CN212287679U - 拨轮触发盘齿传动四连杆平夹自适应机器人手指装置 - Google Patents

Abstract

拨轮触发盘齿传动四连杆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、两个指段、两个关节轴、电机、三个连杆、两个齿盘、两个楔块拨轮、四个簧件和限位块等。该装置利用电机、连杆传动机构、楔块拨轮、齿盘传动机构、簧件和限位块等综合实现了楔块拨轮传动触发盘齿啮合四连杆平夹自适应抓取的功能，根据目标物体形状和位置的不同，既能平动第二指段捏持物体或外张撑住，也能依次转动第一指段和第二指段包络不同形状、大小的物体；抓取范围大；采用欠驱动的方式，利用一个电机驱动两个关节，无需复杂的传感和控制系统；结构紧凑、体积小，制造和维护成本低，适用于机器人手。

Description

拨轮触发盘齿传动四连杆平夹自适应机器人手指装置

技术领域

本实用新型属于机器人手技术领域，特别涉及一种楔块拨轮传动连杆平夹自适应机器人手指装置的结构设计。

背景技术

自适应欠驱动机器人手采用少量电机驱动多个自由度关节，由于电机数量少，藏入手掌的电机可以选择更大的功率和体积，出力大，同时纯机械式的反馈系统无需对环境敏感也可以实现稳定抓取，自动适应不同形状尺寸的物体，没有实时电子传感和闭环反馈控制的需求，控制简单方便，降低了制造成本。

自适应欠驱动机器人手在抓取物体时主要有两种抓取方法，一种是捏持，一种是握持。捏持是用末端手指的指尖部分去夹取物体，采用两个点或两个软指面去接触物体，主要针对小尺寸物体或具有对立面的较大物体；握持是用手指的多个指段包络环绕物体来实现多个点的接触，达到更稳定的形状包络抓取。工业夹持器一般采用末端平行的夹持方式，难以具有包络握持功能，不能适应多种形状物体的稳定包络抓取；自适应欠驱动手指可以采用自适应包络物体的方式握持，但是无法实施末端平行夹持抓取，例如，已有的一种欠驱动两关节机器人手指装置(公开号为CN101234489A的中国发明专利)，包括基座、电机、中部指段、末端指段和平带轮式传动机构等。该装置实现了双关节欠驱动无延误手指弯曲抓取物体的特殊效果，具有自适应性。该欠驱动机械手指装置的不足之处为：手指在未碰触物体前始终呈现伸直状态，抓取方式主要为握持方式，难实现较好的末端平行夹持抓取效果，加持过程中会产生空程和延误，给工程制造了误差。

发明内容

为了克服已有技术的不足之处，本实用新型的目的在于提供一种拨轮触发盘齿传动四连杆平夹自适应机器人手指装置。该装置具有多种抓取模式，既能平动第二指段夹持物体，也能先后转动第一指段和第二指段自适应包络不同形状、大小的物体；抓取范围大；无需复杂的传感和控制系统；当第一指段触碰到物体时，第二指段近无延时向下弯曲。

本实用新型的目的是采用以下技术方案来实现：一种拨轮触发盘齿传动四连杆平夹自适应机器人手指装置，包括基座、第一指段、第二指段、近关节轴、远关节轴、电机和传动机构；所述电机与基座固接，所述电机的输出轴与传动机构的输入轴相连；所述近关节轴活动套设在基座中，所述远关节轴活动套设在第一指段中；所述第一指段活动套接在近关节轴上，所述第二指段活动套接在远关节轴上；所述近关节轴的中心线与远关节轴的中心线平行；

还包括挡板、第一连杆、第二连杆、第一转轴、第二转轴、第一楔块拨轮、第二楔块拨轮、第一簧件、第二簧件、第三簧件、第四簧件、主动盘齿、从动盘齿、轴承和限位块；所述传动机构的输出端与主动盘齿相连接，所述主动盘齿活动套接在近关节轴上，第一簧件的两端分别连接主动盘齿和第一指段；所述第一连杆的一端固接在从动盘齿上、另一端活动套接在第一转轴上；所述第二连杆的一端套接在第一转轴上、另一端套接在第二转轴上，第一转轴的中心线与第二转轴的中心线平行；所述第二指段套接在第二转轴上；所述第三连杆的一端套接在远关节轴上、另一端套接在近关节轴上；所述第三簧件的两端分别连接第一连杆和基座，所述基座内固设有在初始状态时与第一连杆相接触对其进行限位的限位块；设近关节轴、远关节轴、第二转轴和第一转轴的中心点分别为A、B、C、D，则线段AB、BC、CD、AD共同构成平行四边形；所述从动盘齿活动套接在近关节轴上，所述主动盘齿与从动盘齿之间设有用于使两个盘齿在初始状态时相互分离的第二簧件；所述第一楔块拨轮、第二楔块拨轮分别套接在近关节轴上；所述第一楔块拨轮、第二楔块拨轮分别具有相同角度的斜坡面且该斜坡面的法线与近关节轴的中心线之间的夹角小于21°；所述第一楔块拨轮的斜坡面和第二楔块拨轮的斜坡面相接触，在初始状态时，所述第一楔块拨轮的斜坡面的法线和第二楔块拨轮的斜坡面的法线重合；所述挡板与第一楔块拨轮固接，所述第一指段与挡板之间设有用于使挡板在初始状态时位于第一指段外侧的第四簧件；所述第二楔块拨轮滑动镶嵌在近关节轴上且滑动方向平行于近关节轴的中心线；所述轴承设置在从动齿盘和第二楔块拨轮之间。

进一步的，所述第一簧件采用扭簧或拉簧或压簧，所述第二簧件采用压簧或拉簧，所述第三簧件采用拉簧或压簧，所述第四簧件采用压簧或拉簧。

本实用新型提出的机器人手指装置利用电机、平行四连杆传动机构、楔块拨轮、齿盘传动机构、簧件和限位块等综合实现了楔块拨轮传动触发盘齿啮合四连杆平夹自适应抓取的功能，根据目标物体形状和位置的不同，既能平动第二指段捏持物体或外张撑住，也能依次转动第一指段和第二指段包络不同形状、大小的物体；抓取范围大；采用欠驱动的方式，利用一个电机驱动两个关节，无需复杂的传感和控制系统；结构紧凑、体积小，制造和维护成本低，适用于机器人手。

上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本实用新型的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1是本实用新型设计的拨轮触发盘齿传动四连杆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是机构原理图。

图3至图4是该装置采用平夹方式夹取物体的过程示意图。

图5是挡板未触发时近关节轴的状态示意图。

图6是挡板触发时近关节轴的状态示意图。

图7至图10是该装置采用自适应方式夹取物体的过程示意图。

图11是该装置的爆炸示意图。

【附图标记】

1－基座，10－限位块，11－电机，12－减速器，13－第一带轮，14－传送带，21－第一指段，22－第二指段，31－近关节轴，32－远关节轴，41－第一连杆，42－第二连杆，43-第三连杆，51－第一转轴，52－第二转轴，61－第一簧件，62－第二簧件，63－第三簧件，64－第四簧件，70－第二带轮，71－主动盘齿，72－从动盘齿，80－挡板，81－第一楔块拨轮，82－第二楔块拨轮，83－轴承。

具体实施方式

下面结合附图及实施例进一步详细介绍本实用新型的具体结构、工作原理的内容。

请参阅图1、图2及图11，为本实用新型设计的一种拨轮触发盘齿传动四连杆平夹自适应机器人手指装置的一个实施例。本实施例包括基座1、第一指段21、第二指段22、近关节轴31、远关节轴32、电机11和传动机构；所述电机11与基座1固接，所述电机11的输出轴与传动机构的输入轴相连，所述近关节轴31活动套设在基座1中；所述远关节轴32活动套设在第一指段21中；所述第一指段21活动套接在近关节轴31上；所述第二指段22活动套接在远关节轴32上；所述近关节轴31的中心线与远关节轴32的中心线平行。本实施例还包括挡板80、第一连杆41、第二连杆42、第三连杆43、第一转轴51、第二转轴52、第一楔块拨轮81、第二楔块拨轮82、第一簧件61、第二簧件62、第三簧件63、第四簧件64、主动盘齿71、从动盘齿72、轴承83和限位块10；所述传动机构的输出端与主动盘齿71相连接，所述主动盘齿71活动套接在近关节轴31上，第一簧件61的两端分别连接主动盘齿71和第一指段21，电机通过传动机构驱动主动盘齿转动，主动盘齿通过第一簧件带动第一指段绕近关节轴的中心线转动；所述第一连杆41的一端固接在从动盘齿72上，第一连杆41的另一端活动套接在第一转轴51上；所述第二连杆42的一端套接在第一转轴51上，第二连杆42的另一端套接在第二转轴52上，第一转轴的中心线与第二转轴的中心线平行；所述第二指段22套接在第二转轴52上；所述第三连杆43的一端套接在远关节轴32上，第三连杆43的另一端套接在近关节轴31上；所述第三簧件63的两端分别连接第一连杆41和基座1，所述基座1内固设有在初始状态时与第一连杆相接触对其进行限位的限位块10；请参阅图2，设近关节轴31、远关节轴32、第二转轴52和第一转轴51的中心点分别为A、B、C、D，则线段AB与线段CD的长度相等，线段AD与线段BC的长度相等，即线段AB、BC、CD、AD共同构成平行四边形；所述从动盘齿72活动套接在近关节轴31上；所述第二簧件62的两端分别连接从动盘齿72和主动盘齿71，借助第二簧件的作用在初始状态时主动盘齿和从动盘齿不接触；所述第一楔块拨轮81、第二楔块拨轮82分别套接在近关节轴31上；所述第一楔块拨轮81、第二楔块拨轮82分别具有相同角度的斜坡面且该斜坡面的法线与近关节轴31的中心线之间的夹角小于21°；所述第一楔块拨轮81的斜坡面和第二楔块拨轮82的斜坡面相接触，在初始状态时，所述第一楔块拨轮81的斜坡面的法线和第二楔块拨轮82的斜坡面的法线重合；所述挡板80与第一楔块拨轮81固接，所述第四簧件64的两端分别连接挡板80和第一指段21，借助第四簧件的作用在初始状态时挡板80位于第一指段21的外侧；所述第二楔块拨轮82通过键和键槽的配合滑动镶嵌在近关节轴31上且滑动方向平行于近关节轴31的中心线；所述轴承83设置在从动齿盘72和第二楔块拨轮82之间。

本实施例中传动机构包括减速器12、第一带轮13、传动带14、第二带轮70，所述电机11的输出轴与减速器12的输入轴相连接，减速器12的输出轴上安装第一带轮13；第二带轮70活动套接在近关节轴31上同时并与主动盘齿71固接；第一带轮13与第二带轮71通过O型的传动带14传动。

本实施例中所述第一簧件61采用扭簧，当然在其他实施例中也可以是拉簧或压簧；所述第二簧件62采用压簧，当然在其他实施例中也可以是拉簧；所述第三簧件63采用拉簧，当然在其他实施例中也可以是压簧；所述第四簧件64采用压簧，当然在其他实施例中也可以是拉簧。

本实施例的工作原理，结合附图3至图10，叙述如下：

本实施例中，将初始位置设置为手指伸直的状态(如图3所示)，当然在其他实施例中也可以将初始位置设置为其他位置。

a)当挡板80未触碰物体时，第一楔块拨轮81相对于第二楔块拨轮82的旋转角度为0度(如图5所示)，此时主动盘齿71和从动盘齿72在第二簧件62的作用下处于相互分离状态，当第一指段21运动并且挡板80未触碰物体时第二指段22仍然会保持在初始的姿态，使得第二指段22能够平夹物体，动作过程如图3至图4所示。原因是：由于主动盘齿71与从动盘齿72未啮合，动力无法传动到第二指段22，通过第一连杆41、第二连杆42传动，第二指段22保持原状态沿水平移动，由于第一连杆41通过第三簧件63与基座1连接且从动盘齿72与第一连杆41固接，所以第二指段22相对基座1只进行平移运动而不会旋转，始终保持着原有的状态。

b)当第一指段21先接触物体而被物体阻挡不能再转动，将进入自适应包络阶段，这时位于第一指段外侧的挡板80先接触物体、进而带动第一楔块拨轮81绕近关节轴31的中心线转动，当第一楔块拨轮81相对于第二楔块拨轮82的旋转角度为大于11度时，第一楔块拨轮81推动第二楔块拨轮82沿近关节轴31滑动，第二楔块拨轮82通过轴承83推动从动盘齿72与主动盘齿71完全啮合(如图6所示)，从而为第二指段22提供动力。电机11通过传动机构驱动主动盘齿72转动，主动盘齿通过第一簧件带动第一指段21转动靠近物体；由于主动盘齿71与从动盘齿72处于啮合的状态、同时从动盘齿72与第一连杆41固接，第一连杆41离开限位块10使得第三簧件63发生变形，同时由于线段ABCD构成了平行四边形，在第二连杆的推动下第二指端22绕远关节轴32的中心线转动，直到第二指端22接触物体为止，完成自适应包络抓取物体的效果，动作过程如图7至图10所示。

释放物体的过程：电机反转，后续过程与上述抓取物体的过程刚好相反，不再赘述。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本实用新型技术方案的设计和范围，均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (2)

1.一种拨轮触发盘齿传动四连杆平夹自适应机器人手指装置，包括基座、第一指段、第二指段、近关节轴、远关节轴、电机和传动机构；所述电机与基座固接，所述电机的输出轴与传动机构的输入轴相连；所述近关节轴活动套设在基座中，所述远关节轴活动套设在第一指段中；所述第一指段活动套接在近关节轴上，所述第二指段活动套接在远关节轴上；所述近关节轴的中心线与远关节轴的中心线平行；

其特征在于：还包括挡板、第一连杆、第二连杆、第三连杆、第一转轴、第二转轴、第一楔块拨轮、第二楔块拨轮、第一簧件、第二簧件、第三簧件、第四簧件、主动盘齿、从动盘齿、轴承和限位块；所述传动机构的输出端与主动盘齿相连接，所述主动盘齿活动套接在近关节轴上，第一簧件的两端分别连接主动盘齿和第一指段；所述第一连杆的一端固接在从动盘齿上、另一端活动套接在第一转轴上；所述第二连杆的一端套接在第一转轴上、另一端套接在第二转轴上，第一转轴的中心线与第二转轴的中心线平行；所述第二指段套接在第二转轴上；所述第三连杆的一端套接在远关节轴上、另一端套接在近关节轴上；所述第三簧件的两端分别连接第一连杆和基座，所述基座内固设有在初始状态时与第一连杆相接触对其进行限位的限位块；设近关节轴、远关节轴、第二转轴和第一转轴的中心点分别为A、B、C、D，则线段AB、BC、CD、AD共同构成平行四边形；所述从动盘齿活动套接在近关节轴上，所述主动盘齿与从动盘齿之间设有用于使两个盘齿在初始状态时相互分离的第二簧件；所述第一楔块拨轮、第二楔块拨轮分别套接在近关节轴上；所述第一楔块拨轮、第二楔块拨轮分别具有相同角度的斜坡面且该斜坡面的法线与近关节轴的中心线之间的夹角小于21°；所述第一楔块拨轮的斜坡面和第二楔块拨轮的斜坡面相接触，在初始状态时，所述第一楔块拨轮的斜坡面的法线和第二楔块拨轮的斜坡面的法线重合；所述挡板与第一楔块拨轮固接，所述第一指段与挡板之间设有用于使挡板在初始状态时位于第一指段外侧的第四簧件；所述第二楔块拨轮滑动镶嵌在近关节轴上且滑动方向平行于近关节轴的中心线；所述轴承设置在从动齿盘和第二楔块拨轮之间。

2.根据权利要求1所述的一种拨轮触发盘齿传动四连杆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或拉簧或压簧，所述第二簧件采用压簧或拉簧，所述第三簧件采用拉簧或压簧，所述第四簧件采用压簧或拉簧。

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