变构型机械手爪的手指旋转移动装置及其工作方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种变构型机械手爪的手指旋转移动装置及其工作方法，第一手指用于实现自身的开合运动，第二手指、第三手指的结构和安装方式相同，用于实现自身的开合或实现手指位置上的旋转和移动；驱动传动机构中的行星齿轮安装在内齿轮和扇形齿轮之间并被它们驱动，两个扇形齿轮通过同一根销轴安装在手掌架上，以实现两个扇形齿轮绕销轴相对于手掌架的旋转，两个扇形齿轮的一端与两连杆通过销钉机械连接形成四边形机构。工作方法是在电机的驱动下使得变构型机械手爪的手指能够根据物体的形状和尺寸改变抓取的构型，增强抓取的稳定性，以实现自转保证手指在平行抓取状态、三指对心捏取状态以及两指对捏状态之间切换，并实现公转和手指位置的调整。

【技术实现步骤摘要】
所属领域 本专利技术属于机器人应用领域，特别涉及一种变构型机械手爪的手指 旋转移动装置及其工作方法。技术背景 在机器人手爪应用中，抓取稳定性问题是机器人应用于抓取作业中 的一个主要问题，解决此问题一是研究现有手爪稳定性的条件，二是模仿人手增加现有机 器人的抓取构型，实现新的抓取构型。在实际应用中，大多数都是从上述第一点出发，即分析现有机器人手爪的稳定性 问题，并据此而研制出一些机器人手爪。尽管和人手相比，这些机器人手爪集成度已经很 高，但是抓取模式仍然不能做到和人手类似，不能完全覆盖人手采用的一些基本的抓取模 式，如三指对心抓取等。这就大大制约了机器人手爪稳定抓取物体的能力。因此比较实际 的方法是让现有的机器人手爪具有自动改变抓取构型的能力，即增加抓取构型。抓取构型 (GraspConfiguration)是一种分析抓取稳定性的图形，表示机器人手指的抓取位置，广泛 应用机器人。在抓取构型的基础上，可以将抓取稳定性分为形封闭(Form Closure)和力封 闭(Force Closure)。形封闭是将所有物体的自由度约束住，使其能够抵抗任意外力旋量的 作用。力封闭是依靠内力的重新平衡来抵抗任意外力旋量的作用。为了构成多种抓取姿势，以适应不同的抓取任务，LAVAL大学的Gaosillin等人采 用槽轮机构加上电机驱动，研制出一款抓取自适应机械手爪，手爪在电机和齿轮机构的作 用下，能围绕自身的位置进行旋转也能实现三指的对心抓取。另外，中科院合肥智能所骆敏舟、梅涛等人利用采用步进电机来调整手指的位置。 步进电机轴的端部固定一个直齿轮，在其中两个手指的基座根部加工出直齿轮，在其中一 个手指和步进电机的齿轮中间还有一个换向齿轮，保证两个手指作相反方向转动。在手指 方向调整机构的作用下，利用步进电机对两个手指进行相反方向的联动连续调节，可以实 现更多的抓取模式，手指能够工作在需要的角度位置，除了能实现三指对心、三指平行和两 指平行相对这三种常用角度的位置外，还可以根据物体的锥度，自由设定角度。当手指在初 始对心位置，可以实现包络对心抓取和精确对心捏取。当右边手指顺时针转动60°时变成 三指平行，可以实现三指包络和三指精确捏取。当其逆时针转动30°时，两个转动的手指处 于平行位置，另外一个手指不参与抓取，可以实现两指精确对捏和包络抓取。当需要手指进 行位置调整时，给出需要调整的角度，根据步进电机的步距角，计算出所需要的脉冲数，发 送给步进电机控制器，由固定在步进电机轴端的齿轮带动两手指进行方向调整，产生相应 的转角。虽然上述两个单位的研究人员设计的手爪机构能够让部分手指实现绕自身位置 的转动，实现三指对心等抓取构型。但是不足之处在于不能将手指从一个位置变化到另一 个位置，造成抓取构型在某种程度上不是很合适。本专利技术的变构型机械手爪的手指旋转移 动装置及其工作方法就是针对现有的机器人手指不能移动或旋转，和人手相比抓取构型 少、稳定性差的缺点而提出专利技术点的。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服现有技 术中机器人手指固定带来抓取构 型少的不足之处，设计一种新型的、能增加机器人手爪抓取构型并增强其抓取稳定性的装置，即，使其具有更好灵活性和更多的自由度。该专利技术具有结构紧凑、成本较低、容易操作、适用范围广的特点。本专利技术的技术方案是一种变构型机械手爪的手指旋转和移动装置，变构型机械 手爪的手指旋转和移动装置包括手指支撑机构和驱动传动机构，特别是手指支撑机构包 括手掌架、上盖板、第一手指、第二手指、第三手指、第二手指基座、第三手指基座、第一手指 基座、第一手指垫块，手指支撑机构中上面的上盖与下面的手掌架呈圆形或多边形通过螺 钉固定机械连接形成变构型机械手爪的机械手掌，机械手掌下面的手掌架周边分别置有第 一手指、第二手指、第三手指；第一手指通过销钉与第一手指基座机械连接，手指基座通过螺钉与第一手指垫 块机械连接，第一手指垫块通过螺钉与手掌架机械连接，第一手指用于实现自身的开合运 动；第二手指、第三手指结构和安装方式相同，第二手指通过销钉与第二手指基座机 械连接，第二手指基座通过螺钉安装到第一行星齿轮上，第三手指通过销钉与第三手指基 座机械连接；第三手指基座通过螺钉安装到第二行星齿轮上；第二手指、第三手指用于实 现自身的开合或实现手指位置上的旋转和移动；驱动传动机构包括第一内齿轮和第二内齿轮、第一行星齿轮和第二行星齿轮、四 边形构件、电机座、电机、电机螺母和手掌架上置有的三个导槽；第一内齿轮和第二内齿轮 通过销轴安装在手掌架上，电机通过电机座机械连接到手掌架上；第一行星齿轮和第二行 星齿轮分别安装在手掌架中两个圆弧形的导槽内，与第二手指机械连接的第一行星齿轮安 装在第一内齿轮和第一扇形齿轮的中间且与二者啮合并被驱动，与第三手指机械连接的第 二行星齿轮安装在第二内齿轮和第二扇形齿轮的中间且与二者啮合并被驱动；四边形构件包括第一扇形齿轮、第二扇形齿轮、第一连杆、第二连杆在第一销钉、 第二销钉、第三销钉和销轴；四边形构件是由第一扇形齿轮通过第一销钉与第一连杆机械 连接，第二扇形齿轮通过第三销钉与第二连杆机械连接形成四边形机构；第一连杆和第二 连杆通过第二销钉机械连接到电机螺母上，电机螺母穿过手掌架与通过电机座安装的电机 轴构成螺纹副；手掌架上置有的三个导槽，其中一个是直线型的导槽，用来限定电机螺母的运动， 另外两个是圆弧形的导槽，分别用来限定第一行星齿轮和第二行星齿轮的运动；第一手指、 第二手指、第三手指的初始位置是三指对立平行，第一扇形齿轮和第二扇形齿轮重叠并通 过销轴安装在手掌架的中心，用于传递电机的运动来实现对第一行星齿轮和第二行星齿轮 的驱动。一种使用变构型机械手爪的手指旋转移动装置的工作方法，包括在电机的驱动下 使得变构型机械手爪的手指能够根据物体的形状和尺寸来改变抓取的构型，增强抓取的稳 定性，特别是当变构型机械手爪的手指旋转和移动装置工作时，电机带电旋转，并在手掌架上 直线型的导槽作用下驱动电机螺母沿电机轴向运动，该轴向运动通过第二销钉传递给四边 形机构中的第一扇形齿轮和第二扇形齿轮，以实现第一扇形齿轮和第二扇形齿轮绕销轴相 对于手掌架的旋转，使得承载手指的第一行星齿轮和第二行星齿轮既自传又公转，再通过 第一行星齿轮和第二行星齿轮将运动分别传递给第二手指和第三手指，即承载第二手指的第一行星齿轮和承载第三手指的第二行星齿轮分别被第一扇形齿轮和第二扇形齿轮驱动 旋转，从而驱动第二手指和第三手指以实现变构型机械手爪的手指旋转和移动机构处于三 只手指对心抓取、三只手指平行抓取、两只手指平行抓取时的构型。第一行星齿轮和第二行星齿轮既自传又公转是选择第一扇形齿轮和第二扇形齿 轮与第一行星齿轮和第二行星齿轮的齿数关系为2 1，这样在第一行星齿轮和第二行星 齿轮自传90°时，同时围绕手掌架的中心旋转30°。第一行星齿轮和第二行星齿轮的自传 能够改变变构型机械手爪的手指指向，公转能够改变变构型机械手爪的手指位置。本专利技术 装置用于机器人手爪设计的一般环境中，或用于工业流水线夹持器的环境中。本专利技术的有益效果是现有技术中的手指旋转机构装置，只是旋转，不能进行移 动，因此尽管能实现三指对捏的构型，但是作用有限，而且尺寸不合理，很大程度上限制了 它本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种变构型机械手爪的手指旋转移动装置，所述变构型机械手爪的手指旋转和移动装置包括手指支撑机构和驱动传动机构，其特征在于：所述手指支撑机构包括手掌架（１）、上盖板（２）、第一手指（３）、第二手指（４）、第三手指（５）、第二手指基座（６）、第三手指基座（７）、第一手指基座（８）、第一手指垫块（９），所述手指支撑机构中上面的上盖（２）与下面的手掌架（１）呈圆形或多边形通过螺钉固定机械连接形成变构型机械手爪的机械手掌，所述机械手掌下面的手掌架（１）周边分别置有第一手指（３）、第二手指星齿轮（１４）的运动；第一手指（３）、第二手指（４）、第三手指（５）的初始位置是三指对立平行，所述第一扇形齿轮（１２）和第二扇形齿轮（１３）重叠并通过销轴（２１）安装在手掌架（１）的中心，用于传递电机（２３）的运动来实现对第一行星齿轮（１１）和第二行星齿轮（１４）的驱动。（４）、第三手指（５）；所述第一手指（３）通过销钉与第一手指基座（８）机械连接，所述手指基座（８）通过螺钉与第一手指垫块（９）机械连接，所述第一手指垫块（９）通过螺钉与手掌架（１）机械连接，第一手指（３）用于实现自身的开合运动；所述第二手指（４）、第三手指（５）结构和安装方式相同，所述第二手指（４）通过销钉与第二手指基座（６）机械连接，所述第二手指基座（６）通过螺钉安装到第一行星齿轮（１１）上，所述第三手指（５）通过销钉与第三手指基座（７）机械连接；所述第三手指基座（７）通过螺钉安装到第二行星齿轮（１４）上；所述第二手指（４）、第三手指（５）用于实现自身的开合或实现手指位置上的旋转和移动；所述驱动传动机构包括第一内齿轮（１０）和第二内齿轮（１５）、第一行星齿轮（１１）和第二行星齿轮（１４）、四边形构件、电机座（２２）、电机（２３）、电机螺母（２４）和手掌架（１）上置有的三个导槽；所述第一内齿轮（１０）和第二内齿轮（１５）通过销轴（２１）安装在手掌架（１）上，所述电机（２３）通过电机座（２２）机械连接到手掌架（１）上；所述第一行星齿轮（１１）和第二行星齿轮（１４）分别安装在手掌架（１）中两个圆弧形的导槽内，所述与第二手指（４）机械连接的第一行星齿轮（１１）安装在第一内齿轮（１０）和第一扇形齿轮（１２）的中间且与二者啮合并被驱动，所述与第三手指（５）机械连接的第二行星齿轮（１４）安装在第二内齿轮（１５）和第二扇形齿轮（１３）的中间且与二者啮合并被驱动；所述四边形构件包括第一扇形...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：骆敏舟，李涛，陈磊，周鸿杰，
申请(专利权)人：中国科学院合肥物质科学研究院，
类型：发明
国别省市：34[中国|安徽]