多連桿雙簧件直線平夾自適應(yīng)機(jī)器人手指裝置的制作方法

本發(fā)明屬于機(jī)器人手技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種多連桿雙簧件直線平夾自適應(yīng)機(jī)器人手指裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

背景技術(shù)：

由于欠驅(qū)動(dòng)手指可以實(shí)現(xiàn)較好的自適應(yīng)抓取，對(duì)不同的尺寸、形狀物體都可以較好抓取，而無(wú)需復(fù)雜的實(shí)時(shí)抓取規(guī)劃，具有非常好的效果，成為近年來(lái)的研究開(kāi)發(fā)熱點(diǎn)。但是傳統(tǒng)的欠驅(qū)動(dòng)手僅具有一種固定的抓取模式，影響了其靈活性，難以實(shí)現(xiàn)多種抓取模式，在現(xiàn)實(shí)抓取中常常需要兩種以上的抓取模式。

在抓取物體時(shí)主要有兩種抓取方法，一種是夾持，一種是握持。夾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(duì)小尺寸物體或具有對(duì)立面的較大物體，抓取很精確，也稱為精確抓取；握持是用手指的多個(gè)指段包絡(luò)環(huán)繞物體來(lái)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，力量更大，也稱為力量抓取。

工業(yè)夾持器一般采用末端平行的夾持方式，難以具有包絡(luò)握持功能，不能適應(yīng)多種形狀物體的穩(wěn)定包絡(luò)抓?。蛔赃m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(wú)法實(shí)施末端平行夾持抓取。

已有的一種欠驅(qū)動(dòng)兩關(guān)節(jié)機(jī)器人手指裝置(中國(guó)發(fā)明專利CN101234489A)，包括基座、電機(jī)、中部指段、末端指段和平行齒輪式傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等。該裝置實(shí)現(xiàn)了雙關(guān)節(jié)手指自適應(yīng)抓取效果。該裝置的不足之處為：手指在未碰觸物體前始終呈現(xiàn)伸直狀態(tài)，抓取方式僅有握持方式，不能實(shí)現(xiàn)平行夾持抓取效果。

已有的一種欠驅(qū)動(dòng)手指裝置(美國(guó)專利US8973958B2)，包括五個(gè)連桿、彈簧、機(jī)械約束和電機(jī)等。該裝置實(shí)現(xiàn)了圓弧平行夾持與自適應(yīng)抓取模式。在工作時(shí)，開(kāi)始階段相對(duì)于基座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)平行夾持或自適應(yīng)包絡(luò)握持的功能。其不足之處在于，(1)該裝置僅能實(shí)現(xiàn)圓弧平行夾持功能，無(wú)法實(shí)現(xiàn)直線平行夾持功能，在工作臺(tái)上夾持不同尺寸的薄板物體時(shí)需要機(jī)器人臂部運(yùn)動(dòng)才能配合實(shí)現(xiàn)抓?。?2)該多連桿機(jī)構(gòu)存在較大的運(yùn)動(dòng)死區(qū)，抓取范圍小。

技術(shù)實(shí)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，提供一種多連桿雙簧件直線平夾自適應(yīng)機(jī)器人手指裝置。該裝置具有直線平行夾持和自適應(yīng)抓取兩種抓取模式，無(wú)需對(duì)物體環(huán)境進(jìn)行復(fù)雜的實(shí)時(shí)檢測(cè)、規(guī)劃，既能沿著直線平動(dòng)末端的第二指段去夾持物體，也能先后運(yùn)動(dòng)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；采用單個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，抓取范圍大。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

本發(fā)明設(shè)計(jì)的一種多連桿雙簧件直線平夾自適應(yīng)機(jī)器人手指裝置，其特征在于：包括基座、第一指段、第二指段、關(guān)節(jié)軸、電機(jī)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、第一連桿、第二連桿、第三連桿、第四連桿、第五連桿、第六連桿、第七連桿、第一軸、第二軸、第三軸、第四軸、第五軸、第六軸、第七軸、第一簧件、第二簧件、限位塊和凸塊撥盤；所述電機(jī)與基座固接；所述傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)置在基座中；所述電機(jī)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)的輸出端與第一軸相連，所述第一軸套設(shè)在基座中，所述凸塊撥盤套固在第一軸上，所述第一簧件的兩端分別連接第一連桿和凸塊撥盤；所述第一連桿的一端套接在第一軸上，第一連桿的另一端套接在第二軸上；所述第二連桿的一端套接在第二軸上，第二連桿的另一端套接在關(guān)節(jié)軸上，所述第一指段與第二連桿固接；所述第三軸套設(shè)在第二連桿的中部，所述第三連桿的一端套接在第三軸上，第三連桿的另一端套接在第四軸上，所述第四軸套設(shè)在基座上；所述第四連桿的一端套接在第一軸上，第四連桿的另一端套接在第五軸上；所述第五連桿的一端套接在第五軸上，第五連桿的另一端套接在第六軸上；所述第六連桿的一端套接在第六軸上，第六連桿的另一端套接在第二軸上；所述第七連桿的一端套接在第六軸上，第七連桿的另一端套接在第七軸上；所述第二指段套接在關(guān)節(jié)軸上，所述第二指段套接在第七軸上；所述第一軸、第二軸、第三軸、第四軸、第五軸、第六軸和第七軸的中心線相互平行；所述第二簧件的兩端分別連接第四連桿和基座，所述限位塊固接在基座上，阻止第四連桿繞第一軸順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)；所述凸塊撥盤上固定有凸塊，所述凸塊在初始位置時(shí)與第四連桿存在角度差，所述凸塊在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中會(huì)接觸并推動(dòng)第四連桿；設(shè)第一軸的中心點(diǎn)為A，第二軸的中心點(diǎn)為B，第三軸的中心點(diǎn)為C，第四軸的中心點(diǎn)為D，第五軸的中心點(diǎn)為E，第六軸的中心點(diǎn)為F，第七軸的中心點(diǎn)為G，關(guān)節(jié)軸的中心點(diǎn)為H，線段AB的長(zhǎng)度與線段EF的長(zhǎng)度相等，線段AE的長(zhǎng)度與線段BF的長(zhǎng)度相等，線段BF的長(zhǎng)度與線段GH的長(zhǎng)度相等，線段BH的長(zhǎng)度與線段FG的長(zhǎng)度相等，線段BC的長(zhǎng)度為線段AB長(zhǎng)度的2.5倍，線段CD的長(zhǎng)度與線段BC的長(zhǎng)度相等，線段BC的長(zhǎng)度與線段CH的長(zhǎng)度相等，線段AD的長(zhǎng)度為線段AB長(zhǎng)度的2倍。

本發(fā)明所述的多連桿雙簧件直線平夾自適應(yīng)機(jī)器人手指裝置，其特征在于：還包括第一過(guò)渡軸、第二過(guò)渡軸和第八連桿；所述第一過(guò)渡軸套設(shè)在第六連桿的中部，所述第二過(guò)渡軸套設(shè)在第四連桿的中部，所述第八連桿的兩端分別套接在第一過(guò)渡軸和第二過(guò)渡軸上。

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：

本發(fā)明裝置利用單個(gè)電機(jī)、多個(gè)連桿、凸塊撥盤和兩個(gè)簧件等綜合實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人手指直線平行夾持與自適應(yīng)抓取的功能；采用滿足一定條件的四連桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸沿著直線運(yùn)動(dòng)，采用雙平行四連桿機(jī)構(gòu)配合實(shí)現(xiàn)第二指段保持相對(duì)基座固定姿態(tài)的平動(dòng)；當(dāng)物體接觸第一指段被阻擋時(shí)，通過(guò)兩個(gè)簧件、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和凸塊撥盤等綜合實(shí)現(xiàn)了第二指段自動(dòng)繞關(guān)節(jié)軸轉(zhuǎn)動(dòng)；利用單個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)兩個(gè)指段，達(dá)到欠驅(qū)動(dòng)效果；根據(jù)物體形狀和位置的不同，可以在平夾與自適應(yīng)兩種模式之間自動(dòng)切換；該裝置能夠直線平動(dòng)第二指段去夾持物體，適用于工作臺(tái)上薄板零件的良好夾持，該裝置還能在第一指段接觸物體之后，自動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)第二指段去接觸物體，獲得出力更大的穩(wěn)定握持效果，能夠自動(dòng)適應(yīng)不同形狀、大小的物體的抓取；抓取范圍大，穩(wěn)定可靠。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明設(shè)計(jì)的多連桿雙簧件直線平夾自適應(yīng)機(jī)器人手指裝置的一種實(shí)施例的立體外觀圖。

圖2是圖1所示實(shí)施例的側(cè)面視圖(未畫出部分零件)。

圖3是圖1所示實(shí)施例的立體視圖(未畫出部分零件)。

圖4是圖1所示實(shí)施例的正視圖(未畫出部分零件)。

圖5至圖7是圖1所示實(shí)施例在直線平行夾持階段的動(dòng)作過(guò)程圖。

圖8是圖1所示實(shí)施例在自適應(yīng)包絡(luò)抓取的示意圖。

圖9是圖1所示實(shí)施例的側(cè)面外觀(未畫出部分零件)，顯示點(diǎn)A、B、C、D、E、F、G和H的位置。

圖10是圖9所示的AB、BCH、CD及基座連桿AD的多個(gè)連桿機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖，顯示出在主動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)連桿AB時(shí)點(diǎn)H的移動(dòng)軌跡，該軌跡中有一段直線軌跡就是本實(shí)施例的第二指段直線平行夾持階段的移動(dòng)軌跡。

圖11是圖1所示實(shí)施例在直線平行夾持階段的動(dòng)作示意圖，其中的雙點(diǎn)劃線、虛線分別為平行夾持階段的不同狀態(tài)。

圖12是圖1所示實(shí)施例自適應(yīng)包絡(luò)物體的動(dòng)作示意圖，其中的雙點(diǎn)劃線為包絡(luò)物體狀態(tài)。

圖13至圖15是圖1所示實(shí)施例在抓取物體動(dòng)作過(guò)程中幾個(gè)關(guān)鍵位置時(shí)，凸塊撥盤、凸塊、第一簧件、第二簧件第一連桿、第四連桿與限位塊的相對(duì)位置的變化情況。

在圖1至圖15中：

1－基座， 11－限位塊， 2－電機(jī)， 20－減速器， 21－第一軸，

22－第二軸， 23－第三軸， 24－第四軸， 25－第五軸， 26－第六軸，

27－第七軸， 28－關(guān)節(jié)軸， 29－第一過(guò)渡軸， 210－第二過(guò)渡軸， 3－傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，

4－凸塊撥盤， 41－凸塊， 51－第一指段， 52－第二指段， 71－第一連桿，

72－第二連桿， 73－第三連桿， 74－第四連桿， 75－第五連桿， 76－第六連桿，

77－第七連桿， 78－第八連桿， 81－第一簧件， 82－第二簧件， 9－物體。

具體實(shí)施方式

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。

本發(fā)明設(shè)計(jì)的多連桿雙簧件直線平夾自適應(yīng)機(jī)器人手指裝置的一種實(shí)施例，如圖1至圖4所示，包括基座1、第一指段51、第二指段52、關(guān)節(jié)軸28、電機(jī)2、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)3、第一連桿71、第二連桿72、第三連桿73、第四連桿74、第五連桿75、第六連桿76、第七連桿77、第一軸21、第二軸22、第三軸23、第四軸24、第五軸25、第六軸26、第七軸27、第一簧件81、第二簧件82、限位塊11和凸塊撥盤4；所述電機(jī)2與基座1固接；所述傳動(dòng)機(jī)構(gòu)3設(shè)置在基座1中；所述電機(jī)2的輸出軸與傳動(dòng)機(jī)構(gòu)3的輸入端相連；所述傳動(dòng)機(jī)構(gòu)3的輸出端與第一軸21相連，所述第一軸21套設(shè)在基座1中，所述凸塊撥盤4套固在第一軸21上，所述第一簧件81的兩端分別連接第一連桿71和凸塊撥盤4；所述第一連桿71的一端套接在第一軸21上，第一連桿71的另一端套接在第二軸22上；所述第二連桿72的一端套接在第二軸22上，第二連桿72的另一端套接在關(guān)節(jié)軸28上，所述第一指段51與第二連桿72固接；所述第三軸23套設(shè)在第二連桿72的中部，所述第三連桿73的一端套接在第三軸23上，第三連桿73的另一端套接在第四軸24上，所述第四軸24套設(shè)在基座1上；所述第四連桿74的一端套接在第一軸21上，第四連桿74的另一端套接在第五軸25上；所述第五連桿75的一端套接在第五軸25上，第五連桿75的另一端套接在第六軸26上；所述第六連桿76的一端套接在第六軸26上，第六連桿76的另一端套接在第二軸22上；所述第七連桿77的一端套接在第六軸26上，第七連桿77的另一端套接在第七軸27上；所述第二指段52套接在關(guān)節(jié)軸28上，所述第二指段52套接在第七軸27上；所述第一軸21、第二軸22、第三軸23、第四軸24、第五軸25、第六軸26和第七軸27的中心線相互平行；所述第二簧件82的兩端分別連接第四連桿74和基座1，所述限位塊11固接在基座1上，阻止第四連桿74繞第一軸21順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)；所述凸塊撥盤4上固定有凸塊41，所述凸塊41在初始位置時(shí)與第四連桿74存在角度差，所述凸塊41在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中會(huì)接觸并推動(dòng)第四連桿74；設(shè)第一軸21的中心點(diǎn)為A，第二軸22的中心點(diǎn)為B，第三軸23的中心點(diǎn)為C，第四軸24的中心點(diǎn)為D，第五軸25的中心點(diǎn)為E，第六軸26的中心點(diǎn)為F，第七軸27的中心點(diǎn)為G，關(guān)節(jié)軸28的中心點(diǎn)為H，線段AB的長(zhǎng)度與線段EF的長(zhǎng)度相等，線段AE的長(zhǎng)度與線段BF的長(zhǎng)度相等，線段BF的長(zhǎng)度與線段GH的長(zhǎng)度相等，線段BH的長(zhǎng)度與線段FG的長(zhǎng)度相等，線段BC的長(zhǎng)度為線段AB長(zhǎng)度的2.5倍，線段CD的長(zhǎng)度與線段BC的長(zhǎng)度相等，線段BC的長(zhǎng)度與線段CH的長(zhǎng)度相等，線段AD的長(zhǎng)度為線段AB長(zhǎng)度的2倍。

本實(shí)施例還包括第一過(guò)渡軸29、第二過(guò)渡軸210和第八連桿78；所述第一過(guò)渡軸29套設(shè)在第六連桿76的中部，所述第二過(guò)渡軸210套設(shè)在第四連桿74的中部，所述第八連桿78的兩端分別套接在第一過(guò)渡軸29和第二過(guò)渡軸210上。

本實(shí)施例中，所述傳動(dòng)機(jī)構(gòu)3為減速器20，所述第一簧件81采用拉簧，所述第二簧件82采用拉簧。

采用本實(shí)施例構(gòu)成的一種機(jī)器人手裝置，包括多個(gè)多連桿雙簧件直線平夾自適應(yīng)機(jī)器人手指裝置，所有所述多連桿雙簧件直線平夾自適應(yīng)機(jī)器人手指裝置的基座1固接在一起。

本實(shí)施例的工作原理，結(jié)合附圖敘述如下：

本實(shí)施例處于初始狀態(tài)時(shí)，如圖1所示。

電機(jī)2轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)3帶動(dòng)凸塊撥盤4轉(zhuǎn)動(dòng)，第一簧件81拉動(dòng)第一連桿71繞著第一軸21的中心線轉(zhuǎn)動(dòng)；因?yàn)榈谝贿B桿71、第二連桿72、第三連桿73和基座1構(gòu)成了切比雪夫四連桿機(jī)構(gòu)，并且滿足以下條件：

a)線段BC的長(zhǎng)度、線段CD的長(zhǎng)度和線段CH的長(zhǎng)度三者相等，

b)線段AD的長(zhǎng)度等于線段AB的長(zhǎng)度的2倍，

c)線段CD的長(zhǎng)度是線段AB的長(zhǎng)度的2.5倍；

所以，當(dāng)?shù)谝贿B桿71逆時(shí)針從上方轉(zhuǎn)動(dòng)到下方時(shí)，點(diǎn)H的軌跡為直線，如圖9、圖10所示。

此外，第一連桿71、第四連桿74、第五連桿75和第六連桿76構(gòu)成了平行四連桿機(jī)構(gòu)，第六連桿76、第二連桿72、第七連桿77和第二指段52構(gòu)成了平行四連桿機(jī)構(gòu)，因此在開(kāi)始階段，由于第二簧件82將第四連桿74拉動(dòng)套在與基座1固定的凸塊41上，因此運(yùn)動(dòng)中HG線段將始終平行于線段AE，即第二指段52保持與基座1相對(duì)不變的姿態(tài)，達(dá)到直線平行夾持的抓取動(dòng)作，如圖11、圖5至圖8所示，在此過(guò)程中當(dāng)?shù)诙付?2接觸物體，則抓取結(jié)束。

當(dāng)上述過(guò)程中第一指段51接觸物體9被阻擋，且第二指段52還未接觸物體9，則進(jìn)入第二階段——自適應(yīng)抓取模式，如下：

電機(jī)2繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)第一簧件81變形，第一連桿71和第二連桿72不再運(yùn)動(dòng)，固接在一起的第二連桿72和第一指段52對(duì)物體9施加抓持力，同時(shí)電機(jī)2的動(dòng)力帶動(dòng)凸塊撥盤4轉(zhuǎn)動(dòng)，剛開(kāi)始時(shí)，凸塊撥盤4上的凸塊41還未接觸第四連桿74，過(guò)一個(gè)很小的時(shí)間段后，凸塊撥盤4上的凸塊41接觸并推動(dòng)第四連桿74轉(zhuǎn)動(dòng)，使得第二簧件82發(fā)生變形，然后通過(guò)第一連桿71、第四連桿74、第五連桿75和第六連桿76平行四連桿機(jī)構(gòu)的作用，使得第六連桿76繞第二軸22的中心轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度，通過(guò)第六連桿76、第二連桿72、第七連桿77和第二指段52平行四連桿機(jī)構(gòu)的作用，使得第二指段52繞關(guān)節(jié)軸28的中心轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度，直到第二指段52接觸物體9，抓取結(jié)束，如圖12所示。

圖13至圖15是本實(shí)施例在抓取物體動(dòng)作過(guò)程中幾個(gè)關(guān)鍵位置時(shí)，凸塊撥盤、凸塊、第一簧件、第二簧件第一連桿、第四連桿與限位塊的相對(duì)位置的變化情況。

釋放過(guò)程時(shí)，電機(jī)2反轉(zhuǎn)，與上述過(guò)程相反，不再贅述。

針對(duì)不同形狀尺寸的物體9，該裝置具有自適應(yīng)抓取的特點(diǎn)。

本發(fā)明裝置利用單個(gè)電機(jī)、多個(gè)連桿、凸塊撥盤和兩個(gè)簧件等綜合實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人手指直線平行夾持與自適應(yīng)抓取的功能；采用滿足一定條件的四連桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸沿著直線運(yùn)動(dòng)，采用雙平行四連桿機(jī)構(gòu)配合實(shí)現(xiàn)第二指段保持相對(duì)基座固定姿態(tài)的平動(dòng)；當(dāng)物體接觸第一指段被阻擋時(shí)，通過(guò)兩個(gè)簧件、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和凸塊撥盤等綜合實(shí)現(xiàn)了第二指段自動(dòng)繞關(guān)節(jié)軸轉(zhuǎn)動(dòng)；利用單個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)兩個(gè)指段，達(dá)到欠驅(qū)動(dòng)效果；根據(jù)物體形狀和位置的不同，可以在平夾與自適應(yīng)兩種模式之間自動(dòng)切換；該裝置能夠直線平動(dòng)第二指段去夾持物體，適用于工作臺(tái)上薄板零件的良好夾持，該裝置還能在第一指段接觸物體之后，自動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)第二指段去接觸物體，獲得出力更大的穩(wěn)定握持效果，能夠自動(dòng)適應(yīng)不同形狀、大小的物體的抓取；抓取范圍大，穩(wěn)定可靠。