用于步行机器人的行走和取物复合功能执行装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种用于步行机器人的行走和取物复合功能执行装置，该装置作为机械手抓取物体时，在电机对主动推杆的驱动下，三个指节能够依次和物体的上部、中部和下部贴合，实现对物体的夹持和包裹，欠驱动结构的手指抓持组件能够自适应的抓取不同形状和大小的物体，并且结构简单、紧凑、重量轻、成本低，升降调节盘能够改变三个手指抓持组件之间包络空间的大小，使该机器人在抓取物体时的适应性和灵活性更强；作为支腿支撑到地面时，腕关节驱动机构作为腿的上部，支撑并能驱动手指机构转动来调整作业时的姿态，丝杠的下端能和地面接触作为支腿的脚，通过向下调节升降调节盘，并向外驱动展开手指抓持组件，使第三指关节和地面接触成辅助支撑，提升了机器人的作业中运动稳定性。

The compound function executive device of walking and taking objects for walking robot

【技术实现步骤摘要】
用于步行机器人的行走和取物复合功能执行装置
本专利技术涉及智能机器人
，尤其涉及一种用于步行机器人的行走和取物复合功能执行装置。
技术介绍
机械手作为机器人与周围环境交互的一个重要接口，灵活的机械手是机器人的重要组成部分，其重要性不言而喻；在步行机器人中，特别是采用电源提供能量的步行机器人，减少能源消耗是一个要特别考虑的指标。因此，驱动单元少、能量消耗少的欠驱动机械手就成为步行机器人设计中的优选方案。但与全驱动机械手各关节运动和抓取力完全由驱动单元决定不同，欠驱动机械手各关节的运动还受到机械结构和外界接触的影响，这就使其手指的运动具有极强的运动藕合性，导致其指尖轨迹具有不确定性，这对欠驱动机械手精确抓取物体提出了严峻的考验；故如何在保持欠驱动手本身优势的前提下，还能提高其抓取的灵活性和牢固性就成为了一个亟待解决的问题；现有欠驱动机械手的手指之间形成包络的最大空间是固定的，无法进行调节，限制了欠驱动机械手抓取物体时适应不同物体大小的能力，降低了机械手抓取时的性能。另外，对与多足步行机器人，为了提升其运动作业性能，将其功能由单纯的行走平台转变为具有一定的抓取与搬运物件功能的集成平台代表了该类机器人技术发展的一个方向。而将行走功能与抓取物件的功能集成设计在一条腿结构中，是这类设计的一个突破方向。现有技术中出现了具有手脚融合功能的腿结构模块，它既可以完成腿的行走功能，也可以实现手对物体的抓取功能，最典型的是夹钳式手脚融合功能腿，夹钳合拢可以当成腿来行走，夹钳张开可以当成手来抓持，夹钳式机械手结构简单可靠，能够满足基本功能要求，但采用夹钳作为机械手进行抓持时能够夹持物体的形状单一，作为行走腿支撑机器人行走时，可能会出现打滑的不稳定现象。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提出一种用于步行机器人的行走和取物复合功能执行装置。本专利技术的技术方案是：一种用于步行机器人的行走和取物复合功能执行装置，其特征在于：该装置包括腕关节驱动机构和欠驱动手指机构，腕关节驱动机构包括支架、腕关节电机和两个啮合的锥齿轮，支架整体呈门字形，其下端设有主轴支座，主轴支座的两侧设有两对称的支撑臂，两支撑壁的下部开有一对位置对应的安装孔，其中一侧的安装孔内安装有腕关节电机并通过法兰盘固定，电机的输出轴位于主轴支座中间的主轴孔上方且该输出轴上固定有联轴器，另一侧的安装孔内安装有锥齿轮座，锥齿轮座的内端设有连接兰盘与支撑臂固定，锥齿轮座内通过轴承安装有伸入到支架内并与电机输出轴上的联轴器连接的齿轮轴，齿轮轴上套装有小锥齿轮；主轴孔内通过轴承安装有主轴，该主轴的上端伸出主轴支座的上端面并套装有与上方小锥齿轮啮合大锥齿轮，主轴的下端伸出主轴支座的下端面，支座的底面固定有套在主轴上的轴承盖板；欠驱动手指机构包括圆筒形的机架壳体、均布在机架壳体外侧面下部的三个手指抓持组件，同轴套装在机架壳体内的丝杠；机架壳体的上端口固定有上端盖，上端盖的上表面中间设有连接套筒，上述主轴的下端套入在该连接套筒内并通过螺栓固定，上端盖底面的中间固定有电机支座，该电机支座内安装有丝杠电机，丝杠的上端设有连接段与丝杠电机的输出轴固定连接，下端设有丝杠段伸出机架壳体的下端面，丝杠段上套装有环形的升降盘，升降盘的外侧面均布有三个导向杆和三个铰接座，相邻的铰接座和导向杆之间的间距均相同；机架壳体的下端面边沿竖向的均布有三个限位凸台和三个导向凸台，相邻的限位凸台和导向滑块之间的间距均相同，限位凸台的端面中间向内沿轴向开有定位滑槽，导向凸台的上部中间沿径向开有导向孔，上述升降盘的导向杆匹配的套入在定位滑槽内形成滑动副，铰接座的底面上铰接有第一连杆，第一连杆的上端铰接有第二连杆穿过上述的导向孔形成滑动副；机架壳体外侧面的下部和导向凸台对应的位置设有支撑座，支撑座的上端面对称的固定连接有一对转动支座，所述手指抓持组件包括主动推杆、第一指节段、第二指节段、第三指节段，主动推杆的下端设有横轴转动连接在两转动支座之间，支撑座的一侧固定有驱动组件与横轴连接；第二指节段整体呈三角形，其内侧的夹角处向内开有滑动腔，外侧的夹角处为铰接点甲，下部的夹角处为铰接点乙，铰接点甲和铰接点乙之间的直线段为第二夹持部，滑动腔的两侧向外开有长方形缺口，滑动腔的的端口处设有容纳槽，滑动腔内匹配的安装有驱动滑块，该驱动滑块的两侧中部均设有滑动轴穿出两侧的长方形缺口形成滑动副，驱动滑块的内端面和滑动腔的底面之间连接有弹簧甲，上述主动推杆的上端与驱动滑块的外端铰接；第一指节段呈长杆状，其下端与上述穿过导向孔的第二连杆的外端铰接，上端与第二指节段上的铰接点乙铰接，第一指节段的内侧面为第一夹持部；第三指节段呈三角形，其内侧的夹角处与第二指节段上的铰接点甲铰接，上部夹角处的两侧通过固定轴销铰接有一对推拉连杆，两推拉连杆的另一端分别与上述两伸出长方形缺口的滑动轴转动连接，第三指节段的内侧夹角处和外侧夹角处之间的直线段为第三夹持部。优选的，机架壳体的内侧面的下部设有的内转动支座，内转动支座的轴承安装孔安装有轴承，轴承安装孔的上端口设有环形限位块，丝杠上端的连接段套在轴承内与电机的输出轴固定连接，机架壳体的下端口内设有与内转动支座的底面固定连接的轴承盖板。优选的，所述主动推杆的下端开有横向贯通的花键槽，横轴上设有花键，主动推杆和横轴之间通过花键和花键槽固定连接。优选的，所述驱动组件包括齿轮电机、主动锥齿轮、从动锥齿轮，齿轮电机通过支架固定连接在支撑座的一侧，与齿轮电机对应侧的横轴上固定连接有从动锥齿轮，主动锥齿轮与齿轮电机的输出轴固定连接并与从动锥齿轮啮合。优选的，所述主动推杆包括下端的转动支撑件和上端的伸缩轴，转动支撑件上端面向内开有腔室，伸缩轴的上端与驱动滑块的外端铰接，下端设有挡块并套入在腔室内，挡块的底面和腔室的底面之间连接有弹簧乙，腔室的端口固定有盖板，盖板的中间设有与伸缩轴匹配的圆孔，盖板和挡块之间的伸缩轴上套有弹簧丙。优选的，所述的圆孔的尺寸和伸缩轴的尺寸相匹配。优选的，所述支撑臂的上部设有外接孔。本专利技术的有益技术效果是：本专利技术的手指抓持组件由三个活动的指节和主动推杆连接形成欠驱动结构，作为机械手抓取物体时，在电机对主动推杆的驱动下，三个指节能够依次和物体的上部、中部和下部贴合，实现对物体的夹持和包裹，该欠驱动结构的手指抓持组件能够自适应的抓取不同形状和大小的物体，并且结构简单、紧凑、重量轻、成本低；包络空间调节组件的丝杠能够驱动升降调节盘上下移动，因此与其铰接的第二连杆能够拉动第一连杆在导向孔内径向移动，来改变第一指节径向的支点位置，从而改变三个手指抓持组件之间包络空间的大小，使该机器人在抓取物体时的适应性和灵活性更强。本专利技术作为支腿支撑到地面时，腕关节驱动机构作为腿的上部支撑，并能通过电机和锥齿轮来驱动欠驱动手指机构转动来调整作业时的姿态，丝杠的下端能和地面接触作为支腿的脚。通过向下调节升降调节盘，并向外驱动展开手指抓持组件，使第三指关节和地面接触。此时，电机驱动主动推杆并通过第一指关节和第二指关节将力传递给第三指关节，各指关节之间处本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于步行机器人的行走和取物复合功能执行装置，其特征在于：该装置包括腕关节驱动机构和欠驱动手指机构，腕关节驱动机构包括支架、腕关节电机和两个啮合的锥齿轮，支架整体呈门字形，其下端设有主轴支座，主轴支座的两侧设有两对称的支撑臂，两支撑壁的下部开有一对位置对应的安装孔，其中一侧的安装孔内安装有腕关节电机并通过法兰盘固定，电机的输出轴位于主轴支座中间的主轴孔上方且该输出轴上固定有联轴器，另一侧的安装孔内安装有锥齿轮座，锥齿轮座的内端设有连接兰盘与支撑臂固定，锥齿轮座内通过轴承安装有伸入到支架内并与电机输出轴上的联轴器连接的齿轮轴，齿轮轴上套装有小锥齿轮；主轴孔内通过轴承安装有主轴，该主轴的上端伸出主轴支座的上端面并套装有与上方小锥齿轮啮合大锥齿轮，主轴的下端伸出主轴支座的下端面，支座的底面固定有套在主轴上的轴承盖板；/n欠驱动手指机构包括圆筒形的机架壳体、均布在机架壳体外侧面下部的三个手指抓持组件，同轴套装在机架壳体内的丝杠；机架壳体的上端口固定有上端盖，上端盖的上表面中间设有连接套筒，上述主轴的下端套入在该连接套筒内并通过螺栓固定，上端盖底面的中间固定有电机支座，该电机支座内安装有丝杠电机，丝杠的上端设有连接段与丝杠电机的输出轴固定连接，下端设有丝杠段伸出机架壳体的下端面，丝杠段上套装有环形的升降盘，升降盘的外侧面均布有三个导向杆和三个铰接座，相邻的铰接座和导向杆之间的间距均相同；/n机架壳体的下端面边沿竖向的均布有三个限位凸台和三个导向凸台，相邻的限位凸台和导向滑块之间的间距均相同，限位凸台的端面中间向内沿轴向开有定位滑槽，导向凸台的上部中间沿径向开有导向孔，上述升降盘的导向杆匹配的套入在定位滑槽内形成滑动副，铰接座的底面上铰接有第一连杆，第一连杆的上端铰接有第二连杆穿过上述的导向孔形成滑动副；/n机架壳体外侧面的下部和导向凸台对应的位置设有支撑座，支撑座的上端面对称的固定连接有一对转动支座，所述手指抓持组件包括主动推杆、第一指节段、第二指节段、第三指节段，主动推杆的下端设有横轴转动连接在两转动支座之间，支撑座的一侧固定有驱动组件与横轴连接；第二指节段整体呈三角形，其内侧的夹角处向内开有滑动腔，外侧的夹角处为铰接点甲，下部的夹角处为铰接点乙，铰接点甲和铰接点乙之间的直线段为第二夹持部，滑动腔的两侧向外开有长方形缺口，滑动腔的的端口处设有容纳槽，滑动腔内匹配的安装有驱动滑块，该驱动滑块的两侧中部均设有滑动轴穿出两侧的长方形缺口形成滑动副，驱动滑块的内端面和滑动腔的底面之间连接有弹簧甲，上述主动推杆的上端与驱动滑块的外端铰接； 第一指节段呈长杆状，其下端与上述穿过导向孔的第二连杆的外端铰接，上端与第二指节段上的铰接点乙铰接，第一指节段的内侧面为第一夹持部；第三指节段呈三角形，其内侧的夹角处与第二指节段上的铰接点甲铰接，上部夹角处的两侧通过固定轴销铰接有一对推拉连杆，两推拉连杆的另一端分别与上述两伸出长方形缺口的滑动轴转动连接，第三指节段的内侧夹角处和外侧夹角处之间的直线段为第三夹持部。/n...

【技术特征摘要】
1.一种用于步行机器人的行走和取物复合功能执行装置，其特征在于：该装置包括腕关节驱动机构和欠驱动手指机构，腕关节驱动机构包括支架、腕关节电机和两个啮合的锥齿轮，支架整体呈门字形，其下端设有主轴支座，主轴支座的两侧设有两对称的支撑臂，两支撑壁的下部开有一对位置对应的安装孔，其中一侧的安装孔内安装有腕关节电机并通过法兰盘固定，电机的输出轴位于主轴支座中间的主轴孔上方且该输出轴上固定有联轴器，另一侧的安装孔内安装有锥齿轮座，锥齿轮座的内端设有连接兰盘与支撑臂固定，锥齿轮座内通过轴承安装有伸入到支架内并与电机输出轴上的联轴器连接的齿轮轴，齿轮轴上套装有小锥齿轮；主轴孔内通过轴承安装有主轴，该主轴的上端伸出主轴支座的上端面并套装有与上方小锥齿轮啮合大锥齿轮，主轴的下端伸出主轴支座的下端面，支座的底面固定有套在主轴上的轴承盖板；
欠驱动手指机构包括圆筒形的机架壳体、均布在机架壳体外侧面下部的三个手指抓持组件，同轴套装在机架壳体内的丝杠；机架壳体的上端口固定有上端盖，上端盖的上表面中间设有连接套筒，上述主轴的下端套入在该连接套筒内并通过螺栓固定，上端盖底面的中间固定有电机支座，该电机支座内安装有丝杠电机，丝杠的上端设有连接段与丝杠电机的输出轴固定连接，下端设有丝杠段伸出机架壳体的下端面，丝杠段上套装有环形的升降盘，升降盘的外侧面均布有三个导向杆和三个铰接座，相邻的铰接座和导向杆之间的间距均相同；
机架壳体的下端面边沿竖向的均布有三个限位凸台和三个导向凸台，相邻的限位凸台和导向滑块之间的间距均相同，限位凸台的端面中间向内沿轴向开有定位滑槽，导向凸台的上部中间沿径向开有导向孔，上述升降盘的导向杆匹配的套入在定位滑槽内形成滑动副，铰接座的底面上铰接有第一连杆，第一连杆的上端铰接有第二连杆穿过上述的导向孔形成滑动副；
机架壳体外侧面的下部和导向凸台对应的位置设有支撑座，支撑座的上端面对称的固定连接有一对转动支座，所述手指抓持组件包括主动推杆、第一指节段、第二指节段、第三指节段，主动推杆的下端设有横轴转动连接在两转动支座之间，支撑座的一侧固定有驱动组件与横轴连接；第二指节段整体呈三角形，其内侧的夹角处向内开有滑动腔，外侧的夹角处为铰接点甲，下部的夹角处为铰接点乙，铰接点甲和铰接点乙之间的直线段为第二夹持部，滑动腔的两侧向外开有长方形缺口，滑动腔的的端口处设有容纳槽，滑动腔内匹配的安装有驱动...

【专利技术属性】
技术研发人员：王良文，孟凡念，肖志玲，杜文辽，王才东，李应生，贺浩，张继豪，王俊元，
申请(专利权)人：郑州轻工业大学，
类型：发明
国别省市：河南;41