CN112720558A - 一种电机直驱的软指尖机器人灵巧手 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电机直驱的软指尖机器人灵巧手，属于机器人领域，包括底座，所述底座上安装有若干个机械指，所述机械指包括摆动电机，所述摆动电机的输出轴上安装有近端指节，所述近端指节上安装有近端电机，所述近端电机的输出轴上安装有中端指节，所述中端指节的上安装有中端电机，所述中端电机上安装有远端指节，所述远端指节上安装有半球形的软体指尖，所述摆动电机可以改变软体指尖的朝向，所述软体指尖可以避免被抓取的零件损坏，解决了现有的机械手在抓取物品时可能损坏物品，并且不适用于不同结构的物体抓取的问题。

Description

一种电机直驱的软指尖机器人灵巧手

技术领域

本发明涉及机器人领域，具体涉及一种电机直驱的软指尖机器人灵巧手。

背景技术

随着社会的发展，机器人的应用逐渐从工业扩展到农业自动化、家政服务、医疗康复、抗震救灾、娱乐生活等领域，其面对的环境变得更加复杂，操作的对象也变得更加多样。在这种情况下，传统工业机器人的末端夹持器已无法满足要求，机器人末端执行器的功能需要变得更加强大，其柔顺性、灵活性也需要变得更高。目前普遍流行的方案是以人手为原型，模拟人手的功能和结构设计具有多关节、多手指的机器人灵巧手。

目前的机器人灵巧手主要采用刚性指尖结构，手指与目标物体之间的接触与交互是完全刚性的。但刚性指尖不可变形，在执行抓取和操作任务时需要完美估计灵巧手及其各手指的位置和姿态，否则紧贴在目标物体上的手指可能会轻易移动，造成对象的滑落。同时手指的输出力没有缓冲空间，比较生硬，很有可能挤压和破坏对象，尤其是对珠宝、生物组织和水果等易碎易变形的物体。这种整体完全刚性的结构增加了机器人灵巧手的控制难度，并严重降低了其柔顺性、稳定性和安全性。

中国专利公告号CN108247656A公开的一种可变形的三指灵巧手，采用齿轮组驱动欠驱动手指动作，其欠驱动手指只能弯曲不能侧摆，关节之间耦合严重，无法对目标物体进行灵巧性的抓取和操作。中国专利公告号CN210850328U公开的一种三指欠驱动灵巧手，提供了一种可抓取多尺寸物体的三指欠驱动灵巧手，其三指节抓爪的末端指节采用刚性指尖结构，使用刚性平面收拢夹紧对象的抓取方式，柔性和安全性严重不足，不利于对复杂形状或脆弱物体的抓取。中国专利公告号CN109968388A公开的灵巧手，其手指的指节之间设置有扭簧，使用一个电机同时驱动一根手指上的多个指节，因此所有指节只能做简单的往复运动，抓取构型单一。中国专利公告号CN205009250U公开的一种基于连杆机构的多指灵巧手，具有三个手指组件，七个自由度，灵巧手的自由度少于一般三指灵巧手的九个自由度，减少了抓取的灵活性。Barrett公司的Barrett Hand，采用三个刚性手指平行抓持和包络抓持物体，抓取过程中刚度过大，接触柔性和安全性不足，容易挤压破坏目标物体。深圳大寰机器人科技有限公司的一种机器人灵巧手，三个手指安装在基座侧面，增加了灵巧手的整体体积，通过滑轮组的驱动丝驱动手指基杆，手指单自由度的运动需要预紧。温州市科泓机器人科技有限公司的机器人灵巧手，三个手指利用钢丝绳牵引和弹簧实现手爪抓紧和释放物体，主要针对机械装配和制造过程中的多面体零件，难以适应复杂形状的物体。

发明内容

本发明是为了克服现有技术的刚性指尖结构容易在抓取时破坏物体，并且难以抓取结构复杂物体的问题，提供一种电机直驱的软指尖机器人灵巧手，具有更好的柔性，可以适用于多种结构物体的抓取，并且在抓取时不易损坏被抓取的物体，更加安全稳定。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明，一种电机直驱的软指尖机器人灵巧手，包括底座，所述底座上安装有若干个机械指，所述机械指包括摆动电机，所述摆动电机的输出轴上安装有近端指节，所述近端指节上安装有近端电机，所述近端电机的输出轴上安装有中端指节，所述中端指节的上安装有中端电机，所述中端电机上安装有远端指节，所述远端指节上安装有半球形的软体指尖，所述摆动电机的输出轴与所述近端电机的输出轴垂直，所述中端电机的输出轴与所述近端电机的输出轴平行，所述的若干的机械指的摆动电机的输出轴互相平行。

通过所述近端电机和中端电机可以实现中端指节和远端指节的转动，从而使机械手可以进行抓取动作，所述软体指尖可以抓取一些结构较为脆弱的零件、物品，避免其损坏，由于软体指尖为半球形，因此在抓取零件时，无论零件与软体指尖的接触面朝向如何，接触面的形状均为圆形，并且当抓取产生的压力越大时，接触面的圆形也越大，从而避免对零件产生过大的压强，所述摆动电机可以使若干个软体指尖进行转动，从而改变软体指尖的朝向，从而适应不同结构的物体，也可以用于避开物体结构脆弱处。

作为优选，所述近端电机的输出轴上设有轴部弹性键槽，所述轴部弹性键槽内适配安装有弹性键，所述中端指节内还设有缓冲腔，所述缓冲腔内安装有扭簧，所述扭簧分别与所述近端电机的输出轴、所述中端指节连接；当所述电机的输出的扭矩较大时，纵使通过软体指尖增大了与零件的接触面积，还是可能由于挤压力过大而导致零件损坏或磨损；而在本方案中，当零件与软体指尖之间的挤压力较大时，所述弹性键可以被压入弹性键槽，从而使电机输出轴在所述中端指节内产生一定程度的空转，从而避免零件与软体指尖之间的挤压继续增加。

作为优选，所述近端指节包括与所述摆动电机键连接的舵盘以及与所述近端电机固定连接的近端摆动座，所述舵盘的上设有若干周向均布的螺孔，所述近端摆动座与所述舵盘通过螺栓连接；由于指节的位置相对与摆动电机的位置是偏心的，通过若干个周向均布的螺栓，可以降低单个螺栓受到的剪切力，从而使结构更稳定。

作为优选，所述中端指节包括中端摆臂和中端摆动座，所述中端摆臂与所述近端电机的输出轴键连接，所述中端摆臂与中端摆动座固定连接，所述中端电机固定安装在所述中端摆动座中；通过近端电机的运行可以带动中端指节摆动。

作为优选，所述远端指节包括远端摆臂和远端摆动座，所述远端摆臂与所述中端电机的输出轴键连接，所述远端摆臂与远端摆动座固定连接，所述软体指尖与所述远端摆动座固定连接；通过中端电机的运行可以带动远端指节摆动。

作为优选，所述底座内设有若干底座肋板，相邻的两块底座肋板之间形成摆动电机安装槽，所述肋板便于摆动电机安装。

作为优选，所述软体指尖的材料为硅胶。

因此，本发明具有如下有益效果：（1）可以用于抓取多种不同形状的零件或物体，并且避免对被抓取的物体产生损坏；（2）装置结构稳定。

附图说明

图1是本发明的一种结构示意图。

图2是本发明的机械指的一种剖视结构示意图。

图3是本发明的底座的一种内部结构示意图。

图4是本发明的一种俯视结构示意图。

图5是本发明的另一种俯视结构示意图。

图6是本发明的近端电机处的一种剖视结构示意图。

图中：1、底座 2、摆动电机 3、近端指节 31、舵盘 32、近端摆动座 4、近端电机 5、中端指节 51、中端摆臂 52、中端摆动座 6、中端电机 7、远端指节 71、远端摆臂 72、远端摆动座 721、安装座 722、指尖连接部 8、软体指尖 9、肋板 10、加强筋 11、机械臂连接件12、弹性键 13、缓冲腔 14、扭簧 15、导向面。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明做进一步的描述。

实施例一，如图1-3所示，一种电机直驱的软指尖机器人灵巧手，包括圆柱形的底座1，所述底座上安装有三个以底座的轴心为中心周向均布的机械指，所述机械指包括安装在底座内的摆动电机2，所述摆动电机的输出轴上安装有近端指节3，所述近端指节上安装有近端电机4，所述近端电机的输出轴上安装有中端指节5，所述中端指节的上安装有中端电机6，所述中端电机上安装有远端指节7，所述远端指节上安装有半球形的软体指尖8，所述软体指尖的材料为硅胶，所述摆动电机的输出轴与所述近端电机的输出轴垂直，所述中端电机的输出轴与所述近端电机的输出轴平行，所述的三个机械指的摆动电机的输出轴均为竖直方向；所述近端指节包括与所述摆动电机键连接的舵盘31以及与所述近端电机固定连接的近端摆动座32，所述舵盘的上设有以摆动电机的输出轴为中心周向均布的八个螺孔，所述近端摆动座与所述舵盘通过螺栓连接，所述近端电机安装在所述近端摆动座上，所述近端电机为双头出轴电机，所述中端指节包括两个中端摆臂51和中端摆动座52，所述两个中端摆臂分别与所述近端电机两头的输出轴键连接，所述中端摆臂与中端摆动座固定连接，所述中端电机固定安装在所述中端摆动座中，所述终端电机也为双头出轴电机；所述远端指节包括两个远端摆臂71和远端摆动座72，所述的两个远端摆臂分别与所述中端电机的两个输出轴键连接，所述远端摆臂与远端摆动座固定连接，所述软体指尖与所述远端摆动座固定连接，所述远端摆动座包括安装座721和指尖连接部722，所述安装座与所述远端摆动座连接，所述指尖连接部上设有指尖安装面，所述指尖安装面与所述安装座的上侧面夹角为45°；所述底座内设有三块底座肋板9，相邻的两块底座肋板之间形成摆动电机安装槽，所述底座肋板侧面设有用于加固的加强筋10，所述底座内还设有电池安装槽，用于安装电池；底座下方安装有机械臂连接件11；所述近端电机的输出轴上设有轴部弹性键槽，所述轴部弹性键槽内适配安装有弹性键12，所述弹性键的材料可以是硅胶或其他具有弹性的材料，所述中端指节的中端摆臂内还设有缓冲腔13，所述缓冲腔内安装有扭簧14，所述扭簧分别与所述近端电机的输出轴、所述中端摆臂连接，所述中端摆臂内设有孔部弹性键槽，所述弹性键上设有导向面15；所述中端电机输出轴上也设有所述轴部弹性键槽，所述远端指节的远端摆臂内也设有缓冲腔。

在本实施例的使用过程中，先通过所述中端电机调节所述软体指尖朝向的角度，从而确定抓取零件或物品的方向，再通过所述近端电机带动中端摆臂摆动，从而完成抓取动作，在抓取零件或物品的过程中，所述软体指尖接触到零件或物品后，会发生一定形变，从而增加与零件或物品的接触面积，从而减小机械指对零件或物品产生的压强，从而避免零件或物品损坏。

而当需要抓取的零件或物品不是常规形状时，可以通过所述摆动电机来调整三个机械指的夹角，例如，在抓取竖直放置的板类零件时，可以通过摆动电机将机械指调整到图5所示的角度，从而便于夹取。

而当抓取过程中，机械指与被抓取的零件或物品之间的挤压力逐渐增大，近端电机的输出轴上的弹性键与中端摆臂之间的挤压也逐渐增大，当挤压力增大到一定值时，所述弹性键会被压入轴部弹性键槽，从而使输出轴与中端摆臂之间失去键连接，弹性键离开孔部弹性键槽，此时电机处于空转状态，机械指停止抓取，挤压力也不再增大，避免损坏零件或物品，而所述扭簧则起到保持挤压力的作用，避免零件或物品掉落；当机械指松开后，在扭簧的作用下，弹性键会回到所述孔部弹性键槽中。

Claims (7)

1.一种电机直驱的软指尖机器人灵巧手，其特征是，包括底座，所述底座上安装有若干个机械指，所述机械指包括摆动电机，所述摆动电机的输出轴上安装有近端指节，所述近端指节上安装有近端电机，所述近端电机的输出轴上安装有中端指节，所述中端指节的上安装有中端电机，所述中端电机上安装有远端指节，所述远端指节上安装有半球形的软体指尖，所述摆动电机的输出轴与所述近端电机的输出轴垂直，所述中端电机的输出轴与所述近端电机的输出轴平行，所述的若干的机械指的摆动电机的输出轴互相平行。

2.根据权利要求1所述的一种电机直驱的软指尖机器人灵巧手，其特征是，所述近端电机的输出轴上设有轴部弹性键槽，所述轴部弹性键槽内适配安装有弹性键，所述中端指节内还设有缓冲腔，所述缓冲腔内安装有扭簧，所述扭簧分别与所述近端电机的输出轴、所述中端指节连接。

3.根据权利要求1所述的一种电机直驱的软指尖机器人灵巧手，其特征是，所述近端指节包括与所述摆动电机键连接的舵盘以及与所述近端电机固定连接的近端摆动座，所述舵盘的上设有若干周向均布的螺孔，所述近端摆动座与所述舵盘通过螺栓连接。

4.根据权利要求1所述的一种电机直驱的软指尖机器人灵巧手，其特征是，所述中端指节包括中端摆臂和中端摆动座，所述中端摆臂与所述近端电机的输出轴键连接，所述中端摆臂与中端摆动座固定连接，所述中端电机固定安装在所述中端摆动座中。

5.根据权利要求1所述的一种电机直驱的软指尖机器人灵巧手，其特征是，所述远端指节包括远端摆臂和远端摆动座，所述远端摆臂与所述中端电机的输出轴键连接，所述远端摆臂与远端摆动座固定连接，所述软体指尖与所述远端摆动座固定连接。

6.根据权利要求1所述的一种电机直驱的软指尖机器人灵巧手，其特征是，所述底座内设有若干底座肋板，相邻的两块底座肋板之间形成摆动电机安装槽。

7.根据权利要求1-6中任意一项所述的一种电机直驱的软指尖机器人灵巧手，其特征是，所述软体指尖的材料为硅胶。

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