本發(fā)明屬于機(jī)器人手技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種滑槽肘節(jié)連桿直線平夾自適應(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)器人手是機(jī)器人的重要組成部分。目前開發(fā)出來的機(jī)器人手分為擬人的多指手和非擬人的特種手，其中，擬人的多指手有工業(yè)夾持器、靈巧手和欠驅(qū)動手三類。工業(yè)夾持器在機(jī)器人領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，結(jié)構(gòu)和控制接單，但工作模式比較單一；靈巧手被定義為手指數(shù)量超過3個，獨(dú)立驅(qū)動的關(guān)節(jié)自由度超過9個的多指機(jī)器人手，靈巧手使用靈活，應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，但由于靈巧手的自由度和驅(qū)動靈巧手的電機(jī)數(shù)量多，造成制造和控制上的難度大；自適應(yīng)欠驅(qū)動機(jī)器人手采用少量電機(jī)驅(qū)動多個自由度關(guān)節(jié)，由于電機(jī)數(shù)量少，藏入手掌的電機(jī)可以選擇更大的功率和體積，出力大，同時純機(jī)械式的反饋系統(tǒng)對環(huán)境敏感度低，工作狀態(tài)穩(wěn)定，而且能自動適應(yīng)不同形狀尺寸的物體，沒有實(shí)時電子傳感和閉環(huán)反饋控制的需求，降低了控制和制造難度，但是無法實(shí)施捏持抓取。

傳統(tǒng)的機(jī)器人手在抓取物體時主要有兩種抓取方法，一種是捏持，一種是握持。

捏持是用末端手指的指尖部分去夾取物體，采用兩個點(diǎn)或兩個軟指面去接觸物體，這種平行夾持抓取模式的優(yōu)點(diǎn)是抓取定位精確，有利于機(jī)器人完成操作或裝配等后續(xù)任務(wù)，而且這種模式抓取范圍大——可以抓取從很小到很大尺寸范圍的物體。一種直線平行夾持的工業(yè)夾持器已經(jīng)被開發(fā)出，如日本川崎重工申請的專利WO2016063314A1，包括基座、電機(jī)、傳動機(jī)構(gòu)和多個連桿等。該夾持器實(shí)現(xiàn)了直線平夾的功能，但該裝置存在明顯的不足之處：不能實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)，這使它的工作模式單一，只能捏取物體，不能適應(yīng)多種形狀物體的穩(wěn)定包絡(luò)抓取。

握持是用手指的多個指段包絡(luò)環(huán)繞物體來實(shí)現(xiàn)多個點(diǎn)的接觸，達(dá)到更穩(wěn)定的形狀包絡(luò)抓取。自適應(yīng)欠驅(qū)動手指可以采用自適應(yīng)包絡(luò)物體的方式握持，但是無法實(shí)施末端平行夾持抓取，例如，已有的一種欠驅(qū)動兩關(guān)節(jié)機(jī)器人手指裝置(中國發(fā)明專利CN101234489A)，包括基座、電機(jī)、中部指段、末端指段和平行帶輪式傳動機(jī)構(gòu)等。該裝置實(shí)現(xiàn)了雙關(guān)節(jié)欠驅(qū)動手指彎曲抓取物體的特殊效果，具有自適應(yīng)性。該欠驅(qū)動機(jī)械手指裝置的不足之處為：抓取方式主要為握持方式，難以實(shí)現(xiàn)較好的末端平行夾持抓取效果。

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，提供一種滑槽肘節(jié)連桿直線平夾自適應(yīng)機(jī)器人手指裝置。該裝置具有多種抓取模式，既能同時平動第一指段和第二指段捏持物體，也能先后合上第一指段和第二指段包絡(luò)物體；抓取范圍大，力量大，體積小，外觀擬人；同時采用欠驅(qū)動的方式，利用一個驅(qū)動器驅(qū)動兩個指段，無需復(fù)雜的傳感和控制系統(tǒng)。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

本發(fā)明一種滑槽肘節(jié)連桿直線平夾自適應(yīng)機(jī)器人手指裝置，包括基座、第一指段、第二指段、傳動機(jī)構(gòu)和驅(qū)動器；所述驅(qū)動器與基座固接，所述驅(qū)動器的輸出軸與傳動機(jī)構(gòu)的輸入軸相連；其特征在于：該滑槽肘節(jié)連桿直線平夾自適應(yīng)機(jī)器人手指裝置還包括第一連桿、第二連桿、第三連桿、第四連桿、第五連桿、第六連桿、第七連桿、第八連桿、第九連桿、第十連桿、第十一連桿、第一滑塊、第二滑塊和簧件等；所述第一軸、第二軸、第三軸、第四軸、第五軸、第六軸、第七軸、第八軸、第九軸、第十軸、第十一軸、第十二軸、第十三軸和第十四軸的中心線相互平行，所述第一滑塊滑動鑲嵌在基座中，所述第二滑塊滑動鑲嵌在基座中，所述第一滑塊和第二滑塊滑動方向相同，該方向定義為直線X，所述的第二滑塊上設(shè)有滑槽；所述各軸的中心線與直線X垂直；所述傳動機(jī)構(gòu)的輸出軸與第一滑塊相連，所述第十三軸套設(shè)在第一滑塊上，所述第十一連桿一端套接在第十三軸上，第十一連桿另一端套接在第十一軸上，所述第十連桿一端套接在第十一軸上，第十連桿的另一端套接在第十二軸上，所述第十二軸套設(shè)在第二滑塊上，所述第七連桿一端套接在第十二軸上，第七連桿的另一端套接在第八軸上，所述第九連桿一端套接在第十一軸上，第九連桿的另一端套接在第十軸上，所述第八連桿一端套接在第十軸上，第八連桿的另一端套接在第八軸上；所述第十軸滑動鑲嵌在第二滑塊的滑槽上；設(shè)第十二軸的中心為K點(diǎn)，設(shè)第十一軸的中心為L點(diǎn)，設(shè)第十軸的中心為M點(diǎn)，設(shè)第八軸的中心為N點(diǎn)；線段KN的長度等于線段MN的長度，線段KL的長度等于線段ML的長度；所述第三連桿一端套接在第八軸上，第三連桿的另一端套接在第四軸上；所述第二連桿一端套接在第四軸上，第二連桿的另一端套接在第三軸上，所述第三軸套設(shè)在第一指段上；所述第一連桿一端套接在第四軸上，第一連桿的另一端套接在第一軸上；所述第一軸套設(shè)在第二指段上；所述第二軸套設(shè)在第一指段上，所述第二指段套接在第二軸上；所述第七軸套設(shè)在第二滑塊上，所述第四連桿一端套接在第七軸上，第四連桿的另一端套接在第三軸上；所述第六軸套設(shè)在第四連桿的中點(diǎn)，所述第六連桿一端套接在第六軸上，第六連桿的另一端套接在第十四軸上，所述第十四軸套設(shè)在基座上；所述第九軸套設(shè)在第二滑塊上，所述第五連桿一端套接在第九軸上，第五連桿的另一端套接在第五軸上，所述第五軸套設(shè)在第一指段上；設(shè)第七軸中心點(diǎn)為A點(diǎn)，設(shè)第六軸中心點(diǎn)為B點(diǎn)，設(shè)第三軸中心點(diǎn)為C點(diǎn)，設(shè)第十四軸中心點(diǎn)為D點(diǎn)，設(shè)第九軸中心點(diǎn)為E點(diǎn)，設(shè)第五軸中心點(diǎn)為F點(diǎn)；線段AD平行于直線X，線段AB的長度等于線段BC的長度，線段AB的長度等于線段BD的長度，線段AE的長度等于線段CF的長度，線段AC的長度等于線段EF的長度，四邊形ACFE是平行四邊形；所述簧件兩端分別連接第九連桿和第十連桿。

本發(fā)明所述的滑槽肘節(jié)連桿直線平夾自適應(yīng)機(jī)器人手指裝置，其特征在于：所述驅(qū)動器采用電機(jī)、氣缸或液壓缸。

本發(fā)明所述的滑槽肘節(jié)連桿直線平夾自適應(yīng)機(jī)器人手指裝置，其特征在于：所述簧件采用拉簧、壓簧、片簧或扭簧。

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)明裝置利用單驅(qū)動器、肘節(jié)連桿、人字連桿、滑塊和簧件等綜合實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人手指直線平行夾持與自適應(yīng)抓取的功能；該裝置采用人字連桿和雙滑塊實(shí)現(xiàn)了第一指段沿著直線運(yùn)動，采用平行連桿實(shí)現(xiàn)了第一指段相對于基座保持姿態(tài)不變，采用肘節(jié)連桿、滑槽和簧件在第一指段接觸物體后推動第八連桿轉(zhuǎn)動，從而實(shí)現(xiàn)第二指段的自適應(yīng)轉(zhuǎn)動。該裝置能直線平動第二指段去夾持物體，還能在第一指段接觸物體之后，自動轉(zhuǎn)動第二指段去接觸物體，達(dá)到自適應(yīng)包絡(luò)不同形狀、大小物體的目的；抓取范圍大，抓取穩(wěn)定可靠；利用一個驅(qū)動器驅(qū)動兩個指段；該裝置結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕，加工、裝配和維修成本低。

附圖說明

圖1是本發(fā)明設(shè)計(jì)的滑槽肘節(jié)連桿直線平夾自適應(yīng)機(jī)器人手指裝置的一種實(shí)施例的側(cè)面視圖(未畫出部分零件)

圖2是圖1所示實(shí)施例的剖視圖(是圖1的后視圖)。

圖3是圖1所示實(shí)施例的側(cè)面外觀(未畫出部分零件)，顯示出點(diǎn)A、B、C和D的位置。

圖4是圖3所示的AC、BD及基座的機(jī)構(gòu)簡圖，顯示出在主動推動點(diǎn)A時點(diǎn)C的移動軌跡。

圖5至圖6是圖1所示實(shí)施例動作過程示意圖(未抓取物體時)。

圖7至圖9是圖1所示實(shí)施例在以包絡(luò)握持的方式抓取物體的動作過程示意圖。

圖10是圖1所示實(shí)施例滑塊的剖視圖。

圖11至圖13是圖7至圖9所示實(shí)施例依次自適應(yīng)包絡(luò)抓取物體的動作過程，主要展示出在幾個關(guān)鍵位置時，兩個滑塊的相對位置變化和連桿結(jié)構(gòu)的動作過程。

圖14是第二滑塊的剖視圖，主要展示其內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

圖15是圖1所示實(shí)施例的平夾抓取物體示意圖。

圖16是圖1所示實(shí)施例的自適應(yīng)抓取物體示意圖。

在圖1至圖16中：

1－基座，2－第一指段，3－第二指段，401－第一軸，

402－第二軸，403－第三軸，404－第四軸，405－第五軸，

406－第六軸，407－第七軸，408－第八軸，409－第九軸，

410－第十軸，411－第十一軸，412－第十二軸，413－第十三軸，

414－第十四軸，501－第一連桿，502－第二連桿，503－第三連桿，

504－第四連桿，505－第五連桿，506－第六連桿，507－第七連桿，

508－第八連桿，509－第九連桿，510－第十連桿，5101－限位凸塊，

511－第十一連桿，61－第一滑塊，62－第二滑塊，621－滑槽，

7－簧件，8－驅(qū)動器，81－傳動機(jī)構(gòu)，9－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)的滑槽肘節(jié)連桿直線平夾自適應(yīng)機(jī)器人手指裝置的一種實(shí)施例，如圖1至圖7所示，包括基座1、第一指段2、第二指段3、傳動機(jī)構(gòu)81和驅(qū)動器8；所述驅(qū)動器8與基座1固接，所述驅(qū)動器8的輸出軸與傳動機(jī)構(gòu)81的輸入軸相連；該滑槽肘節(jié)連桿直線平夾自適應(yīng)機(jī)器人手指裝置還包括第一連桿501、第二連桿502、第三連桿503、第四連桿504、第五連桿505、第六連桿506、第七連桿507、第八連桿508、第九連桿509、第十連桿510、第十一連桿511、第一滑塊61、第二滑塊62和簧件7等；所述第一軸401、第二軸402、第三軸403、第四軸404、第五軸405、第六軸406、第七軸407、第八軸408、第九軸409、第十軸410、第十一軸411、第十二軸412、第十三軸413和第十四軸414的中心線相互平行，所述第一滑塊61滑動鑲嵌在基座1中，所述第二滑塊62滑動鑲嵌在基座1中，所述第一滑塊61和第二滑塊62滑動方向相同，該方向定義為直線X，所述的第二滑塊62上設(shè)有滑槽621；所述各軸的中心線與直線X垂直；所述傳動機(jī)構(gòu)81的輸出軸與第一滑塊61相連，所述第十三軸413套設(shè)在第一滑塊61上，所述第十一連桿511一端套接在第十三軸413上，第十一連桿511另一端套接在第十一軸411上，所述第十連桿510一端套接在第十一軸411上，第十連桿510的另一端套接在第十二軸412上，所述第十二軸412套設(shè)在第二滑塊62上，所述第七連桿507一端套接在第十二軸412上，第七連桿507的另一端套接在第八軸408上，所述第九連桿509一端套接在第十一軸411上，第九連桿509的另一端套接在第十軸410上，所述第八連桿508一端套接在第十軸410上，第八連桿508的另一端套接在第八軸408上；所述第十軸410滑動鑲嵌在第二滑塊62的滑槽621上，第十軸410可以沿著滑槽621左右移動；設(shè)第十二軸412的中心為K點(diǎn)，設(shè)第十一軸411的中心為L點(diǎn)，設(shè)第十軸410的中心為M點(diǎn)，設(shè)第八軸408的中心為N點(diǎn)；線段KN的長度等于線段MN的長度，線段KL的長度等于線段ML的長度；所述第三連桿503一端套接在第八軸408上，第三連桿503的另一端套接在第四軸404上；所述第二連桿502一端套接在第四軸404上，第二連桿502的另一端套接在第三軸403上，所述第三軸403套設(shè)在第一指段上；所述第一連桿501一端套接在第四軸404上，第一連桿501的另一端套接在第一軸401上；所述第一軸401套設(shè)在第二指段3上；所述第二軸402套設(shè)在第一指段2上，所述第二指段3套接在第二軸402上；所述第七軸407套設(shè)在第二滑塊62上，所述第四連桿504一端套接在第七軸407上，第四連桿504的另一端套接在第三軸403上；所述第六軸406套設(shè)在第四連桿504的中點(diǎn)，所述第六連桿506一端套接在第六軸406上，第六連桿506的另一端套接在第十四軸414上，所述第十四軸414套設(shè)在基座1上；所述第九軸409套設(shè)在第二滑塊62上，所述第五連桿505一端套接在第九軸409上，第五連桿505的另一端套接在第五軸405上，所述第五軸405套設(shè)在第一指段2上；設(shè)第七軸407中心點(diǎn)為A點(diǎn)，設(shè)第六軸406中心點(diǎn)為B點(diǎn)，設(shè)第三軸403中心點(diǎn)為C點(diǎn)，設(shè)第十四軸414中心點(diǎn)為D點(diǎn)，設(shè)第九軸409中心點(diǎn)為E點(diǎn)，設(shè)第五軸405中心點(diǎn)為F點(diǎn)；線段AD平行于直線X，線段AB的長度等于線段BC的長度，線段AB的長度等于線段BD的長度，線段AE的長度等于線段CF的長度，線段AC的長度等于線段EF的長度，四邊形ACFE是平行四邊形；所述簧件7兩端分別連接第九連桿509和第十連桿510。

本實(shí)施例中，所述第十連桿510上設(shè)有限位凸塊5101，初始狀態(tài)時K點(diǎn)、L點(diǎn)和M點(diǎn)在一條直線上。

本發(fā)明所述的滑槽肘節(jié)連桿直線平夾自適應(yīng)機(jī)器人手指裝置，其特征在于：所述驅(qū)動器8采用電機(jī)、氣缸或液壓缸。本實(shí)施例中，所述驅(qū)動器8采用電機(jī)。

本發(fā)明所述的滑槽肘節(jié)連桿直線平夾自適應(yīng)機(jī)器人手指裝置，其特征在于：所述簧件7采用拉簧、壓簧、片簧或扭簧。本實(shí)施例中，所述簧件7采用扭簧。

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，如圖1所示。

電機(jī)8轉(zhuǎn)動，通過傳動機(jī)構(gòu)81推動第一滑塊61向上直線運(yùn)動，通過第十一連桿511推動第九連桿509和第十連桿510向上運(yùn)動，由于簧件7的作用，第九連桿509和第十連桿510保持水平姿態(tài)，第十軸410相對第二滑塊滑槽621靜止；第九連桿509和第十連桿510分別推動第十軸410和第十二軸412向上直線運(yùn)動，第十軸410和第十二軸412推動第二滑塊62向上直線運(yùn)動；由于第四連桿504、第六連桿506構(gòu)成人字連桿，且滿足AB＝BC＝BD，因此第三軸403沿著水平直線向右移動；由于平行四邊形連桿(第四連桿504、第一指段2、第五連桿505和第二滑塊62)的作用，第一指段2將保持相對基座1不變的姿態(tài)，第一指段2向右直線平移，直到第二指段3接觸物體9，抓取結(jié)束，達(dá)到直線平行夾持物體的效果；在此過程中，由于三角形連桿(第七連桿507、第八連桿508、第九連桿509和第十連桿510)在簧件7的作用下未發(fā)生變形，第三連桿503與第四連桿504和第五連桿505保持平行，第二指段3相對第一指段2靜止。

在上述過程中，當(dāng)?shù)谝恢付?碰觸物體，而第二指段3還沒接觸物體時，電機(jī)8繼續(xù)轉(zhuǎn)動，通過傳動機(jī)構(gòu)81繼續(xù)推動第一滑塊61向上運(yùn)動，第一滑塊61推動第十一連桿511運(yùn)動，第十一連桿511推動第十一軸411向上運(yùn)動，此時簧件7發(fā)生變形，三角形連桿(第七連桿507、第八連桿508、第九連桿509和第十連桿510)開始變形，第九連桿509和第十連桿510與第十一軸411相連的一端開始向上運(yùn)動，在第九連桿509的拉動下，第十軸410開始沿著第二滑塊滑槽621向右運(yùn)動，第七連桿507開始按順時針方向轉(zhuǎn)動，推動第三連桿503轉(zhuǎn)動，再通過第二連桿502和第一連桿501的傳動，實(shí)現(xiàn)第二指段2繞第二軸402轉(zhuǎn)動，直到第二指段3接觸物體9，抓取結(jié)束，達(dá)到自適應(yīng)握持物體的效果。

自適應(yīng)抓取階段如圖8、圖9和圖10所示。

釋放物體時，電機(jī)8反轉(zhuǎn)，與上述過程相反，不再贅述，當(dāng)?shù)诰胚B桿509和第十連桿510回到水平位置時，由于第十連桿上的限位凸塊5101的限制，第九連桿509和第十連桿510停止運(yùn)動，恢復(fù)到初始狀態(tài)。

本發(fā)明裝置利用單驅(qū)動器、肘節(jié)連桿、人字連桿、滑塊和簧件等綜合實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人手指直線平行夾持與自適應(yīng)抓取的功能；該裝置采用人字連桿和雙滑塊實(shí)現(xiàn)了第一指段沿著直線運(yùn)動，采用平行連桿實(shí)現(xiàn)了第一指段相對于基座保持姿態(tài)不變，采用肘節(jié)連桿、滑槽和簧件在第一指段接觸物體后推動第八連桿轉(zhuǎn)動，從而實(shí)現(xiàn)第二指段的自適應(yīng)轉(zhuǎn)動。該裝置能直線平動第二指段去夾持物體，還能在第一指段接觸物體之后，自動轉(zhuǎn)動第二指段去接觸物體，達(dá)到自適應(yīng)包絡(luò)不同形狀、大小物體的目的；抓取范圍大，抓取穩(wěn)定可靠；利用一個驅(qū)動器驅(qū)動兩個指段；該裝置結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕，加工、裝配和維修成本低。