触发式多连杆高度补偿平夹自适应机器人手指装置论文和设计

全文摘要

触发式多连杆高度补偿平夹自适应机器人手指装置，包括基座、底座、电机、两个关节轴、两个指段、导杆、四个转轴、三个过渡轴、三个连杆、四个齿轮、三个摩擦轮、主动轮、从动轮、传动件、三个簧件、导轨、限位块、两个滑块等。该装置实现了平行夹持与自适应抓取功能，根据目标物体的位置和形状不同，既能平动第二指段捏持物体，也能自适应包络不同形状、大小的物体；通过补偿在平行夹持阶段第一指段转动导致的第二指段高度差，实现直线平夹功能；针对物体不同形状尺寸实现自适应抓取：利用滑块触发和摩擦轮配合，使电机动力传递到第二指段实现自适应抓取。该装置抓取范围大、制造维护成本低、控制容易、抓取效果好，适用于机器人手。

主设计要求

1.触发式多连杆高度补偿平夹自适应机器人手指装置，包括底座、电机、传动机构、近关节轴、远关节轴、第一指段和第二指段；所述电机与底座固接；所述传动机构设置在底座中；所述电机的输出轴与传动机构的输入端相连；所述近关节轴活动套设在底座中；所述第一指段活动套接在近关节轴上；所述远关节轴活动套设在第一指段中；所述第二指段活动套接在远关节轴上；所述近关节轴的中心线与远关节轴的中心线平行；其特征在于：该触发式多连杆高度补偿平夹自适应机器人手指装置还包括基座、导杆、第一转轴、第二转轴、第三转轴、第四转轴、第一过渡轴、第二过渡轴、第三过渡轴、第一连杆、第二连杆、第三连杆、第一齿轮、第二齿轮、第三齿轮、第四齿轮、第一摩擦轮、第二摩擦轮、第三摩擦轮、主动轮、从动轮、传动件、第一簧件、第二簧件、第三簧件、导轨、限位块、第一滑块、第二滑块和推板；所述近关节轴、第一转轴、第二转轴、第一过渡轴、第二过渡轴、第三过渡轴的中心线相互平行；所述第三转轴、第四转轴的中心线相互平行；所述导杆与第四转轴的中心线垂直；所述导杆套固在基座中；所述底座滑动镶嵌在基座中；所述传动机构的输出端与第一齿轮相连；所述第一转轴活动套设在底座中；所述第三转轴活动套设在底座中；所述第四转轴活动套设在第二滑块上；所述第一连杆的一端套接在第一转轴上，第一连杆的另一端套接在第二转轴上；所述第二连杆的一端套接在第二转轴上，第二连杆的另一端套接在远关节轴上；所述第三连杆的一端套接在第三转轴上，第三连杆的另一端套接在第四转轴上；所述第三连杆与从动轮固接；所述第一过渡轴、第三过渡轴分别套设在第一指段上；所述第二过渡轴套设在第一滑块中；所述第一齿轮套接在近关节轴上；所述第二齿轮套接在第一过渡轴上；所述第三齿轮套接在第三过渡轴上；所述第四齿轮套接在远关节轴上；所述第一摩擦轮套接在第一过渡轴上；所述第二摩擦轮套接在第二过渡轴上；所述第三摩擦轮套接在第三过渡轴上；所述第一齿轮与第二齿轮啮合；所述第二齿轮与第一摩擦轮固接；所述第三齿轮与第三摩擦轮固接；所述第三齿轮与第四齿轮啮合；所述第二指段与第四齿轮固接；在第一滑块被物体挤压朝第一指段内滑动行程中，所述第一摩擦轮与第二摩擦轮相接触并形成摩擦传动关系，并且所述第二摩擦轮与第三摩擦轮相接触并形成摩擦传动关系；所述第一齿轮传动半径大于第四齿轮传动半径；所述主动轮套接在近关节轴上；所述从动轮套接在第三转轴上；所述传动件分别连接主动轮和从动轮；所述主动轮、传动件和从动轮形成传动关系，主动轮通过传动件到从动轮的传动为等速传动；所述主动轮与第一指段固接；所述第二滑块滑动套接在导杆上；设近关节轴、远关节轴、第二转轴、第一转轴、第三转轴、第四转轴的中心点分别为A、B、C、D、E、F；线段AB、BC、CD和DA形成平行四边形；线段AB与线段EF的长度相等；所述导杆的中心线与线段AE垂直；所述第一簧件的两端分别连接第二指段、第二连杆；所述第二簧件的两端分别连接推板、第一指段；所述第三簧件的两端分别连接第一齿轮、第一指段；所述限位块与第二连杆固接；在初始状态时，所述第二指段与限位块相接触；所述导轨固接在第一指段上；所述第一滑块滑动镶嵌在导轨中；所述推板固接在第一滑块上。

设计方案

2.如权利要求1所述的触发式多连杆高度补偿平夹自适应机器人手指装置，其特征在于：所述电机采用直流伺服电机。

3.如权利要求1所述的触发式多连杆高度补偿平夹自适应机器人手指装置，其特征在于：所述传动机构包括一个减速器，所述电机的输出轴与减速器的输入轴相连，所述减速器的输出轴与传动机构的其余部分的输入端相连，传动机构的其余部分的输出端与第一齿轮相连。

设计说明书

技术领域

本实用新型属于机器人手技术领域，特别涉及一种触发式多连杆高度补偿平夹自适应机器人手指装置的结构设计。

背景技术

机器人手是机器人领域的重点研究方向，机器人手的结构设计和功能改进等关键技术对机器人行业的发展至关重要。现有的自适应机器人手已经有了非常广泛的应用，主要分为耦合自适应手、平夹自适应手、直线平夹自适应手、耦合平夹切换自适应手。

已有的一种四连杆平夹自适应机器人手指装置(发明专利CN105881565B)，手指部分主要包括：基座、第一指段、第二指段、近关节轴、远关节轴、驱动器、第一连杆、第二连杆、第三连杆、第一杆轴、第二杆轴、凸块拨盘、拨轮、传动机构、第一簧件、第二簧件和限位凸块。抓取物体时，依靠拨轮拨动两个凸块拨盘实现。

该装置的不足之处在于：

(1)该装置对目标物体进行自适应抓取时，若第一指段接触到物体，拨轮将驱动传动凸块运动，在与第二凸块相碰前会出现空载过程，第二指段并不会立刻包络物体，物体可能会掉落；

(2)传动凸块驱动第二凸块时，由于两凸块间接触面积小，力在传递过程中无法完全传递；

(3)该装置在振动状态下可能无法实现抓取。

已有的一种齿条滑槽末端精确直线平夹自适应机器人手指装置(发明专利申请CN107901062A)，手指部分主要包括：基座、第一指段、第二指段、近关节轴、远关节轴、电机、第一传动机构、第一传动轮、第二传动轮、第三传动轮、第四传动轮、第一柔性传动件、第二柔性传动件、限位块和弹簧。该装置主要依靠第二指段表面罩和第二指段间的弹簧以及齿条滑槽来补偿平夹过程中所产生的高度差，从而实现直线平夹。

该装置的不足之处在于：

(1)利用齿条和滑槽的移动来补偿高度差虽然比较精确，但是二者在指段内占据的空间大，对装置的大小要求比较高；

(2)第二指段与第二指段表面罩之间使用弹簧连接，这种连接方式非常不稳定，在实际工作过程中容易出现损坏。

发明内容

本实用新型的目的是为了克服平夹自适应机器人手指装置这一领域已有技术中所存在的不足，提供一种触发式多连杆高度补偿平夹自适应机器人手指装置。本装置可以实现平行夹持，并且能够根据物体的大小、形状完成自适应抓取。同时利用一个电机同时驱动两个关节轴转动，实现欠驱动。本装置结构简单，能耗小、抓取灵活、稳定性高、使用寿命长久。

本实用新型的目的是采用以下技术方案来实现的。依据本实用新型提出的一种触发式多连杆高度补偿平夹自适应机器人手指装置，包括底座、电机、传动机构、近关节轴、远关节轴、第一指段和第二指段；所述电机与底座固接；所述传动机构设置在底座中；所述电机的输出轴与传动机构的输入端相连；所述近关节轴活动套设在底座中；所述第一指段活动套接在近关节轴上；所述远关节轴活动套设在第一指段中；所述第二指段活动套接在远关节轴上；所述近关节轴的中心线与远关节轴的中心线平行。该触发式多连杆高度补偿平夹自适应机器人手指装置还包括基座、导杆、第一转轴、第二转轴、第三转轴、第四转轴、第一过渡轴、第二过渡轴、第三过渡轴、第一连杆、第二连杆、第三连杆、第一齿轮、第二齿轮、第三齿轮、第四齿轮、第一摩擦轮、第二摩擦轮、第三摩擦轮、主动轮、从动轮、传动件、第一簧件、第二簧件、第三簧件、导轨、限位块、第一滑块、第二滑块和推板；所述近关节轴、第一转轴、第二转轴、第一过渡轴、第二过渡轴、第三过渡轴的中心线相互平行；所述第三转轴、第四转轴的中心线相互平行；所述导杆与第四转轴的中心线垂直；所述导杆套固在基座中；所述底座滑动镶嵌在基座中；所述传动机构的输出端与第一齿轮相连；所述第一转轴活动套设在底座中；所述第三转轴活动套设在底座中；所述第四转轴活动套设在第二滑块上；所述第一连杆的一端套接在第一转轴上，第一连杆的另一端套接在第二转轴上；所述第二连杆的一端套接在第二转轴上，第二连杆的另一端套接在远关节轴上；所述第三连杆的一端套接在第三转轴上，第三连杆的另一端套接在第四转轴上；所述第三连杆与从动轮固接；所述第一过渡轴、第三过渡轴分别套设在第一指段上；所述第二过渡轴套设在第一滑块中；所述第一齿轮套接在近关节轴上；所述第二齿轮套接在第一过渡轴上；所述第三齿轮套接在第三过渡轴上；所述第四齿轮套接在远关节轴上；所述第一摩擦轮套接在第一过渡轴上；所述第二摩擦轮套接在第二过渡轴上；所述第三摩擦轮套接在第三过渡轴上；所述第一齿轮与第二齿轮啮合；所述第二齿轮与第一摩擦轮固接；所述第三齿轮与第三摩擦轮固接；所述第三齿轮与第四齿轮啮合；所述第二指段与第四齿轮固接；在第一滑块被物体挤压朝第一指段内滑动行程中，所述第一摩擦轮与第二摩擦轮相接触并形成摩擦传动关系，并且所述第二摩擦轮与第三摩擦轮相接触并形成摩擦传动关系；所述第一齿轮传动半径大于第四齿轮传动半径；所述主动轮套接在近关节轴上；所述从动轮套接在第三转轴上；所述传动件分别连接主动轮和从动轮；所述主动轮、传动件和从动轮形成传动关系，主动轮通过传动件到从动轮的传动为等速传动；所述主动轮与第一指段固接；所述第二滑块滑动套接在导杆上；设近关节轴、远关节轴、第二转轴、第一转轴、第三转轴、第四转轴的中心点分别为A、B、C、D、E、F；线段AB、BC、CD和DA形成平行四边形；线段 AB与线段EF的长度相等；所述导杆的中心线与线段AE垂直；所述第一簧件的两端分别连接第二指段、第二连杆；所述第二簧件的两端分别连接推板、第一指段；所述第三簧件的两端分别连接第一齿轮、第一指段；所述限位块与第二连杆固接；在初始状态时，所述第二指段与限位块相接触；所述导轨固接在第一指段上；所述第一滑块滑动镶嵌在导轨中；所述推板固接在第一滑块上。

更进一步地，所述电机采用直流伺服电机。

更进一步地，所述传动机构包括一个减速器，所述电机的输出轴与减速器的输入轴相连，所述减速器的输出轴与传动机构的其余部分的输入端相连，传动机构的其余部分的输出端与第一齿轮相连。

本实用新型与现有技术相比，具有以下突出特点：

本实用新型装置利用基座、底座、电机、两个关节轴、两个指段、导杆、四个转轴、三个过渡轴、三个连杆、四个齿轮、三个摩擦轮、主动轮、从动轮、传动件、三个簧件、导轨、限位块、两个滑块等综合实现了平行夹持与自适应抓取功能，根据目标物体的位置和形状不同，既能平动第二指段捏持物体，也能自适应包络不同形状、大小的物体；通过补偿在平行夹持阶段第一指段转动导致的第二指段高度差，实现直线平夹功能，针对物体不同形状尺寸实现自适应抓取；利用滑块触发和摩擦轮配合，使电机动力传递到第二指段实现自适应抓取；该装置抓取范围大，仅利用一个电机可以驱动两个手指，制造和维护成本低；该装置利用多连杆实现底座的整体抬升或下滑，使第二指段末端实现直线平动，可以对桌面上的薄板物体进行抓取，控制容易，抓取效果好，适用于机器人手。

上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本实用新型的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1是本实用新型提供的触发式多连杆高度补偿平夹自适应机器人手指装置的一种实施例的三维图。

图2是图1所示实施例的右视图。

图3是图1所示实施例的左视图。

图4是图1所示实施例的剖视图。

图5是图2所示实施例的剖视图(剖切位置与图4相同，但是观看方向与图4相反)。

图6至图7是图1所示实施例以直线平夹的方式抓取物体的动作过程示意图。

图8至图11是图1所示实施例以自适应的方式抓取物体的动作过程示意图。

图12是图1所示实施例以自适应的方式抓取物体时，内部摩擦轮触发配合情况。

在图1至图12中：

1—基座，2—底座，3—导杆，4—第一指段，5—第二指段，6—近关节轴，7—远关节轴，8—第一转轴，9—第二转轴，10—第三转轴，11—第四转轴，12—第一过渡轴，13—第二过渡轴，14—第三过渡轴，15—第一连杆，16—第二连杆，17—第三连杆，18 —第一齿轮，19—第二齿轮，20—第三齿轮，21—第四齿轮，22—第一摩擦轮，23—第二摩擦轮，24—第三摩擦轮，25—第一滑块，26—推板，27—导轨，28—第一簧件，29 —第二簧件，30—第三簧件，31—限位块，32—第二滑块，33—电机，34—传动机构， 35—主动轮，36—从动轮，37—传动件，38—物体。

具体实施方式

下面结合附图及实施例进一步详细说明本实用新型的具体结构、工作原理及工作过程。

本实用新型设计的触发式多连杆高度补偿平夹自适应机器人手指装置的一种实施例，如图所示，包括底座2、电机33、传动机构34、近关节轴6、远关节轴7、第一指段4和第二指段5；所述电机33与底座2固接；所述传动机构34设置在底座2中；所述电机33的输出轴与传动机构34的输入端相连；所述近关节轴6活动套设在底座2中；所述第一指段4活动套接在近关节轴6上；所述远关节轴7活动套设在第一指段4中；所述第二指段5活动套接在远关节轴上7；所述近关节轴6的中心线与远关节轴7的中心线平行。该触发式多连杆高度补偿平夹自适应机器人手指装置还包括基座1、导杆3、第一转轴8、第二转轴9、第三转轴10、第四转轴11、第一过渡轴12、第二过渡轴13、第三过渡轴14、第一连杆15、第二连杆16、第三连杆17、第一齿轮18、第二齿轮19、第三齿轮20、第四齿轮21、第一摩擦轮22、第二摩擦轮23、第三摩擦轮24、主动轮 35、从动轮36、传动件37、第一簧件28、第二簧件29、第三簧件30、导轨27、限位块31、第一滑块25、第二滑块32和推板26；所述近关节轴6、第一转轴8、第二转轴 9、第一过渡轴12、第二过渡轴13、第三过渡轴14的中心线相互平行；所述第三转轴 10、第四转轴11的中心线相互平行；所述导杆3与第四转轴11的中心线垂直；所述导杆3套固在基座1中；所述底座2滑动镶嵌在基座1中；所述传动机构34的输出端与第一齿轮18相连；所述第一转轴8活动套设在底座2中；所述第三转轴10活动套设在底座2中；所述第四转轴11活动套设在第二滑块32上；所述第一连杆15的一端套接在第一转轴8上，第一连杆15的另一端套接在第二转轴9上；所述第二连杆16的一端套接在第二转轴9上，第二连杆16的另一端套接在远关节轴7上；所述第三连杆17的一端套接在第三转轴10上，第三连杆17的另一端套接在第四转轴11上；所述第三连杆17与从动轮36固接；所述第一过渡轴12、第三过渡轴14分别套设在第一指段4上；所述第二过渡轴13套设在第一滑块25中；所述第一齿轮18套接在近关节轴6上；所述第二齿轮19套接在第一过渡轴12上；所述第三齿轮20套接在第三过渡轴14上；所述第四齿轮21套接在远关节轴7上；所述第一摩擦轮22套接在第一过渡轴12上；所述第二摩擦轮23套接在第二过渡轴13上；所述第三摩擦轮24套接在第三过渡轴14上；所述第一齿轮18与第二齿轮19啮合；所述第二齿轮19与第一摩擦轮22固接；所述第三齿轮20与第三摩擦轮24固接；所述第三齿轮20与第四齿轮21啮合；所述第二指段5与第四齿轮21固接；在第一滑块25被物体38挤压朝第一指段4内滑动行程中，所述第一摩擦轮22与第二摩擦轮23相接触并形成摩擦传动关系，并且所述第二摩擦轮23 与第三摩擦轮24相接触并形成摩擦传动关系；所述第一齿轮18传动半径大于第四齿轮 21传动半径；所述主动轮35套接在近关节轴6上；所述从动轮36套接在第三转轴10 上；所述传动件37分别连接主动轮35和从动轮36；所述主动轮35、传动件37和从动轮36形成传动关系，主动轮35通过传动件37到从动轮36的传动为等速传动；所述主动轮35与第一指段4固接；所述第二滑块32滑动套接在导杆3上；设近关节轴6、远关节轴7、第二转轴9、第一转轴8、第三转轴10、第四转轴11的中心点分别为A、B、 C、D、E、F；线段AB、BC、CD和DA形成平行四边形；线段AB与线段EF的长度相等；所述导杆3的中心线与线段AE垂直；所述第一簧件28的两端分别连接第二指段5、第二连杆16；所述第二簧件29的两端分别连接推板26、第一指段4；所述第三簧件30 的两端分别连接第一齿轮18、第一指段4；所述限位块31与第二连杆16固接；在初始状态时，所述第二指段5与限位块31相接触；所述导轨27固接在第一指段4上；所述第一滑块25滑动镶嵌在导轨27中；所述推板26固接在第一滑块25上并位于第一指段 4的外部用于在自适应抓取模式下首先碰触物体38，从而推动第一滑块25朝第一指段4 内滑动。

本实施例中，所述电机采用直流伺服电机。

本实施例中，所述传动机构包括一个减速器，所述电机的输出轴与减速器的输入轴相连，所述减速器的输出轴与传动机构的其余部分的输入端相连，传动机构的其余部分的输出端与第一齿轮相连。

本实施例的工作原理，结合图1至图12，叙述如下：

本实施例处于初始状态时，如图1、图2和图3所示。

电机33转动，通过传动机构34带动第一齿轮18，带动第二齿轮19，带动主动轮 35，带动从动轮36，带动第一摩擦轮22，带动第三连杆17转动，通过第三簧件30拉动第一指段4绕近关节轴6转动，通过第三连杆17带动第二滑块33在导杆3上滑动；此时推板26没有接触到物体38，并不会推动第一滑块25挤压第二摩擦轮23，故第三齿轮20、第四齿轮21、第三摩擦轮24、第二过渡轴13处于静止状态；在限位块31、第一簧件28的作用下，第二连杆16和第二指段5相对静止，所以第二指段3相对于基座1只进行平动而不会旋转，始终保持初始状态。

a)第二指段5接触物体38的直线平夹抓取模式：

如果第二指段5接触物体38，则是直线平夹抓取模式，动作过程如图7至图8所示。

在本实施例中，电机33继续转动，线段AB与线段EF保持平行，线段AB绕A点转动一个角度所带来的B点在高度上的变化量与线段EF绕E点转动一个相同角度所带来的F点在高度上的变化量完全相等，B点的圆弧轨迹与F点的圆弧轨迹相对于底座2完全相同，由于F点的高度随时受到第二滑块32与导杆3的高度限制，于是底座2将因此而随时相应调整，从而抵消了B点的高度变化量，达到B点始终保持在相对于基座1 同一高度上，即第一指段4上升(或下降)的距离将会由底座2下降(或上升)的距离弥补，从而达到高度补偿，使第二指段5保持直线平动，直到接触物体38，电机33停转，抓取结束。

平夹抓取模式适合以第二指段5去夹持物体38。

b)第一指段4接触物体38的自适应抓取模式：

第一阶段的直线平夹抓取与第二阶段的自适应抓取合称为直线平夹自适应抓取模式。

如果第一指段4接触物体38，即被物体38阻挡而不能再转动，将自动进入自适应抓取模式，动作过程如图9至图12所示。

物体38将压动推板26，推板26推动第一滑块25向第一指段4内运动，从而使第二摩擦轮23与第一摩擦轮22、第三摩擦轮24相配合，通过第一摩擦轮21、第二摩擦轮23、第三摩擦轮24、第三齿轮20的传动，带动第四齿轮21转动，第二指段5转动，第一簧件28将被拉伸，直到第二指段5接触物体38，电机33停转，抓取结束，完成自适应抓取物体38的效果。

针对不同形状、大小的物体，本实施例具有自适应性，能够抓取多种物体。

释放物体38的过程：电机34反转，后续过程与上述抓取物体38的过程刚好相反，不再赘述。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本实用新型技术方案的设计和范围，均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

设计图

触发式多连杆高度补偿平夹自适应机器人手指装置论文和设计

触发式多连杆高度补偿平夹自适应机器人手指装置论文和设计

全文摘要

主设计要求

设计方案

设计说明书

设计图

相关信息详情

猜你喜欢