CN110802619A

CN110802619A - 上下连杆平夹间接自适应机器人手指装置

Info

Publication number: CN110802619A
Application number: CN201911052080.4A
Authority: CN
Inventors: 罗超; 张文增; 姜鹏飞
Original assignee: Tiandi Science and Technology Co Ltd
Current assignee: Tiandi Science and Technology Co Ltd
Priority date: 2019-10-31
Filing date: 2019-10-31
Publication date: 2020-02-18

Abstract

上下连杆平夹间接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、驱动器、两个齿轮、连杆机构、滑块、簧件等。该装置综合实现了平行夹持及自适应抓取的功能，根据目标物体形状和位置的不同，既能平动第二指段捏持物体或外张撑住，也能依次转动第一指段和第二指段包络不同形状、大小的物体；该装置抓取范围大；采用欠驱动的方式，利用一个驱动器驱动两个关节，无需复杂的传感和控制系统；该装置结构紧凑、体积小，制造和维护成本低，适用于机器人手。

Description

上下连杆平夹间接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，特别涉及一种上下连杆平夹间接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驱动器驱动多个自由度关节，由于驱动器数量少，藏入手掌的驱动器可以选择更大的功率和体积，出力大，同时纯机械式的反馈系统无需对环境敏感也可以实现稳定抓取，自动适应不同形状尺寸的物体，没有实时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。

在抓取物体时主要有两种抓取方法，一种是捏持，一种是握持。捏持是用末端手指的指尖部分去夹取物体，采用两个点或两个软指面去接触物体，主要针对小尺寸物体或具有对立面的较大物体；握持是用手指的多个指段包络环绕物体来实现多个点的接触，达到更稳定的形状包络抓取。工业夹持器一般采用末端平行的夹持方式，难以具有包络握持功能，不能适应多种形状物体的稳定包络抓取；自适应欠驱动手指可以采用自适应包络物体的方式握持，但是无法实施末端平行夹持抓取，例如，已有的一种欠驱动两关节机器人手指装置（中国发明专利CN101234489A），包括基座、驱动器、中部指段、末端指段和平带轮式传动机构等。该装置实现了双关节欠驱动手指弯曲抓取物体的特殊效果，具有自适应性。该欠驱动机械手指装置的不足之处为：手指在未碰触物体前始终呈现伸直状态，抓取方式主要为握持方式，难实现较好的末端平行夹持抓取效果。

发明内容

本发明的目的是为了克服已有技术的不足之处，提供一种上下连杆平夹间接自适应机器人手指装置。该装置具有多种抓取模式，既能平动第二指段夹持物体，也能先后转动第一指段和第二指段自适应包络不同形状、大小的物体；抓取范围大；无需复杂的传感和控制系统。

本发明的技术方案如下：

本发明设计的上下连杆平夹间接自适应机器人手指装置，包括基座、第一指段、第二指段、近关节轴、远关节轴和驱动器；所述驱动器与基座固接；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：该上下连杆平夹间接自适应机器人手指装置还包括传动机构、第一齿轮、第二齿轮、第一连杆、第二连杆、第三连杆、滑块、簧件和限位凸块；所述第一指段套固在近关节轴上；所述第二指段套固在远关节轴上；所述传动机构设置在基座中；所述驱动器的输出轴与传动机构的输入端相连，所述传动机构的输出端与第一齿轮相连；所述第一齿轮活动固接接在传动机构的输出轴上，所述第二齿轮套接在近关节轴上，所述第二齿轮与第一齿条啮合，所述第二齿轮与第一指段固接，所述第一连杆铰接在基座上，所述第二连杆两端铰接在第一连杆和远关节轴上，所述第三连杆位于滑块上方，所述第三连杆一端铰接在滑块上，所述第三连杆与第二指段铰接；所述滑块滑动镶嵌在第一指段中；所述簧件的两端分别连接第一指段和基座；所述第一齿轮与第二齿轮的传动比大于1。

本发明所述的上下连杆平夹间接自适应机器人手指装置，其特征在于：所述簧件采用拉簧、压簧、片簧或扭簧。

本发明所述的上下连杆平夹间接自适应机器人手指装置，其特征在于：所述驱动器采用电机、气缸、液压缸或内燃机的一种。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和突出性效果：

本发明装置利用驱动器、齿轮传动机构、连杆、滑块、簧件、和限位凸块等综合实现了双关节机器人手指平行夹持及自适应抓取的功能，根据目标物体形状和位置的不同，既能平动第二指段捏持物体或外张撑取物体，也能依次转动第一指段和第二指段包络不同形状、大小的物体；该装置抓取范围大；采用欠驱动的方式，利用一个驱动器驱动两个关节，无需复杂的传感和控制系统；该装置结构紧凑、体积小，制造和维护成本低，适用于机器人手。

附图说明

图1是本发明设计的上下连杆平夹间接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所示实施例的正面外观图。

图3是图1所示实施例的一个侧面外观图（图2的左视图）。

图4是图2的A-A剖视图。

图5是图1所示实施例的立体视图（未画出部分零件）。

图6至图10是图1所示实施例在以包络握持的方式抓取物体的动作过程示意图。

图11至图13是图1所示实施例抓取物体的另一种方式——平行开合用第二指段夹持物体的动作过程示意图。

在图1至图13中：

1－基座， 2－第一指段， 21－第一指段表面板， 3－第二指段，

10－近关节轴， 20－远关节轴， 31－第一连杆 32－第二连杆

33－第三连杆 71－中间轴， 8－第三齿轮， 9－第一齿条，

10－第二齿条， 11－滑块， 13－簧件， 14－驱动器，

141－减速器， 142－第一齿轮， 143－第二齿轮， 15－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。

本发明设计的上下连杆平夹间接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1、第一指段2、第二指段3、近关节轴10、远关节轴20和驱动器14；所述驱动器14与基座1固接；所述近关节轴10活动套设在基座1中；所述远关节轴20活动套设在第一指段2中；所述近关节轴10的中心线与远关节轴20的中心线平行；其特征在于：该上下连杆平夹间接自适应机器人手指装置还包括传动机构、第一齿轮142、第二齿轮143、第一连杆31、第二连杆32、第三连杆33、滑块11、簧件13和限位凸块16；所述第一指段2套固在近关节轴10上；所述第二指段3套固在远关节轴20上；所述传动机构设置在基座1中；所述驱动器14的输出轴与传动机构的输入端相连，所述传动机构的输出端与第一齿轮142相连；所述第一齿轮142活动固接接在传动机构的输出端，所述第二齿轮143套接在近关节轴10上，所述第二齿轮143与第一指段2固接，所述第二齿轮143与第一齿轮142啮合，所述第一连杆31铰接在基座1上，所述第二连杆32两端铰接在第一连杆31和远关节轴20上，所述第三连杆33位于滑块11上方，所述第三连杆33一端铰接在滑块11上，所述第三连杆33与第二指段3铰接；所述滑块11滑动镶嵌在第一指段2中；所述簧件13的两端分别连接第一指段2和基座1；所述第一齿轮142与第二齿轮143的传动比大于1。

本发明所述的上下连杆平夹间接自适应机器人手指装置，其特征在于：所述簧件13采用拉簧、压簧、片簧或扭簧。本实施例中，所述簧件13采用扭簧。

本发明所述的上下连杆平夹间接自适应机器人手指装置，其特征在于：所述驱动器14采用电机、气缸、液压缸或内燃机的一种，本实施例中驱动器14采用电机。

本实施例中，所述传动机构包括减速器141、第一锥齿轮142、第二锥齿轮143、第一连杆31、第二连杆32、第三连杆33；所述驱动器14的输出轴与减速器141的输入轴相连，所述第一锥齿轮142套固在减速器141的输出轴上，所述第二锥齿轮143套固在近关节轴10上，所述第一锥齿轮142与第二锥齿轮143啮合；所述第二锥齿轮143固接在第一指段2上，所述近关节轴10套设在基座1中，所述第一连杆31铰接在基座1上，所述第二连杆两端分别铰接在第一连杆31的一端和远关节轴20上，所述第一指段2连接基座1和远关节轴20，所述第一连杆31、第二连杆32、基座1和第一指段2形成四连杆传动关系，所述四连杆呈“平行四边形”；第三连杆33连接滑块11和第二指段3，所述滑块11与第三连杆33铰接，所述第三连杆的一端与第二指段铰接，滑块11移动时通过第三连杆33带动第二指段3绕着远关节轴20旋转。

本实施例的工作原理，结合附图6至图13，叙述如下：

本实施例中，将初始位置设置为手指伸直的状态（如图6所示）。

本实施例中，当驱动器14开始转动，通过第一锥齿轮142和第二锥齿轮143的传动，由于第二锥齿轮143固接在第一指段2上，所以带动第一指段2转动；第一指段2绕近关节轴正转；由于第一指段2与凸块拨盘17固接，凸块拨盘17与限位凸块16分别连接在簧件13的两端；由于簧件13的拉动，弹簧受拉；由于第一连杆31、第二连杆32、基座1和第一指段2形成四连杆传动关系，该四连杆机构呈“平行四边形”；所以在该四连杆机构中，当第一指段2转动时，第一连杆31也会绕着基座上的铰接处转动，根据几何关系第二连杆32始终保持与初始位置平行，即第二指段3相对于基座1只进行平移运动而不会旋转，始终保持着原有的姿态。这是平行夹持的阶段（如图6、图7、图8、图11、图12、图13）。这一阶段适合以第二指段3去夹持物体15，或者通过外张的方式用第二指段3去从内向外打开的方式外张撑取物体15。例如一个空心圆柱筒的拿取，从该物体的内侧向外张开撑住筒壁，从而抓取物体。

当第一指段表面板21接触物体15而被物体15挤压，滑块11向手指内部收缩时，将进入自适应包络的第二阶段（如图9、图10所示），这时驱动器14通过传动机构的传动，带动近关节轴10转动，第一指段2继续向物体转动，物体反作用力挤压第一指段表面板21，第一指段表面板21向手指内部收缩，滑块11向内滑动，由于第三连杆33两端铰接在滑块11和第二指段3上，滑块带动第三连杆向物体向手指内侧移动，由于第二指段3与远关节轴20套接，第三连杆33与第二指段3铰接，第二指段3正向转动；直到第二指段3接触物体15为止，完成自适应包络抓取物体的效果。针对不同形状、大小的物体，本实施例具有自适应性，能够抓取多种物体。

图6至图10是图1所示实施例以包络握持的方式抓取物体15的动作过程示意图，其中，图6为初始状态，图6至图8为第一指段2接触到物体15之前的动作过程——平行开合方式动作，图8为第一指段2刚接触到物体的情况，图9至图10为第一指段2接触到物体15之后的动作过程——自适应包络物体，直到第二指段3接触物体，如图10所示，抓取结束。

图11至图13是图1所示实施例抓取物体15的另一种可能方式——平行捏持物体的典型动作过程，直到第二指段3接触物体15，如图13所示，抓取结束。

释放物体15的过程：驱动器14反转，后续过程与上述抓取物体15的过程刚好相反，不再赘述。

本发明装置利用驱动器、连杆传动机构、两个齿轮、滑块、簧件、凸块拨盘和限位凸块等综合实现了双关节机器人手指平行夹持及自适应抓取的功能，根据目标物体形状和位置的不同，既能平动第二指段捏持物体或外张撑取物体，也能依次转动第一指段和第二指段包络不同形状、大小的物体；该装置抓取范围大；采用欠驱动的方式，利用一个驱动器驱动两个关节，无需复杂的传感和控制系统；该装置结构紧凑、体积小，制造和维护成本低，适用于机器人手。

Claims

1.一种上下连杆平夹间接自适应机器人手指装置，包括基座、第一指段、第二指段、近关节轴、远关节轴和驱动器；所述驱动器与基座固接；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：该上下连杆平夹间接自适应机器人手指装置还包括传动机构、第一齿轮、第二齿轮、第一连杆、第二连杆、第三连杆、滑块、簧件和限位凸块；所述第一指段套固在近关节轴上；所述第二指段套固在远关节轴上；所述传动机构设置在基座中；所述驱动器的输出轴与传动机构的输入端相连，所述传动机构的输出端与第一齿轮相连；所述第一齿轮活动固接接在传动机构的输出轴上，所述第二齿轮套接在近关节轴上，所述第二齿轮与第一齿条啮合，所述第一连杆铰接在基座上，所述第二连杆两端铰接在第一连杆和远关节轴上，所述第三连杆位于滑块上方，所述第三连杆一端铰接在滑块上，所述第三连杆与第二指段铰接；所述滑块滑动镶嵌在第一指段中；所述簧件的两端分别连接第一指段和基座；所述第一齿轮与第二齿轮的传动比大于1。

2.如权利要求1所述的上下连杆平夹间接自适应机器人手指装置，其特征在于：所述簧件采用拉簧、压簧、片簧或扭簧。

3.如权利要求1所述的上下连杆平夹间接自适应机器人手指装置，其特征在于：所述驱动器采用电机、气缸、液压缸或内燃机的一种。