本發(fā)明屬于機器人手技術領域，特別涉及一種并聯(lián)帶輪連桿直線平夾自適應手指裝置的結構設計。

背景技術：

機器人手是實現(xiàn)抓取物體的重要裝置。抓取物體的方法是從相對的兩個方向限制住物體在該方向上的運動可能性。物體在空間中的運動存在多個方向，為了限制所抓物體的各種運動可能性，需要機器人手從各個方向限制物體運動。平行夾持抓取(簡稱平夾抓取)是一種常見的抓取方式，末端指段在運動過程中始終保持相對手掌基座相對固定的姿態(tài)，在抓取過程中，相對的兩個手指或者多個手指在物體的兩個或多個側(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，這種平行夾持的機器已經(jīng)被工業(yè)上廣泛應用，稱之為工業(yè)夾持器。工業(yè)夾持器是指具有兩個或多個手指，手指上沒有關節(jié)或多個耦合運動的關節(jié)的機器，在抓取物體時使用平行夾持的方式，或末端尖點對物體進行捏持，這種抓取方式針對日常物品是有效的，能夠達到最多種類的物體抓取。

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

傳統(tǒng)的欠驅(qū)動手利用少的驅(qū)動器驅(qū)動較多的關節(jié)，節(jié)能環(huán)保，重量低。傳統(tǒng)的欠驅(qū)動手僅具有先轉(zhuǎn)動近關節(jié)，再轉(zhuǎn)動遠關節(jié)的僵化抓取，雖然可以適應形狀，但是不能以末端指段捏持物體，更不能實現(xiàn)直線平夾與自適應的抓取模式。

具有直線平動夾持的機器人手已經(jīng)被發(fā)明出來，如專利WO2016063314A1，包括基座、電機、傳動機構、第一指段、第二指段、八個連桿、多個轉(zhuǎn)軸等。該裝置能夠?qū)崿F(xiàn)第二指段的直線平動，利用第二指段的直線平行移動對物體實現(xiàn)直線平行夾持的功能。其不足之處在于：該裝置僅能實現(xiàn)直線平行夾持功能，無法實現(xiàn)自適應包絡抓取的功能。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了克服已有技術的不足之處，提供一種并聯(lián)帶輪連桿直線平夾自適應手指裝置。該裝置具有直線平行夾持和自適應抓取兩種抓取模式，無需對物體環(huán)境進行復雜的實時檢測、規(guī)劃，既能沿著直線平動末端的第二指段去夾持物體，也能先后運動第一指段和第二指段自適應包絡不同形狀、大小的物體；抓取范圍大。

本發(fā)明的技術方案如下：

本發(fā)明設計的一種并聯(lián)帶輪連桿直線平夾自適應手指裝置，包括基座、電機、傳動機構、第一指段、第二指段、近關節(jié)軸和遠關節(jié)軸；所述電機與基座固接；所述電機的輸出軸與傳動機構的輸入端相連；所述第一指段套接在近關節(jié)軸上；所述遠關節(jié)軸活動套設在第一指段中；所述第二指段套接在遠關節(jié)軸上；所述近關節(jié)軸的中心線與遠關節(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手指裝置還包括第三連桿、第一傳動件、第二傳動件、第三傳動件、第四傳動件、第一傳動輪、第二傳動輪、第三傳動輪、第四傳動輪、第五傳動輪、第六傳動輪、第七傳動輪、第八傳動輪、第一連桿、第二連桿、第一軸、第二軸、第三軸、彈簧、凸塊撥盤和限位塊；所述第一軸、第二軸、第三軸與近關節(jié)軸的中心線平行；所述第一軸、第二軸分別活動套設在基座中；所述傳動機構的輸出端與第一軸相連；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節(jié)軸上；所述近關節(jié)軸活動套設在第二連桿的中部；所述第二連桿的一端套接在遠關節(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接在第二軸上，第一連桿的另一端套接在第三軸上；設第一軸的中心點為A，第二軸中心點為B，第三軸的中心點為C，近關節(jié)軸的中心點為D，遠關節(jié)軸中心點為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；所述第一傳動輪套固在第一軸上；所述第一傳動件分別連接第一傳動輪和第二傳動輪；通過第一傳動件的傳動，第一傳動輪與第二傳動輪為同向傳動關系；所述第二傳動輪活動套接在近關節(jié)軸上；所述第三傳動輪活動套接在近關節(jié)軸上，所述第二傳動輪與第三傳動輪固接；所述第二傳動件分別連接第三傳動輪和第四傳動輪；通過第二傳動件的傳動，第三傳動輪與第四傳動輪為同向傳動關系；所述第四傳動輪套接在遠關節(jié)軸上，所述第五傳動輪套接在遠關節(jié)軸上；所述第三傳動件分別連接第五傳動輪和第六傳動輪；通過第三傳動件的傳動，第五傳動輪與第六傳動輪為同向傳動關系；所述第六傳動輪套接在近關節(jié)軸上，所述第七傳動輪套接在近關節(jié)軸上；所述第四傳動件分別連接第七傳動輪和第八傳動輪；通過第四傳動件的傳動，第七傳動輪與第八傳動輪為同向傳動關系；所述第八傳動輪套接在第一軸上；所述第六傳動輪與第七傳動輪固接；所述第二指段、第四傳動輪和第五傳動輪三者固接；通過第一傳動件和第二傳動件的傳動，從第一傳動輪到第四傳動輪的傳動為增速傳動；通過第三傳動件和第四傳動件的傳動，從第五傳動輪到第八傳動輪的傳動為等速傳動；所述凸塊撥盤活動套接在第一軸上，凸塊撥盤與第八傳動輪固接；所述限位塊與基座固接，凸塊撥盤在初始狀態(tài)時與限位塊接觸；所述彈簧的兩端分別連接基座和凸塊撥盤。

本發(fā)明所述的并聯(lián)帶輪連桿直線平夾自適應手指裝置，其特征在于：所述第一傳動件采用連桿、齒輪、傳動帶、鏈條或腱繩。

本發(fā)明所述的并聯(lián)帶輪連桿直線平夾自適應手指裝置，其特征在于：所述第二傳動件采用連桿、齒輪、傳動帶、鏈條或腱繩。

本發(fā)明所述的并聯(lián)帶輪連桿直線平夾自適應手指裝置，其特征在于：所述第三傳動件采用連桿、齒輪、傳動帶、鏈條或腱繩。

本發(fā)明所述的并聯(lián)帶輪連桿直線平夾自適應手指裝置，其特征在于：所述第四傳動件采用連桿、齒輪、傳動帶、鏈條或腱繩。

本發(fā)明所述的并聯(lián)帶輪連桿直線平夾自適應手指裝置，其特征在于：所述彈簧采用拉簧。

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

本發(fā)明裝置利用電機、四連桿機構、多個傳動輪、凸塊撥盤、限位塊和彈簧綜合實現(xiàn)了機器人手指直線平行夾持與自適應抓取的功能；該裝置既能直線平動第二指段捏持物體，也能包絡不同形狀、大小的物體；該裝置抓取范圍大；采用欠驅(qū)動的方式，利用一個電機驅(qū)動兩個指段，無需復雜的傳感和控制系統(tǒng)；該裝置結構緊湊、體積小，制造和維護成本低，適用于機器人手。

附圖說明

圖1是采用了兩個本發(fā)明設計的并聯(lián)帶輪連桿直線平夾自適應手指裝置的實施例的正面外觀圖。

圖2是圖1所示實施例的一個側(cè)面外觀圖。

圖3是圖1所示實施例的正面視圖(未畫出部分零件)。

圖4是圖1所示實施例的立體視圖(未畫出部分零件)。

圖5至圖6是圖1所示實施例以直線平夾的方式抓取物體的動作過程示意圖。

圖7至圖8是圖1所示實施例以自適應包絡的方式抓取物體的動作過程示意圖。

圖9是圖1所示實施例的局部視圖(未畫出部分零件)，顯示出點A、B、C、D和E的位置。

圖10是圖9所示的連桿AD、BC、CDE及基座連桿AB的多連桿機構簡圖，顯示出在主動轉(zhuǎn)動連桿AD時點E的移動軌跡，該軌跡中有一段直線軌跡就是本實施例的第二指段直線平行夾持的移動軌跡。

圖11至圖12是圖1所示實施例的局部視圖，顯示出限位塊、凸塊撥盤和彈簧在不同運動時刻的位置關系。

在圖1至圖12中：

1－基座， 11－限位塊， 2－第一指段， 3－第二指段，

4－近關節(jié)軸， 5－遠關節(jié)軸， 51－第一軸， 52－第二軸，

53－第三軸， 6－傳動機構， 61－第一傳動輪， 62－第二傳動輪，

63－第三傳動輪， 64－第四傳動輪， 65－第五傳動輪， 66－第六傳動輪，

67－第七傳動輪， 68－第八傳動輪， 71－第一連桿， 72－第二連桿，

73－第三連桿， 8－凸塊撥盤， 81－第一傳動件， 82－第二傳動件，

83－第三傳動件， 84第四傳動件， 9－彈簧， 12－電機，

100－物體。

具體實施方式

下面結合附圖及實施例進一步詳細介紹本發(fā)明的具體結構、工作原理的內(nèi)容。

本發(fā)明設計的并聯(lián)帶輪連桿直線平夾自適應手指裝置的一種實施例，如圖1至圖4所示，包括基座1、電機12、傳動機構6、第一指段2、第二指段3、近關節(jié)軸4和遠關節(jié)軸5；所述電機12與基座1固接；所述電機12的輸出軸與傳動機構6的輸入端相連；所述第一指段2套接在近關節(jié)軸4上；所述遠關節(jié)軸5活動套設在第一指段2中；所述第二指段3套接在遠關節(jié)軸上；所述近關節(jié)軸4的中心線與遠關節(jié)軸5的中心線平行；該并聯(lián)帶輪連桿直線平夾自適應手指裝置還包括第一傳動件81、第二傳動件82、第三傳動件83、第四傳動件84、第一傳動輪61、第二傳動輪62、第三傳動輪63、第四傳動輪64、第五傳動輪65、第六傳動輪66、第七傳動輪67、第八傳動輪68、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、彈簧9、凸塊撥盤8和限位塊11；所述第一軸51、第二軸52、第三軸53與近關節(jié)軸4的中心線平行；所述第一軸51、第二軸52分別活動套設在基座1中；所述傳動機構6的輸出端與第一軸51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節(jié)軸4上；所述近關節(jié)軸4活動套設在第二連桿72的中部；所述第二連桿72的一端套接在遠關節(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的一端套接在第二軸52上，第一連桿71的另一端套接在第三軸53上；設第一軸51的中心點為A，第二軸52中心點為B，第三軸53的中心點為C，近關節(jié)軸4的中心點為D，遠關節(jié)軸5中心點為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；所述第一傳動輪61套固在第一軸51上；所述第一傳動件81分別連接第一傳動輪61和第二傳動輪62；通過第一傳動件81的傳動，第一傳動輪81與第二傳動輪82為同向傳動關系；所述第二傳動輪82活動套接在近關節(jié)軸4上；所述第三傳動輪63活動套接在近關節(jié)軸上，所述第二傳動輪62與第三傳動輪63固接；所述第二傳動件82分別連接第三傳動輪63和第四傳動輪64；通過第二傳動件82的傳動，第三傳動輪63與第四傳動輪64為同向傳動關系；所述第四傳動輪64套接在遠關節(jié)軸上，所述第五傳動輪65套接在遠關節(jié)軸5上；所述第三傳動件83分別連接第五傳動輪65和第六傳動輪66；通過第三傳動件83的傳動，第五傳動輪65與第六傳動輪66為同向傳動關系；所述第六傳動輪66套接在近關節(jié)軸4上，所述第七傳動輪67套接在近關節(jié)軸4上；所述第四傳動件84分別連接第七傳動輪67和第八傳動輪68；通過第四傳動件84的傳動，第七傳動輪67與第八傳動輪68為同向傳動關系；所述第八傳動輪68套接在第一軸51上；所述第六傳動輪66與第七傳動輪67固接；所述第二指段3、第四傳動輪64和第五傳動輪65三者固接；通過第一傳動件81和第二傳動件82的傳動，從第一傳動輪61到第四傳動輪64的傳動為增速傳動；通過第三傳動件83和第四傳動件84的傳動，從第五傳動輪65到第八傳動輪68的傳動為等速傳動；所述凸塊撥盤8活動套接在第一軸上，凸塊撥盤8與第八傳動輪68固接；所述限位塊11與基座1固接，凸塊撥盤8在初始狀態(tài)時與限位塊11接觸；所述彈簧9的兩端分別連接基座1和凸塊撥盤8。

本發(fā)明所述的并聯(lián)帶輪連桿直線平夾自適應手指裝置，其特征在于：所述第一傳動件81采用連桿、齒輪、傳動帶、鏈條或腱繩。本實施例中，所述第一傳動件81采用傳動帶。

本發(fā)明所述的并聯(lián)帶輪連桿直線平夾自適應手指裝置，其特征在于：所述第二傳動件82采用連桿、齒輪、傳動帶、鏈條或腱繩。本實施例中，所述第二傳動件82采用傳動帶。

本發(fā)明所述的并聯(lián)帶輪連桿直線平夾自適應手指裝置，其特征在于：所述第三傳動件83采用連桿、齒輪、傳動帶、鏈條或腱繩。本實施例中，所述第三傳動件83采用傳動帶。

本發(fā)明所述的并聯(lián)帶輪連桿直線平夾自適應手指裝置，其特征在于：所述第四傳動件84采用連桿、齒輪、傳動帶、鏈條或腱繩。本實施例中，所述第四傳動件84采用傳動帶。

本實施例中，所述彈簧采用拉簧。

本實施例的工作原理，結合附圖敘述如下：

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

電機12轉(zhuǎn)動，通過傳動機構帶動第一軸51轉(zhuǎn)動，第一傳動輪61繞著第一軸51的中心線轉(zhuǎn)動；因為第一連桿71、第二連桿72、第三連桿73、基座1構成四連桿機構，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，該四連桿機構將因為第三連桿73的轉(zhuǎn)動帶動遠關節(jié)軸5直線運動。

于是遠關節(jié)軸5將沿著直線平動，如圖10所示。

當凸塊撥盤8的旋轉(zhuǎn)角度為0度時，此時彈簧9拉著凸塊撥盤8使其緊靠在限位塊11上，當?shù)谌B桿73繞第一軸51的中心線轉(zhuǎn)動時，在第一傳動件81和第二傳動件82的作用下，第一傳動輪61到第四傳動輪64的傳動是同向傳動且為增速傳動(傳動比小于1)，在第三傳動件83和第四傳動件84的作用下，第五傳動輪65到第八傳動輪68的傳動是同向傳動且為等速傳動(傳動比等于1)，因為彈簧9的約束作用讓凸塊撥盤8在第一階段時靠著限位塊，第二指段3與第五傳動輪65在第一階段時保持相對于基座1不變的姿態(tài)。

當本實施例抓取物體100時，會呈現(xiàn)兩種抓取模式，即直線平夾模式(第一階段)和自適應包絡抓取模式(第二階段):

a)當?shù)诙付?先于第一指段2接觸物體100時，該裝置將采用直線平夾的抓取模式。此時電機12通過傳動機構6的傳動，使得第一軸51轉(zhuǎn)動，第三連桿73將繞著第一軸51轉(zhuǎn)動，帶著第一連桿71繞著第二軸52轉(zhuǎn)動，從而使得遠關節(jié)軸5成直線平動的狀態(tài)，在彈簧9的拉動下，與第八傳動輪68固接的凸塊撥盤8將緊貼著限位塊11，使第五傳動輪65，第六傳動輪66，第七傳動輪67，第八傳動輪68均不能相對基座1發(fā)生轉(zhuǎn)動，只能伴隨著各自的中心軸發(fā)生平動，從而使第二指段3在第一階段保持著最初的姿態(tài)，直到第二指段3接觸到物體100，此時電機12停止工作，從而實現(xiàn)該裝置的直線平夾功能。如圖5和圖6所示。

b)當?shù)谝恢付?先于第二指段3碰觸到物體100時，該裝置將采用自適應包絡抓取模式。當?shù)谝恢付?碰觸到物體100之后，第一指段2將無法再發(fā)生轉(zhuǎn)動，從而第一連桿71、第二連桿72、第三連桿73也將無法轉(zhuǎn)動，此時電機12繼續(xù)轉(zhuǎn)動，通過傳動機構6驅(qū)動第一傳動輪61繼續(xù)轉(zhuǎn)動，驅(qū)動第二傳動輪62繞近關節(jié)軸4發(fā)生轉(zhuǎn)動。第三傳動輪63繞著近關節(jié)軸4轉(zhuǎn)動，第四傳動輪64繞著遠關節(jié)軸5轉(zhuǎn)動，從而帶動第四傳動輪64、第二指段3與第五傳動輪65一同轉(zhuǎn)動，第二指段3就會繞著遠關節(jié)軸6轉(zhuǎn)動，向物體100靠近，第八傳動輪68繞著第一軸51轉(zhuǎn)動，帶動著凸塊撥盤8離開限位塊11，彈簧9拉伸變形。直至第二指段3與物體100接觸，電機12停止工作，抓取結束。如圖7和圖8所示。針對不同形狀、大小的物體，本實施例具有自適應性，能夠抓取不同形狀和尺寸的物體。

釋放物體時，電機反轉(zhuǎn)，與上述過程剛好相反，不再贅述。

本發(fā)明裝置利用電機、四連桿機構、多個傳動輪、凸塊撥盤、限位塊和彈簧綜合實現(xiàn)了機器人手指直線平行夾持與自適應抓取的功能；該裝置既能直線平動第二指段捏持物體，也能包絡不同形狀、大小的物體；該裝置抓取范圍大；采用欠驅(qū)動的方式，利用一個電機驅(qū)動兩個指段，無需復雜的傳感和控制系統(tǒng)；該裝置結構緊湊、體積小，制造和維護成本低，適用于機器人手。