本發(fā)明屬于機(jī)器人手技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種四連桿傳動(dòng)輪直線平夾間接自適應(yīng)機(jī)器人手指裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

背景技術(shù)：

機(jī)器人手是實(shí)現(xiàn)抓取物體的重要裝置。抓取物體的方法是從相對(duì)的兩個(gè)方向限制住物體在該方向上的運(yùn)動(dòng)可能性。物體在空間中的運(yùn)動(dòng)存在多個(gè)方向，為了限制所抓物體的各種運(yùn)動(dòng)可能性，需要機(jī)器人手從各個(gè)方向限制物體運(yùn)動(dòng)。平行夾持抓取(簡稱平夾抓取)是一種常見的抓取方式，末端指段在運(yùn)動(dòng)過程中始終保持相對(duì)手掌基座相對(duì)固定的姿態(tài)，在抓取過程中，相對(duì)的兩個(gè)手指或者多個(gè)手指在物體的兩個(gè)或多個(gè)側(cè)面接觸物體并施加抓持力，通過手指表面的彈性變形材料來獲得軟指面從來改善抓取的穩(wěn)定性，這種平行夾持的機(jī)器已經(jīng)被工業(yè)上廣泛應(yīng)用，稱之為工業(yè)夾持器。工業(yè)夾持器是指具有兩個(gè)或多個(gè)手指，手指上沒有關(guān)節(jié)或多個(gè)耦合運(yùn)動(dòng)的關(guān)節(jié)的機(jī)器，在抓取物體時(shí)使用平行夾持的方式，或末端尖點(diǎn)對(duì)物體進(jìn)行捏持，這種抓取方式針對(duì)日常物品是有效的，能夠達(dá)到最多種類的物體抓取。

模仿人手的機(jī)器人手目前具有很多的關(guān)節(jié)自由度，分別由多個(gè)電機(jī)控制，也稱為靈巧手，靈巧手定義為至少具有三個(gè)手指，有九個(gè)以上自由度，抓取時(shí)需要確定物體姿態(tài)，對(duì)空間中的路線進(jìn)行路徑規(guī)劃，確定物體空間布局，這些都帶來復(fù)雜的控制。因而傳統(tǒng)的靈巧手比較昂貴。

傳統(tǒng)的欠驅(qū)動(dòng)手利用少的驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)較多的關(guān)節(jié)，節(jié)能環(huán)保，重量低。傳統(tǒng)的欠驅(qū)動(dòng)手僅具有先轉(zhuǎn)動(dòng)近關(guān)節(jié)，再轉(zhuǎn)動(dòng)遠(yuǎn)關(guān)節(jié)的僵化抓取，雖然可以適應(yīng)形狀，但是不能以末端指段捏持物體，更不能實(shí)現(xiàn)直線平夾與自適應(yīng)的抓取模式。

具有直線平動(dòng)夾持的機(jī)器人手已經(jīng)被發(fā)明出來，如專利WO2016063314A1，包括基座、電機(jī)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、第一指段、第二指段、八個(gè)連桿、多個(gè)轉(zhuǎn)軸等。該裝置能夠?qū)崿F(xiàn)第二指段的直線平動(dòng)，利用第二指段的直線平行移動(dòng)對(duì)物體實(shí)現(xiàn)直線平行夾持的功能。其不足之處在于：該裝置僅能實(shí)現(xiàn)直線平行夾持功能，無法實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)包絡(luò)抓取的功能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了克服已有技術(shù)的不足之處，提供一種四連桿傳動(dòng)輪直線平夾間接自適應(yīng)機(jī)器人手指裝置。該裝置能實(shí)現(xiàn)沿著近似水平直線平行夾持的抓取效果，對(duì)中抓取，同時(shí)體積小、成本低，適用于安裝在機(jī)器人上作為末端夾持器使用。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

本發(fā)明設(shè)計(jì)的一種四連桿傳動(dòng)輪直線平夾間接自適應(yīng)機(jī)器人手指裝置，包括基座、電機(jī)、第一傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、第一指段、第二指段、近關(guān)節(jié)軸和遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸；所述電機(jī)與基座固接；所述電機(jī)的輸出軸與第一傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的輸入端相連；所述第一指段套接在近關(guān)節(jié)軸上；所述遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸活動(dòng)套設(shè)在第一指段中；所述第二指段套接在遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸上；所述近關(guān)節(jié)軸的中心線與遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸的中心線平行；其特征在于：該并聯(lián)帶輪連桿直線平夾自適應(yīng)手指裝置還包括第一傳動(dòng)件、第二傳動(dòng)件、第一傳動(dòng)輪、第二傳動(dòng)輪、第三傳動(dòng)輪、第四傳動(dòng)輪、第一連桿、第二連桿、第三連桿、第一軸、第二軸、第三軸、滑塊、第二傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和彈簧；所述第一軸、第二軸、第三軸與近關(guān)節(jié)軸的中心線平行；所述第一軸、第二軸分別活動(dòng)套設(shè)在基座中；所述第一傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的輸出端與第二軸相連；所述第三連桿的一端套接在第一軸上，第三連桿的另一端套接在近關(guān)節(jié)軸上；所述近關(guān)節(jié)軸活動(dòng)套設(shè)在第二連桿的中部；所述第二連桿的一端套接在遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸上，第二連桿的另一端套接在第三軸上；所述第一連桿的一端套固在第二軸上，第一連桿的另一端套接在第三軸上；設(shè)第一軸的中心點(diǎn)為A，第二軸中心點(diǎn)為B，第三軸的中心點(diǎn)為C，近關(guān)節(jié)軸的中心點(diǎn)為D，遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸中心點(diǎn)為E，線段AB的長度等于線段BC長度的2倍，線段CD、線段DE和線段AD三者長度相等，線段CD的長度等于線段BC長度的2.5倍；所述第一傳動(dòng)輪活動(dòng)套接在第一軸上；所述第一傳動(dòng)件分別連接第一傳動(dòng)輪和第二傳動(dòng)輪；所述第二傳動(dòng)輪活動(dòng)套接在近關(guān)節(jié)軸上；通過第一傳動(dòng)件的傳動(dòng)，第一傳動(dòng)輪與第二傳動(dòng)輪為同向傳動(dòng)關(guān)系；所述第三傳動(dòng)輪活動(dòng)套接在近關(guān)節(jié)軸上，所述第二傳動(dòng)輪與第三傳動(dòng)輪固接；所述第二傳動(dòng)件分別連接第三傳動(dòng)輪和第四傳動(dòng)輪；所述第四傳動(dòng)輪套接在遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸上；通過第二傳動(dòng)件的傳動(dòng)，第三傳動(dòng)輪與第四傳動(dòng)輪為同向傳動(dòng)關(guān)系；所述第二指段和第四傳動(dòng)輪相連；通過第一傳動(dòng)件和第二傳動(dòng)件的傳動(dòng)，從第一傳動(dòng)輪到第四傳動(dòng)輪的傳動(dòng)為等速傳動(dòng)；第四傳動(dòng)輪有凸臺(tái)，在初始位置時(shí)，第二指段緊靠在第四傳動(dòng)輪的凸臺(tái)上；所述滑塊滑動(dòng)鑲嵌在第一指段中，所述彈簧的兩端分別連接滑塊和第一指段；所述滑塊與第二傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的輸入端相連，所述第二傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的輸出端與第二指段相連。

本發(fā)明所述的四連桿傳動(dòng)輪直線平夾間接自適應(yīng)機(jī)器人手指裝置，其特征在于：所述第二傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括齒條和齒輪；所述齒條與滑塊固接，所述齒條與齒輪嚙合，所述齒輪套接在遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸上，所述齒輪與第二指段固接。

本發(fā)明所述的四連桿傳動(dòng)輪直線平夾間接自適應(yīng)機(jī)器人手指裝置，其特征在于：所述第一傳動(dòng)件采用連桿、齒輪、傳動(dòng)帶、鏈條或腱繩。

本發(fā)明所述的四連桿傳動(dòng)輪直線平夾間接自適應(yīng)機(jī)器人手指裝置，其特征在于：所述第二傳動(dòng)件采用連桿、齒輪、傳動(dòng)帶、鏈條或腱繩。

本發(fā)明所述的四連桿傳動(dòng)輪直線平夾間接自適應(yīng)機(jī)器人手指裝置，其特征在于：所述彈簧采用壓簧。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)和突出性效果：

本發(fā)明裝置利用電機(jī)、多個(gè)連桿、多個(gè)傳動(dòng)輪、兩個(gè)傳動(dòng)件、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、滑塊和彈簧等綜合實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人手指直線平行夾持與間接自適應(yīng)抓取的功能；該裝置既能直線平動(dòng)第二指段捏持物體，也能包絡(luò)不同形狀、大小的物體；該裝置抓取范圍大；采用欠驅(qū)動(dòng)的方式，利用一個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)兩個(gè)指段，無需復(fù)雜的傳感和控制系統(tǒng)；該裝置結(jié)構(gòu)緊湊、體積小，制造和維護(hù)成本低，適用于機(jī)器人手。

附圖說明

圖1是本發(fā)明設(shè)計(jì)的四連桿傳動(dòng)輪直線平夾間接自適應(yīng)機(jī)器人手指裝置的一種實(shí)施例的立體外觀圖。

圖2是圖1所示實(shí)施例的正視圖。

圖3是圖1所示實(shí)施例的側(cè)視圖。

圖4是圖1所示實(shí)施例的正面剖視圖。

圖5至圖6是圖1所示實(shí)施例以直線平夾方式抓取物體的過程圖。

圖7至圖9是圖1所示實(shí)施例以被動(dòng)自適應(yīng)包絡(luò)抓取方式抓取物體的示意圖。

圖10是圖1所示實(shí)施例張開到最大以及合攏狀態(tài)(雙點(diǎn)劃線)的示意圖。

圖11是圖1所示實(shí)施例的局部視圖，顯示出點(diǎn)A、B、C、D和E的位置。

圖12是圖11所示的連桿AD、BC、CDE及基座連桿AB的多連桿機(jī)構(gòu)簡圖，顯示出在主動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)連桿BC時(shí)點(diǎn)E的移動(dòng)軌跡，該軌跡中有一段直線軌跡就是本實(shí)施例的第二指段直線平行夾持的移動(dòng)軌跡。

在圖1至圖9中：

1－基座， 2－第一指段， 3－第二指段， 4－近關(guān)節(jié)軸，

5－遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸， 51－第一軸， 52－第二軸， 53－第三軸，

61－第一傳動(dòng)輪， 62－第二傳動(dòng)輪， 63－第三傳動(dòng)輪， 64－第四傳動(dòng)輪，

71－第一連桿， 72－第二連桿， 73－第三連桿， 81－第一傳動(dòng)件，

82－第二傳動(dòng)件， 9－彈簧， 11－第一傳動(dòng)機(jī)構(gòu)， 111－主動(dòng)錐齒輪，

112－從動(dòng)錐齒輪， 113－主動(dòng)傳動(dòng)輪， 114－從動(dòng)傳動(dòng)輪， 115－過渡傳動(dòng)帶，

116－過渡軸， 117－減速器， 12－電機(jī)， 13－滑塊，

14－齒條， 15－齒輪， 100－物體。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖及實(shí)施例進(jìn)一步詳細(xì)介紹本發(fā)明的具體結(jié)構(gòu)、工作原理的內(nèi)容。

本發(fā)明設(shè)計(jì)的四連桿傳動(dòng)輪直線平夾間接自適應(yīng)機(jī)器人手指裝置的一種實(shí)施例，如圖1至圖6所示，包括基座1、電機(jī)12、第一傳動(dòng)機(jī)構(gòu)11、第一指段2、第二指段3、近關(guān)節(jié)軸4和遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸5；所述電機(jī)12與基座1固接；所述電機(jī)12的輸出軸與第一傳動(dòng)機(jī)構(gòu)11的輸入端相連；所述第一指段2套接在近關(guān)節(jié)軸4上；所述遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸5活動(dòng)套設(shè)在第一指段2中；所述第二指段3套接在遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸5上；所述近關(guān)節(jié)軸4的中心線與遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸5的中心線平行；該并聯(lián)帶輪連桿直線平夾自適應(yīng)手指裝置還包括第一傳動(dòng)件81、第二傳動(dòng)件82、第一傳動(dòng)輪61、第二傳動(dòng)輪62、第三傳動(dòng)輪63、第四傳動(dòng)輪64、第一連桿71、第二連桿72、第三連桿73、第一軸51、第二軸52、第三軸53、滑塊13、第二傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和彈簧9；所述第一軸51、第二軸52、第三軸53與近關(guān)節(jié)軸4的中心線平行；所述第一軸51、第二軸52分別活動(dòng)套設(shè)在基座1中；所述第一傳動(dòng)機(jī)構(gòu)11的輸出端與第二軸52相連；所述第三連桿73的一端套接在第一軸51上，第三連桿73的另一端套接在近關(guān)節(jié)軸4上；所述近關(guān)節(jié)軸4活動(dòng)套設(shè)在第二連桿72的中部；所述第二連桿72的一端套接在遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸5上，第二連桿72的另一端套接在第三軸53上；所述第一連桿71的一端套固在第二軸52上，第一連桿71的另一端套接在第三軸53上；設(shè)第一軸51的中心點(diǎn)為A，第二軸52中心點(diǎn)為B，第三軸53的中心點(diǎn)為C，近關(guān)節(jié)軸4的中心點(diǎn)為D，遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸5中心點(diǎn)為E，線段AB的長度等于線段BC長度的2倍，線段CD、線段DE和線段AD三者長度相等，線段CD的長度等于線段BC長度的2.5倍；所述第一傳動(dòng)輪61活動(dòng)套接在第一軸51上；所述第一傳動(dòng)件81分別連接第一傳動(dòng)輪61和第二傳動(dòng)輪62；所述第二傳動(dòng)輪62活動(dòng)套接在近關(guān)節(jié)軸4上；通過第一傳動(dòng)件81的傳動(dòng)，第一傳動(dòng)輪61與第二傳動(dòng)輪62為同向傳動(dòng)關(guān)系；所述第三傳動(dòng)輪63活動(dòng)套接在近關(guān)節(jié)軸4上，所述第二傳動(dòng)輪62與第三傳動(dòng)輪63固接；所述第二傳動(dòng)件82分別連接第三傳動(dòng)輪63和第四傳動(dòng)輪64；所述第四傳動(dòng)輪64套接在遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸5上；通過第二傳動(dòng)件82的傳動(dòng)，第三傳動(dòng)輪63與第四傳動(dòng)輪64為同向傳動(dòng)關(guān)系；所述第二指段3和第四傳動(dòng)輪64相連；通過第一傳動(dòng)件81和第二傳動(dòng)件82的傳動(dòng)，從第一傳動(dòng)輪61到第四傳動(dòng)輪64的傳動(dòng)為等速傳動(dòng)；第四傳動(dòng)輪有凸臺(tái)，在初始位置時(shí)，第二指段3緊靠在第四傳動(dòng)輪64的凸臺(tái)上；所述滑塊13滑動(dòng)鑲嵌在第一指段2中，所述彈簧9的兩端分別連接滑塊13和第一指段2；所述滑塊13與第二傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的輸入端相連，所述第二傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的輸出端與第二指段3相連。

本實(shí)施例中，所述第二傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括齒條14和齒輪15；所述齒條14與滑塊13固接，所述齒條14與齒輪15嚙合，所述齒輪15套接在遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸5上，所述齒輪15與第二指段3固接。

本發(fā)明所述的四連桿傳動(dòng)輪直線平夾間接自適應(yīng)機(jī)器人手指裝置，其特征在于：所述第一傳動(dòng)件81采用連桿、齒輪、傳動(dòng)帶、鏈條或腱繩。本實(shí)施例中，第一傳動(dòng)件81采用傳動(dòng)帶。

本發(fā)明所述的四連桿傳動(dòng)輪直線平夾間接自適應(yīng)機(jī)器人手指裝置，其特征在于：所述第二傳動(dòng)件82采用連桿、齒輪、傳動(dòng)帶、鏈條或腱繩。本實(shí)施例中，第二傳動(dòng)件82采用傳動(dòng)帶。

本實(shí)施例中，所述彈簧9采用壓簧。

本實(shí)施例中第一傳動(dòng)機(jī)構(gòu)11包括主動(dòng)錐齒輪111，從動(dòng)錐齒輪112，主動(dòng)傳動(dòng)輪113，從動(dòng)傳動(dòng)輪114，過渡傳動(dòng)帶115，過渡軸116和減速器117。所述減速器117的輸入端與電機(jī)12的輸出端相連，所述減速器117與基座1固接，所述主動(dòng)錐齒輪111固接在減速器117的輸出軸，所述過渡軸116套設(shè)在基座1中，所述從動(dòng)錐齒輪112與過渡軸116固接，所述主動(dòng)錐齒輪111與從動(dòng)錐齒輪112嚙合，所述主動(dòng)傳動(dòng)輪113與過渡軸116固接，所述從動(dòng)傳動(dòng)輪114與第二軸52固接，所述過渡傳動(dòng)帶115連接主動(dòng)傳動(dòng)輪113與從動(dòng)傳動(dòng)輪114，所述過渡傳動(dòng)帶115成“0”字形。

本實(shí)施例的工作原理，結(jié)合附圖敘述如下：

本實(shí)施例處于初始狀態(tài)時(shí)，如圖1、圖2和圖3所示。

本實(shí)施例中，將初始位置設(shè)置為第三連桿73豎直的狀態(tài)(如圖1所示)。

電機(jī)12轉(zhuǎn)動(dòng)，通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)第二軸52轉(zhuǎn)動(dòng)，第一傳動(dòng)輪61繞著第一軸51的中心線轉(zhuǎn)動(dòng)；因?yàn)榈谝贿B桿71、第二連桿72、第三連桿73、基座1構(gòu)成四連桿機(jī)構(gòu)，并且滿足條件：

a)線段AB的長度等于線段BC長度的2倍，

b)線段CD的長度、線段DE的長度和線段AD的長度三者相等，

c)線段CD的長度等于線段BC長度的2.5倍，

如9圖所示，該四連桿機(jī)構(gòu)將因?yàn)榈谝贿B桿71的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸5直線運(yùn)動(dòng)。

當(dāng)本實(shí)施例抓取物體100時(shí)，會(huì)呈現(xiàn)兩種抓取模式，即直線平夾模式(第一階段)和間接自適應(yīng)包絡(luò)抓取模式(第二階段)：

a)當(dāng)?shù)诙付?先于滑塊13碰觸到物體100時(shí)，本實(shí)施例采用直線平夾的抓取模式。電機(jī)12轉(zhuǎn)動(dòng)，通過第一傳動(dòng)機(jī)構(gòu)11的傳動(dòng)，使第二軸52轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)著固接在第二軸51上的第一連桿71轉(zhuǎn)動(dòng)，第二連桿72和第三連桿73繞著各自的中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)，套設(shè)在第二連桿72上的遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸5沿著直線平行移動(dòng)。第一傳動(dòng)輪61固接在基座1上，通過第一傳動(dòng)件81和第二傳動(dòng)件82的傳動(dòng)，第四傳動(dòng)輪64相對(duì)于基座1處于相對(duì)平移的狀態(tài)，不會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)。在初始位置時(shí)，第二指段3緊靠在第四傳動(dòng)輪64上，與第二指段3固接的齒輪15與齒條14嚙合。彈簧9的作用使第二指段3在第一階段緊靠在第二傳動(dòng)輪62上，直至物體100碰到第二指段3，直線平夾抓取模式結(jié)束。如圖5至圖6所示。

b)當(dāng)滑塊13先于第二指段3接觸到物體100時(shí)，本實(shí)施例采用間接自適應(yīng)的抓取模式。電機(jī)12帶動(dòng)第一連桿71、第二連桿72和第三連桿73，第三連桿73向物體100方向靠近，物體100壓迫滑塊13，使滑塊13在第二指段3中滑動(dòng)，彈簧9被壓縮。齒輪15與齒條14嚙合傳動(dòng)，使與齒輪15固接的第二指段3向物體100靠近，第四傳動(dòng)輪64凸塊與第二指段3分開，直至接觸到物體100，間接自適應(yīng)抓取過程結(jié)束。如圖7至圖9所示。

釋放過程與上述過程剛好相反，不贅述。

本發(fā)明裝置利用電機(jī)、多個(gè)連桿、多個(gè)傳動(dòng)輪、兩個(gè)傳動(dòng)件、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、滑塊和彈簧等綜合實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人手指直線平行夾持與間接自適應(yīng)抓取的功能；該裝置既能直線平動(dòng)第二指段捏持物體，也能包絡(luò)不同形狀、大小的物體；該裝置抓取范圍大；采用欠驅(qū)動(dòng)的方式，利用一個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)兩個(gè)指段，無需復(fù)雜的傳感和控制系統(tǒng)；該裝置結(jié)構(gòu)緊湊、體積小，制造和維護(hù)成本低，適用于機(jī)器人手。