CN110696020A

CN110696020A - 一种自适应欠驱动机械手

Info

Publication number: CN110696020A
Application number: CN201910834268.8A
Authority: CN
Inventors: 金滔; 李龙; 田应仲
Original assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Current assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Priority date: 2019-09-05
Filing date: 2019-09-05
Publication date: 2020-01-17

Abstract

本发明涉及一种自适应欠驱动机械手，包括两个欠驱动手指和一个电动平行驱动器，所述欠驱动手指包括远指节、过渡指节、近指节、从动杆、基座杆和弹性连接件；所述电动平行驱动器包括手指底座、直流电机、导轨壳体、换向螺杆、螺纹套筒和其他安装部件；所述欠驱动手指固连在所述电动平行驱动器上，从而所述直流电机转动时，能够带动所述欠驱动手指做往复运动；所述远指节接触物体时，机械手不具有随形性；所述过渡指节和近指节接触物体时，机械手具有随形性。本发明具有结构简单、可靠性高、抓取平稳，并且具有两种抓取方式，适用于机械臂末端执行器的设计。

Description

一种自适应欠驱动机械手

技术领域

本发明涉及一种自适应欠驱动机械手，属于机器人领域。

背景技术

机器人的应用离不开各种各样的末端执行器，在众多的末端执行器中，因为抓取放置的一般性，使用手爪的频率和比例是最高的，使得机械手成为最典型的末端执行器。由于传统机械手在适应性上的局限性，近年来国内外学者在欠驱动机械手领域开展了广泛的研究。目前，绝大多数欠驱动机械手具有不超过3个手指，单个手指具有2~4个自由度，并且通过在结构中增加弹性元件实现欠驱动运动。国内外已经成功研制许多具有实用价值的欠驱动机械手，根据具体结构可分为气囊型、柔性材料以及连杆型，其中的典型代表分别为日本东北大学的颗粒增强气囊机械手、美国Tufts大学的仿鱼鳍机械手以及荷兰Delft大学的DH-2机械手。欠驱动机械手的主要优点是可以被动地根据操作目标的几何形态变化自身姿态，并最终达到形包络状态，具有良好的随形性能，其不足是欠驱动工作方式导致内部构件碰撞、操作空间较小，造成对操作对象尺寸有较大限制。

发明内容

本发明克服已有技术的不足，提出了一种自适应欠驱动机械手，在保留机械手自适应欠驱动抓取和不增加结构规模的提前下，优化结构，使得机械手同时具备平行不随形抓取和自适应随形抓取两种抓取形式，从而增大机械手的操作空间。具有自适应随形性好，操作空间大，结构简单，可靠性好等特点。

为达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：

一种自适应欠驱动机械手，包括两个欠驱动手指、电动平行驱动器，所述欠驱动手指通过基座杆固定在电动平行驱动器的手指底座上。

所述欠驱动手指包括远指节、过渡指节、近指节、第一弹簧、从动杆、第二弹簧、基座杆，所述远指节的一侧通过第一销轴与过渡指节连接，过渡指节另一端通过第二销轴与近指节连接，近指节另一端通过第三销轴与基座杆连接；所述远指节的另一侧通过第三销轴与从动杆连接，从动杆的另一端通过第四销轴与基座杆连接；所述远指节和从动杆上分别固定有第一螺钉，第一弹簧的两端分别固定在两个第一螺钉上；所述从动杆和基座杆上分别固定有第二螺钉，第二弹簧的两端分别固定在两个第二螺钉上。

所述远指节上设有增强摩擦力的横纹；所述近指节上设有防止手指过度变形的限位结构。

所述电动平行驱动器包括手指底座、直流电机、导轨壳体、换向螺杆、螺纹套筒、电机安装盒，所述电机安装盒通过螺栓与导轨壳体固连，直流电机通过第三螺钉连接在电机安装盒上，直流电机上通过第四螺钉安装有螺纹套筒，螺纹套筒和换向螺杆连接并形成螺旋副，此螺旋副具有自锁性；所述换向螺杆上有滑动副凸起，滑动副凸起与手指底座上的滑动副凹槽形成滑动副，手指底座安装在光滑的导轨壳体上；所述直流电机以不同方向转动时，螺纹套筒带动换向螺杆升降，通过所述滑动副转化为两个手指底座的往复运动，最终实现欠驱动手指的开合。

本发明一种自适应欠驱动机械手，所述电动平行驱动器带动欠驱动柔性手指抓取物体时具有两种抓取形式；所述远指节先接触物体，机械手实现不随形平行夹取；所述过渡指节或近指节先接触物体时，机械手实现随形包络夹取。

本发明与现有技术相比较，具有以下突出实质性特点和显著优点：

1.本发明可实现两种抓取方式，可根据工况进行选择，操作空间和操作多样性大大提升。

2.本发明涉及的欠驱动手指，采用轻量化设计，简单连杆结构使其具有可靠性高，结构简单的特点。

附图说明

图1是本发明一种自适应欠驱动机械手的总体外形示意图。

图2是本发明的欠驱动手指结构示意图。

图3是本发明的电动平行驱动器结构示意图。

图4是本发明的机械手平行不随形抓取方台时的工作原理示意图。

图5是本发明的机械手自适应随形抓取时的工作原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图进一步详细说明本发明实施例的具体结构和工作原理。

如图1所示，一种自适应欠驱动机械手，包括两个欠驱动手指Ⅰ、电动平行驱动器Ⅱ，所述欠驱动手指Ⅰ通过基座杆14固定在电动平行驱动器Ⅱ的手指底座15上。

如图2所示，所述欠驱动手指Ⅰ包括远指节1、过渡指节3、近指节5、第一弹簧8、从动杆10、第二弹簧12、基座杆14，所述远指节1的一侧通过第一销轴2与过渡指节3连接，过渡指节3另一端通过第二销轴4与近指节5连接，近指节5另一端通过第三销轴6与基座杆14连接；所述远指节1的另一侧通过第三销轴9与从动杆10连接，从动杆10的另一端通过第四销轴13与基座杆14连接；所述远指节1和从动杆10上分别固定有第一螺钉7，第一弹簧8的两端分别固定在两个第一螺钉7上；所述从动杆10和基座杆14上分别固定有第二螺钉11，第二弹簧12的两端分别固定在两个第二螺钉11上。所述远指节1上设有增强摩擦力的横纹1-1；所述近指节5上设有防止手指过度变形的限位结构5-1。

如图3所示，所述电动平行驱动器Ⅱ包括手指底座15、直流电机17、导轨壳体19、换向螺杆20、螺纹套筒22、电机安装盒23，所述电机安装盒23通过螺栓16与导轨壳体19固连，直流电机17通过第三螺钉18连接在电机安装盒23上，直流电机17上通过第四螺钉21安装有螺纹套筒22，螺纹套筒22和换向螺杆20连接并形成螺旋副，此螺旋副具有自锁性；所述换向螺杆20上有滑动副凸起20-1，滑动副凸起20-1与手指底座15上的滑动副凹槽15-1形成滑动副，手指底座15安装在光滑的导轨壳体19上。

本发明涉及的具有两种抓取形式的自适应欠驱动机械手，电动平行驱动机构Ⅱ控制两个欠驱动手指Ⅰ进行开合运动，并且可以根据操作目标特点选择不同工作方式，最终实现对目标的有效抓取。

其中，电动平行驱动器Ⅱ的具体工作原理为：直流电机17以不同方向转动时，螺纹套筒22带动换向螺杆20升降，通过换向螺杆20和手指底座15之间的滑动副转化为两个欠驱动手指Ⅰ的往复运动，最终实现欠驱动手指Ⅰ的开合。

欠驱动手指Ⅰ的具体工作原理为：

（1）当没有抓取任务时，如图2欠驱动手指Ⅰ中没有内力，第一弹簧8和第二弹簧12保持初始长度，使得远指节1、过渡指节3以及近指节5呈一条直线。

（2）如图4所示为平行非随形抓取，采用方台展示其工作原理。图中，电动平行驱动器Ⅱ带动欠驱动手指Ⅰ平行相对运动，方台首先接触远指节1，故对于方台的加持力作用于远指节1上，产生一个向外侧翻转的力矩。由于远指节1、过渡指节3和近指节5处于死点位置，且第一弹簧8和第二弹簧12处于压实状态，机构具有明确的运动，能够承受一定的夹持力。

（3）如图5所示为随形包络抓取，采用圆柱展示其工作原理。图中，电动平行驱动器Ⅱ带动欠驱动手指Ⅰ平行相对运动，圆柱首先接触过渡指节3或者近指节5，故对近指节5产生一个向外侧翻转的力矩，直至过渡指节3和近指节5与圆柱相切并构成一个凹槽以提供夹持力。此时，由于远指节1向内侧翻转和向靠近电动平行驱动器Ⅱ一侧运动，导致第一弹簧8拉伸以及第二弹簧12屈曲。当松开圆柱后，由于弹簧的弹性，欠驱动手指Ⅰ能够恢复原形。

Claims

1.一种自适应欠驱动机械手，包括两个欠驱动手指（Ⅰ）、电动平行驱动器（Ⅱ），其特征在于：所述欠驱动手指（Ⅰ）通过基座杆（14）固定在电动平行驱动器（Ⅱ）的手指底座（15）上。

2.根据权利要求1所述的自适应欠驱动机械手，其特征在于：所述欠驱动手指（Ⅰ）包括远指节（1）、过渡指节（3）、近指节（5）、第一弹簧（8）、从动杆（10）、第二弹簧（12）、基座杆（14），所述远指节（1）的一侧通过第一销轴（2）与过渡指节（3）连接，过渡指节（3）另一端通过第二销轴（4）与近指节（5）连接，近指节（5）另一端通过第三销轴（6）与基座杆（14）连接；所述远指节（1）的另一侧通过第三销轴（9）与从动杆（10）连接，从动杆（10）的另一端通过第四销轴（13）与基座杆（14）连接；所述远指节（1）和从动杆（10）上分别固定有第一螺钉（7），第一弹簧（8）的两端分别固定在两个第一螺钉（7）上；所述从动杆（10）和基座杆（14）上分别固定有第二螺钉（11），第二弹簧（12）的两端分别固定在两个第二螺钉（11）上。

3.根据权利要求2所述的自适应欠驱动机械手，其特征在于：所述远指节（1）上设有增强摩擦力的横纹（1-1）；所述近指节（5）上设有防止手指过度变形的限位结构（5-1）。

4.根据权利要求1所述的自适应欠驱动机械手，其特征在于：所述电动平行驱动器（Ⅱ）包括手指底座（15）、直流电机（17）、导轨壳体（19）、换向螺杆（20）、螺纹套筒（22）、电机安装盒（23），所述直流电机（17）通过第三螺钉（18）连接在电机安装盒（23）上，电机安装盒（23）通过螺栓（16）与导轨壳体（19）固连，直流电机（17）上通过第四螺钉（21）安装有螺纹套筒（22），螺纹套筒（22）和换向螺杆（20）连接并形成螺旋副，此螺旋副具有自锁性；所述换向螺杆（20）上有滑动副凸起（20-1），滑动副凸起（20-1）与手指底座（15）上的滑动副凹槽（15-1）形成滑动副，手指底座（15）安装在光滑的导轨壳体（19）上；所述直流电机（17）以不同方向转动时，螺纹套筒（22）带动换向螺杆（20）升降，通过所述滑动副转化为两个手指底座（15）的往复运动，最终实现欠驱动手指（Ⅰ）的开合。