双轮滑动锁定触发自适应机器人手指装置的制作方法

本实用新型属于机器人手技术领域，特别涉及一种双轮滑动锁定触发自适应机器人手指装置的结构设计。

背景技术：

随着科技的发展，机器人在未来生活中会显得更加重要。而机器人手作为拟人机器人的输出终端，是研究的热点和难点，被越来越多的机器人研究者所重视。在机器人学领域有两大类机器人手：灵巧手和欠驱动手，它们分别基于主动控制和欠驱动两种不同的驱动方式。灵巧手外形和动作极似人手，可以在复杂控制算法和机构的综合作用下，灵活地完成人手所能完成的多数动作，但是灵巧手价格昂贵，制造控制难度大，维护难度大。欠驱动手可以自适应抓取物体，控制难度小、维护简单、装置稳定。

已有一种带轮欠驱动机器人手指装置，如中国发明专利cn101234489b，包括基座、电机、减速器、第一齿轮、第二齿轮、近关节轴、中部指段、远关节轴、末端指段、主动轮、从动轮、从动轮簧件。中部指段套接在近关节轴上，簧件的两端分别连接中部指段和末端指段。这种装置利用一对带轮机构套接活动的多个中部指段及簧件所具有的解耦作用，综合实现了双关节欠驱动手指弯曲抓取物体的特殊效果。

装置不足之处在于：该装置多个齿轮和转轴配合复杂、不能自动适应抓取物的形状，难实现较好的夹持效果。同时该装置由于体积大，只适合做大拇指，不适合做食指、中指、无名指、小拇指。

已有一种弯曲自锁气动欠驱动机器人手指装置，如中国发明专利cn103659825b，包括第一指段、第二指段、欠驱动关节、电机、传动机构、锁定机构和第一簧件。传动机构包括腱绳和绕线筒；锁定机构包括棘轮摆杆、棘爪、转轴和第二簧件。该装置采用棘轮棘爪实现单向弯曲，防止在反作用面撤离或振动干扰时物体松脱；采用簧件变形产生第二指段对物体施加稳定抓持力，达到形封闭与力封闭抓取；采用电机解除棘爪对棘轮的约束，释放物体；该装置配合机械臂的主运动实施反作用面撤离的物体抓取，具有对所抓物体的形状、大小的自适应能力，抓取物体达到了形状封闭和力封闭的抓取。

该装置不足之处在于：在抓取物体的时候，未使用驱动源，导致抓取力量受到限制，对于抓取较重的物体不容易抓起，即使夹起也容易脱落。多个柔性杆与簧件结合在一起，结构复杂，体积大，维护维修不便。

技术实现要素：

本实用新型的目的是为了克服已有技术的不足之处，设计出一种双轮滑动锁定触发自适应机器人手指装置。该装置能够实现触发与自适应复合抓取模式，能够达到转动第一指段碰触物体后锁定第一指段，通过触发再转动第二指段包络握持物体达到对不同形状尺寸物体的自适应握持效果；仅用一个电机驱动，无需复杂的传感和控制系统，控制简单方便，降低制造成本。

本实用新型采用如下技术方案：

一种双轮滑动锁定触发自适应机器人手指装置，包括基座、第一指段、第二指段、近关节轴、远关节轴、电机和传动机构；所述近关节轴套设在基座中，所述第一指段固接在近关节轴上，所述远关节轴套设在第一指段中，所述第二指段套接在远关节轴上；所述近关节轴与远关节轴的中心线平行；所述电机的输出轴与传动机构的输入端相连；该双轮滑动锁定触发自适应机器人手指装置还包括中间轴、近摩擦轮、中摩擦轮、远摩擦轮、第一簧件、限位块、触发机构和锁定机构；所述电机与第一指段固接；所述中间轴套设在第一指段中；所述近摩擦轮固接在近关节轴上，所述中摩擦轮套接在中间轴上，所述远摩擦轮套接在远关节轴上；所述第二指段与远摩擦轮固接；所述传动机构的输出端与中摩擦轮相连；所述第一簧件的两端分别连接第一指段、第二指段；所述限位块与第一指段固接，在初始状态时，所述第二指段与限位块相接触；所述触发机构包括滑块、第一过渡轴、第二过渡轴、第一过渡摩擦轮、第二过渡摩擦轮和第二簧件；所述滑块滑动镶嵌在第一指段中；所述第一过渡轴、第二过渡轴分别套设在滑块中；所述第一过渡摩擦轮套接在第一过渡轴上，所述第二过渡摩擦轮套接在第二过渡轴上；所述第二簧件的两端分别连接第一指段和滑块；在初始状态时，所述第一过渡摩擦轮分别与近摩擦轮、中摩擦轮相连且三者配合形成传动关系，所述第二过渡摩擦轮离开中摩擦轮和远摩擦轮；当滑块被物体挤压向第一指段内滑动后，所述第一过渡摩擦轮离开近摩擦轮和中摩擦轮，所述第二过渡摩擦轮分别与中摩擦轮、远摩擦轮相连且三者配合形成传动关系；所述锁定机构包括棘轮、棘爪轴、棘爪、电磁铁、腱绳和第三簧件；所述棘轮套接在近关节轴上，所述棘轮与近摩擦轮固接；所述棘爪轴套设在基座中，所述棘爪套接在棘爪轴上，在初始状态时，所述棘爪与棘轮啮合；所述电磁铁与基座固接；所述腱绳的一端与电磁铁的输出端相连，腱绳的另一端与棘爪相连；当棘爪与棘轮啮合时，棘轮允许朝向抓取物体的方向绕近关节轴的中心转动；所述第三簧件的两端分别连接棘爪和基座，第三簧件使棘爪靠向棘轮。

进一步的，所述近摩擦轮、中摩擦轮、远摩擦轮的外缘材料为橡胶。

进一步的，所述第一簧件为拉簧，第二簧件为拉簧，第三簧件为扭簧。

本实用新型装置利用物体挤压滑块、两套摩擦轮传动离合与锁定机构等综合实现了手指抓取物体时双关节自适应弯曲功能，具有对所抓物体的形状、大小的自适应能力，抓取稳定，抓取范围大；利用一个电机驱动两个关节，根据物体接触情况，电机动力可以在近关节第一指段与远关节第二指段之间自动切换，无需复杂的传感和控制系统；利用簧件将弯曲的指段恢复伸直状态；采用棘轮棘爪实现单向弯曲，在反作用面撤离或振动干扰时防止物体松脱；采用电磁铁解除棘爪对棘轮的约束，释放物体。该装置结构简单，体积小，成本低。

上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本实用新型的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1是本实用新型设计的双轮滑动锁定触发自适应机器人手指装置的一种实施例的内部视图。

图2是图1所示实施例的立体内部视图。

图3是图1所示实施例的零件爆炸图。

图4到图5是图1所示实施例在以自适应方式抓取物体的动作过程示意图

图6是是图1所示实施例的第二指段被物体碰触时的示意图。

【附图标记】

1-基座21-电磁铁22-腱绳31-棘爪32-棘爪轴

33-第三簧件4-棘轮51-近摩擦轮52-近关节轴61-第一过渡摩擦轮

62-第一过渡轴7-电机81-中摩擦轮82-中间轴9-第一指段

10-滑块111-第二过渡摩擦轮112-第二过渡轴121-远摩擦轮

122-远关节轴13-第二指段14-第一簧件15-限位块16-第二簧件

具体实施方式

下面结合附图及实施例进一步详细说明本实用新型的具体结构、工作原理及工作过程。

本实用新型设计的一种双轮滑动锁定触发自适应机器人手指装置的一种实施例，如图1、图2所示，图3为装置的零件爆炸图。

本实施例中该双轮滑动锁定触发自适应机器人手指装置包括基座1、第一指段9、第二指段13、近关节轴52、远关节轴122、电机7和传动机构；所述近关节轴52套设在基座1中，所述第一指段9固接在近关节轴52上，所述远关节轴122套设在第一指段9中，所述第二指段13套接在远关节轴122上；所述近关节轴52与远关节轴122的中心线平行；所述电机7的输出轴与传动机构的输入端相连。

本实施例中所述传动机构为减速器。

该双轮滑动锁定触发自适应机器人手指装置还包括中间轴82、近摩擦轮51、中摩擦轮81、远摩擦轮121、第一簧件14、限位块15、触发机构和锁定机构；所述电机7与第一指段9固接；所述中间轴82套设在第一指段9中；所述近摩擦轮51固接在近关节轴52上，所述中摩擦轮81套接在中间轴82上，所述远摩擦轮121套接在远关节轴122上；所述第二指段13与远摩擦轮121固接；所述传动机构的输出端与中摩擦轮81相连；所述第一簧件14的两端分别连接第一指段9、第二指段13；所述限位块15与第一指段9固接，在初始状态时，所述第二指段13与限位块15相接触；所述触发机构包括滑块10、第一过渡轴62、第二过渡轴112、第一过渡摩擦轮61、第二过渡摩擦轮111和第二簧件16；所述滑块10滑动镶嵌在第一指段9中；所述第一过渡轴62、第二过渡轴112分别套设在滑块10中；所述第一过渡摩擦轮61套接在第一过渡轴62上，所述第二过渡摩擦轮111套接在第二过渡轴112上；所述第二簧件16的两端分别连接第一指段9和滑块10；在初始状态时，所述第一过渡摩擦轮61分别与近摩擦轮51、中摩擦轮81相连且三者配合形成传动关系，所述第二过渡摩擦轮111离开中摩擦轮81和远摩擦轮121；当滑块10被物体挤压向第一指段9内滑动后，所述第一过渡摩擦轮61离开近摩擦轮51和中摩擦轮81，所述第二过渡摩擦轮111分别与中摩擦轮81、远摩擦轮121相连且三者配合形成传动关系；所述锁定机构包括棘轮4、棘爪轴32、棘爪31、电磁铁21、腱绳22和第三簧件33；所述棘轮4套接在近关节轴52上，所述棘轮4与近摩擦轮51固接；所述棘爪轴32套设在基座1中，所述棘爪31套接在棘爪轴32上；在初始状态时，所述棘爪31与棘轮4啮合；所述电磁铁21与基座1固接；所述腱绳22的一端与电磁铁21的输出端相连，腱绳22的另一端与棘爪31相连；当棘爪31与棘轮4啮合时，棘轮4允许朝向抓取物体的方向绕近关节轴52的中心转动；所述第三簧件33的两端分别连接棘爪31和基座1，第三簧件33使棘爪31靠向棘轮4保持二者的啮合状态。

本实施例中，所述近摩擦轮、中摩擦轮、远摩擦轮的外缘材料为橡胶。

本实施例中，所述第一簧件为拉簧，第二簧件为拉簧，第三簧件为扭簧。

本实用新型中的滑块10分别通过第一过渡轴62和第二过渡轴112同第一过渡摩擦轮61和第二过渡摩擦轮111连接在一起，根据滑块10上受力大小的不同，第一过渡摩擦轮61和第二过渡摩擦轮111会与中间摩擦轮81摩擦接触或分离，达到传输或切断动力的效果。

下面结合附图介绍双轮滑动锁定触发自适应机器人手指装置的实施例的工作原理。

当该装置抓取物体时，电机7启动，该装置在未接触物体之前，电机动力通过传动机构使得中摩擦轮81通过第一过渡摩擦轮61带动近摩擦轮51转动，第一指段9弯曲；当物体接触到滑块10时，滑块10向第一指段内滑动(此时第二簧件16受压产生形变)，第一过渡轴62向第一指段9内部移动，第一过渡摩擦轮61与中摩擦轮81分离，近关节轴52不再转动，第一指段9停止弯曲，棘爪31勾住棘轮4，防止棘轮4反转，第一指段9的位置得以保持。

在第一过渡摩擦轮61与中摩擦轮81分离的同时，第二过渡摩擦轮111与中摩擦轮81摩擦接触，远摩擦轮121与第二过渡摩擦轮111摩擦接触，中摩擦轮81通过带动第二过渡摩擦轮111带动远摩擦轮121转动，由于远摩擦轮与第二指段固接，第二指段13弯曲(此时第一簧件14受拉产生形变)，直到第二指段也接触物体，实现了第一指段和第二指段均接触抓取物体，电机7停止转动。第一指段先接触物体时以自适应抓取模式抓取物体的过程如图4、图5所示。

当第二指段先接触物体时以平行夹持模式抓取物体的过程如图6所示。

释放物体时，电机7反转，电机7带动中摩擦轮81反转，中摩擦轮81通过带动第二过渡摩擦轮111带动远摩擦轮121反转，第二指段13逐渐伸直，第二指段13逐渐远离物体；与此同时，电磁铁21启动，棘爪31被腱绳22拉动并与棘轮4分离，使近关节轴52处于松弛状态，物体给滑块10的压力减小，在第二簧件16恢复形变的弹力作用下，中摩擦轮81与第一过渡摩擦轮61接触，中摩擦轮81通过带动第一过渡摩擦轮61反转从而带动近摩擦轮51反转，近摩擦轮51反转通过近关节轴52使第一指段9伸直；此时，第二过渡轴112向外移动，与中摩擦轮81、远摩擦轮121分离，远摩擦轮121不再转动，在第一簧件14恢复形变的弹力作用下第二指段13回到伸直状态。

本实用新型装置利用物体挤压滑块、两套摩擦轮传动离合与锁定机构等综合实现了手指抓取物体时双关节自适应弯曲功能，具有对所抓物体的形状、大小的自适应能力，抓取稳定，抓取范围大；利用一个电机驱动两个关节，根据物体接触情况，电机动力可以在近关节第一指段与远关节第二指段之间自动切换，无需复杂的传感和控制系统；利用簧件将弯曲的指段恢复伸直状态；采用棘轮棘爪实现单向弯曲，在反作用面撤离或振动干扰时防止物体松脱；采用电磁铁解除棘爪对棘轮的约束，释放物体。该装置结构简单，体积小，成本低。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本实用新型技术方案的设计和范围，均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

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