CN109571519A - 滑槽双传动带直线平夹自适应机器人手指装置 - Google Patents

Abstract

滑槽双传动带直线平夹自适应机器人手指装置，属于机器人手技术领域，包括基座、两个指段、电机、双带轮传动机构、滑槽、滚轮、凸块、簧件和限位块。该装置实现了机器人直线平行夹持和自适应抓取的复合抓取模式。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运动轨迹，适合在工作台面抓取不同尺寸物体；该装置也能自适应抓取物体，在第一指段接触物体停止运动后，第二指段绕远关节轴转动，适合抓取不同形状、尺寸的物体；该装置利用一个电机驱动两个指段，抓取范围大，无需复杂传感与控制，容易控制；该装置结构紧凑、成本低，适用于各种需要抓取的机器人上。

Description

滑槽双传动带直线平夹自适应机器人手指装置

技术领域

本发明属于机器人手技术领域，特别涉及一种滑槽双传动带直线平夹自适应机器人手指装置的结构设计。

背景技术

机器人手是机器人抓取工具开展工作或者直接抓取操作物体的重要部件。具有手指的多指机器人手得到了大量的研究。欠驱动机器人手是利用较少电机驱动较多关节自由度的机器人手。欠驱动手分为耦合手指、平夹手指和自适应手指等基本类别，也包括耦合自适应、平夹自适应两类复合抓取型手指。平夹自适应复合手指因为具有较好的对中抓取效果，又能够自适应抓取物体，控制比较容易，得到了广泛研究，正在不断推广应用过程中。

多连杆并联式欠驱动机器人手指(专利US5762390A)被设计出来，采用电机和传动机构驱动双梯形四连杆机构，并利用双平行四边形连杆机构和簧件作为约束，实现了平夹与自适应复合抓取功能。手指在抓取物体时的第一阶段是平行夹持模式，即先后转动第一指段、第二指段和第三指段，末端的第三指段始终保持相对于基座固定不变的姿态，指导第一、二指段接触物体后才会自适应弯曲的末端关节，达到自适应包括抓取的目的。

其不足之处在于：该装置没有直线平夹功能——该装置的末端指段在平动过程中是呈现圆弧运动，因而在抓取工作台上的不同尺寸物体时，需要机械臂配合控制才能实现，加大了控制难度。

连杆式直线平夹欠驱动手指(专利WO2016063314A1)被设计出来，采用一个电机驱动两个指段运动，核心是将切比雪夫连杆机构与双平行四连杆机构并联配置，达到了末端指段沿直线轨迹运动的平行夹持(简称直线平夹)抓取模式，特别适合在工作台上夹持不同尺寸的物体，控制相对容易，抓取范围大，全部采用了转动关节，而没有使用平动约束。

其不足之处在于：该装置没有自适应包络抓取的功能。

发明内容

本发明的目的是为了克服已有技术的不足之处，提出一种滑槽双传动带直线平夹自适应机器人手指装置。该装置夹持物体时，第二指段始终保持直线运动轨迹，能够直线平动第二指段捏持物体，适用于工作台面抓取不同尺寸物体，容易控制，无需机械臂配合调整机器人手的高度；该装置自适应抓取物体时，在第一指段接触物体停止运动后，第二指段继续转动实现自适应包络抓取不同形状、尺寸的物体。

本发明的技术方案如下：

本发明设计的滑槽双传动带直线平夹自适应机器人手指装置，包括基座、第一指段、第二指段、电机和传动机构；所述电机与基座固接；所述电机的输出端与传动机构的输入端相连；其特征在于：该滑槽双传动带直线平夹自适应机器人手指装置还包括第一轴、第二轴、第三轴、第四轴、第五轴、滚轮轴、滚轮、第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆、第一带轮、第二带轮、第三带轮、第四带轮、第一传动带、第二传动带、簧件、凸块和限位块；所述第一轴套设在基座中；所述第一连杆的两端分别套接在第一轴、第二轴上；所述第二连杆的两端分别套接在第二轴、第三轴上；所述第二连杆中有直线滑槽；所述滚轮运动镶嵌在直线滑槽中；所述滚轮套接在滚轮轴上；所述滚轮轴套接在基座中；所述第三连杆的两端分别套接在第一轴、第五轴上；所述第四连杆的两端分别套接在第四轴、第五轴上；所述传动机构的输出端与第三连杆相连；所述第一带轮套接在第一轴上；所述第二带轮、第三带轮均套接在第二轴上；所述第四带轮套接在第三轴上；所述第二带轮与第三带轮固接；所述第一传动带连接第一带轮和第二带轮，第一带轮和第二带轮的传动半径相等，从第一带轮通过第一传动带到第二带轮的传动为同向传动；所述第二传动带连接第三带轮和第四带轮，第三带轮和第四带轮的传动半径相等，从第三带轮通过第二传动带到第四带轮的传动为同向传动；所述第三轴、第四轴套设在第二指段中；所述第一指段与第二连杆固接；所述第二指段与第四带轮固接；所述凸块与第一带轮固接；所述限位块固接在基座上；在初始状态时，所述凸块与限位块接触；所述簧件的两端分别连接基座和凸块；设第一轴、第二轴、第三轴、第四轴、第五轴、滚轮轴的中心点分别为A、B、C、D、E、H；线段AH的长度是线段AB的长度的1.5倍，线段BC的长度是线段AB的长度的6倍；所述直线滑槽的中心线与线段BC重合；线段AE的长度大于线段CD的长度；点B在直线HA上的投影点位于线段HA的延长线上；所述第一轴、第二轴、第三轴、第四轴、第五轴和滚轮轴的中心线相互平行。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和突出性效果：

本发明装置利用基座、两个指段、电机、双传动带机构、直线滑槽、滚轮、凸块、簧件和限位块综合实现了机器人直线平行夹持和自适应抓取的复合抓取模式。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运动轨迹，适合在工作台面抓取不同尺寸物体；该装置也能自适应抓取物体，在第一指段接触物体停止运动后，第二指段绕远关节轴转动，适应物体形状进行包络抓取，适合抓取不同形状、尺寸的物体；该装置利用一个电机驱动两个指段，抓取范围大，无需复杂传感与控制，容易控制；该装置结构紧凑、成本低，适用于各种需要抓取的机器人上。

附图说明

图1是本发明设计的滑槽双传动带直线平夹自适应机器人手指装置的一种实施例的正视图。

图2是图1所示实施例的后视图。

图3是图1所示实施例的立体视图(未画出部分零件)。

图4是图1所示实施例的爆炸视图。

图5是图1所示实施例的立体视图(未画出部分零件)。

图6是图1所示实施例中用到的霍肯机构(Hoeckens linkage mechanism)的机构原理简图。

图7是图1所示实施例以直线平夹抓取物体的动作过程示意图。

图8是图1所示实施例以自适应抓取物体的动作过程示意图。

在图1至图8中：

10－基座， 101－基座前板， 102－基座后板， 103－基座底板，

104－基座罩板， 11－电机， 12－减速器， 13－蜗杆，

14－蜗轮， 15－过渡轴， 16－第一齿轮， 17－第二齿轮，

18－限位块， 21－第一指段， 22－第二指段， 221－第二指段表面板，

31－第一轴， 32－第二轴， 33－第三轴， 34－第四轴，

35－第五轴， 36－滚轮轴， 361－滚轮 41－第一连杆，

42－第二连杆， 421－直线滑槽， 43－第三连杆， 44－第四连杆，

51－第一带轮， 511－凸块， 52－第二带轮， 53－第三带轮，

54－第四带轮， 61－第一传动带， 62－第二传动带， 7－簧件，

8－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。

本发明设计的滑槽双传动带直线平夹自适应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10、第一指段21、第二指段22、电机11和传动机构；所述电机11与基座10固接；所述电机11的输出端与传动机构的输入端相连；该滑槽双传动带直线平夹自适应机器人手指装置还包括第一轴31、第二轴32、第三轴33、第四轴34、第五轴35、滚轮轴36、滚轮361、第一连杆41、第二连杆42、第三连杆43、第四连杆44、第一带轮51、凸块511、第二带轮52、第三带轮53、第四带轮54、第一传动带61、第二传动带62、簧件7、和限位块18；所述第一轴31套设在基座10中；所述第一连杆41的两端分别套接在第一轴31、第二轴32上；所述第二连杆42的两端分别套接在第二轴32、第三轴33上；所述第二连杆42中有直线滑槽；所述滚轮361运动镶嵌在直线滑槽中；所述滚轮361套接在滚轮轴36上；所述滚轮轴36套接在基座10中；所述第三连杆43的两端分别套接在第一轴31、第五轴35上；所述第四连杆44的两端分别套接在第四轴34、第五轴35上；所述传动机构的输出端与第三连杆43相连；所述第一带轮51套接在第一轴31上；所述第二带轮52、第三带轮53均套接在第二轴32上；所述第四带轮54套接在第三轴33上；所述第二带轮52与第三带轮53固接；所述第一传动带61连接第一带轮51和第二带轮52，第一带轮51和第二带轮52的传动半径相等，从第一带轮51通过第一传动带61到第二带轮52的传动为同向传动；所述第二传动带62连接第三带轮53和第四带轮54，第三带轮53和第四带轮54的传动半径相等，从第三带轮53通过第二传动带62到第四带轮54的传动为同向传动；所述第三轴33、第四轴34套设在第二指段22中；所述第一指段21与第二连杆42固接；所述第二指段22与第四带轮54固接；所述凸块511与第一带轮51固接；所述限位块18固接在基座10上；在初始状态时，所述凸块511与限位块18接触；所述簧件7的两端分别连接基座10和凸块511；设第一轴31、第二轴32、第三轴33、第四轴34、第五轴35、滚轮轴36的中心点分别为A、B、C、D、E、H；线段AH的长度是线段AB的长度的1.5倍，线段BC的长度是线段AB的长度的6倍；所述直线滑槽的中心线与线段BC重合；线段AE的长度大于线段CD的长度；点B在直线HA上的投影点位于线段HA的延长线上；所述第一轴31、第二轴32、第三轴33、第四轴34、第五轴35和滚轮轴36的中心线相互平行。

本实施例中，所述传动机构包括减速器12、蜗杆13、蜗轮14、过渡轴15、第一齿轮16和第二齿轮17；所述电机11的输出轴与减速器12的输入轴相连，所述蜗杆13套固在减速器12的输出轴上，所述蜗杆14与蜗轮13啮合，所述蜗轮14套固在过渡轴15上，所述过渡轴15套设在基座10中，所述第一齿轮16套固在过渡轴15上，所述第二齿轮17与第一齿轮16啮合；所述第二齿轮17套接在第一轴31上；所述第二齿轮17与第三连杆43固接。

本实施例中，所述簧件7采用扭簧。

本实施例还包括第二指段表面板221，所述第二指段表面板221固定安装在第二指段22的表面上。

本实施例中，基座10包括固接在一起的基座前板101、基座后板102、基座底板103和基座罩板104。

本实施例的工作原理，结合附图，叙述如下：

本实施例中的基座10、第一连杆41、第二连杆42、第一轴31、第二轴32、第三轴33、第一传动带61、第二传动带62、滚轮轴36、滚轮361等零件使得点C沿直线轨迹运动的原理如图6所示，该机构为霍肯连杆机构(Hoeckens linkage mechanism)。当线段AB在以A为圆心的下半圆转动时，点C沿直线S轨迹运动，当线段AB在以A为圆心的上半圆转动时，点C的轨迹不是直线，本实施例仅工作在线段AB在以A为圆心的下半圆转动。

初始状态时，电机11转动，通过传动机构带动第三连杆43绕第一轴31逆时针转动(如图7所示)，具体来说，电机11通过减速器12驱动蜗杆13转动，蜗轮14转动，过渡轴15转动，使得第一齿轮16转动，第二齿轮17转动，带动第三连杆43逆时针转动。

第三连杆43转动，通过第四连杆44推动第四轴34，该推力的水平分量会使得第二指段22沿着直线向左平动，原因是：第一带轮51、第二带轮52、第三带轮53、第四带轮54、第一传动带61、第二传动带62、第一连杆41、第二连杆42、滚轮361综合实现了当第三轴33和第四轴34向右运动时，第二指段22只会沿水平直线向右平动，原理如图6所示。此时，滚轮361在第二连杆42的直线滑槽中移动，第一连杆41绕第一轴31逆时针转动，由于簧件7拉着凸块511紧靠在限位块18上，第一带轮51、第二带轮52、第三带轮53和第四带轮54均在此过程中保持相对于基座不变的姿态，因此，第二指段22保持相对于基座1不变的姿态，第二指段22沿水平直线向右平动。此过程称为直线平行夹持运动过程。

在上述直线平行夹持运动过程中，当第二指段22接触物体8后，抓取结束，实现了平夹抓取物体8，如图7所示。

在上述直线平行夹持运动过程中，当第一指段21先接触物体8被物体8阻挡不能再继续运动，与第一指段21固接的第二连杆42不能运动，电机11继续转动，通过传动机构带动第三连杆43继续转动，通过第四连杆44推动第四轴34，第二指段22将绕第三轴33逆时针转动，第四带轮54的转动通过第二传动带62带动第三带轮53的转动，第二带轮52转动，通过第一传动带61带动第一带轮51的转动，凸块511离开限位块18，簧件7变形，滚轮361在第二连杆42的直线滑槽421中运动；这一过程直到第二指段22也接触物体8为止，抓取结束，达到了第一指段21、第二指段22均接触物体8的包络抓取效果。本实施例的这种包络抓取过程对不同形状、尺寸物体具有自适应特点，这一抓取过程称为自适应抓取，如图8所示。

释放物体8的过程与上述过程相反，不再赘述。

本发明装置利用基座、两个指段、电机、双传动带机构、直线滑槽、滚轮、凸块、簧件和限位块综合实现了机器人直线平行夹持和自适应抓取的复合抓取模式。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运动轨迹，适合在工作台面抓取不同尺寸物体；该装置也能自适应抓取物体，在第一指段接触物体停止运动后，第二指段绕远关节轴转动，适应物体形状进行包络抓取，适合抓取不同形状、尺寸的物体；该装置利用一个电机驱动两个指段，抓取范围大，无需复杂传感与控制，容易控制；该装置结构紧凑、成本低，适用于各种需要抓取的机器人上。

Claims (1)

1.一种滑槽双传动带直线平夹自适应机器人手指装置，包括基座、第一指段、第二指段、电机和传动机构；所述电机与基座固接；所述电机的输出端与传动机构的输入端相连；其特征在于：该滑槽双传动带直线平夹自适应机器人手指装置还包括第一轴、第二轴、第三轴、第四轴、第五轴、滚轮轴、滚轮、第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆、第一带轮、第二带轮、第三带轮、第四带轮、第一传动带、第二传动带、簧件、凸块和限位块；所述第一轴套设在基座中；所述第一连杆的两端分别套接在第一轴、第二轴上；所述第二连杆的两端分别套接在第二轴、第三轴上；所述第二连杆中有直线滑槽；所述滚轮运动镶嵌在直线滑槽中；所述滚轮套接在滚轮轴上；所述滚轮轴套接在基座中；所述第三连杆的两端分别套接在第一轴、第五轴上；所述第四连杆的两端分别套接在第四轴、第五轴上；所述传动机构的输出端与第三连杆相连；所述第一带轮套接在第一轴上；所述第二带轮、第三带轮均套接在第二轴上；所述第四带轮套接在第三轴上；所述第二带轮与第三带轮固接；所述第一传动带连接第一带轮和第二带轮，第一带轮和第二带轮的传动半径相等，从第一带轮通过第一传动带到第二带轮的传动为同向传动；所述第二传动带连接第三带轮和第四带轮，第三带轮和第四带轮的传动半径相等，从第三带轮通过第二传动带到第四带轮的传动为同向传动；所述第三轴、第四轴套设在第二指段中；所述第一指段与第二连杆固接；所述第二指段与第四带轮固接；所述凸块与第一带轮固接；所述限位块固接在基座上；在初始状态时，所述凸块与限位块接触；所述簧件的两端分别连接基座和凸块；设第一轴、第二轴、第三轴、第四轴、第五轴、滚轮轴的中心点分别为A、B、C、D、E、H；线段AH的长度是线段AB的长度的1.5倍，线段BC的长度是线段AB的长度的6倍；所述直线滑槽的中心线与线段BC重合；线段AE的长度大于线段CD的长度；点B在直线HA上的投影点位于线段HA的延长线上；所述第一轴、第二轴、第三轴、第四轴、第五轴和滚轮轴的中心线相互平行。