闭环柔性件平行夹持灵巧机器人手指装置的制造方法
【专利摘要】闭环柔性件平行夹持灵巧机器人手指装置，属于机器人手技术领域，包括基座、指段、关节轴、驱动器、传动轮、柔性传动件、扭矩限制器、凸块拨盘和限位凸块等。该装置实现了四种抓取模式：1)平行夹持抓取模式；2)独立转动各关节的抓取模式；3)先平行夹持，再独立转动各关节；4)双关节先独立转动，之后再固定第二指段姿态转动近关节的抓取模式。该装置既能达到传统平行夹持手指的单电机驱动多个关节同时转动的平行夹持效果，又具有传统平行夹持手指没有的独立转动单个关节的任意抓取效果；还可以限制和保证较好的抓持力；抓取范围大；平行夹持阶段仅利用一个驱动器即可完成；结构紧凑、体积小，成本低。
【专利说明】
闭环柔性件平行夹持灵巧机器人手指装置
技术领域
[0001]本发明属于机器人手技术领域，特别涉及一种闭环柔性件平行夹持灵巧机器人手指装置的结构设计。
【背景技术】
[0002]机器人手是机器人用于抓取和操作物体的重要终端，一般类似人手设计为多个手指。具有多指的机器人手常称为多指机器人手，其抓取的方式主要是采用力封闭原理和形封闭原理。
[0003]在工业中常采用“平行夹持”的抓取模式(也称为平行捏持、平捏)，即末端指段平行，从物体的两侧接触物体并施加抓持力把物体拿起来，以此达到力封闭抓取效果。这种平行夹持抓取模式的优点是抓取定位精确，有利于机器人完成操作或装配等后续任务，而且这种模式抓取范围大一一可以抓取从很小到很大尺寸范围的物体。此外，这种平行夹持抓取物体的方式在有些情况下是唯一的抓取物体方式，例如在桌面上放置的薄板零件，对于多指机器人手而言，只能采用平行夹持的方式去抓取。
[0004]另一种常用的抓取模式是包络抓取模式(也称为包络握持、握持)，即利用多个指段接触物体，以此来达到形封闭抓取效果。这种抓取模式的优点是抓取更稳定，可以施加更大的抓持力。
[0005]常见的工业夹持器一般采用末端平行的夹持方式，没有包络握持功能，不能适应多种形状物体的稳定包络抓取。
[0006]已有的自适应欠驱动手指可以采用自适应包络物体的方式握持，但是无法实施平行夹持抓取。已有的一种欠驱动两关节机器人手指装置(中国发明专利CN101234489A)，包括基座、电机、中部指段、末端指段和平带轮式第一传动机构等。该装置实现了双关节自适应欠驱动握持物体的功能。其不足之处在于，该装置不能实现平行夹持抓取模式。
[0007]已有的一种双关节齿条耦合机器人手指装置(中国发明专利CN101653940B)，包括基座、电机、近关节轴、中部指段、远关节轴、末端指段、第一齿轮、第二齿轮、齿条和簧件等。该装置实现了双关节手指耦合抓取物体的功能。其不足之处在于，近关节与远关节必须联动，当近关节无法转动时，远关节也无法转动，难以较好的包络抓取不同物体。
[0008]已有的一种双关节同向传动复合欠驱动机器人手指装置(中国发明专利CN102161204B)，实现了先耦合转动多个关节，再转动末端关节的自适应抓取功能。其不足之处在于，该装置无法实施平行夹持，抓取范围小。
[0009]已有的一种五连杆欠驱动机器人手指装置，如美国发明专利US8973958B2，包括五个连杆、弹簧等。该装置可以实现先平行夹持，然后再自适应抓取的功能。其不足之处在于，该装置无法实现任意转动各关节去抓取物体。
【发明内容】
[0010]本发明的目的是为了克服已有技术的不足之处，提供一种闭环柔性件平行夹持灵巧机器人手指装置。该装置具有两个自由度，能实现多种抓取模式，包括:1)双关节末端指段平行夹持抓取模式;2)双关节独立转动抓取模式;3)双关节先平行夹持转动，之后再独立转动的抓取模式;4)双关节先独立转动，之后再保持末端指段姿态的联动抓取模式;能够限制第一指段、第二指段对物体施加的抓持力，优化抓持力，抓持时保护电机。
[0011]本发明的技术方案如下:
[0012]本发明设计的一种闭环柔性件平行夹持灵巧机器人手指装置，包括基座、第一指段、第二指段、近关节轴、远关节轴和第一电机;所述第一电机与基座固接;所述近关节轴的中心线与远关节轴的中心线平行;其特征在于:该闭环柔性件平行夹持灵巧机器人手指装置还包括第二电机、第一传动机构、第二传动机构、第一传动轮、第二传动轮、柔性传动件、第一扭矩限制器、第二扭矩限制器、凸块拨盘和限位凸块;所述近关节轴活动套设在基座中；所述远关节轴活动套设在第一指段中；所述第一指段套接在近关节轴上;所述第二指段套接在远关节轴上;所述第一传动机构设置在基座中；所述第一电机的输出轴与第一传动机构的输入端相连，所述第一传动机构的输出端与第一扭矩限制器的输入端相连，所述第一扭矩限制器的输出端与第一指段相连;所述第二电机与基座固接;所述第二传动机构设置在基座中，所述第二电机的输出轴与第二传动机构的输入端相连，所述第二传动机构的输出端与第二扭矩限制器的输入端相连，所述第二扭矩限制器的输出端与第一传动轮相连;所述第一传动轮活动套接在近关节轴上;所述第二传动轮套接在远关节轴上，第二传动轮与第二指段固接;所述柔性传动件采用传动带、腱绳或链条，所述第一传动轮采用带轮、绳轮或链轮，所述第二传动轮采用带轮、绳轮或链轮，所述柔性传动件连接第一传动轮和第二传动轮，所述柔性传动件、第一传动轮和第二传动轮三者之间配合形成带轮传动关系、绳轮传动关系或链轮传动关系;所述柔性传动件形成“O”字形;第一传动轮的传动半径与第二传动轮的传动半径相等;所述凸块拨盘与第一传动轮固接;所述凸块拨盘活动套接在近关节轴上;所述限位凸块与基座固接;所述凸块拨盘与限位凸块相接触或离开一段距离;设第一指段靠向物体的转动方向为近关节正方向，第一指段远离物体的转动方向为近关节反方向；在该闭环柔性件平行夹持灵巧机器人手指装置处于初始状态时，凸块拨盘与限位凸块接触，设此时凸块拨盘相对基座的旋转角度为O度，从该位置开始，凸块拨盘朝近关节正方向旋转时的转动角度为正，凸块拨盘朝近关节反方向旋转时的转动角度为负；所述限位凸块限制凸块拨盘的转动角度只能为正;所述第一传动机构采用减速比大于100:1的减速传动机构或者具有自锁特性的减速传动机构;所述第二传动机构采用减速比大于100:1的减速传动机构或者具有自锁特性的减速传动机构。
[0013]本发明所述的闭环柔性件平行夹持灵巧机器人手指装置，其特征在于:所述第一传动机构包括第一减速器、第一锥齿轮、第二锥齿轮、第一过渡轴、第一带轮、第二带轮和第一传动带;所述第一电机的输出轴与第一减速器的输入轴相连，所述第一锥齿轮套固在第一减速器的输出轴上，所述第二锥齿轮套固在第一过渡轴上，所述第一锥齿轮与第二锥齿轮啮合;所述第一过渡轴套设在基座中，所述第一带轮套固在第一过渡轴上，所述第二带轮活动套接在近关节轴上，所述第二带轮与第一指段固接，所述第一传动带连接第一带轮和第二带轮，所述第一传动带、第一带轮和第二带轮形成带轮传动关系，所述传动带呈“O”字形。
[0014]本发明所述的闭环柔性件平行夹持灵巧机器人手指装置，其特征在于:所述第二传动机构包括第二减速器、第三锥齿轮、第四锥齿轮、第二过渡轴、第三带轮、第四带轮和第二传动带;所述第二电机的输出轴与第二减速器的输入轴相连，所述第三锥齿轮套固在第二减速器的输出轴上，所述第四锥齿轮套固在第二过渡轴上，所述第三锥齿轮与第四锥齿轮啮合;所述第二过渡轴套设在基座中，所述第三带轮套固在第二过渡轴上，所述第四带轮活动套接在近关节轴上，所述第四带轮与第一传动轮固接，所述第二传动带连接第三带轮和第四带轮，所述第二传动带、第三带轮和第四带轮形成带轮传动关系，所述传动带呈“O”字形。
[0015]本发明与现有技术相比，具有以下优点和突出性效果:
[0016]本发明装置利用双驱动器、闭环柔性件传动机构、凸块拨盘和限位凸块等综合实现了两自由度的四种抓取模式:I)双关节末端指段平行夹持联动抓取模式;2)双关节独立任意转动的抓取模式;3)双关节先平行夹持联动，之后再独立转动的抓取模式;4)双关节先独立转动，之后再固定末端指段姿态的联动抓取模式;该装置既能达到传统平行夹持手指所实现的单个电机驱动多个关节同时转动的平行夹持效果，又具有传统平行夹持手指没有的独立转动单个关节的任意抓取效果;该装置分别利用第一扭矩限制器和第二扭矩限制器限制了第一指段、第二指段对物体施加的抓持力，保护了电机;该装置抓取范围大;平行夹持阶段仅利用一个驱动器即可完成；抓取物体时控制容易；所有电机、减速器均藏入基座中，手指转动部分体积小、重量轻;该装置结构紧凑、制造和维护成本低，适用于机器人手。
【附图说明】
[0017]图1是本发明设计的闭环柔性件平行夹持灵巧机器人手指装置的一种实施例的立体外观图。
[0018]图2是图1所示实施例的正视图。
[0019]图3是图1所示实施例的侧视图。
[0020]图4是图2的A-A剖视图。
[0021]图5是图2的B-B剖视图。
[0022]图6是图2的C-C剖视图。
[0023]图7是图1所示实施例的从一个角度观察的内部立体视图(未画出部分零件)。
[0024]图8是图1所示实施例的从另一个角度观察的内部立体视图(未画出部分零件)。
[0025]图9是图1所示实施例的正面外观图(未画出基座前板、基座表面板、第一指段前板、第一指段表面板)。
[0026]图10是图1所示实施例的爆炸视图。
[0027]图11至图13是图1所示实施例在以包络握持的方式抓取物体的第一阶段平行夹持过程示意图(开动第一电机时)。
[0028]图14至图15是图1所示实施例在以包络握持的方式抓取物体的第二阶段包络抓取过程示意图(开动第二电机时)。
[0029]图16至图18是图1所示实施例开动第一电机平行夹持物体时一种情况的动作过程示意图，此时第二指段接触物体，抓取结束。
[0030]图19至图21是图1所示实施例依次以平行开合及包络抓取物体的动作过程中几个关键位置时，凸块拨盘与限位凸块的相对位置的变化情况。
[0031]图22是另一种实施例所采用的扭矩限制器的剖视图。
[0032]在图1至图22中:
[0033]I 一基座，111 一基座前板，112—基座后板，113 —基座左侧板，
[0034]114 一基座右侧板，115 —基座表面板，116—基座底板，117—基座中板，
[0035]118 —基座斜盖板，2—第一指段，21—第一指段骨架，22—第一指段左侧板，
[0036]23—第一指段右侧板，24—第一指段表面板，25—第一指段前板，26—第一指段后板，
[0037]3—第二指段，4 一近关节轴，5—远关节轴，83 —轴承，
[0038]84 —套筒，85 —螺钉，86 —销钉，9 一第一传动轮，
[0039 ] 1 一第二传动轮，11 一柔性传动件，12 —凸块拨盘，14 一第一电机，
[0040] 141 一第一减速器，142—第一锥齿轮，143—第二锥齿轮，144 一第一过渡轴，
[0041 ] 145—第一带轮，146—第二带轮，147 —第一传动带，15—第二电机，
[0042]151 —第二减速器，152 —第三锥齿轮，153 —第四锥齿轮，154 —第二过渡轴，
[0043]155 —第三带轮，156 —第四带轮，157 —第二传动带，17 —物体，
[0044]18—限位凸块，901—第一扭矩限制器，902—第二扭矩限制器，
[0045]900 —扭矩限制器，910 —壳体，920—旋转构件，930—旋转轴，
[0046]940一滚珠，950 —压力弹黃。
【具体实施方式】
[0047]下面结合附图及实施例进一步详细介绍本发明的具体结构、工作原理的内容。
[0048]本发明设计的闭环柔性件平行夹持灵巧机器人手指装置的一种实施例，如图1至图10所示，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和第一电机14;所述第一电机14与基座I固接;所述近关节轴4的中心线与远关节轴5的中心线平行。本实施例还包括第二电机15、第一传动机构、第二传动机构、第一传动轮9、第二传动轮10、柔性传动件11、第一扭矩限制器901、第二扭矩限制器902、凸块拨盘12和限位凸块18;所述近关节轴4活动套设在基座I中；所述远关节轴5活动套设在第一指段2中；所述第一指段2套固在近关节轴4上;所述第二指段3套固在远关节轴5上;所述第一传动机构设置在基座I中；所述第一电机14的输出轴与第一传动机构的输入端相连;所述第一传动机构的输出端与第一扭矩限制器901的输入端相连，所述第一扭矩限制器901的输出端与第一指段2相连。
[0049]本实施例中，所述第二电机15与基座I固接;所述第二传动机构设置在基座中，所述第二电机15的输出轴与第二传动机构的输入端相连，所述第二传动机构的输出端与第二扭矩限制器902的输入端相连，所述第二扭矩限制器902的输出端与第一传动轮9相连;所述第一传动轮9活动套接在近关节轴4上;所述第二传动轮10套接在远关节轴5上，第二传动轮10与第二指段3固接;所述柔性传动件11采用传动带、腱绳或链条，所述第一传动轮9采用带轮、绳轮或链轮，所述第二传动轮10采用带轮、绳轮或链轮，所述柔性传动件11连接第一传动轮9和第二传动轮10，所述柔性传动件11、第一传动轮9和第二传动轮10三者之间配合形成带轮传动关系、绳轮传动关系或链轮传动关系;所述柔性传动件11形成“O”字形;第一传动轮9的传动半径与第二传动轮10的传动半径相等;这样设置，使得:通过柔性传动件11的传动，从第一传动轮9到第二传动轮10的传动是同向传动且传动比等于I。所述凸块拨盘12与第一传动轮9固接。
[0050]本实施例中，所述凸块拨盘12活动套接在近关节轴4上;所述限位凸块18与基座I固接;所述凸块拨盘12与限位凸块18相接触或离开一段距离;设第一指段2靠向物体17的转动方向为近关节正方向(如图11中的顺时针方向)，第一指段2远离物体17的转动方向为近关节反方向；在该闭环柔性件平行夹持灵巧机器人手指装置处于初始状态(如图11、图16所示的伸直状态)时，凸块拨盘12与限位凸块18接触，设此时凸块拨盘12相对基座I的旋转角度为O度(如图19所示)，从该位置开始，凸块拨盘12朝近关节正方向旋转时的转动角度为正，凸块拨盘12朝近关节反方向旋转时的转动角度为负;所述限位凸块18限制凸块拨盘12的转动角度只能为正，即凸块拨盘12只能沿着如图11所示的箭头指示方向转动。
[0051]本发明所述的连杆平行夹持灵巧机器人手指装置，其特征在于:所述第一传动机构采用减速比超过100:1的减速传动机构或者具有自锁特性的减速传动机构;所述第二传动机构采用减速比超过100:1的减速传动机构或者具有自锁特性的减速传动机构。
[0052]本实施例中，所述第一传动机构采用减速比超过100:1的减速传动机构;所述第二传动机构采用减速比超过100:1的减速传动机构。
[0053]又一种优选的实施例中，所述第一传动机构采用具有自锁特性的传动机构，例如采用蜗轮蜗杆传动机构或丝杆螺母传动机构，并达到反向自锁的条件。这样可以更好地保证第一指段2抓取物体17的稳定性。
[0054]又一种优选的实施例中，所述第二传动机构采用具有自锁特性的传动机构，例如采用蜗轮蜗杆传动机构或丝杆螺母传动机构，并达到反向自锁的条件。这样可以更好地保证第二指段3抓取物体17的稳定性。
[0055]所述第一扭矩限制器901限制使第一指段2靠向抓取物体17方向的传递力矩。这样保证第一指段2抓取物体17的力量不会过大，而且可以防止第一电机14堵转过热损坏。所述第二扭矩限制器902限制使第二指段3靠向抓取物体17方向的传递力矩。这样保证第二指段3抓取物体17的力量不会过大，而且可以防止第二电机15堵转过热损坏。
[0056]本实施例中，所述基座I包括固接在一起的基座前板111、基座后板112、基座左侧板113、基座右侧板114、基座表面板115、基座底板116、基座中板117和基座斜盖板118。本实施例中，所述第一指段2包括固接在一起的第一指段骨架21、第一指段左侧板22、第一指段右侧板23、第一指段表面板24、第一指段前板25和第一指段后板26。所述限位凸块18与基座中板117固接。
[0057]本实施例中，所述第一传动机构包括第一减速器141，第一锥齿轮142、第二锥齿轮143、第一过渡轴144、第一带轮145、第二带轮146和第一传动带147;所述第一电机14的输出轴与第一减速器141的输入轴相连，所述第一锥齿轮142套固在第一减速器141的输出轴上，所述第二锥齿轮143套固在第一过渡轴144上，所述第一锥齿轮142与第二锥齿轮143啮合；所述第一过渡轴144套设在基座I中，所述第一带轮145套固在第一过渡轴144上，所述第二带轮146活动套接在近关节轴4上，所述第二带轮146与第一指段2固接，所述第一传动带147连接第一带轮145和第二带轮146，所述第一传动带147、第一带轮145和第二带轮146形成带轮传动关系，所述传动带呈“O”字形。所述第一减速器141的减速比大于100:1。
[0058]本实施例中，所述第二传动机构包括第二减速器151，第三锥齿轮152、第四锥齿轮153、第二过渡轴154、第三带轮155、第四带轮156和第二传动带157;所述第二电机15的输出轴与第二减速器151的输入轴相连，所述第三锥齿轮152套固在第二减速器151的输出轴上，所述第四锥齿轮153套固在第二过渡轴154上，所述第三锥齿轮152与第四锥齿轮153啮合；所述第二过渡轴154套设在基座I中，所述第三带轮155套固在第二过渡轴154上，所述第四带轮156活动套接在近关节轴4上，所述第四带轮156与第一传动轮9固接，所述第二传动带157连接第三带轮155和第四带轮156，所述第二传动带157、第三带轮155和第四带轮156形成带轮传动关系，所述传动带呈“O”字形。所述第二减速器151的减速比大于100:1。
[0059]本实施例还采用了若干轴承83、若干套筒84、若干螺钉85和若干销钉86等零件，属于公知常用技术，不赘述。
[0060]本发明装置利用双驱动器、闭环柔性件传动机构、凸块拨盘和限位凸块等综合实现了两自由度的四种抓取模式，包括:
[0061]I)双关节末端指段平行夹持联动抓取模式:此时只让第一电机14转动，第二电机15不转动，转动后如图11、图12、图13所示；
[0062 ] 2)双关节独立任意转动的抓取模式:此时第一电机14、第二电机15可以同时转动，第一电机14会使得手指(第一指段2和第二指段3)产生平行夹持的双关节联动，第二电机15可以在此基础上任意改变第二指段3的转动角度；
[0063]3)双关节先平行夹持联动，之后再独立转动的抓取模式:此时先转动第一电机14，当第一指段碰触物体17之后，停止第一电机14，再转动第二电机15;
[0064]4)双关节先独立转动，之后再固定末端指段姿态的联动抓取模式:此时先同时启动第一电机14和第二电机15，一段时间之后，停止第二电机15，再转动第一电机14。
[0065]结合附图11至图21，下面对常用的第二种抓取模式进一步举例解释其动作原理。该装置采用第二种抓取模式抓取物体的过程分为两个阶段:平行夹持抓取阶段和灵巧抓取阶段。
[0066]本实施例的初始位置为手指伸直的状态，如图11所示，此时第一指段2和第二指段3与基座I呈伸直状态。当使用本实施例抓取物体时，第一电机14转动，通过第一传动机构，带动第一指段2绕着近关节轴4的中心线转动一个角度，如图11至图13所示。
[0067]在此过程中，第二电机15并未转动，由于第二传动机构的减速比很大，加上电机转子的惯量较大，呈现“软自锁”状态(采用具有自锁特性的第二传动机构也可以达到同样的效果)，第一传动轮9和凸块拨盘12将不发生转动，仍然与基座I上的限位凸块18相接触。因此，第一指段2的正向转动会使得通过柔性传动件11，带动第二传动轮10绕远关节轴5的中心线反向(图11中的逆时针方向)转动，也就使得第二指段3绕远关节轴5的中心线反向转动了相同角度(因为从第一传动轮到第二传动轮的传动比为I)，从而实现了近关节轴4与远关节轴5两个关节的同时一正一反双向转动，第二指段3始终保持在与初始状态的姿态一致的方向(相对于基座I而言)，只是位置发生了改变，此即第一抓取阶段的平行夹持转动，如图11至图13所示。对应的凸块拨盘12与限位凸块18的相对位置如图19所示。这一阶段适合以第二指段3去平行夹持物体17，或者通过外张的方式用第二指段3去从内向外打开的方式外张撑取物体17。例如一个空心圆柱筒的拿取，从该物体的内侧向外张开撑住筒壁，从而拿取物体。
[0068]在平行夹持抓取过程中，如果第二指段3接触物体，而第一指段2没有接触物体，那么抓取结束，在这种抓取情况下仅有一个平行夹持抓取过程，即实现了平行夹持(或平行捏持)物体的效果，如图16至图18所示。
[0069]在平行夹持抓取过程中，如果第一指段2先接触到物体17，如图13所示，则停止第一电机14，启动第二电机15，这个后续过程为一个灵巧抓取阶段，如下所述:
[0070]第二电机15转动，通过第二传动机构，带动第一传动轮9的转动(凸块拨盘12也相应转动)，通过柔性传动件11、第二传动轮10实现第二指段3正向转动直到第二指段3接触物体17，第二指段3的转角不受第一指段2的转角的限制，如图14、图15所示，达到第二抓取阶段的灵巧抓取目的。对应的凸块拨盘12与限位凸块18的相对位置如图20、图21所示。
[0071 ]采用扭矩限制器900的工作原理简介如下:
[0072]如图22所示，当扭矩限制器900的旋转构件920至壳体910(该扭矩限制器的输出端)的扭矩小于压力弹簧950的弹力时，旋转轴930(该扭矩限制器的输入端)的旋转(图中箭头A所指的顺时针方向)可以传递到旋转构件920，旋转构件920的旋转通过滚珠940被传递到壳体910;当扭矩限制器900的旋转构件920至壳体910的扭矩大于压力弹簧950的弹力，弹簧950发生压缩变形，旋转轴930将空转。
[0073]图11至图15是图1所示实施例以包络抓取的方式抓取物体17的动作过程示意图，其中，图11为初始状态，图11至图13为第一指段2接触到物体17之前的动作过程一一平行开合方式动作，图13为第一指段2刚接触到物体的情况，图13至图15为第一指段2接触到物体17之后的动作过程一一包络抓取物体，直到第二指段3接触物体，如图15所示，抓取结束。
[0074]图16至图18是图1所示实施例抓取物体17的另一种可能方式一一平行捏持物体的典型动作过程，直到第二指段3接触物体17，如图18所示，抓取结束。
[0075]图19至图21是图1所示实施例依次以平行开合及包络抓取物体的动作过程中的几个关键位置，展示出凸块拨盘12与限位凸块18的相对位置的变化情况。I)图19所示的情况是图11、图12、图13、图16、图17和图18的凸块拨盘12的位置情况，此时本实施例处在初始位置或者仅弯曲了第一指段，凸块拨盘12与限位凸块18相接触，第二指段3处于相对于基座I的固定竖直姿态，这种情况一直持续到图18的夹持抓取结束，或者持续到图13的包络抓取开始;2)图20对应于图14的情况，此时本实施例的第一指段2已经接触到物体17被阻挡而不能运动，在第二电机15的作用下，通过第二传动机构、第一传动轮9、第二传动轮10和柔性传动件11的传动，第二指段3绕远关节轴5转动了一个角度(相对于基座I转动)，第二指段3不再保持原来竖直的初始姿态，凸块拨盘12离开了原来一直接触的限位凸块18;3)图21对应于图15的凸块拨盘12的位置情况，此时本实施例完成对物体的两个指段的接触一一实现包络抓取，抓取稳定，力量大;与图20的情况相比，图21中的凸块拨盘12转动到了更大的角度，离开限位凸块18更远的距离，第二指段3也转动了与凸块拨盘12的转角相同的角度。
[0076]释放物体17的过程:第一电机14反转，第二电机15反转，后续过程与上述抓取物体17的过程刚好相反，不再赘述。
[0077]本发明装置利用双驱动器、闭环柔性件传动机构、凸块拨盘和限位凸块等综合实现了两自由度的四种抓取模式:I)双关节末端指段平行夹持联动抓取模式;2)双关节独立任意转动的抓取模式;3)双关节先平行夹持联动，之后再独立转动的抓取模式;4)双关节先独立转动，之后再固定末端指段姿态的联动抓取模式;该装置既能达到传统平行夹持手指所实现的单个电机驱动多个关节同时转动的平行夹持效果，又具有传统平行夹持手指没有的独立转动单个关节的任意抓取效果;该装置分别利用第一扭矩限制器和第二扭矩限制器限制了第一指段、第二指段对物体施加的抓持力，保护了电机;该装置抓取范围大;平行夹持阶段仅利用一个驱动器即可完成；抓取物体时控制容易；所有电机、减速器均藏入基座中，手指转动部分体积小、重量轻;该装置结构紧凑、制造和维护成本低，适用于机器人手。
【主权项】
1.一种闭环柔性件平行夹持灵巧机器人手指装置，包括基座、第一指段、第二指段、近关节轴、远关节轴和第一电机;所述第一电机与基座固接;所述近关节轴的中心线与远关节轴的中心线平行;其特征在于:该闭环柔性件平行夹持灵巧机器人手指装置还包括第二电机、第一传动机构、第二传动机构、第一传动轮、第二传动轮、柔性传动件、第一扭矩限制器、第二扭矩限制器、凸块拨盘和限位凸块;所述近关节轴活动套设在基座中；所述远关节轴活动套设在第一指段中；所述第一指段套接在近关节轴上;所述第二指段套接在远关节轴上；所述第一传动机构设置在基座中；所述第一电机的输出轴与第一传动机构的输入端相连，所述第一传动机构的输出端与第一扭矩限制器的输入端相连，所述第一扭矩限制器的输出端与第一指段相连;所述第二电机与基座固接;所述第二传动机构设置在基座中，所述第二电机的输出轴与第二传动机构的输入端相连，所述第二传动机构的输出端与第二扭矩限制器的输入端相连，所述第二扭矩限制器的输出端与第一传动轮相连;所述第一传动轮活动套接在近关节轴上;所述第二传动轮套接在远关节轴上，第二传动轮与第二指段固接;所述柔性传动件采用传动带、腱绳或链条，所述第一传动轮采用带轮、绳轮或链轮，所述第二传动轮采用带轮、绳轮或链轮，所述柔性传动件连接第一传动轮和第二传动轮，所述柔性传动件、第一传动轮和第二传动轮三者之间配合形成带轮传动关系、绳轮传动关系或链轮传动关系；所述柔性传动件形成“O”字形；第一传动轮的传动半径与第二传动轮的传动半径相等;所述凸块拨盘与第一传动轮固接;所述凸块拨盘活动套接在近关节轴上;所述限位凸块与基座固接;所述凸块拨盘与限位凸块相接触或离开一段距离;设第一指段靠向物体的转动方向为近关节正方向，第一指段远离物体的转动方向为近关节反方向；在该闭环柔性件平行夹持灵巧机器人手指装置处于初始状态时，凸块拨盘与限位凸块接触，设此时凸块拨盘相对基座的旋转角度为O度，从该位置开始，凸块拨盘朝近关节正方向旋转时的转动角度为正，凸块拨盘朝近关节反方向旋转时的转动角度为负;所述限位凸块限制凸块拨盘的转动角度只能为正;所述第一传动机构采用减速比大于100:1的减速传动机构或者具有自锁特性的减速传动机构;所述第二传动机构采用减速比大于100:1的减速传动机构或者具有自锁特性的减速传动机构。2.如权利要求1所述的闭环柔性件平行夹持灵巧机器人手指装置，其特征在于:所述第一传动机构包括第一减速器、第一锥齿轮、第二锥齿轮、第一过渡轴、第一带轮、第二带轮和第一传动带;所述第一电机的输出轴与第一减速器的输入轴相连，所述第一锥齿轮套固在第一减速器的输出轴上，所述第二锥齿轮套固在第一过渡轴上，所述第一锥齿轮与第二锥齿轮啮合;所述第一过渡轴套设在基座中，所述第一带轮套固在第一过渡轴上，所述第二带轮活动套接在近关节轴上，所述第二带轮与第一指段固接，所述第一传动带连接第一带轮和第二带轮，所述第一传动带、第一带轮和第二带轮形成带轮传动关系，所述传动带呈“O”字形。3.如权利要求1所述的闭环柔性件平行夹持灵巧机器人手指装置，其特征在于:所述第二传动机构包括第二减速器、第三锥齿轮、第四锥齿轮、第二过渡轴、第三带轮、第四带轮和第二传动带;所述第二电机的输出轴与第二减速器的输入轴相连，所述第三锥齿轮套固在第二减速器的输出轴上，所述第四锥齿轮套固在第二过渡轴上，所述第三锥齿轮与第四锥齿轮啮合;所述第二过渡轴套设在基座中，所述第三带轮套固在第二过渡轴上，所述第四带轮活动套接在近关节轴上，所述第四带轮与第一传动轮固接，所述第二传动带连接第三带轮和第四带轮，所述第二传动带、第三带轮和第四带轮形成带轮传动关系，所述传动带呈“O”字形。
【文档编号】B25J17/02GK105835076SQ201610152877
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年3月17日
【发明人】张文增, 苏靖惟, 宋九亚, 梁达尧, 孙振国, 都东, 陈强
【申请人】清华大学