本發(fā)明屬于機器人手技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種四連桿傳動輪直線平夾間接自適應(yīng)機器人手指裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計。

背景技術(shù)：

機器人手是實現(xiàn)抓取物體的重要裝置。抓取物體的方法是從相對的兩個方向限制住物體在該方向上的運動可能性。物體在空間中的運動存在多個方向，為了限制所抓物體的各種運動可能性，需要機器人手從各個方向限制物體運動。平行夾持抓取(簡稱平夾抓取)是一種常見的抓取方式，末端指段在運動過程中始終保持相對手掌基座相對固定的姿態(tài)，在抓取過程中，相對的兩個手指或者多個手指在物體的兩個或多個側(cè)面接觸物體并施加抓持力，通過手指表面的彈性變形材料來獲得軟指面從來改善抓取的穩(wěn)定性，這種平行夾持的機器已經(jīng)被工業(yè)上廣泛應(yīng)用，稱之為工業(yè)夾持器。工業(yè)夾持器是指具有兩個或多個手指，手指上沒有關(guān)節(jié)或多個耦合運動的關(guān)節(jié)的機器，在抓取物體時使用平行夾持的方式，或末端尖點對物體進行捏持，這種抓取方式針對日常物品是有效的，能夠達到最多種類的物體抓取。

模仿人手的機器人手目前具有很多的關(guān)節(jié)自由度，分別由多個電機控制，也稱為靈巧手，靈巧手定義為至少具有三個手指，有九個以上自由度，抓取時需要確定物體姿態(tài)，對空間中的路線進行路徑規(guī)劃，確定物體空間布局，這些都帶來復(fù)雜的控制。因而傳統(tǒng)的靈巧手比較昂貴。

傳統(tǒng)的欠驅(qū)動手利用少的驅(qū)動器驅(qū)動較多的關(guān)節(jié)，節(jié)能環(huán)保，重量低。傳統(tǒng)的欠驅(qū)動手僅具有先轉(zhuǎn)動近關(guān)節(jié)，再轉(zhuǎn)動遠關(guān)節(jié)的僵化抓取，雖然可以適應(yīng)形狀，但是不能以末端指段捏持物體，更不能實現(xiàn)直線平夾與自適應(yīng)的抓取模式。

具有直線平動夾持的機器人手已經(jīng)被發(fā)明出來，如專利WO2016063314A1，包括基座、電機、傳動機構(gòu)、第一指段、第二指段、八個連桿、多個轉(zhuǎn)軸等。該裝置能夠?qū)崿F(xiàn)第二指段的直線平動，利用第二指段的直線平行移動對物體實現(xiàn)直線平行夾持的功能。其不足之處在于：該裝置僅能實現(xiàn)直線平行夾持功能，無法實現(xiàn)自適應(yīng)包絡(luò)抓取的功能。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了克服已有技術(shù)的不足之處，提供一種四連桿傳動輪直線平夾間接自適應(yīng)機器人手指裝置。該裝置能實現(xiàn)沿著近似水平直線平行夾持的抓取效果，對中抓取，同時體積小、成本低，適用于安裝在機器人上作為末端夾持器使用。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

本發(fā)明設(shè)計的一種四連桿傳動輪直線平夾間接自適應(yīng)機器人手指裝置，包括基座、電機、第一傳動機構(gòu)、第一指段、第二指段、近關(guān)節(jié)軸和遠關(guān)節(jié)軸；所述電機與基座固接；所述電機的輸出軸與第一傳動機構(gòu)的輸入端相連；所述第一指段套接在近關(guān)節(jié)軸上；所述遠關(guān)節(jié)軸活動套設(shè)在第一指段中；所述第二指段套接在遠關(guān)節(jié)軸上；所述近關(guān)節(jié)軸的中心線與遠關(guān)節(jié)軸的中心線平行；其特征在于：該并聯(lián)帶輪連桿直線平夾自適應(yīng)手指裝置還包括第一傳動件、第二傳動件、第一傳動輪、第二傳動輪、第三傳動輪、第四傳動輪、第一連桿、第二連桿、第三連桿、第一軸、第二軸、第三軸、滑塊、第二傳動機構(gòu)和彈簧；所述第一軸、第二軸、第三軸與近關(guān)節(jié)軸的中心線平行；所述第一軸、第二軸分別活動套設(shè)在基座中；所述第一傳動機構(gòu)的輸出端與第二軸相連；所述第三連桿的一端套接在第一軸上，第三連桿的另一端套接在近關(guān)節(jié)軸上；所述近關(guān)節(jié)軸活動套設(shè)在第二連桿的中部；所述第二連桿的一端套接在遠關(guān)節(jié)軸上，第二連桿的另一端套接在第三軸上；所述第一連桿的一端套固在第二軸上，第一連桿的另一端套接在第三軸上；設(shè)第一軸的中心點為A，第二軸中心點為B，第三軸的中心點為C，近關(guān)節(jié)軸的中心點為D，遠關(guān)節(jié)軸中心點為E，線段AB的長度等于線段BC長度的2倍，線段CD、線段DE和線段AD三者長度相等，線段CD的長度等于線段BC長度的2.5倍；所述第一傳動輪活動套接在第一軸上；所述第一傳動件分別連接第一傳動輪和第二傳動輪；所述第二傳動輪活動套接在近關(guān)節(jié)軸上；通過第一傳動件的傳動，第一傳動輪與第二傳動輪為同向傳動關(guān)系；所述第三傳動輪活動套接在近關(guān)節(jié)軸上，所述第二傳動輪與第三傳動輪固接；所述第二傳動件分別連接第三傳動輪和第四傳動輪；所述第四傳動輪套接在遠關(guān)節(jié)軸上；通過第二傳動件的傳動，第三傳動輪與第四傳動輪為同向傳動關(guān)系；所述第二指段和第四傳動輪相連；通過第一傳動件和第二傳動件的傳動，從第一傳動輪到第四傳動輪的傳動為等速傳動；第四傳動輪有凸臺，在初始位置時，第二指段緊靠在第四傳動輪的凸臺上；所述滑塊滑動鑲嵌在第一指段中，所述彈簧的兩端分別連接滑塊和第一指段；所述滑塊與第二傳動機構(gòu)的輸入端相連，所述第二傳動機構(gòu)的輸出端與第二指段相連。

本發(fā)明所述的四連桿傳動輪直線平夾間接自適應(yīng)機器人手指裝置，其特征在于：所述第二傳動機構(gòu)包括齒條和齒輪；所述齒條與滑塊固接，所述齒條與齒輪嚙合，所述齒輪套接在遠關(guān)節(jié)軸上，所述齒輪與第二指段固接。

本發(fā)明所述的四連桿傳動輪直線平夾間接自適應(yīng)機器人手指裝置，其特征在于：所述第一傳動件采用連桿、齒輪、傳動帶、鏈條或腱繩。

本發(fā)明所述的四連桿傳動輪直線平夾間接自適應(yīng)機器人手指裝置，其特征在于：所述第二傳動件采用連桿、齒輪、傳動帶、鏈條或腱繩。

本發(fā)明所述的四連桿傳動輪直線平夾間接自適應(yīng)機器人手指裝置，其特征在于：所述彈簧采用壓簧。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點和突出性效果：

本發(fā)明裝置利用電機、多個連桿、多個傳動輪、兩個傳動件、傳動機構(gòu)、滑塊和彈簧等綜合實現(xiàn)了機器人手指直線平行夾持與間接自適應(yīng)抓取的功能；該裝置既能直線平動第二指段捏持物體，也能包絡(luò)不同形狀、大小的物體；該裝置抓取范圍大；采用欠驅(qū)動的方式，利用一個電機驅(qū)動兩個指段，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，制造和維護成本低，適用于機器人手。

附圖說明

圖1是本發(fā)明設(shè)計的四連桿傳動輪直線平夾間接自適應(yīng)機器人手指裝置的一種實施例的立體外觀圖。

圖2是圖1所示實施例的正視圖。

圖3是圖1所示實施例的側(cè)視圖。

圖4是圖1所示實施例的正面剖視圖。

圖5至圖6是圖1所示實施例以直線平夾方式抓取物體的過程圖。

圖7至圖9是圖1所示實施例以被動自適應(yīng)包絡(luò)抓取方式抓取物體的示意圖。

圖10是圖1所示實施例張開到最大以及合攏狀態(tài)(雙點劃線)的示意圖。

圖11是圖1所示實施例的局部視圖，顯示出點A、B、C、D和E的位置。

圖12是圖11所示的連桿AD、BC、CDE及基座連桿AB的多連桿機構(gòu)簡圖，顯示出在主動轉(zhuǎn)動連桿BC時點E的移動軌跡，該軌跡中有一段直線軌跡就是本實施例的第二指段直線平行夾持的移動軌跡。

在圖1至圖9中：

1－基座， 2－第一指段， 3－第二指段， 4－近關(guān)節(jié)軸，

5－遠關(guān)節(jié)軸， 51－第一軸， 52－第二軸， 53－第三軸，

61－第一傳動輪， 62－第二傳動輪， 63－第三傳動輪， 64－第四傳動輪，

71－第一連桿， 72－第二連桿， 73－第三連桿， 81－第一傳動件，

82－第二傳動件， 9－彈簧， 11－第一傳動機構(gòu)， 111－主動錐齒輪，

112－從動錐齒輪， 113－主動傳動輪， 114－從動傳動輪， 115－過渡傳動帶，

116－過渡軸， 117－減速器， 12－電機， 13－滑塊，

14－齒條， 15－齒輪， 100－物體。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖及實施例進一步詳細介紹本發(fā)明的具體結(jié)構(gòu)、工作原理的內(nèi)容。

本發(fā)明設(shè)計的四連桿傳動輪直線平夾間接自適應(yīng)機器人手指裝置的一種實施例，如圖1至圖6所示，包括基座1、電機12、第一傳動機構(gòu)11、第一指段2、第二指段3、近關(guān)節(jié)軸4和遠關(guān)節(jié)軸5；所述電機12與基座1固接；所述電機12的輸出軸與第一傳動機構(gòu)11的輸入端相連；所述第一指段2套接在近關(guān)節(jié)軸4上；所述遠關(guān)節(jié)軸5活動套設(shè)在第一指段2中；所述第二指段3套接在遠關(guān)節(jié)軸5上；所述近關(guān)節(jié)軸4的中心線與遠關(guān)節(jié)軸5的中心線平行；該并聯(lián)帶輪連桿直線平夾自適應(yīng)手指裝置還包括第一傳動件81、第二傳動件82、第一傳動輪61、第二傳動輪62、第三傳動輪63、第四傳動輪64、第一連桿71、第二連桿72、第三連桿73、第一軸51、第二軸52、第三軸53、滑塊13、第二傳動機構(gòu)和彈簧9；所述第一軸51、第二軸52、第三軸53與近關(guān)節(jié)軸4的中心線平行；所述第一軸51、第二軸52分別活動套設(shè)在基座1中；所述第一傳動機構(gòu)11的輸出端與第二軸52相連；所述第三連桿73的一端套接在第一軸51上，第三連桿73的另一端套接在近關(guān)節(jié)軸4上；所述近關(guān)節(jié)軸4活動套設(shè)在第二連桿72的中部；所述第二連桿72的一端套接在遠關(guān)節(jié)軸5上，第二連桿72的另一端套接在第三軸53上；所述第一連桿71的一端套固在第二軸52上，第一連桿71的另一端套接在第三軸53上；設(shè)第一軸51的中心點為A，第二軸52中心點為B，第三軸53的中心點為C，近關(guān)節(jié)軸4的中心點為D，遠關(guān)節(jié)軸5中心點為E，線段AB的長度等于線段BC長度的2倍，線段CD、線段DE和線段AD三者長度相等，線段CD的長度等于線段BC長度的2.5倍；所述第一傳動輪61活動套接在第一軸51上；所述第一傳動件81分別連接第一傳動輪61和第二傳動輪62；所述第二傳動輪62活動套接在近關(guān)節(jié)軸4上；通過第一傳動件81的傳動，第一傳動輪61與第二傳動輪62為同向傳動關(guān)系；所述第三傳動輪63活動套接在近關(guān)節(jié)軸4上，所述第二傳動輪62與第三傳動輪63固接；所述第二傳動件82分別連接第三傳動輪63和第四傳動輪64；所述第四傳動輪64套接在遠關(guān)節(jié)軸5上；通過第二傳動件82的傳動，第三傳動輪63與第四傳動輪64為同向傳動關(guān)系；所述第二指段3和第四傳動輪64相連；通過第一傳動件81和第二傳動件82的傳動，從第一傳動輪61到第四傳動輪64的傳動為等速傳動；第四傳動輪有凸臺，在初始位置時，第二指段3緊靠在第四傳動輪64的凸臺上；所述滑塊13滑動鑲嵌在第一指段2中，所述彈簧9的兩端分別連接滑塊13和第一指段2；所述滑塊13與第二傳動機構(gòu)的輸入端相連，所述第二傳動機構(gòu)的輸出端與第二指段3相連。

本實施例中，所述第二傳動機構(gòu)包括齒條14和齒輪15；所述齒條14與滑塊13固接，所述齒條14與齒輪15嚙合，所述齒輪15套接在遠關(guān)節(jié)軸5上，所述齒輪15與第二指段3固接。

本發(fā)明所述的四連桿傳動輪直線平夾間接自適應(yīng)機器人手指裝置，其特征在于：所述第一傳動件81采用連桿、齒輪、傳動帶、鏈條或腱繩。本實施例中，第一傳動件81采用傳動帶。

本發(fā)明所述的四連桿傳動輪直線平夾間接自適應(yīng)機器人手指裝置，其特征在于：所述第二傳動件82采用連桿、齒輪、傳動帶、鏈條或腱繩。本實施例中，第二傳動件82采用傳動帶。

本實施例中，所述彈簧9采用壓簧。

本實施例中第一傳動機構(gòu)11包括主動錐齒輪111，從動錐齒輪112，主動傳動輪113，從動傳動輪114，過渡傳動帶115，過渡軸116和減速器117。所述減速器117的輸入端與電機12的輸出端相連，所述減速器117與基座1固接，所述主動錐齒輪111固接在減速器117的輸出軸，所述過渡軸116套設(shè)在基座1中，所述從動錐齒輪112與過渡軸116固接，所述主動錐齒輪111與從動錐齒輪112嚙合，所述主動傳動輪113與過渡軸116固接，所述從動傳動輪114與第二軸52固接，所述過渡傳動帶115連接主動傳動輪113與從動傳動輪114，所述過渡傳動帶115成“0”字形。

本實施例的工作原理，結(jié)合附圖敘述如下：

本實施例處于初始狀態(tài)時，如圖1、圖2和圖3所示。

本實施例中，將初始位置設(shè)置為第三連桿73豎直的狀態(tài)(如圖1所示)。

電機12轉(zhuǎn)動，通過傳動機構(gòu)帶動第二軸52轉(zhuǎn)動，第一傳動輪61繞著第一軸51的中心線轉(zhuǎn)動；因為第一連桿71、第二連桿72、第三連桿73、基座1構(gòu)成四連桿機構(gòu)，并且滿足條件：

a)線段AB的長度等于線段BC長度的2倍，

b)線段CD的長度、線段DE的長度和線段AD的長度三者相等，

c)線段CD的長度等于線段BC長度的2.5倍，

如9圖所示，該四連桿機構(gòu)將因為第一連桿71的轉(zhuǎn)動帶動遠關(guān)節(jié)軸5直線運動。

當(dāng)本實施例抓取物體100時，會呈現(xiàn)兩種抓取模式，即直線平夾模式(第一階段)和間接自適應(yīng)包絡(luò)抓取模式(第二階段)：

a)當(dāng)?shù)诙付?先于滑塊13碰觸到物體100時，本實施例采用直線平夾的抓取模式。電機12轉(zhuǎn)動，通過第一傳動機構(gòu)11的傳動，使第二軸52轉(zhuǎn)動，帶動著固接在第二軸51上的第一連桿71轉(zhuǎn)動，第二連桿72和第三連桿73繞著各自的中心軸轉(zhuǎn)動，套設(shè)在第二連桿72上的遠關(guān)節(jié)軸5沿著直線平行移動。第一傳動輪61固接在基座1上，通過第一傳動件81和第二傳動件82的傳動，第四傳動輪64相對于基座1處于相對平移的狀態(tài)，不會發(fā)生轉(zhuǎn)動。在初始位置時，第二指段3緊靠在第四傳動輪64上，與第二指段3固接的齒輪15與齒條14嚙合。彈簧9的作用使第二指段3在第一階段緊靠在第二傳動輪62上，直至物體100碰到第二指段3，直線平夾抓取模式結(jié)束。如圖5至圖6所示。

b)當(dāng)滑塊13先于第二指段3接觸到物體100時，本實施例采用間接自適應(yīng)的抓取模式。電機12帶動第一連桿71、第二連桿72和第三連桿73，第三連桿73向物體100方向靠近，物體100壓迫滑塊13，使滑塊13在第二指段3中滑動，彈簧9被壓縮。齒輪15與齒條14嚙合傳動，使與齒輪15固接的第二指段3向物體100靠近，第四傳動輪64凸塊與第二指段3分開，直至接觸到物體100，間接自適應(yīng)抓取過程結(jié)束。如圖7至圖9所示。

釋放過程與上述過程剛好相反，不贅述。

本發(fā)明裝置利用電機、多個連桿、多個傳動輪、兩個傳動件、傳動機構(gòu)、滑塊和彈簧等綜合實現(xiàn)了機器人手指直線平行夾持與間接自適應(yīng)抓取的功能；該裝置既能直線平動第二指段捏持物體，也能包絡(luò)不同形狀、大小的物體；該裝置抓取范圍大；采用欠驅(qū)動的方式，利用一個電機驅(qū)動兩個指段，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，制造和維護成本低，適用于機器人手。