雙環(huán)柔性件平行開合自適應(yīng)機(jī)器人手指裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明屬于機(jī)器人手技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種雙環(huán)柔性件平行開合自適應(yīng)機(jī)器人手指裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
【背景技術(shù)】
[0002]自適應(yīng)欠驅(qū)動(dòng)機(jī)器人手采用少量電機(jī)驅(qū)動(dòng)多個(gè)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(shí)純機(jī)械式的反饋系統(tǒng)無需對環(huán)境敏感也可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定抓取，自動(dòng)適應(yīng)不同形狀尺寸的物體，沒有實(shí)時(shí)電子傳感和閉環(huán)反饋控制的需求，控制簡單方便，降低了制造成本。但傳統(tǒng)的欠驅(qū)動(dòng)機(jī)器人手多采用連桿機(jī)構(gòu)，由于機(jī)構(gòu)的限制，指段靠向物體的過程中具有極限位置，從而產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)死區(qū)，自適應(yīng)性受到大大削弱。
[0003]在抓取物體時(shí)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(gè)點(diǎn)或兩個(gè)軟指面去接觸物體，主要針對小尺寸物體或具有對立面的較大物體;握持是用手指的多個(gè)指段包絡(luò)環(huán)繞物體來實(shí)現(xiàn)多個(gè)點(diǎn)的接觸，達(dá)到更穩(wěn)定的形狀包絡(luò)抓取。工業(yè)夾持器一般采用捏持方式，難以具有穩(wěn)定握持功能，不能適應(yīng)多種形狀物體的穩(wěn)定包絡(luò)抓?。蛔赃m應(yīng)欠驅(qū)動(dòng)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)施捏持抓取;耦合的多關(guān)節(jié)手可以實(shí)現(xiàn)多關(guān)節(jié)同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)，能夠?qū)崿F(xiàn)捏持，不能實(shí)現(xiàn)針對多種形狀物體的穩(wěn)定的多點(diǎn)包絡(luò)握持。上述三種手均有很大的提升空間。現(xiàn)實(shí)中很需要一種既具有捏持功能，又能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定自適應(yīng)包絡(luò)抓持的機(jī)器人手。
[0004]已有的一種雙關(guān)節(jié)同向傳動(dòng)復(fù)合欠驅(qū)動(dòng)機(jī)器人手指裝置，如中國專利CN102161204B，可以實(shí)現(xiàn)先耦合轉(zhuǎn)動(dòng)多個(gè)關(guān)節(jié)，然后再自適應(yīng)抓取的功能，其不足之處在于，該裝置有運(yùn)動(dòng)死區(qū)，抓取范圍??；抓取物體時(shí)要求物體最初必須靠近基座和近指段，降低了抓取效率;無法實(shí)施平行捏持。
[0005]已有的一種具有雙自由度欠驅(qū)動(dòng)手指的五連桿夾持裝置，如美國專利US8973958B2，包括五個(gè)連桿、彈簧、機(jī)械約束。該裝置在工作時(shí)，開始階段保持末端指段的姿態(tài)進(jìn)行近關(guān)節(jié)彎曲動(dòng)作，之后根據(jù)物體的位置可以實(shí)現(xiàn)平行捏持或自適應(yīng)包絡(luò)握持的功能。其不足之處在于，該裝置采用連桿機(jī)構(gòu)，具有運(yùn)動(dòng)死區(qū)，抓取范圍小，機(jī)構(gòu)體積大，外觀不擬人，缺乏柔順性，制造成本高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是為了克服已有技術(shù)的不足之處，提供一種雙環(huán)柔性件平行開合自適應(yīng)機(jī)器人手指裝置。該裝置具有多種抓取模式，既能平動(dòng)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，無運(yùn)動(dòng)死區(qū)，體積小，外觀擬人;同時(shí)采用欠驅(qū)動(dòng)的方式，利用一個(gè)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)兩個(gè)關(guān)節(jié)，無需復(fù)雜的傳感和控制系統(tǒng)。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0008]本發(fā)明設(shè)計(jì)的一種雙環(huán)柔性件平行開合自適應(yīng)機(jī)器人手指裝置，包括基座、第一指段、第二指段、近關(guān)節(jié)軸、遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸和驅(qū)動(dòng)器;所述驅(qū)動(dòng)器與基座固接;所述近關(guān)節(jié)軸套設(shè)在基座中；所述遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸套設(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:該雙環(huán)柔性件平行開合自適應(yīng)機(jī)器人手指裝置還包括傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、第一傳動(dòng)輪、第二傳動(dòng)輪、第一傳動(dòng)件、第三傳動(dòng)輪、第四傳動(dòng)輪、第二傳動(dòng)件、凸塊撥盤、簧件和限位凸塊;所述第一指段活動(dòng)套接在近關(guān)節(jié)軸上;所述驅(qū)動(dòng)器的輸出軸與傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的輸入端相連，所述傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的輸出端與第一傳動(dòng)輪相連;所述第一傳動(dòng)輪活動(dòng)套接在近關(guān)節(jié)軸上，所述第一傳動(dòng)輪與第一傳動(dòng)件相連，所述第一傳動(dòng)件與第二傳動(dòng)輪相連;所述第二傳動(dòng)輪活動(dòng)套接在遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸上，所述第二傳動(dòng)輪與第二指段固接;所述第一傳動(dòng)件、第一傳動(dòng)輪和第二傳動(dòng)輪三者之間配合形成傳動(dòng)關(guān)系，所述第一傳動(dòng)件的傳動(dòng)使得第二傳動(dòng)輪與第一傳動(dòng)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)方向一致;所述第三傳動(dòng)輪活動(dòng)套接在近關(guān)節(jié)軸上;所述第四傳動(dòng)輪套接在遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸上，第四傳動(dòng)輪與第二指段固接;所述第二傳動(dòng)件連接第三傳動(dòng)輪和第四傳動(dòng)輪，所述第二傳動(dòng)件、第三傳動(dòng)輪和第四傳動(dòng)輪三者之間配合形成傳動(dòng)關(guān)系，所述第二傳動(dòng)件的傳動(dòng)使得第四傳動(dòng)輪與第三傳動(dòng)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)方向一致；所述凸塊撥盤活動(dòng)套接在近關(guān)節(jié)軸上，所述凸塊撥盤與第三傳動(dòng)輪固接;所述限位凸塊與基座固接;所述凸塊撥盤與限位凸塊相接觸或離開一段距離;所述簧件的兩端分別連接第三傳動(dòng)輪和基座，所述簧件使凸塊撥盤靠向限位凸塊;設(shè)第一指段靠向物體的轉(zhuǎn)動(dòng)方向?yàn)榻P(guān)節(jié)正方向，第一指段遠(yuǎn)離物體的轉(zhuǎn)動(dòng)方向?yàn)榻P(guān)節(jié)反方向；在雙環(huán)柔性件平行開合自適應(yīng)機(jī)器人手指裝置處于初始狀態(tài)時(shí)，凸塊撥盤與限位凸塊接觸，設(shè)此時(shí)凸塊撥盤相對基座的旋轉(zhuǎn)角度為O度，從該位置開始，凸塊撥盤朝近關(guān)節(jié)正方向旋轉(zhuǎn)時(shí)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度為正，凸塊撥盤朝近關(guān)節(jié)反方向旋轉(zhuǎn)時(shí)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度為負(fù);所述限位凸塊限制凸塊撥盤的轉(zhuǎn)動(dòng)角度只能為正;在所述第二傳動(dòng)件、第三傳動(dòng)輪和第四傳動(dòng)輪三者所構(gòu)成的傳動(dòng)系統(tǒng)中，相對于第一指段，從所述第三傳動(dòng)輪到第四傳動(dòng)輪的傳動(dòng)比為I;在第一傳動(dòng)輪、第一傳動(dòng)件和第二傳動(dòng)輪三者所構(gòu)成的傳動(dòng)系統(tǒng)中，相對于第一指段，從所述第一傳動(dòng)輪到第二傳動(dòng)輪的傳動(dòng)比小于1，即第一傳動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速小于通過第一傳動(dòng)件傳動(dòng)的第二傳動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速;所述第一傳動(dòng)件采用傳動(dòng)帶、腱繩或鏈條，所述第一傳動(dòng)輪采用帶輪、繩輪或鏈輪，所述第二傳動(dòng)輪采用帶輪、繩輪或鏈輪，所述第一傳動(dòng)件、第一傳動(dòng)輪和第二傳動(dòng)輪三者之間配合形成帶輪傳動(dòng)關(guān)系、繩輪傳動(dòng)關(guān)系或鏈輪傳動(dòng)關(guān)系，所述第一傳動(dòng)件形成“O”字形;所述第二傳動(dòng)件采用傳動(dòng)帶、腱繩或鏈條，所述第三傳動(dòng)輪采用帶輪、繩輪或鏈輪，所述第四傳動(dòng)輪采用帶輪、繩輪或鏈輪，所述第二傳動(dòng)件、第三傳動(dòng)輪和第四傳動(dòng)輪三者之間配合形成帶輪傳動(dòng)關(guān)系、繩輪傳動(dòng)關(guān)系或鏈輪傳動(dòng)關(guān)系，所述第二傳動(dòng)件形成“O”字形。
[0009]本發(fā)明所述的雙環(huán)柔性件平行開合自適應(yīng)機(jī)器人手指裝置，其特征在于:所述驅(qū)動(dòng)器米用電機(jī)、氣缸或液壓缸。
[0010]本發(fā)明所述的雙環(huán)柔性件平行開合自適應(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。
[0011]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:
[0012]本發(fā)明裝置利用驅(qū)動(dòng)器、合理設(shè)置傳動(dòng)比的兩套柔性件傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、簧件、凸塊撥盤、限位凸塊和活動(dòng)套接中部指段等綜合實(shí)現(xiàn)了平行開合捏持及自適應(yīng)包絡(luò)抓持的功能，根據(jù)目標(biāo)物體形狀和位置的不同，既能平動(dòng)第二指段捏持物體，也能依次轉(zhuǎn)動(dòng)第一指段和第二指段包絡(luò)不同形狀、大小的物體;該裝置采用兩套傳動(dòng)輪系的主從驅(qū)動(dòng)的方式，抓取范圍大，無運(yùn)動(dòng)死區(qū)；同時(shí)采用欠驅(qū)動(dòng)的方式，利用一個(gè)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)兩個(gè)關(guān)節(jié)，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】
[0013]圖1是本發(fā)明設(shè)計(jì)的雙環(huán)柔性件平行開合自適應(yīng)機(jī)器人手指裝置的一種實(shí)施例的立體外觀圖。
[0014]圖2是圖1所示實(shí)施例的正面外觀圖。
[0015]圖3是圖1所示實(shí)施例的一個(gè)側(cè)面外觀圖(圖2的左視圖)。
[0016]圖4是圖1所示實(shí)施例的另一個(gè)側(cè)面外觀圖(圖2的右視圖)。
[0017]圖5是圖1所示實(shí)施例的爆炸視圖。
[0018]圖6是圖1所示實(shí)施例的內(nèi)部立體視圖(未畫出部分零件)。
[0019]圖7是圖1所示實(shí)施例的正面視圖(未畫出基座外殼、第一指段前板和第一指段表面板)。
[0020]圖8至圖13是圖1所示實(shí)施例動(dòng)作過程示意圖(未抓取物體時(shí))。
[0021]圖14至圖22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(dòng)作過程示意圖。
[0022]圖23至圖25是圖1所示實(shí)施例抓取物體的另一種方式一一平行開合用第二指段捏持物體的動(dòng)作過程示意圖。
[0023]圖26至圖29是圖1所示實(shí)施例依次以平行開合及自適應(yīng)包絡(luò)抓取物體的動(dòng)作過程示意圖(部分零件未畫出)，主要展示出在