并聯(lián)柔性件連桿平夾自適應(yīng)機(jī)器人手指裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明屬于機(jī)器人手技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種并聯(lián)柔性件連桿平夾自適應(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、彈簧、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，提供一種并聯(lián)柔性件連桿平夾自適應(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)的一種并聯(lián)柔性件連桿平夾自適應(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:該并聯(lián)柔性件連桿平夾自適應(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、第一擺桿、第二擺桿、連桿、第一軸、第二軸、凸塊撥盤、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;所述第一擺桿活動(dòng)套接在近關(guān)節(jié)軸上;所述第二擺桿套接在遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸上，第二擺桿與第二指段固接;所述第一軸活動(dòng)套設(shè)在第一擺桿上，所述第二軸活動(dòng)套設(shè)在第二擺桿上，所述連桿的兩端分別套接在第一軸和第二軸上;所述凸塊撥盤活動(dòng)套接在近關(guān)節(jié)軸上，所述凸塊撥盤與第一擺桿固接;所述限位凸塊與基座固接;所述凸塊撥盤與限位凸塊相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；在該并聯(lián)柔性件連桿平夾自適應(yīng)機(jī)器人手指裝置處于初始狀態(tài)時(shí)，凸塊撥盤與限位凸塊接觸，設(shè)此時(shí)凸塊撥盤相對基座的旋轉(zhuǎn)角度為O度，從該位置開始，凸塊撥盤朝近關(guān)節(jié)正方向旋轉(zhuǎn)時(shí)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度為正，凸塊撥盤朝近關(guān)節(jié)反方向旋轉(zhuǎn)時(shí)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度為負(fù);所述限位凸塊限制凸塊撥盤的轉(zhuǎn)動(dòng)角度只能為正;所述簧件的兩端分別連接凸塊撥盤和基座;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;第一擺桿的長度與第二擺桿的長度相同；第一擺桿、連桿、第二擺桿和第一指段四者構(gòu)成平行四連桿機(jī)構(gòu)。
[0008]本發(fā)明所述的并聯(lián)柔性件連桿平夾自適應(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)明所述的并聯(lián)柔性件連桿平夾自適應(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)、平行四連桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、簧件、凸塊撥盤和限位凸塊等綜合實(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)的并聯(lián)柔性件連桿平夾自適應(yīng)機(jī)器人手指裝置的一種實(shí)施例的立體外觀圖。
[0013]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)，凸塊撥盤、簧件與限位凸塊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 一遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸，6 一第一傳動(dòng)輪，7 一第二傳動(dòng)輪，8一柔性傳動(dòng)件，
[0028]83 —軸承，84 —套筒，85 —螺釘，86 —銷釘，
[0029]9—第一擺桿，91 一第一軸，92—第二軸，10—第二擺桿，
[°03°] 11—連桿，12 —凸塊撥盤，13 —簧件，14 —驅(qū)動(dòng)器(電機(jī))，
[0031 ] 141 一減速器，142—第一錐齒輪，143—第二錐齒輪，144 一過渡軸，
[0032]145—第一帶輪，146—第二帶輪，147 —傳動(dòng)帶，17—物體，
[0033]18—限位凸塊。
【具體實(shí)施方式】
[0034]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。
[0035]本發(fā)明設(shè)計(jì)的并聯(lián)柔性件連桿平夾自適應(yīng)機(jī)器人手指裝置的一種實(shí)施例，如圖1至圖7所示，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。本實(shí)施例還包括傳動(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、第一擺桿9、第二擺桿10、連桿11、第一軸91、第二軸92、凸塊撥盤12、簧件13和限位凸塊18;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套固在近關(guān)節(jié)軸4上;所述第二指段3套固在遠(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14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;所述第一擺桿9活動(dòng)套接在近關(guān)節(jié)軸4上;所述第二擺桿10套接在遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸上，第二擺桿10與第二指段3固接;所述第一軸91活動(dòng)套設(shè)在第一擺桿9上，所述第二軸92活動(dòng)套設(shè)在第二擺桿10上，所述連桿11的兩端分別套接在第一軸91和第二軸92上;所述凸塊撥盤12活動(dòng)套接在近關(guān)節(jié)軸4上，所述凸塊撥盤12與第一擺桿9固接;所述限位凸塊18與基座I固接;所述凸塊撥盤12與限位凸塊18相接觸或離開一段距離;設(shè)第一指段2靠向物體17的轉(zhuǎn)動(dòng)方向?yàn)榻P(guān)節(jié)正方向(如圖8中的順時(shí)針方向)，第一指段2遠(yuǎn)離物體17的轉(zhuǎn)動(dòng)方向?yàn)榻P(guān)節(jié)反方向；在該并聯(lián)柔性件連桿平夾自適應(yīng)機(jī)器人手指裝置處于初始狀態(tài)(如圖8所示的伸直狀態(tài))時(shí)，凸塊撥盤12與限位凸塊18接觸，設(shè)此時(shí)凸塊撥盤12相對基座I的旋轉(zhuǎn)角度為O度(如圖16所示)，從該位置開始，凸塊撥盤12朝近關(guān)節(jié)正方向旋轉(zhuǎn)時(shí)(小于180度)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度為正，凸塊撥盤12朝近關(guān)節(jié)反方向旋轉(zhuǎn)時(shí)(小于180度)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度為負(fù);所述限位凸塊18限制凸塊撥盤12的轉(zhuǎn)動(dòng)角度只能為正，即凸塊撥盤12只能沿著如圖17所示的箭頭指示方向轉(zhuǎn)動(dòng)。所述簧件13的兩端分別連接凸塊撥盤12和基座I;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，此半徑為傳動(dòng)的有效半徑，對于帶輪或鏈輪來說就是節(jié)圓半徑，對于繩輪來說就是纏繞腱繩的半徑;第一擺桿9的長度與第二擺桿10的長度相同；第一擺桿9、連桿11、第二擺桿10和第一指段2四者構(gòu)成平行四連桿機(jī)構(gòu)。
[0036]本發(fā)明所述的并聯(lián)柔性件連桿平夾自適應(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。所述簧件采用拉簧、