差动并联连杆直线平夹双指段自适应机器人手指装置的制作方法

1.本发明属于机器人手技术领域，特别涉及一种差动并联连杆直线平夹双指段自适应机器人手指装置的结构设计。


背景技术：

2.欠驱动手减少了电机的使用数量，使机器人手在保证拟人化动作的同时，降低了对于手部实时传感和控制系统的要求。现有的欠驱动手指包括平夹手指、耦合手指和自适应手指。平夹手指的末端在抓取过程中保持相对于基座不变的姿态，适合抓取台面上的物体；耦合手指的第一指段转动时，第三指段会相对第一指段同时转动，抓取动作更加拟人，同时抓取更加迅速；自适应手指近关节先转动，第一指段接触物体后才触发下一个关节转动，依次类推，直至末端指段接触物体，实现多个指段均接触物体的包络抓取效果，适应不同形状，尺寸物体。平夹自适应手指是将平行夹持与自适应抓取功能在一前一后两个时间阶段进行结合产生的复合抓取类型手指。耦合自适应手指则是将耦合抓取与自适应抓取相结合的另一种复合抓取手指。
3.传统的平夹自适应手指为一种末端呈圆弧轨迹的平夹自适应手指，无法实现末端呈直线轨迹的平夹自适应复合抓取模式，在抓取桌面物体时，需要机械臂配合控制协同作业才能实现比较精准的物体抓取，给机械臂控制带来麻烦，同时抓取不同大小物体时，该装置需要在不同的高度进行作业，否则容易发生该装置的末端手指与桌面相碰撞的危险。


技术实现要素：

4.本发明的目的是为了克服已有技术的不足之处，提供一种差动并联连杆直线平夹双指段自适应机器人手指装置。该装置具有三个关节，可以实现末端指段呈近似直线轨迹的平行夹持功能，并能自适应包络抓取不同形状尺寸的物体。
5.本发明的技术方案如下：
6.本发明设计的差动并联连杆直线平夹双指段自适应机器人手指装置，包括基座、第一指段、第二指段、第三指段、近关节轴、中关节轴、远关节轴、电机和传动机构；所述电机与基座固接，所述电机与传动机构的输入端相连；所述近关节轴套设在基座中，所述第一指段套接在近关节轴上，所述中关节轴套设在第一指段中，所述第二指段套接在中关节轴上，所述远关节轴套设在第二指段中，所述第三指段套接在远关节轴上；所述近关节轴、中关节轴和远关节轴的中心线相互平行；其特征在于：该差动并联连杆直线平夹双指段自适应机器人手指装置还包括第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆、第五连杆、第六连杆、第一轴、第二轴、第三轴、第四轴、第五轴、第六轴、第七轴、第一簧件、第二簧件、第一限位块和第二限位块；所述第一轴、第二轴、第三轴、第四轴、第五轴、第六轴、第七轴和近关节轴的中心线相互平行；所述第一轴套设在基座中，所述第一连杆套接在第一轴上；所述传动机构的输出端与第一连杆相连；所述第二轴套设在第一连杆中，所述第二连杆套接在第二轴上；所述第三轴套设在第二连杆中；所述第三连杆套接在第三轴上，第三连杆套接在中关节轴上；所
述第四轴套设在第三连杆中；所述第四连杆套接在第四轴上；所述第五轴套设在第四连杆中，所述第三指段套接在第五轴上；所述第六轴套设在基座中，所述第五连杆套接在第六轴上；所述第七轴套设在第五连杆中，所述第六连杆套接在第七轴上，所述第六连杆套接在中关节轴上；所述第一簧件的两端分别连接第一连杆和第二连杆；所述第二簧件的两端分别连接第六连杆和第二指段；所述第一限位块与第一连杆固接，所述第二限位块与第六连杆固接；在初始状态时，所述第二连杆与第一限位块接触；在初始状态时，所述第二指段与第二限位块接触；设近关节轴、中关节轴、远关节轴、第一轴、第二轴、第三轴、第四轴、第五轴、第六轴和第七轴的中心点分别为a、b、c、d、e、f、g、h、i、j；线段ad和线段bf的长度相等；线段bg和线段ch的长度相等；线段bc和线段gh的长度相等；线段ab、线段bj、线段ij、线段bc和线段ai的长度满足：ab:bj:ij:bc:ai＝100:49:51:68:68；在初始状态时，线段ab和线段df的长度相等；在初始状态时，线段ab和线段cj的长度满足：ab:cj＝100:110。
7.本发明所述的差动并联连杆直线平夹双指段自适应机器人手指装置，其特征在于：所述传动机构包括减速器、蜗杆和蜗轮；所述电机的输出轴与减速器的输入轴相连；所述蜗杆套固在减速器的输出轴上；所述蜗轮套固在第一轴上，所述蜗杆与蜗轮啮合，第一连杆套固在第一轴上。
8.本发明所述的差动并联连杆直线平夹双指段自适应机器人手指装置，其特征在于：所述第一簧件采用拉簧、压簧或扭簧；所述第二簧件采用拉簧、压簧或扭簧。
9.本发明与现有技术相比，具有以下优点和突出性效果：
10.本发明装置采用电机、传动机构、三个指段、多个连杆、多个轴、两个簧件和两个限位块等综合实现了三关节直线平夹和自适应抓取模式。在初始阶段，该装置为直线平行夹持模式：第三指段平动且轨迹为近似直线，适合夹持平面上的物体；当第一指段接触物体被阻挡，该装置进入自适应抓取模式，多个指段接触物体，对不同形状、尺寸物体具有自适应性。仅用一个电机驱动三个关节，控制简单，抓取稳定，制造和维护成本低。
附图说明
11.图1是本发明设计的差动并联连杆直线平夹双指段自适应机器人手指装置的一种实施例的立体外观图。
12.图2是图1所示实施例的立体图(未画出部分零件)。
13.图3是图1所示实施例的正视图。
14.图4是图3的左侧视图。
15.图5是图3的k
‑
k剖视图。
16.图6是图3的q
‑
q剖视图。
17.图7是图1所示实施例的背面外观图。
18.图8是图1所示实施例中部分连杆机构原理简图(其中c点沿着近似直线轨迹运动)。
19.图9是图1所示实施例的机构原理简图。
20.图10是图1所示实施例实施直线平夹模式抓取物体的动作过程图。
21.图11是图1所示实施例实施自适应模式抓取物体的动作过程图。
22.在图1至图11中：
23.1－基座，
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11－电机，
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12－减速器，
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13－蜗杆，
24.14－蜗轮，
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21－第一指段，
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22－第二指段，
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23－第三指段，
25.31－近关节轴，
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32－中关节轴，
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33－远关节轴，
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41－第一连杆，
26.42－第二连杆，
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43－第三连杆，
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44－第四连杆，
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45－第五连杆，
27.46－第六连杆，
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51－第一簧件，
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52－第二簧件，
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61－第一限位块，
28.62－第二限位块，
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71－第一轴，
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72－第二轴，
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73－第三轴，
29.74－第四轴，
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75－第五轴，
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76－第六轴，
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77－第七轴，
30.9－物体。
具体实施方式
31.下面结合附图及实施例进一步详细介绍本发明的具体结构、工作原理的内容。
32.本发明设计的差动并联连杆直线平夹双指段自适应机器人手指装置的一种实施例，如图1至图8所示，包括基座1、第一指段21、第二指段22、第三指段23、近关节轴31、中关节轴32、远关节轴33、电机11和传动机构；所述电机11与基座1固接，所述电机11与传动机构的输入端相连；所述近关节轴31套设在基座1中，所述第一指段21套接在近关节轴31上，所述中关节轴32套设在第一指段21中，所述第二指段22套接在中关节轴32上，所述远关节轴33套设在第二指段22中，所述第三指段23套接在远关节轴33上；所述近关节轴31、中关节轴32和远关节轴33的中心线相互平行；该差动并联连杆直线平夹双指段自适应机器人手指装置还包括第一连杆41、第二连杆42、第三连杆43、第四连杆44、第五连杆45、第六连杆46、第一轴71、第二轴72、第三轴73、第四轴74、第五轴75、第六轴76、第七轴77、第一簧件51、第二簧件52、第一限位块61和第二限位块62；所述第一轴71、第二轴72、第三轴73、第四轴74、第五轴75、第六轴76、第七轴77和近关节轴31的中心线相互平行；所述第一轴71套设在基座1中，所述第一连杆41套接在第一轴71上；所述传动机构的输出端与第一连杆41相连；所述第二轴72套设在第一连杆41中，所述第二连杆42套接在第二轴72上；所述第三轴73套设在第二连杆42中；所述第三连杆43套接在第三轴73上，第三连杆43套接在中关节轴32上；所述第四轴74套设在第三连杆43中；所述第四连杆44套接在第四轴74上；所述第五轴75套设在第四连杆44中，所述第三指段33套接在第五轴75上；所述第六轴76套设在基座1中，所述第五连杆45套接在第六轴76上；所述第七轴77套设在第五连杆45中，所述第六连杆46套接在第七轴77上，所述第六连杆46套接在中关节轴32上；所述第一簧件51的两端分别连接第一连杆41和第二连杆42；所述第二簧件52的两端分别连接第六连杆46和第二指段32；所述第一限位块61与第一连杆41固接，所述第二限位块62与第六连杆46固接；在初始状态时，所述第二连杆42与第一限位块61接触；在初始状态时，所述第二指段22与第二限位块62接触；设近关节轴31、中关节轴32、远关节轴33、第一轴71、第二轴72、第三轴73、第四轴74、第五轴75、第六轴76和第七轴77的中心点分别为a、b、c、d、e、f、g、h、i、j；线段ad和线段bf的长度相等；线段bg和线段ch的长度相等；线段bc和线段gh的长度相等；线段ab、线段bj、线段ij、线段bc和线段ai的长度满足：ab:bj:ij:bc:ai＝100:49:51:68:68；在初始状态时，线段ab和线段df的长度相等；在初始状态时，线段ab和线段cj的长度满足：ab:cj＝100:110。
33.本实施例中，所述传动机构包括减速器12、蜗杆13和蜗轮14；所述电机11的输出轴与减速器12的输入轴相连；所述蜗杆13套固在减速器12的输出轴上；所述蜗轮14套固在第
一轴71上，所述蜗杆13与蜗轮14啮合，第一连杆41套固在第一轴71上。
34.本发明所述的差动并联连杆直线平夹双指段自适应机器人手指装置，其特征在于：所述第一簧件采用拉簧、压簧或扭簧；所述第二簧件采用拉簧、压簧或扭簧。在本实施例中，所述第一簧件51采用拉簧；所述第二簧件52采用拉簧。
35.本实施例的工作原理，结合附图，叙述如下：
36.本实施例的初始状态如图1、图4、图5所示，机构原理简图如图8、9所示。在本实施例进行抓取操作时，有两种抓取模式：直线平夹模式、自适应包络抓取模式。介绍如下。
37.(1)直线平夹抓取模式
38.在本实施例初始状态时，在第一簧件51的作用下，所述第二连杆42与第一限位块61接触；在本实施例初始状态时，在第二簧件52的作用下，所述第二指段22与第二限位块62接触。电机11转动，通过减速器12带动蜗杆13转动，蜗轮14转动，第一连杆41绕第一轴71转动41，通过第一簧件51使得第二连杆42运动，通过第三连杆43推动第一指段21绕近关节轴31转动。此时，由于第二簧件52的作用，三角形bcj保持不变的形状。本实施例中的第一指段21、第二指段22、第五连杆45、第六连杆46、近关节轴31、中关节轴32、远关节轴33、第六轴76、第七轴77等零件使得点c沿近似直线轨迹运动的原理如图8所示。当线段ab以a为圆心转动时，可以带动线段ij绕i点转动，点c沿近似直线s轨迹运动。远关节轴33的中心点c在c1与c2之间运动呈现近似直线的轨迹。于是远关节轴33沿近似直线运动。
39.因为第一限位块61与第一连杆41固接，在第一簧件51和第一限位块61的作用下，三角形dfe保持不变形状，线段df与ab长度相等，四边形abfd保持平行四边形(如图9所示)。四边形bchg为平行四边形(如图9所示)，因此第三指段23在此运动过程中保持相对基座不变的姿态，故第三指段23沿近似直线运动。
40.上述过程称为直线平行夹持(简称直线平夹)抓取模式。在此过程中，当第三指段23接触物体，抓取结束，从而实现了直线平夹抓取物体的功能，平夹抓取物体的动作过程如图10所示。
41.(2)自适应抓取模式
42.在上述的直线平夹运动过程中，当第一指段21先接触物体，第二指段22、第三指段23还没有接触物体，第一指段21被阻挡而无法进一步转动，此时，电机11继续转动，第一簧件51被拉伸，第二连杆42离开第一限位块，三角形def变形，∠def增大，线段df不再保持与线段ab相等的长度，线段df长度增大，使得第三连杆43绕中关节轴32转动。
43.由于第二指段22、第三指段23、第三连杆43和第四连杆44构成四边形机构，此时，第二簧件52发生变形，第二指段22离开第二限位块62，直到第二指段22也接触物体。在第三连杆43绕中关节轴32转动的过程中，第三指段23也随之绕远关节轴33转动，直到第三指段23也接触物体。即：第二指段22和第三指段23会分别绕中关节轴32、远关节轴33转动，直到第二指段22和第三指段23也接触物体，实现对物体的自适应抓取。此过程对不同形状、尺寸物体具有自适应性。自适应抓取物体的动作过程如图11所示。
44.释放物体的过程与上述过程相反，不再赘述。
45.本发明装置采用电机、三个指段、多个连杆、多个轴、两个簧件和两个限位块等综合实现了三关节直线平夹和自适应抓取模式。在初始阶段，该装置为直线平行夹持模式：第三指段沿近似直线平动，适合夹持平面上的物体；当第一指段接触物体被阻挡，该装置进入
自适应抓取模式，多个指段接触物体，对不同形状、尺寸物体具有自适应性。仅用一个电机驱动三个关节，抓取稳定，控制简单，制造和维护成本低。