RU2551740C2 - Robot hand - Google Patents

Robot hand Download PDF

Info

Publication number
RU2551740C2
RU2551740C2 RU2013130653/02A RU2013130653A RU2551740C2 RU 2551740 C2 RU2551740 C2 RU 2551740C2 RU 2013130653/02 A RU2013130653/02 A RU 2013130653/02A RU 2013130653 A RU2013130653 A RU 2013130653A RU 2551740 C2 RU2551740 C2 RU 2551740C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
motors
screw
grooves
motor
engine
Prior art date
Application number
RU2013130653/02A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2013130653A (en
Inventor
Виктор Васильевич Денисенко
Original Assignee
Научно-исследовательская лаборатория автоматизации проектирования, общество с ограниченной ответственностью (НИЛ АП, ООО)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Научно-исследовательская лаборатория автоматизации проектирования, общество с ограниченной ответственностью (НИЛ АП, ООО) filed Critical Научно-исследовательская лаборатория автоматизации проектирования, общество с ограниченной ответственностью (НИЛ АП, ООО)
Priority to RU2013130653/02A priority Critical patent/RU2551740C2/en
Publication of RU2013130653A publication Critical patent/RU2013130653A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2551740C2 publication Critical patent/RU2551740C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Manipulator (AREA)

Abstract

FIELD: physics, robotics.
SUBSTANCE: invention relates to robotics and can be used in designing humanlike robots. A robot hand, made in the form of a simple structure, comprises fingers, motors, tendons placed inside guide pipes and attached to the mobile housing of the motors, screws, two discs connected to each other by a pipe with grooves and between which each of the screws is rigidly attached. Radially arranged plates are rigidly attached to the housings of the motors, said plates being configured to move in said grooves and preventing the motors from turning about their own axis. The rotor of each motor is in the form of a rotating nut which is turned on the corresponding screw and determines the direction of movement of the motor thereon.
EFFECT: improved design.
3 dwg

Description

Область техники, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION

Изобретение относится к области робототехники и может быть использовано при построении человекообразных роботов.The invention relates to the field of robotics and can be used in the construction of humanoid robots.

Уровень техникиState of the art

Существует большое разнообразие кистей руки робота http://mindtrans.narod.ru/hands/hands.htm, изготавливаемых серийно для рынка робототехники или в исследовательских целях. Общий их принцип построения состоит в следующем. Кисть руки делают человекоподобной, с подвижными суставами пальцев. Суставы приводят в движение электрическими, пневматическими или гидравлическими актуаторами, используя зубчатые, ременные, фрикционные или тросовые передачи. Основная проблема построения кисти руки состоит в ее сложности при жестком ограничении на размер и, как следствие, в высокой стоимости, что не позволяет создать робота, пригодного для потребительского рынка.There is a wide variety of hands of the robot http://mindtrans.narod.ru/hands/hands.htm, manufactured in series for the robotics market or for research purposes. Their general construction principle is as follows. The hand is made humanoid, with movable joints of the fingers. The joints are driven by electric, pneumatic or hydraulic actuators using gear, belt, friction or cable drives. The main problem of building a hand consists in its complexity with a strict restriction on size and, as a result, in high cost, which does not allow creating a robot suitable for the consumer market.

Известна кисть руки (патент US 20130104686 A1), содержащая блок гидроцилиндров и трубок, подводящих к ним жидкость. Усилие от гидроцилиндров передается на механизмы, приводящие в движение фаланги пальцев робота. Недостатком этой конструкции является сложность, которую видно из чертежей указанного патента, а также из цены робота, которая превышает один миллион долларов (http://ru.wikipedia.org/wiki/ASIMO).Known hand (patent US 20130104686 A1), containing a block of hydraulic cylinders and tubes that supply fluid to them. The force from the hydraulic cylinders is transmitted to the mechanisms that drive the phalanx of the fingers of the robot. The disadvantage of this design is the complexity that can be seen from the drawings of the said patent, as well as from the price of the robot, which exceeds one million dollars (http://ru.wikipedia.org/wiki/ASIMO).

Известна также кисть руки робота (патент US 20100011899 A1), содержащая набор шкивов и тросовых передач, приводимых в движение электрическими двигателями. Недостатками этого устройства является возможность соскальзывания троса со шкива и общая сложность конструкции.A robot arm is also known (patent US 20100011899 A1), containing a set of pulleys and cable gears driven by electric motors. The disadvantages of this device is the ability to slide the cable from the pulley and the overall complexity of the design.

Известна также кисть руки робота (патент ЕР 2431139 A1), в которой движение пальцам передается с помощью системы зубчатых передач. Недостатком этой конструкции является высокая сложность, связанная с необходимостью выдерживать малые допуски на зазоры в зубчатых передачах и их креплениях.A robot arm is also known (patent EP 2431139 A1), in which the movement of the fingers is transmitted using a gear system. The disadvantage of this design is the high complexity associated with the need to withstand small tolerances for gaps in gears and their mountings.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является система управления движением пальцев, защищенная патентом США US 20110071678 A1 "Tendon driven finger actuation system" и состоящая из двигателя, соединенного с редуктором, редуктора, линейного актуатора, соединенного с первым концом сухожилия, расположенного внутри направляющей трубки. Сухожилие вторым концом соединено с подвижной гайкой линейного актуатора. Линейный актуатор представляет собой винт с круглой гайкой, которая защищена от проворачивания с помощью штифта, который прикреплен к винту и расположен внутри щели, выполненной в корпусе линейного актуатора. Винт закреплен в корпусе с помощью двух подшипников и соединяется с редуктором с помощью муфты. При вращении двигателя вращается винт, а гайка движется поступательно и остается неподвижной в направлении вращения двигателя, передавая движение прикрепленному к ней сухожилию. Сухожилие передает движение суставам пальца. Для управления движением всех пальцев описанные части устройства располагаются по полукругу.Closest to the proposed device is a finger motion control system protected by US patent US 20110071678 A1 "Tendon driven finger actuation system" and consisting of a motor connected to a gear, a gear, a linear actuator connected to the first end of the tendon located inside the guide tube. The tendon is connected by a second end to the movable nut of the linear actuator. The linear actuator is a screw with a round nut, which is protected from turning by means of a pin, which is attached to the screw and located inside a slot made in the linear actuator case. The screw is fixed in the housing using two bearings and is connected to the gearbox using a coupling. When the engine rotates, the screw rotates, and the nut moves translationally and remains stationary in the direction of rotation of the engine, transmitting movement to the tendon attached to it. The tendon transmits movement to the joints of the finger. To control the movement of all fingers, the described parts of the device are arranged in a semicircle.

Недостатком этого устройства является сложность, а именно большое количество отдельно изготавливаемых деталей в конструкции руки робота.The disadvantage of this device is the complexity, namely a large number of separately manufactured parts in the construction of the robot arm.

Сущность изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION

Техническим результатом предлагаемого изобретения является уменьшение количества деталей в устройстве.The technical result of the invention is to reduce the number of parts in the device.

Технический результат достигается тем, что в предлагаемом устройстве подвижной деталью является не гайка, движущаяся линейно вдоль винта, который вращается неподвижно закрепленным двигателем, (как это сделано в устройстве прототипа), а сам двигатель. Для реализации этой идеи использован стандартный шаговый двигатель с ротором, выполненным в виде гайки (на рисунках ротор не показан), в которую вставлен винт. В предлагаемой конструкции (фиг. 1) винт 1 жестко закреплен в двух дисках 2 и 3, а на двигателе 4 закреплена радиально расположенная пластина 7 (фиг. 2), которая предотвращает шаговый двигатель 4 от проворачивания вокруг своей оси, перемещаясь в пазу 5, сделанном в трубе 6, жестко соединяющей диски 2 и 3 на фиг. 1. Поэтому при вращении ротора двигатель движется вдоль винта. Сухожилие 8 (фиг. 3) прикрепляется непосредственно к корпусу двигателя 4 и помещается в направляющую трубку 9 (показана пунктиром на фиг. 3), которая задает направление передачи усилия. Количество двигателей 4 (фиг. 1) зависит от требуемого количества степеней свободы руки.The technical result is achieved by the fact that in the proposed device, the movable part is not a nut moving linearly along a screw that rotates by a fixed engine (as is done in the prototype device), but the engine itself. To implement this idea, we used a standard stepper motor with a rotor made in the form of a nut (the rotor is not shown in the figures), into which a screw is inserted. In the proposed design (Fig. 1), the screw 1 is rigidly fixed in two disks 2 and 3, and a radially located plate 7 is fixed on the motor 4 (Fig. 2), which prevents the stepper motor 4 from turning around its axis, moving into the groove 5, made in a pipe 6 rigidly connecting the disks 2 and 3 in FIG. 1. Therefore, when the rotor rotates, the motor moves along the screw. The tendon 8 (Fig. 3) is attached directly to the housing of the engine 4 and is placed in the guide tube 9 (shown by the dotted line in Fig. 3), which sets the direction of transmission of force. The number of engines 4 (Fig. 1) depends on the required number of degrees of freedom of hand.

Идея жесткого закрепления винта при подвижном двигателе и вращающейся гайке позволила исключить из конструкции прототипа редуктор, муфту, подшипник, корпус линейного актуатора и упростить способ крепления винта. Винт 1 (фиг 1) закрепляется неподвижно в двух дисках 2 и 3, которые являются общими для всех двигателей руки, что также упрощает конструкцию.The idea of rigidly securing the screw with a movable engine and a rotating nut made it possible to exclude the gearbox, clutch, bearing, linear actuator housing from the prototype design and simplify the method of fixing the screw. The screw 1 (Fig 1) is fixed motionless in two disks 2 and 3, which are common to all hand motors, which also simplifies the design.

Перечень фигур и иных материаловList of figures and other materials

Фиг. 1 - общий вид кисти руки робота. Здесь 1 - винт; 2 и 3 - диски; 4 - двигатель, 6 - труба.FIG. 1 is a general view of a robot arm. Here 1 is a screw; 2 and 3 - disks; 4 - engine, 6 - pipe.

Фиг. 2 - иллюстрация способа предотвращения проворачивания двигателя вокруг своей оси. Здесь 3 - диск, 4 - двигатель; 5 - паз в трубе; 6 - труба; 7 - пластина.FIG. 2 is an illustration of a method for preventing engine rotation around its axis. Here 3 is a disk, 4 is an engine; 5 - groove in the pipe; 6 - pipe; 7 - plate.

Фиг. 3 - иллюстрация процесса передачи усилия к суставам пальца. Здесь 4 - двигатель; 6 - труба; 8 - сухожилие; 9 - направляющая трубка.FIG. 3 is an illustration of the process of transferring force to the joints of a finger. Here 4 is the engine; 6 - pipe; 8 - tendon; 9 - a directing tube.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретенияInformation confirming the possibility of carrying out the invention

Осуществляется изобретение в точном соответствии с описанием в разделе "Сущность изобретения". Винты 1 закрепляются в дисках 2 и 3 (фиг.1) с помощью крепежных винтов, вкрученных по резьбе, нарезанной в дисках 2 и 3. Оси отверстий для резьбы располагаются на дисках радиально. Труба 6 выполняет функцию соединения дисков 2 и 3 и одновременно служит для прокладки в ней проводов питания двигателей. Провода от двигателей выполнены в форме спирали (пружины), которая охватывает винт 1 и при движении двигателя 4 вдоль винта 1 сжимается или растягивается, как пружина. Рука выполнена из мягкой силиконовой резины. Трубка 9 вставляется внутрь руки во время заливки пресс-формы силиконовой резиной.The invention is carried out in strict accordance with the description in the section "Summary of the invention". The screws 1 are fixed in the disks 2 and 3 (Fig. 1) using fixing screws screwed into the threads cut in the disks 2 and 3. The axis of the holes for the threads are located on the disks radially. The pipe 6 performs the function of connecting the disks 2 and 3 and at the same time serves to lay the motor power wires in it. The wires from the motors are made in the form of a spiral (spring), which covers the screw 1 and when the motor 4 moves along the screw 1 is compressed or stretched like a spring. The hand is made of soft silicone rubber. The tube 9 is inserted inside the hand during pouring the mold with silicone rubber.

Типовое количество двигателей в руке - шесть, но в общем случае может быть произвольным. Их количество соответствует необходимому числу степеней свободы пальцев руки.The typical number of engines in the hand is six, but in the general case it can be arbitrary. Their number corresponds to the required number of degrees of freedom of the fingers.

Двигатели в реализованном нами прототипе расположены по кругу, что обеспечивает максимальную плотность компоновки устройства.The engines in the prototype we implemented are arranged in a circle, which ensures maximum density of the device layout.

В качестве двигателей с ротором в виде гайки использованы широко представленные на рынке шаговые двигатели с постоянными магнитами (см., например, двигатель 25BYZB03 (http://stepmotor.ru/25byz/)).As motors with a rotor in the form of a nut, widely used on the market are stepper motors with permanent magnets (see, for example, the 25BYZB03 motor (http://stepmotor.ru/25byz/)).

Работа руки происходит следующим образом. В исходном состоянии пальцы руки выпрямлены и удерживаются в этом состоянии силой упругости силиконовой резины, из которой вылита кисть руки. При поступлении напряжения на соответствующий двигатель (например, двигатель 4 на фиг. 1), его ротор начинает вращаться и накручиваться на винт 1. При этом соответствующий двигатель начинает двигаться вдоль винта 1, натягивая (или ослабляя) сухожилие 8 (фиг. 3), прикрепленное к этому двигателю. При натяжении сухожилия палец робота сгибается, при ослаблении - разгибается за счет силы упругости силиконовой резины. Направляющая трубка 9 задает направление силы натяжения сухожилия, требуемое для эффективного управления движением пальца.Hand work is as follows. In the initial state, the fingers are straightened and held in this state by the elastic force of the silicone rubber from which the wrist is poured. When voltage is applied to the corresponding engine (for example, engine 4 in Fig. 1), its rotor begins to rotate and wind on screw 1. At the same time, the corresponding motor begins to move along screw 1, pulling (or loosening) the tendon 8 (Fig. 3), attached to this engine. When the tendon is tensioned, the finger of the robot bends, when loosened, it bends due to the elastic strength of silicone rubber. The guide tube 9 sets the direction of the tendon tension force required to effectively control the movement of the finger.

Конструкция реализованного нами прототипа кисти руки робота чрезвычайно проста и ее себестоимость получается примерно в 10 раз ниже, чем у прототипа или аналогов.The design of the prototype of the robot arm we have implemented is extremely simple and its cost is about 10 times lower than that of the prototype or analogues.

По мнению автора, сущность заявляемого изобретения не следует для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку прямое решение задачи, широко используемое в линейных актуаторах (см., например, http://fam-drive.ru/linak/actuators), состоит в том, что неподвижным является двигатель, вращающий винт, на котором находится перемещающаяся вдоль винта гайка, которая не вращается. В предлагаемом же решении подвижной деталью является сам двигатель, гайка вращается и неподвижна в направлении вдоль винта.According to the author, the essence of the claimed invention does not follow explicitly from the prior art for a specialist, since a direct solution to the problem widely used in linear actuators (see, for example, http://fam-drive.ru/linak/actuators) consists in that the engine is fixed, a rotary screw, on which is located a nut moving along the screw, which does not rotate. In the proposed solution, the movable part is the engine itself, the nut rotates and is stationary in the direction along the screw.

Видеоклип, подтверждающий возможность осуществления изобретения, выложен на youtube по адресу http://www.youtube.com/watch?v=RiBAcQcEh9s.A video clip confirming the possibility of carrying out the invention is available on youtube at http://www.youtube.com/watch?v=RiBAcQcEh9s.

Конструкция руки очень технологична и в настоящий момент готовится технологическая оснастка для ее серийного производства.The design of the hand is very technological and at the moment is preparing technological equipment for its serial production.

Claims (1)

Кисть руки робота, содержащая пальцы, двигатели, сухожилия, размещенные внутри направляющих трубок, и винты, отличающаяся тем, что она снабжена двумя дисками, соединенными между собой трубой с пазами и между которыми жестко закреплен каждый из винтов, при этом к корпусам двигателей жестко прикреплены радиально расположенные пластины, выполненные с возможностью движения в упомянутых пазах и предотвращающие проворачивание двигателей вокруг своей оси, а ротор каждого из двигателей выполнен в виде вращающейся гайки, накручивающейся на соответствующий ей винт, задающий направление перемещения по нему двигателя, при этом сухожилия закреплены к подвижному корпусу двигателей. A robot arm containing fingers, motors, tendons located inside the guide tubes, and screws, characterized in that it is provided with two disks interconnected by a pipe with grooves and between which each screw is rigidly fixed, while the motor bodies are rigidly attached radially arranged plates, made with the possibility of movement in the said grooves and preventing rotation of the engines around its axis, and the rotor of each of the engines is made in the form of a rotating nut, wound on a corresponding the corresponding screw, which sets the direction of movement of the engine along it, while the tendons are fixed to the movable housing of the engines.
RU2013130653/02A 2013-07-03 2013-07-03 Robot hand RU2551740C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013130653/02A RU2551740C2 (en) 2013-07-03 2013-07-03 Robot hand

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013130653/02A RU2551740C2 (en) 2013-07-03 2013-07-03 Robot hand

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2013130653A RU2013130653A (en) 2015-01-10
RU2551740C2 true RU2551740C2 (en) 2015-05-27

Family

ID=53279074

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013130653/02A RU2551740C2 (en) 2013-07-03 2013-07-03 Robot hand

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2551740C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2804563C1 (en) * 2022-12-13 2023-10-02 Федеральное государственное автономное научное учреждение "Центральный научно-исследовательский и опытно-конструкторский институт робототехники и технической кибернетики" (ЦНИИ РТК) Universal omni-directional gripper finger

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU60891U1 (en) * 2006-09-25 2007-02-10 Общество С Ограниченной Ответственностью "Алгоритм-Робо" ANTROPOMORPHIC ROBOT MANIPULATOR BRUSH
US7296835B2 (en) * 2005-08-11 2007-11-20 Anybots, Inc. Robotic hand and arm apparatus
US20110071678A1 (en) * 2009-09-22 2011-03-24 Gm Global Technology Operations, Inc. Tendon driven finger actuation system
EP2431139A1 (en) * 2010-09-17 2012-03-21 Samsung Electronics Co., Ltd. Robot hand
RU117107U1 (en) * 2011-09-21 2012-06-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Балтийский государственный технический университет "ВОЕНМЕХ" им. Д.Ф. Устинова (БГТУ "ВОЕНМЕХ") MANIPULATOR

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7296835B2 (en) * 2005-08-11 2007-11-20 Anybots, Inc. Robotic hand and arm apparatus
RU60891U1 (en) * 2006-09-25 2007-02-10 Общество С Ограниченной Ответственностью "Алгоритм-Робо" ANTROPOMORPHIC ROBOT MANIPULATOR BRUSH
US20110071678A1 (en) * 2009-09-22 2011-03-24 Gm Global Technology Operations, Inc. Tendon driven finger actuation system
EP2431139A1 (en) * 2010-09-17 2012-03-21 Samsung Electronics Co., Ltd. Robot hand
RU117107U1 (en) * 2011-09-21 2012-06-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Балтийский государственный технический университет "ВОЕНМЕХ" им. Д.Ф. Устинова (БГТУ "ВОЕНМЕХ") MANIPULATOR

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2804563C1 (en) * 2022-12-13 2023-10-02 Федеральное государственное автономное научное учреждение "Центральный научно-исследовательский и опытно-конструкторский институт робототехники и технической кибернетики" (ЦНИИ РТК) Universal omni-directional gripper finger

Also Published As

Publication number Publication date
RU2013130653A (en) 2015-01-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20110137423A1 (en) Mechanical joint imitating creatures' joints
AU2016250310B2 (en) Wave actuator
CN102343579B (en) Electric power tool
KR101703052B1 (en) Apparatus for converting a plurality of linear movement into two degree of freedom movement
CN108284455B (en) Humanoid dexterous hand finger based on SMA wire drive
CN103161898A (en) Double-layer ball reducer
RU2551740C2 (en) Robot hand
WO2018123564A8 (en) Electric actuator
CN102463572A (en) Power switcher
CN113286959A (en) Compact actuator arrangement
TWI642423B (en) Device with hollow piston
EP1999769B1 (en) A method and a device for transmitting rotary motion
RU117107U1 (en) MANIPULATOR
JP2012184850A (en) Actuator device and robot device using the same
CN103950027A (en) Linear supersonic motor-based two-finger parallel connection micro operation hand and operation method
RU2526366C2 (en) Electromechanical mini-drive of translational action
CN109040368A (en) A kind of driving protective device, webcam driver mould group and mobile terminal
Lu et al. Examination of an outer-rotor-type multidegree-of-freedom spherical ultrasonic motor
KR101201415B1 (en) Actuator using movable pulley
Mo et al. Concentric rotation pin array gripper for universal grasp
CN106704524A (en) Over-moment protective mechanism for electric actuator
JP2009056515A (en) Actuator unit for prosthetic arm
CN114905535B (en) Under-actuated manipulator capable of being quickly disassembled and assembled
CN104816302A (en) Snakelike web crawling robot and web crawling method thereof
Ko et al. Design evolution of an actuation system for manipulator upper arm based on TRIZ

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20160704