CN213439732U - 一种基于欠驱动机构的自适应柔性机械手爪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于欠驱动机构的自适应柔性机械手爪，采用手指结构，包括若干个手指，每个手指包括顶紧机构、欠驱动机构、液压推送机构、底座、接触力传感器和力反馈控制系统；其中，顶紧机构包括顶块和滑块；底座为框型结构，滑块安装在底座内部，顶块与滑块相连，滑块下方安装有驱动装置；欠驱动机构是单个手指的主体部分，分别与底座和液压推送机构相连，对称分布在顶紧机构的两侧；液压推送机构主要作为驱动安装在手指上；工件为抓取对象，与工件直接相连的连杆的接触面上设置接触力传感器，力反馈控制系统与接触力传感器和驱动装置相连。本实用新型具有自适应、驱动少、控制简单、成本低，可靠性高等特点。

Description

一种基于欠驱动机构的自适应柔性机械手爪

技术领域

本实用新型属于机器人技术领域，涉及到机械手爪，具体涉及一种基于欠驱动机构的自适应柔性机械手爪。

背景技术

随着工业机器人发展的深度和广度以及机器人智能水平的提高，工业机器人已在众多领域得到了应用。作为工业机器人的执行机构，生产线用零部件机械爪可以提高生产的自动化水平和劳动生产率，可以减轻劳动强度、保证产品质量、实现安全生产，尤其是在高温、高压、低温、低压、粉尘、易燃、易爆、有毒气和放射性等恶劣的环境中，它代替人进行正常的工作，意义更为重大。

现有技术中存在的主要问题和缺陷包括：

目前，虽然在部分行业在机械爪领域已经取得了一些理论上的成果，但是还是面临着诸多问题，比如成本高、适用范围小等问题，目前机械爪的成本占到了机器人整个成本的四成左右。此外，目前的工业机器人手爪一般是二指平动手爪，对工作对象的形状有一定的要求，对于一些有特殊形状的对象却无法适用。

鉴于上述问题，有必要提供一种新型的少驱动的多功能的可抓取不同形状的机械手爪。

实用新型内容

针对现有技术中存在的上述问题和缺陷，本实用新型提供了一种基于欠驱动机构的自适应柔性机械手爪，该机械手爪具有自适应、驱动少、控制简单、成本低，可靠性高等特点。

为此，本实用新型采用了以下技术方案：

一种基于欠驱动机构的自适应柔性机械手爪，采用手指结构，包括若干个手指，每个手指包括顶紧机构、欠驱动机构、液压推送机构、底座、接触力传感器和力反馈控制系统；其中，顶紧机构包括顶块和滑块；底座为框型结构，滑块安装在底座内部，顶块与滑块相连，滑块下方安装有驱动装置；欠驱动机构是单个手指的主体部分，分别与底座和液压推送机构相连，对称分布在顶紧机构的两侧；液压推送机构主要作为驱动安装在手指上；欠驱动机构包括依次铰链相连的连杆组件，连杆组件铰接在底座上；工件为抓取对象，与工件直接相连的连杆的接触面上设置接触力传感器，力反馈控制系统与接触力传感器和驱动装置相连。

进一步地，所述液压推送机构包括推动器，推动器与连杆和滑块铰接。

优选地，所述推动器为液压缸。

优选地，所述推动器通过转动副连接在滑块上。

优选地，所述连杆组件包括依次铰链连接的末端指节、连接块、第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆、第五连杆，其中，第四连杆铰接在推动器上，第五连杆铰接在底座上。

优选地，所述末端指节与连接块通过第一转动副连接，第二连杆与第五连杆通过第二转动副连接；所述第一转动副、第二转动副均带有扭簧，采用扭簧作为动力约束元件。

优选地，所述第二连杆、第五连杆与夹取物体的接触面上分别贴有第一传感器、第二传感器。

优选地，所述顶块上开设凹槽并贴以接触力传感器。

优选地，手指的数量不少于两个。

优选地，所述滑块的驱动源包括气、液、电。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

(1)抓取的稳定性。本实用新型的机械手爪的顶紧机构使得手爪抓取物体时更加稳定和牢固。

(2)自适性强。相较于现有技术，本实用新型的机械手爪实现了自适性，能够很好地适应周围的环境。

(3)机构的巧妙性。通过欠驱动机构巧妙地实现了手爪的闭合及可抓取不同形状和大小的物体。

(4)该机械手爪具有一定柔性、驱动少、控制简单、成本低、可靠性高。

(5)克服了现有的机械手爪需要根据工件不同的形状频繁更换的缺点，既节省了机械手爪的伸展空间，实现了可抓取空间几何形状复杂的物体，又提高了工业生产效率以及设备的自动化水平。

附图说明

图1是本实用新型所提供的一种基于欠驱动机构的自适应柔性机械手爪的结构示意图。

图2是本实用新型实施例所提供的一种基于欠驱动机构的自适应柔性机械手爪夹取细短杆的状态示意图。

图3是本实用新型实施例所提供的一种基于欠驱动机构的自适应柔性机械手爪夹取不规则的小物体的状态示意图。

图4是本实用新型实施例所提供的一种基于欠驱动机构的自适应柔性机械手爪夹取不规则的大物体的状态示意图。

附图标记说明：1、末端指节；2、连接块；3、第一连杆；4、第二连杆；5、第一传感器；6、第三连杆；7、第二传感器；8、第四连杆；9、第五连杆；10、推动器；11、底座；12、顶块；13、滑块；A、第一转动副；B、第二转动副。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例来详细说明本实用新型，其中的具体实施例以及说明仅用来解释本实用新型，但并不作为对本实用新型的限定。

如图1所示，本实用新型公开了一种基于欠驱动机构的自适应柔性机械手爪，采用手指结构，包括若干个手指，每个手指包括顶紧机构、欠驱动机构、液压推送机构、底座11、接触力传感器和力反馈控制系统；其中，顶紧机构包括顶块12和滑块13；底座11为框型结构，滑块13安装在底座11内部，顶块12与滑块13相连，滑块13下方安装有驱动装置；欠驱动机构是单个手指的主体部分，分别与底座11和液压推送机构相连，对称分布在顶紧机构的两侧；液压推送机构主要作为驱动安装在手指上；欠驱动机构包括依次铰链相连的连杆组件，连杆组件铰接在底座11上；工件为抓取对象，与工件直接相连的连杆的接触面上设置接触力传感器，力反馈控制系统与接触力传感器和驱动装置相连。

所述液压推送机构包括推动器10，推动器10与连杆和滑块13铰接。

具体地，所述推动器10为液压缸。

所述推动器10通过转动副连接在滑块13上。

所述连杆组件包括依次铰链连接的末端指节1、连接块2、第一连杆3、第二连杆4、第三连杆6、第四连杆8、第五连杆9，其中，第四连杆8铰接在推动器10上，第五连杆9铰接在底座11上。

所述末端指节1与连接块2通过第一转动副A连接，第二连杆4与第五连杆9通过第二转动副B连接；所述第一转动副A、第二转动副B均带有扭簧，采用扭簧作为动力约束元件。

所述第二连杆4、第五连杆9与夹取物体的接触面上分别贴有第一传感器5、第二传感器7。

所述顶块12上开设凹槽并贴以接触力传感器。

手指的数量不少于两个。

所述滑块13的驱动源包括气、液、电。

实施例

如图1所示，一种基于前驱动机构的自适应柔性机械手爪，包括顶紧机构、欠驱动机构、液压推送机构。

所述顶紧机构包括顶块12、滑块13，所述顶块12与滑块13串联，其可在滑块13的带动下伸出或收入底座11。

所述欠驱动机构对称安装在所述顶紧机构两侧，两者结构对称。

以下以一侧结构进行说明：

所述欠驱动机构包括连接块2、第一连杆3、第二连杆4、第三连杆6分别通过转动副连接而成的铰链四杆机构，其中，末端指节1与连接块2通过第一转动副A连接，第二连杆4与第五连杆9通过第二转动副B连接；所述第一转动副A、第二转动副B带有扭簧，此处采用扭簧作为动力约束元件。所述第二连杆4、第五连杆9与夹取物体接触面上贴以接触力第一传感器5、第二传感器7。

所述推动器10左右端分别铰接在第四连杆8和滑块13上。

所述推动器10为气压缸或液压缸；所述顶块12上开有凹槽并贴有传感器。

在弹性元件约束下，在该爪接触到物体之前，末端指节1与连接块2可视为一个构件，第二连杆4与第五连杆9也可视为一个构件。

滑块13下接有驱动装置，即通过液压缸或气压缸推动滑块13在竖直方向上的运动。

采用该机械手爪对不同形状的物体进行抓取，根据物体形状的不同其抓取方式也有所不同：

当抓取形状较小的物体时，如图2、图3所示，通过末端指节1与顶紧机构配合完成抓取。具体地，首先在滑块13的推动下上升与物体接触，然后推动器10的运动依次通过第四连杆8、第三连杆6、第一连杆3、连接块2传递到末端指节1，同时顶块12将物体的位置限制，使末端指节1从上端将物体包络，实现可靠抓取。

当抓取形状较大的物体时，如图4所示，首先顶紧机构顶住物体，由于被抓取物体的重力作用，顶块12在压力的作用下下滑，期间始终保持与物体接触的状态。当顶紧机构降至最下端时，第五连杆9夹到物体后，被物体压住不动，此时推动器10将推动第四连杆8克服第二运动副B处扭簧的闭合力矩，第三连杆6将继续运动，带动末端指节1运动，直到末端指节1完全包络住物体。

其中，根据接触力传感器的检测数据，控制推动器10的气缸活塞压力，使夹紧力可在设定的范围内调整。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则范围之内所作的任何修改、等同替换以及改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于欠驱动机构的自适应柔性机械手爪，采用手指结构，包括若干个手指，其特征在于：每个手指包括顶紧机构、欠驱动机构、液压推送机构、底座(11)、接触力传感器和力反馈控制系统；其中，顶紧机构包括顶块(12)和滑块(13)；底座(11)为框型结构，滑块(13)安装在底座(11)内部，顶块(12)与滑块(13)相连，滑块(13)下方安装有驱动装置；欠驱动机构是单个手指的主体部分，分别与底座(11)和液压推送机构相连，对称分布在顶紧机构的两侧；液压推送机构主要作为驱动安装在手指上；欠驱动机构包括依次铰链相连的连杆组件，连杆组件铰接在底座(11)上；工件为抓取对象，与工件直接相连的连杆的接触面上设置接触力传感器，力反馈控制系统与接触力传感器和驱动装置相连。

2.根据权利要求1所述的一种基于欠驱动机构的自适应柔性机械手爪，其特征在于：所述液压推送机构包括推动器(10)，推动器(10)与连杆和滑块(13)铰接。

3.根据权利要求2所述的一种基于欠驱动机构的自适应柔性机械手爪，其特征在于：所述推动器(10)为液压缸。

4.根据权利要求2所述的一种基于欠驱动机构的自适应柔性机械手爪，其特征在于：所述推动器(10)通过转动副连接在滑块(13)上。

5.根据权利要求2所述的一种基于欠驱动机构的自适应柔性机械手爪，其特征在于：所述连杆组件包括依次铰链连接的末端指节(1)、连接块(2)、第一连杆(3)、第二连杆(4)、第三连杆(6)、第四连杆(8)、第五连杆(9)，其中，第四连杆(8)铰接在推动器(10)上，第五连杆(9)铰接在底座(11)上。

6.根据权利要求5所述的一种基于欠驱动机构的自适应柔性机械手爪，其特征在于：所述末端指节(1)与连接块(2)通过第一转动副(A)连接，第二连杆(4)与第五连杆(9)通过第二转动副(B)连接；所述第一转动副(A)、第二转动副(B)均带有扭簧，采用扭簧作为动力约束元件。

7.根据权利要求5所述的一种基于欠驱动机构的自适应柔性机械手爪，其特征在于：所述第二连杆(4)、第五连杆(9)与夹取物体的接触面上分别贴有第一传感器(5)、第二传感器(7)。

8.根据权利要求1所述的一种基于欠驱动机构的自适应柔性机械手爪，其特征在于：所述顶块(12)上开设凹槽并贴以接触力传感器。

9.根据权利要求1所述的一种基于欠驱动机构的自适应柔性机械手爪，其特征在于：手指的数量不少于两个。

10.根据权利要求1-9中任一项所述的一种基于欠驱动机构的自适应柔性机械手爪，其特征在于：所述滑块(13)的驱动源包括气、液、电。

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