閉環(huán)柔性件導(dǎo)桿平夾自適應(yīng)機(jī)器人手指裝置的制造方法
【專利摘要】閉環(huán)柔性件導(dǎo)桿平夾自適應(yīng)機(jī)器人手指裝置，屬于機(jī)器人手技術(shù)領(lǐng)域，包括基座、第一指段、第二指段、近關(guān)節(jié)軸、遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸、驅(qū)動(dòng)器、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、柔性傳動(dòng)件、第一傳動(dòng)輪、第二傳動(dòng)輪、導(dǎo)軌件、連桿、轉(zhuǎn)軸、簧件和限位凸塊。該裝置實(shí)現(xiàn)了平行夾持及自適應(yīng)抓取的功能，根據(jù)目標(biāo)物體形狀和位置的不同，既能平動(dòng)第二指段捏持物體或外張撐住，也能依次轉(zhuǎn)動(dòng)第一指段和第二指段包絡(luò)不同形狀、大小的物體；該裝置抓取范圍大；采用欠驅(qū)動(dòng)的方式，利用一個(gè)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)兩個(gè)關(guān)節(jié)，無需復(fù)雜的傳感和控制系統(tǒng)；該裝置結(jié)構(gòu)緊湊、體積小，制造和維護(hù)成本低，適用于機(jī)器人手。
【專利說明】
閉環(huán)柔性件導(dǎo)桿平夾自適應(yīng)機(jī)器人手指裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于機(jī)器人手技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種閉環(huán)柔性件導(dǎo)桿平夾自適應(yīng)機(jī)器人手指裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
【背景技術(shù)】
[0002]自適應(yīng)欠驅(qū)動(dòng)機(jī)器人手采用少量電機(jī)驅(qū)動(dòng)多個(gè)自由度關(guān)節(jié)，由于電機(jī)數(shù)量少，藏入手掌的電機(jī)可以選擇更大的功率和體積，出力大，同時(shí)純機(jī)械式的反饋系統(tǒng)無需對環(huán)境敏感的傳感器也可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定抓取，自動(dòng)適應(yīng)不同形狀尺寸的物體，沒有實(shí)時(shí)電子傳感和閉環(huán)反饋控制的需求，控制簡單方便，降低了制造成本。
[0003]在抓取物體時(shí)主要有兩種抓取方法，一種是捏持，一種是握持。捏持是用末端手指的指尖部分去夾取物體，采用相對的兩個(gè)點(diǎn)或兩個(gè)軟指面去接觸物體，主要針對小尺寸物體或具有對立面的較大物體;握持是用手指的多個(gè)指段包絡(luò)環(huán)繞物體來實(shí)現(xiàn)多個(gè)點(diǎn)的接觸，達(dá)到更穩(wěn)定的形狀包絡(luò)抓取。工業(yè)夾持器一般采用捏持方式，難以具有穩(wěn)定握持功能，不能適應(yīng)多種形狀物體的穩(wěn)定包絡(luò)抓??；自適應(yīng)欠驅(qū)動(dòng)手指可以采用自適應(yīng)包絡(luò)物體的方式握持，但是無法實(shí)施捏持抓取;耦合的多關(guān)節(jié)手可以實(shí)現(xiàn)多關(guān)節(jié)同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)，能夠?qū)崿F(xiàn)捏持，不能實(shí)現(xiàn)針對多種形狀物體的穩(wěn)定的多點(diǎn)包絡(luò)握持。上述三種手均有很大的提升空間?，F(xiàn)實(shí)中很需要一種既具有捏持功能，又能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定自適應(yīng)包絡(luò)抓持的機(jī)器人手。
[0004]已有的一種具有雙自由度欠驅(qū)動(dòng)手指的五連桿夾持裝置，如美國專利US8973958B2，包括五個(gè)連桿、簧件、機(jī)械約束。該裝置在工作時(shí)，開始階段保持末端指段的姿態(tài)進(jìn)行近關(guān)節(jié)彎曲動(dòng)作，之后根據(jù)物體的位置可以實(shí)現(xiàn)平行捏持或自適應(yīng)包絡(luò)握持的功能。其不足之處在于，該裝置采用非常復(fù)雜的多連桿機(jī)構(gòu)，運(yùn)動(dòng)存在較大的死區(qū)，抓取范圍較小，機(jī)構(gòu)體積大，缺乏柔順性，制造成本過高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是為了克服已有技術(shù)的不足之處，提供一種閉環(huán)柔性件導(dǎo)桿平夾自適應(yīng)機(jī)器人手指裝置。該裝置具有多種抓取模式，既能平動(dòng)第二指段夾持物體，也能先后合上第一指段和第二指段自適應(yīng)包絡(luò)不同形狀、大小的物體;抓取范圍大;無需復(fù)雜的傳感和控制系統(tǒng)。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0007]本發(fā)明設(shè)計(jì)的一種閉環(huán)柔性件導(dǎo)桿平夾自適應(yīng)機(jī)器人手指裝置，包括基座、第一指段、第二指段、近關(guān)節(jié)軸、遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸和驅(qū)動(dòng)器;所述驅(qū)動(dòng)器與基座固接;所述近關(guān)節(jié)軸的中心線與遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸的中心線平行;其特征在于:該閉環(huán)柔性件導(dǎo)桿平夾自適應(yīng)機(jī)器人手指裝置還包括傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、第一傳動(dòng)輪、第二傳動(dòng)輪、柔性傳動(dòng)件、導(dǎo)軌件、連桿、轉(zhuǎn)軸、簧件和限位凸塊;所述近關(guān)節(jié)軸活動(dòng)套設(shè)在基座中；所述遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸活動(dòng)套設(shè)在第一指段中；所述第一指段套接在近關(guān)節(jié)軸上;所述第二指段套接在遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸上;所述傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)置在基座中；所述驅(qū)動(dòng)器的輸出軸與傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的輸入端相連，所述傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的輸出端與第一傳動(dòng)輪相連;所述第一傳動(dòng)輪活動(dòng)套接在近關(guān)節(jié)軸上，所述第二傳動(dòng)輪套接在遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸上，第二傳動(dòng)輪與第二指段固接;所述柔性傳動(dòng)件采用傳動(dòng)帶、腱繩或鏈條，所述第一傳動(dòng)輪采用帶輪、繩輪或鏈輪，所述第二傳動(dòng)輪采用帶輪、繩輪或鏈輪，所述柔性傳動(dòng)件連接第一傳動(dòng)輪和第二傳動(dòng)輪，所述柔性傳動(dòng)件、第一傳動(dòng)輪和第二傳動(dòng)輪三者之間配合形成帶輪傳動(dòng)關(guān)系、繩輪傳動(dòng)關(guān)系或鏈輪傳動(dòng)關(guān)系;所述柔性傳動(dòng)件形成“O”字形;所述導(dǎo)軌件套接在近關(guān)節(jié)軸上，所述導(dǎo)軌件固接在基座上;所述導(dǎo)軌件上設(shè)有圓弧導(dǎo)軌，設(shè)近關(guān)節(jié)軸的中心為A點(diǎn)，遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸的中心為B點(diǎn)，轉(zhuǎn)軸的中心為C點(diǎn)，圓弧導(dǎo)軌的圓心為D點(diǎn)，線段AB的長度與CD的長度相等，線段BC的長度與DA的長度相等，所述圓弧導(dǎo)軌的圓心為D點(diǎn)，圓弧導(dǎo)軌的半徑等于CD的長度，ABCD構(gòu)成平行四邊形;所述轉(zhuǎn)軸滑動(dòng)鑲嵌在導(dǎo)軌中；所述連桿的一端套接在遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸上，連桿的另一端套接在轉(zhuǎn)軸上;所述限位凸塊固接在第二指段上;所述連桿與限位凸塊接觸或離開一段距離;設(shè)第一指段靠向物體的轉(zhuǎn)動(dòng)方向?yàn)榻P(guān)節(jié)正方向，第一指段遠(yuǎn)離物體的轉(zhuǎn)動(dòng)方向?yàn)榻P(guān)節(jié)反方向；在該閉環(huán)柔性件導(dǎo)桿平夾自適應(yīng)機(jī)器人手指裝置處于初始狀態(tài)時(shí)，限位凸塊與連桿接觸，設(shè)此時(shí)限位凸塊相對于遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸的旋轉(zhuǎn)角度為O度，從該位置開始，限位凸塊朝遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸正方向旋轉(zhuǎn)時(shí)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度為正，限位凸塊朝遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸反方向旋轉(zhuǎn)時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)角度為負(fù);所述連桿限制限位凸塊的轉(zhuǎn)動(dòng)角度只能為正;所述簧件的兩端分別連接轉(zhuǎn)軸和第二指段;第一傳動(dòng)輪的傳動(dòng)半徑大于第二傳動(dòng)輪的傳動(dòng)半徑。
[0008]本發(fā)明所述的閉環(huán)柔性件導(dǎo)桿平夾自適應(yīng)機(jī)器人手指裝置，其特征在于:所述驅(qū)動(dòng)器米用電機(jī)、氣缸或液壓缸。
[0009]本發(fā)明所述的閉環(huán)柔性件導(dǎo)桿平夾自適應(yīng)機(jī)器人手指裝置，其特征在于:所述簧件采用拉簧、壓簧、片簧或扭簧。
[0010]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)和突出性效果:
[0011]本發(fā)明裝置利用驅(qū)動(dòng)器、閉環(huán)柔性件傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、導(dǎo)軌連桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、簧件、限位凸塊等綜合實(shí)現(xiàn)了雙關(guān)節(jié)機(jī)器人手指平行夾持及自適應(yīng)抓取的功能，根據(jù)目標(biāo)物體形狀和位置的不同，既能平動(dòng)第二指段捏持物體或外張撐取物體，也能依次轉(zhuǎn)動(dòng)第一指段和第二指段包絡(luò)不同形狀、大小的物體;該裝置抓取范圍大;采用欠驅(qū)動(dòng)的方式，利用一個(gè)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)兩個(gè)關(guān)節(jié)，無需復(fù)雜的傳感和控制系統(tǒng);該裝置結(jié)構(gòu)緊湊、體積小，制造和維護(hù)成本低，適用于機(jī)器人手。
【附圖說明】
[0012]圖1是本發(fā)明設(shè)計(jì)的閉環(huán)柔性件導(dǎo)桿平夾自適應(yīng)機(jī)器人手指裝置的一種實(shí)施例的立體外觀圖。
[0013I圖2是圖1所示實(shí)施例的正面外觀圖。
[0014]圖3是圖1所示實(shí)施例的一個(gè)側(cè)面外觀圖(圖2的右視圖)。
[0015]圖4是圖1所示實(shí)施例的另一個(gè)側(cè)面外觀圖(圖2的左視圖)。
[0016]圖5是圖1所示實(shí)施例的從一個(gè)角度觀察的內(nèi)部立體視圖(未畫出部分零件)。
[0017]圖6是圖1所示實(shí)施例的從另一個(gè)角度觀察的內(nèi)部立體視圖(未畫出部分零件)。
[0018]圖7是圖1所示實(shí)施例的爆炸視圖。
[0019]圖8至圖12是圖1所示實(shí)施例在以包絡(luò)握持的方式抓取物體的動(dòng)作過程示意圖。
[0020]圖13至圖15是圖1所示實(shí)施例抓取物體的另一種方式一一平行開合用第二指段夾持物體(稱為平夾抓取)的動(dòng)作過程示意圖。
[0021 ]圖16至圖18是圖1所示實(shí)施例依次以平行開合及自適應(yīng)包絡(luò)抓取物體的動(dòng)作過程中幾個(gè)關(guān)鍵位置時(shí)，第二指段、轉(zhuǎn)軸、連桿、限位凸塊與簧件的相對位置的變化情況。
[0022]在圖1至圖18中:
[0023]I —基座，111 一基座前板，112—基座后板，113 —基座左側(cè)板，
[0024]114一基座右側(cè)板，115 —基座表面板，116—基座底板，2—第一指段，
[0025]21—第一指段骨架，22—第一指段左側(cè)板，23—第一指段右側(cè)板，24 —第一指段表面板，
[0026]25—第一指段前板，26—第一指段后板，3—第二指段，4一近關(guān)節(jié)軸，
[0027]5—遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸，6 —第一傳動(dòng)輪，7 —第二傳動(dòng)輪，8 —柔性傳動(dòng)件，
[0028]81 —軸承，82 —套筒，81 —螺釘，82 —銷釘，
[0029]9—導(dǎo)軌件，10—連桿，11一轉(zhuǎn)軸，12—限位凸塊，
[0030]13 —簧件，14 一驅(qū)動(dòng)器(電機(jī))，141 一減速器，142 —第一錐齒輪，
[0031]143 —第二錐齒輪，144 一過渡軸，145—第一帶輪，146—第二帶輪，
[0032]147—傳動(dòng)帶，15 —物體。
【具體實(shí)施方式】
[0033]下面結(jié)合附圖及實(shí)施例進(jìn)一步詳細(xì)介紹本發(fā)明的具體結(jié)構(gòu)、工作原理的內(nèi)容。
[0034]本發(fā)明設(shè)計(jì)的閉環(huán)柔性件導(dǎo)桿平夾自適應(yīng)機(jī)器人手指裝置的一種實(shí)施例，如圖1至圖7所示，一種閉環(huán)柔性件導(dǎo)桿平夾自適應(yīng)機(jī)器人手指裝置，包括基座1、第一指段2、第二指段3、近關(guān)節(jié)軸4、遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸5和驅(qū)動(dòng)器14;所述驅(qū)動(dòng)器14與基座I固接;所述近關(guān)節(jié)軸4的中心線與遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸5的中心線平行;其特征在于:該閉環(huán)柔性件導(dǎo)桿平夾自適應(yīng)機(jī)器人手指裝置還包括傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、第一傳動(dòng)輪6、第二傳動(dòng)輪7、柔性傳動(dòng)件8、導(dǎo)軌件9、連桿1、轉(zhuǎn)軸11、限位凸塊12和簧件13;所述近關(guān)節(jié)軸4活動(dòng)套設(shè)在基座I中；所述遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸5活動(dòng)套設(shè)在第一指段2中；所述第一指段2套接在近關(guān)節(jié)軸4上;所述第二指段3套接在遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸5上;所述傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)置在基座I中；所述驅(qū)動(dòng)器的輸出軸與傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的輸入端相連，所述傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的輸出端與第一傳動(dòng)輪6相連;所述第一傳動(dòng)輪6活動(dòng)套接在近關(guān)節(jié)軸4上，所述第二傳動(dòng)輪7套接在遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸5上，第二傳動(dòng)輪7與第二指段3固接;所述柔性傳動(dòng)件8采用傳動(dòng)帶、腱繩或鏈條，所述第一傳動(dòng)輪6采用帶輪、繩輪或鏈輪，所述第二傳動(dòng)輪7采用帶輪、繩輪或鏈輪，所述柔性傳動(dòng)件8連接第一傳動(dòng)輪6和第二傳動(dòng)輪7，所述柔性傳動(dòng)件8、第一傳動(dòng)輪6和第二傳動(dòng)輪7三者之間配合形成帶輪傳動(dòng)關(guān)系、繩輪傳動(dòng)關(guān)系或鏈輪傳動(dòng)關(guān)系;所述柔性傳動(dòng)件8形成“O”字形;所述導(dǎo)軌件9套接在近關(guān)節(jié)軸4上，所述導(dǎo)軌件9固接在基座I上;所述導(dǎo)軌件9上設(shè)有圓弧導(dǎo)軌，設(shè)近關(guān)節(jié)軸4的中心為A點(diǎn)，遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸5的中心為B點(diǎn)，轉(zhuǎn)軸11的中心為C點(diǎn)，圓弧導(dǎo)軌9的圓心為D點(diǎn)，線段AB的長度與CD的長度相等，線段BC的長度與DA的長度相等，所述圓弧導(dǎo)軌9的圓心為D點(diǎn)，圓弧導(dǎo)軌9的半徑等于CD的長度，ABCD構(gòu)成平行四邊形;所述轉(zhuǎn)軸11滑動(dòng)鑲嵌在導(dǎo)軌9中；所述連桿10的一端套接在遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸5上，連桿的另一端套接在轉(zhuǎn)軸11上;所述限位凸塊12固接在第二指段3上；所述連桿10與限位凸塊12接觸或離開一段距離;設(shè)第一指段2靠向物體15的轉(zhuǎn)動(dòng)方向?yàn)榻P(guān)節(jié)正方向，第一指段2遠(yuǎn)離物體15的轉(zhuǎn)動(dòng)方向?yàn)榻P(guān)節(jié)反方向；在該閉環(huán)柔性件導(dǎo)桿平夾自適應(yīng)機(jī)器人手指裝置處于初始狀態(tài)時(shí)，限位凸塊12與連桿10接觸，設(shè)此時(shí)限位凸塊12相對于遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸5的旋轉(zhuǎn)角度為O度，從該位置開始，限位凸塊12朝遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸5正方向旋轉(zhuǎn)時(shí)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度為正，限位凸塊12朝遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸5反方向旋轉(zhuǎn)時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)角度為負(fù);所述連桿10限制限位凸塊12的轉(zhuǎn)動(dòng)角度只能為正;所述簧件13的兩端分別連接轉(zhuǎn)軸11和第二指段3;第一傳動(dòng)輪6的傳動(dòng)半徑大于第二傳動(dòng)輪7的傳動(dòng)半徑。
[0035]本發(fā)明所述的閉環(huán)柔性件導(dǎo)桿平夾自適應(yīng)機(jī)器人手指裝置，其特征在于:所述驅(qū)動(dòng)器14采用電機(jī)、氣缸或液壓缸。所述簧件13采用拉簧、壓簧、片簧或扭簧。本實(shí)施例中，所述驅(qū)動(dòng)器14采用電機(jī);所述簧件13采用拉簧。
[0036]本實(shí)施例中，所述基座I包括固接在一起的基座前板111、基座后板112、基座左側(cè)板113、基座右側(cè)板114、基座表面板115和基座底板116。本實(shí)施例中，所述第一指段2包括固接在一起的第一指段骨架21、第一指段左側(cè)板22、第一指段右側(cè)板23、第一指段表面板24、第一指段前板25和第一指段后板26。
[0037]本實(shí)施例中，所述傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括減速器141、第一錐齒輪142、第二錐齒輪143、過渡軸144、第一帶輪145、第二帶輪146和傳動(dòng)帶147;所述電機(jī)14的輸出軸與減速器141的輸入軸相連，所述第一錐齒輪142套固在減速器141的輸出軸上，所述第二錐齒輪143套固在過渡軸144上，所述第一錐齒輪142與第二錐齒輪143嚙合;所述過渡軸144套設(shè)在基座I中，所述第一帶輪145套固在過渡軸144上，所述第二帶輪146活動(dòng)套接在近關(guān)節(jié)軸4上，所述第二帶輪146與第一傳動(dòng)輪6固接，所述傳動(dòng)帶147連接第一帶輪145和第二帶輪146，所述傳動(dòng)帶147、第一帶輪145和第二帶輪146形成帶輪傳動(dòng)關(guān)系，所述傳動(dòng)帶呈“O”字形。
[0038]本實(shí)施例還采用了若干軸承81、若干套筒82、若干螺釘83和若干銷釘84等零件，屬于公知常用技術(shù)，不贅述。
[0039]本實(shí)施例的工作原理，結(jié)合附圖8至圖18，敘述如下:
[0040]本實(shí)施例中，將初始位置設(shè)置為手指伸直的狀態(tài)(如圖8所示)。
[0041]a)當(dāng)限位凸塊12的旋轉(zhuǎn)角度為O度時(shí)，連桿10與限位凸塊12的表面相接觸，由于導(dǎo)軌件9與基座I固接在一起，無論第二指段處于何位置，連桿即BC始終平行于AD，在導(dǎo)軌件的作用下，連桿10相對于基座I只進(jìn)行平移運(yùn)動(dòng)而不會(huì)旋轉(zhuǎn)，由于簧件13的兩端分別連接在第二指段3和轉(zhuǎn)軸11上，且轉(zhuǎn)軸11套設(shè)在連桿10—端的軸孔中，由于簧件13的拉力，第二指段3相對于連桿10是固定的，所以第二指段3相對于基座I只進(jìn)行平移運(yùn)動(dòng)而不會(huì)旋轉(zhuǎn)。
[0042]b)限位凸塊12與連桿10的夾角為正時(shí)，限位凸塊12與連桿10就會(huì)分開，此時(shí)簧件13就將被拉長，所以第二指段3就將繞著遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸5旋轉(zhuǎn)。
[0043]當(dāng)本實(shí)施例抓取物體15時(shí)，驅(qū)動(dòng)器14通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)，使得第一傳動(dòng)輪6正轉(zhuǎn)，第一傳動(dòng)輪6相對基座I的轉(zhuǎn)角為α。在柔性傳動(dòng)件8的作用下，第一傳動(dòng)輪6相對第一指段2的轉(zhuǎn)角與第二傳動(dòng)輪7相對第一指段2的轉(zhuǎn)角有一定比例的關(guān)系。設(shè)從第一傳動(dòng)輪6通過柔性傳動(dòng)件8傳動(dòng)到第二傳動(dòng)輪7的傳動(dòng)比為i，該傳動(dòng)比是相對于第一指段2，第一傳動(dòng)輪6轉(zhuǎn)速與第二傳動(dòng)輪7轉(zhuǎn)速之比，它等于第二傳動(dòng)輪7的傳動(dòng)半徑與第一傳動(dòng)輪6的傳動(dòng)半徑之比。由于第一傳動(dòng)輪6的傳動(dòng)半徑大于第二傳動(dòng)輪7的傳動(dòng)半徑，因此是增速傳動(dòng)，輸出速度大于輸入速度，故傳動(dòng)比i小于I。設(shè)第一指段2繞近關(guān)節(jié)軸4的轉(zhuǎn)角為δ。由于第二傳動(dòng)輪7與第二指段3固接，而第二指段3相對于基座I沒有發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，因此此時(shí)第二傳動(dòng)輪7也就相對于基座I沒有發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，于是可以推導(dǎo)得出本實(shí)施例裝置將平衡于滿足如下(公式I)的位置:
[0044]α = δ(1-?)(公式 I)
[0045]由于i小于I，可以求出一個(gè)α和δ分別為正的不同角度(其中α小于δ)。因此當(dāng)驅(qū)動(dòng)器14通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)，第一傳動(dòng)輪6轉(zhuǎn)動(dòng)了一個(gè)角度α，此時(shí)，第一指段2繞近關(guān)節(jié)軸4轉(zhuǎn)過了一個(gè)角度I第二指段3相對于基座I始終是同一個(gè)姿態(tài)，只是位置發(fā)生了變化。這是平行夾持的階段。這一階段適合以第二指段3去夾持物體15，或者通過外張的方式用第二指段3去從內(nèi)向外打開的方式外張撐取物體15 ο例如一個(gè)空心圓柱筒的拿取，從該物體的內(nèi)側(cè)向外張開撐住筒壁，從而拿取物體。
[0046]當(dāng)?shù)谝恢付?接觸物體15而被物體15阻擋不能再轉(zhuǎn)動(dòng)，將進(jìn)入自適應(yīng)包絡(luò)的第二階段(如圖11、圖12所示)，這時(shí)驅(qū)動(dòng)器14通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)，帶動(dòng)第一傳動(dòng)輪6，使固接在一起的第二指段3和第二傳動(dòng)輪7同時(shí)繞遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸5轉(zhuǎn)動(dòng)，通過第二指段3和限位凸塊12繞遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸5轉(zhuǎn)動(dòng)，簧件13發(fā)生變形(如圖12、圖18所示)，此時(shí)第二指段3會(huì)繞遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸5的中心線繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，直到第二指段3接觸物體15為止，完成自適應(yīng)包絡(luò)抓取物體的效果。針對不同形狀、大小的物體，本實(shí)施例具有自適應(yīng)性，能夠通用抓取多種物體。
[0047]圖8至圖12是圖1所示實(shí)施例以包絡(luò)握持的方式抓取物體15的動(dòng)作過程示意圖，其中，圖8為初始狀態(tài)，圖8至圖10為第一指段2接觸到物體15之前的動(dòng)作過程一一平行開合方式動(dòng)作，圖10為第一指段2剛接觸到物體15的情況，圖10至圖12為第一指段2接觸到物體15之后的動(dòng)作過程一一自適應(yīng)包絡(luò)物體，直到第二指段3接觸物體15，如圖12所示，抓取結(jié)束。
[0048]圖13至圖15是圖1所示實(shí)施例抓取物體15的另一種可能方式一一平行捏持物體的典型動(dòng)作過程，直到第二指段3接觸物體15，如圖15所示，抓取結(jié)束。
[0049]圖16至圖18是圖1所示實(shí)施例依次以平行開合及自適應(yīng)包絡(luò)抓取物體的動(dòng)作過程中的幾個(gè)關(guān)鍵位置，展示出第二指段3、轉(zhuǎn)軸11、連桿10、限位凸塊12與簧件13的相對位置的變化情況:I)圖16所示的情況是圖8、圖9和圖10的相同限位凸塊12位置情況，此時(shí)實(shí)施例處在初始位置或者僅彎曲了第一指段2，簧件13使限位凸塊12與連桿10相接觸，第二指段3處于相對于基座I的固定姿態(tài)(例如本實(shí)施例中的豎直的初始姿態(tài))，這種情況一直持續(xù)到圖13;2)圖17與圖11情況相似，此時(shí)實(shí)施例的第一指段2已經(jīng)接觸到物體15被阻擋而不能運(yùn)動(dòng)，在驅(qū)動(dòng)器14的驅(qū)動(dòng)作用下，通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、第一傳動(dòng)輪6、柔性傳動(dòng)件8和第二傳動(dòng)輪7的傳動(dòng)，第二指段3已經(jīng)繞遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸5轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度(相對于基座I就發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng))，第二指段3已經(jīng)不再保持原來豎直的初始姿態(tài)，通過連桿10、導(dǎo)軌件9和第二指段，，拉動(dòng)簧件13發(fā)生了變形，連桿10離開了原來一直接觸的限位凸塊12;3)直到圖18的情況，圖18與圖12的情況相同，此時(shí)實(shí)施例完成對物體15的兩個(gè)指段2、3的接觸——實(shí)現(xiàn)包絡(luò)抓取，與圖17的情況相比，圖18中的限位凸塊12轉(zhuǎn)動(dòng)到了更大的角度，離開連桿10更遠(yuǎn)的距離了，第二指段3也轉(zhuǎn)動(dòng)了與限位凸塊12的轉(zhuǎn)角相同的角度。
[0050]釋放物體的過程與上述過程剛好相反，不再贅述。
[0051]本發(fā)明裝置利用驅(qū)動(dòng)器、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、柔性傳動(dòng)件、第一傳動(dòng)輪、第二傳動(dòng)輪、導(dǎo)軌件、連桿、轉(zhuǎn)軸、簧件和限位凸塊。該裝置實(shí)現(xiàn)了平行夾持及自適應(yīng)抓取的功能，根據(jù)目標(biāo)物體形狀和位置的不同，既能平動(dòng)第二指段捏持物體或外張撐住，也能依次轉(zhuǎn)動(dòng)第一指段和第二指段包絡(luò)不同形狀、大小的物體;該裝置抓取范圍大;采用欠驅(qū)動(dòng)的方式，利用一個(gè)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)兩個(gè)關(guān)節(jié)，無需復(fù)雜的傳感和控制系統(tǒng);該裝置結(jié)構(gòu)緊湊、體積小，制造和維護(hù)成本低，適用于機(jī)器人手。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種閉環(huán)柔性件導(dǎo)桿平夾自適應(yīng)機(jī)器人手指裝置，包括基座、第一指段、第二指段、近關(guān)節(jié)軸、遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸和驅(qū)動(dòng)器;所述驅(qū)動(dòng)器與基座固接;所述近關(guān)節(jié)軸的中心線與遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸的中心線平行;其特征在于:該閉環(huán)柔性件導(dǎo)桿平夾自適應(yīng)機(jī)器人手指裝置還包括傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、第一傳動(dòng)輪、第二傳動(dòng)輪、柔性傳動(dòng)件、導(dǎo)軌件、連桿、轉(zhuǎn)軸、簧件和限位凸塊;所述近關(guān)節(jié)軸活動(dòng)套設(shè)在基座中；所述遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸活動(dòng)套設(shè)在第一指段中；所述第一指段套接在近關(guān)節(jié)軸上;所述第二指段套接在遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸上;所述傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)置在基座中；所述驅(qū)動(dòng)器的輸出軸與傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的輸入端相連，所述傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的輸出端與第一傳動(dòng)輪相連;所述第一傳動(dòng)輪活動(dòng)套接在近關(guān)節(jié)軸上，所述第二傳動(dòng)輪套接在遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸上，第二傳動(dòng)輪與第二指段固接；所述柔性傳動(dòng)件采用傳動(dòng)帶、腱繩或鏈條，所述第一傳動(dòng)輪采用帶輪、繩輪或鏈輪，所述第二傳動(dòng)輪采用帶輪、繩輪或鏈輪，所述柔性傳動(dòng)件連接第一傳動(dòng)輪和第二傳動(dòng)輪，所述柔性傳動(dòng)件、第一傳動(dòng)輪和第二傳動(dòng)輪三者之間配合形成帶輪傳動(dòng)關(guān)系、繩輪傳動(dòng)關(guān)系或鏈輪傳動(dòng)關(guān)系;所述柔性傳動(dòng)件形成“O”字形;所述導(dǎo)軌件套接在近關(guān)節(jié)軸上，所述導(dǎo)軌件固接在基座上;所述導(dǎo)軌件上設(shè)有圓弧導(dǎo)軌，設(shè)近關(guān)節(jié)軸的中心為A點(diǎn)，遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸的中心為B點(diǎn)，轉(zhuǎn)軸的中心為C點(diǎn)，圓弧導(dǎo)軌的圓心為D點(diǎn)，線段AB的長度與CD的長度相等，線段BC的長度與DA的長度相等，所述圓弧導(dǎo)軌的圓心為D點(diǎn)，圓弧導(dǎo)軌的半徑等于CD的長度，ABCD構(gòu)成平行四邊形;所述轉(zhuǎn)軸滑動(dòng)鑲嵌在導(dǎo)軌中；所述連桿的一端套接在遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸上，連桿的另一端套接在轉(zhuǎn)軸上;所述限位凸塊固接在第二指段上;所述連桿與限位凸塊接觸或離開一段距離；設(shè)第一指段靠向物體的轉(zhuǎn)動(dòng)方向?yàn)榻P(guān)節(jié)正方向，第一指段遠(yuǎn)離物體的轉(zhuǎn)動(dòng)方向?yàn)榻P(guān)節(jié)反方向；在該閉環(huán)柔性件導(dǎo)桿平夾自適應(yīng)機(jī)器人手指裝置處于初始狀態(tài)時(shí)，限位凸塊與連桿接觸，設(shè)此時(shí)限位凸塊相對于遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸的旋轉(zhuǎn)角度為O度，從該位置開始，限位凸塊朝遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸正方向旋轉(zhuǎn)時(shí)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度為正，限位凸塊朝遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸反方向旋轉(zhuǎn)時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)角度為負(fù)；所述連桿限制限位凸塊的轉(zhuǎn)動(dòng)角度只能為正;所述簧件的兩端分別連接轉(zhuǎn)軸和第二指段；第一傳動(dòng)輪的傳動(dòng)半徑大于第二傳動(dòng)輪的傳動(dòng)半徑。2.如權(quán)利要求1所述的閉環(huán)柔性件導(dǎo)桿平夾自適應(yīng)機(jī)器人手指裝置，其特征在于:所述驅(qū)動(dòng)器采用電機(jī)、氣缸或液壓缸。3.如權(quán)利要求1所述的閉環(huán)柔性件導(dǎo)桿平夾自適應(yīng)機(jī)器人手指裝置，其特征在于:所述簧件采用拉簧、壓簧、片簧或扭簧。
【文檔編號】B25J9/00GK105835077SQ201610335085
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年5月19日
【發(fā)明人】楊陽, 張文增, 徐向榮, 冷護(hù)基
【申請人】清華大學(xué)