CN111633673A - 一种机器人欠驱动手指装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及机器人技术领域，公开了一种机器人欠驱动手指装置，包括第一指节、第二指节及第三指节，第二指节绕第一指节的转动为可控的主动自由度，第三指节绕第二指节的转动为欠驱动的被动自由度，所述驱动构件驱动所述丝杠螺母做直线运动，带动所述第二连杆转动，当所述第二指节没有接触到物体时，所述第二四边形保持稳定，即所述第三指节与所述第二指节保持相对固定；当所述第二指节接触到物体时，所述第一四边形保持稳定，即所述第一指节与所述第二指节保持相对固定，所述丝杠螺母推动所述第三指节转动。通过简单的丝杠螺母以及连杆结构实现了机器人手指的欠驱动运动，装配简单容易实现，且结构紧凑、控制精度高、负载能力大。

Description

一种机器人欠驱动手指装置

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及一种机器人欠驱动手指装置。

背景技术

全驱的机器人机械手由于电机、驱动器数量太多导致重量、体积的增加，在工程上往往难以实现，并且自由度数量太多也导致控制难度较高。与全驱动机械手相对应的，欠驱动机械手由一个电机和驱动器带动多个自由度，可以自适应地抓取不同形状的物体，控制难度相对较低。但是现有的欠驱动机械手通常是通过腱驱动来实现，设计加工难度比较大，且能够承受的负载较小。

因此，亟需设计一种在紧凑空间内实现机器人手指的欠驱动装置，且能够承受较大的负载，同时具备较高的控制精度。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种机器人欠驱动手指装置，通过简单的丝杠螺母以及连杆结构实现了机器人手指的欠驱动运动，装配简单容易实现，且结构紧凑、控制精度高、负载能力大。

本发明提供的技术方案如下：

一种机器人欠驱动手指装置，包括第一指节、第二指节及第三指节，

所述第一指节包括驱动构件、关节固定座、丝杠支撑架、丝杠、丝杠螺母、第一连杆及第二连杆；所述驱动构件设置在所述关节固定座上，所述丝杠支撑架与所述关节固定座固定连接，所述丝杠的第一端与所述驱动构件的输出端连接，所述丝杠的第二端与所述丝杠支撑架转动连接，所述丝杠螺母适配装设在所述丝杠上，沿所述丝杠的轴线方向往复运动；所述第一连杆的两端分别与所述丝杠螺母及所述第二连杆转动连接，所述第二连杆与所述丝杠支撑架转动连接，使所述关节固定座、所述第一连杆、所述第二连杆及所述丝杠螺母形成第一四边形；

所述第二指节包括第二指节连杆、第二指节主推杆、指节骨架及弹簧；所述第二连杆、所述第二指节连杆、所述第二指节主推杆及所述指节骨架依次首尾转动连接，使所述第二连杆、所述第二指节连杆、所述第二指节主推杆及所述指节骨架形成第二四边形；所述第二连杆与所述第二指节连杆分别与所述丝杠支撑架转动连接，所述第二连杆的中部与所述第二指节主推杆远离所述第二连杆的一端经所述弹簧连接；

所述第三指节与所述指节骨架固定连接；

所述驱动构件驱动所述丝杠螺母做直线运动，带动所述第二连杆转动，当所述第二指节没有接触到物体时，所述第二四边形保持稳定，即所述第三指节与所述第二指节保持相对固定；当所述第二指节接触到物体时，所述第一四边形保持稳定，即所述第一指节与所述第二指节保持相对固定，所述丝杠螺母推动所述第三指节转动。

本技术方案中，在紧凑空间内实现机器人手指的欠驱动，且能够承受较大的负载，同时具备较高的控制精度；第二指节绕第一指节的转动为可控的主动自由度，第三指节绕第二指节的转动为欠驱动的被动自由度；通过简单的丝杠螺母以及连杆结构实现了机器人手指的欠驱动运动，装配简单容易实现，且结构紧凑、控制精度高、负载能力大。

进一步优选地，还包括：

第一转动轴，所述第一转动轴转动设置在所述丝杠支撑架上，所述第二连杆与所述第二指节连杆分别经所述第一转动轴与所述丝杠支撑架转动连接；

第二转动轴，所述第二转动轴转动设置在所述指节骨架上，所述第二指节连杆及所述第二指节主推杆分别经所述第二转动轴与所述指节骨架转动连接。

进一步优选地，所述第一连杆设有两个，两个所述第一连杆分别设置在所述丝杠螺母的两侧，两个所述第一连杆的第一端分别与所述丝杠螺母转动连接；

所述第二连杆设有两个，两个所述第二连杆分别设置在所述丝杠支撑架的两侧，两个所述第二连杆的第一端分别与所述第一转动轴转动连接，两个所述第二连杆的中部分别与对应的所述第一连杆的第二端转动连接；

所述第二指节连杆设有两个，两个所述第二指节连杆分别设置在所述丝杠支撑架的两侧，两个所述第二指节连杆经第二指节连接件固定连接，两个所述第二指节连杆的第一端分别与所述第一转动轴转动连接，两个所述第二指节连杆的第二端分别与所述第二转动轴转动连接。

进一步优选地，所述第一连杆与所述丝杠螺母、所述第二连杆分别经第一轴承转动连接；

所述第一转动轴与所述丝杠支撑架、所述第二连杆、所述第二指节连杆分别经第二轴承转动连接；

所述第二转动轴与所述第二指节连杆、所述第二指节推杆、所述指节骨架分别经第三轴承转动连接。

进一步优选地，还包括第一限位构件；

所述第一限位构件设置在所述丝杠支撑架上，位于所述第二指节连杆的上侧，用于对所述第二指节连杆进行机械限位。

进一步优选地，还包括第二限位构件；

所述第二限位构件设置在所述第二指节主推杆上，位于所述第二指节主推杆靠近所述指节骨架的一端，用于对所述指节骨架进行机械限位。

进一步优选地，所述第二连杆上设有凸起，所述凸起位于所述第二连杆的中部，且朝向所述第三指节的一侧，所述凸起上设有第一螺栓孔；

所述第二指节主推杆上设有第二螺栓孔，所述第二螺栓孔位于所述第二指节主推杆靠近所述第三指节的一端；

所述弹簧的两端分别固定在所述第一螺栓孔及所述第二螺栓孔处。

进一步优选地，所述丝杠靠近所述丝杠支撑架的一端为台阶光轴，所述台阶光轴适配套设在丝杠固定轴承的内圈，所述丝杠固定轴承固定在所述丝杠支撑架上。

进一步优选地，所述关节固定座与所述丝杠支撑架之间设有螺母导轨，所述螺母导轨与所述丝杠平行设置，所述螺母导轨贯穿所述丝杠螺母，且两端分别与所述关节固定座及所述丝杠支撑架连接。

进一步优选地，所述驱动构件包括电机和减速箱，所述电机与所述减速箱相连，并固定在所述关节固定座上，所述减速箱的输出端与所述丝杠连接，用于驱动所述丝杠转动。

与现有技术相比，本发明的机器人欠驱动手指装置有益效果在于：

本发明中，在紧凑空间内实现机器人手指的欠驱动，且能够承受较大的负载，同时具备较高的控制精度；第二指节绕第一指节的转动为可控的主动自由度，第三指节绕第二指节的转动为欠驱动的被动自由度；通过简单的丝杠螺母以及连杆结构实现了机器人手指的欠驱动运动，装配简单容易实现，且结构紧凑、控制精度高、负载能力大。

附图说明

下面将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施方式，对上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。

图1是本实施例机器人欠驱动手指装置的结构示意图；

图2是本实施例机器人欠驱动手指装置另一视角的结构示意图。

附图标号说明：

1.电机，2.减速箱，3.关节固定座，4.丝杠支撑架，5.丝杠螺母，6.丝杠，7.螺母导轨，8.第一连杆，9.第二连杆，10.第二指节连杆，11.第二指节主推杆，12.指节骨架，13.第三指节，14.弹簧，15.第一转动轴，16.第二转动轴，17.第一限位构件，18.第二限位构件，19.定位螺栓，20.第二指节连接件。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本申请实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其他实施例中也可以实现本申请。在其他情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本申请的描述。

应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”指示所述描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或集合的存在或添加。

为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本发明相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。

还应当进一步理解，在本申请说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

在附图所示的实施例中，方向的指示(诸如上、下、左、右、前和后)用以解释本发明的各种组件的结构和运动不是绝对的而是相对的。当这些组件处于附图所示的位置时，这些说明是合适的。如果这些组件的位置的说明发生改变时，则这些方向的指示也相应地改变。

另外，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。

在一实施例中，如图1、图2所示，本实施例提供了一种机器人欠驱动手指装置，包括第一指节、第二指节及第三指节13。其中，第一指节包括驱动构件、关节固定座3、丝杠支撑架4、丝杠6、丝杠螺母5、第一连杆8及第二连杆9。驱动构件设置在关节固定座3上，丝杠支撑架4与关节固定座3固定连接，丝杠6的第一端与驱动构件的输出端连接，丝杠6的第二端与丝杠支撑架4转动连接，丝杠螺母5适配装设在丝杠6上，沿丝杠6的轴线方向往复运动。第一连杆8的两端分别与丝杠螺母5及第二连杆9转动连接，第二连杆9与丝杠支撑架4转动连接，使关节固定座3、第一连杆8、第二连杆9及丝杠螺母5形成第一四边形。

第二指节包括第二指节连杆10、第二指节主推杆11、指节骨架12及弹簧14。第二连杆9、第二指节连杆10、第二指节主推杆11及指节骨架12依次首尾转动连接，使第二连杆9、第二指节连杆10、第二指节主推杆11及指节骨架12形成第二四边形。第二连杆9与第二指节连杆10分别与丝杠支撑架4转动连接，第二连杆9的中部与第二指节主推杆11远离第二连杆9的一端经弹簧14连接。第三指节13与指节骨架12固定连接。

驱动构件驱动丝杠螺母5做直线运动，带动第二连杆9转动，当第二指节没有接触到物体时，第二四边形保持稳定，即所述第三指节13与第二指节保持相对固定；当第二指节接触到物体时，第一四边形保持稳定，即第一指节与第二指节保持相对固定，丝杠螺母5推动第三指节13转动，以此实现抓紧物体。

本实施例中，在紧凑空间内实现机器人手指的欠驱动，且能够承受较大的负载，同时具备较高的控制精度；第二指节绕第一指节的转动为可控的主动自由度，第三指节绕第二指节的转动为欠驱动的被动自由度；通过简单的丝杠螺母以及连杆结构实现了机器人手指的欠驱动运动，装配简单容易实现，且结构紧凑、控制精度高、负载能力大。

优选地，机器人欠驱动手指装置还包括：第一转动轴15和第二转动轴16。第一转动轴15转动设置在丝杠支撑架4上，第二连杆9与第二指节连杆10分别经第一转动轴15与丝杠支撑架4转动连接。第二转动轴16转动设置在指节骨架12上，第二指节连杆10及第二指节主推杆11分别经第二转动轴16与指节骨架12转动连接。

第一连杆18设有两个，两个第一连杆8分别设置在丝杠螺母5的两侧，两个第一连杆8的第一端分别与丝杠螺母5转动连接。第二连杆9设有两个，两个第二连杆9分别设置在丝杠支撑架4的两侧，两个第二连杆9的第一端分别与第一转动轴15转动连接，两个第二连杆9的中部分别与对应的第一连杆8的第二端转动连接。第二指节连杆10设有两个，两个第二指节连杆10分别设置在丝杠支撑架4的两侧，两个第二指节连杆10经第二指节连接件20固定连接，两个第二指节连杆10的第一端分别与第一转动轴15转动连接，两个第二指节连杆10的第二端分别与第二转动轴16转动连接。

具体地，如图1、图2所示，驱动构件包括电机1和减速箱2，电机1与减速箱2相连，并通过螺栓固定在关节固定座3上，减速箱2的输出端与丝杠6的左端连接，用于驱动丝杠6转动，丝杠螺母5套设在丝杠6上，且可沿丝杠6转动。丝杠6的右端为台阶光轴，与丝杠固定轴承内圈紧配，丝杠固定轴承外圈固定在丝杠支撑架4中，丝杠支撑架4通过螺栓与关节固定座3固定连接。此结构可有效的对丝杠6的两端进行支撑，减小了丝杠6轴向的窜动，同时消除了丝杠6在收到外力时的变形。

在关节固定座3和丝杠支撑架4之间设有螺母导轨7，螺母导轨7与丝杠6平行布置，螺母导轨7贯穿丝杠螺母5，且两端分别与关节固定座3及丝杠支撑架4连接。螺母导轨7与丝杠螺母5之间为间隙配合，但不能够明显晃动，螺母导轨7的两端分别约束在丝杠支撑架4和关节固定座3上，其径向为紧配，轴向不做强约束。螺母导轨7的作用是约束丝杠螺母5绕着丝杠6的旋转自由度，同时消除丝杠螺母5运动时可能产生的倾覆力矩，当丝杠6转动时，丝杠螺母5只能在螺母导轨7的轴线方向做直线运动。

丝杠螺母5的左右两侧各设有一个定位螺栓孔，定位螺栓孔的轴线与丝杠6的轴线垂直且相交，可防止丝杠螺母5在运动过程中产生额外的倾覆力矩。两个第一连杆8分别位于丝杠螺母5的左右两侧，第一连杆8上有轴承安装孔，轴承安装孔内紧配有轴承。第一连杆8的外侧有第一连杆端盖，通过螺栓与第一连杆8固定连接，限制了轴承轴向的运动。第一连杆8通过定位螺栓19，穿过第一连杆8上的轴承，与丝杠螺母5固定。通过上述结构，使第一连杆8绕着丝杠螺母5上的定位螺栓孔做旋转运动。

第一连杆8的另一端同样用上述轴承连接的方式安装在第二连杆9中间的位置。关节固定座3、第一连杆8、第二连杆9、丝杠螺母5共同组成第一四边形，第一四边形可以为不等边四边形。当电机1转动时，驱动丝杠螺母5做直线运动，带动第二连杆9绕第一转动轴15旋转。

第二指节连杆10设有两个，两个第二指节连杆10的内侧分别通过轴承连接的方式与关节固定座3连接，其转动轴即为第一转动轴15。两个第二指节连杆10之间设有第二指节连接件20，两个第二指节连杆10通过第二指节连接件20，用螺栓的方式连接固定。两个第二指节连杆10的外侧，同样用轴承的方式与第二连杆9连接，因此第二连杆9也能绕着第一转动轴15运动。即在第一转动轴15上分为三个转动部分：关节固定座3、第二指节连杆10和第二连杆9，三部分共同绕着第一转动轴15做旋转运动。

第二连杆9的上端通过轴承与第二指节主推杆11的左端转动连接，第二指节主推杆11的右端通过轴承与指节骨架12转动连接，指节骨架12与第二指节连杆10的右端通过轴承转动连接。第二连杆9、第二指节连杆10、第二指节主推杆11、指节骨架12组成第二四边形，第二四边形可以为不等边四边形。丝杠支撑架4上设有第一限位构件17，第一限位构件17位于第二指节连杆10的上侧，用于对第二指节连杆10进行机械限位。第二指节主推杆11上设有第二限位构件18，第二限位构件18位于第二指节主推杆11靠近指节骨架12的一端，用于对指节骨架12进行机械限位。

第二连杆9上设有凸起，凸起位于第二连杆9的中部，且朝向第三指节13的一侧，凸起上设有第一螺栓孔。第二指节主推杆11上设有第二螺栓孔，第二螺栓孔位于第二指节主推杆11靠近第三指节13的一端，弹簧14的两端分别经螺栓固定在第一螺栓孔及第二螺栓孔处。

实际应用中，当电机1转动时，减速箱2的输出轴带动丝杠6转动，带动丝杠螺母5做直线运动，进而带动第二推杆9绕第一转动轴15旋转。当机器人手指没有接触到物体时，第二四边形保持稳定不变形，即第三指节13与第二指节保持相对固定。当第二指节接触到物体，即第二指节与第一指节无法再进行相对旋转运动时，丝杠螺母5继续往前运动会推动第三指节13绕第二旋转轴16转动，实现抓紧物品。在整个运动过程中，弹簧14始终处于拉紧状态。当需要放开物品时，电机1驱动丝杠螺母5朝向电机的一侧运动，使第一指节与第二指节张开，在弹簧14的弹力作用下，第三指节13与第二指节也打开，以此实现物品的松开。

值得说明的是，通过固定第二连杆9与第二指节连杆10，本实施例的机器人欠驱动手指装置可以修改为机器人全驱(直驱)动手指装置。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详细描述或记载的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种机器人欠驱动手指装置，包括第一指节、第二指节及第三指节，其特征在于：

所述第一指节包括驱动构件、关节固定座、丝杠支撑架、丝杠、丝杠螺母、第一连杆及第二连杆；所述驱动构件设置在所述关节固定座上，所述丝杠支撑架与所述关节固定座固定连接，所述丝杠的第一端与所述驱动构件的输出端连接，所述丝杠的第二端与所述丝杠支撑架转动连接，所述丝杠螺母适配装设在所述丝杠上，沿所述丝杠的轴线方向往复运动；所述第一连杆的两端分别与所述丝杠螺母及所述第二连杆转动连接，所述第二连杆与所述丝杠支撑架转动连接，使所述关节固定座、所述第一连杆、所述第二连杆及所述丝杠螺母形成第一四边形；

所述第二指节包括第二指节连杆、第二指节主推杆、指节骨架及弹簧；所述第二连杆、所述第二指节连杆、所述第二指节主推杆及所述指节骨架依次首尾转动连接，使所述第二连杆、所述第二指节连杆、所述第二指节主推杆及所述指节骨架形成第二四边形；所述第二连杆与所述第二指节连杆分别与所述丝杠支撑架转动连接，所述第二连杆的中部与所述第二指节主推杆远离所述第二连杆的一端经所述弹簧连接；

所述第三指节与所述指节骨架固定连接；

所述驱动构件驱动所述丝杠螺母做直线运动，带动所述第二连杆转动，当所述第二指节没有接触到物体时，所述第二四边形保持稳定，即所述第三指节与所述第二指节保持相对固定；当所述第二指节接触到物体时，所述第一四边形保持稳定，即所述第一指节与所述第二指节保持相对固定，所述丝杠螺母推动所述第三指节转动。

2.根据权利要求1所述的机器人欠驱动手指装置，其特征在于，还包括：

第一转动轴，所述第一转动轴转动设置在所述丝杠支撑架上，所述第二连杆与所述第二指节连杆分别经所述第一转动轴与所述丝杠支撑架转动连接；

第二转动轴，所述第二转动轴转动设置在所述指节骨架上，所述第二指节连杆及所述第二指节主推杆分别经所述第二转动轴与所述指节骨架转动连接。

3.根据权利要求2所述的机器人欠驱动手指装置，其特征在于：

所述第一连杆设有两个，两个所述第一连杆分别设置在所述丝杠螺母的两侧，两个所述第一连杆的第一端分别与所述丝杠螺母转动连接；

所述第二连杆设有两个，两个所述第二连杆分别设置在所述丝杠支撑架的两侧，两个所述第二连杆的第一端分别与所述第一转动轴转动连接，两个所述第二连杆的中部分别与对应的所述第一连杆的第二端转动连接；

所述第二指节连杆设有两个，两个所述第二指节连杆分别设置在所述丝杠支撑架的两侧，两个所述第二指节连杆经第二指节连接件固定连接，两个所述第二指节连杆的第一端分别与所述第一转动轴转动连接，两个所述第二指节连杆的第二端分别与所述第二转动轴转动连接。

4.根据权利要求3所述的机器人欠驱动手指装置，其特征在于：

所述第一连杆与所述丝杠螺母、所述第二连杆分别经第一轴承转动连接；

所述第一转动轴与所述丝杠支撑架、所述第二连杆、所述第二指节连杆分别经第二轴承转动连接；

所述第二转动轴与所述第二指节连杆、所述第二指节推杆、所述指节骨架分别经第三轴承转动连接。

5.根据权利要求4所述的机器人欠驱动手指装置，其特征在于，还包括第一限位构件；

所述第一限位构件设置在所述丝杠支撑架上，位于所述第二指节连杆的上侧，用于对所述第二指节连杆进行机械限位。

6.根据权利要求4所述的机器人欠驱动手指装置，其特征在于，还包括第二限位构件；

所述第二限位构件设置在所述第二指节主推杆上，位于所述第二指节主推杆靠近所述指节骨架的一端，用于对所述指节骨架进行机械限位。

7.根据权利要求5或6所述的机器人欠驱动手指装置，其特征在于：

所述第二连杆上设有凸起，所述凸起位于所述第二连杆的中部，且朝向所述第三指节的一侧，所述凸起上设有第一螺栓孔；

所述第二指节主推杆上设有第二螺栓孔，所述第二螺栓孔位于所述第二指节主推杆靠近所述第三指节的一端；

所述弹簧的两端分别固定在所述第一螺栓孔及所述第二螺栓孔处。

8.根据权利要求7所述的机器人欠驱动手指装置，其特征在于：

所述丝杠靠近所述丝杠支撑架的一端为台阶光轴，所述台阶光轴适配套设在丝杠固定轴承的内圈，所述丝杠固定轴承固定在所述丝杠支撑架上。

9.根据权利要求8所述的机器人欠驱动手指装置，其特征在于：

所述关节固定座与所述丝杠支撑架之间设有螺母导轨，所述螺母导轨与所述丝杠平行设置，所述螺母导轨贯穿所述丝杠螺母，且两端分别与所述关节固定座及所述丝杠支撑架连接。

10.根据权利要求9所述的机器人欠驱动手指装置，其特征在于：

所述驱动构件包括电机和减速箱，所述电机与所述减速箱相连，并固定在所述关节固定座上，所述减速箱的输出端与所述丝杠连接，用于驱动所述丝杠转动。

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