CN111002339A - 径向调整摆杆支点改变包络空间的欠驱动手指组合机构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种径向调整摆杆支点改变包络空间的欠驱动手指组合机构，主要包括三个手指抓持组件和包络空间调节组件。手指抓持组件包括主动推杆和三个指节，在主动推杆的驱动下，三个指节能够依次贴紧在物体的上部、中部和下部，三个手指抓持组件同时工作将物体抓持紧在包络空间内，该欠驱动结构的抓持组件能够自适应的抓取不同形状和大小的物体，并且结构简单、紧凑、重量轻、成本低；包络空间调节组件的丝杠能够驱动升降调节盘上下移动，与其铰接的第二连杆拉动第一连杆在导向孔内径向移动，来改变第一指节下端支点的径向位置，从而改变三个手指抓持组件之间包络空间的大小，使该欠驱动手指机构在抓取物体时具有自适应性和灵活性。
Description
技术领域
本发明涉及智能机械手技术领域，尤其涉及一种径向调整摆杆支点改变包络空间的欠驱动手指组合机构。
背景技术
机械手作为机器人与周围环境交互的一个重要接口，灵活的机械手是机器人的重要组成部分，其重要性不言而喻；在移动机器人中，特别是采用电源提供能量的移动机器人，减少能源消耗是一个要特别考虑的指标。因此，驱动单元少、能量消耗少的欠驱动机械手就成为移动机器人的首选。但与全驱动机械手各关节运动和抓取力完全由驱动单元决定不同，欠驱动机械手各关节的运动还受到机械结构和外界接触的影响，导致其指尖轨迹具有不确定性，相比全驱动机械手丧失了抓取的灵活性，这对欠驱动机械手精确抓取物体提出了严峻的考验。
故如何在保持欠驱动手本身优势的前提下，还能提高其抓取的灵活性和牢固性就成为了一个亟待解决的问题；另外现有欠驱动机械手的手指之间形成包络的最大空间是固定的，无法进行调节，限制了欠驱动机械手抓取物体时适应不同物体大小的能力，降低了机械手抓取时的性能。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出一种径向调整摆杆支点改变包络空间的欠驱动手指组合机构。
本发明的技术方案是：一种径向调整摆杆支点改变包络空间的欠驱动手指组合机构，其特征在于：所述欠驱动手指机构包括圆筒形的机架外壳、均布在机架外壳外侧面下部的三个手指抓持组件，机架外壳下端设置的包络空间调节组件；
机架外壳的上端口固定有上端盖，上端盖底面的中间固定有电机支座，包络空间调节组件包括同轴安装在机架外壳内的丝杠、丝杠电机、环形的升降调节盘，丝杠电机安装在上述的电机支座内，丝杠的上端设有连接段与丝杠电机的输出轴固定连接，下端设有螺纹段伸出机架外壳的下端面，螺纹段上套装有所述的升降调节盘，升降调节盘的外侧面均布有三个导向杆和三个铰接座，相邻的铰接座和导向杆之间的间距均相同；
机架外壳的下端面边沿竖向的均布有三个限位凸台和三个导向凸台，相邻的限位凸台和导向滑块之间的间距均相同，限位凸台的端面中间向内沿轴向开有限位滑槽，导向凸台的上部中间沿径向开有导向孔，上述升降调节盘的导向杆外端匹配的套入在限位滑槽内形成滑动副，铰接座的底面上铰接有第一连杆，第一连杆的上端铰接有第二连杆穿过上述的导向孔形成滑动副；
机架外壳外侧面的下部和导向凸台对应的位置设有支撑座，支撑座的上端面对称的固定连接有一对转动支座，所述手指抓持组件包括主动推杆、第一指节、第二指节、第三指节，主动推杆的下端设有横轴转动连接在两转动支座之间，支撑座的一侧固定有驱动组件与横轴连接；第二指节整体呈三角形，其内侧的夹角处向内开有滑动腔，外侧的夹角处为铰接点甲，下部的夹角处为铰接点乙，铰接点甲和铰接点乙之间的直线段为第二夹持部，滑动腔的两侧向外开有长方形缺口，滑动腔的端口处设有容纳槽，滑动腔内匹配的安装有驱动滑块，该驱动滑块的两侧中部均设有滑动轴穿出两侧的长方形缺口形成滑动副，驱动滑块的内端面和滑动腔的底面之间连接有弹簧甲，上述主动推杆的上端与驱动滑块的外端铰接； 第一指节呈长杆状，其下端与上述穿过导向孔的第二连杆外端铰接，上端与第二指节上的铰接点乙铰接，第一指节的内侧面为第一夹持部；第三指节呈三角形，其内侧的夹角处与第二指节上的铰接点甲铰接，上部夹角处的两侧通过固定轴销铰接有一对推拉连杆，两推拉连杆的另一端分别与上述两伸出长方形缺口的滑动轴转动连接，第三指节的内侧夹角处和外侧夹角处之间的直线段为第三夹持部。
优选的，机架外壳的内侧面的下部设有的丝杠安装台，丝杠安装台的轴承安装孔内安装有轴承，轴承安装孔的上端口设有环形限位块，丝杠上端的连接段套在轴承内与电机的输出轴固定连接，机架外壳的下端口内设有与丝杠安装台的底面固定连接的轴承盖板。
优选的，所述主动推杆的下端开有横向贯通的花键槽，横轴上设有花键，主动推杆和横轴之间通过花键和花键槽固定连接。
优选的，所述驱动组件包括齿轮电机、主动锥齿轮、从动锥齿轮，齿轮电机通过支架固定连接在支撑座的一侧，与齿轮电机对应侧的横轴上固定连接有从动锥齿轮，主动锥齿轮与齿轮电机的输出轴固定连接并与从动锥齿轮啮合。
优选的，所述主动推杆包括下端的转动支撑件和上端的伸缩轴，转动支撑件上端面向内开有腔室，伸缩轴的上端与驱动滑块的外端铰接，下端设有挡块并套入在腔室内，挡块的底面和腔室的底面之间连接有弹簧乙，腔室的端口固定有盖板，盖板的中间设有与伸缩轴匹配的圆孔，盖板和挡块之间的伸缩轴上套有弹簧丙。
优选的，所述的圆孔的尺寸和伸缩轴的尺寸相匹配。
本发明的有益技术效果是：
本发明手指抓持组件由三个活动的指节和主动推杆连接形成的欠驱动结构，抓取时，在电机对主动推杆的驱动下，三个指节能够依次和物体的上部、中部、下部贴合，实现对物体的夹持和包裹，该欠驱动结构的手指抓持组件能够自适应的抓取不同形状和大小的物体，灵活性高并且结构简单、紧凑、重量轻、成本低。
本发明包络空间调节组件的丝杠能够驱动升降调节盘上下移动，因此与其铰接的第二连杆能够拉动第一连杆在导向孔内径向移动，来改变第一指节径向的支点位置，从而改变三个手指抓持组件之间包络空间的大小，使该欠驱动手指机构在抓取物体时的自适应性和灵活性更强。
附图说明
图1是本发明的主视结构示意图；
图2是图1的剖视结构示意图；
图3是本发明的立体结构示意图；
图4是本发明手指抓持组件的立体结构示意图；
图5是本发明手指抓持组件的剖视结构示意图；
图6是本发明第二指节段和驱动滑块的立体结构示意图；
图7是图6中沿第二指节段切缝的剖视图；
图8是本发明升降调节盘的立体结构示意图。
01.机架外壳、11.上端盖、111.电机支座、12.限位凸台、121.限位滑槽、13.导向凸台、131.导向孔、14.支撑座、15.转动支座、16.丝杠安装台、17.环形限位块、18.轴承盖板、21.丝杠、22.丝杠电机、23.升降调节盘、231.导向杆、232.铰接座、24.第一连杆、25.第二连杆、03.手指抓持组件、31.主动推杆、311.横轴、312.转动支撑件、3121.腔室、313.伸缩轴、3131.挡块、314.弹簧乙、315.弹簧丙、32.第一指节、321.第一夹持部、33.第二指节、331.滑动腔、332.铰接点甲、333.铰接点乙、334.第二夹持部、335.方形缺口、336.容纳槽、34.驱动滑块、341.滑动轴、342.推拉连杆、35.第三指节、351.第三夹持部、36.驱动组件、361.主动锥齿轮、362.从动锥齿轮、37.弹簧甲。
具体实施方式
实施例一，参见说明书附图1 - 8，一种径向调整摆杆支点改变包络空间的欠驱动手指组合机构，其特征在于：所述欠驱动手指机构包括圆筒形的机架外壳、均布在机架外壳外侧面下部的三个手指抓持组件，机架外壳下端设置的包络空间调节组件；机架外壳的上端口固定有上端盖，上端盖底面的中间固定有电机支座，包络空间调节组件包括同轴安装在机架外壳内的丝杠、丝杠电机、环形的升降调节盘，丝杠电机安装在上述的电机支座内，丝杠的上端设有连接段与丝杠电机的输出轴固定连接，下端设有螺纹段伸出机架外壳的下端面，螺纹段上套装有所述的升降调节盘，丝杠电机驱动丝杠转动来使升降调节盘上下移动，升降调节盘的外侧面均布有三个导向杆和三个铰接座，相邻的铰接座和导向杆之间的间距均相同；
机架外壳的下端面边沿竖向均布有三个限位凸台和三个导向凸台，相邻的限位凸台和导向滑块之间的间距均相同，限位凸台的端面中间向内沿轴向开有限位滑槽，导向凸台的上部中间沿径向开有导向孔，上述升降调节盘的导向杆外端匹配的套入在限位滑槽内形成滑动副，升降调节盘上下移动时，导向杆在限位滑槽内上下滑动对升降调节盘的圆周方向定位，防止升降调节盘随着丝杠转动，铰接座的底面上铰接有第一连杆，第一连杆的上端铰接有第二连杆穿过上述的导向孔形成滑动副，升降调节盘上下移动时，第一连杆拉动第二连杆在导向孔内径向移动；
机架外壳外侧面的下部和导向凸台对应的位置设有支撑座，支撑座的上端面对称的固定连接有一对转动支座，所述手指抓持组件包括主动推杆、第一指节、第二指节、第三指节，主动推杆的下端设有横轴转动连接在两转动支座之间，支撑座的一侧固定有驱动组件与横轴连接，通过驱动组件驱动主动推杆在两转动支座之间转动；第二指节整体呈三角形，其内侧的夹角处向内开有滑动腔，外侧的夹角处为铰接点甲，下部的夹角处为铰接点乙，铰接点甲和铰接点乙之间的直线段为第二夹持部，滑动腔的两侧向外开有长方形缺口，滑动腔的端口处设有容纳槽，滑动腔内匹配的安装有驱动滑块，该驱动滑块的两侧中部均设有滑动轴穿出两侧的长方形缺口形成滑动副，驱动滑块的内端面和滑动腔的底面之间连接有弹簧甲，第一指节、第二指节与物体的贴合过程中，第二指节和第三指节处于自由状态，因此弹簧甲作为支撑不会发生变形；第二指节和物体贴合固定后，滑动腔内的驱动滑块被驱动向内滑动并压缩弹簧甲，并通过推拉连杆带动第三指节以第二指节为支点向内转动和物体贴合。
上述主动推杆的上端与驱动滑块的外端铰接；第一指节呈长杆状，其下端与上述穿过导向孔的第二连杆外端铰接，第二连杆的外端作为第一指节工作时的支点，第二连杆在导向孔内径向移动时能够改变第一指节径向的支点位置，从而改变三个手指抓持组件之间包络空间的大小，上端与第二指节上的铰接点乙铰接，第一指节的内侧面为第一夹持部；第三指节呈三角形，其内侧的夹角处与第二指节上的铰接点甲铰接，上部夹角处的两侧通过固定轴销铰接有一对推拉连杆，两推拉连杆的另一端分别与上述两伸出长方形缺口的滑动轴转动连接，第一指节和第二指节向内转动和物体接触并静止后，主动推杆驱动滑块在容纳槽移动并压缩弹簧甲，驱动滑推动推拉连杆来驱动第三指节转动抓持物体，第三指节的内侧夹角处和外侧夹角处之间的直线段为第三夹持部。
机架外壳的内侧面的下部设有的丝杠安装台，丝杠安装台的轴承安装孔内安装有轴承，轴承安装孔的上端口设有环形限位块，丝杠上端的连接段套在轴承内与电机的输出轴固定连接，机架外壳的下端口内设有与丝杠安装台的底面固定连接的轴承盖板。
所述主动推杆的下端开有横向贯通的花键槽，横轴上设有花键，主动推杆和横轴之间通过花键和花键槽固定连接，通过花键连接便于手指抓持组件的安装和拆卸，实现模块化设计思路，利于后期的维修或者改装。
所述驱动组件包括齿轮电机、主动锥齿轮、从动锥齿轮，齿轮电机通过支架固定连接在支撑座的一侧，与齿轮电机对应侧的横轴上固定连接有从动锥齿轮，主动锥齿轮与齿轮电机的输出轴固定连接并与从动锥齿轮啮合，锥齿轮的传动寿命更长、负荷承载力更高、噪音小。
所述主动推杆包括下端的转动支撑件和上端的伸缩轴，转动支撑件上端面向内开有腔室，伸缩轴的上端与驱动滑块的外端铰接，下端设有挡块并套入在腔室内，挡块的底面和腔室的底面之间连接有弹簧乙，腔室的端口固定有盖板，盖板的中间设有与伸缩轴匹配的圆孔，盖板和挡块之间的伸缩轴上套有弹簧丙；所述的圆孔的尺寸和伸缩轴的尺寸相匹配。
本发明的工作过程和原理为：
a．抓取物体时，将三个手指抓持组件之间形成的包络空间和物体对应，通过电机和锥齿轮同步驱动三个主动推杆转动，在主动推杆的驱动下，第一指节以第一连杆为支点向内转动和物体的上部贴合并停止运动，此过程中，第一指节、第二指节、第三指节均是初始平衡状态，弹簧甲、弹簧乙、弹簧丙均不会再被压缩或拉伸；
b．主动推杆继续驱动，第二指节以固定的第一指节为支点向内转动和物体的中部贴合并停止运动，此过程中，第二指节、第三指节作为一个整体处于自由状态，弹簧甲保持原状态不变，由于第一指节固定作为支撑，所以此过程中主动推杆内的弹簧丙被拉伸、弹簧乙被压缩；
c.第一指节和第二指节和物体贴合并固定后，在主动推杆的继续驱动下，滑动腔内的驱动滑块能够向内滑动压缩弹簧甲，并通过推拉连杆带动第三指节以第二指节为支点向内转动，直到和物体的下部贴合，三个指节都和物体接触后，电机通过主动推杆保持对各个指节的驱动实现对物体的夹持和包裹；
c.包络空间调节组件的丝杠能够驱动升降调节盘上下移动，因此与其铰接的第二连杆能够拉动第一连杆在导向孔内径向移动，来改变第一指节径向的支点位置，从而改变三个手指抓持组件之间包络空间的大小，使该欠驱动手指机构在抓取物体时的适应性和灵活性更强。
Claims (6)
1.一种径向调整摆杆支点改变包络空间的欠驱动手指组合机构，其特征在于：所述欠驱动手指机构包括圆筒形的机架外壳、均布在机架外壳外侧面下部的三个手指抓持组件，机架外壳下端设置的包络空间调节组件；
机架外壳的上端口固定有上端盖，上端盖底面的中间固定有电机支座，包络空间调节组件包括同轴安装在机架外壳内的丝杠、丝杠电机、环形的升降调节盘，丝杠电机安装在上述的电机支座内，丝杠的上端设有连接段与丝杠电机的输出轴固定连接，下端设有螺纹段伸出机架外壳的下端面，螺纹段上套装有所述的升降调节盘，升降调节盘的外侧面均布有三个导向杆和三个铰接座，相邻的铰接座和导向杆之间的间距均相同；
机架外壳的下端面边沿竖向的均布有三个限位凸台和三个导向凸台，相邻的限位凸台和导向滑块之间的间距均相同，限位凸台的端面中间向内沿轴向开有限位滑槽，导向凸台的上部中间沿径向开有导向孔，上述升降调节盘的导向杆外端匹配的套入在限位滑槽内形成滑动副，铰接座的底面上铰接有第一连杆，第一连杆的上端铰接有第二连杆穿过上述的导向孔形成滑动副；
机架外壳外侧面的下部和导向凸台对应的位置设有支撑座，支撑座的上端面对称的固定连接有一对转动支座，所述手指抓持组件包括主动推杆、第一指节、第二指节、第三指节，主动推杆的下端设有横轴转动连接在两转动支座之间，支撑座的一侧固定有驱动组件与横轴连接；第二指节整体呈三角形，其内侧的夹角处向内开有滑动腔，外侧的夹角处为铰接点甲，下部的夹角处为铰接点乙，铰接点甲和铰接点乙之间的直线段为第二夹持部，滑动腔的两侧向外开有长方形缺口，滑动腔的端口处设有容纳槽，滑动腔内匹配的安装有驱动滑块，该驱动滑块的两侧中部均设有滑动轴穿出两侧的长方形缺口形成滑动副，驱动滑块的内端面和滑动腔的底面之间连接有弹簧甲，上述主动推杆的上端与驱动滑块的外端铰接； 第一指节呈长杆状，其下端与上述穿过导向孔的第二连杆外端铰接，上端与第二指节上的铰接点乙铰接，第一指节的内侧面为第一夹持部；第三指节呈三角形，其内侧的夹角处与第二指节上的铰接点甲铰接，上部夹角处的两侧通过固定轴销铰接有一对推拉连杆，两推拉连杆的另一端分别与上述两伸出长方形缺口的滑动轴转动连接，第三指节的内侧夹角处和外侧夹角处之间的直线段为第三夹持部。
2.根据权利要求1所述的一种径向调整摆杆支点改变包络空间的欠驱动手指组合机构，其特征在于：机架外壳的内侧面的下部设有的丝杠安装台，丝杠安装台的轴承安装孔内安装有轴承，轴承安装孔的上端口设有环形限位块，丝杠上端的连接段套在轴承内与电机的输出轴固定连接，机架外壳的下端口内设有与丝杠安装台的底面固定连接的轴承盖板。
3.根据权利要求2所述的一种径向调整摆杆支点改变包络空间的欠驱动手指组合机构，其特征在于：所述主动推杆的下端开有横向贯通的花键槽，横轴上设有花键，主动推杆和横轴之间通过花键和花键槽固定连接。
4.根据权利要求1所述的一种径向调整摆杆支点改变包络空间的欠驱动手指组合机构，其特征在于：所述驱动组件包括齿轮电机、主动锥齿轮、从动锥齿轮，齿轮电机通过支架固定连接在支撑座的一侧，与齿轮电机对应侧的横轴上固定连接有从动锥齿轮，主动锥齿轮与齿轮电机的输出轴固定连接并与从动锥齿轮啮合。
5.根据权利要求1所述的一种径向调整摆杆支点改变包络空间的欠驱动手指组合机构，其特征在于：所述主动推杆包括下端的转动支撑件和上端的伸缩轴，转动支撑件上端面向内开有腔室，伸缩轴的上端与驱动滑块的外端铰接，下端设有挡块并套入在腔室内，挡块的底面和腔室的底面之间连接有弹簧乙，腔室的端口固定有盖板，盖板的中间设有与伸缩轴匹配的圆孔，盖板和挡块之间的伸缩轴上套有弹簧丙。
6.根据权利要求1所述的一种径向调整摆杆支点改变包络空间的欠驱动手指组合机构，其特征在于：所述的圆孔的尺寸和伸缩轴的尺寸相匹配。
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