CN219563126U - 一种欠驱动灵巧手结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及机器人技术领域，公开了一种欠驱动灵巧手结构，包括手指机构，手指机构包括手指组件、手指支架、驱动组件、驱动连杆机构和从动连杆机构，手指组件包括第一关节、第二关节和第三关节；驱动连杆机构和从动连杆机构均与第二关节和第三关节形成两组曲柄摇杆机构，第一关节与所述驱动连杆机构和从动连杆机构的一端转动连接；驱动组件用于驱动所述驱动连杆机构摆动而驱动第一关节、第二关节和第三关节进行弯曲抓取；第一关节和第二关节之间、第二关节和第三关节之间以及第三关节与手指支架之间均设有复位件。本实用新型能够提高灵巧手抓取物品的稳定性，从而提高抓取的成功率。

Description

一种欠驱动灵巧手结构

技术领域

本实用新型涉及机器人技术领域，具体涉及一种欠驱动灵巧手结构。

背景技术

随着制造业的发展和生活要求的提高，单一功能的末端执行器已逐渐无法满足人们设计机器人日益复杂的抓握和日常实际任务。多指灵巧手适时诞生，这推动了智能机器人从实验室到特定应用的发展趋势，也扩大了智能机器人的应用范围。多指灵巧手具有自适应能力，可以完成多种不同的抓握方式。

因此，在许多情况下，灵巧手可以执行更多类型的日常任务，而无需拆卸和更换尾部电动执行器。拟人化多指智能手或人形智能机器人爪是一种在实际意义上真正拟人化并可以执行智能实际操作的机械臂。人的抓取运动是首先根据臂部的运动将手臂准确地定位在给定的室内空间中，然后使用手腕和手指以非常复杂的方式完成实际操作目标。在灵巧手中只需更改抓握方法即可完成捏、握住和包络抓取等操作。由于灵巧手必须具有很强的抓握能力，因此多指灵巧手的科学研究在改善其功能方面已朝着仿人的方向发展。

在仿人型机器人中，欠驱动灵巧手主要是实现一些危险作业、太空作业、服务行业以及人力成本高采摘作业，具有很强的社会价值与经济效益。欠驱动机构因为驱动器数目少于自由度数目的特性，能够降低控制系统的复杂性，增强系统的自适应性。

然而，现有的灵巧手结构虽然能够完成抓取任务，但是抓取物品后常常会出现不稳定的情况而导致物品在抓取移动的过程中出现掉落的情况，影响抓取的成功率。

实用新型内容

本实用新型意在提供一种欠驱动灵巧手结构，以提高灵巧手抓取物品的稳定性，从而提高抓取的成功率。

为达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：一种欠驱动灵巧手结构，包括手指机构，所述手指机构至少设有两组，所述手指机构包括手指组件、手指支架、驱动组件、驱动连杆机构和从动连杆机构，所述手指组件包括第一关节、第二关节和第三关节，所述第一关节、第二关节和第三关节依次转动连接，所述第三关节远离第二关节的一端与所述手指支架转动连接；

所述驱动连杆机构和从动连杆机构均与第二关节和第三关节形成两组曲柄摇杆机构，所述第一关节与所述驱动连杆机构和从动连杆机构的一端转动连接；所述驱动组件用于驱动所述驱动连杆机构摆动而驱动第一关节、第二关节和第三关节进行弯曲抓取；所述第一关节和第二关节之间、第二关节和第三关节之间以及第三关节与手指支架之间均设有复位件。

本方案的原理及优点是：实际应用时，本方案中通过驱动组件使驱动连杆机构摆动，从而使得第一关节、第二关节和第三关节实现弯曲的动作，由于从动连杆机构也与第一关节、第二关节和第三关节具有连接关系，因此从动连杆结构也会产生运动，这样当手指组件中的各个关节运动实现弯曲抓取的时候，从动连杆机构能够起到辅助作用，且从动连杆机构与扭簧的共同作用下，能够维持抓取直径较小物体时指尖(第一关节)末端的指面角度不变。

本方案能够实现包络抓取和精确捏取，从而实现对大尺寸物体和小物体的抓取，当物体为相对较小尺寸时，驱动连杆机构使欠驱动手指发生弯曲，而从动连杆机构能够实现指尖的抓持，这样能够有效的对物体起到稳定且牢固的抓取动作，避免物体在抓取移动过程中掉落。

另外，当从动连杆机构和驱动连杆机构的共同作用下能够使第一关节、第二关节和第三关节实现弯曲抓取动作的过程中对第一关节、第二关节和第三关节之间的连接起到限制的作用，这样能够在抓取物品的过程中更加的紧密，物品更加不容易掉落，从而能够提高对物品抓取的成功率。

优选的，作为一种改进，所述驱动组件包括抓握驱动电机、锥齿轮组和基座，所述抓握驱动电机位于所述基座内且与所述基座连接；

所述手指支架与所述基座的顶端连接，所述锥齿轮组包括两个相互啮合的锥齿轮，两个锥齿轮中其中一个锥齿轮与所述抓握驱动电机的输出轴连接，另一个锥齿轮与所述手指支架转动连接，所述驱动连杆机构的一端与所述手指支架上的锥齿轮同轴连接。

本方案中通过抓握驱动电机驱动锥齿轮组转动，从而带动驱动连杆机构摆动，进而实现手指组件的弯曲抓取动作，本方案中的驱动组件结构简单，且体积较小。

优选的，作为一种改进，所述手指机构设有三组，三组手指机构周向分布。

本方案三组手指机构能够满足对物品的抓取动作，且欠驱动三指手结构简单，易于控制，并可以实现多指手的功能。从模仿人的手的角度来看，三指的外观虽然与人的手有很大的不同。但是，综合考虑多种因素，设计的欠驱动灵巧手的手指数为三指即可满足抓取需要，且结构更加的简单。

优选的，作为一种改进，三组手指机构呈等边三角形分布。

如此设置，能够提高对物品的包裹范围，抓取更稳定。

优选的，作为一种改进，还包括底板，每组手指机构均设有一个支撑柱，所述支撑柱均与所述底板连接，所述基座与所述支撑柱连接。

支撑柱的设置能够对手指组件和驱动组件起到支撑的作用，且由于后期需要将本方案的灵巧手结构安装在机器人手臂上，支撑柱的设置便于后期安装壳体并固定在机器人手臂上。

优选的，作为一种改进，三组手指机构中其中两组手指机构中的基座均与所述支撑柱转动连接，所述底板上设有驱动其中两组手指机构中的基座旋转的动力单元。

本方案中动力单元驱动其中两组手指机构中的基座旋转，从而能够驱动两组手指组件产生旋转进而进行物体的摘取，这样能够提高摘取物品的成功率。

优选的，作为一种改进，所述动力单元包括齿轮驱动电机、主动齿轮和从动齿轮，所述主动齿轮与所述齿轮驱动电机的输出轴连接，所述从动齿轮设有两个，且两个从动齿轮分别与两组手指机构的基座同轴连接，两个所述从动齿轮相互啮合，所述主动齿轮与其中一个从动齿轮啮合。

本方案通过设置两个从动齿轮、一个主动齿轮和电机，即可通过设置一个电机驱动主动齿轮转动，而带动两个从动齿轮转动，进而驱动两个手指组件产生旋转运动。这种驱动方式能够减小整个结构的体积。

优选的，作为一种改进，所述底板上连接有支撑壳，能够转动的两组手指机构中的基座位于所述支撑壳内部且与所述支撑壳周向滑动配合。

本方案中支撑壳能够对两组手指机构中的基座的旋转起到导向的作用，使基座的旋转更加的稳定。

优选的，作为一种改进，所述手指组件的内侧安装有压力传感器。

如此设置，实际应用过程中需要配合控制器进行使用，压力传感器与控制器电连接，压力传感器的设置能够感应到抓取物品时的压力，并传递给控制器，当指尖压力采集到的压力值当作反馈信号，控制器将控制抓握驱动电机停止转动，使其最大程度的保存所抓取物体的完整性。

优选的，作为一种改进，所述手指组件内侧设有软硅胶橡胶。

本方案中在手指组件内侧贴有软硅橡胶，不仅可以增大与物体表面的摩擦力，还可以对物体表面起到一定的保护作用。

附图说明

图1为本实用新型一种欠驱动灵巧手结构实施例的立体图。

图2为本实用新型一种欠驱动灵巧手结构实施例中单个手指组件的结构示意图。

图3为本实用新型一种欠驱动灵巧手结构实施例中单个手指组件的立体图。

图4为本实用新型一种欠驱动灵巧手结构实施例中的结构简图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

说明书附图中的附图标记包括：

第一关节1、第二关节2、第三关节3、手指支架4、扭簧5、驱动连杆机构6、从动连杆机构7、锥齿轮组8、抓握驱动电机9、基座901、从动齿轮10、主动齿轮11、齿轮驱动电机12、底板13、支撑柱14、支撑壳15、连接架16。

如图1-图3所示，本实施例提供了一种欠驱动灵巧手结构，包括手指机构，手指机构至少设有两组，本实施例中的手指机构设有三组，三组手指机构周向分布，具体的，本实施例中的三组手指机构呈等边三角形分布。

三组手指机构均包括手指组件、手指支架4、驱动组件、驱动连杆机构6和从动连杆机构7，手指组件包括第一关节1、第二关节2和第三关节3，第一关节1即为指尖，指尖呈三棱柱状。第一关节1、第二关节2和第三关节3依次通过轴转动连接，第三关节3远离第二关节2的一端通过轴与手指支架4转动连接。

驱动连杆机构6和从动连杆机构7均与第二关节2和第三关节3形成两组曲柄摇杆机构，驱动连杆机构6和从动连杆机构7并联布置，第一关节1与驱动连杆机构6和从动连杆机构7的一端转动连接，每组曲柄摇杆机构中包含了两个曲柄摇杆机构，具体的：本实施例第二关节2和第三关节3为曲柄摇杆机构中的机架，驱动连杆机构6与第二关节2和第三关节3分别形成一个曲柄摇杆机构，且两个曲柄摇杆机构之间设有连接架16，两个曲柄摇杆机构之间共用一个连接架16，且两个曲柄摇杆机构均通过连接架16与第二关节2和第三关节3之间的连接点位置进行转动配合，从动连杆机构7的连接方式与驱动连杆机构6相同，在此不在赘述。

结合图4所示，本实施例中手指组件与驱动连杆机构6或与从动连杆机构7之间连接的结构简图，其中图中d1、d2和d3分别为第三关节3、第二关节2和第一关节1，将d1、d2关节视为曲柄摇杆机构的机架，将a1、a2视为最短杆，c1、c2、b1、b2为曲柄摇杆机构的连杆。a1、b1、c1、d1和a2、b2、c2、d2则分别形成曲柄摇杆机构。

本实施例中的驱动组件设有三组，驱动组件用于驱动该驱动连杆机构6摆动，从而驱动第一关节1、第二关节2和第三关节3进行弯曲抓取，具体的：驱动组件均包括抓握驱动电机9、锥齿轮组8和基座901，抓握驱动电机9位于基座901内且与基座901连接。

手指支架4与基座901的顶端通过螺栓连接，锥齿轮组8包括两个相互啮合的锥齿轮，两个锥齿轮中其中一个锥齿轮与抓握驱动电机9的输出轴连接，另一个锥齿轮与手指支架4通过轴转动连接，驱动连杆机构6的一端与手指支架4上的锥齿轮同轴连接，这样通过抓握驱动电机9驱动锥齿轮转动，从而带动驱动连接机构摆动，进而带动第一关节1、第二关节2和第三关节3进行运动。

第一关节1和第二关节2之间、第二关节2和第三关节3之间以及第三关节3与手指支架4之间均设有复位件，本实施例中的复位件为扭簧5。

另一个实施例中，如图1所示，本实施例中一种欠驱动灵巧手结构还包括底板13，每组手指机构均设有一个支撑柱14，支撑柱14均与底板13固定连接，每组手指机构中的基座901分别与三个支撑柱14连接，支撑柱14对基座901以及与基座901连接的手指组件起到支撑作用。

本实施例中三组手指机构中其中两组手指机构中的基座901均与支撑柱14转动连接，底板13上设有驱动其中两组手指机构中的基座901旋转的动力单元，即三组手指组件中，其中两组手指组件能够产生旋转，对于需要进行摘取的物品，本实施例中通过驱动两组手指组件的旋转能够对摘取的物品起到旋转摘取的作用，能够快速且顺利的将物品摘取下来。

本实施例中动力单元包括齿轮驱动电机12、主动齿轮11和从动齿轮10，齿轮驱动电机12与底板13固定连接，主动齿轮11与齿轮驱动电机12的输出轴通过联轴器连接，从动齿轮10设有两个，两个从动齿轮10的直径均小于主动齿轮11，两个从动齿轮10的直径大小相同，且两个从动齿轮10分别与能够转动的两组手指机构的基座901同轴连接，两个从动齿轮10相互啮合，主动齿轮11与其中一个从动齿轮10啮合，这样即可使用一个电机驱动两组手指结构的基座901旋转。

再一个实施例中在底板13上连接有支撑壳15，能够转动的两组手指机构中的基座901均位于支撑壳15内部且与支撑壳15周向滑动配合，这样支撑壳15能够对基座901的转动起到导向的作用，使基座901以及与基座901连接的手指组件转动更加的平稳。

在手指组件的内侧安装有压力传感器，本实施例中压力传感器采用现有技术中的FSR薄膜压敏传感器，本实施例中的一种欠驱动灵巧手结构还包括控制器，压力传感器、抓握驱动电机9和齿轮驱动电机12均与控制器电连接，压力传感器通过判断当前压力值与设定压力阈值之间的大小，使控制器控制指导抓握驱动电机9和齿轮驱动电机12的转动行为。

为了减轻整体的质量，末端执行器的手指组件、基座901、支撑壳15等采用新型材料光敏树脂3D打印，手指组件内侧贴有软硅橡胶，这样不仅可以增大与物体表面的摩擦力，还可以对物体表面起到一定的保护作用。

在实际抓取的过程中，为实现对不同尺寸物体的抓取，需要驱动连杆机构6和从动连杆机构7相互配合完成。当抓住大直径的物体时，手指的第三关节3首先接触物体的表面并受到力的反冲，并且限制第三关节3的运动，由于驱动连杆机构6继续运动，使其第二关节2也受到力的反冲，然后限制手指的第二关节2运动，抓握驱动电机9继续运转使其第一关节1(指尖)接触到物体表面，自此三个关节依次接触到物体，完成抓取任务。

当抓取直径较小物体时，整个手指的第二关节2和第三关节3都没有与物体表面相接触，就不会受到物体的反作用力的作用，此时第一关节1(指尖)就会因从动连杆机构7与扭簧5弹簧和机械限位的共同作用而垂直于安装轴线的平面，最终实现利用指尖完成最较小尺寸物体的抓取。

以上所述的仅是本实用新型的实施例，方案中公知的具体技术方案和/或特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本实用新型技术方案的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本实用新型的保护范围，这些都不会影响本实用新型实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (10)

1.一种欠驱动灵巧手结构，包括手指机构，所述手指机构至少设有两组，其特征在于：所述手指机构包括手指组件、手指支架、驱动组件、驱动连杆机构和从动连杆机构，所述手指组件包括第一关节、第二关节和第三关节，所述第一关节、第二关节和第三关节依次转动连接，所述第三关节远离第二关节的一端与所述手指支架转动连接；

所述驱动连杆机构和从动连杆机构均与第二关节和第三关节形成两组曲柄摇杆机构，所述第一关节与所述驱动连杆机构和从动连杆机构的一端转动连接；所述驱动组件用于驱动所述驱动连杆机构摆动而驱动第一关节、第二关节和第三关节进行弯曲抓取；所述第一关节和第二关节之间、第二关节和第三关节之间以及第三关节与手指支架之间均设有复位件。

2.根据权利要求1所述的一种欠驱动灵巧手结构，其特征在于：所述驱动组件包括抓握驱动电机、锥齿轮组和基座，所述抓握驱动电机位于所述基座内且与所述基座连接；

所述手指支架与所述基座的顶端连接，所述锥齿轮组包括两个相互啮合的锥齿轮，两个锥齿轮中其中一个锥齿轮与所述抓握驱动电机的输出轴连接，另一个锥齿轮与所述手指支架转动连接，所述驱动连杆机构的一端与所述手指支架上的锥齿轮同轴连接。

3.根据权利要求2所述的一种欠驱动灵巧手结构，其特征在于：所述手指机构设有三组，三组手指机构周向分布。

4.根据权利要求3所述的一种欠驱动灵巧手结构，其特征在于：三组手指机构呈等边三角形分布。

5.根据权利要求3或4所述的一种欠驱动灵巧手结构，其特征在于：还包括底板，每组手指机构均设有一个支撑柱，所述支撑柱均与所述底板连接，所述基座与所述支撑柱连接。

6.根据权利要求5所述的一种欠驱动灵巧手结构，其特征在于：三组手指机构中其中两组手指机构中的基座均与所述支撑柱转动连接，所述底板上设有驱动其中两组手指机构中的基座旋转的动力单元。

7.根据权利要求6所述的一种欠驱动灵巧手结构，其特征在于：所述动力单元包括齿轮驱动电机、主动齿轮和从动齿轮，所述主动齿轮与所述齿轮驱动电机的输出轴连接，所述从动齿轮设有两个，且两个从动齿轮分别与两组手指机构的基座同轴连接，两个所述从动齿轮相互啮合，所述主动齿轮与其中一个从动齿轮啮合。

8.根据权利要求7所述的一种欠驱动灵巧手结构，其特征在于：所述底板上连接有支撑壳，能够转动的两组手指机构中的基座位于所述支撑壳内部且与所述支撑壳周向滑动配合。

9.根据权利要求1所述的一种欠驱动灵巧手结构，其特征在于：所述手指组件的内侧安装有压力传感器。

10.根据权利要求1所述的一种欠驱动灵巧手结构，其特征在于：所述手指组件内侧设有软硅胶橡胶。