一种协作型多指机械手及机器人系统技术方案

本发明专利技术公开了一种协作型多指机械手及机器人系统，包括基座上设置有固定驱动机构，固定驱动机构的周围至少设置有第一驱动机构、第二驱动机构和第三驱动机构，固定驱动机构带动与其连接的第一机械手指，第一驱动机构带动与其连接的第一活动机械手指，第二驱动机构带动与其连接的第二活动机械手指；第三驱动机构通过传动机构与第一驱动机构和第二驱动机构连接，驱动第一活动机械手指和第二活动机械手指沿着自身驱动机构轴线进行旋转运动，机械手指均具有多个活动自由度，利用每个机械手指的多自由度运动以及活动机械手指的自身方向的调整，实现抓取。

A Cooperative Multi-fingered Manipulator and Robot System

The invention discloses a cooperative multi-fingered manipulator and a robot system, which comprises a fixed driving mechanism arranged on the base, a first driving mechanism, a second driving mechanism and a third driving mechanism arranged at least around the fixed driving mechanism, a fixed driving mechanism driving the first mechanical finger connected with it, and a first driving mechanism. The first movable mechanical finger connected with it is driven by the second driving mechanism, and the second movable mechanical finger connected with it is driven by the second driving mechanism. The third driving mechanism is connected with the first driving mechanism and the second driving mechanism through the transmission mechanism, and drives the first movable mechanical finger and the second movable mechanical finger to rotate along the axis of the self-driving mechanism. Rotating motion, the mechanical finger has multiple degrees of freedom, using the multi-degree of freedom movement of each mechanical finger and the adjustment of the direction of the mobile mechanical finger, to achieve grasping.

【技术实现步骤摘要】
一种协作型多指机械手及机器人系统
本专利技术涉及一种协作型多指机械手及机器人系统。
技术介绍
随着工业机器人、服务机器人的快速发展，在其机器人/机械臂的末端一般需要安装末端执行器等，实现精准抓取和夹持、装配等操作，但依然有很多不足，如工业机器人在焊接、装配等很多方面力所不能及，服务机器人不能真正地照顾、护理老人。其根本原因在于缺少人机共融和末端执行器的灵巧性。人机共融是指能在同一自然空间里工作，能够紧密地协调，能够自主地提高自己的技能，能够自然地交互，同时要保证安全。要实现与人共融的机器人，人与机器人的关系就会改变，是一种朋友关系，可以相互理解、相互感知、相互帮助。对于与人共融的机器人来说，其末端工具是不可或缺的一部分，作为人机交互和协作的重要执行部件，对机器人智能化和作业水平的提高至关重要。多指灵巧手是一种类似人手结构和功能的通用化末端执行器，能灵活操作形状各异的物体，完成复杂的任务，如装配作业、维修作业、设备操作以及机器人模特的礼仪手势等。在机器人末端安装配备智能、安全的多指机械手是实现人机协作的一个重要前提，可实现智能化的抓取和灵巧操作。随着信息技术的快速发展，利用语音识别技术，可以让计算机懂得人类的语言，也可以促使机器人技术更加的自动化、人性化。语音识别技术是一种具有时代特征的信息技术，在机器人控制领域，语音识别是一种非常重要的技术。在机器人控制中具有语音识别技术，从而根据听到的指令，来进行行动，为人类实现各种任务，实现人与机器的语言相通。使用语音识别控制多指机械手，可以使多指机械手和人直接进行语音交互，有着十分重大的应用价值，可以辅助医生进行手术，辅助残疾人等，在服务、娱乐机器人等有着较大的应用需求。但目前的多指机械手都存在协作性差、缺少交互能力、灵活性差、整体体积较大等问题。
技术实现思路
本专利技术为了解决上述问题，提出了一种协作型多指机械手及机器人系统，本专利技术能够保能够配合物体形状及所需力精确抓取，具有较好的协作性和实用性。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种协作型多指机械手，包括基座，所述基座上设置有固定驱动机构，所述固定驱动机构的周围至少设置有第一驱动机构、第二驱动机构和第三驱动机构，所述固定驱动机构带动与其连接的第一机械手指，所述第一驱动机构带动与其连接的第一活动机械手指，所述第二驱动机构带动与其连接的第二活动机械手指；所述第三驱动机构通过传动机构与第一驱动机构和第二驱动机构连接，驱动第一活动机械手指和第二活动机械手指沿着自身驱动机构轴线进行旋转运动，所述第一机械手指、第一活动机械手指和第二活动机械手指均具有多个活动自由度，利用每个机械手指的多自由度运动以及第一活动机械手指和第二活动机械手指自身方向的调整，实现抓取。进一步的，所述第一驱动机构、固定驱动机构和第三驱动机构在同一条直线上，所述第一驱动机构、第二驱动机构和第三驱动机构位于以所述固定驱动机构为中心的同心圆上。进一步的，所述固定驱动机构包括电机、设置于电机上的减速器和减速器输出轴上的锥齿轮，所述第一驱动机构垂直基座，锥齿轮位于基座上部，与定指根部的锥齿轮配合形成锥齿轮传动，当电机运动时，固定在减速器输出轴的锥齿轮将做旋转运动，从而传递运动和动力。进一步的，所述第一驱动机构和第二驱动机构的结构一致，均包括从下到上同轴依次设置的槽轮、电机轴套、电机、减速器以及固定在减速器轴上锥齿轮，所述减速器上设置有减速器轴套，减速器轴套外侧套设有旋转支撑轴承，第一驱动机构和第二驱动机构垂直于基座，槽轮带动整个驱动机构一起垂直于基座旋转，当电机做旋转运动时，减速器输出轴的锥齿轮同样做旋转运动，通过锥齿轮传动传递运动和动力。进一步的，所述第三驱动机构包括减速电机和钢丝双槽轮，所述钢丝双槽轮与基座连接，且固定在减速电机的输出轴上，钢丝双槽轮和所述第一驱动机构的槽轮组成同向钢丝传动机构，即其运动方向同向；钢丝双槽轮和和第二驱动机构的槽轮组成异向钢丝传动机构，即其运动方向反向。进一步的，所述第一驱动机构和第二驱动机构同时沿着自身电机轴线进行旋转运动，其运动范围为0°～180°。进一步的，所述第一机械手指、第一活动机械手指和第二活动机械手指，包括与固定驱动机构连接的安装接口，设置于安装接口两侧的依次连接的支架、连杆和指尖，安装接口与支架的连接处设置有第一运动轴，所述支架与连杆的连接处设置有第二运动轴，连杆与之间的连接处第三运动轴，双联带轮固定在第一运动轴上作为主动带轮，从动带轮固定在第二运动轴上，同步带带动两个带轮同向运动，双联带轮的另一分支通过同步带将运动和动力传递给第四带轮，第四带轮固定在连杆上，并且空套在第二运动轴上，带动连杆运动，所述第三运动轴上固结第三带轮，通过同步带的传动使第三带轮运动，实现指尖伸展和弯曲运动，所述指尖上设置有触觉传感器。更进一步的，所述第一活动机械手指和第二活动机械手指的双联带轮、主动带轮、从动带轮、同步带、第三带轮和第四带轮的安装方向相反，实现第一活动机械手指和第二活动机械手指相对运动。进一步的，所述基座上设置有板，板上表面设置有一个或多个阵列式触觉传感器。进一步的，所述基座下端设置有可弯曲柔性触摸屏，用以通过触摸屏幕图符或输入数值实现对各个机械手指的操作控制。或不通过触摸屏，由接受外部控制器发出控制命令实现对各个机械手指的操作控制。进一步的，所述基座上设置有壳体，壳体表面同时设有若干微型麦克风采集外界语音，壳体内设置有主控制器，所述主控制器与各驱动机构的电机连接，与各机械手指的触觉传感器连接，与柔性触摸屏通信。一种机器人系统，包括上述协作性多指机械手，所述基座安装有固定板，固定板与机器人本体连接。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：1、该多指机械手至少设有三个手指，有机械手本身的运动自由度以及活动机械手指的旋转自由度，使用其中活动机械手指可以完成指尖抓取和包络抓取，以在复杂环境中灵巧操作不同尺寸大小的目标物体或工件。2、本专利技术的多指机械手的基座可以采用轻质金属加工而成，从而为安装定指、动指等组合等提供刚度、强度及安装尺寸精度上的保证。各个机械手指和壳体可采用轻质金属或工程塑料，可进一步减轻自身质量。3、三个机械手指均可独立实现伸展和弯曲运动，其中两个活动机械手指还可沿自身旋转轴线同时反向转动，支持更大范围的目标物体抓取和操作。4、每个机械手指末端安装有阵列式触觉传感器，可以感测微小区域的接触力变化，能实现易碎、软弱以伤物体的操作。5、所有电机的旋转轴线均垂直于基座，有利于安装设计和动力的高效输出，且全部动力内置于壳体内部，有利于机械手指机构的优化设计；三个机械手指的电机将动力分两路往手指输送，分别驱动每个机械手指的中间连杆和指尖部分，使中间连杆和指尖部分按一定的传动比运动，有效利用了动力。6、将主电路板、控制器、电机及驱动等集成在壳体内部，具有结构紧凑、灵活性高、易操作等优点。7、由于在基座表面内嵌有可弯曲柔性触摸屏，可以通过触摸屏的图符或输入指令实现对多指手的位置控制、力控制，轻松地实现多指手的抓取和操作，并能实现结果的反馈显示或错误报警，提高了人机交互水平。8、基座壳体表面设有若干个麦克风语音输入接口，可以设置、识别、发送语音控制命令，进行人机对话，控制机械手动作，并对动作进行存储，加载；语音合成模块播本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种协作型多指机械手，其特征是：包括基座，所述基座上设置有固定驱动机构，所述固定驱动机构的周围至少设置有第一驱动机构、第二驱动机构和第三驱动机构，所述固定驱动机构带动与其连接的第一机械手指，所述第一驱动机构带动与其连接的第一活动机械手指，所述第二驱动机构带动与其连接的第二活动机械手指；所述第三驱动机构通过传动机构与第一驱动机构和第二驱动机构连接，驱动第一活动机械手指和第二活动机械手指沿着自身驱动机构轴线进行旋转运动，所述第一机械手指、第一活动机械手指和第二活动机械手指均具有多个活动自由度，利用每个机械手指的多自由度运动以及第一活动机械手指和第二活动机械手指自身方向的调整，实现抓取。

【技术特征摘要】
1.一种协作型多指机械手，其特征是：包括基座，所述基座上设置有固定驱动机构，所述固定驱动机构的周围至少设置有第一驱动机构、第二驱动机构和第三驱动机构，所述固定驱动机构带动与其连接的第一机械手指，所述第一驱动机构带动与其连接的第一活动机械手指，所述第二驱动机构带动与其连接的第二活动机械手指；所述第三驱动机构通过传动机构与第一驱动机构和第二驱动机构连接，驱动第一活动机械手指和第二活动机械手指沿着自身驱动机构轴线进行旋转运动，所述第一机械手指、第一活动机械手指和第二活动机械手指均具有多个活动自由度，利用每个机械手指的多自由度运动以及第一活动机械手指和第二活动机械手指自身方向的调整，实现抓取。2.如权利要求1所述的一种协作型多指机械手，其特征是：所述第一驱动机构、固定驱动机构和第三驱动机构在同一条直线上，所述第一驱动机构、第二驱动机构和第三驱动机构位于以所述固定驱动机构为中心的同心圆上。3.如权利要求1所述的一种协作型多指机械手，其特征是：所述固定驱动机构包括电机、设置于电机上的减速器和减速器输出轴上的锥齿轮，所述第一驱动机构垂直基座，锥齿轮位于基座上部，与定指根部的锥齿轮配合形成锥齿轮传动，当电机运动时，固定在减速器输出轴的锥齿轮将做旋转运动，从而传递运动和动力。4.如权利要求1所述的一种协作型多指机械手，其特征是：所述第一驱动机构和第二驱动机构的结构一致，均包括从下到上同轴依次设置的槽轮、电机轴套、电机、减速器以及固定在减速器轴上锥齿轮，所述减速器上设置有减速器轴套，减速器轴套外侧套设有旋转支撑轴承，第一驱动机构和第二驱动机构垂直于基座，槽轮带动整个驱动机构一起垂直于基座旋转，当电机做旋转运动时，减速器输出轴的锥齿轮同样做旋转运动，通过锥齿轮传动传递运动和动力。5.如权利要求1所述的一种协作型多指机械手，其特征是：所述第三驱动机构包括减速电机和钢丝双槽轮，所述钢丝双槽轮与基座连接，且固定在减速电机的输出轴上，钢丝双槽轮和所述第一驱动机构的槽轮组成同向钢丝传动机构，即...

【专利技术属性】
技术研发人员：王学林，赵永国，肖永飞，王其林，朱琳，
申请(专利权)人：山东省科学院自动化研究所，
类型：发明
国别省市：山东,37