CN113664860A - 一种可自锁的三指机器人灵巧手 - Google Patents

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韩守振
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Abstract

一种可自锁的三指机器人灵巧手，属于机器人手指技术领域。转动手指B位于转动手指A及固定手指C中间，固定手指C与手腕座固定连接；两个转动手指转动安装在手腕座上；手指外壳分别固定在指尖架、蜗轮架及电机架上；腱绳轮Ⅰ固定装在指尖架上，腱绳轮Ⅱ固定装在电机架上，腱绳固定在两个腱绳轮上，共同组成手指同步弯曲耦合机构；蜗轮架通过转动轴与指尖架连接，蜗轮架与蜗轮固定连接，蜗杆一端与手指电机减速器连接，另一端转动安装在蜗杆架上，蜗轮与蜗杆啮合，手指电机减速器与手指电机连接并固定在电机架上，共同组成抓取物体时的保持自锁机构。本发明无需持续输出动力，通过机械结构即可实现抓取物体后的静态自锁，保持抓取物体姿态。

Description

一种可自锁的三指机器人灵巧手
技术领域
本发明属于机器人手指技术领域，具体涉及一种可自锁的三指机器人灵巧手的结构设计。
背景技术
随着智能机器人的发展，机器人的手作为智能机器人的末端执行装置，已经成为了当下的研究热点之一。为了适应机器人在不同场景下的应用，目前已经开发了灵巧手、欠驱动手、夹持器等各种不同的机器人手。而机器人灵巧手又是目前机器人手热点研究之一，为了实现机器人能够抓取不同形状的物体，完成各种操作任务，需要研制具有高度灵活性、结构紧凑、抓持力大的机器人灵巧手。目前多数灵巧手结构复杂，抓持力较小，成本昂贵，并且在灵巧手中使用较多的驱动电机，在抓取物体的过程中，由于电机堵转引起的电机发热，在加速能耗的同时，产生大量的热能极易破坏灵巧手的机械系统和电气系统的稳定性，这些因素都极大的限制了灵巧手的应用。
因此，需要设计一款抓取力大、适应性强、可靠性高、成本低的机器人灵巧手。
发明内容
本发明的目的在于针对上述问题，提供一种可自锁的三指机器人灵巧手，该灵巧手可以实现保持抓取物体时的自锁状态，有效解决电机堵转问题，而且适应性强，成本低，易于推广。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：
一种可自锁的三指机器人灵巧手，包括手腕座及三个手指；三个手指包括两个转动手指及一个固定手指C，两个转动手指分别是转动手指A及转动手指B，转动手指B位于转动手指A及固定手指C中间，固定手指C与手腕座固定连接；转动手指A及转动手指B分别通过转动轴一镶入手腕座的轴承一处，实现转动手指A、转动手指B在手腕座上转动；三个手指均包括手指外壳、指尖架、蜗轮架、腱绳轮Ⅰ、腱绳轮Ⅱ、腱绳、蜗轮、蜗杆、蜗杆架、电机架、手指电机及手指电机减速器；
手指外壳分别固定在指尖架、蜗轮架及电机架上；腱绳轮Ⅰ固定装在指尖架上，腱绳轮Ⅱ固定装在电机架上，腱绳采用‘8’字型缠绕方式固定在腱绳轮Ⅰ和腱绳轮Ⅱ上，共同组成手指同步弯曲耦合机构；
蜗轮架前端通过转动轴二与指尖架连接，蜗轮架后端与蜗轮固定连接，蜗轮转动安装在蜗轮轴上，蜗轮轴固定安装在电机架上，蜗杆一端与手指电机减速器输出轴连接，蜗杆另一端转动安装在蜗杆架上，蜗轮与蜗杆啮合，手指电机减速器输入轴与手指电机输出轴连接，手指电机及手指电机减速器通过蜗杆架固定安装在电机架上，共同组成抓取物体时的保持自锁机构。
进一步的是，所述可自锁的三指机器人灵巧手还包括手指转动机构；所述手指转动机构包括转动电机、转动电机减速器、转动电机架、丝杠、丝杠螺母、丝杠架、电机齿轮、丝杠齿轮及连杆机构，所述连杆机构包括连杆Ⅰ、连杆Ⅱ、连杆Ⅲ及连杆Ⅳ；
转动电机输出轴与转动电机减速器的输入轴连接，转动电机与转动电机减速器安装在转动电机架上，转动电机架固定在手腕座1上，电机齿轮安装在转动电机减速器输出轴上；丝杠螺母旋合连接在丝杠上，丝杠转动安装在丝杠架上，丝杠齿轮安装在丝杠输出端；丝杠齿轮与电机齿轮啮合，驱动丝杠上的丝杠螺母作直线运动；连杆Ⅱ一端通过转动轴三与手指A的电机架连接，连杆Ⅱ另一端与连杆Ⅰ一端通过销轴一转动连接，连杆Ⅰ另一端与丝杠螺母通过销轴二转动连接；连杆Ⅳ一端通过转动轴四与手指B的电机架连接，连杆Ⅳ另一端与连杆Ⅲ一端通过销轴三转动连接，连杆Ⅲ一端与丝杠螺母通过销轴四转动连接。
本发明相对于现有技术的有益效果是：
1、本发明结构简单，抓取力大，制造成本低，具有很强的实用性。
2、本发明无需持续输出动力，通过机械结构即可实现抓取物体后的静态自锁，保持抓取物体姿态。
3、本发明中的两个转动手指可以主动调节转动角度，具有很强的自适应性。
4、本发明的三指机器人灵巧手，每个手指都可以实现抓取物体时的反向自锁，有效的解决了驱动电机堵转问题。其中两个转动手指可以根据被抓取物体形状，主动调整两指间的角度，根据物体外状、位置、大小等，通过转动电机带动丝杠螺母，使连杆机构往复驱动，实现转动手指的转动，实现手指角度的自适应调节。具有很强的适应性。每根手指结构相同，制造成本低，具有极大的应用价值。
附图说明
图1为本发明的外观结构图；
图2为本发明的等轴测外观结构图；
图3为本发明的内部结构图；
图4为本发明的局部剖视结构图；
图5为本发明的一个手指的内部结构图；
图6为本发明的一个手指的另一个角度的内部结构图；
图7为本发明的手指转动结构的结构图；
图8为本发明的手指转动结构的内部结构图。
上述图中涉及的部件名称及标号如下
转动手指AⅠ，转动手指BⅡ，固定手指CⅢ，手指转动机构Ⅳ，手腕座1，指尖架2，腱绳轮Ⅰ3，蜗轮架4，腱绳轮Ⅱ5，电机架6，蜗轮7，蜗杆8，蜗杆架9，手指电机减速器10，手指电机11，手指外壳12，转动轴一13，腱绳14，丝杠架15，连杆Ⅰ16，连杆Ⅱ17，电机齿轮18，转动电机减速器19，转动电机架20，丝杠螺母21，转动电机22，连杆Ⅲ23，连杆Ⅳ24，丝杠25，丝杠齿轮26。
具体实施方式
具体实施方式一：如图1-图8所示，本实施方式披露了一种可自锁的三指机器人灵巧手，包括手腕座1及三个手指；三个手指包括两个转动手指及一个固定手指CⅢ，两个转动手指分别是转动手指AⅠ及转动手指BⅡ，转动手指BⅡ位于转动手指AⅠ及固定手指CⅢ中间，固定手指CⅢ(通过固定螺栓)与手腕座1固定连接；转动手指AⅠ及转动手指BⅡ分别通过转动轴一13镶入手腕座1的轴承一处，实现转动手指AⅠ、转动手指BⅡ在手腕座1上转动；三个手指均包括手指外壳12、指尖架2、蜗轮架4、腱绳轮Ⅰ3、腱绳轮Ⅱ5、腱绳14、蜗轮7、蜗杆8、蜗杆架9、电机架6、手指电机11及手指电机减速器10；
手指外壳12(通过螺栓)分别固定在指尖架2、蜗轮架4及电机架6上(指尖架2、蜗轮架4及电机架6由前至后设置)；腱绳轮Ⅰ3(通过螺钉)固定装在指尖架2上，腱绳轮Ⅱ5(通过螺钉)固定装在电机架6上，腱绳14采用‘8’字型缠绕方式(并通过紧固螺钉)固定在腱绳轮Ⅰ3和腱绳轮Ⅱ5上(不需要预紧装置)，共同组成手指同步弯曲耦合机构(包括指尖架2、腱绳轮Ⅰ3、腱绳14、蜗轮架4、腱绳轮Ⅱ5及电机架6)；
蜗轮架4前端通过转动轴二与指尖架2连接，蜗轮架4后端与蜗轮7固定连接，蜗轮7(通过轴承二)转动安装在蜗轮轴上，蜗轮轴固定安装在电机架6上，蜗杆8一端与手指电机减速器10输出轴连接，蜗杆8另一端(通过轴承三)转动安装在蜗杆架9上，蜗轮7与蜗杆8啮合(实现蜗轮7、蜗杆8配合转动)，手指电机减速器10输入轴与手指电机11输出轴连接，手指电机11及手指电机减速器10通过蜗杆架9固定安装在电机架6上，共同组成抓取物体时的保持自锁机构(包括蜗轮7、电机架6、蜗杆8、蜗杆架9、手指电机减速器10及手指电机11)。
进一步的是，所述可自锁的三指机器人灵巧手还包括手指转动机构Ⅳ；所述手指转动机构Ⅳ包括转动电机22、转动电机减速器19、转动电机架20、丝杠25、丝杠螺母21、丝杠架15、电机齿轮18、丝杠齿轮26及连杆机构，所述连杆机构包括连杆Ⅰ16、连杆Ⅱ17、连杆Ⅲ23及连杆Ⅳ24；
转动电机22输出轴与转动电机减速器19的输入轴连接，转动电机22与转动电机减速器19安装在转动电机架20上，转动电机架20固定在手腕座1上，电机齿轮18安装在转动电机减速器19输出轴上；丝杠螺母21旋合连接在丝杠25上，丝杠25转动安装在丝杠架15上，丝杠齿轮26安装在丝杠25输出端；丝杠齿轮26与电机齿轮18啮合，驱动丝杠25上的丝杠螺母21作直线运动；连杆Ⅱ17一端通过转动轴三与手指AⅠ的电机架6连接，连杆Ⅱ17另一端与连杆Ⅰ16一端通过销轴一转动连接，连杆Ⅰ16另一端与丝杠螺母21通过销轴二转动连接；连杆Ⅳ24一端通过转动轴四与手指BⅡ的电机架6连接，连杆Ⅳ24另一端与连杆Ⅲ23一端通过销轴三转动连接，连杆Ⅲ23一端与丝杠螺母21通过销轴四转动连接；(转动电机22通过驱动电机齿轮18转动，电机齿轮18与丝杠齿轮26啮合，使丝杠齿轮26转动，带动丝杠25转动，从而使丝杠螺母21在丝杠25上做往复直线运动，再通过连杆机构驱动，从而实现手指AⅠ、手指BⅡ的转动，最终实现手指角度的自适应调节)。
本发明的工作原理是：
本发明的一种可自锁的三指机器人灵巧手是利用蜗轮蜗杆自身结构，实现保持抓取物体时的自锁状态的灵巧手，通过手指电机11带动蜗杆8和蜗轮7转动，实现手指的弯曲抓取状态；根据物体外状、位置、大小等，通过转动电机22带动丝杠螺母21，使连杆机构往复驱动，实现转动手指的转动，从而实现手指角度的自适应调节。当手指抓取物体后，手指电机11停止驱动，并通过蜗轮7和蜗杆8的反向自锁，即可在手指电机11无动力输出时实现手指保持抓取物体的自锁状态。
以上仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围，并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种可自锁的三指机器人灵巧手，其特征在于：包括手腕座(1)及三个手指；三个手指包括两个转动手指及一个固定手指C(Ⅲ)，两个转动手指分别是转动手指A(Ⅰ)及转动手指B(Ⅱ)，转动手指B(Ⅱ)位于转动手指A(Ⅰ)及固定手指C(Ⅲ)中间，固定手指C(Ⅲ)与手腕座(1)固定连接；转动手指A(Ⅰ)及转动手指B(Ⅱ)分别通过转动轴一(13)镶入手腕座(1)的轴承一处，实现转动手指A(Ⅰ)、转动手指B(Ⅱ)在手腕座(1)上转动；三个手指均包括手指外壳(12)、指尖架(2)、蜗轮架(4)、腱绳轮Ⅰ(3)、腱绳轮Ⅱ(5)、腱绳(14)、蜗轮(7)、蜗杆(8)、蜗杆架(9)、电机架(6)、手指电机(11)及手指电机减速器(10)；
手指外壳(12)分别固定在指尖架(2)、蜗轮架(4)及电机架(6)上；腱绳轮Ⅰ(3)固定装在指尖架(2)上，腱绳轮Ⅱ(5)固定装在电机架(6)上，腱绳(14)采用‘8’字型缠绕方式固定在腱绳轮Ⅰ(3)和腱绳轮Ⅱ(5)上，共同组成手指同步弯曲耦合机构；蜗轮架(4)前端通过转动轴二与指尖架(2)连接，蜗轮架(4)后端与蜗轮(7)固定连接，蜗轮(7)转动安装在蜗轮轴上，蜗轮轴固定安装在电机架(6)上，蜗杆(8)一端与手指电机减速器(10)输出轴连接，蜗杆(8)另一端转动安装在蜗杆架(9)上，蜗轮(7)与蜗杆(8)啮合，手指电机减速器(10)输入轴与手指电机(11)输出轴连接，手指电机(11)及手指电机减速器(10)通过蜗杆架(9)固定安装在电机架(6)上，共同组成抓取物体时的保持自锁机构。
2.根据权利要求1所述的一种可自锁的三指机器人灵巧手，其特征在于：所述可自锁的三指机器人灵巧手还包括手指转动机构(Ⅳ)；所述手指转动机构(Ⅳ)包括转动电机(22)、转动电机减速器(19)、转动电机架(20)、丝杠(25)、丝杠螺母(21)、丝杠架(15)、电机齿轮(18)、丝杠齿轮(26)及连杆机构，所述连杆机构包括连杆Ⅰ(16)、连杆Ⅱ(17)、连杆Ⅲ(23)及连杆Ⅳ(24)；
转动电机(22)输出轴与转动电机减速器(19)的输入轴连接，转动电机(22)与转动电机减速器(19)安装在转动电机架(20)上，转动电机架(20)固定在手腕座(1)上，电机齿轮(18)安装在转动电机减速器(19)输出轴上；丝杠螺母(21)旋合连接在丝杠(25)上，丝杠(25)转动安装在丝杠架(15)上，丝杠齿轮(26)安装在丝杠(25)输出端；丝杠齿轮(26)与电机齿轮(18)啮合，驱动丝杠(25)上的丝杠螺母(21)作直线运动；连杆Ⅱ(17)一端通过转动轴三与手指A(Ⅰ)的电机架(6)连接，连杆Ⅱ(17)另一端与连杆Ⅰ(16)一端通过销轴一转动连接，连杆Ⅰ(16)另一端与丝杠螺母(21)通过销轴二转动连接；连杆Ⅳ(24)一端通过转动轴四与手指B(Ⅱ)的电机架(6)连接，连杆Ⅳ(24)另一端与连杆Ⅲ(23)一端通过销轴三转动连接，连杆Ⅲ(23)一端与丝杠螺母(21)通过销轴四转动连接。
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