适合桌面物抓取的机器人手指装置制造方法及图纸

一种适合桌面物抓取的机器人手指装置，属于机器人手技术领域，包括基座、两个指段、两个关节轴、电机、传动机构、多个连杆、两个弹簧、两个滑块和第二指段表面罩等。该装置实现了直线平夹与自适应抓取的功能：既能平动第二指段夹持物体，也能依次转动第一指段和第二指段自适应包络不同形状、大小的物体；在平动第二指段夹持物体阶段，第二指段末端始终保持在近似直线的轨迹运动，适合在桌面上抓取薄板物体，减少对机械臂协同控制编程的需求；该装置抓取范围大，抓取稳定可靠；仅利用一个电机驱动两个关节，无需复杂的传感和控制系统；该装置结构简单、体积小、重量轻，加工、装配和维修成本低，适用于机器人手。

Robot finger device suitable for tabletop grabbing

A robot finger device suitable for desktop grabbing belongs to the robot hand technology field, including a base, two fingers, two joint axes, motors, transmission mechanisms, multiple connecting rods, two springs, two sliders and second finger surface covers. The device realizes straight clamp and adaptive grasping function: both translational second finger segment clamping objects, also can in turn refers to the rotation of the first section and the second section of adaptive envelope objects with different shapes and sizes; in section second refers to the translational holding object refers to the end stage, second remain in motion approximation straight, suitable for desktop capture sheet objects, reducing the mechanical arm coordination control programming needs; the device capture range, grab is stable and reliable; using only one motor driving two joints, without complex sensing and control system; the device has the advantages of simple structure, small volume, light weight, processing and assembly and the maintenance cost is low, suitable for robot hand.

【技术实现步骤摘要】
适合桌面物抓取的机器人手指装置
本专利技术属于机器人手
，特别涉及一种适合桌面物抓取的机器人手指装置的结构设计。
技术介绍
机器人手作为机器人的重要部件，是机器人研究的热点和难点。已开发出来的机器人手(工业夹持器、欠驱动手、灵巧手和特种手等)配合机器人传感与控制系统，能在许多特殊的环境中完成特定任务。灵巧手具有较多的关节自由度和较高的拟人灵巧性，能够完成多数人手抓取、操作和感知功能，但是实时传感与控制需求较高，系统比较复杂，成本比较昂贵，不利于推广应用。特种手主要是针对特定物体开发的各种无手指机器人手的统称，例如吸盘、磁铁、静电以及主动吸气式装置，在抓取物体方面，不如具有多个手指的机器人手更适合在人居环境中使用。工业夹持器一般采用平行夹持的方式，但是为了保持夹持的稳定性，需要施加较大的夹紧力，利用物体与机器人手间的摩擦力来保证稳定的抓取物体，然而较大的夹紧力会使物体表面产生大的应变，甚至使物体产生塑性变形或破坏物体。具有直线平动夹持的机器人手已经被设计出来，例如专利WO2016063314A1，包括基座、驱动器、若干连杆、一个夹持指段等。该装置能够实现夹持指段的直线平动，利用夹持指段的平行移动对不同大小的物体实现平行夹持的功能。其不足之处在于：该装置无法实现自适应包络抓取物体的功能。欠驱动机器人手是一类利用较少电机驱动较多关节自由度来达到较好抓取物体目的的多指机器人手。欠驱动手目前已经开发出具有耦合抓取、平夹抓取和复合抓取模式的几类机器人手，其中平夹与自适应复合抓取欠驱动机器人手具有广泛的应用前景，得到了较多的研究。为了保持常用的平夹抓取，同时增加对物体包络抓取效果以提高抓取范围和抓取稳定性，具有平行夹持和自适应包络两种抓取模式的平夹自适应欠驱动机器人手被开发出来。已有的一种欠驱动机器人手指装置，如加拿大Laval大学的专利US5762390A，包括基座、驱动器、传动机构、六个连杆、三个指段、限位机构和多个弹簧等。该装置实现了平夹及自适应包络物体的效果：最初阶段该装置转动整体绕根部近关节转动，同时末端指段相对于基座保持竖直的初始姿态不变，直到近指段接触物体，中部关节转动，中部指段接触物体，末端关节转动，末端指段才最终转动扣向物体，最后达到多个指段均包络抓取物体的特效。该装置的不足之处在于：该装置在平夹抓取的最初阶段中，手指末端呈圆弧运动——末端圆弧平动，无法实现末端指段直线平动的效果，在抓取桌面物体时，需要机械臂的良好配合，因而增大了对机械臂协同控制编程的依赖。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服已有技术的不足之处，提供一种适合桌面物抓取的机器人手指装置。该装置能够实现直线平夹与自适应复合抓取模式：既能平动第二指段夹持物体，也能依次转动第一指段和第二指段自适应包络不同形状、大小的物体；在平动第二指段夹持物体阶段，第二指段末端始终保持在近似直线的轨迹运动，适合在桌面上抓取薄板物体，减少对机械臂协同控制编程的需求；该装置抓取范围大，抓取稳定可靠；仅利用一个电机驱动两个关节，无需复杂的传感和控制系统。本专利技术的技术方案如下：本专利技术设计的一种适合桌面物抓取的机器人手指装置，包括基座、第一指段、第二指段、近关节轴、远关节轴、电机、传动机构、第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆、第二指段连杆、第一转轴、第二转轴、第三转轴、第一弹簧、第一限位凸块和第二限位凸块；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，所述远关节轴套设在第一指段中，所述第二指段套接在远关节轴上，所述近关节轴与远关节轴的中心线平行；所述电机固接在基座中，所述电机的输出轴与传动机构的输入端相连，所述传动机构的输出端与第三连杆相连；所述第一连杆的一端套接在近关节轴上，所述第一连杆的另一端套接在第一转轴上；所述第二连杆的一端套接在第一转轴上，所述第二连杆的另一端套接在第三转轴上；所述第二指段连杆的一端套接在第三转轴上，所述第二指段连杆的另一端套接在远关节轴上，所述第二指段连杆与第二指段固接；所述第三连杆的一端套接在近关节轴上，所述第三连杆的另一端套接在第二转轴上；所述第四连杆的一端套接在第二转轴上，所述第四连杆的另一端套接在第三转轴上；所述第一限位凸块固接在基座上，所述第二限位凸块固接在第一连杆上，所述第二限位凸块与第一限位凸块在初始位置时相接触；所述第一弹簧的两端分别连接基座和第一连杆；设近关节轴的中心点为A，第一转轴的中心点为B，第三转轴的中心点为C，远关节轴的中心点为D，第二转轴的中心点为E，线段AB、BC、CD和AD构成平行四边形，线段AE、EC、CD和AD构成四边形，线段AE的长度大于线段AB的长度；其特征在于：该适合桌面物抓取的机器人手指装置还包括第五连杆、第六连杆、第七连杆、第八连杆、第四转轴、第五转轴、第六转轴、第七转轴、第一滑块、第二滑块、第二弹簧和第二指段表面罩；所述第五连杆的一端套接在远关节轴上，所述第五连杆的另一端套接在第四转轴上，所述第五连杆固接在第一指段上；所述第六连杆的一端套接在第四转轴上，所述第六连杆的另一端套接在第五转轴上；所述第五转轴套设在第一滑块中，所述第一滑块滑动镶嵌在第二指段中；所述第七连杆的一端套接在远关节轴上，所述第七连杆的另一端套接在第六转轴上，所述第七连杆固接在第一指段上；所述第八连杆的一端套接在第六转轴上，所述第八连杆的另一端套接在第七转轴上；所述第七转轴套设在第二滑块中，所述第二滑块滑动镶嵌在第二指段中；所述第一滑块的滑动方向与第二滑块的滑动方向平行；所述远关节轴的中心线与近关节轴的中心线构成平面Q，所述第五连杆与第七连杆位于平面Q的两侧；所述第二弹簧的两端分别连接第二指段和第二指段表面罩，所述第二指段表面罩滑动镶嵌在第二指段上；设第四转轴的中心点为F,第五转轴的中心点为G，第六转轴的中心点为H，第七转轴的中心点为I，线段DF、FG和GD构成三角形，线段DH、HI和ID构成三角形；所述第一滑块与第二滑块中至少一个与第二指段表面罩相接触；所述第五连杆和第七连杆的长度相等；所述第六连杆和第八连杆的长度相等。本专利技术所述的适合桌面物抓取的机器人手指装置，其特征在于：设所述第一指段长度为L，所述第一指段转动的角度为θ，所述第一指段转动的最大角度为θmax，所述第五连杆和第七连杆的长度均为a，所述第六连杆和第八连杆的长度均为b，所述第一滑块移动的距离与第二指段在竖直方向降低的高度的差的绝对值为e，使得θ在0到θmax范围内变化时，下式取最小：本专利技术所述的适合桌面物抓取的机器人手指装置，其特征在于：所述第一滑块的滑动方向与线段CD垂直，所述第二滑块的滑动方向与线段CD垂直；所述第二指段表面罩的滑动方向与线段CD垂直。本专利技术与现有技术相比，具有以下优点和突出性效果：本装置利用电机、传动机构、多个连杆、第一弹簧、第二弹簧、两个滑块和第二指段表面罩等综合实现了机器人手指直线平行夹持与自适应抓取的功能：既能平动第二指段夹持物体，也能依次转动第一指段和第二指段自适应包络不同形状、大小的物体；在平动第二指段夹持物体阶段，第二指段末端始终保持在近似直线的轨迹运动，适合在桌面上抓取薄板物体，减少对机械臂协同控制编程的需求；该装置抓取范围大，抓取稳定可靠；仅利用一个电机驱动两个关节，无需复杂的传感和控制系统本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种适合桌面物抓取的机器人手指装置，包括基座、第一指段、第二指段、近关节轴、远关节轴、电机、传动机构、第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆、第二指段连杆、第一转轴、第二转轴、第三转轴、第一弹簧、第一限位凸块和第二限位凸块；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，所述远关节轴套设在第一指段中，所述第二指段套接在远关节轴上，所述近关节轴与远关节轴的中心线平行；所述电机固接在基座中，所述电机的输出轴与传动机构的输入端相连，所述传动机构的输出端与第三连杆相连；所述第一连杆的一端套接在近关节轴上，所述第一连杆的另一端套接在第一转轴上；所述第二连杆的一端套接在第一转轴上，所述第二连杆的另一端套接在第三转轴上；所述第二指段连杆的一端套接在第三转轴上，所述第二指段连杆的另一端套接在远关节轴上，所述第二指段连杆与第二指段固接；所述第三连杆的一端套接在近关节轴上，所述第三连杆的另一端套接在第二转轴上；所述第四连杆的一端套接在第二转轴上，所述第四连杆的另一端套接在第三转轴上；所述第一限位凸块固接在基座上，所述第二限位凸块固接在第一连杆上，所述第二限位凸块与第一限位凸块在初始位置时相接触；所述第一弹簧的两端分别连接基座和第一连杆；设近关节轴的中心点为A，第一转轴的中心点为B，第三转轴的中心点为C，远关节轴的中心点为D，第二转轴的中心点为E，线段AB、BC、CD和AD构成平行四边形，线段AE、EC、CD和AD构成四边形，线段AE的长度大于线段AB的长度；其特征在于：该适合桌面物抓取的机器人手指装置还包括第五连杆、第六连杆、第七连杆、第八连杆、第四转轴、第五转轴、第六转轴、第七转轴、第一滑块、第二滑块、第二弹簧和第二指段表面罩；所述第五连杆的一端套接在远关节轴上，所述第五连杆的另一端套接在第四转轴上，所述第五连杆固接在第一指段上；所述第六连杆的一端套接在第四转轴上，所述第六连杆的另一端套接在第五转轴上；所述第五转轴套设在第一滑块中，所述第一滑块滑动镶嵌在第二指段中；所述第七连杆的一端套接在远关节轴上，所述第七连杆的另一端套接在第六转轴上，所述第七连杆固接在第一指段上；所述第八连杆的一端套接在第六转轴上，所述第八连杆的另一端套接在第七转轴上；所述第七转轴套设在第二滑块中，所述第二滑块滑动镶嵌在第二指段中；所述第一滑块的滑动方向与第二滑块的滑动方向平行；所述远关节轴的中心线与近关节轴的中心线构成平面Q，所述第五连杆与第七连杆位于平面Q的两侧；所述第二弹簧的两端分别连接第二指段和第二指段表面罩，所述第二指段表面罩滑动镶嵌在第二指段上；设第四转轴的中心点为F,第五转轴的中心点为G，第六转轴的中心点为H，第七转轴的中心点为I，线段DF、FG和GD构成三角形，线段DH、HI和ID构成三角形；所述第一滑块与第二滑块中至少一个与第二指段表面罩相接触；所述第五连杆和第七连杆的长度相等；所述第六连杆和第八连杆的长度相等。...

【技术特征摘要】
1.一种适合桌面物抓取的机器人手指装置，包括基座、第一指段、第二指段、近关节轴、远关节轴、电机、传动机构、第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆、第二指段连杆、第一转轴、第二转轴、第三转轴、第一弹簧、第一限位凸块和第二限位凸块；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，所述远关节轴套设在第一指段中，所述第二指段套接在远关节轴上，所述近关节轴与远关节轴的中心线平行；所述电机固接在基座中，所述电机的输出轴与传动机构的输入端相连，所述传动机构的输出端与第三连杆相连；所述第一连杆的一端套接在近关节轴上，所述第一连杆的另一端套接在第一转轴上；所述第二连杆的一端套接在第一转轴上，所述第二连杆的另一端套接在第三转轴上；所述第二指段连杆的一端套接在第三转轴上，所述第二指段连杆的另一端套接在远关节轴上，所述第二指段连杆与第二指段固接；所述第三连杆的一端套接在近关节轴上，所述第三连杆的另一端套接在第二转轴上；所述第四连杆的一端套接在第二转轴上，所述第四连杆的另一端套接在第三转轴上；所述第一限位凸块固接在基座上，所述第二限位凸块固接在第一连杆上，所述第二限位凸块与第一限位凸块在初始位置时相接触；所述第一弹簧的两端分别连接基座和第一连杆；设近关节轴的中心点为A，第一转轴的中心点为B，第三转轴的中心点为C，远关节轴的中心点为D，第二转轴的中心点为E，线段AB、BC、CD和AD构成平行四边形，线段AE、EC、CD和AD构成四边形，线段AE的长度大于线段AB的长度；其特征在于：该适合桌面物抓取的机器人手指装置还包括第五连杆、第六连杆、第七连杆、第八连杆、第四转轴、第五转轴、第六转轴、第七转轴、第一滑块、第二滑块、第二弹簧和第二指段表面罩；所述第五连杆的一端套接在远关节轴上，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：王香香，张文增，徐向荣，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京,11