CN111872963A - 一种欠驱动式机器人灵巧手手指 - Google Patents

Abstract

一种欠驱动式机器人灵巧手手指，属于机器人自动化设备技术领域，解决了现有机器人灵巧手存在的控制系统复杂、制造成本高、手指的力量比较生硬、易抓坏易碎物体等技术问题。本发明的技术方案为：一种欠驱动式机器人灵巧手手指，其中：包括驱动件、牵引条、远离掌心的第一指节、与第一指节通过转轴Ⅰ连接的第二指节、与第二指节通过转轴Ⅱ连接的第三指节和与第三指节通过转轴Ⅲ连接的基座；所述牵引条一端与驱动件连接，所述牵引条另一端与销轴固定连接。与现有技术相比，本发明具有结构简单、操作安全、控制方便等优点。

Description

一种欠驱动式机器人灵巧手手指

技术领域

本发明属于机器人自动化设备技术领域，具体涉及的是一种欠驱动式机器人灵巧手手指。

背景技术

随着科技的发展，机器人的应用范围不断扩大，作业水平不断提高。越来越多的应用场景要求机器人的末端执行器能够实现更加复杂和智能的操作，对其灵活性提出了较高要求。传统的机器人的末端执行器是根据特定的工作任务而设计的，自由度少，只能对特定的某些物体进行抓取，不具有通用性，极大限制了其应用范围。机器人灵巧手和人手相似，具有灵巧性、稳定性好，通用性强等优点，能够完成更精细的动作，适应更复杂的场景，成为机器人领域一个热门的研究方向之一。

机器人灵巧手按照驱动方式可以分为全驱式和欠驱式。若要给手指的每个关节配置一个电机驱动，并进行单独的控制，这会导致控制系统的复杂性上升；大量的控制器件也使得机械手的重量、体积增大，制造成本的大幅增加。若对每个手指进行欠驱动，用一个电机驱动多个关节的转动，可以对此问题得到有效改善，但是这种驱动方式无法控制手指的弯曲程度，会使手指的力量变得比较生硬，很容易抓坏易碎物体，同时抓取较硬物体时会有掉落危险。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种欠驱动式机器人灵巧手手指，解决现有机器人灵巧手存在的控制系统复杂、制造成本高、手指的力量比较生硬、易抓坏易碎物体等技术问题。

为了解决上述问题，本发明的技术方案为：一种欠驱动式机器人灵巧手手指，其中：包括驱动件、牵引条、远离掌心的第一指节、与第一指节通过转轴Ⅰ连接的第二指节、与第二指节通过转轴Ⅱ连接的第三指节和与第三指节通过转轴Ⅲ连接的基座；

所述第一指节、第二指节、第三指节和基座的腔体相互连通；所述转轴Ⅰ与第一指节转动连接，转轴Ⅰ与第二指节过盈连接；所述转轴Ⅱ与第二指节转动连接，转轴Ⅱ与第三指节过盈连接；所述转轴Ⅲ与第三指节转动连接，转轴Ⅱ与基座过盈连接；所述第一指节、第二指节、第三指节和基座底部靠近转轴Ⅰ、转轴Ⅱ和转轴Ⅲ的位置处均设置有限位口；

所述第一指节内腔远离转轴Ⅰ一端底部设有销轴，所述第一指节内腔下部设有与第一指节腔体底部相平行的限位板Ⅰ，所述第二指节内腔下部设有与第二指节腔体底部相平行的限位板Ⅱ，第三指节内腔下部设有与第三指节腔体底部相平行的限位板Ⅲ，基座内腔下部设有与基座腔体底部相平行的限位板Ⅳ；

所述牵引条一端与驱动件连接，所述牵引条另一端依次穿过基座腔体底部与限位板Ⅳ之间的通道、第三指节腔体底部与限位板Ⅲ之间的通道、第二指节腔体底部与限位板Ⅱ之间的通道、第一指节腔体底部与限位板Ⅰ之间的通道后与销轴固定连接；所述转轴Ⅰ、转轴Ⅱ和转轴Ⅲ均设在牵引条上方；

所述第一指节、第二指节、第三指节和基座底面中部均设有力传感器，所述转轴Ⅰ、转轴Ⅱ和转轴Ⅲ位置处均安装有编码器。

进一步，所述第一指节、第二指节、第三指节和基座的外壳均由左右两部分拼接而成，所述销轴、限位板Ⅰ分别固定于第一指节左侧外壳上，所述限位板Ⅱ固定于第二指节左侧外壳上，所述限位板Ⅲ固定于第三指节左侧外壳上，所述限位板Ⅳ固定于基座左侧外壳上。

进一步，所述转轴Ⅰ位置处安装的编码器的内衬套与转轴Ⅰ过盈连接、读头固定安装在第一指节上；所述转轴Ⅱ位置处安装的编码器的内衬套与转轴Ⅱ过盈连接、读头固定安装在第二指节上；所述转轴Ⅲ位置处安装的编码器的内衬套与转轴Ⅲ过盈连接、读头固定安装在第三指节上。

进一步，所述驱动件的动力输出端通过丝杆和安装在丝杆上的螺母滑块与牵引条连接。

本发明采用欠驱动方式，具有自适应的效果；编码器的设置可以读取手指三个关节的转动角度，进行位置反馈；力传感器的设置，可对灵巧手在抓取时进行力反馈。本发明所述驱动件沿着远离手指基座方向拖拽所述牵引条可以完成手指的弯曲，所述驱动件沿着靠近手指基座的方向推动所述牵引条可以完成手指的伸直。驱动件根据编码器的位置反馈和力传感器的力反馈可控制灵巧手抓取物体的力度以及手指弯曲伸展的程度。与现有技术相比，本发明具有结构简单、操作安全、控制方便等优点。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的俯视图；

图3为图2的A-A剖面示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细描述。

如图1至图3所示的一种欠驱动式机器人灵巧手手指，其中：包括驱动件6、牵引条5、远离掌心的第一指节1、与第一指节1通过转轴Ⅰ7连接的第二指节2、与第二指节2通过转轴Ⅱ8连接的第三指节3和与第三指节3通过转轴Ⅲ9连接的基座4；

所述第一指节1、第二指节2、第三指节3和基座4的腔体相互连通；所述转轴Ⅰ7与第一指节1转动连接，转轴Ⅰ7与第二指节2过盈连接；所述转轴Ⅱ8与第二指节2转动连接，转轴Ⅱ8与第三指节3过盈连接；所述转轴Ⅲ9与第三指节3转动连接，转轴Ⅱ8与基座4过盈连接；所述第一指节1、第二指节2、第三指节3和基座4底部靠近转轴Ⅰ7、转轴Ⅱ8和转轴Ⅲ9的位置处均设置有限位口10；

所述第一指节1内腔远离转轴Ⅰ7一端底部设有销轴11，所述第一指节1内腔下部设有与第一指节1腔体底部相平行的限位板Ⅰ12，所述第二指节2内腔下部设有与第二指节2腔体底部相平行的限位板Ⅱ13，第三指节3内腔下部设有与第三指节3腔体底部相平行的限位板Ⅲ14，基座4内腔下部设有与基座4腔体底部相平行的限位板Ⅳ15；

所述牵引条5一端与驱动件6连接，所述牵引条5另一端依次穿过基座4腔体底部与限位板Ⅳ15之间的通道、第三指节3腔体底部与限位板Ⅲ14之间的通道、第二指节2腔体底部与限位板Ⅱ13之间的通道、第一指节1腔体底部与限位板Ⅰ12之间的通道后与销轴11固定连接；所述转轴Ⅰ7、转轴Ⅱ8和转轴Ⅲ9均设在牵引条5上方；

所述第一指节1、第二指节2、第三指节3和基座4底面中部均设有力传感器16，所述转轴Ⅰ7、转轴Ⅱ8和转轴Ⅲ9位置处均安装有编码器。

进一步，所述第一指节1、第二指节2、第三指节3和基座4的外壳均由左右两部分拼接而成，所述销轴11、限位板Ⅰ12分别固定于第一指节1左侧外壳上，所述限位板Ⅱ13固定于第二指节2左侧外壳上，所述限位板Ⅲ14固定于第三指节3左侧外壳上，所述限位板Ⅳ15固定于基座4左侧外壳上。

进一步，所述转轴Ⅰ7位置处安装的编码器的内衬套与转轴Ⅰ7过盈连接、读头固定安装在第一指节1上；所述转轴Ⅱ8位置处安装的编码器的内衬套与转轴Ⅱ8过盈连接、读头固定安装在第二指节2上；所述转轴Ⅲ9位置处安装的编码器的内衬套与转轴Ⅲ9过盈连接、读头固定安装在第三指节3上。

进一步，所述驱动件6的动力输出端通过丝杆和安装在丝杆上的螺母滑块与牵引条5连接。

本发明的工作原理和工作流程是：

使用时，驱动件6沿着远离基座4方向的竖直拖拽牵引条5，牵引条5作用于销轴11，对转轴Ⅰ12、转轴Ⅱ13、转轴Ⅲ14均产生使手指弯曲的力矩，使手指弯曲，实现对物体的抓取，具有自适应的效果，在无阻碍的情况下直到达到限位角度；在这个过程中，根据编码器读取的数据分析，当三个指节的转动角度在一定小范围内同时稳定、力传感器的力反馈达到预期值则视为手指已抓紧物体或达到限位角度，驱动件6停止拖拽牵引条5；

驱动件6沿着靠近基座4的方向竖直推动牵引条5，牵引条5作用于销轴11，对转轴Ⅰ12、转轴Ⅱ13、转轴Ⅲ14均产生使手指伸直的力矩，使手指逐渐伸直，直到达到限位角度，在这个过程中，驱动件6可以根据编码器读取的数据控制手指伸展的程度。

Claims (4)

1.一种欠驱动式机器人灵巧手手指，其特征在于：包括驱动件(6)、牵引条(5)、远离掌心的第一指节(1)、与第一指节(1)通过转轴Ⅰ(7)连接的第二指节(2)、与第二指节(2)通过转轴Ⅱ(8)连接的第三指节(3)和与第三指节(3)通过转轴Ⅲ(9)连接的基座(4)；

所述第一指节(1)、第二指节(2)、第三指节(3)和基座(4)的腔体相互连通；所述转轴Ⅰ(7)与第一指节(1)转动连接，转轴Ⅰ(7)与第二指节(2)过盈连接；所述转轴Ⅱ(8)与第二指节(2)转动连接，转轴Ⅱ(8)与第三指节(3)过盈连接；所述转轴Ⅲ(9)与第三指节(3)转动连接，转轴Ⅱ(8)与基座(4)过盈连接；所述第一指节(1)、第二指节(2)、第三指节(3)和基座(4)底部靠近转轴Ⅰ(7)、转轴Ⅱ(8)和转轴Ⅲ(9)的位置处均设置有限位口(10)；

所述第一指节(1)内腔远离转轴Ⅰ(7)一端底部设有销轴(11)，所述第一指节(1)内腔下部设有与第一指节(1)腔体底部相平行的限位板Ⅰ(12)，所述第二指节(2)内腔下部设有与第二指节(2)腔体底部相平行的限位板Ⅱ(13)，第三指节(3)内腔下部设有与第三指节(3)腔体底部相平行的限位板Ⅲ(14)，基座(4)内腔下部设有与基座(4)腔体底部相平行的限位板Ⅳ(15)；

所述牵引条(5)一端与驱动件(6)连接，所述牵引条(5)另一端依次穿过基座(4)腔体底部与限位板Ⅳ(15)之间的通道、第三指节(3)腔体底部与限位板Ⅲ(14)之间的通道、第二指节(2)腔体底部与限位板Ⅱ(13)之间的通道、第一指节(1)腔体底部与限位板Ⅰ(12)之间的通道后与销轴(11)固定连接；所述转轴Ⅰ(7)、转轴Ⅱ(8)和转轴Ⅲ(9)均设在牵引条(5)上方；

所述第一指节(1)、第二指节(2)、第三指节(3)和基座(4)底面中部均设有力传感器(16)，所述转轴Ⅰ(7)、转轴Ⅱ(8)和转轴Ⅲ(9)位置处均安装有编码器。

2.根据权利要求1所述的一种欠驱动式机器人灵巧手手指，其特征在于：所述第一指节(1)、第二指节(2)、第三指节(3)和基座(4)的外壳均由左右两部分拼接而成，所述销轴(11)、限位板Ⅰ(12)分别固定于第一指节(1)左侧外壳上，所述限位板Ⅱ(13)固定于第二指节(2)左侧外壳上，所述限位板Ⅲ(14)固定于第三指节(3)左侧外壳上，所述限位板Ⅳ(15)固定于基座(4)左侧外壳上。

3.根据权利要求1所述的一种欠驱动式机器人灵巧手手指，其特征在于：所述转轴Ⅰ(7)位置处安装的编码器的内衬套与转轴Ⅰ(7)过盈连接、读头固定安装在第一指节(1)上；所述转轴Ⅱ(8)位置处安装的编码器的内衬套与转轴Ⅱ(8)过盈连接、读头固定安装在第二指节(2)上；所述转轴Ⅲ(9)位置处安装的编码器的内衬套与转轴Ⅲ(9)过盈连接、读头固定安装在第三指节(3)上。

4.根据权利要求1所述的一种欠驱动式机器人灵巧手手指，其特征在于：所述驱动件(6)的动力输出端通过丝杆和安装在丝杆上的螺母滑块与牵引条(5)连接。

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