分离驱动凸轮式高度自调节平夹自适应手指装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术有关于分离驱动凸轮式高度自调节平夹自适应手指装置，属于机器人手技术领域，包括电机、多个连杆、凸轮、推板、两个齿条、两个齿轮、四个锥齿轮、套筒、两个簧件和限位块等。该装置实现了双关节机器人手指直线平夹自适应复合抓取的功能。根据目标物体形状和位置的不同，该装置既能直线平动第二指段捏持物体或外张撑取物体，也能依次转动第一指段和第二指段自适应抓取不同形状、大小物体；电机安装在不动的基座下部，减轻了可动的基座上部的重量，便于实现远程驱动；该装置在平夹抓取阶段其末端沿直线轨迹运动，降低了抓取桌面上薄板物体时的控制难度，提高抓取效率，抓取稳定，结构紧凑、成本低；适用于需要抓取工件的各种机器人上。

【技术实现步骤摘要】
分离驱动凸轮式高度自调节平夹自适应手指装置
本技术属于机器人手
，特别涉及一种分离驱动凸轮式高度自调节平夹自适应手指装置的结构设计。
技术介绍
机器人是上个世纪最伟大的专利技术之一，直接将计算机的决策应用于物理系统的动作，从而带来了无限的可能，比起过去仅利用人力或者纯机械工具来说，大大提高了机器的智能性和作用范围，给人类生活带来无限希望。经过数十年发展，工业机器人逐渐在闭环反馈控制思想的统领下走到了人工智能初步蓬勃发展的今天。机器人的核心原理是利用传感器感知环境并时刻调整自身的各种关节与参数，来达到最优的服务或动作功能。机器人要帮助人类在深海、航空航天、医疗、石油化工、家庭社区服务等等领域完成各种任务，就需要有一双类似于人手的部件——机器人手。机器人手为了模仿人手需要提供较多的关节自由度和驱动动力源，但是数量较多的驱动器与狭窄的手部空间体积呈现出较大的矛盾，因此如何提高机器人手的功能模式，降低机器人手对体积重量的需求，改善机器人手对环境的适应能力成为机器人手走向实用化的关键。近十余年来，机器人手研究呈现出蓬勃发展的态势，有较多的多关节机器人手被研究和开发，其中，最具有代表性的是灵巧手，但是由于出力小、控制难度大和比较昂贵等各种原因，暂时仍然在实验室研究阶段。简单实用的工业二指夹持器能够满足多数的简单抓取任务，得到工业上的大量应用，带来了机器人手各种版本的蓬勃发展。在灵巧手与工业夹持器之间又诞生了一种少量驱动器获得多数关节转动效果的欠驱动手。欠驱动手是指具有欠驱动手指或者欠驱动关节的机器人手，其核心是如果利用一个电机(或气缸、液压缸等驱动器)来实现两个以上关节自由度的驱动，并且巧妙设置弹性元件来进行储能与释放，释放时刻随环境与机器人手之间的相互关节而临时自主确定，从而达到了等同于存在一种闭环反馈控制的效果，这样的机械装置称为智能机械。智能机械在机器人手上的发展为欠驱动手指机构设计带来了新的思路。已经有形形色色的各种欠驱动机器人手指被开发出来。其中最为重要的是具有自适应抓取效果的欠驱动手指。自适应欠驱动机器人手指成本相对较低，结构紧凑，无需复杂的控制系统，这些突出优点使得欠驱动手指成为研究热点。自适应抓取物体是一种利用多个接触点接触物体，从而达到稳定抓取的目的，这些接触点的安排不是预先确定的，只有抓取的时候才由机构临时互动形成，达到了不论物体形状尺寸均具有较好效果的抓取。已有的一种欠驱动机器人手指装置(中国专利技术专利CN101234489A)，包括基座、电机、中部指段、末端指段和平行带轮式传动机构等。该装置实现了手指弯曲抓取物体的效果，具有自适应性。该装置的不足之处在于：手指在未碰触物体前始终呈现伸直状态，抓取方式主要为握持方式，难以实现较好的末端平行夹持抓取效果。具有平行夹持和自适应抓取功能的机器人手非常必要，扩大了机器人手的抓取对象的范围，对工业生产和日常生活有较大的益处。具有直线平动夹持的机器人手已经被专利技术出来(专利WO2016063314A1)，包括若干连杆，一个夹持指段，电机组成。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：该装置只能实现直线平行夹持功能，无法实现自适应包络抓取物体的功能。一种柔性件杆系平夹自适应机器人手指装置(专利CN10581815B)，包括基座、两个指段、两个关节轴、驱动器、柔性传动件、合理设置半径的两个传动轮、相同长度的两个摆杆、连杆、凸块拨盘、两个簧件和限位凸块等。该装置实现了平行夹持及通用抓取的功能，根据目标物体形状和位置的不同，能够实现平夹抓取和自适应包络抓取不同形状尺寸的物体。但是该装置的不足之处在于：该装置在平夹抓取阶段其末端轨迹为圆弧形，导致在抓取桌面物体时需要控制手的位置，在抓取不同物体时需要经常调整手的高低位置——距离桌面的高度，从而控制手指末端在平夹抓取阶段不碰撞桌面，带来了控制难度大的问题。
技术实现思路
本技术的目的是为了克服已有技术的不足之处，提供一种分离驱动凸轮式高度自调节平夹自适应手指装置，该装置能够实现直线平夹与自适应复合抓取模式，既能直线平动夹持物体，也能先转动第一指段碰触物体后再转动第二指段包络握持物体，达到对不同形状尺寸物体的自适应握持效果。本技术的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本技术提出的分离驱动凸轮式高度自调节平夹自适应手指装置，包括基座上部、第一指段、第二指段、近关节轴、远关节轴、第一连杆、第二连杆、第三连杆、第一转轴、第二转轴、第三转轴、第一簧件和限位凸块。所述近关节轴套设在基座上部中，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；所述第一转轴套设在基座上部中；所述第一连杆的一端套接在第一转轴上，第一连杆的另一端套接在第二转轴上；所述第二连杆的一端套接在第二转轴上，第二连杆的另一端套接在第三转轴上；所述第三连杆的一端套接在第三转轴上，第三连杆的另一端套接在远关节轴上；所述第二指段与第三连杆固接；所述限位凸块固接在第二连杆上，在初始状态时限位凸块与第一连杆相接触，限位凸块限制第二连杆相对于第一连杆的夹角不得小于初始状态时的夹角；所述第一簧件的两端分别连接第一连杆、第二连杆；所述近关节轴、远关节轴、第一转轴、第二转轴以及第三转轴的中心线两两平行；设所述近关节轴的中心为A，所述远关节轴的中心为B，所述第三转轴的中心为C，所述第一转轴的中心为D，所述第二转轴的中心为E，线段AD的长度与线段BC的长度相等；初始状态时线段AB的长度与线段CD的长度相等；该分离驱动凸轮式高度自调节平夹自适应手指装置还包括基座下部、电机、凸轮、推板、第一传动机构、第二传动机构、第三传动机构、传动轴、套筒和第二簧件；所述电机固定在基座下部中；所述传动轴套设在基座下部；所述电机的输出轴与第一传动机构的输入端相连，所述第一传动机构的输出端与传动轴相连；所述套筒套设在基座上部；套筒的内壁形状与传动轴的一端形状相同，套筒与传动轴啮合，套筒沿传动轴的轴向滑动镶嵌在传动轴上；所述基座上部滑动镶嵌在基座下部中；所述套筒与第二传动机构的输入端相连，所述第二传动机构的输出端与第一连杆相连；所述推板滑动镶嵌在基座上部中，推板在基座上部中的滑动方向与基座上部在基座下部中的滑动方向相同；所述推板与凸轮相接触，所述凸轮与第一指段固接；所述凸轮的外缘为圆形，点A在凸轮的圆周上，该凸轮的圆周的过点A的直径与线段AB共线，该凸轮的圆周的圆心位于线段AB上；设线段AB的长度为L，凸轮的圆周的半径为r，r与L之比为k；所述推板与第三传动机构的输入端相连，所述第三传动机构的输出端与基座下部相连，第三传动机构的传动比为k；所述第二簧件的两端分别连接基座上部和推板，且该第二簧件始终处于压缩状态。本技术的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。前述的分离驱动凸轮式高度自调节平夹自适应手指装置，所述第一传动机构包括第一锥齿轮和第二锥齿轮；所述第一锥齿轮套固在电机的输出轴上；所述第二锥齿轮固接在传动轴上；所述第二锥齿轮与第一锥齿轮啮合。前述的分离驱动凸轮式高度自调节平夹自适应手指装置，所述第二传动机构包括第三锥齿轮和第四锥齿轮；所述第三锥齿本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种分离驱动凸轮式高度自调节平夹自适应手指装置，包括基座上部、第一指段、第二指段、近关节轴、远关节轴、第一连杆、第二连杆、第三连杆、第一转轴、第二转轴、第三转轴、第一簧件和限位凸块，所述近关节轴套设在基座上部中，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；所述第一转轴套设在基座上部中；所述第一连杆的一端套接在第一转轴上，另一端套接在第二转轴上；所述第二连杆的一端套接在第二转轴上，另一端套接在第三转轴上；所述第三连杆的一端套接在第三转轴上，另一端套接在远关节轴上；所述第二指段与第三连杆固接；所述限位凸块固接在第二连杆上，在初始状态时限位凸块与第一连杆相接触，限位凸块限制第二连杆相对于第一连杆的夹角不得小于初始状态时的夹角；所述第一簧件的两端分别连接第一连杆、第二连杆；所述近关节轴、远关节轴、第一转轴、第二转轴以及第三转轴的中心线两两平行；设所述近关节轴的中心为A，所述远关节轴的中心为B，所述第三转轴的中心为C，所述第一转轴的中心为D，所述第二转轴的中心为E，线段AD的长度与线段BC的长度相等；初始状态时线段AB的长度与线段CD的长度相等；其特征在于：该分离驱动凸轮式高度自调节平夹自适应手指装置还包括基座下部、电机、凸轮、推板、第一传动机构、第二传动机构、第三传动机构、传动轴、套筒和第二簧件；所述电机固定在基座下部中；所述传动轴套设在基座下部；所述电机的输出轴与第一传动机构的输入端相连，所述第一传动机构的输出端与传动轴相连；所述套筒套设在基座上部；套筒的内壁形状与传动轴的一端形状相同，套筒与传动轴啮合，套筒沿传动轴的轴向滑动镶嵌在传动轴上；所述套筒与第二传动机构的输入端相连，所述第二传动机构的输出端与第一连杆相连；所述基座上部滑动镶嵌在基座下部中，所述推板滑动镶嵌在基座上部中，推板在基座上部中的滑动方向与基座上部在基座下部中的滑动方向相同；所述推板与凸轮相接触，所述凸轮与第一指段固接；所述凸轮的外缘为圆形，点A在凸轮的圆周上，该凸轮的圆周的过点A的直径与线段AB共线，该凸轮的圆周的圆心位于线段AB上；设线段AB的长度为L，凸轮的圆周的半径为r，r与L之比为k；所述推板与第三传动机构的输入端相连，所述第三传动机构的输出端与基座下部相连，第三传动机构的传动比为k；所述第二簧件的两端分别连接并压紧在基座上部和推板上。...

【技术特征摘要】
1.一种分离驱动凸轮式高度自调节平夹自适应手指装置，包括基座上部、第一指段、第二指段、近关节轴、远关节轴、第一连杆、第二连杆、第三连杆、第一转轴、第二转轴、第三转轴、第一簧件和限位凸块，所述近关节轴套设在基座上部中，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；所述第一转轴套设在基座上部中；所述第一连杆的一端套接在第一转轴上，另一端套接在第二转轴上；所述第二连杆的一端套接在第二转轴上，另一端套接在第三转轴上；所述第三连杆的一端套接在第三转轴上，另一端套接在远关节轴上；所述第二指段与第三连杆固接；所述限位凸块固接在第二连杆上，在初始状态时限位凸块与第一连杆相接触，限位凸块限制第二连杆相对于第一连杆的夹角不得小于初始状态时的夹角；所述第一簧件的两端分别连接第一连杆、第二连杆；所述近关节轴、远关节轴、第一转轴、第二转轴以及第三转轴的中心线两两平行；设所述近关节轴的中心为A，所述远关节轴的中心为B，所述第三转轴的中心为C，所述第一转轴的中心为D，所述第二转轴的中心为E，线段AD的长度与线段BC的长度相等；初始状态时线段AB的长度与线段CD的长度相等；其特征在于：该分离驱动凸轮式高度自调节平夹自适应手指装置还包括基座下部、电机、凸轮、推板、第一传动机构、第二传动机构、第三传动机构、传动轴、套筒和第二簧件；所述电机固定在基座下部中；所述传动轴套设在基座下部；所述电机的输出轴与第一传动机构的输入端相连，所述第一传动机构的输出端与传动轴相连；所述套筒套设在基座上部；套筒的内壁形状与传动轴的一端形状相同，套筒与传动轴啮合，套筒沿传动轴的轴向滑动镶嵌在传动轴上；所述套筒与第二传动机构的输入端相连，所述第二传动机构的输出端与第一连杆相连；所述基座上部滑动镶嵌在基座下部中，所述推板滑动镶嵌在基座上部中，推板在基座上部中的滑...

【专利技术属性】
技术研发人员：张文增，金栋，吴哲明，邹怡蓉，刘佳君，
申请(专利权)人：清华大学天津高端装备研究院洛阳先进制造产业研发基地，
类型：新型
国别省市：河南,41