CN216634413U - 一种柔性灵巧手指及夹爪 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于机械夹爪技术领域，公开一种柔性灵巧手指及夹爪；柔性灵巧手指包括手指本体和指根关节，手指本体为气囊式柔性手指；指根关节包括两个同轴相对设置的第一锥齿轮、两个分别用于驱动两个第一锥齿轮转动的第一电机、摆架和第二电机，摆架下部设置有两个同轴相对设置的第二锥齿轮，两个第二锥齿轮均与两个第一锥齿轮啮合；其中一个第二锥齿轮与摆架固定连接，另一个第二锥齿轮与摆架转动连接；第二锥齿轮的中轴线与第一锥齿轮的中轴线垂直相交于一个基点；第二电机设置在摆架上并于驱动手指本体转动；夹爪包括该柔性灵巧手指；该柔性灵巧手指的灵活性好且结构简单，有利于使夹爪实现被夹取物体在手内旋转定向的功能。

Description

一种柔性灵巧手指及夹爪

技术领域

本实用新型涉及机械夹爪技术领域，尤其涉及一种柔性灵巧手指及夹爪。

背景技术

现有的机械夹爪一般是刚性夹爪或柔性夹爪，一般的刚性夹爪和柔性夹爪的手指只能在一个平面内弯曲摆动，灵活性较差，只能实现简单的抓握动作，无法实现夹取物体后使物体在手内旋转定向。而仿生灵巧机械手虽然可实现夹取物体后使物体在手内旋转定向，但是结构过于复杂，机械关节过多，导致驱动件数量较多、传动结构复杂、控制较难且造价较高。

实用新型内容

鉴于上述现有技术的不足之处，本申请的目的在于提供一种柔性灵巧手指及夹爪，该柔性灵巧手指的灵活性好且结构简单，有利于使夹爪实现被夹取物体在手内旋转定向的功能。

第一方面，本申请提供一种柔性灵巧手指，包括手指本体和指根关节，所述手指本体为气囊式柔性手指；

所述指根关节包括：

两个第一锥齿轮，两个所述第一锥齿轮同轴相对设置；

两个第一电机，两个所述第一电机分别用于驱动两个所述第一锥齿轮转动；

摆架，所述摆架下部设置有两个第二锥齿轮，两个所述第二锥齿轮同轴相对设置，且均与两个所述第一锥齿轮啮合；其中一个所述第二锥齿轮与所述摆架固定连接，另一个所述第二锥齿轮与所述摆架转动连接；所述第二锥齿轮的中轴线与所述第一锥齿轮的中轴线垂直相交于一个基点;

第二电机，所述第二电机设置在所述摆架上并与所述手指本体连接；所述第二电机用于驱动所述手指本体转动。

该柔性灵巧手指，指根关节采用了差速啮合结构，可带动摆架向任意方向摆动，从而带动手指本体整体向任意方向摆动，提高了柔性灵巧手指的灵活性，在此基础上，通过第二电机可进一步实现手指本体的整体转动，从而进一步提高了柔性灵巧手指的灵活性；由于手指本体为气囊式柔性手指，可通过气动致弯曲实现对不同尺寸和形状的物体的抓握，且本身没有机械关节，减少了柔性灵巧手指的机械关节数量，从而简化了柔性灵巧手指的结构并降低了造价；具有多个该柔性灵巧手指的夹爪，即使指根关节的位置固定，也能够通过仅依靠柔性灵巧手指本身的运动来实现被夹取物体在手内旋转定向，从而有利于降低夹爪的安装空间，提高适用范围。

优选地，所述第二电机的转轴与所述第二锥齿轮的中轴线垂直相交于所述基点。

从而，摆架摆动时，第二电机的转轴的轴线始终穿过该基点，当把柔性灵巧手指的基坐标系原点设置在该基点时，第二电机的转轴在该基坐标系下的位姿数据计算更加简单，有利于降低控制难度并提高控制精度。

优选地，所述手指本体可在第一平面内弯曲摆动，所述第一平面是所述第二锥齿轮的中轴线及所述第二电机的转轴轴线所在的平面。

优选地，所述手指本体包括与所述第二电机的转轴固定连接的连接座以及与所述连接座固定连接的手指气囊。

优选地，所述指根关节还包括设置在所述第一锥齿轮下侧的连接架，所述第一锥齿轮和所述第一电机均设置在所述连接架上。

优选地，所述连接架包括设置在所述第一锥齿轮下侧的安装腔，两个所述第一电机竖向地设置在所述安装腔内，两个所述第一电机分别通过传动机构与两个所述第一锥齿轮驱动连接。

从而，可减少第一电机在横向上占用的空间，从而使柔性灵巧手指的结构更加紧凑。

优选地，所述传动机构包括设置在所述第一电机的输出轴上的主动轮、设置在对应的所述第一锥齿轮的轮轴上的从动轮、环状传动绳以及导向轴，所述环状传动绳一侧绕设在所述从动轮上，另一侧绕过所述导向轴后绕设在所述主动轮上。

优选地，所述导向轴的上下位置可调，所述传动机构还包括调节机构，所述调节机构用于调节所述导向轴的上下位置以张紧所述环状传动绳。

优选地，所述调节机构包括调节杆、导向定位部和螺纹连接部，所述导向定位部和所述螺纹连接部固定设置在所述连接架上，所述调节杆包括杆体、转动设置在所述杆体上端的旋转头以及设置在所述杆体下端的外螺纹，所述导向轴可转动地穿设在所述旋转头上，所述杆体滑动穿设在所述导向定位部上，所述外螺纹与所述螺纹连接部连接。

第二方面，本申请提供一种夹爪，包括基座以及至少四个前文所述的柔性灵巧手指，所述柔性灵巧手指沿周向均匀设置在所述基座上。

在使用时，先用其中至少两个柔性灵巧手指握紧物体，然后由至少两个其它的柔性灵巧手指根据操作需要转动一定角度后，接替对该物体的抓握并握持该物体反向转动，如此循环交替操作，最终实现物体在手内的重定向。

有益效果：

本申请提供的一种柔性灵巧手指及夹爪，柔性灵巧手指，指根关节采用了差速啮合结构，可带动摆架向任意方向摆动，从而带动手指本体整体向任意方向摆动，提高了柔性灵巧手指的灵活性，在此基础上，通过第二电机可进一步实现手指本体的整体转动，从而进一步提高了柔性灵巧手指的灵活性；由于手指本体为气囊式柔性手指，可通过气动致弯曲实现对不同尺寸和形状的物体的抓握，且本身没有机械关节，减少了柔性灵巧手指的机械关节数量，从而简化了柔性灵巧手指的结构并降低了造价；具有多个该柔性灵巧手指的夹爪，即使指根关节的位置固定，也能够通过仅依靠柔性灵巧手指本身的运动来实现被夹取物体在手内旋转定向，从而有利于降低夹爪的安装空间，提高适用范围。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的柔性灵巧手指的结构示意图。

图2为本实用新型实施例提供的柔性灵巧手指的调节机构的结构示意图。

图3为本实用新型实施例提供的夹爪的结构示意图。

标号说明：1、手指本体；101、连接座；1011、连接耳片；1012、安装槽；102、手指气囊；1021、气嘴；2、指根关节；201、第一锥齿轮；202、第一电机；203、摆架；204、第二锥齿轮；205、第二电机；206、连接架；2061、竖向腰孔；2062、第一凸板部；2063、第二凸板部；207、主动轮；208、从动轮；209、环状传动绳；210、导向轴；211、调节机构；212、调节杆；2121、杆体；2122、旋转头；2123、外螺纹；213、导向定位部；214、螺纹连接部；100、柔性灵巧手指；200、基座。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

下文的公开提供的实施方式或例子用来实现本实用新型的不同结构。为了简化本实用新型的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本实用新型。此外，本实用新型可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本实用新型提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。

请参阅图1-图2，本申请提供的一种柔性灵巧手指100，包括手指本体1和指根关节2，手指本体1为气囊式柔性手指；

指根关节2包括：

两个第一锥齿轮201，两个第一锥齿轮201同轴相对设置；

两个第一电机202，两个第一电机202分别用于驱动两个第一锥齿轮201转动；

摆架203，摆架203下部设置有两个第二锥齿轮204，两个第二锥齿轮204同轴相对设置，且均与两个第一锥齿轮201啮合；其中一个第二锥齿轮204与摆架203固定连接，另一个第二锥齿轮204与摆架203转动连接；第二锥齿轮204的中轴线与第一锥齿轮201的中轴线垂直相交于一个基点;

第二电机205，第二电机205设置在摆架203上并与手指本体1连接；第二电机205用于驱动手指本体1转动。

该柔性灵巧手指100，指根关节2采用了差速啮合结构，可带动摆架203向任意方向摆动，从而带动手指本体1整体向任意方向摆动，提高了柔性灵巧手指100的灵活性，在此基础上，通过第二电机205可进一步实现手指本体1的整体转动，从而进一步提高了柔性灵巧手指100的灵活性；由于手指本体1为气囊式柔性手指，可通过气动致弯曲实现对不同尺寸和形状的物体的抓握，且本身没有机械关节，减少了柔性灵巧手指100的机械关节数量，从而简化了柔性灵巧手指100的结构并降低了造价；具有多个该柔性灵巧手指100的夹爪，即使指根关节2的位置固定，也能够通过仅依靠柔性灵巧手指100本身的运动来实现被夹取物体在手内旋转定向，从而有利于降低夹爪的安装空间，提高适用范围。

在一些优选实施方式中，第二电机205的转轴与第二锥齿轮204的中轴线垂直相交于基点。

从而，摆架203摆动时，第二电机205的转轴的轴线始终穿过该基点，当把柔性灵巧手指100的基坐标系原点设置在该基点时，第二电机205的转轴在该基坐标系下的位姿数据计算更加简单，有利于降低控制难度并提高控制精度。

进一步地，手指本体1可在第一平面内弯曲摆动，该第一平面是第二锥齿轮204的中轴线及第二电机205的转轴轴线所在的平面。从而，在进行控制时，无需把手指本体1的运动分解为在第一平面内的运动和在第一平面法向方向的运动，可进一步降低控制难度和提高控制精度。

在本实施例中，见图1，手指本体1包括与第二电机205的转轴固定连接的连接座101以及与连接座101固定连接的手指气囊102。其中，手指气囊102为现有技术，可根据实际需要选择现有的型号，该手指气囊102的气嘴1021固定设置在连接座101上（通过控制手指气囊102的气压，该手指气囊102可在第一平面内弯曲摆动）。

为了提高结构稳定性，第二电机205的转轴的两端均伸出第二电机205的本体外，连接座101包括两个连接耳片1011，两个连接耳片1011分别与第二电机205的转轴两端固定连接（如图1所示）。从而，连接座101的上下两端均得到支撑，结构稳定性更好。

进一步地，该连接座101包括开口朝上且与手指气囊102根部相适配的安装槽1012，手指气囊102的根部插接在该安装槽1012内，手指气囊102的气嘴1021设置在该安装槽1012的侧壁上（如图1所示）。由于手指气囊102根部插入安装槽1012内，手指气囊102与连接座101的连接处可承受更大的力矩，从而使连接更加可靠，手指气囊102与连接座101之间的连接不易因为工作时传递到该连接处的力矩而松动。

优选地，见图1，指根关节2还包括设置在第一锥齿轮201下侧的连接架206，第一锥齿轮201和第一电机202均设置在连接架206上。从而把整个柔性灵巧手指100连接为一个完整的整体，便于进行运输和存储。

在实际应用中，第一电机202的转轴可直接通过联轴器与第一锥齿轮201的轮轴连接，或者可直接把第一锥齿轮201套设在第一电机202的转轴上，然而，需要把两个第一电机202和两个第一锥齿轮201设置在同一直线上，从而会占用较大的横向上的空间，柔性灵巧手指100的结构紧凑性较差，进而会导致使用该柔性灵巧手指100的夹爪的体积较大，不利于实现夹爪的小型化。

为此，在一些优选实施方式中，见图1，连接架206包括设置在第一锥齿轮201下侧的安装腔，两个第一电机202竖向地设置（竖向朝下设置或竖向朝上设置）在安装腔内，两个第一电机202分别通过传动机构与两个第一锥齿轮201驱动连接。从而，可减少第一电机202在横向上占用的空间，从而使柔性灵巧手指100的结构更加紧凑。需要说明的是，此处的竖向是垂直于第一锥齿轮201的中轴线的方向，当柔性灵巧手指100按如图1所示的方向放置时（此时第一锥齿轮201的中轴线在水平面内），该竖向为竖直方向。

在一些实施方式中，见图1，传动机构包括设置在第一电机202的输出轴上的主动轮207、设置在对应的第一锥齿轮201的轮轴上的从动轮208、环状传动绳209以及导向轴210，环状传动绳209一侧绕设在从动轮208上，另一侧绕过导向轴210后绕设在主动轮207上。通过环状传动绳209进行传动，环状传动绳209中部可沿任意方向转向折弯，从而实现不在同一平面内的主动轮207和从动轮208之间的传动，其中，导向轴210用于使环状传动绳209中部转向折弯，从而保证环状传动绳209的两侧可靠地绕设在主动轮207和从动轮208上，避免环状传动绳209脱落。

其中，连接架206的顶部对称地设置有两个第一凸板部2062，两个第一锥齿轮201的轮轴分别可转动的穿设在两个第一凸板部2062上，第一锥齿轮201的轮轴远离该第一锥齿轮201的一端与对应的从动轮208连接，如图1所示。

在实际应用中，传动机构不限于为前述的绳驱动机构，例如，也可以是齿轮传动机构（包括设置第一电机202的输出轴上的主动锥齿轮和设置在第一锥齿轮201的轮轴上的从动锥齿轮，主动锥齿轮与从动锥齿轮啮合）或其它传动机构。

进一步地，见图1，导向轴210的上下位置可调，传动机构还包括调节机构211，该调节机构211用于调节导向轴210的上下位置以张紧环状传动绳209。在实际应用中，根据需要调节导向轴210的上下位置，从而使环状传动绳209张紧，一方面使环状传动绳209与主动轮207和从动轮208之间具有足够的摩擦力，避免环状传动绳209打滑而影响控制精度，另一方面可避免环状传动绳209松弛而脱落。

在本实施例中，连接架206上对应导向轴210两端的位置设置有两个竖向腰孔2061，导向轴210的两端分别滑动插接在两个竖向腰孔2061中；从而使导向轴210的上下位置可调。具体的，连接架206的侧面上位于从动轮208的下侧，设置有两个第二凸板部2063（两个从动轮208的下侧均设置有两个第二凸板部2063），每个第二凸板部2063上设置有一个竖向腰孔2061，如图1所示。

在一些实施方式中，见图2，调节机构211包括调节杆212、导向定位部213和螺纹连接部214，导向定位部213和螺纹连接部214固定设置在连接架206上，调节杆212包括杆体2121、转动设置在杆体2121上端的旋转头2122以及设置在杆体2121下端的外螺纹2123，导向轴210可转动地穿设在旋转头2122上，杆体2121滑动穿设在导向定位部213上，外螺纹2123与螺纹连接部214连接。当需要调节导向轴210的上下位置时，旋动杆体2121，从而在外螺纹2123与螺纹连接部214的作用下使调节杆212移动，进而带动旋转头2122移动，实现导向轴210的上下位置调节。

其中，可在杆体2121下端端面上设置供螺丝刀插入的施力槽（如“一”字槽、“十”字槽等），以便旋动杆体2121。

参考图3，本申请提供一种夹爪，包括基座200以及至少四个上述柔性灵巧手指100，柔性灵巧手指100沿周向均匀设置在基座200上。

在使用时，先用其中至少两个柔性灵巧手指100握紧物体，然后由至少两个其它的柔性灵巧手指100根据需要转动一定角度后，接替对该物体的抓握（此时，原来握紧物体的柔性灵巧手指100松开该物体）并握持该物体反向转动，再由当前没有抓握物体的柔性灵巧手指100根据需要转动一定角度后，接替对该物体的抓握（此时，先前握紧物体的柔性灵巧手指100松开该物体）并握持该物体反向转动，如此循环交替操作直到物体的旋转角度满足要求，最终实现物体在手内的重定向。

其中，柔性灵巧手指100的数量可根据实际需要设置，例如图3中，柔性灵巧手指100设置有四个，四个柔性灵巧手指100沿周向均匀设置在基座200上。工作时，以相对的两个柔性灵巧手指100为一组（共有两组），需要对物体进行手内重定向时，先由第一组柔性灵巧手指100握紧物体，第二组柔性灵巧手指100根据需要转动一定角度后，接替对该物体的抓握，此时第一组柔性灵巧手指100放开该物体，第二组柔性灵巧手指100握持该物体反向转动，然后，第一组柔性灵巧手指100根据需要转动一定角度后，接替对该物体的抓握，此时第二组柔性灵巧手指100放开该物体，第一组柔性灵巧手指100握持该物体反向转动，如此循环交替操作直到物体的旋转角度满足要求，最终实现物体在手内的重定向。设置四个柔性灵巧手指100能可靠地实现物体的稳定抓取和手内的重定向，且柔性灵巧手指100的数量较少，结构简单。

综上所述，虽然本实用新型已以优选实施例揭露如上，但上述优选实施例并非用以限制本实用新型，本领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围内，均可作各种更动与润饰，其方案与本实用新型实质上相同。

Claims (7)

1.一种柔性灵巧手指，包括手指本体和指根关节，其特征在于，所述手指本体为气囊式柔性手指；

所述指根关节包括：

两个第一锥齿轮，两个所述第一锥齿轮同轴相对设置；

两个第一电机，两个所述第一电机分别用于驱动两个所述第一锥齿轮转动；

摆架，所述摆架下部设置有两个第二锥齿轮，两个所述第二锥齿轮同轴相对设置，且均与两个所述第一锥齿轮啮合；其中一个所述第二锥齿轮与所述摆架固定连接，另一个所述第二锥齿轮与所述摆架转动连接；所述第二锥齿轮的中轴线与所述第一锥齿轮的中轴线垂直相交于一个基点;

第二电机，所述第二电机设置在所述摆架上并与所述手指本体连接；所述第二电机用于驱动所述手指本体转动；

所述指根关节还包括设置在所述第一锥齿轮下侧的连接架，所述第一锥齿轮和所述第一电机均设置在所述连接架上；

所述连接架包括设置在所述第一锥齿轮下侧的安装腔，两个所述第一电机竖向地设置在所述安装腔内，两个所述第一电机分别通过传动机构与两个所述第一锥齿轮驱动连接；

所述传动机构包括设置在所述第一电机的输出轴上的主动轮、设置在对应的所述第一锥齿轮的轮轴上的从动轮、环状传动绳以及导向轴，所述环状传动绳一侧绕设在所述从动轮上，另一侧绕过所述导向轴后绕设在所述主动轮上。

2.根据权利要求1所述的柔性灵巧手指，其特征在于，所述第二电机的转轴与所述第二锥齿轮的中轴线垂直相交于所述基点。

3.根据权利要求2所述的柔性灵巧手指，其特征在于，所述手指本体可在第一平面内弯曲摆动，所述第一平面是所述第二锥齿轮的中轴线及所述第二电机的转轴轴线所在的平面。

4.根据权利要求1所述的柔性灵巧手指，其特征在于，所述手指本体包括与所述第二电机的转轴固定连接的连接座以及与所述连接座固定连接的手指气囊。

5.根据权利要求1所述的柔性灵巧手指，其特征在于，所述导向轴的上下位置可调，所述传动机构还包括调节机构，所述调节机构用于调节所述导向轴的上下位置以张紧所述环状传动绳。

6.根据权利要求5所述的柔性灵巧手指，其特征在于，所述调节机构包括调节杆、导向定位部和螺纹连接部，所述导向定位部和所述螺纹连接部固定设置在所述连接架上，所述调节杆包括杆体、转动设置在所述杆体上端的旋转头以及设置在所述杆体下端的外螺纹，所述导向轴可转动地穿设在所述旋转头上，所述杆体滑动穿设在所述导向定位部上，所述外螺纹与所述螺纹连接部连接。

7.一种夹爪，其特征在于，包括基座以及至少四个权利要求1-6任一项所述的柔性灵巧手指，所述柔性灵巧手指沿周向均匀设置在所述基座上。

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