CN110000804B - 双向抓取触发自适应机器人手指装置 - Google Patents

Abstract

双向抓取触发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、两个关节轴、电机、传动机构、四个传动轮、四个摩擦轮、两个过渡轴、两个中间轴、五个簧件、两个滑块、两个推板和两个传动件等。该装置实现了双向触发自适应抓取及锁定的功能，既能向左抓取又能向右抓取，抓取范围大；具有自适应抓取特性，适应不同形状、大小物体的抓取；具有条件触发功能，无需复杂的传感和控制系统；抓取后可以锁定关节，抓取力大，抓取稳定；第二指段上下分离，利用磁铁吸合连接，避免了在抓取过程中意外受到撞击而损坏手指的情况。

Description

双向抓取触发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，特别涉及一种双向抓取触发自适应机器人手指装置的结构设计。

背景技术

自适应欠驱动机器人手采用少量电机驱动多个自由度关节，由于电机数量少，藏入手掌的电机可以选择更大的功率和体积，出力大，同时机械式的反馈系统无需对环境敏感也可以实现稳定抓取，自动适应不同的形状尺寸的物体，没有实时的电子传感和闭环反馈控制的需求，控制简单方便，降低了制造成本。

已有的一种抓取锁定自适应机器人手指装置(中国专利CN104015193B)，包括基座、电机、第一传动机构、近关节轴、中部指段、主动带轮、同步带、从动带轮、远关节轴、末端指段和第一簧件，能够实现自适应稳定抓取的功能。该装置的不足之处为：该装置只能实现单向抓取，当抓取物体位于手指两侧时，需重新调整机械臂，对机械臂要求高，操作复杂，该装置末端指段的驱动机构与中部指段的驱动机构在抓取过程中始终相连，使得驱动电机在驱动中部指段转动时抓取力减弱，在驱动末端指段转动时需克服簧件的反作用力使抓取力减小。

发明内容

本发明的目的是为了克服已有技术的不足之处，提供一种双向抓取触发自适应机器人手指装置。该装置可以实现双向抓取，既可以向左抓取，又可以向右抓取，提高抓取范围；具有对所抓物体的形状大小的自适应能力，无需复杂的传感和控制系统，抓取过程防止外物碰撞末端的损坏；抓取力大，抓取稳定。

为实现上述目的本发明的技术方案如下：

本发明设计的双向抓取触发自适应机器人手指装置，包括基座、第一指段、近关节轴、远关节轴、电机和传动机构；所述电机与基座固接；所述电机的输出轴与传动机构的输入端相连；所述近关节轴活动套设在基座中；所述远关节轴活动套设在第一指段中；所述第一指段套接在近关节轴上；所述传动机构设置在基座中；所述近关节轴的中心线与远关节轴的中心线平行；

该双向抓取触发自适应机器人手指装置还包括第二指段下部、第二指段上部、第一传动轮、第二传动轮、第三传动轮、第四传动轮、第一摩擦轮、第二摩擦轮、第一中间摩擦轮、第二中间摩擦轮、第一过渡轴、第二过渡轴、第一中间轴、第二中间轴、第一簧件、第二簧件、第三簧件、第一滑块、第二滑块、第一推板、第二推板、第一传动件和第二传动件；所述第二指段下部固接在远关节轴上；所述第二指段上部与第二指段下部相连；所述传动机构的输出端与第一传动轮相连；第一传动轮套接在近关节轴上，第二传动轮、第一摩擦轮分别套接在第一过渡轴上且二者为固接；所述第三传动轮、第二摩擦轮分别套接在第二过渡轴上且二者为固接；第四传动轮固接在远关节轴上；所述第一过渡轴、第二过渡轴分别套设在第一指段中；所述第一中间轴套设在第一滑块中；所述第二中间轴套设在第二滑块中；所述第一推板固接在第一滑块上并位于第一指段的外侧，所述第二推板固接在第二滑块上并位于第一指段的外侧；所述第一滑块、第二滑块分别滑动镶嵌在第一指段中且二者在第一指段中的滑动方向平行，所述第一滑块、第二滑块分别位于第一指段的两侧，所述第一中间摩擦轮套接在第一中间轴上；所述第二中间摩擦轮套接在第二中间轴上；所述第一传动件分别连接第一传动轮、第二传动轮；所述第二传动件分别连接第三传动轮、第四传动轮；当第一推板被物体挤压、第一滑块向第一指段内滑动后，所述第一中间摩擦轮分别与第一摩擦轮、第二摩擦轮相接触，所述第一传动轮通过第一传动件、第二传动轮、第一摩擦轮、第一中间摩擦轮、第二摩擦轮、第三传动轮、第二传动件到第四传动轮的传动为同向传动；当第二推板被物体挤压、第二滑块向第一指段内滑动后，所述第二中间摩擦轮分别与第一摩擦轮、第二摩擦轮相接触，所述第一传动轮通过第一传动件、第二传动轮、第一摩擦轮、第二中间摩擦轮、第二摩擦轮、第三传动轮、第二传动件到第四传动轮的传动为同向传动；所述第一簧件的两端分别连接第一传动轮、第一指段；所述第二簧件的两端分别连接第一指段、第一推板；所述第三簧件的两端分别连接第一指段、第二推板；所述第一指段、第二指段上部通过多个簧件连接。

进一步的，该双向抓取触发自适应机器人手指装置还包括锁定电机、板件、第一柔性件和第二柔性件，所述锁定电机固接在基座上，所述板件滑动装配在基座上，所述锁定电机的输出轴和板件连接且二者采用螺纹螺孔配合；所述板件同时与第一柔性件的一端、第二柔性件的一端相连，所述第一柔性件绕过第三带轮、第一带轮后其另一端与第一滑块相连，所述第二柔性件绕过第二带轮、第一带轮后其另一端与第二滑块相连。

进一步的，该双向抓取触发自适应机器人手指装置还包括第一磁铁和第二磁铁；所述第一磁铁与第二指段下部固接，所述第二磁铁与第二指段上部固接；所述第一磁铁与第二磁铁吸合使第二指段上部与第二指段下部相连。

进一步的，所述第一传动件采用传动带，所述第一传动轮、第二传动轮采用带轮，三者形成带轮传动关系；或者所述第一传动件采用腱绳，所述第一传动轮、第二传动轮采用绳轮，三者形成绳轮传动关系；或者所述第一传动件采用链条，所述第一传动轮、第二传动轮采用链轮，三者形成链轮传动关系。

进一步的，所述第二传动件采用传动带，所述第三传动轮、第四传动轮采用带轮，三者形成带轮传动关系；或者所述第二传动件采用腱绳，所述第三传动轮、第四传动轮采用绳轮，三者形成绳轮传动关系；或者所述第二传动件采用链条，所述第三传动轮、第四传动轮采用链轮，三者形成链轮传动关系。

进一步的，所述第一指段、第二指段上部通过位于远关节轴两侧的第四簧件、第五簧件连接。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和突出性效果：

本装置利用电机、锁定电机、传动机构、多个带轮、多个摩擦轮、多个传动件、簧件、磁铁等综合实现了双向抓取锁定和触发自适应的功能，既能向左抓取又能向右抓取，抓取范围大；在第一指段接触物体后，第二指段继续转动去包络握持物体，适应不同形状、大小物体的抓取，通用性强。该装置采用推板、簧件、滑块实现了条件触发的功能，无需复杂的传感和控制系统；采用柔性件和锁定电机能够实现抓取后的指节锁定，抓取力大、抓取稳定；采用第二指段上下分离的方式，利用磁铁吸合连接，避免了在抓取过程中意外受到撞击而损坏手指的情况。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1是本发明设计的双向抓取触发自适应机器人手指装置的一种实施例的立体外观图。

图2是图1所示实施例的正视图。

图3是图2的A-A剖视图。

图4是图1所示实施例的局部剖视图(从图3的右方向左看)。

图5是图1所示实施例的侧视图(图2的左视图)。

图6是图1所示实施例中的推板、滑块、簧件、中间摩擦轮、摩擦轮的相对位置放大显示情况。

图7至图10是图1所示实施例向左侧抓取物体的动作过程示意图。

图11至图14是图1所示实施例向右侧抓取物体的动作过程示意图。

【附图标记】

1-基座 11-电机 12-减速器 13-第一锥齿轮

14-第二锥齿轮 21-第一指段 22-第二指段下部 23-第二指段上部

221-第一磁铁 231-第二磁铁 31-近关节轴 32-远关节轴

311-第一传动轮 321-第四传动轮 41-第一过渡轴 411-第二传动轮

412-第一摩擦轮 51-第二过渡轴 511-第三传动轮 512-第二摩擦轮

61-第一传动件 62-第二传动件 71-第一簧件 72-第二簧件

73-第三簧件 741-第四簧件 742-第五簧件 8-第一滑块

81-第一中间轴 811-第一中间摩擦轮 82-第一推板 9-第二滑块

91-第二中间轴 911-第二中间摩擦轮 92-第二推板 101-第一带轮

102-第二带轮 103-第三带轮 104-第一柔性件 105-第二柔性件

15-板件 16-锁定电机 99-物体

具体实施方式

下面结合附图及实施例进一步详细说明本发明的具体结构、工作原理及工作过程。

本发明设计的双向抓取触发自适应机器人手指装置的一种实施例，如图1、图2、图3、图4、图5、图6所示，包括基座1、第一指段21、近关节轴31、远关节轴32、电机11和传动机构；所述电机11与基座1固接；所述电机11的输出轴与传动机构的输入端相连；所述近关节轴31活动套设在基座1中；所述远关节轴32活动套设在第一指段21中；所述第一指段21套接在近关节轴31上；所述传动机构设置在基座1中；所述近关节轴31的中心线与远关节轴32的中心线平行。

本实施例还包括第二指段下部22、第二指段上部23、第一传动轮311、第二传动轮411、第三传动轮511、第四传动轮321、第一摩擦轮412、第二摩擦轮512、第一中间摩擦轮811、第二中间摩擦轮911、第一过渡轴41、第二过渡轴51、第一中间轴81、第二中间轴91、第一簧件71、第二簧件72、第三簧件73、第四簧件741、第五簧件742、第一滑块8、第二滑块9、第一推板82、第二推板92、第一传动件61和第二传动件62；所述第二指段下部22固接在远关节轴32上；所述第二指段上部23与第二指段下部22相连；所述传动机构的输出端与第一传动轮311相连；第一传动轮311套接在近关节轴31上，第二传动轮411、第一摩擦轮412分别套接在第一过渡轴41上，所述第二传动轮411和第一摩擦轮412固接；所述第三传动轮511、第二摩擦轮512分别套接在第二过渡轴51上，所述第三传动轮511和第二摩擦轮512固接；第四传动轮321固接在远关节轴32上；所述第一过渡轴41、第二过渡轴51分别套设在第一指段21中；所述第一中间轴81套设在第一滑块8中；所述第二中间轴91套设在第二滑块9中；所述第一推板82固接在第一滑块8上并位于第一指段21的外侧，所述第二推板92固接在第二滑块9上并位于第一指段21的外侧；所述第一滑块8、第二滑块9分别滑动镶嵌在第一指段21中，所述第一滑块8与第二滑块9在第一指段21中的滑动方向平行，所述第一滑块8、第二滑块9分别位于第一指段21的两侧，所述第一中间摩擦轮811套接在第一中间轴81上；所述第二中间摩擦轮911套接在第二中间轴91上；所述第一传动件61分别连接第一传动轮311、第二传动轮411；所述第二传动件62分别连接第三传动轮511、第四传动轮321；所述第一传动轮311、第一传动件61和第二传动轮411三者形成传动关系；所述第三传动轮511、第二传动件62和第四传动轮321三者形成传动关系；当第一推板82被物体99挤压、第一滑块8向第一指段21内滑动后，所述第一中间摩擦轮811分别与第一摩擦轮412、第二摩擦轮512相接触且三者配合形成传动，所述第一传动轮311通过第一传动件61、第二传动轮411、第一摩擦轮412、第一中间摩擦轮811、第二摩擦轮512、第三传动轮511、第二传动件62到第四传动轮321的传动为同向传动；当第二推板92被物体99挤压、第二滑块9向第一指段21内滑动后，所述第二中间摩擦轮911分别与第一摩擦轮412、第二摩擦轮512相接触且三者配合形成传动，所述第一传动轮311通过第一传动件61、第二传动轮411、第一摩擦轮412、第二中间摩擦轮911、第二摩擦轮512、第三传动轮511、第二传动件62到第四传动轮321的传动为同向传动；所述第一簧件71的两端分别连接第一传动轮311、第一指段21，当第一传动轮转动时通过第一簧件带动第一指段转动；所述第二簧件72的两端分别连接第一指段21、第一推板82，借助第二簧件恢复形变的弹性作用力在释放物体时使第一推板恢复至初始状态；所述第三簧件73的两端分别连接第一指段21、第二推板92，借助第三簧件恢复形变的弹性作用力在释放物体时使第二推板恢复至初始状态；所述第四簧件741的两端分别连接第一指段21、第二指段上部23，第五簧件742的两端分别连接第一指段21、第二指段上部23，借助第四簧件、第五簧件恢复形变的弹性作用力在释放物体时使整个第二指段恢复至初始状态。

本实施例中所述传动机构包括减速器12、第一锥齿轮13、第二锥齿轮14，电机11的输出轴与减速器12的输入轴(即传动机构的输入端)连接，减速器12的输出轴上装设有第一锥齿轮13；第一锥齿轮13与第二锥齿轮14啮接形成齿轮传动，第二锥齿轮14(即传动机构的输出端)固接在近关节轴31上，同时第一传动轮311固接在近关节轴31上，第一簧件71的两端分别连接第二锥齿轮14、第一指段21。但本发明不限制传动机构的类型，只需确保电机能通过传动机构将动力传递给第一传动轮，并通过第一簧件带动第一指段同步转动即可。

本实施例中所述第一传动轮311、第二传动轮411、第三传动轮511、第四传动轮321采用带轮；所述第一簧件71采用扭簧，第二簧件72、第三簧件73、第四簧件741、第五簧件742采用普通弹簧；所述第一传动件61、第二传动件62采用传动带。

本实施例中所述第四簧件741、第五簧件742位于远关节轴的两侧，但本发明不限制用于连接第一指段及第二指段上部的簧件数量及位置分布。

本实施例还包括锁定电机16、板件15、第一柔性件104、第二柔性件105，所述锁定电机16固接在基座1上，所述板件15滑动装配在基座1上，所述锁定电机16的输出轴与板件15相连且二者采用螺纹螺孔配合，实现当锁定电机启动时输出轴的旋转运动转变为板件相对于基座的上下直线运动。所述板件15同时与第一柔性件104的一端、第二柔性件105的一端相连，所述第一柔性件104绕过第三带轮103、第一带轮101后其另一端与第一滑块8相连，所述第二柔性件105绕过第二带轮102、第一带轮101后其另一端与第二滑块9相连。

本实施例中所述第一带轮101、第二带轮102、第三带轮103均支承在第一指段21中，所述第二带轮102、第三带轮103位于第一带轮101的两侧且第二带轮102靠近第一滑块8、第三带轮103靠近第二滑块9。

本实施例中所述第一柔性件104和第二柔性件105均采用腱绳。

本实施例还包括第一磁铁221和第二磁铁231；所述第一磁铁221与第二指段下部22固接，所述第二磁铁231与第二指段上部23固接，所述第一磁铁221与第二磁铁231吸合实现第二指段下部与第二指段上部的相连。

本实施例的工作原理，结合附图叙述如下：

本实施例中初始状态如图7、图8所示，相当于人的手指的伸直状态。

本实施例向左抓取物体99时，电机11转动，通过减速器12、第一锥齿轮13，使得固接在近关节轴31上的第二锥齿轮14分别带动第一簧件71和近关节轴31转动，第一簧件71带动第一指段21转动，近关节轴31带动第一传动轮311转动；由于第四簧件741和第五簧件742的约束作用，第一指段21与第二指段上部23仿佛固接在一起。

因此在第一推板82碰到物体99之前，第一指段21与第二指段上部23、第二指段下部22同时绕近关节轴31转动，第一传动轮311通过第一传动件61带动第二传动轮411空转，第二传动轮411带动与其固接在一起的第一摩擦轮412空转。此过程直到第一指段碰到物体99。

当第一推板82碰到物体99时，条件触发开始，第一指段21被阻挡而无法继续旋转，第二簧件72在第一推板82的推力下压缩变短，第一推板82带动第一滑块8向第一指段21内部滑动，第一滑块8带动第一中间轴81水平移动，第一中间摩擦轮811在第一中间轴81的带动下同时和第一摩擦轮412、第二摩擦轮512接触，从而电机11通过第一传动轮311、第一传动件61、第二传动轮411、第一摩擦轮412、第一中间摩擦轮811、第二摩擦轮512、第三传动轮511、第二传动件62驱动第四传动轮321同向转动。

由于第四传动轮321与远关节轴32固接，因此第四传动轮321带动远关节轴32转动，远关节轴32带动第二指段下部22转动，第二指段下部22带动第二指段上部23转动，第二指段整体转动。此过程直到第二指段上部23碰到物体99。

第二指段上部23碰到物体99后，锁定电机16工作向下拉动板件15，板件15通过第一柔性件104、第二柔性件105分别拉动第一滑块8、第二滑块9向中间滑动，第一滑块8、第二滑块9分别带动第一中间摩擦轮811、第二中间摩擦轮911使两个中间摩擦轮夹紧第一摩擦轮412、第二摩擦轮512，本实施例提出的手指装置被锁定，抓取结束。

本实施例提出的手指装置向左侧抓取物体的动作过程如图7至图10所示。

释放物体时，锁定电机16反转松开第一滑块8、第二滑块9，解除锁定；锁定解除后，电机11反转，本实施例将按照与抓取物体相反的动作运动，直到恢复到初始状态。

本实施例提出的手指装置向右侧抓取物体的动作过程如图11至图14所示，动作与向左侧抓取物体类似，不再赘述。

本装置利用电机、锁定电机、传动机构、多个带轮、多个摩擦轮、多个传动件、簧件、磁铁等综合实现了双向抓取锁定和触发自适应的功能，既能向左抓取又能向右抓取，抓取范围大；在第一指段接触物体后，第二指段继续转动去包络握持物体，适应不同形状、大小物体的抓取，通用性强。该装置采用推板、簧件、滑块实现了条件触发的功能，无需复杂的传感和控制系统；采用柔性件和锁定电机能够实现抓取后的指节锁定，抓取力大、抓取稳定；采用第二指段上下分离的方式，利用磁铁吸合连接，避免了在抓取过程中意外受到撞击而损坏手指的情况。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的设计和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (4)

1.一种双向抓取触发自适应机器人手指装置，包括基座、第一指段、近关节轴、远关节轴、电机和传动机构；所述电机与基座固接；所述电机的输出轴与传动机构的输入端相连；所述近关节轴活动套设在基座中；所述远关节轴活动套设在第一指段中；所述第一指段套接在近关节轴上；所述传动机构设置在基座中；所述近关节轴的中心线与远关节轴的中心线平行；

其特征在于：该双向抓取触发自适应机器人手指装置还包括第二指段下部、第二指段上部、第一传动轮、第二传动轮、第三传动轮、第四传动轮、第一摩擦轮、第二摩擦轮、第一中间摩擦轮、第二中间摩擦轮、第一过渡轴、第二过渡轴、第一中间轴、第二中间轴、第一簧件、第二簧件、第三簧件、第一滑块、第二滑块、第一推板、第二推板、第一传动件和第二传动件；所述第二指段下部固接在远关节轴上；所述第二指段上部与第二指段下部相连；所述传动机构的输出端与第一传动轮相连；第一传动轮套接在近关节轴上，第二传动轮、第一摩擦轮分别套接在第一过渡轴上且二者为固接；所述第三传动轮、第二摩擦轮分别套接在第二过渡轴上且二者为固接；第四传动轮固接在远关节轴上；所述第一过渡轴、第二过渡轴分别套设在第一指段中；所述第一中间轴套设在第一滑块中；所述第二中间轴套设在第二滑块中；所述第一推板固接在第一滑块上并位于第一指段的外侧，所述第二推板固接在第二滑块上并位于第一指段的外侧；所述第一滑块、第二滑块分别滑动镶嵌在第一指段中且二者在第一指段中的滑动方向平行，所述第一滑块、第二滑块分别位于第一指段的两侧，所述第一中间摩擦轮套接在第一中间轴上，所述第二中间摩擦轮套接在第二中间轴上；所述第一传动件分别连接第一传动轮、第二传动轮；所述第二传动件分别连接第三传动轮、第四传动轮；当第一推板被物体挤压、第一滑块向第一指段内滑动后，所述第一中间摩擦轮分别与第一摩擦轮、第二摩擦轮相接触，所述第一传动轮通过第一传动件、第二传动轮、第一摩擦轮、第一中间摩擦轮、第二摩擦轮、第三传动轮、第二传动件到第四传动轮的传动为同向传动；当第二推板被物体挤压、第二滑块向第一指段内滑动后，所述第二中间摩擦轮分别与第一摩擦轮、第二摩擦轮相接触，所述第一传动轮通过第一传动件、第二传动轮、第一摩擦轮、第二中间摩擦轮、第二摩擦轮、第三传动轮、第二传动件到第四传动轮的传动为同向传动；所述第一簧件的两端分别连接第一传动轮、第一指段；所述第二簧件的两端分别连接第一指段、第一推板；所述第三簧件的两端分别连接第一指段、第二推板；所述第一指段、第二指段上部通过多个簧件连接；

还包括锁定电机、板件、第一柔性件和第二柔性件，所述锁定电机固接在基座上，所述板件滑动装配在基座上，所述锁定电机的输出轴和板件连接且二者采用螺纹螺孔配合；所述板件同时与第一柔性件的一端、第二柔性件的一端相连，所述第一柔性件绕过第三带轮、第一带轮后其另一端与第一滑块相连，所述第二柔性件绕过第二带轮、第一带轮后其另一端与第二滑块相连；

还包括第一磁铁和第二磁铁；所述第一磁铁与第二指段下部固接，所述第二磁铁与第二指段上部固接；所述第一磁铁与第二磁铁吸合使第二指段上部与第二指段下部相连。

2.如权利要求1所述的双向抓取触发自适应机器人手指装置，其特征在于：所述第一传动件采用传动带，所述第一传动轮、第二传动轮采用带轮，三者形成带轮传动关系；或者所述第一传动件采用腱绳，所述第一传动轮、第二传动轮采用绳轮，三者形成绳轮传动关系；或者所述第一传动件采用链条，所述第一传动轮、第二传动轮采用链轮，三者形成链轮传动关系。

3.如权利要求1所述的双向抓取触发自适应机器人手指装置，其特征在于：所述第二传动件采用传动带，所述第三传动轮、第四传动轮采用带轮，三者形成带轮传动关系；或者所述第二传动件采用腱绳，所述第三传动轮、第四传动轮采用绳轮，三者形成绳轮传动关系；或者所述第二传动件采用链条，所述第三传动轮、第四传动轮采用链轮，三者形成链轮传动关系。

4.如权利要求1所述的双向抓取触发自适应机器人手指装置，其特征在于：所述第一指段、第二指段上部通过位于远关节轴两侧的第四簧件、第五簧件连接。