过第二电机座112固定，第一丝杆减速电机103和第二丝杆减速电机113分别设置在第一导向轴105和第二导向轴115的中间间隙位置，第一末端件106和第二末端件116分别固连于第一导向轴105和第二导向轴115的另一端；
上旋转模块200包括上旋转件201、上旋导向轴202、上旋丝杆减速电机204、上旋电机座206、上旋手指安装件203、上旋末端件205、上旋轴承210、上旋连接销403，上旋导向轴202的一端固连于上旋转件201，上旋丝杆减速电机204的电机部分固定安装于上旋转件201，通过上旋电机座206固定，上旋末端件205固连于上旋导向轴202的端部，上旋连接销403固连于上旋导向轴202上；
下旋转模块300包括下旋转件305、下旋导向轴302、下旋丝杆减速电机304、下旋电机座306、下旋手指安装件303、下旋末端件301、下旋轴承310、下旋连接销413，下旋导向轴302的一端固连于下旋转件305，下旋丝杆减速电机304的电机部分固定安装有下旋转件305，通过下旋电机座306固定，下旋末端件301固连于下旋导向轴302的端部，下旋连接销413固连于下旋导向轴302上；
主体模块100中心设有中心旋转轴，上旋转模块200的上旋轴承210旋转于中心旋转轴，下旋转模块300的下旋轴承310旋转于中心旋转轴，上旋转模块200位于下旋转模块300的上方；
旋转驱动模块400包括减速电机401、上盖402、上旋连接销403、连接件404、受力板405、下旋连接销413，连接件404与减速电机401连接，减速电机401通过驱动连接件404的旋转，驱动连接件404侧边与上旋连接销403卡合连接的上旋连接销403进行旋转，驱动连接件404另一侧边与下旋连接销413卡合连接的下旋连接销413进行旋转。
第一导向轴105、第二导向轴115、上旋导向轴202和下旋导向轴302均采用双导向轴结构。
第一丝杆减速电机103、第二丝杆减速电机113、上旋丝杆减速电机204、下旋丝杆减速电机304均由电机、减速器和丝杆集成。
丝杆减速电机第一丝杆减速电机103、第二丝杆减速电机113、上旋丝杆减速电机204、下旋丝杆减速电机304和减速电机401均采用采用微型直流电机。
实施例1
如图1-5所示，所述腕掌机构由主体模块100、上旋转模块200、下旋转模块300和旋转驱动模块400组成。四指可沿着第一导向轴105、第二导向轴115、上旋导向轴202、下旋导向轴302进行移动，从而实现抓取和释放物体。上旋转件201、下旋转件305可绕主体部件101中心轴进行旋转，从而实现手爪抓取点位置的调整。
主体部件101左侧通过第一电机座102将第一丝杆减速电机103固定，两根第一导向轴105固定在主体部件101上，并通过螺钉将第一末端件106固定在第一导向轴105上；第一手指安装件104通过螺纹孔与第一丝杆减速电机103啮合，并通过光孔与第一导向轴105配合；当第一丝杆减速电机103旋转时，第一手指安装件104会沿着第一导向轴105进行移动；当第一丝杆减速电机103反方向旋转时，第一手指安装件104会沿着第一导向轴105反方向移动。同理，主体部件101右侧、上旋转件201与下旋转件305中的第一手指安装件104、第二手指安装件114、下旋手指安装件303即可进行前后移动；当控制第一丝杆减速电机103、第二丝杆减速电机113、上旋丝杆减速电机204、下旋丝杆减速电机304同方向旋转时，即可抓取或释放物体。
上盖402通过螺钉与主体部件101连接，上盖402通过电机座利用螺栓螺母把两个减速电机401固定，连接件404通过螺钉固定在减速电机401上，可随减速电机401进行旋转，上旋连接销403通过自身螺纹固定在上旋转件201上，并将其上方套在连接件404内。当减速电机401旋转时，上旋连接销403会在连接件404的轨道内进行旋转，由此带动上旋转件201绕其轴心进行旋转，上旋转件201与主体部件101同轴心，因此上旋转件201会绕着主体部件101轴心进行旋转。同理，下旋转件305可随着减速电机401的旋转绕主体部件101轴心进行旋转。按照此偏心结构，可通过控制两个减速电机401的转速以及旋转方向，改变左右两个手指抓取点的改变。
为使上旋转件201与下旋转件305可绕主体部件101轴心进行旋转，在上旋转件201、下旋转件305旋转件加装上旋轴承210、下旋轴承310，考虑到受力的问题，在主体部件101下方，加装受力板405，通过螺钉固定在主体部件101下方，同时在受力板405中心，通过螺钉固定于主体部件101，承受上旋转件201、下旋转件305旋转件抓取物体时所受到的力，将物体的力分散于主体部件101，增加其寿命，并增强其可靠性。
上盖402可用于连接机械臂末端，第一手指安装件104、第二手指安装件114、上旋手指安装件203、下旋手指安装件303用于连接四跟手指，按此方案即可完成机械臂通过四指手爪抓取形状各异、尺寸差异较大的物体。
所述自适应变掌机构采用的第一丝杆减速电机103、第二丝杆减速电机113、上旋丝杆减速电机204、下旋丝杆减速电机304与两个减速电机401为微型直流电机，采用L298N直流电机驱动模块与STM32单片机进行控制。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (4)

1.一种自适应变掌机构，其特征在于，包括主体模块(100)、上旋转模块(200)、下旋转模块(300)和旋转驱动模块(400)；所述主体模块(100)为左右对称形式，包括主体部件(101)、第一电机座(102)和第二电机座(112)、第一丝杆减速电机(103)和第二丝杆减速电机(113)、第一手指安装件(104)和第二手指安装件(114)、第一末端件(106)和第二末端件(116)、第一导向轴(105)和第二导向轴(115)，所述第一导向轴(105)和第二导向轴(115)的一端分别固连于主体部件(101)的左右两端，所述第一丝杆减速电机(103)的电机部分固定在主体部件(101)的端部，且通过第一电机座(102)固定，所述第二丝杆减速电机(113)的电机部分固定在主体部件(101)的端部，且通过第二电机座(112)固定，所述第一丝杆减速电机(103)和第二丝杆减速电机(113)分别设置在所述第一导向轴(105)和第二导向轴(115)的中间间隙位置，所述第一末端件(106)和第二末端件(116)分别固连于第一导向轴(105)和第二导向轴(115)的另一端；
所述上旋转模块(200)包括上旋转件(201)、上旋导向轴(202)、上旋丝杆减速电机(204)、上旋电机座(206)、上旋手指安装件(203)、上旋末端件(205)、上旋轴承(210)、上旋连接销(403)，上旋导向轴(202)的一端固连于上旋转件(201)，上旋丝杆减速电机(204)的电机部分固定安装于上旋转件(201)，通过上旋电机座(206)固定，上旋末端件(205)固连于上旋导向轴(202)的端部，上旋连接销(403)固连于上旋导向轴(202)上；
所述下旋转模块(300)包括下旋转件(305)、下旋导向轴(302)、下旋丝杆减速电机(304)、下旋电机座(306)、下旋手指安装件(303)、下旋末端件(301)、下旋轴承(310)、下旋连接销(413)，下旋导向轴(302)的一端固连于下旋转件(305)，下旋丝杆减速电机(304)的电机部分固定安装有下旋转件(305)，通过下旋电机座(306)固定，下旋末端件(301)固连于下旋导向轴(302)的端部，下旋连接销(413)固连于下旋导向轴(302)上；
所述主体模块(100)中心设有中心旋转轴，上旋转模块(200)的上旋轴承(210)旋转于中心旋转轴，下旋转模块(300)的下旋轴承(310)旋转于中心旋转轴，上旋转模块(200)位于下旋转模块(300)的上方；
所述旋转驱动模块(400)包括减速电机(401)、上盖(402)、上旋连接销(403)、连接件(404)、受力板(405)、下旋连接销(413)，连接件(404)与减速电机(401)连接，减速电机(401)通过驱动连接件(404)的旋转，驱动连接件(404)侧边与上旋连接销(403)卡合连接的上旋连接销(403)进行旋转，驱动连接件(404)另一侧边与下旋连接销(413)卡合连接的下旋连接销(413)进行旋转。
2.根据权利要求1所述的一种自适应变掌机构，其特征在于：所述第一导向轴(105)、第二导向轴(115)、上旋导向轴(202)和下旋导向轴(302)均采用双导向轴结构。
3.根据权利要求1所述的一种自适应变掌机构，其特征在于：所述第一丝杆减速电机(103)、第二丝杆减速电机(113)、上旋丝杆减速电机(204)、下旋丝杆减速电机(304)均由电机、减速器和丝杆集成。
4.根据权利要求1所述的一种自适应变掌机构，其特征在于：所述丝杆减速电机第一丝杆减速电机(103)、第二丝杆减速电机(113)、上旋丝杆减速电机(204)、下旋丝杆减速电机(304)和减速电机(401)均采用采用微型直流电机。
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