CN113799164A

CN113799164A - 一种仿生机器人的夹爪

Info

Publication number: CN113799164A
Application number: CN202111177046.7A
Authority: CN
Inventors: 朱晓东; 姜晓东; 曾庆山; 司纪凯; 彭金柱; 张方方
Original assignee: Zhengzhou University
Current assignee: Zhengzhou University
Priority date: 2021-10-09
Filing date: 2021-10-09
Publication date: 2021-12-17
Anticipated expiration: 2041-10-09
Also published as: CN113799164B

Abstract

本发明涉及一种仿生机器人的夹爪。一种仿生机器人的夹爪，包括：夹爪基座，供夹爪安装到相应的仿生机器人上；第一爪体，设有至少两个，第一爪体的根部铰接在夹爪基座上，用于在收拢时实现抓取功能；第二爪体，沿第一爪体的延伸方向导向装配在第一爪体上；伸缩驱动装置，固定在夹爪基座上，其输出端与第一爪体之间设有驱动连杆，驱动连杆的两端分别与伸缩驱动装置的输出端和所述第一爪体铰接，用于在伸缩时实现第一爪体的收拢和张开；联动杆，两端分别与第二爪体和夹爪基座铰接，用于在第一爪体摆动时驱动第二爪体伸缩。本发明能够通过较为简单的结构同时实现机械爪的伸缩和抓取功能。

Description

一种仿生机器人的夹爪

技术领域

本发明涉及一种仿生机器人的夹爪。

背景技术

仿生机器人的夹爪一种通过机械结构设计配合电气控制来实现机器替人功能的机械装置，是最终的动作执行部件，当机械手运动至指定位置后，夹爪如同猴子的手或脚一样，完成夹紧、松开动作。为了机器人及相关器械更好地在丛林、沟壑、管道和废墟等非结构化环境里开展工作，爪部关节的设计尤为重要。在某些情况下，夹爪除了满足抓取功能外，还需要能够满足伸缩功能，例如，对于蛇形机器人和尺蠖机器人来说，其足部关节处的夹爪是这类机器人稳定地完成各种运动的前提，运动过程中需要足部关节抓取环境中的物体，必要时将四只夹爪完全张开，支撑到物体上，起到支撑作用。

对于现有的机械爪结构，只能实现单一的抓取功能，如果希望同时实现伸缩功能，则需要添加额外的伸缩杆驱动，对驱动器、控制器的性能有额外要求，结构复杂，空间占用大，成本高。

发明内容

本发明的目的是提供一种仿生机器人的夹爪，能够通过较为简单的结构同时实现机械爪的伸缩和抓取功能。

本发明中采用如下技术方案：

一种仿生机器人的夹爪，包括：

夹爪基座，供夹爪安装到相应的仿生机器人上；

第一爪体，设有至少两个，第一爪体的根部铰接在夹爪基座上，用于在收拢时实现抓取功能；

第二爪体，沿第一爪体的延伸方向导向装配在第一爪体上；

伸缩驱动装置，固定在夹爪基座上，其输出端与第一爪体之间设有驱动连杆，驱动连杆的两端分别与伸缩驱动装置的输出端和所述第一爪体铰接，用于在伸缩时实现第一爪体的收拢和张开；

联动杆，两端分别与第二爪体和夹爪基座铰接，用于在第一爪体摆动时驱动第二爪体伸缩。

有益效果：采用上述技术方案，固定在夹爪基座上的伸缩驱动装置通过驱动连杆能够带动第二爪体摆动，实现第一爪体的收拢和张开，同时，第二爪体沿第一爪体的延伸方向导向装配在第一爪体上，通过联动杆能够在第一爪体摆动时驱动第二爪体伸缩，夹爪基座能够使第一爪体和第二爪体形成联动关系，在满足抓取功能的同时能够实现伸缩动作，与现有技术相比，不需设置单独的驱动机构来分别实现伸缩和抓取，零部件数量少，结构简单，有利于减少空间占用和减轻重量。

进一步地：所述第一爪体内设有导向孔，所述第二爪体导向插装在所述导向孔内；

导向孔的孔壁上设有避让槽，供第一爪体或联动杆上的铰接耳板通过，使第一爪体在伸缩动作时与联动杆保持连接。

有益效果：采用上述技术方案能够使爪体部分的结构更加紧凑，并且第一爪体能够对第二爪体以及两者之间的导向结构起到防护作用。

进一步地：所述第二爪体的末端设有支撑板，用于增大第二爪体的支撑面积。

进一步地：所述伸缩驱动装置采用丝杠螺母机构驱动。

有益效果：采用上述技术方案便于进行精确的控制，并且能够减少能源消耗。

进一步地：所述伸缩驱动装置包括贯通轴直线步进电机，贯通轴直线步进电机包括丝杆和电机，丝杆固定在夹爪基座上，电机固定在相应的电机底座上，电机底座仅沿丝杆轴向活动，电机底座形成伸缩驱动装置的输出端。

有益效果：采用上述技术方案，能够实现丝杠螺母传动与电机驱动的集成，结构更加紧凑。

进一步地：夹爪基座的中心部位设有避让孔，所述电机底座位于所述避让孔内。

有益效果：采用上述技术方案有利于在有限的空间内保证电机底座的驱动行程，从而使夹爪能够实现更大的张开角度，使爪端的覆盖面增大，更好地为机器人的工作提供基础保障。

进一步地：所述夹爪基座包括第一座体和第二座体；所述第一爪体铰接在第二座体上；所述第一座体设置在第二座体背向第一爪体的一侧，供夹爪安装到相应的仿生机器人上；所述第一座体可拆固定在第二座体上；

所述丝杆靠近第一座体的一端与第一座体固定连接。

有益效果：采用上述技术方案便于夹爪基座内零部件的安装。

进一步地：所述夹爪基座还包括第三座体，第三座体设置在第二座体远离第一座体的一侧，与第二座体固定连接，用于遮挡所述伸缩驱动装置；第三座体上设有爪体避让槽，供第一爪体伸出；所述丝杆远离第一座体的一端与第三座体固定连接。

有益效果：采用上述技术方案，第三座体能够对所述伸缩驱动装置起到防护作用，更好地适应不同的使用环境。

进一步地：所述第一座体与第二座体间隔布置，两者之间设有支撑柱。

有益效果：采用上述技术方案便于第一座体与第二座体的连接。

进一步地：所述第一爪体的根部设有两处铰接结构，靠近夹爪收拢中心的一处铰接结构与驱动连杆铰接，远离夹爪收拢中心的一处铰接结构与夹爪基座铰接。

有益效果：采用上述技术方案能够在伸缩驱动装置的输出端输出行程较小的情况下实现夹爪的较大角度的摆动，同时能够使得结构更加紧凑。

附图说明

图1是本发明中一种仿生机器人的夹爪的实施例1的结构示意图；

图2是图1的爆炸图；

图3是图1中夹爪处于张开和收拢状态的结构对比图；

图4是图3的剖视图；

图5是图1中夹爪处于收拢状态的仰视图；

图6是夹爪的摆动角度与伸缩长度之间的对应关系曲线图。

图中相应附图标记所对应的组成部分的名称为：10、夹爪基座；11、第一座体；12、第二座体；13、第三座体；14、支撑柱；15、铰接耳；16、避让孔；17、爪体避让槽；21、第一爪体；22、第二爪体；23、避让槽；24、铰接板；25、联动杆；26、支撑板；27、驱动连杆；28、铰接结构；31、伸缩驱动装置；32、贯通轴直线步进电机；33、丝杆；34、电机；35、电机底座。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的具体实施方式中可能出现的术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，可能出现的术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，可能出现的语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，可能出现的术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，可能出现的术语“设有”应做广义理解，例如，“设有”的对象可以是本体的一部分，也可以是与本体分体布置并连接在本体上，该连接可以是可拆连接，也可以是不可拆连接。对于本领域技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以下结合实施例对本发明作进一步的详细描述。

本发明中一种仿生机器人的夹爪的实施例1：

如图1和图2所示，仿生机器人的夹爪为仿生机器人的足部夹爪，包括夹爪基座10、第一爪体21、第二爪体22和伸缩驱动装置31。

夹爪基座10包括第一座体11、第二座体12和第三座体13。为了便于表达清楚本实施例的结构，下文以图1的上下方向作为夹爪的上下方向。第一座体11、第二座体12和第三座体13由上向下依次布置，第一座体11、第二座体12为板体形式，第三座体13为罩体形式。如图3和图4，第一座体11用于供夹爪安装到相应的仿生机器人上。第二座体12与第一座体11间隔布置，第二座体12的上方设有支撑柱14，第二座体12通过支撑柱14和螺钉固定在第一座体11上。第三座体13具有朝上的开口，顶端固定在第二座体12下方。

第一爪体21和第二爪体22均设有四只，沿周向均布。如图4，四只第一爪体21均为空心结构，内部设有导向孔，所述第二爪体22导向插装在所述导向孔内。第一爪体21的上端为根部，铰接在夹爪基座10中的第二座体12上，第二座体12的底面对应地设有四处铰接耳15。导向孔的孔壁上设有避让槽23，供第一爪体21上的铰接板24通过，使第一爪体21在伸缩动作时与联动杆25保持连接。联动杆25的两端分别与第二爪体22和夹爪基座10中的第一座体11铰接，用于在第一爪体21摆动时驱动第二爪体22伸缩。所述第二爪体22的末端设有支撑板26，用于增大第二爪体22的支撑面积。

伸缩驱动装置31用于驱动第一爪体21和第二爪体22动作，采用丝杠螺母机构驱动。具体地，所述伸缩驱动装置31包括贯通轴直线步进电机32、电机底座35，贯通轴直线步进电机32为现有技术，包括丝杆33和电机34，电机34内部设有螺母，螺母与丝杆33形成丝杠螺母机构。丝杆33的上端和下端分别设有一个方形的固定座，分别固定在夹爪基座10中的第一座体11的中心部位和第三座体13的中心部位上。使用过程中，丝杆33为固定件，既不转动也不轴向移动。电机34固定在相应的电机底座35上，电机底座35为板体结构，形成伸缩驱动装置31的输出端。夹爪基座10中的第二座体12的中心部位设有避让孔16，所述电机底座35位于所述避让孔16内，结构紧凑。

电机底座35的四周均布有四处凹槽，用于与驱动连杆27的对应端嵌入并通过铰接轴铰接；所述第一爪体21的根部设有两处铰接结构28，两处铰接结构28均为铰接孔，靠近夹爪收拢中心的一处铰接结构28与驱动连杆27铰接，远离夹爪收拢中心的一处铰接结构28与夹爪基座10铰接。驱动连杆27具有大端和小端，小端与电机底座35铰接，大端与第一爪体21铰接，能够较好地满足电机底座35处安装空间有限的情况。在第一爪体21处于收拢位置时，驱动连杆27基本呈竖直状态，其上端铰接点和下端铰接点上下对应，便于增大驱动力臂，减小贯通轴直线步进电机32的功率需求。由于各第一爪体21均沿水平轴线铰接在夹爪基座10上且摆动方向不同，而各驱动连杆27沿水平轴线铰接在第一爪体21上、电机底座35与四个驱动连杆27铰接，因此，电机底座35仅能够在相应各驱动连杆27和第一爪体21的限制下上下活动，而不能进行转动和水平移动，相当于沿丝杆33轴向导向设置。

工作时，电机34内部的螺母转动，即可实现电机34、电机底座35的上下运动，进而通过驱动连杆27实现第一爪体21和第二爪体22的摆动，第一爪体21摆动的同时，通过联动杆25能够实现第二爪体22的伸缩，满足摆动和伸缩需求，并且结构简单，零部件少，占用空间小，并且便于控制，增加了容错能力；同时，能提供给机器人稳定的支撑，为机器人顺利完成相应运动提供了保障，在工程器械领域也能够较好的应用。如图5，第三座体13能够遮挡所述伸缩驱动装置31，同时，第三座体13上设有爪体避让槽17，供第一爪体21伸出。第一爪体21和第二爪体22的摆动角度与第二爪体22的伸缩长度之间的对应关系曲线如图6所示。

本发明中一种仿生机器人的夹爪的实施例2：

本实施例与实施例1的不同之处在于，实施例1中，所述第一爪体21内设有导向孔，所述第二爪体22导向装配在所述导向孔内；而本实施例中，第一爪体21的侧面上设有导向槽，第二爪体22上设有导向块，导向块导向装配在导向槽内，实现第二爪体22在第一爪体21上的导向装配。

本发明中一种仿生机器人的夹爪的实施例3：

本实施例与实施例1的不同之处在于，实施例1中，伸缩驱动装置31采用丝杠螺母机构驱动，本实施例中，伸缩驱动装置31采用液压缸驱动。

当然，在其他实施例中，伸缩驱动装置31也可以是其他形式，例如气缸驱动。

另外，在采用丝杠螺母机构驱动时，丝杠螺母机构也可以替换为其他形式，例如使丝杆33转动装配在夹爪基座10上，通过单独的电动机进行驱动，而丝杆33上套设的螺母上下导向装配在夹爪基座10上，作为输出端。

本发明中一种仿生机器人的夹爪的实施例4：

本实施例与实施例1的不同之处在于，实施例1中，夹爪基座10包括第一座体11、第二座体12和第三座体13。而本实施例中，夹爪基座10仅包括第一座体11和第二座体12，未设置第三座体13。

在其他实施例中，夹爪基座10也可以为单独零部件。

本发明中一种仿生机器人的夹爪的实施例5：

本实施例与实施例1的不同之处在于，实施例1中，第一夹爪设有四只。而本实施例中，第一夹爪设有三只。在其他实施例中，第一夹爪也可以仅设有两只，或者设置五只以上。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，本发明的专利保护范围以权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。

Claims

1.一种仿生机器人的夹爪，其特征在于，包括：

夹爪基座（10），供夹爪安装到相应的仿生机器人上；

第一爪体（21），设有至少两个，第一爪体（21）的根部铰接在夹爪基座（10）上，用于在收拢时实现抓取功能；

第二爪体（22），沿第一爪体（21）的延伸方向导向装配在第一爪体（21）上；

伸缩驱动装置（31），固定在夹爪基座（10）上，其输出端与第一爪体（21）之间设有驱动连杆（27），驱动连杆（27）的两端分别与伸缩驱动装置（31）的输出端和所述第一爪体（21）铰接，用于在伸缩时实现第一爪体（21）的收拢和张开；

联动杆（25），两端分别与第二爪体（22）和夹爪基座（10）铰接，用于在第一爪体（21）摆动时驱动第二爪体（22）伸缩。

2.根据权利要求1所述的仿生机器人的夹爪，其特征在于，所述第一爪体（21）内设有导向孔，所述第二爪体（22）导向插装在所述导向孔内；

导向孔的孔壁上设有避让槽（23），供第一爪体（21）或联动杆（25）上的铰接耳（15）板通过，使第一爪体（21）在伸缩动作时与联动杆（25）保持连接。

3.根据权利要求1或2所述的仿生机器人的夹爪，其特征在于，所述第二爪体（22）的末端设有支撑板（26），用于增大第二爪体（22）的支撑面积。

4.根据权利要求1或2所述的仿生机器人的夹爪，其特征在于，所述伸缩驱动装置（31）采用丝杠螺母机构驱动。

5.根据权利要求4所述的仿生机器人的夹爪，其特征在于，所述伸缩驱动装置（31）包括贯通轴直线步进电机（32），贯通轴直线步进电机（32）包括丝杆（33）和电机（34），丝杆（33）固定在夹爪基座（10）上，电机（34）固定在相应的电机底座（35）上，电机底座（35）仅沿丝杆（33）轴向活动，电机底座（35）形成伸缩驱动装置（31）的输出端。

6.根据权利要求5所述的仿生机器人的夹爪，其特征在于，夹爪基座（10）的中心部位设有避让孔（16），所述电机底座（35）位于所述避让孔（16）内。

7.根据权利要求5所述的仿生机器人的夹爪，其特征在于，所述夹爪基座（10）包括第一座体（11）和第二座体（12）；所述第一爪体（21）铰接在第二座体（12）上；所述第一座体（11）设置在第二座体（12）背向第一爪体（21）的一侧，供夹爪安装到相应的仿生机器人上；所述第一座体（11）可拆固定在第二座体（12）上；

所述丝杆（33）靠近第一座体（11）的一端与第一座体（11）固定连接。

8.根据权利要求7所述的仿生机器人的夹爪，其特征在于，所述夹爪基座（10）还包括第三座体（13），第三座体（13）设置在第二座体（12）远离第一座体（11）的一侧，与第二座体（12）固定连接，用于遮挡所述伸缩驱动装置（31）；第三座体（13）上设有爪体避让槽（17），供第一爪体（21）伸出；所述丝杆（33）远离第一座体（11）的一端与第三座体（13）固定连接。

9.根据权利要求7所述的仿生机器人的夹爪，其特征在于，所述第一座体（11）与第二座体（12）间隔布置，两者之间设有支撑柱（14）。

10.根据权利要求1或2所述的仿生机器人的夹爪，其特征在于，所述第一爪体（21）的根部设有两处铰接结构（28），靠近夹爪收拢中心的一处铰接结构（28）与驱动连杆（27）铰接，远离夹爪收拢中心的一处铰接结构（28）与夹爪基座（10）铰接。