滑块柔性件平夹间接自适应机器人手装置的制作方法

本实用新型属于机器人手技术领域，特别涉及一种滑块柔性件平夹间接自适应机器人手装置的结构设计。

背景技术：

机器人手是机器人抓取物体的重要部件，其设计一方面需要具有较好的稳定抓取效果，另一方面还需要在抓取过程中有足够的拟人化效果——多个关节转动的情况与人手指的转动情况相接近。

目前现有的机器人手包括两类：一类拟人性较好，外观、尺寸与动作模仿人手，一般具有多个手指，每个手指具有多个关节，不仅能够实现较好的抓取，而且能够为残疾人使用；另一类是灵巧手，灵巧手具有较多的关节，每个关节一般均配备一台电机主动驱动，少数关节采用耦合方式联动，这种灵巧手给手势的实现带来了便利，但是成本高和控制难度大影响了应用推广。考虑到人手是长期生物进化的一种优化结果，因此，模仿人手来研制机器人手成为一个重要且热门的研究开发方向，但是该方向存在很多困难：人手体积小，灵活度大，抓取稳定性高，具有很大的抓取适应性，而另一方面现有的技术难以达到在同样体积下具有较大的输出力，研制的不少仿真假手或机器人灵巧手均难以满足抓重与控制简单的要求，同时造价昂贵。这个方面的比较折中的方案是采用欠驱动技术，即使用较少的电机(或其他驱动方式)驱动更多数量的关节。

欠驱动手指已经有一些被设计出来，主要分为耦合、平夹与自适应抓取模式。其中耦合与自适应两种抓取方式是人手上主要的两种抓取模式。已有一种耦合与自适应运动模式兼备的欠驱动手指(公告号为cn105643644b的中国发明专利)，包括基关节、近指节、中指节和远指节，减速箱固接在基座上，电机与第一伞齿轮相连，第二伞齿轮固接在蜗杆上且与第一伞齿轮啮合；蜗轮套装在近关节轴上，蜗杆与蜗轮啮合，第三指节外壳通过远关节轴与第二指节外壳相连，远指节用位置传感器套接在远关节轴上。该欠驱动机器人手指存在以下不足：结构复杂、体积大、制造维护成本高、仿人程度不高、自适应能力差，抓取力小。

技术实现要素：

为了克服已有技术的不足之处，本实用新型的目的在于提供一种滑块柔性件平夹间接自适应机器人手装置。该装置可实现对物体大小和形状的自适应抓取，实现先耦合联动双关节，之后再自适应转动远关节，有两种抓取模式：一种是以末端指段接触物体的捏持方式；另一种是两个指段接触物体的包络抓取方式；用一个电机驱动两个关节，达到欠驱动效果，控制容易；制造与维护成本低。

本实用新型的目的是采用以下技术方案来实现。依据本实用新型提供的滑块柔性件平夹间接自适应机器人手装置，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；所述电机固接在基座上，电机的输出轴与传动机构的输入端相连；所述传动机构的输出端与第一指段相连；所述近关节轴套设在基座中，所述第一指段套接在近关节轴上，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；所述近关节轴和远关节轴相互平行；还包括第一传动轮、第二传动轮、柔性件、滑块和簧件；所述第一传动轮套接在近关节轴上并与基座固接，所述第二传动轮套接在远关节轴上并与第二指段固接；所述柔性件的一端与第一传动轮固接，柔性件依次缠绕经过第一传动轮、穿过第一指段、缠绕经过第二传动轮，所述柔性件的另一端与第二传动轮固接；所述滑块滑动镶嵌在第一指段中并在包络抓取阶段先接触物体；设近关节轴的中心点为a，远关节轴的中心点为b，则滑块的滑动方向垂直于线段ab；所述滑块在初始位置时与柔性件穿过第一指段的中部接触；所述簧件的两端分别连接第二传动轮、第一指段，所述簧件使得柔性件穿过第一指段的中部倾向于张紧状态。

进一步的，所述第一传动轮与第二传动轮的传动半径相等。

进一步的，所述传动机构包括减速器、蜗杆、蜗轮、过渡轴、第一过渡轮和第二过渡轮；所述电机的输出轴与减速器的输入轴相连，所述蜗杆套固在减速器的输出轴上，所述蜗杆与蜗轮啮合，所述蜗轮套固在过渡轴上，所述过渡轴套设在基座中，所述第一过渡轮套固在过渡轴上，所述第二过渡轮套固在近关节轴上并与第一过渡轮啮合；所述第一指段与第二过渡轮固接。

进一步的，所述柔性件采用腱绳。

本实用新型与现有技术相比，具有以下突出特点和有益效果：

本实用新型装置采用电机、传动机构、两个传动轮、柔性件、滑块和簧件等综合实现了对不同形状、大小的物体的自适应抓取，实现了先耦合联动双关节，之后再自适应转动远关节，可以有两种抓取模式：一种是以末端指段接触物体的捏持方式，动作的过程拟人化程度高，是抓取桌面上小物体的较理想方式；另一种是两个指段接触物体的包络抓取方式，抓取稳定。本装置仅用一个电机驱动两个关节，达到了欠驱动效果，控制容易；制造与维护成本低，适用于各种需要抓取与释放物体的自动化流水线或服务机器人。

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是本实用新型提供的滑块柔性件平夹间接自适应机器人手装置的一种实施例的立体图。

图2是图1所示实施例去除基座及第一指段侧板的立体图。

图3是图1所示实施例的正面外观图。

图4是图3右剖视图。

图5是图3右视图。

图6是图5右剖视图。

图7至图9是图1所示实施例以包络握持的方式抓取物体的动作过程示意图。

图10至图12是图1所示实施例抓取物体的另一种方式——平行开合用第二指段夹持物体(称为平夹抓取)的动作过程示意图。

【附图标记】

1-基座2-第一指段3-第二指段4-近关节轴

5-远关节轴6-电机71-第一传动轮72-第二传动轮

73-腱绳74-滑块75-簧件81-减速器

82-蜗杆83-涡轮84-过渡轴85-第一过渡轮

86-第二过渡轮9-物体

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。

请参阅图1至图6，为本实用新型设计的滑块柔性件平夹间接自适应机器人手装置的一种实施例。本实施例包括基座1、第一指段2、第二指段3、近关节轴4、远关节轴5、电机6和传动机构；所述电机6固接在基座1上，电机6的输出轴与传动机构的输入端相连；所述传动机构的输出端与第一指段2相连；所述近关节轴4套设在基座中，所述第一指段2套接在近关节轴4上，所述远关节轴5套设在第一指段2中，所述第二指段3套接在远关节轴5上；所述近关节轴4和远关节轴5相互平行。本实施例还包括第一传动轮71、第二传动轮72、柔性件、滑块74和簧件75；所述第一传动轮71套接在近关节轴4上，所述第二传动轮72套接在远关节轴5上，所述第一传动轮71与基座1固接，所述第二传动轮72与第二指段3固接；所述柔性件的一端与第一传动轮71固接，柔性件依次缠绕经过第一传动轮71、穿过第一指段2、缠绕经过第二传动轮72，所述柔性件的另一端与第二传动轮72固接；所述滑块74滑动镶嵌在第一指段2中并用于在包络抓取阶段先接触物体；设近关节轴4的中心点为a、远关节轴5的中心点为b，则滑块74的滑动方向垂直于线段ab；所述滑块74在初始位置时与柔性件穿过第一指段的中部接触；所述簧件75的两端分别连接第二指段3、第一指段2，所述簧件75使得柔性件穿过第一指段的中部倾向于张紧状态。

本实施例中，所述传动机构包括减速器81、蜗杆82、蜗轮83、过渡轴84、第一过渡轮85和第二过渡轮86；所述电机6的输出轴与减速器81的输入轴相连，所述蜗杆82套固在减速器81的输出轴上，所述蜗杆82与蜗轮83啮合，所述蜗轮83套固在过渡轴84上，所述过渡轴84套设在基座1中，所述第一过渡轮85套固在过渡轴84上，所述第二过渡轮86套固在近关节轴4上；所述第一过渡轮85与第二过渡轮86啮合，所述第一指段2与第二过渡轮86固接。

本实施例中，第一指段2内部对称设置沿垂直于线段ab的方向延伸的两个凹槽；滑块74具有位于第一指段外侧以在包络抓取阶段先接触物体的受力部、两侧对称设有与前述凹槽相匹配以使滑块在受力部与物体接触时沿垂直于线段ab的方向移动的凸起的滑动部，滑动部上设有一通孔，装配时柔性件穿过所述通孔即可实现柔性件穿过第一指段、滑块与柔性件穿过第一指段的中部相接触。

本实施例中，所述柔性件采用腱绳73。

下面结合附图介绍本实施例的工作原理。

本实施例将初始位置设置为手指伸直的状态，此时第一指段2和第二指段3在图中均为竖直状态(如图7、图10所示)

电机6转动，通过减速器81带动蜗杆82转动，蜗杆带动蜗轮83，蜗轮通过过渡轴84带动第一过渡轮85，第一过渡轮带动第二过渡轮86。

第二过渡轮86转动，使得第一指段2转动，由于第一传动轮71与基座1固接、同时腱绳73的一端被第一传动轮71固定，故而腱绳73在第一指段转动的过程中会因为簧件75的作用始终保持张紧的状态，腱绳73在第一传动轮71上的缠绕部分减少了一段长度，腱绳73在第二传动轮72上的缠绕部分增加了相应的一段长度，由于第一传动轮71与第二传动轮72的传动半径相等，因此，第二传动轮72与固接的第二指段3会绕着远关节轴5反向转动一个与第一指段2绕近关节轴4转动角度相同的角度。

当第二指段3先接触物体，则抓取结束，达到了末端捏持的抓取效果，相应的动作过程如图10至图12所示。

当上述过程中，滑块74优先于第二指段3接触物体，则滑块74受到物体9的挤压向第一指段2内部滑动，此时滑块74挤压腱绳73穿过第一指段的中部使得腱绳73弯曲，腱绳73拉动第二传动轮72转动，第二传动轮带动第二指段3转动，簧件75发生变形，直到第二指段3接触物体9为止，这一过程对不同形状、大小的物体均适用，因此，实现了自适应抓取，相应的动作过程如图7至图9所示。

释放物体9的过程与上述过程相反，不再赘述。

本实用新型装置采用电机、传动机构、两个传动轮、柔性件、滑块和簧件等综合实现了对不同形状、大小的物体的自适应抓取，实现了先耦合联动双关节，之后再自适应转动远关节，可以有两种抓取模式：一种是以末端指段接触物体的捏持方式，动作的过程拟人化程度高，是抓取桌面上小物体的较理想方式；另一种是两个指段接触物体的包络抓取方式，抓取稳定。本装置仅用一个电机驱动两个关节，达到了欠驱动效果，控制容易；制造与维护成本低，适用于各种需要抓取与释放物体的自动化流水线或服务机器人上。

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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