CN212445299U - 一种多场景自适应三指机械手 - Google Patents

Abstract

一种多场景自适应三指机械手，包括悬挂安装座、以及安装于悬挂安装座上的一个主体机械指和两个副体机械指，主体机械指通过主结构支架安装在悬挂安装座上，两个副体机械指分别通过副结构支架安装在主结构支架的两侧，副结构支架与主结构支架铰接；主体机械指和两个副体机械指在水平面上大致呈“T”字型分布，主体机械指位于“T”字型的下端，两个副体机械指分别位于“T”字型的左右两端，且副体机械指能够绕副结构支架与主结构支架的铰接点旋转。本实用新型能够通过改变两个副体机械指与主体机械指之间的夹角来改变三指的分布，并以软钢片作为柔性作用件，来适应多种形状的目标物，实现柔性夹取和稳定搬运的多场景自适应。

Description

一种多场景自适应三指机械手

技术领域

本实用新型涉及工业机器人技术领域，尤其涉及一种多场景自适应三指机械手。

背景技术

机械手是一种模仿人的手指动作，用机械驱动来实现对目标物的抓取、搬等动作，通过编程完成各种预期工作。其在结构和性能上兼顾机械强度和人手指灵活的优点。

现有的机械手分为专用型机械手和通用型机械手：专用型机械手的手指是专门根据目标物形状而设计的，能较好地配合目标物的形状特征进行稳定抓取和搬运；通用型机械手大多设计有三指，五指，常以一定角度排布，实现对目标物的包覆式抓取和搬运。

传统机械手是利用机械驱动的夹紧力夹持目标物，但由于目标物的形状各异，往往与机械手的接触方式不是理想的曲面接触或者平面接触，而多是点接触或者线接触，这使得机械手手指对目标夹持的效果很差，在搬运过程中，被夹持物容易发生掉落。

公开号为CN108436957A的中国专利文献介绍了一种具有形状自适应的三指欠驱动机械手。公开了具有形状自适应的三指欠驱动机械手的组成结构，属于工业机器人技术领域，旨在提供一种机械手的技术方案，以蜗轮蜗杆驱动抓取结构的第一指骨实现旋转，以压缩弹簧和推杆驱动欠驱动手指旋转贴合目标物的表面，并且在压缩弹簧的弹性范围内实现欠驱动手指的表面与目标物的表面发生适当滑移，被动地调整第二指骨，使得目标物过渡至更可靠，更稳定的受力状态，以此实现稳定抓取和搬运。

其技术方案要点是包括：

(1)设计有第一、第二、第三，三处结构完全相同的欠驱动手指；三处手指的安装位置在底座上是依次以120°相隔，均匀分布；

(2)每处手指包括驱动电机，蜗杆蜗杆，第一、第二指骨，依次用销轴构成以销轴为转动中心的转动连接，以蜗轮蜗杆为传动形式将驱动电机输出作用于第一指骨，驱动第一指骨绕第一销轴转动；

(3)第二指骨上设计有第一、第二接触面来与目标物表面接触；

(4)第二指骨下侧安装有压缩弹簧和推杆模块，以此使得第二指骨的第一、第二接触面能被动地与目标物表面发生滑移，使得机械手整体被动自适应物体的形状，使得接触面与目标物表面充分接触，达到受力均匀和稳定抓取的设计目的；

但是，上述文献公开的技术方案存在以下问题：

(1)三处手指的安装位置在底座上是依次以120°相隔，均匀分布，而每一处手指的指骨转动范围都是处于一个竖直面内，使得抓取目标物的形状受到限制。在各类基本几何形体中，十分明显地，该机械手不适合用于抓取圆柱状目标物(例如管道)，仅能有一处手指稳定接触圆柱表面，抓取效果将会很差；

(2)虽然在第二指骨的结构上增加了压缩弹簧和推杆的配合，使得接触贴合效果得到一定改善，但是本质上第二指骨的第一接触面，第二接触面都是刚性面，与目标物表面仍然是不理想的小面积接触；

(3)在此种小面积接触状态下，由于第二指骨和指端都是欠驱动的机械结构，要实现稳定抓取，第一指骨上需要施加较大的力，这样既是导致对目标物产生破坏性损伤的可能性，又对第一指骨的材料和结构强度提出了高的要求，导致制造加工成本上升。

发明内容

为克服上述问题，本实用新型提供一种能适应多种形状抓取物的多场景自适应三指机械手。

本实用新型采用的技术方案是：一种多场景自适应三指机械手，包括悬挂安装座、以及安装于悬挂安装座上的一个主体机械指和两个副体机械指，主体机械指通过主结构支架安装在悬挂安装座上，两个副体机械指分别通过副结构支架安装在主结构支架的两侧，副结构支架与主结构支架铰接；主体机械指和两个副体机械指在水平面上大致呈“T”字型分布，主体机械指位于“T”字型的下端，两个副体机械指分别位于“T”字型的左右两端，且副体机械指能够绕副结构支架与主结构支架的铰接点旋转；

副结构支架远离悬挂安装座的一端铰接有副体机械指，主结构支架远离悬挂安装座的一端铰接有主体机械指；副体机械指包括互相铰接的指臂件和指端件，指臂件的上端与副结构支架铰接，指臂件的下端与指端件铰接；主体机械指与副体机械指的结构一致，且主体机械指与主结构支架的连接结构和副体机械指与副结构支架的连接结构一致；

副结构支架与悬挂安装座之间设有用于驱动副结构支架旋转的第一驱动机构；副体机械指与副结构支架的铰接处设有用于驱动副体机械指旋转的第三驱动机构；指端件的内侧与软钢带的下端固定连接，软钢带的上端与第二驱动机构连接，第二驱动机构通过软钢带带动指端件向内旋转；软钢带的内侧表面设为抓取接触面，软钢带能在机械手的抓取过程中自适应被抓取的物体形状；第一驱动机构，第二驱动机构和第三驱动机构均与控制器电连接。

进一步，所述悬挂安装座包括由圆盘状的吊式安装底座和垂直设置于吊式安装底座底面的悬挂主杆组成，悬挂主杆上设有马达安装座和主结构支架，悬挂主杆的底端与圆盘状的安装底板通过螺纹连接，主结构支架固定安装于马达安装座与安装底板之间；

马达安装座呈圆盘状，马达安装座的中心穿设有悬挂主杆，马达安装座的两侧设有用于安装马达输出轴的通孔，主结构支架的上表面设有与通孔的位置对应的弧形槽；

主结构支架包括支架本体，支架本体呈一侧开口的C字形，支架本体的开口处竖直穿设有悬挂主杆，支架本体的上下两端均安装有用于与副结构支架铰接的连接板，连接板呈椭圆盘状，连接板与支架本体的C字形轮廓垂直，连接板的轴心位于与悬挂主杆的轴心线上；且支架本体上端的连接板位于支架本体的内侧，支架本体下端的连接板与支架本体连为一体；

连接板上位于悬挂主杆的两侧分别铰接有两个副结构支架，副结构支架呈一侧开口的C字形，连接板位于副结构支架的内侧；副结构支架的上端设有第一齿轮。

进一步，所述第一驱动机构包括马达，马达竖直安装于马达安装座的上表面上，马达的输出轴竖直向下延伸至主结构支架的上表面；马达的输出轴上套设有第二齿轮，第二齿轮与副结构支架上的第一齿轮相啮合，副结构支架能在第二齿轮的带动下相对于连接板旋转。

进一步，所述第二驱动机构包括第一步进电机和丝杆，副结构支架与主结构支架通过丝杆铰接，丝杆的上下两端转动安装于副结构支架的上下表面内；第一步进电机安装于副结构支架的上表面上，第一步进电机的输出轴与丝杆的上端相连接；丝杆上螺接有能沿丝杆作上下往复运动的活动板，活动板呈倒L形，副结构支架的下表面设有与活动板的竖直边对应的通槽；活动板的水平边与丝杆螺接，活动板的竖直边穿设副结构支架的下表面与软钢带的上端固定连接，指端件能在软钢带、活动板的带动下相对于指臂件旋转。

进一步，所述第三驱动机构包括第二步进电机、蜗轮和蜗杆，副结构支架与副体机械指的铰接处设有蜗轮，蜗轮的内侧设有与蜗轮相啮合的蜗杆，蜗杆的上端与第二步进电机的输出轴固定连接，第二步进电机固定于副结构支架上表面的下方；副体机械指能在蜗轮、蜗杆的带动下相对于副结构支架旋转。

本实用新型的有益效果是：能够通过改变两个副体机械指与主体机械指之间的夹角来改变三指的分布，并以软钢片作为柔性作用件，来适应多种形状的目标物，实现柔性夹取和稳定搬运的多场景自适应三指机械手。

附图说明

图1是本实用新型第一角度的结构示意图。

图2是本实用新型第二个角度的结构示意图。

图3是本实用新型第三个角度的结构示意图。

图4是悬挂安装座上安装有马达安装座、主结构支架和安装底板时的结构示意图。

图5是悬挂安装座上安装有马达安装座和安装底板时的结构示意图。

图6是主结构支架的结构示意图。

图7是副结构支架的结构示意图。

图8是副结构支架上安装有副体机械指的侧视图。

图9是副结构支架上安装有副体机械指的结构示意图。

图10是本实用新型抓取方形物体的侧视图。

图11是本实用新型抓取方形物体时三指的示意图。

图12是本实用新型抓取圆柱状物体的侧视图。

图13是本实用新型抓取圆柱状物体时三指的示意图。

图14是本实用新型抓取球形物体的侧视图。

图15是本实用新型抓取球形物体时三指的示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型专利的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，如出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，如出现术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，如出现术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

参照附图，一种多场景自适应三指机械手，包括悬挂安装座、以及安装于悬挂安装座上的一个主体机械指1和两个副体机械指2，主体机械指1通过主结构支架安装在悬挂安装座上，两个副体机械指2分别通过副结构支架7安装在主结构支架的两侧，副结构支架7与主结构支架铰接；主体机械指1和两个副体机械指2在水平面上大致呈“T”字型分布，主体机械指1位于“T”字型的下端，两个副体机械指2分别位于“T”字型的左右两端，且副体机械指2能够绕副结构支架7与主结构支架的铰接点旋转；

副结构支架7远离悬挂安装座的一端铰接有副体机械指2，主结构支架远离悬挂安装座的一端铰接有主体机械指1；副体机械指2包括互相铰接的指臂件81和指端件82，指臂件81的上端与副结构支架7铰接，指臂件81的下端与指端件82铰接；主体机械指1与副体机械指2的结构一致，且主体机械指1与主结构支架的连接结构和副体机械指2与副结构支架的连接结构一致；

副结构支架7与悬挂安装座之间设有用于驱动副结构支架7旋转的第一驱动机构；副体机械指2与副结构支架7的铰接处设有用于驱动副体机械指旋转的第三驱动机构；指端件82的内侧与软钢带9的下端固定连接，软钢带9的上端与第二驱动机构连接，第二驱动机构通过软钢带9带动指端件82向内旋转；软钢带9的内侧表面设为抓取接触面，软钢带能在机械手的抓取过程中自适应被抓取的物体形状；第一驱动机构，第二驱动机构和第三驱动机构均与控制器电连接。

所述悬挂安装座包括由圆盘状的吊式安装底座31和垂直设置于吊式安装底座底面的悬挂主杆32组成，悬挂主杆32上设有马达安装座5和主结构支架4，悬挂主杆32的底端与圆盘状的安装底板6通过螺纹连接，主结构支架4固定安装于马达安装座5与安装底板6之间；

马达安装座5呈圆盘状，马达安装座5的中心穿设有悬挂主杆32，马达安装座5的两侧设有用于安装马达输出轴的通孔，主结构支架的上表面设有与通孔的位置对应的弧形槽；

主结构支架包括支架本体41，支架本体41呈一侧开口的C字形，支架本体41的开口处竖直穿设有悬挂主杆，支架本体41的上下两端均安装有用于与副结构支架铰接的连接板42，连接板42呈椭圆盘状，连接板42与支架本体41的C字形轮廓垂直，连接板42的轴心位于与悬挂主杆32的轴心线上；且支架本体41上端的连接板42位于支架本体41的内侧，支架本体41下端的连接板42与支架本体41连为一体；

连接板42上位于悬挂主杆的两侧分别铰接有两个副结构支架7，副结构支架7呈一侧开口的C字形，连接板42位于副结构支架7的内侧；副结构支架7的上端设有第一齿轮。

所述第一驱动机构包括马达11，马达11竖直安装于马达安装座5的上表面上，马达11的输出轴竖直向下延伸至主结构支架的上表面；马达的输出轴上套设有第二齿轮，第二齿轮与副结构支架7上的第一齿轮相啮合，副结构支架7能在第二齿轮的带动下相对于连接板42旋转。

所述第二驱动机构包括第一步进电机12和丝杆121，副结构支架7与主结构支架通过丝杆121铰接，丝杆121的上下两端转动安装于副结构支架7的上下表面内；第一步进电机12安装于副结构支架7的上表面上，第一步进电机12的输出轴与丝杆121的上端相连接；丝杆121上螺接有能沿丝杆121作上下往复运动的活动板122，活动板122呈倒L形，副结构支架7的下表面设有与活动板122的竖直边对应的通槽；活动板122的水平边与丝杆121螺接，活动板122的竖直边穿设副结构支架7的下表面与软钢带9的上端固定连接，指端件82能在软钢带9、活动板122的带动下相对于指臂件81旋转。

所述第三驱动机构包括第二步进电机13、蜗轮131和蜗杆132，副结构支架7与副体机械指2的铰接处设有蜗轮131，蜗轮131的内侧设有与蜗轮131相啮合的蜗杆132，蜗杆132的上端与第二步进电机13的输出轴固定连接，第二步进电机13固定于副结构支架7上表面的下方；副体机械指2能在蜗轮131、蜗杆132的带动下相对于副结构支架7旋转。

本实用新型对于不同抓取对象的处理方式具体实现步骤如下：

如图1所示当机械手未抓取物体时，三指以间隔120°角排布。

1)当需要抓取物体时，根据物体不同的形状，第一驱动机构的马达11转动带动副结构支架旋转可使副体机械指2的指臂件81旋转角度。

2)第二步进电机13输出转动带动蜗杆旋转并使蜗轮转动，由于蜗轮与指臂件连接，因此带动指臂件张开。

3)机械手通过悬挂安装座下降至合适高度后，第二步进电机13输出转动带动蜗杆132旋转并使涡轮转动，带动指臂件82收拢。

4)第一步进电机12输出转动驱动丝杆121，丝杆121和活动板122将转动力转化为线性动力，通过丝杆121将指端件82提至所需角度同时使指端件贴合物体。在指端件82贴合物体后第二驱动机构与第三驱动机构均能实现任意位置撤消动力自锁，从而使机械手的软钢带，指端件表面能与目标物保持紧密贴合状态，实现稳定抓取和运输。

以上实现不同形状的抓取对象的自适应抓取方式参考图10-图15。

本说明书实施例所述的内容仅仅是对实用新型构思的实现形式的列举，本实用新型的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本实用新型的保护范围也及于本领域技术人员根据本实用新型构思所能够想到的等同技术手段。

Claims (5)

1.一种多场景自适应三指机械手，包括悬挂安装座、以及安装于悬挂安装座上的一个主体机械指和两个副体机械指，其特征在于：主体机械指通过主结构支架安装在悬挂安装座上，两个副体机械指分别通过副结构支架安装在主结构支架的两侧，副结构支架与主结构支架铰接；主体机械指和两个副体机械指在水平面上大致呈“T”字型分布，主体机械指位于“T”字型的下端，两个副体机械指分别位于“T”字型的左右两端，且副体机械指能够绕副结构支架与主结构支架的铰接点旋转；

副结构支架远离悬挂安装座的一端铰接有副体机械指，主结构支架远离悬挂安装座的一端铰接有主体机械指；副体机械指包括互相铰接的指臂件和指端件，指臂件的上端与副结构支架铰接，指臂件的下端与指端件铰接；主体机械指与副体机械指的结构一致，且主体机械指与主结构支架的连接结构和副体机械指与副结构支架的连接结构一致；

副结构支架与悬挂安装座之间设有用于驱动副结构支架旋转的第一驱动机构；副体机械指与副结构支架的铰接处设有用于驱动副体机械指旋转的第三驱动机构；指端件的内侧与软钢带的下端固定连接，软钢带的上端与第二驱动机构连接，第二驱动机构通过软钢带带动指端件向内旋转；软钢带的内侧表面设为抓取接触面，软钢带能在机械手的抓取过程中自适应被抓取的物体形状；第一驱动机构，第二驱动机构和第三驱动机构均与控制器电连接。

2.如权利要求1所述的一种多场景自适应三指机械手，其特征在于：所述悬挂安装座包括由圆盘状的吊式安装底座和垂直设置于吊式安装底座底面的悬挂主杆组成，悬挂主杆上设有马达安装座和主结构支架，悬挂主杆的底端与圆盘状的安装底板通过螺纹连接，主结构支架固定安装于马达安装座与安装底板之间；

马达安装座呈圆盘状，马达安装座的中心穿设有悬挂主杆，马达安装座的两侧设有用于安装马达输出轴的通孔，主结构支架的上表面设有与通孔的位置对应的弧形槽；

主结构支架包括支架本体，支架本体呈一侧开口的C字形，支架本体的开口处竖直穿设有悬挂主杆，支架本体的上下两端均安装有用于与副结构支架铰接的连接板，连接板呈椭圆盘状，连接板与支架本体的C字形轮廓垂直，连接板的轴心位于与悬挂主杆的轴心线上；且支架本体上端的连接板位于支架本体的内侧，支架本体下端的连接板与支架本体连为一体；

连接板上位于悬挂主杆的两侧分别铰接有两个副结构支架，副结构支架呈一侧开口的C字形，连接板位于副结构支架的内侧；副结构支架的上端设有第一齿轮。

3.如权利要求2所述的一种多场景自适应三指机械手，其特征在于：所述第一驱动机构包括马达，马达竖直安装于马达安装座的上表面上，马达的输出轴竖直向下延伸至主结构支架的上表面；马达的输出轴上套设有第二齿轮，第二齿轮与副结构支架上的第一齿轮相啮合，副结构支架能在第二齿轮的带动下相对于连接板旋转。

4.如权利要求3所述的一种多场景自适应三指机械手，其特征在于：所述第二驱动机构包括第一步进电机和丝杆，副结构支架与主结构支架通过丝杆铰接，丝杆的上下两端转动安装于副结构支架的上下表面内；第一步进电机安装于副结构支架的上表面上，第一步进电机的输出轴与丝杆的上端相连接；丝杆上螺接有能沿丝杆作上下往复运动的活动板，活动板呈倒L形，副结构支架的下表面设有与活动板的竖直边对应的通槽；活动板的水平边与丝杆螺接，活动板的竖直边穿设副结构支架的下表面与软钢带的上端固定连接，指端件能在软钢带、活动板的带动下相对于指臂件旋转。

5.如权利要求4所述的一种多场景自适应三指机械手，其特征在于：所述第三驱动机构包括第二步进电机、蜗轮和蜗杆，副结构支架与副体机械指的铰接处设有蜗轮，蜗轮的内侧设有与蜗轮相啮合的蜗杆，蜗杆的上端与第二步进电机的输出轴固定连接，第二步进电机固定于副结构支架上表面的下方；副体机械指能在蜗轮、蜗杆的带动下相对于副结构支架旋转。

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