CN113305874B - 一种三指多自由度灵巧手机构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种三指多自由度并联灵巧手机构。该机构包括手掌基座和三个相同手指即第一手指、第二手指、第三手指。通过第一支链组件、第二支链组件、第三支链组件与手指基座连接构成灵巧手手指，三个相同手指与手掌基座按一定位置分布连接构成。采用电机形式的完全驱动(图中省略)，驱动安装在基座或接近基座的运动副处，手指末端柔性球状指尖作为实际末端执行器。当各驱动副运动时，带动末端柔性球状指尖作两平移一转动的三自由度运动，三指共同作用物体时可实现两移三转的五自由度运动，能满足灵活抓取和操作物体的运动要求。本发明的灵巧手结构简单，能进行正反向弯曲，工作空间性能显著提升，具有承载能力大、运动精度高等优点。

Description

一种三指多自由度灵巧手机构
技术领域
本发明涉及并联机器人及灵巧手技术领域，是一种单指自由度为三的三指多自由度并联机器人灵巧手抓取机构。
背景技术
近年来，随着机器人技术的飞速发展，传统的末端执行器已不能满足多任务操作目标的要求，多关节多自由度的机器人灵巧手成为机器人研究领域的热点之一。多指灵巧手的自适应能力强，但采用大量的串联关节会导致结构复杂、控制困难、负载能力差、可靠性低。然而，并联机构具有高速、高精度、高承载能力的优点，可以和灵巧手形成很好的互补，也拓展了灵巧手的应用领域。同时，基于并联结构手指的灵巧手一般采用完全驱动方式，其驱动器可以全部布置在机架上，减少了手指结构的重量，使得灵巧手可以获得更高的承载能力，拥有更高的灵巧性；相比常采用欠驱动形式的灵巧手，该灵巧手具有多运动功能，其抓取模式更多。此外，具有并联机构构型的灵巧手不仅能够有效克服传统灵巧手的缺点，还能完善机器人末端执行器的种类，提高机器人末端执行器的性能，对机器人技术的发展具有重要的实际意义和经济社会价值。因此，提出一种多自由度的并联机构灵巧手很有必要。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服传统灵巧手采用串联机构时存在的不足，提供一种单指自由度为三的并联机构，实现工作平台即手指末端在平面内两个移动和一个转动的位姿变换，三指灵巧手的整体自由度为五，可完成灵巧手抓取物体后的灵活操作，该并联机构具有承载能力大、运动精度高等优点。
本发明解决其技术问题采用的技术方案是：
一种用于空间抓取的三指多自由度灵巧手机构，所述灵巧手主要包括：手掌基座，三个相同手指含第一手指、第二手指、第三手指。其中第一手指包括手指基座、第一支链组件、第二支链组件、第三支链组件以及第二指节动平台连杆；所述的第二手指、第三手指的结构和尺寸与第一手指完全相同。
第一支链组件即第一指节包括：连杆。
构成第一支链组件的零部件间的连接：连杆的两端分别与手指基座和第二指节动平台形成转动副连接。
第二指节支链组件即第一直线移动副组件包括：移动缸，连杆。
构成第二支链组件的零部件间的连接：移动缸与手指基座之间形成转动副连接，与连杆之间形成移动副连接；连杆与第二指节动平台连杆形成转动副连接。
第三支链组件包括：移动缸，连杆，手指指尖长连杆。
构成第三支链组件的零部件间的连接：移动缸与手指基座间形成转动副连接，与连杆之间形成移动副连接；连杆与手指指尖长连杆之间形成转动副连接，手指指尖长连杆中间端与第二指节动平台连杆形成转动副连接。
本机构通过三个相同手指(由第一、第二、第三支链组件构成)与手掌基座连接构成：第一支链组件的连杆与手指基座形成转动副连接，与第二指节动平台连杆之间配合形成转动副连接。第二支链组件的移动缸与手指基座配合形成转动副连接；第二支链组件的连杆与移动缸形成移动副连接，与第二指节动平台连杆配合形成转动副连接。第三支链组件的移动缸与手指基座形成转动副连接；与连杆形成移动副连接；第三支链组件的连杆与手指指尖长连杆的一端配合形成转动副连接，手指指尖长连杆的中间端与第二指节动平台连杆之间形成转动副连接。
在本机构中，驱动施加在第一支链的转动副以及第二、三支链上的移动副上，驱动方式可选用电机传动(图中省略)，移动驱动选用电动推杆传动；第三支链手指指尖长连杆的末端柔性球状指尖作为实际末端执行器，当各驱动副运动时，带动手指末端指尖作两移动一转动的三自由度运动。三指共同作用物体时可实现两移三转的五自由度运动，能满足大多数被操作物体的运动要求。
本发明和已有技术相比所具有的有益效果：
本发明提出的2T1R并联机构可以执行平面内两移动一转动运动，该机构结构相对简单、易生产加工，减少了机构的奇异位形并改善了机构的力传递性能，能到达平面内的任意位置；能进行正向、反向的弯曲，使得工作空间增大一倍；其驱动全部位于基座或是接近于基座的运动副处，减少了手指结构的重量，使得灵巧手获得更高的承载能力，拥有更高的灵巧性。相较于以往所分析的平面1T1R机构，该机构增加了一个自由度，可活动的范围更大。而三个并联手指在进行指尖抓取时最终又构成一个2T3R的五自由度空间抓取机构，可实现灵活抓取和操作物体的目标，且在不改变指尖点位置时可改变指尖输出角姿态，从而产生不同大小的输出力以抓取不同重量的物体；当进行抓握操作时，三个手指相互配合，能满足不同指节接触物体的抓握需求。此外，当锁定手指一个驱动或两个驱动时，也能进行一些特定抓取操作，达到各支链既能关联运动又能在一定条件下独立作用的效果，如锁定第一支链转动驱动和第二支链移动驱动时第三支链独立控制手指指尖输出，以便改变抓取姿态使得灵巧手的抓取效果更好。
附图说明
图1一种五自由度灵巧手的结构示意图；
图2手掌基座的结构示意图；
图3三自由度2T1R型并联手指的结构示意图；
图4手指基座的结构示意图；
图5第一指节支链组件的结构示意图；
图6第二指节支链组件的结构示意图；
图7第二指节动平台连杆的结构示意图；
图8第三指节支链组件的结构示意图；
图中：手掌基座1，第一手指2、第二手指3、第三手指4(三个手指相同，在手掌基座1上三角对称分布，在此只做一个手指描述)，第一手指2包括：手指基座5，第一支链组件6-1、第二支链组件6-2、第三支链组件6-3，第二指节动平台连杆7。第一支链组件包含连杆8-1，第二支链组件包含连杆8-2、移动缸9-1，第三支链组件包含连杆8-3、移动缸9-2及手指指尖长连杆10。
具体实施方式
结合附图对本发明做进一步说明。
一种单指自由度为三、整体自由度为五的三指并联灵巧手机构，该并联机器人机构包括：手掌基座1，三个相同手指包括第一手指2、第二手指3、第三手指4。其中第一手指2包括手指基座5、第一支链组件6-1、第二支链组件6-2、第三支链组件6-3以及第二指节动平台连杆7；所述的第二手指3、第三手指4的结构和尺寸与第一手指2完全相同。
第一支链组件包括：连杆8-1。
构成第一支链组件的零部件间的连接：连杆8-1与第二指节动平台连杆7形成转动副连接，与手指基座5形成转动副连接。
第二指节支链组件包括：移动缸9-1，连杆8-2。
构成第二支链组件的零部件间的连接：移动缸9-1与手指基座5之间形成转动副连接，与连杆8-2之间形成直线移动副连接；连杆8-2与第二指节动平台连杆7形成转动副连接。
第三支链组件包括：移动缸9-2，连杆8-3，手指指尖长连杆10。
构成第三支链组件的零部件间的连接：移动缸9-2与手指基座5之间形成转动副连接，与连杆8-3之间形成移动副连接；连杆8-3与手指指尖长连杆10之间形成转动副连接，手指指尖长连杆10的中间端与第二指节动平台连杆7形成转动副连接。
本机构通过第一支链组件6-1、第二支链组件6-2、第三支链组件6-3与手指基座5连接构成灵巧手手指，三个相同手指与手掌基座1按一定位置分布连接构成：第一支链组件6-1的连杆8-1与手指基座5形成转动副连接，与第二指节动平台连杆7之间配合形成转动副连接。第二支链组件6-2的移动缸9-1与手指基座5配合形成移动副连接，第二支链组件6-2的连杆8-2与第二指节动平台连杆7之间形成转动副连接。第三支链组件6-3的移动缸9-2与手指基座5配合形成移动副连接，第三支链组件6-3的连杆8-3与手指指尖长连杆10配合形成转动副连接，手指指尖长连杆8的中间端与第二指节动平台连杆7形成转动副连接。
在本机构中，驱动施加在第一支链组件6-1的转动副、及第二支链组件6-2、第三支链组件6-3上的移动副上，驱动方式可选用电机传动(图中省略)；手指指尖长连杆10的末端柔性球状指尖作为末端执行器，当各连杆8-1、8-2、8-3在手指基座5绕转动副运动时，带动手指指尖长连杆10的末端柔性球状指尖作两移动一转动的三自由度运动。三指共同作用物体时可实现两移三转的五自由度运动，能满足大多数被操作物体的运动要求。

Claims (2)

1. 一种用于空间抓取的三指多自由度灵巧手机构，所述灵巧手主要包括：手掌基座（1），三个相同手指含第一手指（2）、第二手指（3）、第三手指（4）；其中第一手指（2）包括手指基座（5）、第一支链组件（6-1）、第二支链组件（6-2）、第三支链组件（6-3）以及第二指节动平台连杆（7）；所述的第二手指（3）、第三手指（4）的结构和尺寸与第一手指（2）完全相同；所述的第二指节动平台连杆（7）上的三个转动副位置点构成的三角形为等腰直角三角形；所述的第一支链组件（6-1）的连杆（8-1）与手指基座（5）形成转动副连接，与第二指节动平台连杆（7）之间配合形成转动副连接；所述的第二支链组件（6-2）的移动缸（9-1）与手指基座（5）配合形成转动副连接，与连杆（8-2）之间形成移动副连接，第二支链组件（6-2）的连杆（8-2）与第二指节动平台连杆（7）之间形成转动副连接；所述的第三支链组件（6-3）的移动缸（9-2）与手指基座（5）配合形成转动副连接，与连杆（8-3）之间形成移动副连接，第三支链组件（6-3）的连杆（8-3）与手指指尖长连杆（10）配合形成转动副连接，手指指尖长连杆（10）的中间端与第二指节动平台连杆（7） 形成转动副连接。
2.根据权利要求1所述的一种用于空间抓取的三指多自由度灵巧手机构，其特征在于：通过所述的第一支链组件（6-1）、所述的第二支链组件（6-2）和所述的第三支链组件（6-3）与所述的手指基座（5）连接构成灵巧手手指，三个相同手指与所述的手掌基座（1）按一定位置分布连接构成。
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