一種可變構(gòu)型的三指機(jī)械手爪的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種三指機(jī)械手爪，具體涉及一種可變構(gòu)型的三指機(jī)械手爪。
【背景技術(shù)】
[0002]模仿人類的手來(lái)設(shè)計(jì)機(jī)器人的末端執(zhí)行器以使其具有類似人類手的工作能力，從而使這些機(jī)械手爪可以替代人類完成工作任務(wù)，增強(qiáng)了機(jī)器人末端執(zhí)行器的通用性和靈活性。在設(shè)計(jì)機(jī)械手爪的過(guò)程中，機(jī)械手爪結(jié)構(gòu)和機(jī)械手爪抓取構(gòu)型是實(shí)現(xiàn)抓取穩(wěn)定性和適應(yīng)性的重要研宄內(nèi)容。
[0003]在機(jī)械手爪的研宄中，機(jī)器人末端執(zhí)行器的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)需要考慮如何使機(jī)械手爪具有接近人手的靈活度，具有多種抓取構(gòu)型，并且體積小、重量輕。當(dāng)機(jī)器人的關(guān)節(jié)數(shù)量增多的時(shí)候，關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)器的體積和重量成為一個(gè)重要的考量。此時(shí)，可以通過(guò)減少驅(qū)動(dòng)器數(shù)量使其構(gòu)成一個(gè)具有耦合關(guān)節(jié)的機(jī)構(gòu)，降低了對(duì)控制系統(tǒng)的要求。為了適應(yīng)不同形狀的被作用物體，可以設(shè)計(jì)機(jī)器人末端執(zhí)行器具備多種抓取構(gòu)型。通過(guò)控制輸入變量實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)的確定運(yùn)動(dòng)，使手爪作業(yè)時(shí)針對(duì)物體形狀構(gòu)成確定的抓取構(gòu)型，從而可以增強(qiáng)抓取穩(wěn)定性，并提高機(jī)器人在實(shí)際作業(yè)環(huán)境中的工作能力。
[0004]美國(guó)專利US5762390A中公開(kāi)了經(jīng)典的具有非固定式耦合關(guān)節(jié)的三指手爪。這款三指手爪利用單點(diǎn)固定四桿機(jī)構(gòu)原理，結(jié)合兩個(gè)指關(guān)節(jié)之間的彈簧拉伸作用，使三指手爪在執(zhí)行不同的抓取任務(wù)過(guò)程中可以適應(yīng)被抓取物體的形狀，直至保持一定的抓取姿態(tài)。但是該專利中的三指手爪采用了液壓驅(qū)動(dòng)的方式，會(huì)出現(xiàn)油路密封問(wèn)題，系統(tǒng)體積也較大，同時(shí)維護(hù)和保養(yǎng)成本較高。
[0005]中國(guó)專利CN101844358B中公開(kāi)了一種具有三個(gè)手指的變構(gòu)型機(jī)械手爪旋轉(zhuǎn)移動(dòng)裝置，該手爪利用構(gòu)成四邊形機(jī)構(gòu)的兩個(gè)扇形齒輪以及兩個(gè)連桿來(lái)改變手指的指向，從而構(gòu)成不同的抓取構(gòu)型，但是其中兩個(gè)手指之間存在耦合，另一個(gè)不耦合的手指由于底部結(jié)構(gòu)固定而不能改變手指的指向，整個(gè)手爪存在一定的抓取構(gòu)型局限性。
[0006]從機(jī)構(gòu)學(xué)方面來(lái)看，采用耦合關(guān)節(jié)的機(jī)械手爪使機(jī)構(gòu)的控制輸入變量的數(shù)目小于機(jī)構(gòu)的關(guān)節(jié)數(shù)目，機(jī)構(gòu)也可以確定手指指節(jié)的運(yùn)動(dòng)路徑和軌跡。為了使機(jī)械手爪具有較高的靈活性并簡(jiǎn)化控制系統(tǒng)，需要機(jī)構(gòu)具有較多的自由度，同時(shí)使驅(qū)動(dòng)器數(shù)量較少。如果機(jī)械手爪滿足機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)確定運(yùn)動(dòng)的條件，當(dāng)機(jī)械手爪在進(jìn)行抓取操作時(shí)，每個(gè)關(guān)節(jié)都參與驅(qū)動(dòng)工作，那么就可以節(jié)省一定的能量，并且在抓取物體時(shí)有利于實(shí)現(xiàn)形封閉和力封閉。
[0007]綜上，現(xiàn)有的三指機(jī)械手爪存在體積大、維護(hù)保養(yǎng)成本高以及整個(gè)手爪存在一定的抓取構(gòu)型局限性的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明為解決現(xiàn)有的三指機(jī)械手爪存在體積大、維護(hù)保養(yǎng)成本高以及整個(gè)手爪存在一定的抓取構(gòu)型局限性的問(wèn)題，進(jìn)而提供一種可變構(gòu)型的三指機(jī)械手爪。
[0009]本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)題采取的技術(shù)方案是:
[0010]本發(fā)明的可變構(gòu)型的三指機(jī)械手爪包括手掌、旋轉(zhuǎn)底座、中心圓柱、三個(gè)旋轉(zhuǎn)軸、三個(gè)旋轉(zhuǎn)臺(tái)、三個(gè)手指底端電機(jī)、三個(gè)渦輪、三個(gè)蝸桿、三個(gè)大直齒輪、三個(gè)小直齒輪和三個(gè)手指，旋轉(zhuǎn)底座上設(shè)置有三個(gè)手指，手掌由手掌下平板、手掌上平板和多個(gè)連接圓柱組成，手掌上平板通過(guò)多個(gè)連接圓柱固裝在手掌下平板的上端面上，手掌上平板與手掌下平板平行設(shè)置，手掌下平板的下端通過(guò)中心圓柱固裝在旋轉(zhuǎn)底座上端面中心處；
[0011]每個(gè)手指包括第一指節(jié)、第二指節(jié)、第一連接桿、第二連接桿、第一驅(qū)動(dòng)桿、第二驅(qū)動(dòng)桿、耦合連桿和手指關(guān)節(jié)電機(jī)，第二指節(jié)的形狀呈“L”形，每個(gè)旋轉(zhuǎn)臺(tái)上安裝有一個(gè)手指關(guān)節(jié)電機(jī)，每個(gè)手指關(guān)節(jié)電機(jī)的輸出軸上固套有一個(gè)耦合連桿，耦合連桿的一端通過(guò)第一驅(qū)動(dòng)桿與第二指節(jié)的短邊末端連接，耦合連桿的另一端通過(guò)第二驅(qū)動(dòng)桿與第一連接桿的一端和第二連接桿的一端連接，第一連接桿的另一端與第二指節(jié)連接，第二指節(jié)的長(zhǎng)邊末端、第二連接桿的另一端均與第一指節(jié)連接；
[0012]旋轉(zhuǎn)底座上均布設(shè)置有三個(gè)旋轉(zhuǎn)軸，每個(gè)旋轉(zhuǎn)軸上固裝有一個(gè)旋轉(zhuǎn)臺(tái)，每個(gè)旋轉(zhuǎn)臺(tái)上安裝有一個(gè)大直齒輪，每個(gè)手指底端電機(jī)的輸出軸與相應(yīng)的一個(gè)蝸桿固接，每個(gè)蝸桿與相應(yīng)的一個(gè)渦輪相互嚙合，每個(gè)渦輪與相應(yīng)的一個(gè)小直齒輪同軸設(shè)置，每個(gè)小直齒輪與相應(yīng)的一個(gè)大直齒輪相互嚙合。
[0013]本發(fā)明具有以下有益效果:
[0014]本發(fā)明的可變構(gòu)型的三指機(jī)械手爪的每個(gè)手指的主體為單點(diǎn)固定的多連桿機(jī)構(gòu)，每個(gè)手指具有三個(gè)關(guān)節(jié)，手指關(guān)節(jié)電機(jī)帶動(dòng)兩個(gè)驅(qū)動(dòng)連桿控制手指的伸展和彎曲；手指底端電機(jī)驅(qū)動(dòng)渦輪蝸桿帶動(dòng)小直齒輪旋轉(zhuǎn)，小直齒輪帶動(dòng)大直齒輪旋轉(zhuǎn)，即可以分別調(diào)整三個(gè)手指的指向，旋轉(zhuǎn)到所需的角度后手指底端電機(jī)將手指的位置鎖定；并且三個(gè)手指之間不存在機(jī)構(gòu)耦合，與現(xiàn)有的三指機(jī)械手爪相比，可實(shí)現(xiàn)平行抓取、三指對(duì)心抓握和兩指捏取等不同的抓取構(gòu)型，適應(yīng)對(duì)不同形狀物體的抓取操作，并且提高了手爪抓取的穩(wěn)定性；
[0015]本發(fā)明結(jié)構(gòu)緊湊、整體結(jié)構(gòu)尺寸小、重量輕，驅(qū)動(dòng)數(shù)目少，從而降低了對(duì)控制系統(tǒng)的要求，可靠性高，維護(hù)保養(yǎng)成本低。
【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1是本發(fā)明的可變構(gòu)型的三指機(jī)械手爪的整體機(jī)構(gòu)立體圖，圖2是本發(fā)明【具體實(shí)施方式】一中手指的立體圖，圖3是本發(fā)明【具體實(shí)施方式】一中旋轉(zhuǎn)底座8的立體圖，圖4是本發(fā)明的可變構(gòu)型的三指機(jī)械手爪采用兩個(gè)手指夾持物體示意圖，圖5是本發(fā)明的可變構(gòu)型的三指機(jī)械手爪采用三個(gè)手指對(duì)心抓取球體示意圖，圖6是本發(fā)明的可變構(gòu)型的三指機(jī)械手爪采用三個(gè)手指平行抓取圓棒示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]【具體實(shí)施方式】一:如圖1?6所示，本實(shí)施方式的可變構(gòu)型的三指機(jī)械手爪包括手掌、旋轉(zhuǎn)底座8、中心圓柱7、三個(gè)旋轉(zhuǎn)軸21、三個(gè)旋轉(zhuǎn)臺(tái)20、三個(gè)手指底端電機(jī)6、三個(gè)渦輪
23、三個(gè)蝸桿24、三個(gè)大直齒輪22、三個(gè)小直齒輪25和三個(gè)手指1，旋轉(zhuǎn)底座8上設(shè)置有三個(gè)手指1，手掌由手掌下平板2、手掌上平板3和多個(gè)連接圓柱4組成，手掌上平板3通過(guò)多個(gè)連接圓柱4固裝在手掌下平板2的上端面上，手掌上平板3與手掌下平板2平行設(shè)置，手掌下平板2的下端通過(guò)中心圓柱7固裝在旋轉(zhuǎn)底座8上端面中心處；
[0018]每個(gè)手指包括第一指節(jié)11、第二指節(jié)12、第一連接桿13、第二連接桿14、第一驅(qū)動(dòng)桿15、第二驅(qū)動(dòng)桿16、耦合連桿17和手指關(guān)節(jié)電機(jī)5，第二指節(jié)12的形狀呈“L”形，每個(gè)旋轉(zhuǎn)臺(tái)20上安裝有一個(gè)手指關(guān)節(jié)電機(jī)5，每個(gè)手指關(guān)節(jié)電機(jī)5的輸出軸上固套有一個(gè)耦合連桿17，耦合連桿17的一端通過(guò)第一驅(qū)動(dòng)桿15與第二指節(jié)12的短邊末端連接，耦合連桿17的另一端通過(guò)第二驅(qū)動(dòng)桿16與第一連接桿13的一端和第二連接桿14的一端連接，第一連接桿13的另一端與第二指節(jié)12連接，第二指節(jié)12的長(zhǎng)邊末端、第二連接桿14的另一端均與第一指節(jié)11連接；
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