CN214981108U

CN214981108U - 一种带指节自动限位机构的欠驱动机械手指

Info

Publication number: CN214981108U
Application number: CN202120161277.8U
Authority: CN
Inventors: 李明杰; 张国庆; 庄圆; 王立杰
Original assignee: Nanjing Forestry University
Current assignee: Nanjing Forestry University
Priority date: 2021-01-21
Filing date: 2021-01-21
Publication date: 2021-12-03
Anticipated expiration: 2031-01-21

Abstract

本实用新型公开了一种带指节自动限位机构的欠驱动机械手指，属于自动化机械设备技术领域。所述欠驱动机械手指包括根部指节、中部指节、末端指节、指节自动限位机构、第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆、手指支承轴、手指上盖板、推杆、手指外壳、手指底座、弹簧销、圆柱弹簧销、环形滑块。欠驱动机械手指采用欠驱动方式，具有一定程度柔顺性，采用指节自动限位机构，通过控制限位块角度调整手指的弯曲程度，既可以包络抓取较大尺寸物体，又可以捏取较小物体，实现对不同形状物体的自适应抓取；指节自动限位机构中采用限位块限位，结构简单易于加工；欠驱动机械手指采用模块化设计思路，可根据实际需要确定安装手指的数量，更换装拆方便。

Description

一种带指节自动限位机构的欠驱动机械手指

技术领域

本实用新型涉及自动化机械设备技术领域，具体涉及一种带指节自动限位机构的欠驱动机械手指。

背景技术

机械手是机器人的末端执行机构，可以完成各种复杂的抓取动作，机械手指是机械手中不可缺失的一部分。早期的机械手指一般采用全驱动方式，在全驱动的方式下，每个手指上的关节都需要安装驱动器，集成化程度低，工作方式单一，自适应性差，不能满足多种类型零件的抓取。传统机械手都是刚性的，抓取力度难以把握，需要依靠复杂的传感系统和控制系统实现稳定抓取，结构复杂，制造成本高。此外，机械手手指易损坏，传统机械手手指的更换过程过于繁琐。

本机械手指采用欠驱动方式，具有驱动器数目少、控制简单等优点；进行抓取作业时，欠驱动机械手指具有一定程度的柔顺性，指节可以调节不同的角度，与目标物体表面稳定贴合，避免损坏目标物体；欠驱动机械手指采用指节自动限位机构，通过控制限位块角度从而调整手指的弯曲程度，既可以包络抓取不同形状较大尺寸的物体，又可以捏取不同形状的较小物体，实现对不同形状物体的自适应抓取；指节自动限位机构中采用限位块限位，结构简单易于加工；欠驱动机械手指采用模块化设计思路，更换装拆方便，可根据实际需要确定安装手指的数量。

实用新型内容

实用新型目的：本实用新型的目的是针对目前技术中的不足，提供了一种带指节自动限位机构的欠驱动机械手指，指节可以调节不同的角度，与目标物体表面稳定贴合，避免损坏目标物体；采用指节自动限位机构，通过控制限位块角度从而调整手指的弯曲程度，既可以包络抓取不同形状较大尺寸的物体，又可以捏取不同形状的较小物体，实现对物体形状的自适应抓取；欠驱动机械手指采用模块化设计思路，更换装拆方便。

技术方案：为实现上述目的，本实用新型提供了一种带指节自动限位机构的欠驱动机械手指，其特征在于，所述欠驱动机械手指包括根部指节、中部指节、末端指节、指节自动限位机构、第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆、手指支承轴、手指上盖板、推杆、手指外壳、手指底座、弹簧销、环形滑块、圆柱弹簧销，所述末端指节通过销轴与中部指节连接，在销轴上套有扭簧，扭簧的一端与末端指节连接，扭簧的另一端与中部指节连接，中部指节通过指节自动限位机构中销轴与根部指节和第二连杆连接，在销轴上套有扭簧，扭簧的一端与根部指节连接，扭簧的另一端与第二连杆连接，根部指节上有根部指节限位块，第一连杆通过销轴与末端指节、第二连杆相连，第二连杆通过销轴与第三连杆相连，第三连杆通过销轴和第四连杆相连，第四连杆通过销轴连接根部指节和手指支承轴，推杆通过销轴分别与第四连杆和环形滑块连接。

作为本方案的一种改进：所述指节自动限位机构安装在中部指节和根部指节之间，包括中部指节限位块、第一活动限位块、第二活动限位块、销轴、第一小齿轮、第二小齿轮、根部指节侧盖、微型电机、微型蜗轮、微型蜗杆轴、第一齿轮箱体、第二齿轮箱体，两个中部指节限位块与中部指节固连，微型电机固定安装在第一齿轮箱体上，第一活动限位块与销轴过盈配合，第二活动限位块与销轴过盈配合，销轴安装在中部指节和根部指节的连接孔内，根部指节侧盖通过两个螺钉与根部指节相连，微型电机输出轴上安装有第一小齿轮，第二小齿轮通过过盈配合安装在微型蜗杆轴上，且与第一小齿轮啮合，微型蜗杆轴用轴承支承安装在第二齿轮箱体和第一齿轮箱体的孔中，微型蜗轮通过过盈配合安装在销轴上，销轴两端用轴承支承安装在第一齿轮箱体和第二齿轮箱体的孔中，第一齿轮箱体与根部指节通过螺钉连接固定，第一齿轮箱体和第二齿轮箱体通过四个螺钉连接。

作为本方案的一种改进：所述手指支承轴两端由轴承支承安装在手指上盖板和手指底座之间。

作为本方案的一种改进：所述环形滑块与手指支承轴间隙配合，固定限位块与手指支承轴过盈配合。

作为本方案的一种改进：所述手指外壳通过螺钉分别与手指上盖板和手指底座相连。

作为本方案的一种改进：所述手指底座上有T形导轨，两个弹簧销与手指底座螺纹连接，圆柱弹簧销与手指上盖板过盈配合。

与现有技术相比本实用新型具有的有益效果：

1. 欠驱动手指抓取物体，柔顺性好，不易损坏物体；

2. 采用指节自动限位机构，可以控制限位块角度从而调整手指的弯曲程度，包络抓取或捏取不同尺寸形状的物体；

3. 采用限位块限位，结构简单易加工；

4. 采用模块化设计思路，更换装拆手指方便。

附图说明

图1为带指节自动限位机构的欠驱动机械手指总体图；

图2为带指节自动限位机构的欠驱动机械手指剖视图；

图3为欠驱动机械手指三维结构图；

图4为欠驱动机械手指指节自动限位机构简图；

图5为欠驱动机械手指指节自动限位机构结构剖视图；

图6为欠驱动机械手指分解结构图；

图7为欠驱动机械手指弯曲状态图。

附图标记列表：1、根部指节；2、中部指节；3、末端指节；4、指节自动限位机构；5、第一连杆；6、第二连杆；7、第三连杆；8、第四连杆；9、手指支承轴；10、手指上盖板；11、推杆；12、手指外壳；13、手指底座；14、弹簧销；15、环形滑块；16、圆柱弹簧销；17、固定限位块；18、根部指节限位块；19、扭簧；20、中部指节限位块；21、第一活动限位块；22、销轴；23、第一小齿轮；24、根部指节侧盖；25、微型电机；26、第二小齿轮；27、微型蜗轮；28、微型蜗杆轴；29、第二齿轮箱体；30、第一齿轮箱体；31、第二活动限位块；32、T型导轨。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本实用新型，应理解下述具体实施方式仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。

如图1、图2、图3所示，本带限位机构的欠驱动机械手指主要由根部指节1、中部指节2、末端指节3、指节自动限位机构4、第一连杆5、第二连杆6、第三连杆7、第四连杆8、手指支承轴9、手指上盖板10、推杆11、手指外壳12、手指底座13、弹簧销14、环形滑块15、圆柱弹簧销16组成，末端指节3通过销轴与中部指节2连接，在销轴上套有扭簧19，扭簧19的一端与末端指节3连接，扭簧19的另一端与中部指节2连接，中部指节2通过指节自动限位机构4中销轴22与根部指节1和第二连杆6连接，在销轴22上套有扭簧19，扭簧19的一端与根部指节1连接，扭簧19的另一端与第二连杆6连接，根部指节1上有根部指节限位块18，第一连杆5通过销轴与末端指节3、第二连杆6相连，第二连杆6通过销轴与第三连杆7相连，第三连杆7通过销轴和第四连杆8相连，第四连杆8通过销轴连接根部指节1和手指支承轴9，推杆11通过销轴分别与第四连杆8和环形滑块15连接。

如图4、图5所示，指节自动限位机构4安装在中部指节2和根部指节1之间，包括中部指节限位块20、第一活动限位块21、第二活动限位块31、销轴22、第一小齿轮23、第二小齿轮26、根部指节侧盖24、微型电机25、微型蜗轮27、微型蜗杆轴28、第一齿轮箱体30、第二齿轮箱体29，两个中部指节限位块20与中部指节2固连，微型电机25固定安装在第一齿轮箱体31上，第一活动限位块21与销轴22过盈配合，第二活动限位块31与销轴22过盈配合，销轴22安装在中部指节2和根部指节1的连接孔内，根部指节侧盖24通过两个螺钉与根部指节1相连，微型电机25输出轴上安装有第一小齿轮23，第二小齿轮26通过过盈配合安装在微型蜗杆轴28上，且与第一小齿轮23啮合，微型蜗杆轴28用轴承支承安装在第二齿轮箱体29和第一齿轮箱体30的孔中，微型蜗轮27通过过盈配合安装在销轴22上，销轴22两端用轴承支承安装在第一齿轮箱体30和第二齿轮箱体29的孔中，第一齿轮箱体30与根部指节1通过螺钉连接固定，第一齿轮箱体30和第二齿轮箱体29通过四个螺钉连接。

如图2所示，手指支承轴9两端由轴承支承安装在手指上盖板10和手指底座13之间。

环形滑块15与手指支承轴9间隙配合，固定限位块17与手指支承轴9过盈配合。

如图3所示，所述手指外壳12通过螺钉分别与手指上盖板10和手指底座13相连。

如图3、图6所示，所述手指底座13上有T形导轨32，两个弹簧销14与手指底座13螺纹连接，圆柱弹簧销16与手指上盖板10过盈配合。

如图5所示，当需要指节限位时，微型电机26正转带动第一小齿轮23旋转，第一小齿轮23带动第二小齿轮26旋转，第二小齿轮26带动微型蜗杆轴28一起旋转，从而微型蜗杆轴28带动微型蜗轮27旋转，销轴22和微型蜗轮27一起旋转，销轴22带动第二活动限位块31和第一活动限位块21同步旋转，当微型电机25停止转动后，第一活动限位块21和第二活动限位块31也随之停止转动，蜗轮蜗杆机构具有自锁性，防止其受到外力作用发生反转，此时第一活动限位块21、第二活动限位块31与两个中部指节限位块20形成一定的角度，从而限制中部指节2和根部指节1的相对旋转角度。

当不需要指节限位时，微型电机25反转，将第一活动限位块21、第二活动限位块31转动至两个中部指节限位块20的后面，当中部指节2相对根部指节1旋转时，中部指节限位块20与第一活动限位块21、第二活动限位块31不会接触，因此指节自动限位机构4不起限位作用。

如图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7所示，当欠驱动机械手指安装时，通过手指底座的T型导轨32、二个弹簧销14和圆柱弹簧销16实现手指与机械手基体连接；若要拆卸手指，按下圆柱弹簧销16，将手指沿T型导轨32往外拉，弹簧销14在外力作用下缩回，手指即可卸下。

当选用三根欠驱动机械手指包络抓取较大物体时，单个手指包络抓取物体的过程可以描述为：指节自动限位机构4中的微型电机25开始转动，使得第一活动限位块21和第二活动限位块31转动至两个中部指节限位块20的后面，指节自动限位机构4不起限位作用。此时机械手基体中的电机驱动环形滑块15沿着手指支承轴9向上移动，环形滑块15带动推杆11向上移动，推杆11推动手指一起弯曲。当根部指节1接触物体后，根部指节1与第二连杆6之间的扭簧19约束被释放，当中部指节2接触到物体后，中部指节2与末端指节1之间的扭簧19约束被释放，当末端指节1将物体抓紧时，整个手指运动停止。

当选用两根欠驱动机械手指捏取较小物体时，单个手指捏取物体的过程可以描述为：指节自动限位机构4中的微型电机25转动，使得第一活动限位块21、第二活动限位块31转动至两个中部指节限位块20的前方形成合适的角度，微型电机25停止转动，指节自动限位机构4生效。此时机械手基体中的电机驱动环形滑块15沿着手指支承轴9向上移动，环形滑块15带动推杆11向上移动，推杆11推动手指一起弯曲。根部指节固定限位块18跟随根部指节1一起旋转，直到与固定限位块17接触后限位生效，根部指节1停止转动，根部指节1与第二连杆6之间的扭簧19约束被释放，两个中部指节限位块20跟随中部指节2转动，直到转动至两个中部指节限位块20与第一活动限位块21、第二活动限位块31接触后限位生效，中部指节2停止转动，末端指节3相对中部指节2转动，直到末端指节3捏紧物体，整个手指运动停止。

当机械手基体中的电机驱动环形滑块15沿着手指支承轴9向下移动，环形滑块15带动推杆11向下移动，欠驱动机械手指松开物体。

本实用新型的实施例公布的是较佳的实施例，但并不局限于此，本领域的普通技术人员，极易根据上述实施例，领会本实用新型的精神，并做出不同的引申和变化，但只要不脱离本实用新型的精神，都在本实用新型的保护范围内。

本实用新型方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。

Claims

1.一种带指节自动限位机构的欠驱动机械手指，其特征在于，所述欠驱动机械手指包括根部指节（1）、中部指节（2）、末端指节(3)、指节自动限位机构（4）、第一连杆（5）、第二连杆（6）、第三连杆（7）、第四连杆（8）、手指支承轴（9）、手指上盖板（10）、推杆（11）、手指外壳（12）、手指底座（13）、弹簧销（14）、环形滑块（15）、圆柱弹簧销（16），所述末端指节（3）通过销轴与中部指节（2）连接，在销轴上套有扭簧（19），扭簧（19）的一端与末端指节（3）连接，扭簧（19）的另一端与中部指节（2）连接，中部指节（2）通过指节自动限位机构（4）中销轴（22）与根部指节（1）和第二连杆（6）连接，在销轴（22）上套有扭簧（19），扭簧（19）的一端与根部指节（1）连接，扭簧（19）的另一端与第二连杆（6）连接，根部指节（1）上有根部指节限位块（18），第一连杆（5）通过销轴与末端指节（3）、第二连杆（6）相连，第二连杆（6）通过销轴与第三连杆（7）相连，第三连杆（7）通过销轴和第四连杆（8）相连，第四连杆（8）通过销轴连接根部指节（1）和手指支承轴（9），推杆（11）通过销轴分别与第四连杆（8）和环形滑块（15）连接。

2.根据权利要求1所述的一种带指节自动限位机构的欠驱动机械手指，其特征在于，所述指节自动限位机构（4）安装在中部指节（2）和根部指节（1）之间，包括中部指节限位块（20）、第一活动限位块（21）、第二活动限位块（31）、销轴（22）、第一小齿轮（23）、第二小齿轮（26）、根部指节侧盖（24）、微型电机（25）、微型蜗轮（27）、微型蜗杆轴（28）、第一齿轮箱体（30）、第二齿轮箱体（29），两个中部指节限位块（20）与中部指节（2）固连，微型电机（25）固定安装在第一齿轮箱体（30）上，第一活动限位块（21）与销轴（22）过盈配合，第二活动限位块（31）与销轴（22）过盈配合，销轴（22）安装在中部指节（2）和根部指节（1）的连接孔内，根部指节侧盖（24）通过两个螺钉与根部指节（1）相连，微型电机（25）输出轴上安装有第一小齿轮（23），第二小齿轮（26）通过过盈配合安装在微型蜗杆轴（28）上，且与第一小齿轮（23）啮合，微型蜗杆轴（28）用轴承支承安装在第二齿轮箱体（29）和第一齿轮箱体（30）的孔中，微型蜗轮（27）通过过盈配合安装在销轴（22）上，销轴（22）两端用轴承支承安装在第一齿轮箱体（30）和第二齿轮箱体（29）的孔中，第一齿轮箱体（30）与根部指节（1）通过螺钉连接固定，第一齿轮箱体（30）和第二齿轮箱体（29）通过四个螺钉连接。

3.根据权利要求1所述的一种带指节自动限位机构的欠驱动机械手指，其特征在于，所述手指支承轴（9）两端由轴承支承安装在手指上盖板（10）和手指底座（13）之间。

4.根据权利要求1所述的一种带指节自动限位机构的欠驱动机械手指，其特征在于，所述环形滑块（15）与手指支承轴（9）间隙配合，固定限位块（17）与手指支承轴（9）过盈配合。

5.根据权利要求1所述的一种带指节自动限位机构的欠驱动机械手指，其特征在于，所述手指外壳（12）通过螺钉分别与手指上盖板（10）和手指底座（13）相连。

6.根据权利要求1所述的一种带指节自动限位机构的欠驱动机械手指，其特征在于，所述手指底座（13）上有T形导轨（32），两个弹簧销（14）与手指底座（13）螺纹连接，圆柱弹簧销（16）与手指上盖板（10）过盈配合。