CN111872970A - 一种自适应刚性手爪 - Google Patents

一种自适应刚性手爪 Download PDF

Info

Publication number
CN111872970A
CN111872970A CN202010770013.2A CN202010770013A CN111872970A CN 111872970 A CN111872970 A CN 111872970A CN 202010770013 A CN202010770013 A CN 202010770013A CN 111872970 A CN111872970 A CN 111872970A
Authority
CN
China
Prior art keywords
clamping
driving
clamping jaw
transmission unit
bevel gear
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202010770013.2A
Other languages
English (en)
Inventor
蔡李花
陈鑫
黄帅博
曹晋
李洋
李琛
黄希
王振
高进可
方海峰
徐磊
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Jiangsu University of Science and Technology
Zhangjiagang Industrial Technology Research Institute of Jiangsu University of Science and Technology
Original Assignee
Jiangsu University of Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Jiangsu University of Science and Technology filed Critical Jiangsu University of Science and Technology
Priority to CN202010770013.2A priority Critical patent/CN111872970A/zh
Publication of CN111872970A publication Critical patent/CN111872970A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J15/00—Gripping heads and other end effectors
    • B25J15/08—Gripping heads and other end effectors having finger members
    • B25J15/10—Gripping heads and other end effectors having finger members with three or more finger members
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J15/00—Gripping heads and other end effectors

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Manipulator (AREA)

Abstract

本发明公开了一种自适应刚性手爪，包括基座和设置在基座上的夹持部；夹持部包括四个夹持模块和驱动模块，驱动模块位于四个夹持模块的围合中心位置设置；其中夹持模块包括传动单元、设置在传动单元上的夹爪以及连接在传动单元与夹爪之间的扭簧，传动单元设置在基座上；夹爪与传动单元位于同一竖直面内设置，夹爪的一端与传动单元转动连接；扭簧的一端固定在夹爪上，另一端固定在传动单元上，以使夹爪向围合中心一侧弹性转动；驱动模块包括第一驱动单元和第二驱动单元，第一驱动单元与传动单元传动连接，以带动两两相对的夹爪沿直线往返移动；第二驱动单元与夹爪传动连接。本手爪在一定程度上兼具柔性手爪与刚性手爪的优点。

Description

一种自适应刚性手爪
技术领域
本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及一种自适应刚性手爪。
背景技术
随着社会稳步发展和科技飞速进步，机器人研究也在逐渐深入，各方面对机器人的需求出现了巨大增长，应用的范围也变得越来越广泛。
手爪作为机器人与环境相互作用的执行部件，必须协调机器人完成各种复杂和精巧的工作任务。然而，在多指机械手的研究和应用之中，常用串联的方式链接关节，每个自由度都配备一个驱动电机，这样大大增加了元件的数量，复杂化了控制的流程。如果采用刚性的手爪，又会出现手爪难以适应不同的形状、大小的物体；抓取的过程中很难找到合适的接触点，也容易出现抓取的过程中物体掉落的风险；同时刚性手爪刚性较大，工作时经常出现在控制系统做出反应之前损坏物体的情况。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种自适应刚性手爪，其结构简单、成本低廉、可靠性高、控制方便，在一定程度上兼具柔性手爪与刚性手爪的优点。
本发明通过以下技术手段解决上述技术问题：
一种自适应刚性手爪，包括基座和设置在所述基座上的夹持部；
所述夹持部包括四个呈十字形分布的夹持模块和用于驱动四个所述夹持模块同步运动的驱动模块，所述驱动模块位于四个所述夹持模块的围合中心位置设置；其中
所述夹持模块包括传动单元、设置在所述传动单元上的夹爪以及连接在传动单元与夹爪之间的扭簧，所述传动单元设置在所述基座上；所述夹爪与传动单元位于同一竖直面内设置，所述夹爪的一端与所述传动单元转动连接；所述扭簧的一端固定在夹爪上，另一端固定在传动单元上，以使夹爪向围合中心一侧弹性转动；
所述驱动模块包括第一驱动单元和第二驱动单元，所述第一驱动单元与所述传动单元传动连接，以带动两两相对的所述夹爪沿直线往返移动；所述第二驱动单元与所述夹爪传动连接，以带动所述夹爪绕其与所述传动单元的连接部转动。
进一步，所述传动单元包括径向丝杆导轨和设置在所述径向丝杆导轨的滑块上的安装座，所述安装座呈U形，所述夹爪的通过转动轴转动安装在所述安装座内；
所述径向丝杆导轨的丝杆与所述第一驱动单元传动连接。
进一步，所述第一驱动单元包括驱动电机，所述驱动电机固定安装在所述基座内，所述驱动电机通过锥齿轮副驱动所述径向丝杆导轨的丝杆转动，所述锥齿轮副包括安装在驱动电机转轴上的主动锥齿轮和安装在所述径向丝杆导轨的丝杆上的第一从动锥齿轮，所述主动锥齿轮和所述第一从动锥齿轮相互啮合。
进一步，所述第二驱动单元包括绞动杆和四根一端连接在所述绞动杆上的腱绳；
所述绞动杆的一端通过第二从动锥齿轮与所述主动锥齿轮啮合连接，所述绞动杆与所述驱动电机同轴设置；
四根所述腱绳分别与四个夹爪一一对应连接，所述腱绳从所述夹爪的底部穿过后与所述夹爪的活动端连接。
进一步，所述安装座内设置有滑轮，所述滑轮转动套设在所述转动轴上，所述腱绳从所述滑轮的底部绕过。
进一步，所述第二驱动单元通过固定座安装在所述基座上，所述固定座包括两块相对设置的支撑板，所述支撑板平行于基座表面设置，所述支撑板通过连接柱安装在所述基座上；
所述第二驱动单元的绞动杆转动穿设在其中一块所述支撑板内，并通过轴承与所述支撑板连接，所述腱绳连接在位于两块支撑板之间的绞动杆上。
进一步，所述扭簧通过中心杆安装在所述安装座上，所述扭簧的中部套设在所述中心杆上，所述中心杆的两端分别与所述安装座的两侧固定连接。
进一步，所述安装座由两块相对设置的安装板组成，所述安装板呈L形。
本发明的有益效果：
本发明的自适应刚性手爪，通过腱绳和扭簧两种结构赋予了刚性结构的手爪一定自适应能力。解决了传统机械手爪几乎没有自适应能力，而柔性的手爪成本一般都比较高昂的问题。
本设计采用了电机驱动，执行速度较快；驱动电机的转矩通过锥齿轮副传递给丝杆，传动效率高且传动比准确；抓取工件时，工件的的重力主要由扭簧承担，能够有效防止夹爪抓破工件，延长了夹爪及其他刚性部件的寿命。同时，扭簧的成本较低，还有利于降低维护的成本。采用单电机驱动不仅降低了手爪的生产成本，还降低了控制系统的繁琐程度。
附图说明
图1是本发明一种自适应刚性手爪的结构示意图；
图2是本发明一种自适应刚性手爪的剖面结构示意图；
图3是本发明一种自适应刚性手爪的爆炸图；
图4是本发明一种自适应刚性手爪的腱绳与绞动杆的连接示意图；
图5是本发明一种自适应刚性手爪的绞动杆安装结构示意图；
图6是本发明一种自适应刚性手爪自然状态下的结构示意图；
图7是本发明一种自适应刚性手爪抓取工件时的结构示意图。
具体实施方式
以下将结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明：
如图1-图7所示，本发明的一种自适应刚性手爪，包括基座1和设置在基座1上的夹持部；夹持部包括四个呈十字形分布的夹持模块2和用于驱动四个夹持模块2同步运动的驱动模块3，驱动模块3位于四个夹持模块2的围合中心位置设置；其中，夹持模块2包括传动单元、设置在传动单元上的夹爪4以及连接在传动单元与夹爪4之间的扭簧5，传动单元设置在基座1上；夹爪4与传动单元位于同一竖直面内设置，夹爪4的一端与传动单元转动连接；扭簧5的一端固定在夹爪4上，另一端固定在传动单元上，以使夹爪4向围合中心一侧弹性转动；驱动模块3包括第一驱动单元和第二驱动单元，第一驱动单元与传动单元传动连接，以带动两两相对的夹爪4沿直线往返移动；第二驱动单元与夹爪4传动连接，以带动夹爪4绕其与传动单元的连接部转动。
具体的，传动单元包括径向丝杆导轨6和设置在径向丝杆导轨6的滑块上的安装座7，安装座7呈U形，夹爪4的通过转动轴8转动安装在安装座7内；径向丝杆导轨6的丝杆与第一驱动单元传动连接。扭簧5通过中心杆18安装在安装座7上，扭簧5的中部套设在中心杆18上，中心杆18的两端分别与安装座7的两侧固定连接。安装座7由两块相对设置的安装板组成，安装板呈L形，底部通过螺钉与径向丝杆导轨6的滑块连接。
第一驱动单元包括驱动电机9，驱动电机9固定安装在基座1内，驱动电机9通过锥齿轮副驱动径向丝杆导轨6的丝杆转动，锥齿轮副包括安装在驱动电机9转轴上的主动锥齿轮10和安装在径向丝杆导轨6的丝杆上的第一从动锥齿轮11，主动锥齿轮10和第一从动锥齿轮11相互啮合。锥齿轮副可以获得准确的传动比，而且相较其他传动模块，其可靠性和稳定性更高，其传动效率高，传动比准确，可靠性强。
第二驱动单元包括绞动杆12和四根一端连接在绞动杆12上的腱绳13；绞动杆12的一端通过第二从动锥齿轮14与主动锥齿轮10啮合连接，使驱动电机9能够带动绞动杆12转动，绞动杆12与驱动电机9同轴设置；四根腱绳13分别与四个夹爪4一一对应连接，腱绳13从夹爪4的底部穿过后与夹爪4的活动端连接。安装座7内设置有滑轮15，滑轮15转动套设在转动轴8上，腱绳13从滑轮15的底部绕过，从而减少腱绳13被绞动杆12带动时的摩擦阻力。
具体的，第二驱动单元通过固定座安装在基座1上，使本手爪的结构更加紧凑合理。固定座包括两块相对设置的支撑板16，支撑板16平行于基座1表面设置，支撑板16通过连接柱17安装在基座1上；第二驱动单元的绞动杆12转动穿设在其中一块支撑板16内，并通过轴承与支撑板16连接，腱绳13连接在位于两块支撑板16之间的绞动杆12上。
工作原理：
本自适应刚性手爪的工作状态请参考图1、图6和图7。在初始状态时，如图1所示，四根夹爪4保持竖直，腱绳13处于紧绷状态，扭簧5处于变形状态(在自然状态下，在扭簧5的弹力下，夹爪4的远指端向中心靠拢，如图6所示)，径向丝杆导轨6上的滑块位于远离驱动电机9的一端。开始抓取工件后，驱动电机9正转输出转矩，传递给锥齿轮副后，一方面丝杆开始转动，滑块随之平移，四根夹爪4逐渐收紧；另一方面绞动杆12旋转，逐渐放松一开始收紧的腱绳13，扭簧5失去腱绳13施加的拉力后，变形逐渐恢复，带动夹爪4的远指端向中心靠拢。夹持模块2触碰到工件后，驱动电机9停转，夹爪4指型在扭簧5的弹性作用力下固定在当前状态，从而将工件夹持住。
放开工件时，驱动电机9反转带动锥齿轮副反转，一方面滑块往初始位置移动，夹爪4逐渐放开；另一方面绞动杆12重新收紧腱绳13，夹爪4的远指端在腱绳13拉力的作用下克服扭簧5的弹力，向远离中心位置的方向转动，最终回到初始时的张开状态，从而将工件放开。
本发明的自适应刚性手爪，通过腱绳和扭簧两种结构赋予了刚性结构的手爪一定自适应能力。解决了传统机械手爪几乎没有自适应能力，而柔性的手爪成本一般都比较高昂的问题。
本设计采用了电机驱动，执行速度较快；驱动电机的转矩通过锥齿轮副传递给丝杆，传动效率高且传动比准确；抓取工件时，工件的的重力主要由扭簧承担，能够有效防止夹爪抓破工件，延长了夹爪及其他刚性部件的寿命。同时，扭簧的成本较低，还有利于降低维护的成本。采用单电机驱动不仅降低了手爪的生产成本，还降低了控制系统的繁琐程度。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。本发明未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。

Claims (8)

1.一种自适应刚性手爪，其特征在于：包括基座(1)和设置在所述基座(1)上的夹持部；
所述夹持部包括四个呈十字形分布的夹持模块(2)和用于驱动四个所述夹持模块(2)同步运动的驱动模块(3)，所述驱动模块(3)位于四个所述夹持模块(2)的围合中心位置设置；其中
所述夹持模块(2)包括传动单元、设置在所述传动单元上的夹爪(4)以及连接在传动单元与夹爪(4)之间的扭簧(5)，所述传动单元设置在所述基座(1)上；所述夹爪(4)与传动单元位于同一竖直面内设置，所述夹爪(4)的一端与所述传动单元转动连接；所述扭簧(5)的一端固定在夹爪(4)上，另一端固定在传动单元上，以使夹爪(4)向围合中心一侧弹性转动；
所述驱动模块(3)包括第一驱动单元和第二驱动单元，所述第一驱动单元与所述传动单元传动连接，以带动两两相对的所述夹爪(4)沿直线往返移动；所述第二驱动单元与所述夹爪(4)传动连接，以带动所述夹爪(4)绕其与所述传动单元的连接部转动。
2.根据权利要求1所述的一种自适应刚性手爪，其特征在于：所述传动单元包括径向丝杆导轨(6)和设置在所述径向丝杆导轨(6)的滑块上的安装座(7)，所述安装座(7)呈U形，所述夹爪(4)的通过转动轴(8)转动安装在所述安装座(7)内；
所述径向丝杆导轨(6)的丝杆与所述第一驱动单元传动连接。
3.根据权利要求2所述的一种自适应刚性手爪，其特征在于：所述第一驱动单元包括驱动电机(9)，所述驱动电机(9)固定安装在所述基座(1)内，所述驱动电机(9)通过锥齿轮副驱动所述径向丝杆导轨(6)的丝杆转动，所述锥齿轮副包括安装在驱动电机(9)转轴上的主动锥齿轮(10)和安装在所述径向丝杆导轨(6)的丝杆上的第一从动锥齿轮(11)，所述主动锥齿轮(10)和所述第一从动锥齿轮(11)相互啮合。
4.根据权利要求3所述的一种自适应刚性手爪，其特征在于：所述第二驱动单元包括绞动杆(12)和四根一端连接在所述绞动杆(12)上的腱绳(13)；
所述绞动杆(12)的一端通过第二从动锥齿轮(14)与所述主动锥齿轮(10)啮合连接，所述绞动杆(12)与所述驱动电机(9)同轴设置；
四根所述腱绳(13)分别与四个夹爪(4)一一对应连接，所述腱绳(13)从所述夹爪(4)的底部穿过后与所述夹爪(4)的活动端连接。
5.根据权利要求4所述的一种自适应刚性手爪，其特征在于：所述安装座(7)内设置有滑轮(15)，所述滑轮(15)转动套设在所述转动轴(8)上，所述腱绳(13)从所述滑轮(15)的底部绕过。
6.根据权利要求4所述的一种自适应刚性手爪，其特征在于：所述第二驱动单元通过固定座安装在所述基座(1)上，所述固定座包括两块相对设置的支撑板(16)，所述支撑板(16)平行于基座(1)表面设置，所述支撑板(16)通过连接柱(17)安装在所述基座(1)上；
所述第二驱动单元的绞动杆(12)转动穿设在其中一块所述支撑板(16)内，并通过轴承与所述支撑板(16)连接，所述腱绳(13)连接在位于两块支撑板(16)之间的绞动杆(12)上。
7.根据权利要求2所述的一种自适应刚性手爪，其特征在于：所述扭簧(5)通过中心杆(18)安装在所述安装座(7)上，所述扭簧(5)的中部套设在所述中心杆(18)上，所述中心杆(18)的两端分别与所述安装座(7)的两侧固定连接。
8.根据权利要求2所述的一种自适应刚性手爪，其特征在于：所述安装座(7)由两块相对设置的安装板组成，所述安装板呈L形。
CN202010770013.2A 2020-08-04 2020-08-04 一种自适应刚性手爪 Pending CN111872970A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010770013.2A CN111872970A (zh) 2020-08-04 2020-08-04 一种自适应刚性手爪

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010770013.2A CN111872970A (zh) 2020-08-04 2020-08-04 一种自适应刚性手爪

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN111872970A true CN111872970A (zh) 2020-11-03

Family

ID=73210111

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010770013.2A Pending CN111872970A (zh) 2020-08-04 2020-08-04 一种自适应刚性手爪

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111872970A (zh)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113246141A (zh) * 2021-06-23 2021-08-13 中南大学 一种甲壳类仿生自传感柔顺抓取装置
CN113291790A (zh) * 2021-05-25 2021-08-24 武汉理工大学 一种自适应抓取机构
CN113799162A (zh) * 2021-10-19 2021-12-17 安徽工程大学 面向异形物体的机器人抓取手爪
CN114030659A (zh) * 2021-11-18 2022-02-11 中国科学院空间应用工程与技术中心 一种多功能主动捕获机构以及对接装置
CN114074336A (zh) * 2021-11-17 2022-02-22 东北大学 一种末端拉力自适应的可变速自动拉线装置
WO2022163654A1 (ja) * 2021-01-28 2022-08-04 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 把持装置及び把持方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20100112670A (ko) * 2009-04-10 2010-10-20 한국과학기술연구원 로봇핸드장치
CN102363302A (zh) * 2011-10-25 2012-02-29 杭州电子科技大学 一种单电机驱动的仿人灵巧手装置
CN103688660A (zh) * 2013-12-05 2014-04-02 华南农业大学 一种欠驱动采摘末端执行装置及方法
CN106799742A (zh) * 2016-12-09 2017-06-06 清华大学 精确平夹自适应与耦合自适应模式切换机器人手指装置
CN207932610U (zh) * 2018-02-05 2018-10-02 大族激光科技产业集团股份有限公司 一种螺杆传动多爪联动式夹紧机构
CN108994864A (zh) * 2018-08-15 2018-12-14 哈尔滨工业大学 双腱绳串联式耦合自适应手指装置

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20100112670A (ko) * 2009-04-10 2010-10-20 한국과학기술연구원 로봇핸드장치
CN102363302A (zh) * 2011-10-25 2012-02-29 杭州电子科技大学 一种单电机驱动的仿人灵巧手装置
CN103688660A (zh) * 2013-12-05 2014-04-02 华南农业大学 一种欠驱动采摘末端执行装置及方法
CN106799742A (zh) * 2016-12-09 2017-06-06 清华大学 精确平夹自适应与耦合自适应模式切换机器人手指装置
CN207932610U (zh) * 2018-02-05 2018-10-02 大族激光科技产业集团股份有限公司 一种螺杆传动多爪联动式夹紧机构
CN108994864A (zh) * 2018-08-15 2018-12-14 哈尔滨工业大学 双腱绳串联式耦合自适应手指装置

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022163654A1 (ja) * 2021-01-28 2022-08-04 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 把持装置及び把持方法
CN113291790A (zh) * 2021-05-25 2021-08-24 武汉理工大学 一种自适应抓取机构
CN113291790B (zh) * 2021-05-25 2022-08-30 武汉理工大学 一种自适应抓取机构
CN113246141A (zh) * 2021-06-23 2021-08-13 中南大学 一种甲壳类仿生自传感柔顺抓取装置
CN113246141B (zh) * 2021-06-23 2021-09-21 中南大学 一种甲壳类仿生自传感柔顺抓取装置
CN113799162A (zh) * 2021-10-19 2021-12-17 安徽工程大学 面向异形物体的机器人抓取手爪
CN113799162B (zh) * 2021-10-19 2022-12-06 安徽工程大学 面向异形物体的机器人抓取手爪
CN114074336A (zh) * 2021-11-17 2022-02-22 东北大学 一种末端拉力自适应的可变速自动拉线装置
CN114030659A (zh) * 2021-11-18 2022-02-11 中国科学院空间应用工程与技术中心 一种多功能主动捕获机构以及对接装置

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111872970A (zh) 一种自适应刚性手爪
CN110315511B (zh) 一种采用被动弹簧张紧的索驱动并联分拣机器人
CN211682195U (zh) 基于螺纹传动的机械抓手
CN107984484B (zh) 末端精确补偿直线平夹自适应机器人手指装置
CN101028712A (zh) 一种绳驱动冗余度机械臂
CN111331588A (zh) 一种多自由工业机械臂
CN111230852B (zh) 多臂机械手及机器人
CN110834219A (zh) 一种伸缩式机械手爪
CN212044784U (zh) 基于蜗轮蜗杆传动机构的机械手
CN111590620A (zh) 一种绳驱动欠驱五指机械手
CN214772037U (zh) 一种机械手取件装置
CN109176474B (zh) 一种绳杆混合驱动超冗余机器人
CN212825441U (zh) 一种绳驱动欠驱五指机械手
CN218082707U (zh) 一种柔性变刚度机械手的驱动装置
CN112008749A (zh) 一种工业机器人抓手
CN107553480B (zh) 一种新型可以调节的恒力输出机械手
CN113146595B (zh) 一种三自由度杆件搬运机械臂
CN108069250A (zh) 一种全方位机电夹爪
CN211387906U (zh) 一种伸缩式机械手爪
CN220389465U (zh) 一种机械爪的升降装置
CN218639655U (zh) 一种新型取放料机械手机构
CN217414040U (zh) 一种机械自动化抓取装置
CN220408753U (zh) 一种翻转机械手
CN221391102U (zh) 一种自适应大小的气动夹爪
CN220986231U (zh) 一种气动式机械手手爪结构

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20201103