CN112743560B - 双指联动变位平夹自适应机器人手指装置 - Google Patents

Abstract

双指联动变位平夹自适应机器人手指装置，属于机器人手技术领域，包括基座、两个电机、两个传动机构、四个指段、三个关节轴、多个齿轮、多个传动齿轮、多个齿条、多个簧件、两个拨杆、两个拨块和凸块等。该装置实现了平夹与自适应抓取功能：既具有平行夹持抓取功能，又具有自适应抓取功能，此外，还能够主动改变第二指段的位置，在抓取中接触点多，稳定抓取空间大，适应范围广，对不同形状尺寸物体的自适应抓取效果好，在抓取时可以通过第二电机调节第二指段的位置，两个电机可以独立开动或联合开动，获得多种抓取模式，抓取力变化大，重量轻，制造成本低，适用于需要抓取多种物品的机器人。

Description

双指联动变位平夹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，特别涉及一种双指联动变位平夹自适应机器人手指装置的结构设计。

背景技术

机器人手的主要功能是实现抓取，类似人手的作用。抓取一般是利用手指的多个关节进行协作，以及采用多个手指、手掌进行协作。手指是其中的关键。目前，仿人型多指机器人手研究得如火如荼，已经开发出来的多指机器人手的手指主要采用的是耦合联动的方式——单个电机(或其他驱动器)驱动两个以上的关节，让多关节同时运动。该手指实现的动作模式比较拟人，在抓取物体的过程中能达到较好的包络抓取效果。

有一些机器人手在耦合抓取的基础上，让两个关节实现反向运动，从而达到一种被称之为平行夹持(简称平夹)的抓取模式。平夹抓取模式的手指一般用一个电机驱动两个关节一正一反运动。其中近关节正转时，远关节反转，并且使得远关节与近关节转动角度相等，末端指段相对于基座保持一种固定的姿态。这有利于在桌面上实施平行夹持抓取物体。

有一些手指将平行夹持抓取方式与包络抓取结合起来，开发出了平夹自适应手指。平夹自适应手指利用了电机驱动两个关节同时运动，结合簧件和限位块，可以实现机器人手在平行夹持和自适应包络抓取两种模式之间的自由切换。当物体与近指段接触后，手指的末端指段还可以弯曲，达到两个指段包络抓取物体的功效。

目前，平夹自适应手指无法灵活调整末端指段。而主动驱动的灵巧机器人手指控制复杂，不具备自适应抓取能力。

已有的一种适合捏持和握持的机器人手指装置(中国专利CN107139195A)，包括基座、第一指段、第二指段、近关节轴、远关节轴、电机、减速器、传动机构、六个齿轮、三个齿条、两个簧件、两个拨杆和两个凸块。该装置利用电机、蜗轮蜗杆、齿轮齿条、簧件、拨杆和凸块等综合实现了一种机器人手指，该手指能够实现捏持和握持两种功能，既能够采用手指末端去捏持物体，也适合用两个指段在没有传感器的情况下去自适应包络抓取不同形状、尺寸的物体。

该装置的不足之处在于：该手指为一种平行夹持与自适应复合抓取机器人手指，具有平行夹持和自适应抓取两种抓取模式，因此无法灵活地调节第二指段，即该装置缺少改变远关节位置的功能(简称变位功能)，而在机器人手抓取很多物体时需要的末端指段的位置是不同的，并不一定总是限制为平行于初始状态，因此，这一末端第二指段变位功能的缺失，使得该机器人手抓取的范围大为缩小。

发明内容

本发明的目的是为了克服已有技术的不足之处，提供一种双指联动变位平夹自适应机器人手指装置。该装置能够实现平行夹持和自适应复合抓取功能，在平夹和自适应抓取中能改变第二指段的位置，具有更大的稳定抓取空间，适应范围广，对不同形状尺寸物体的自适应抓取效果好，在抓取时可以调节第二指段的位置，具有较多抓取模式。

本发明的技术方案如下：

本发明设计的双指联动变位平夹自适应机器人手指装置，包括基座、第一指段、第二指段、第一关节轴、第二关节轴、第一电机、第一传动机构、第一齿轮、第二齿轮、第一传动齿轮、第二传动齿轮、第三传动齿轮、第四传动齿轮、第一中间轴、第二中间轴、第一齿条、第二齿条、第三齿条、第一拨杆、第二拨杆、第一簧件、第二簧件、基座挡块和凸块；所述第一关节轴活动套设在基座中，所述第一指段活动套接在第一关节轴上，所述第二关节轴活动套设在第一指段中，所述第二指段活动套接在第二关节轴上；所述第一关节轴与第二关节轴的中心线相互平行；所述第一齿轮活动套接在第一关节轴上，第二齿轮活动套接在第一中间轴上，所述第一齿轮与第二齿轮啮合；所述第一中间轴套设在第一指段中，所述第二中间轴套设在第一指段中，所述第一中间轴、第二中间轴与第一关节轴的中心线相互平行；所述第二传动齿轮活动套接在第一中间轴上，所述第一传动齿轮与第二传动齿轮啮合；所述第三传动齿轮活动套接在第二中间轴上，所述第四传动齿轮套接在第二关节轴上，所述第三传动齿轮与第四传动齿轮啮合；所述第四传动齿轮与第二指段固接；所述第一电机与基座固接；所述第一电机的输出轴与第一传动机构的输入端相连，所述第一传动机构的输出端与第一齿轮相连；所述第一齿轮与第二齿轮啮合；所述第一齿条与第二齿轮啮合，所述第二齿条与第二传动齿轮啮合，所述第三齿条与第三传动齿轮啮合；所述第一齿条、第二齿条分别滑动镶嵌在第一指段中，所述第一齿条、第二齿条在第一指段中的滑动方向相同；所述第一齿条在第一指段中的滑动方向垂直于第一关节轴的中心线；所述第三齿条与第二齿条固接；所述第一拨杆与第一齿条固接，所述第二拨杆与第三齿条固接；在初始状态时，所述第一拨杆与第二拨杆离开一段距离，所述第一拨杆与第二拨杆在行程范围内接触；所述基座挡块与基座固接，所述凸块与第一传动齿轮固接；所述第一簧件的两端分别连接第一齿轮、第一指段；所述第二簧件的两端分别连接第一传动齿轮、基座；第二簧件使得凸块靠向基座挡块；在初始状态时，所述凸块与基座挡块接触；所述第一传动齿轮和第四传动齿轮的分度圆直径相等；所述第二传动齿轮和第三传动齿轮的分度圆直径相等；设所述第一齿条与第二齿轮的啮合点为H点，第一中间轴的中心点为M点，第二中间轴的中心点为N点，所述第二齿条与第二传动齿轮的啮合点为P点，第三齿条与第三传动齿轮的啮合点为Q点，线段MN、NQ、QP、PM构成平行四边形，点H、P位于第一中间轴的同一侧方；其特征在于：该双指联动变位平夹自适应机器人手指装置还包括第三指段、第四指段、第三关节轴、第二电机、第二传动机构、拨轮、第五传动齿轮、第六传动齿轮、第七传动齿轮、第八传动齿轮、第三中间轴、第四中间轴、第四齿条、第五齿条、第一拨块、第二拨块和第三簧件；所述第一拨块固接在拨轮上，所述第二拨块固接在第五传动齿轮上；所述第一传动齿轮套固在第一关节轴上；在初始状态时，所述第一拨块与第二拨块接触；所述第二拨块旋转离开第一拨块的旋转方向与凸块旋转离开基座挡块的旋转方向一致；所述第一传动齿轮套固在第一关节轴上；所述第二电机与基座固接；所述第二电机的输出轴与第二传动机构的输入端相连，所述第二传动机构的输出端与拨轮相连；所述拨轮活动套接在第一关节轴上；所述第三簧件的两端分别连接拨轮、第三指段；所述第五传动齿轮套固在第一关节轴上；所述第六传动齿轮活动套接在第三中间轴上，所述第五传动齿轮与第六传动齿轮啮合；所述第七传动齿轮活动套接在第四中间轴上，所述第八传动齿轮套接在第三关节轴上，所述第七传动齿轮与第八传动齿轮啮合；所述第三中间轴套设在第三指段中，所述第四中间轴套设在第三指段中，所述第三中间轴、第四中间轴与第一关节轴的中心线相互平行；所述第八传动齿轮与第四指段固接；所述第四齿条与第六传动齿轮啮合，所述第五齿条与第七传动齿轮啮合；所述第四齿条与第五齿条固接，所述第四齿条滑动镶嵌在第三指段中，所述第四齿条在第三指段中的滑动方向垂直于第一关节轴的中心线；所述第五传动齿轮和第六传动齿轮的分度圆直径相等；所述第七传动齿轮和第八传动齿轮的分度圆直径相等；设第三中间轴的中心点为R点，第四中间轴的中心点为S点，所述第四齿条与第六传动齿轮的啮合点为T点，第五齿条与第七传动齿轮的啮合点为U点，线段RS、SU、UT、TR构成平行四边形。

本发明所述的双指联动变位平夹自适应机器人手指装置，其特征在于：所述第一簧件采用扭簧，所述第二簧件采用拉簧，所述第三簧件采用扭簧。

本发明所述的双指联动变位平夹自适应机器人手指装置，其特征在于：所述第一传动机构包括第一减速器、第一蜗杆、第一蜗轮、第一过渡轴、第一过渡齿轮、第二过渡齿轮和第二过渡轴；所述第一电机的输出轴与第一减速器的输入轴相连，所述第一蜗杆套固在第一减速器的输出轴上，所述第一蜗轮套固在第一过渡轴上，第一过渡轴活动套设在基座中，所述第一蜗杆与第一蜗轮啮合，所述第一过渡齿轮套固在第一过渡轴上；所述第一过渡齿轮与第二过渡齿轮啮合，所述第二过渡齿轮套接在第二过渡轴上，所述第二过渡齿轮与第一齿轮啮合。

本发明所述的双指联动变位平夹自适应机器人手指装置，其特征在于：所述拨轮采用齿轮；所述第二传动机构包括第二减速器、第二蜗杆、第二蜗轮、第三过渡轴、第三过渡齿轮、第四过渡齿轮和第四过渡轴；所述第二电机的输出轴与第二减速器的输入轴相连，所述第二蜗杆套固在第二减速器的输出轴上，所述第二蜗轮套固在第三过渡轴上，第三过渡轴活动套设在基座中，所述第二蜗杆与第二蜗轮啮合，所述第三过渡齿轮套固在第三过渡轴上；所述第三过渡齿轮与第四过渡齿轮啮合，所述第四过渡齿轮套接在第四过渡轴上，所述第四过渡齿轮与拨轮啮合。

本发明所述的双指联动变位平夹自适应机器人手指装置，其特征在于：所述第一传动齿轮与第二传动齿轮的分度圆直径相等，所述第三传动齿轮与第四传动齿轮的分度圆直径相等；所述第五传动齿轮与第六传动齿轮的分度圆直径相等，所述第七传动齿轮与第八传动齿轮的分度圆直径相等；第一齿轮与第二齿轮的分度圆直径相等。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和突出性效果：

本发明装置利用基座、两个电机、两个传动机构、四个指段、三个关节轴、多个齿轮、多个传动齿轮、多个齿条、多个簧件、两个拨杆、两个拨块和凸块等综合该装置实现了平夹与自适应抓取功能：既具有平行夹持抓取功能，又具有自适应抓取功能，此外，还能够主动改变第二指段的位置，在抓取中接触点多，稳定抓取空间大，适应范围广，对不同形状尺寸物体的自适应抓取效果好，在抓取时可以通过第二电机调节第二指段的位置，两个电机可以独立开动或联合开动，获得多种抓取模式，抓取力变化大，重量轻，制造成本低，适用于需要抓取多种物品的机器人。

附图说明

图1是本发明设计的双指联动变位平夹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所示实施例从另一个角度观看的立体外观图。

图3是图1所示实施例的正面外观图。

图4是图3的右侧外观图。

图5是图1的内部视图(未画出部分零件)。

图6是在图5基础上进一步隐藏了更多零件的视图。

图7是图2的内部视图(未画出部分零件)。

图8是在图7基础上进一步隐藏了更多零件的视图。

图9是图1所示实施例的正面外观图(未画出部分零件)。

图10是图9的A-A剖视图。

图11是图9的B-B剖视图。

图12是图9的C-C剖视图。

图13是图9的D-D剖视图。

图14至图16是图1所示实施例采用第一指段、第二指段平行夹持方式抓取物体的动作过程。

图17至图18是图1所示实施例在平行夹持之后第三指段、第四指段动作过程。

图19至图22是图1所示实施例采用第一指段、第二指段自适应方式抓取物体的动作过程。

图23至图25是图1所示实施例在自适应抓取之后第三指段、第四指段的动作过程。

在图1至图19中：

1－基座、11－基座挡块、21－第一指段、22－第二指段、23－第三指段、24－第四指段、31－第一关节轴、32－第二关节轴、33－第三关节轴、341－第一中间轴、342－第二中间轴、343－第三中间轴、344－第四中间轴、41－第一电机、42－第一减速器、43－第一蜗杆、44－第一蜗轮、45－第一过渡轴、46－第一过渡齿轮、47－第二过渡齿轮、48－第二过渡轴、410－第二电机、420－第二减速器、430－第二蜗杆、44－第二蜗轮、45－第三过渡轴、46－第三过渡齿轮、47－第四过渡齿轮、48－第四过渡轴、51－第一齿轮、52－第二齿轮、510－拨轮、61－第一传动齿轮、611－凸块、62－第二传动齿轮、63－第三传动齿轮、64－第四传动齿轮、65－第五传动齿轮、66－第六传动齿轮、67－第七传动齿轮、68－第八传动齿轮、71－第一齿条、711－第一拨杆、72－第二齿条、73－第三齿条、731－第二拨杆、74－第四齿条、75－第五齿条、81－第一簧件、82－第二簧件、83－第三簧件、91－第一拨块、92－第二拨块、99－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。

本发明设计的双指联动变位平夹自适应机器人手指装置的一种实施例，如图1至图13所示，包括基座1、第一指段21、第二指段22、第一关节轴31、第二关节轴32、第一电机41、第一传动机构、第一齿轮51、第二齿轮52、第一传动齿轮61、第二传动齿轮62、第三传动齿轮63、第四传动齿轮64、第一中间轴341、第二中间轴342、第一齿条71、第二齿条72、第三齿条73、第一拨杆711、第二拨杆731、第一簧件81、第二簧件82、基座挡块11和凸块611；所述第一关节轴31活动套设在基座1中，所述第一指段21活动套接在第一关节轴31上，所述第二关节轴32活动套设在第一指段21中，所述第二指段22活动套接在第二关节轴32上；所述第一关节轴31与第二关节轴32的中心线相互平行；所述第一齿轮51活动套接在第一关节轴31上，第二齿轮52活动套接在第一中间轴341上，所述第一齿轮51与第二齿轮52啮合；所述第一中间轴341套设在第一指段21中，所述第二中间轴342套设在第一指段21中，所述第一中间轴341、第二中间轴342与第一关节轴31的中心线相互平行；所述第二传动齿轮62活动套接在第一中间轴341上，所述第一传动齿轮61与第二传动齿轮62啮合；所述第三传动齿轮63活动套接在第二中间轴341上，所述第四传动齿轮64套接在第二关节轴32上，所述第三传动齿轮63与第四传动齿轮64啮合；所述第四传动齿轮64与第二指段22固接；所述第一电机41与基座1固接；所述第一电机41的输出轴与第一传动机构的输入端相连，所述第一传动机构的输出端与第一齿轮51相连；所述第一齿轮51与第二齿轮52啮合；所述第一齿条71与第二齿轮52啮合，所述第二齿条72与第二传动齿轮62啮合，所述第三齿条73与第三传动齿轮63啮合；所述第一齿条71、第二齿条72分别滑动镶嵌在第一指段21中，所述第一齿条71、第二齿条72在第一指段21中的滑动方向相同；所述第一齿条71在第一指段21中的滑动方向垂直于第一关节轴31的中心线；所述第三齿条73与第二齿条72固接；所述第一拨杆711与第一齿条71固接，所述第二拨杆731与第三齿条73固接；在初始状态时，所述第一拨杆711与第二拨杆731离开一段距离，所述第一拨杆711与第二拨杆731在行程范围内接触；所述基座挡块11与基座1固接，所述凸块611与第一传动齿轮61固接；所述第一簧件81的两端分别连接第一齿轮51、第一指段21；所述第二簧件82的两端分别连接第一传动齿轮61、基座1；第二簧件82使得凸块611靠向基座挡块11；在初始状态时，所述凸块611与基座挡块11接触；所述第一传动齿轮61和第四传动齿轮64的分度圆直径相等；所述第二传动齿轮62和第三传动齿轮63的分度圆直径相等；设所述第一齿条71与第二齿轮52的啮合点为H点，第一中间轴341的中心点为M点，第二中间轴342的中心点为N点，所述第二齿条72与第二传动齿轮62的啮合点为P点，第三齿条73与第三传动齿轮63的啮合点为Q点，线段MN、NQ、QP、PM构成平行四边形，点H、P位于第一中间轴341的同一侧方；该双指联动变位平夹自适应机器人手指装置还包括第三指段23、第四指段24、第三关节轴33、第二电机410、第二传动机构、拨轮510、第五传动齿轮65、第六传动齿轮66、第七传动齿轮67、第八传动齿轮68、第三中间轴343、第四中间轴344、第四齿条74、第五齿条75、第一拨块91、第二拨块92和第三簧件83；所述第一拨块91固接在拨轮510上，所述第二拨块92固接在第五传动齿轮65上；所述第一传动齿轮61套固在第一关节轴31上；在初始状态时，所述第一拨块91与第二拨块92接触；所述第二拨块92旋转离开第一拨块91的旋转方向与凸块611旋转离开基座挡块11的旋转方向一致；所述第一传动齿轮61套固在第一关节轴31上；所述第二电机410与基座1固接；所述第二电机410的输出轴与第二传动机构的输入端相连，所述第二传动机构的输出端与拨轮510相连；所述拨轮510活动套接在第一关节轴31上；所述第三簧件83的两端分别连接拨轮510、第三指段23；所述第五传动齿轮65套固在第一关节轴31上；所述第六传动齿轮66活动套接在第三中间轴343上，所述第五传动齿轮65与第六传动齿轮66啮合；所述第七传动齿轮67活动套接在第四中间轴344上，所述第八传动齿轮68套接在第三关节轴33上，所述第七传动齿轮67与第八传动齿轮68啮合；所述第三中间轴343套设在第三指段23中，所述第四中间轴344套设在第三指段23中，所述第三中间轴343、第四中间轴344与第一关节轴31的中心线相互平行；所述第八传动齿轮68与第四指段24固接；所述第四齿条74与第六传动齿轮66啮合，所述第五齿条75与第七传动齿轮67啮合；所述第四齿条74与第五齿条75固接，所述第四齿条74滑动镶嵌在第三指段23中，所述第四齿条74在第三指段23中的滑动方向垂直于第一关节轴31的中心线；所述第五传动齿轮65和第六传动齿轮66的分度圆直径相等；所述第七传动齿轮67和第八传动齿轮68的分度圆直径相等；设第三中间轴33的中心点为R点，第四中间轴344的中心点为S点，所述第四齿条74与第六传动齿轮66的啮合点为T点，第五齿条75与第七传动齿轮67的啮合点为U点，线段RS、SU、UT、TR构成平行四边形。

本实施例中，所述第一簧件81采用扭簧，所述第二簧件82采用拉簧，所述第三簧件83采用扭簧。

本实施例中，所述第一传动机构包括第一减速器42、第一蜗杆43、第一蜗轮44、第一过渡轴45、第一过渡齿轮46、第二过渡齿轮47和第二过渡轴48；所述第一电机41的输出轴与第一减速器42的输入轴相连，所述第一蜗杆43套固在第一减速器42的输出轴上，所述第一蜗轮44套固在第一过渡轴45上，第一过渡轴45活动套设在基座1中，所述第一蜗杆43与第一蜗轮44啮合，所述第一过渡齿轮46套固在第一过渡轴45上；所述第一过渡齿轮46与第二过渡齿轮47啮合，所述第二过渡齿轮47套接在第二过渡轴48上，所述第二过渡齿轮47与第一齿轮51啮合。

本实施例中，所述拨轮510采用齿轮；所述第二传动机构包括第二减速器420、第二蜗杆430、第二蜗轮440、第三过渡轴450、第三过渡齿轮460、第四过渡齿轮470和第四过渡轴480；所述第二电机410的输出轴与第二减速器420的输入轴相连，所述第二蜗杆430套固在第二减速器420的输出轴上，所述第二蜗轮440套固在第三过渡轴450上，第三过渡轴450活动套设在基座1中，所述第二蜗杆430与第二蜗轮440啮合，所述第三过渡齿轮460套固在第三过渡轴450上；所述第三过渡齿轮460与第四过渡齿轮470啮合，所述第四过渡齿轮470套接在第四过渡轴480上，所述第四过渡齿轮470与拨轮510啮合。

本实施例中，所述第一传动齿轮61与第二传动齿轮62的分度圆直径相等，所述第三传动齿轮63与第四传动齿轮64的分度圆直径相等；所述第五传动齿轮65与第六传动齿轮66的分度圆直径相等，所述第七传动齿轮67与第八传动齿轮68的分度圆直径相等；第一齿轮51与第二齿轮52的分度圆直径相等。

本实施例的工作原理，结合附图，叙述如下：

本实施例处于初始状态时，第二簧件82拉着凸块611使其紧靠在基座挡块11上，凸块611与基座挡块11接触，由于凸块611与第一传动齿轮61固接，所以第一传动齿轮61此时相对于基座1保持初始状态。

第一电机41正转，通过第一传动机构带动第一齿轮51转动，具体过程为：通过第一减速器42带动第一蜗杆43，通过第一蜗轮44带动第一过渡轴45转动，带动第一过渡齿轮46转动，带动第二过渡齿轮47转动，使得第一齿轮51转动。

之后，通过第一簧件81带动第一指段21绕第一关节轴31正转，第一指段21转动靠向待抓的物体99，如图14、图15。

此时，由于第二簧件82的作用，第一传动齿轮61与凸块611相对于基座挡块11和基座1保持初始姿态不变；第一传动齿轮61相对于基座1不动，第一指段21正转(图14中的逆时针方向转动)，第一传动齿轮61相对于第一指段21反转了一个角度α，于是第二传动齿轮62相对于第一指段21正转了一个角度α，拉动第二齿条72、第三齿条73相对于第一指段21向下方滑动了一段距离d，带动第三传动齿轮63相对于第一指段21正转了一个角度α，带动第四传动齿轮64相对于第一指段21反转了一个角度α，因此与第四传动齿轮64固接的第二指段22相对于第一指段21反转了一个角度α，于是第二指段22相对于基座1的姿态没有变化。此过程达到了平行夹持抓取功能，当物体接触第二指段时，达到平行夹持抓取效果，动作过程如图14至图16所示。

在上述平行夹持阶段，第一齿轮51相对于第一指段21姿态不变，因此第二齿轮52相对于第一指段21的姿态不变，第一齿条71在第一指段21中没有相对滑动。由于第一齿条71相对第一指段21没有滑动，而第二齿条72、第三齿条73相对于第一指段21向下滑动一段距离d，使得固接在第三齿条73上的第二拨杆731向着固接在第一齿条71上的第一拨杆711靠近的方向滑动。

在上述平行夹持阶段，第一传动齿轮61相对基座1不动，于是，第一关节轴31和第五传动齿轮65也相对于基座1不动，第二电机410未开动，第二指段22和第三指段23相对基座1都没有动。

在平行夹持阶段之后，开动第二电机410，第二电机410转动，通过第二传动机构带动拨轮510转动，具体过程为：通过第一减速器420带动第二蜗杆430，通过第二蜗轮440带动第三过渡轴450转动，带动第三过渡齿轮460转动，带动第四过渡齿轮470转动，使得拨轮510转动。

拨轮510转动，通过第三簧件83带动第三指段23靠向待抓物体，此时：

一方面，假设第五传动齿轮65相对基座1不动，则第五传动齿轮65相对于第三指段23反转一个角度，通过第六传动齿轮66、第四齿条74和第五齿条75的传动，使得第七传动齿轮67转动，第八传动齿轮68相对于第三指段23反转一个角度，该角度等于第五传动齿轮65相对于第三指段23反转的角度，于是第四指段24相对于基座1姿态不变；

另一方面，拨轮510通过第一拨块91拨动第二拨块92，使得第五传动齿轮65正转一个角度θ，该角度等于第三指段23转动的角度，这使得第四指段24会向前转动一个角度θ。

综合两方面，第四指段24相对于第三指段23并没有转动，于是，第三指段23和第四指段24像一个整体绕着第一关节轴31的中心线转动了一个角度，直到出现以下两种情况之一：

(1)当第四指段24先接触物体99，那么实现了第四指段24末端捏持物体99，如图18所示。相对于只有第一指段21的接触点抓取(图16)，又增加了一个第四指段24的接触点，抓取更加稳定，同时第二电机410继续转动，会使得第四指段24对物体的抓取力增大，会使得第三簧件83的变形量增大，获得变抓取力的效果。此过程如图17至图18所示。

(2)当第三指段23先接触物体，那么第二电机410继续转动，会使得第三簧件83的变形量增大，第三指段23对物体99的接触点施加的抓持力增大，同时拨轮510继续转动，通过第一拨块91、第二拨块92使得第五传动齿轮65正转，通过第六传动齿轮66、第四齿条74、第五齿条75带动第七传动齿轮67转动，使得第八传动齿轮68和第四指段24正转一个角度，直到第四指段24也接触物体，达到第三指段23、第四指段24均接触物体，于是获得了更加稳定的抓取效果。

上述过程中，由于第二指段22与第四指段24通过第四传动齿轮64、第三传动齿轮63、第三齿条73、第二齿条72、第二传动齿轮62、第一传动齿轮61、第一关节轴31、第五传动齿轮65、第六传动齿轮66、第四齿条74、第五齿条75、第七传动齿轮67与第八传动齿轮68联动起来了，因此当第二指段22相对于第一指段21的角度不变时，第四指段24相对于第三指段23的角度也会保持不变。因此，在第二指段22与第四指段24中总有一个会因为先接触到物体99而停下来，即第二指段22不再相对于第一指段21转动，或者第四指段24不再相对于第三指段23，这时已经获得了比较好的抓取效果——有至少两个接触点：

(1)第一指段21、第二指段22和第三指段23接触物体99；

(2)第二指段22、第三指段23接触物体99；

(3)第一指段21、第三指段23接触物体99。

上述三种情况均能够获得自适应包络效果，这多种模式的抓取方式比一个点接触的传统平夹抓取更好，也达到了与传统自适应手指类似的稳定包络抓取效果，其中有三个接触点的抓取更加稳定，接触点的分布不在一条曲线上，而是呈现出一个离散三点构成的约束面。

这种三点接触的抓取方式进一步说明如下：

在前述的第一指段21、第二指段22进行平行夹持抓取过程中，当第一指段21先接触物体99，第二指段22还未接触到物体99，此时将进入自适应抓取模式：

第一电机41继续正转，通过第一传动机构使得第一齿轮51继续转动，由于第一指段21被物体99阻挡而不能继续转动，第一簧件81的变形量增大；第一齿轮51相对于第一指段21正转一个角度β，第二齿轮52相对于第一指段21反转一个角度β，第一齿条71向上滑动，第一齿条71上的第一拨杆711向上经过一段空程之后(一段延时)，第一拨杆711最终会推动第二拨杆731，使得第三齿条73和第二齿条72相对于第一指段21向上滑动一段距离h，通过第二传动齿轮62带动第一传动齿轮61转动，凸块611离开基座挡块11，使得第二簧件82的变形量增加。

第一传动齿轮61转动通过第一关节轴31带动第五传动齿轮65，于是通过第六传动齿轮66、第四齿条74、第五齿条75带动第七传动齿轮67，第八传动齿轮68和第四指段24也会相应的联动。

同时，由于第三齿条73和第二齿条72向上滑动一段距离h，使得第三传动齿轮63反转一个角度带动第四传动齿轮64正转一个角度/>于是第二指段22绕着第二关节轴32的中心线相对于第一指段21正转一个角度/>直到第二指段22也接触到物体99，此动作过程中，第一指段21和第二指段22分别依次接触物体的外廓，实现了自适应抓取效果，该类抓取对不同形状、尺寸的物体具有自适应特性，动作过程如图19至图22所示。

同时，第一关节轴31和第五传动齿轮65随着第一传动齿轮61一起转动，第二拨块92离开第一拨块91；随着第五传动齿轮65的转动，通过第六传动齿轮66、第四齿条74、第五齿条75、第七传动齿轮67，带动第八传动齿轮68和第四指段24的联动。

此时再开动第二电机410，通过第三簧件83让第三指段23向前转动，第一拨块91追赶一段空程后接触到第二拨块92，继续拨动第二拨块92和第五传动齿轮65转动，也能够让第四指段24相对于第三指段23转动，同时，第二指段22相对于第一指段21也会发生耦合地联动。最终达到一个平衡的抓取状态，至少保证有两个点的接触，并且第一电机41的继续开动使得第一簧件81的变形量增大，第二电机410的继续开动使得第三簧件83的变形量增大，获得变抓取力效果。此动作过程如图23至图25所示。

上述过程释放物体99时，第二电机410反转，第一电机41反转，之后的过程与上述过程相反，不再赘述。

本发明装置利用基座、两个电机、两个传动机构、四个指段、三个关节轴、多个齿轮、多个传动齿轮、多个齿条、多个簧件、两个拨杆、两个拨块和凸块等综合该装置实现了平夹与自适应抓取功能：既具有平行夹持抓取功能，又具有自适应抓取功能，此外，还能够主动改变第二指段的位置，在抓取中接触点多，稳定抓取空间大，适应范围广，对不同形状尺寸物体的自适应抓取效果好，在抓取时可以通过第二电机调节第二指段的位置，两个电机可以独立开动或联合开动，获得多种抓取模式，抓取力变化大，重量轻，制造成本低，适用于需要抓取多种物品的机器人。

Claims (3)

1.一种双指联动变位平夹自适应机器人手指装置，包括基座、第一指段、第二指段、第一关节轴、第二关节轴、第一电机、第一传动机构、第一齿轮、第二齿轮、第一传动齿轮、第二传动齿轮、第三传动齿轮、第四传动齿轮、第一中间轴、第二中间轴、第一齿条、第二齿条、第三齿条、第一拨杆、第二拨杆、第一簧件、第二簧件、基座挡块和凸块；所述第一关节轴活动套设在基座中，所述第一指段活动套接在第一关节轴上，所述第二关节轴活动套设在第一指段中，所述第二指段活动套接在第二关节轴上；所述第一关节轴与第二关节轴的中心线相互平行；所述第一齿轮活动套接在第一关节轴上，第二齿轮活动套接在第一中间轴上，所述第一齿轮与第二齿轮啮合；所述第一中间轴套设在第一指段中，所述第二中间轴套设在第一指段中，所述第一中间轴、第二中间轴与第一关节轴的中心线相互平行；所述第二传动齿轮活动套接在第一中间轴上，所述第一传动齿轮与第二传动齿轮啮合；所述第三传动齿轮活动套接在第二中间轴上，所述第四传动齿轮套接在第二关节轴上，所述第三传动齿轮与第四传动齿轮啮合；所述第四传动齿轮与第二指段固接；所述第一电机与基座固接；所述第一电机的输出轴与第一传动机构的输入端相连，所述第一传动机构的输出端与第一齿轮相连；所述第一齿轮与第二齿轮啮合；所述第一齿条与第二齿轮啮合，所述第二齿条与第二传动齿轮啮合，所述第三齿条与第三传动齿轮啮合；所述第一齿条、第二齿条分别滑动镶嵌在第一指段中，所述第一齿条、第二齿条在第一指段中的滑动方向相同；所述第一齿条在第一指段中的滑动方向垂直于第一关节轴的中心线；所述第三齿条与第二齿条固接；所述第一拨杆与第一齿条固接，所述第二拨杆与第三齿条固接；在初始状态时，所述第一拨杆与第二拨杆离开一段距离，所述第一拨杆与第二拨杆在行程范围内接触；所述基座挡块与基座固接，所述凸块与第一传动齿轮固接；所述第一簧件的两端分别连接第一齿轮、第一指段；所述第二簧件的两端分别连接第一传动齿轮、基座；第二簧件使得凸块靠向基座挡块；在初始状态时，所述凸块与基座挡块接触；所述第一传动齿轮和第四传动齿轮的分度圆直径相等；所述第二传动齿轮和第三传动齿轮的分度圆直径相等；设所述第一齿条与第二齿轮的啮合点为H点，第一中间轴的中心点为M点，第二中间轴的中心点为N点，所述第二齿条与第二传动齿轮的啮合点为P点，第三齿条与第三传动齿轮的啮合点为Q点，线段MN、NQ、QP、PM构成平行四边形，点H、P位于第一中间轴的同一侧方；其特征在于：该双指联动变位平夹自适应机器人手指装置还包括第三指段、第四指段、第三关节轴、第二电机、第二传动机构、拨轮、第五传动齿轮、第六传动齿轮、第七传动齿轮、第八传动齿轮、第三中间轴、第四中间轴、第四齿条、第五齿条、第一拨块、第二拨块和第三簧件；所述第一拨块固接在拨轮上，所述第二拨块固接在第五传动齿轮上；在初始状态时，所述第一拨块与第二拨块接触；所述第二拨块旋转离开第一拨块的旋转方向与凸块旋转离开基座挡块的旋转方向一致；所述第一传动齿轮套固在第一关节轴上；所述第二电机与基座固接；所述第二电机的输出轴与第二传动机构的输入端相连，所述第二传动机构的输出端与拨轮相连；所述拨轮活动套接在第一关节轴上；所述第三簧件的两端分别连接拨轮、第三指段；所述第五传动齿轮套固在第一关节轴上；所述第六传动齿轮活动套接在第三中间轴上，所述第五传动齿轮与第六传动齿轮啮合；所述第七传动齿轮活动套接在第四中间轴上，所述第八传动齿轮套接在第三关节轴上，所述第七传动齿轮与第八传动齿轮啮合；所述第三中间轴套设在第三指段中，所述第四中间轴套设在第三指段中，所述第三中间轴、第四中间轴与第一关节轴的中心线相互平行；所述第八传动齿轮与第四指段固接；所述第四齿条与第六传动齿轮啮合，所述第五齿条与第七传动齿轮啮合；所述第四齿条与第五齿条固接，所述第四齿条滑动镶嵌在第三指段中，所述第四齿条在第三指段中的滑动方向垂直于第一关节轴的中心线；所述第五传动齿轮和第六传动齿轮的分度圆直径相等；所述第七传动齿轮和第八传动齿轮的分度圆直径相等；设第三中间轴的中心点为R点，第四中间轴的中心点为S点，所述第四齿条与第六传动齿轮的啮合点为T点，第五齿条与第七传动齿轮的啮合点为U点，线段RS、SU、UT、TR构成平行四边形；所述第一传动机构包括第一减速器、第一蜗杆、第一蜗轮、第一过渡轴、第一过渡齿轮、第二过渡齿轮和第二过渡轴；所述第一电机的输出轴与第一减速器的输入轴相连，所述第一蜗杆套固在第一减速器的输出轴上，所述第一蜗轮套固在第一过渡轴上，第一过渡轴活动套设在基座中，所述第一蜗杆与第一蜗轮啮合，所述第一过渡齿轮套固在第一过渡轴上；所述第一过渡齿轮与第二过渡齿轮啮合，所述第二过渡齿轮套接在第二过渡轴上，所述第二过渡齿轮与第一齿轮啮合；所述拨轮采用齿轮；所述第二传动机构包括第二减速器、第二蜗杆、第二蜗轮、第三过渡轴、第三过渡齿轮、第四过渡齿轮和第四过渡轴；所述第二电机的输出轴与第二减速器的输入轴相连，所述第二蜗杆套固在第二减速器的输出轴上，所述第二蜗轮套固在第三过渡轴上，第三过渡轴活动套设在基座中，所述第二蜗杆与第二蜗轮啮合，所述第三过渡齿轮套固在第三过渡轴上；所述第三过渡齿轮与第四过渡齿轮啮合，所述第四过渡齿轮套接在第四过渡轴上，所述第四过渡齿轮与拨轮啮合。

2.如权利要求1所述的双指联动变位平夹自适应机器人手指装置，其特征在于：所述第一簧件采用扭簧，所述第二簧件采用拉簧，所述第三簧件采用扭簧。

3.如权利要求1所述的双指联动变位平夹自适应机器人手指装置，其特征在于：所述第一传动齿轮与第二传动齿轮的分度圆直径相等，所述第三传动齿轮与第四传动齿轮的分度圆直径相等；所述第五传动齿轮与第六传动齿轮的分度圆直径相等，所述第七传动齿轮与第八传动齿轮的分度圆直径相等；第一齿轮与第二齿轮的分度圆直径相等。