本发明专利技术提供了一种多功能自适应三指欠驱动操作器，属于欠驱动装置技术领域。本发明专利技术使用两个差速器将直流减速电机输出的单个旋转运动转化为三个互不干扰的旋转运动输出，实现在抓取不规则物体时，在其中某一手指提前完成全面接触停止运动的情况下，其他手指的运动不受影响；同时由于所需控制电机数量少因此操作简便，控制简单。为了使抓取的物体多样化，一个由舵机控制的新自由度被引入，舵机可以较为精确的旋转一个角度，从而控制两个可旋转手指绕自身手指座的旋转中心轴转动，实现两手指同步相向转动。相向转动。相向转动。
【技术实现步骤摘要】
一种多功能自适应三指欠驱动操作器
[0001]本专利技术属于欠驱动装置
，具体涉及一种多功能自适应三指欠驱动操作器。
技术介绍
[0002]在当今的时代，自动化已经受到越来越多的工厂青睐，机器人也随之频繁出现在各行各业的生产过程中。其中以电动控制为主的机器人凭借自身结构紧凑，电力驱动的优势占据了大部分机器人市场，其中多数电动机器人往往采用输入与控制量相等的全驱动方式，也就是通过在每一个关节加入一个电机来控制机器人的运动；而电机则往往以高精度、高适应性、高稳定性、低发热、低噪音、能快速响应的伺服电机为主。然而，在每一个关节加装电机会导致机器人电机系统过于庞大。而且单个电机仅控制一个关节使得电机利用率低。
[0003]此外，多个电机系统往往意味着更复杂的控制与设计，使控制系统的设计难度增大，在处理反馈信号时其精度也会下降。对操作人员而言操控也存在操作复杂、学习成本高等不足，在运行时更容易出现错误；并且大部分伺服电机往往通过进口获得，也也意味着更高的成本。
[0004]为此，欠驱动机器人的发展就成了解决这些问题的一个途径。本专利技术提出一种由两组连杆组成，并与下端的轮系进行配合实现多种夹取指节角度位置与夹取功能的欠驱动电动三指机械手。
技术实现思路
[0005]为了解决上述问题，本专利技术提出一种多功能自适应三指欠驱动操作器，能够实现多种抓取方式。本专利技术使用两个差速器将直流减速电机输出的单个旋转运动转化为三个互不干扰的旋转运动输出，因为单个差速器可以将一个输入变为两个互不干扰的输出，再将单个差速器的一个输出端连接在另一个差速器的输入端，就可以得到三个互不干扰的输出；这样可以实现在抓取不规则物体时，在其中某一手指提前完成全面接触停止运动的情况下，其他手指的运动不受影响。为了使抓取的物体多样化，一个由舵机控制的新自由度被引入，舵机可以较为精确的旋转一个角度，从而控制两个可旋转手指绕自身手指座的旋转中心轴转动，实现两手指同步相向转动。
[0006]本专利技术的技术方案为：
[0007]一种多功能自适应三指欠驱动操作器，包括壳体、手指机构和驱动轮系。
[0008]所述壳体是支撑并承载欠驱动操作器的平台，由上部平台、中部支撑及底盘组成；其中底盘与上部平台由3D打印PLA制成，中部支撑由金属激光切割而成。
[0009]所述手指机构位于上部平台上，由三根呈三角形分布的手指构成，每根手指包括涡轮1、蜗杆2、手指座17、扭簧6、传动杆、指节及其对应的指节连杆和限位。其中，指节位于手指机构前侧，与被抓取物体相接触，共三个，从上至下依次为顶端指节11、中端指节14和
底端指节16。与指节相对应的指节连杆均由两个对称的连杆组成，分别为顶端指节连杆10、中端指节连杆4、底端指节连杆3；限位均由两个对称的限位杆组成，分别为顶端限位12、中端限位13、底端限位15，在手指抓取前三个限位两两接触，用以限制手指每段指节间角度不大于180
°
，三个指节在抓取前彼此不接触。
[0010]所述顶端指节连杆10与顶端限位12及顶端指节11固连为一体，中端指节连杆4与中端限位13及中端指节14固连为一体，底端指节连杆3与底端限位15及底端指节16固连为一体。顶端指节连杆10下端与中端指节连杆4上端通过轴铰接，轴上位于两限位杆之间的位置处安装有扭簧6，扭簧6两端分别与顶端限位12下端、中端限位13上端连接；中端指节连杆4下端与底端指节连杆3上端通过轴铰接，轴上位于两限位杆之间的位置处安装有扭簧6，扭簧6两端分别与中端限位13下端、底端限位15上端连接。扭簧6的作用是为了使底端指节连杆3和中端指节连杆4在没有接触物体时与顶端指节连杆10保持相对静止；而在接触物体后，接触物体的指节由于运动路径被阻挡停止运动，但上方未接触物体的指节运动路线畅通，打破扭簧之间的限制力，指节间不再相对静止，产生夹角，对物体形成夹取。扭簧6不需要有很大的强劲系数，但仍需要给予一定的预压缩量，实现初始指节相对静止。
[0011]所述底端指节连杆3下端通过轴铰接在手指座17上，轴两侧通过卡簧限制轴向移动。中端指节连杆4中部与中端传动杆5一端通过轴铰接，此轴通过卡簧限制轴向移动；中端传动杆5另一端与底端传动杆7中部的直线槽通过轴形成滑动副，此轴通过卡簧限制轴向移动。顶端指节连杆10上端与顶端传动杆9一端通过轴铰接，轴两端通过止推环限制二者轴向运动；顶端传动杆9另一端与底端传动杆7上端通过轴铰接，轴两端设有卡簧8以限制底端传动杆与顶端传动杆的轴向运动。
[0012]所述涡轮1通过轴铰接在手指座17上，轴两端通过顶丝固连法兰盘，法兰盘与底端传动杆7下端固连。所述蜗杆2安装在手指座17的凹槽中，蜗杆2以凹槽轴心为轴实现旋转运动，并将旋转运动传至涡轮1；蜗杆2上方设有挡板，挡板与手指座17固连，挡板用于限制蜗杆2的轴向运动。
[0013]所述的驱动轮系包括舵机齿轮Ⅰ18、舵机齿轮Ⅱ19、舵机齿轮Ⅲ20、舵机齿轮Ⅳ21、万向节24、电机25、差速器27、伸缩万向节28和舵机29。其中，每个舵机齿轮均铰接于上部平台上，仅传递旋转运动；且各舵机齿轮传动比相同。舵机29安装在中部支撑上，舵机29输出端与舵机齿轮Ⅱ19啮合，舵机齿轮Ⅱ19分别与舵机齿轮Ⅰ18以及舵机齿轮Ⅳ21啮合。所述舵机齿轮Ⅰ18与一手指座17固连，舵机齿轮Ⅳ21与舵机齿轮Ⅲ20啮合，舵机齿轮Ⅲ20与另外一手指座17固连；舵机齿轮Ⅱ19和舵机齿轮Ⅳ21将舵机29输出的旋转运动传递给舵机齿轮Ⅰ18和舵机齿轮Ⅲ20，以此实现两手指的同步相向运动。(这两根手指称为旋转手指，另外一根为固定手指)。
[0014]所述电机25固连在中部支撑上，电机25输出端通过联轴器与差速器27上方锥齿轮连接，锥齿轮与差速器27啮合，差速器27与底盘上的差速器支撑部分铰接以限制差速器位置。所述差速器27两输出端通过联轴器各与一锥齿轮固连，该联轴器与底盘上的联轴器支撑部分铰接以限制联轴器位置。差速器27一输出端的锥齿轮与另一锥齿轮26啮合，该锥齿轮26通过顶丝固连在轴中部，轴下端铰接在底盘上，轴上端穿过中部支撑与万向节24下端固连。差速器27另一输出端的锥齿轮与另一组差速器啮合，该差速器与底盘上的差速器支撑部分铰接来限制差速器位置，该差速器两端通过联轴器各与一锥齿轮固连；两锥齿轮分
别固连在两个轴中部，轴下端均铰接在底盘上，轴上端均穿过中部支撑与伸缩万向节28固连。所述伸缩万向节28分别与两旋转手指的蜗杆2固连，传递旋转运动；万向节24通过齿轮副万向节大齿轮23和万向节小齿轮22传递旋转运动至固定手指的蜗杆2。
[0015]进一步的，因为两旋转手指是由两旋转手指下方共用的差速器驱动，而单个差速器输出两端其方向相反。为保证两手指同向驱动，将两旋转手指下方所单独对应的锥齿轮分别以相反方向纵向放置，从而解决差速器输出方向相反的问题，实现两旋转手指蜗杆同向旋转。
[0016]本专利技术的有益效果：
[0017]一、本专利技术使用驱动轮系实现单个电机控制三个指节运动的同时，通过引本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种多功能自适应三指欠驱动操作器，其特征在于，该三指欠驱动操作器包括壳体、手指机构和驱动轮系；所述壳体是支撑并承载欠驱动操作器的平台，由上部平台、中部支撑及底盘组成；所述手指机构位于上部平台上，由三根呈三角形分布的手指构成，每根手指包括涡轮(1)、蜗杆(2)、手指座(17)、传动杆、指节及其对应的指节连杆和限位；其中，指节位于手指机构前侧，与被抓取物体相接触，共三个，从上至下依次为顶端指节(11)、中端指节(14)和底端指节(16)；与指节相对应的指节连杆均由两个对称的连杆组成，分别为顶端指节连杆(10)、中端指节连杆(4)、底端指节连杆(3)；限位均由两个对称的限位杆组成，分别为顶端限位(12)、中端限位(13)、底端限位(15)；所述顶端指节连杆(10)与顶端限位(12)及顶端指节(11)固连为一体，中端指节连杆(4)与中端限位(13)及中端指节(14)固连为一体，底端指节连杆(3)与底端限位(15)及底端指节(16)固连为一体；顶端指节连杆(10)下端与中端指节连杆(4)上端通过轴铰接，中端指节连杆(4)下端与底端指节连杆(3)上端通过轴铰接；所述底端指节连杆(3)下端通过轴铰接在手指座(17)上；中端指节连杆(4)中部与中端传动杆(5)一端通过轴铰接，中端传动杆(5)另一端与底端传动杆(7)中部的直线槽通过轴形成滑动副；顶端指节连杆(10)上端与顶端传动杆(9)一端通过轴铰接，顶端传动杆(9)另一端与底端传动杆(7)上端通过轴铰接；所述涡轮(1)通过轴铰接在手指座(17)上，轴两端固连法兰盘，法兰盘与底端传动杆(7)下端固连；所述蜗杆(2)安装在手指座(17)的凹槽中，蜗杆(2)以凹槽轴心为轴实现旋转运动，并将旋转运动传至涡轮(1)；蜗杆(2)上方设有挡板，挡板与手指座(17)固连，用于限制蜗杆的轴向运动；所述的驱动轮系包括舵机齿轮Ⅰ(18)、舵机齿轮Ⅱ(19)、舵机齿轮Ⅲ(20)、舵机齿轮Ⅳ(21)、万向节(24)、电机(25)、差速器(27)、伸缩万向节(28)和舵机(29)；其中，每个舵机齿轮均铰接于上部平台上，仅传递旋转运动；舵机(29)安装在中部支撑上，舵机(29)输出端与舵机齿轮Ⅱ(19)啮合，舵机齿轮Ⅱ(19)分别与舵机齿轮Ⅰ(18)以及舵机齿轮Ⅳ(21)啮合；所述舵机齿轮Ⅰ(18)与一手指座(17)固连，舵机齿轮Ⅳ(21)与舵机齿轮Ⅲ(20)啮合，舵机齿轮Ⅲ(20)与另外一手指座(17)固连；舵机齿轮Ⅱ(19)和舵机齿轮Ⅳ(21)将舵机(29)输出的旋转运动传递给舵机齿轮Ⅰ(18...
【专利技术属性】
技术研发人员：李佳奇，李嘉恒，侯瑞阳，郑又元，宋洪侠，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：
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