一种柔性三指构型机械手的制作方法

本发明涉及机器人抓取装置的技术领域，尤其涉及一种柔性三指构型机械手。

背景技术：

随着“中国制造2025”国家战略的逐步推进，工业机器人广泛应用于3c(计算机、通讯、消费电子)、物流行业的抓取与装配等自动化作业中。机械手作为工业机器人进行抓取、装配作业的执行工具，其抓握能力、操作稳定性等对作业过程的效率和可靠性具有重要的影响。目前使用的机械手主要有两种：一种是单一自由度的机械夹爪，动作简单、可靠性高，但是柔性和扩展性差；另一种是类人手的灵巧机械手，具有很强的抓握能力和操作稳定性，但其结构和控制算法复杂，价格较为昂贵，从而限制了其广泛应用。

为了实现抓取物件的功能，现有的机械手爪通常针对特定尺寸和特定形状的被抓物，设计为二指(二爪)平面机构且采用直线驱动。但是这种机械手爪存在不足：(1)不能适应大范围尺寸的被抓物，比如尺寸5mm～200mm；(2)不能适应形状多样的被抓物，比如圆柱形、棱柱形、球形、不规则形状。而为了实现更复杂的动作，往往把机械手爪设计得结构复杂、体积庞大，使用数量繁多的驱动轴。在机器人的工作环境，特别是服务机器人的工作环境，并不是象生产流水线上那样只需要处理固定的对象，而是需要抓取各种大小、形状的物件，而且希望手爪本身小巧、驱动简单，现有的机械手爪往往无法满足要求。

基于此，本发明设计了一种柔性三指构型机械手，能够实现对不同形状、尺寸物体的抓握，具有价格低廉、抓取过程稳定性高的优点。

技术实现要素：

本发明为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种柔性三指构型机械手，可以实现不同形状、尺寸物体的抓握，具有价格低廉，抓握稳定性高等优点。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种柔性三指构型机械手，包括三根手指和用于安装三根所述手指的手指基座，其特征在于：所述手指基座可拆卸的设置在所述手掌外壳的顶部，所述手掌外壳内设置有三个驱动装置；

所述手指包括近指节、柔性指节和远指节，所述近指节、柔性指节和远指节依次活动连接，所述近指节通过销轴活动连接在所述手指基座上；

所述驱动装置包括舵机、滑轮和拉线，所述拉线的一端固定设置在所述滑轮上，所述舵机控制所述滑轮正转或者反转；所述拉线的另一端穿出所述手掌外壳依次活动连接所述近指节和远指节；

所述手指分别通过一一对应的驱动装置实现手指的握紧和张开，所述手掌外壳上设置有通讯接口，所述通讯接口的外端通过线路连接外置的控制装置，所述通讯接口的内端通过线路连接所述舵机，所述手掌外壳上设置有电源接口，所述电源接口的外端通过线路连接外置电源，所述电源接口的内端通过线路连接所述舵机。通过驱动装置的结构设计，可完成不同形状的抓取任务，不需要针对固定形状的待抓物设置专用在抓取工具，该机械手的结构设计适用范围更广。且该机械手的三个手指可以为抓取操作提供更多的夹持作用点和更大的夹持力，能够保证抓取的稳定性；三个旋转手指可在抓取复杂外形物体时保证其与被抓取物体的表面能够充分接触，提高其抓取能力与应用范围。能实现比较灵活的抓握动作，完成复杂任务的抓取作业。

进一步：其中一个所述手指固定连接在所述手指基座上，另外两个所述手指可旋转的活动连接在所述手指基座上。通过设计一个固定手指及两个活动手指，一方面增加的对抓取物的抓取稳定效果，另一方面，增大了抓取接触面，可减少抓取力度，抓取效果更佳。

进一步：另外两个所述手指通过转向装置活动设置在所述手指基座上。通过设计转向装置实现手指的活动转向，便于抓取不同形状的物件。

进一步：所述转向装置包括一个转向舵机和三个齿轮，所述三个齿轮为一个主动轮和两个从动轮，两个从动轮分别与主动轮啮合，所述转向舵机设置在所述手掌外壳内，所述两个活动手指的底端固定设置在所述两个从动轮的中心轴上，所述转向舵机控制所述主动轮旋转，所述转向舵机通过线路连接所述通讯接口的内端。转向舵机控制主动轮正转或者反转带动两个从动轮的旋转，从而实现两个手指的同步旋转，初始状态，三个手指的底端互相平行设置，其中两个活动手指与固定手指组成等腰三角形，固定手指位于顶点，此状态机械手指可用于抓取圆柱体型或者四方体物件，且转向舵机可控制两个从动轮旋转，从而实现两个活动手指在0°～90°的角度范围内旋转，此时，机械手指可抓取球体或者其他不规则形状的物件。

进一步：所述近指节和远指节屈伸方向的内外两侧上及所述远指节远离所述柔性指节的一端上设有拉线孔，所述拉线的另一端依次穿过所述近指节内侧的拉线孔、所述远指节内侧的拉线孔、所述远指节远离所述柔性指节的一端上的拉线孔、所述远指节外侧的拉线孔，并最终固定在所述近指节外侧的拉线孔上。在近指节和远指节上设置拉线孔，便于拉线对于近指节和远指节的屈伸情况的调控。

进一步：所述手掌外壳上还设置有通气孔，连通手掌外壳的内外环境，及时散热，防止手掌外壳内部的舵机运转时电路板及其他电气装置温度过高，导致的电气元件损耗。

进一步：所述近指节和远指节的弯曲内侧设置压力传感器，所述压力传感器通过线路连接所述通讯接口。在近指节和远指节的弯曲内侧设置压力传感器可即时监控机械手的抓取力度，并通过通讯接口反馈到控制装置，可通过控制装置即时调整抓取力，一方面可防止力大损伤待抓物的表面，另一方面也可防止力小时待抓物滑脱，使抓取物与机械手之间一直处于最佳的抓取力度。

进一步：所述近指节和远指节的材质为光敏树脂材料。光敏树脂材料应具有易于成型、高强度的特点便于制作结构复杂近指节和远指节，且光敏树脂材料成型后表面具有较高的摩擦系数，便于待抓物的抓取，不易滑脱。

进一步：所述柔性指节的材质为具有记忆回复功能的柔性pmc材料，采用具有记忆回复功能柔性的聚合物基符合材料，当柔性指节受拉线的作用力是弯曲，不受力时自动回弹复位，pmc材料具有较高的柔韧性及记忆回复功能，是作为柔性指节的较优材料。

进一步：所述手指基座固定设置在所述手掌盖板上，所述手掌盖板可拆卸的设置在所述手掌外壳的顶部，所述手掌外壳的底部安装有底盘法兰。通过手掌盖板实现手掌外壳的密封，通过固定设置的手掌基座及活动课拆卸的手掌盖板，便于整体拆卸维护，且采用底盘法兰的结构设计，便于与机械臂的直接连接，提高安装效率。

基于上述技术方案，本发明的有益效果是：本发明涉及机器人抓取装置的技术领域，尤其涉及一种柔性三指构型机械手，包括三根手指和手指基座，手指基座可拆卸的设置在手掌外壳的顶部，手掌外壳内设置有三个驱动装置；手指包括近指节、柔性指节和远指节，近指节、柔性指节和远指节依次活动连接，近指节通过销轴活动连接在手指基座上；驱动装置包括舵机、滑轮和拉线，拉线的一端固定设置在滑轮上，舵机控制滑轮正转或者反转；拉线的另一端穿出手掌外壳依次活动连接近指节和远指节；手指分别通过一一对应的驱动装置实现手指的握紧和张开，手掌外壳上设置有通讯接口，通讯接口的外端通过线路连接外置的控制装置，通讯接口的内端通过线路一一连接舵机，手掌外壳上设置有电源接口，电源接口的外端通过线路连接外置电源，电源接口的内端通过线路连接舵机。通过驱动装置及转向装置的结构设计，可完成不同形状的抓取任务，不需要针对固定形状的待抓物设置专用在抓取工具，该机械手的结构设计适用范围更广。且该机械手的三个手指可以为抓取操作提供更多的夹持作用点和更大的夹持力，能够保证抓取的稳定性；三个旋转手指可在抓取复杂外形物体时保证其与被抓取物体的表面能够充分接触，提高其抓取能力与应用范围。能实现比较灵活的抓握动作，完成复杂任务的抓取作业。通过压力传感器可即时通过控制装置调整抓取力；设置通气孔，降低了手掌外壳内部电气元件高温运行导致的损耗，提高了使用寿命。

附图说明

图1为本发明一种柔性三指构型机械手的结构示意图；

图2为本发明一种柔性三指构型机械手的单一手指的结构示意图；

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、手指基座，2、手指，21、近指节，22、柔性指节，23、远指节，3、手掌盖板，4、手掌外壳，5、驱动装置，51、舵机，52、滑轮，53、拉线，6、销轴，7、通讯接口，8、电源接口，9、转向装置，10、通气孔，11、压力传感器，12、底盘法兰。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1及图2所示，一种柔性三指构型机械手，包括三根手指2和用于安装三根所述手指2的手指基座1，所述手指基座1可拆卸的设置在所述手掌外壳4的顶部，所述手掌外壳4内设置有三个驱动装置5；

所述手指2包括近指节21、柔性指节22和远指节23，所述近指节21、柔性指节22和远指节23依次活动连接，所述近指节21通过销轴6活动连接在所述手指基座1上；

所述驱动装置5包括舵机51、滑轮52和拉线53，所述拉线53的一端固定设置在所述滑轮52上，所述舵机51控制所述滑轮52正转或者反转；所述拉线53的另一端穿出所述手掌外壳4依次活动连接所述近指节21和远指节23；

所述手指2分别通过一一对应的驱动装置5实现手指的握紧和张开，所述手掌外壳4上设置有通讯接口7，所述通讯接口7的外端通过线路连接外置的控制装置，所述通讯接口7的内端通过线路连接所述舵机51，所述手掌外壳4上设置有电源接口8，所述电源接口8的外端通过线路连接外置电源，所述电源接口8的内端通过线路连接所述舵机51。

进一步：其中一个所述手指2固定连接在所述手指基座1上，另外两个所述手指2可旋转的活动连接在所述手指基座1上。

进一步：另外两个所述手指2通过转向装置9活动设置在所述手指基座1上。

进一步：所述转向装置9包括一个转向舵机和三个齿轮，所述三个齿轮为一个主动轮和两个从动轮，两个从动轮分别与主动轮啮合，所述转向舵机设置在所述手掌外壳4内，所述两个活动手指2的底端固定设置在所述两个从动轮的中心轴上，所述转向舵机控制所述主动轮旋转，所述转向舵机通过线路连接所述通讯接口7的内端。

进一步：所述近指节21和远指节23屈伸方向的内外两侧上及所述远指节23远离所述柔性指节22的一端上上设有拉线孔，所述拉线53的另一端依次穿过所述近指节21内侧的拉线孔、所述远指节23内侧的拉线孔、所述远指节23远离所述柔性指节22的一端上的拉线孔、所述远指节23外侧的拉线孔，并最终固定在所述近指节21外侧的拉线孔上。控制装置通过控制三个舵机51来带动所述滑轮52正转时拉动拉线53来带动近指节21和远指节23的弯曲实现机械手三指的握紧状态，完成待抓物的抓紧工序；当控制所述滑轮52反转时，一方面通过释放拉线53减轻拉线对近指节21和远指节23的拉力，另一方面，通过柔性指节22自身具有的记忆回弹功能实现手指关节的伸开，完成待抓物的释放工序。

进一步：所述手掌外壳4上还设置有通气孔10。

进一步：所述近指节21和远指节23的弯曲内侧设置压力传感器11，所述压力传感器12通过线路连接所述通讯接口7。

进一步：所述近指节21和远指节23的材质为光敏树脂材料。

进一步：所述柔性指节22的材质为具有记忆回复功能的柔性pmc材料。

进一步：所述手指基座1固定设置在所述手掌盖板3上，所述手掌盖板3可拆卸的设置在所述手掌外壳4的顶部，所述手掌外壳4的底部安装有底盘法兰12。

本发明涉及机器人抓取装置的技术领域，尤其涉及一种柔性三指构型机械手，包括三根手指和手指基座，手指基座可拆卸的设置在手掌外壳的顶部，手掌外壳内设置有三个驱动装置；手指包括近指节、柔性指节和远指节，近指节、柔性指节和远指节依次活动连接，近指节通过销轴活动连接在手指基座上；驱动装置包括舵机、滑轮和拉线，拉线的一端固定设置在滑轮上，舵机控制滑轮正转或者反转；拉线的另一端穿出手掌外壳依次活动连接近指节和远指节；手指分别通过一一对应的驱动装置实现手指的握紧和张开，手掌外壳上设置有通讯接口，通讯接口的外端通过线路连接外置的控制装置，通讯接口的内端通过线路一一连接舵机，手掌外壳上设置有电源接口，电源接口的外端通过线路连接外置电源，电源接口的内端通过线路连接舵机。通过驱动装置及转向装置的结构设计，可完成不同形状的抓取任务，不需要针对固定形状的待抓物设置专用在抓取工具，该机械手的结构设计适用范围更广。且该机械手的三个手指可以为抓取操作提供更多的夹持作用点和更大的夹持力，能够保证抓取的稳定性；三个旋转手指可在抓取复杂外形物体时保证其与被抓取物体的表面能够充分接触，提高其抓取能力与应用范围。能实现比较灵活的抓握动作，完成复杂任务的抓取作业。通过压力传感器可即时通过控制装置调整抓取力；设置通气孔，降低了手掌外壳内部电气元件高温运行导致的损耗，提高了使用寿命。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。