连杆带轮直线平夹感知自适应机器人手指装置的制造方法
【专利摘要】连杆带轮直线平夹感知自适应机器人手指装置，属于机器人手技术领域，包括基座、两个指段、两个关节轴、两个驱动器、多个连杆、多级带轮传动机构、凸块拨盘、多个传感器和内置控制程序的控制模块。本发明装置实现了机器人手指直线平行夹持与自适应抓取的功能，尤其是针对工作台上薄板零件能够实现良好夹持；采用四连杆机构实现了远关节轴沿着直线运动，采用带轮、连杆机构配合实现第二指段的平动；采用多个传感器、控制模块和内置的控制程序实现自适应抓取功能，可以适应不同形状、大小物体的抓取；抓取范围大，抓取稳定可靠；利用两个驱动器驱动两个关节；该装置结构简单、体积小、重量轻，加工、装配和维修成本低。
【专利说明】
连杆带轮直线平夹感知自适应机器人手指装置
技术领域
[0001 ]本发明属于机器人手技术领域，特别涉及一种连杆带轮直线平夹感知自适应机器人手指装置的结构设计。
【背景技术】
[0002]机器人技术是当前技术发展的重要趋势之一。机器人替代人工开展各项工作要依靠机器人手(末端夹持器)。目前已有多种类型的机器人手被研制出来，包括多指手和特种手。其中多指手具有多个手指，且手指上具有转动或平动的关节;特种手没有明显手指，而是利用磁铁、吸盘、静电等原理来实现对物体的抓取。
[0003]多指手又分为特别像人手的灵巧手，工业上常用的简单二指夹持器，以及介于两者之间的欠驱动多指机器人手。
[0004]灵巧手具有主动驱动和控制的多个手指以及在每个手指上具有多个关节，能够比较好的模仿人手，达到稳定抓取物体的效果，实现的抓取模式和手势比较多样，代表了机器人手发展的重要方向，但是，传统的灵巧手在每次抓取时均需要对物体的形状、大小和位置进行探测，并根据检测的多个传感信号结合某种抓取、操作或手势目的，进行各个手指、关节的路径规划，带来非常复杂的实时传感与控制需求，制造、维护成本高昂、使用不便。
[0005]由于欠驱动手指可以实现较好的自适应抓取，对不同的尺寸、形状物体都可以较好抓取，而无需复杂的实时抓取规划，具有非常好的效果，成为近年来的研究开发热点。但是传统的欠驱动手仅具有一种固定的抓取模式，影响了其灵活性，难以实现多种抓取模式，在现实抓取中常常需要两种以上的抓取模式。
[0006]在抓取物体时主要有两种抓取方法，一种是夹持，一种是握持。夹持是用末端手指的指尖部分去夹取物体，采用两个点或两个软指面去接触物体，主要针对小尺寸物体或具有对立面的较大物体，抓取很精确，也称为精确抓取;握持是用手指的多个指段包络环绕物体来实现多个点的接触，达到更稳定的形状包络抓取，力量更大，也称为力量抓取。
[0007]工业夹持器一般采用末端平行的夹持方式，难以具有包络握持功能，不能适应多种形状物体的稳定包络抓取；自适应欠驱动手指可以采用自适应包络物体的方式握持，但是无法实施末端平行夹持抓取，例如，已有的一种欠驱动两关节机器人手指装置(中国发明专利CNlOl234489A)，包括基座、电机、中部指段、末端指段和平行带轮式传动机构等。该装置实现了双关节欠驱动手指弯曲抓取物体的特殊效果，具有自适应性。该欠驱动机械手指装置的不足之处为:手指在未碰触物体前始终呈现伸直状态，抓取方式主要为握持方式，难以实现较好的末端平行夹持抓取效果。
[0008]具有两种抓取模式的传统欠驱动手已经被开发出来，已有的一种欠驱动手指，如美国专利US8973958B2，包括五个连杆、弹簧、机械约束和驱动器等。该装置实现了圆弧平行夹持与自适应抓取模式。在工作时，开始阶段相对于基座保持末端指段的姿态进行近关节弯曲动作，之后根据物体的位置可以实现平行夹持或自适应包络握持的功能。其不足之处在于，(I)该装置仅能实现圆弧平行夹持功能，无法实现直线平行夹持功能，在工作台上夹持不同尺寸的薄板物体时需要机器人臂部运动才能配合实现抓取，因此抓取存在严重不足；(2)该装置采用多连杆机构，运动存在较大的死区，抓取范围小。
【发明内容】
[0009]本发明的目的是为了克服已有技术的不足之处，提供一种连杆带轮直线平夹感知自适应机器人手指装置。该装置具有直线平行夹持和自适应抓取两种抓取模式，无需对物体环境进行复杂的实时检测、规划，既能沿着直线平动末端的第二指段去夹持物体，也能先后运动第一指段和第二指段自适应包络不同形状、大小的物体;抓取范围大。
[0010]本发明的技术方案如下:
[0011 ]本发明设计的一种连杆带轮直线平夹感知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、第一驱动器和第二驱动器;所述第一驱动器与基座固接;所述第二驱动器与基座固接;所述近关节轴的中心线与远关节轴的中心线平行;所述第二指段套固在远关节轴上;所述远关节轴套设在第一指段中；所述第一指段套接在近关节轴上;其特征在于:该连杆带轮直线平夹感知自适应机器人手指装置还包括第一连杆、第二连杆、第一轴、第二轴、第三轴、第一传动机构、第二传动机构、触发传感器、停抓传感器、凸块拨盘、第一停放传感器、第二停放传感器、第一传动轮、第一柔性传动件、第二传动轮、第三传动轮、第二柔性传动件、第四传动轮和控制模块;所述第一驱动器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轴相连;所述第一轴套设在基座中；所述第一连杆套固在第一轴上;所述第二轴套设在第一连杆上，所述第一指段的一端套接在第二轴上;所述第三轴套设在基座中，所述第二连杆的一端套接在第三轴上，第二连杆的另一端套接在近关节轴上;所述近关节轴套设在第一指段的中部;设第一轴的中心为点A，第二轴的中心为点B，近关节轴的中心为点C，远关节轴的中心为点D，第三轴的中心为点E，线段BC的长度、线段CD的长度和线段CE的长度三者相等，线段AE的长度等于线段AB的长度的2倍，线段CE的长度是线段AB的长度的2.5倍;所述第二驱动器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三轴相连;所述第二传动机构为具有自锁功能的传动机构;所述凸块拨盘套固在第三轴上;所述第一传动轮套固在第三轴上，所述第一柔性传动件分别连接第一传动轮、第二传动轮，所述第一柔性传动件呈“O”字形，所述第一柔性传动件、第一传动轮、第二传动轮三者构成传动关系，所述第二传动轮套固在近关节轴上;所述第三传动轮套固在近关节轴上，所述第二柔性传动件分别连接第三传动轮、第四传动轮，所述第二柔性传动件呈“O”字形，所述第二柔性传动件、第三传动轮、第四传动轮三者构成传动关系，所述第四传动轮套固在远关节轴上;所述触发传感器安装在第一指段的表面，所述停抓传感器安装在第二指段的表面，所述第一停放传感器安装在基座上，所述第二停放传感器安装在基座上；当连杆带轮直线平夹感知自适应机器人手指装置处于初始状态时，所述第一连杆与第一停放传感器接触，所述凸块拨盘与第二停放传感器接触；
[0012]所述控制模块分别与触发传感器、停抓传感器、第一停放传感器和第二停放传感器相连;所述控制模块分别与第一驱动器、第二驱动器相连;所述控制模块分别接收来自外界的抓取信号、释放信号;所述触发传感器的信号引出端与控制模块的触发输入端连接;所述触发传感器采集所抓物体碰触第一指段的信息;所述第一停放传感器的信号引出端与控制模块的第一停放输入端连接;所述的第一停放传感器采集第一连杆相对于基座绕第一轴转动到某个设定角度的信息;所述第二停放传感器的信号引出端与控制模块的第二停放输入端连接;所述第二停放传感器采集凸块拨盘相对于基座绕第三轴转动到某个设定角度的信息;所述停抓传感器的信号引出端与控制模块的停抓输入端连接;所述的停抓传感器采集所抓物体接触第二指段的信息；
[0013]所述的控制模块运行控制程序，利用来自触发传感器、第一停放传感器、第二停放传感器和停抓传感器的各种信号，发出指令分别驱动第一驱动器、第二驱动器转动;所述控制模块中的控制程序采用的控制方法包括抓取方法和释放方法，控制模块接收到抓取信号后执行抓取方法，控制模块接收到释放信号后执行释放方法；
[0014]所述抓取方法包括顺序执行如下步骤:
[0015]a)发出指令驱动第一驱动器正转，
[0016]b)当控制模块接收到触发传感器的触发信号，第一驱动器停止转动，并且发出指令驱动第二驱动器正转，
[0017]c)当控制模块接收到停抓传感器的停抓信号，第二驱动器停止转动，抓取过程结束；
[0018]所述释放方法包括顺序执行如下步骤:
[0019]a)发出指令驱动第二驱动器反转，
[0020]b)当控制模块接收到第二停放传感器的停放信号，第二驱动器停止转动，并且发出指令驱动第一驱动器反转，
[0021]c)当控制模块接收到第一停放传感器的停放信号，第一驱动器停止转动，释放过程结束。
[0022]本发明所述的连杆带轮直线平夹感知自适应机器人手指装置，其特征在于:所述第一驱动器米用电机、气缸或液压缸。
[0023]本发明所述的连杆带轮直线平夹感知自适应机器人手指装置，其特征在于:所述第二驱动器采用电机、气缸或液压缸。
[0024]本发明所述的连杆带轮直线平夹感知自适应机器人手指装置，其特征在于:所述第一柔性传动件采用传动带、链条或绳，所述第一传动轮采用带轮、链轮或绳轮，所述第二传动轮采用带轮、链轮或绳轮，所述第一柔性传动件、第一传动轮、第二传动轮三者构成带轮传动关系、链轮传动关系或绳轮传动关系。
[0025]本发明所述的连杆带轮直线平夹感知自适应机器人手指装置，其特征在于:所述第二柔性传动件采用传动带、链条或绳，所述第三传动轮采用带轮、链轮或绳轮，所述第四传动轮采用带轮、链轮或绳轮，所述第二柔性传动件、第三传动轮、第四传动轮三者构成带轮传动关系、链轮传动关系或绳轮传动关系。
[0026]本发明与现有技术相比，具有以下优点和突出性效果:
[0027]本发明装置利用双驱动器、连杆机构、带轮机构、多个传感器和内置控制程序的控制模块等综合实现了机器人手指直线平行夹持与自适应抓取的功能;采用满足一定条件的四连杆机构实现了远关节轴沿着直线运动，采用多级带轮机构与连杆机构配合实现第二指段的保持固定姿态的平动;采用触发传感器、停抓传感器、停放传感器和控制模块实现当物体接触第一指段时，第二指段绕远关节轴的自适应转动。该装置根据物体形状和位置的不同，能直线平动第二指段去夹持物体，尤其是针对工作台上薄板零件的夹持，还能在第一指段接触物体之后，自动转动第二指段去接触物体，达到自适应包络不同形状、大小物体的目的；抓取范围大，抓取稳定可靠;利用两个驱动器驱动两个关节;该装置结构简单、体积小、重量轻，加工、装配和维修成本低。
【附图说明】
[0028]图1是本发明设计的连杆带轮直线平夹感知自适应机器人手指装置的一种实施例的侧面视图(未画出部分零件)。
[0029]图2是图1所示实施例的立体外观图。
[0030]图3是图1所示实施例的外观图。
[0031 ]图4是图1所示实施例的立体外观图(未画出部分零件)。
[0032]图5是图1所示实施例的正视图(未画出部分零件)。
[0033]图6是图1所示实施例的爆炸图。
[0034]图7是图1所示实施例的侧面外观(未画出部分零件)，显示出点A、B、C、D和E的位置。
[0035]图8是图7所示的AB、B⑶、CE及基座连杆AE的多个连杆机构简图，显示出在主动转动连杆AB时点D的移动轨迹，该轨迹中有一段直线轨迹就是本实施例的第二指段直线平行夹持阶段的移动轨迹。
[0036]图9至图10是图1所示实施例在直线平行夹持阶段的动作过程图。
[0037]图11至图13是图1所示实施例在自适应包络阶段的动作过程图。
[0038]图14是图1所示实施例的电气连接图。
[0039]图15是图1所不实施例的抓取方法流程图。
[0040]图16是图1所示实施例的释放方法流程图。
[0041]图17是采用两个图1所示实施例构成的机器人手示意图，显示了机器人手张开到最大以及合拢状态(双点划线)。
[0042]图18是图17所示实施例的平夹抓取物体示意图。
[0043]图19是图17所示实施例的自适应抓取物体示意图。
[0044]在图1至图19中:
[0045]I —基座，2—第一指段，3—第二指段，4 一近关节轴，
[0046]5 一远关节轴，6 一第一连杆，7 一第二连杆，8 一第一轴，
[0047]9一第二轴，10 —第三轴，11 一第一驱动器(第一电机)，
[0048]12—第一减速器，13—第一传动机构，14一第二驱动器(第二电机)，
[0049 ] 15 一第二减速器，16 —第二传动机构，17 —触发传感器，18 —停抓传感器，
[0050] 19 一凸块拨盘，20—第一停放传感器，21 —第二停放传感器，22—第一传动轮，
[0051 ] 23—第一柔性传动件，24—第二传动轮，25—第三传动轮，26—第二柔性传动件，
[0052]27—第四传动轮，28—控制模块，29 —第一驱动模块，30 —第二驱动模块，
[0053]31 —物体，32—连杆带轮直线平夹感知自适应机器人手指装置。
【具体实施方式】
[0054]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。
[0055]本发明设计的一种连杆带轮直线平夹感知自适应机器人手指装置的实施例，如图1至图6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、第一驱动器11和第二驱动器14;所述第一驱动器11与基座I固接;所述第二驱动器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;所述第二指段3套固在远关节轴5上;所述远关节轴5套设在第一指段2中；所述第一指段2套接在近关节轴4上;该连杆带轮直线平夹感知自适应机器人手指装置还包括第一连杆6、第二连杆7、第一轴8、第二轴9、第三轴10、第一传动机构13、第二传动机构16、触发传感器17、停抓传感器18、凸块拨盘19、第一停放传感器20、第二停放传感器21、第一传动轮22、第一柔性传动件23、第二传动轮24、第三传动轮25、第二柔性传动件26、第四传动轮27和控制模块28;所述第一驱动器11的输出轴与第一传动机构13的输入端相连，所述第一传动机构13的输出端与第一轴8相连;所述第一轴8套设在基座I中；所述第一连杆6套固在第一轴8上;所述第二轴9套设在第一连杆6上，所述第一指段2的一端套接在第二轴9上;所述第三轴10套设在基座I中，所述第二连杆7的一端套接在第三轴10上，第二连杆7的另一端套接在近关节轴4上;所述近关节轴4套设在第一指段2的中部;设第一轴8的中心为点A，第二轴9的中心为点B，近关节轴4的中心为点C，远关节轴5的中心为点D，第三轴10的中心为点E，如图7、图8所示，线段BC的长度、线段CD的长度和线段CE的长度三者相等，线段AE的长度等于线段AB的长度的2倍，线段CE的长度是线段AB的长度的2.5倍；所述第二驱动器14的输出轴与第二传动机构16的输入端相连，所述第二传动机构16的输出端与第三轴10相连;所述第二传动机构16为具有自锁功能的传动机构;所述凸块拨盘19套固在第三轴10上;所述第一传动轮22套固在第三轴10上，所述第一柔性传动件23分别连接第一传动轮22、第二传动轮24，所述第一柔性传动件23呈“O”字形，所述第一柔性传动件23、第一传动轮22、第二传动轮24三者构成传动关系，所述第二传动轮24套固在近关节轴4上；所述第三传动轮25套固在近关节轴4上，所述第二柔性传动件26分别连接第三传动轮25、第四传动轮27，所述第二柔性传动件26呈“O”字形，所述第二柔性传动件26、第三传动轮25、第四传动轮27三者构成传动关系，所述第四传动轮27套固在远关节轴5上;所述触发传感器17安装在第一指段2的表面，所述停抓传感器18安装在第二指段3的表面，所述第一停放传感器20安装在基座I上，所述第二停放传感器21安装在基座I上；当连杆带轮直线平夹感知自适应机器人手指装置处于初始状态时，所述第一连杆6与第一停放传感器20接触，所述凸块拨盘19与第二停放传感器21接触；
[0056]所述控制模块28分别与触发传感器17、停抓传感器18、第一停放传感器20和第二停放传感器21相连;所述控制模块28分别与第一驱动器11、第二驱动器14相连;所述控制模块28分别接收来自外界的抓取信号、释放信号;所述触发传感器17的信号引出端与控制模块28的触发输入端连接;所述触发传感器17采集所抓物体碰触第一指段2的信息;所述第一停放传感器20的信号引出端与控制模块28的第一停放输入端连接;所述的第一停放传感器20采集第一连杆6相对于基座I绕第一轴8转动到某个设定角度的信息;所述第二停放传感器21的信号引出端与控制模块28的第二停放输入端连接;所述第二停放传感器21采集凸块拨盘19相对于基座I绕第三轴10转动到某个设定角度的信息;所述停抓传感器18的信号引出端与控制模块28的停抓输入端连接;所述的停抓传感器28采集所抓物体31接触第二指段3的信息。
[0057]本实施例的电气连接图如图14所示。
[0058]所述的控制模块28运行控制程序，利用来自触发传感器17、第一停放传感器20、第二停放传感21器和停抓传感器18的各种信号，发出指令分别驱动第一驱动器11、第二驱动器14转动;所述控制模块28中的控制程序采用的控制方法包括抓取方法和释放方法，控制模块28接收到抓取信号后执行抓取方法，控制模块28接收到释放信号后执行释放方法；
[0059]所述抓取方法，如图15所示，包括顺序执行如下步骤:
[0060]a)发出指令驱动第一驱动器11正转，
[0061]b)当控制模块28接收到触发传感器17的触发信号，第一驱动器11停止转动，并且发出指令驱动第
[0062]二驱动器14正转，
[0063]c)当控制模块28接收到停抓传感器18的停抓信号，第二驱动器14停止转动，抓取过程结束；
[0064]所述释放方法，如图16所示，包括顺序执行如下步骤:
[0065]a)发出指令驱动第二驱动器14反转，
[0066]b)当控制模块28接收到第二停放传感器21的停放信号，第二驱动器14停止转动，并且发出指令驱
[0067]动第一驱动器11反转，
[0068]c)当控制模块28接收到第一停放传感器20的停放信号，第一驱动器11停止转动，释放过程结束。
[0069]本发明所述的连杆带轮直线平夹感知自适应机器人手指装置，其特征在于:所述第一驱动器11米用电机、气缸或液压缸。本实施例中，所述第一驱动器11米用电机，该电机称为第一电机。
[0070]本发明所述的连杆带轮直线平夹感知自适应机器人手指装置，其特征在于:所述第二驱动器14采用电机、气缸或液压缸。本实施例中，所述第二驱动器14采用电机，该电机称为第二电机。
[0071 ]本发明所述的连杆带轮直线平夹感知自适应机器人手指装置，其特征在于:所述第一柔性传动件23采用传动带、链条或绳，所述第一传动轮22采用带轮、链轮或绳轮，所述第二传动轮24采用带轮、链轮或绳轮，所述第一柔性传动件23、第一传动轮22、第二传动轮24三者构成带轮传动关系、链轮传动关系或绳轮传动关系。
[0072]本实施例中，所述第一柔性传动件23采用传动带，所述第一传动轮22采用带轮，所述第二传动轮24采用带轮，所述第一柔性传动件23、第一传动轮22、第二传动轮24三者构成带轮传动关系。
[0073]本发明所述的连杆带轮直线平夹感知自适应机器人手指装置，其特征在于:所述第二柔性传动件26采用传动带、链条或绳，所述第三传动轮25采用带轮、链轮或绳轮，所述第四传动轮27采用带轮、链轮或绳轮，所述第二柔性传动件26、第三传动轮25、第四传动轮27三者构成带轮传动关系、链轮传动关系或绳轮传动关系。
[0074]本实施例中，所述第二柔性传动件26采用传动带，所述第三传动轮25采用带轮，所述第四传动轮27采用带轮，所述第二柔性传动件26、第三传动轮25、第四传动轮27三者构成带轮传动关系、链轮传动关系或绳轮传动关系。
[0075]本发明中，所述第二传动机构16可以是具有自锁功能的各种传动机构，例如含有具有自锁功能的蜗轮蜗杆机构、丝杠螺母机构、大减速比的传动机构等等。本实施例中，第二传动机构16含有大减速比减速器。
[0076]本实施例中，所述第一传动机构13为第一减速器12，所述第二传动机构16为第二减速器15。
[0077]本实施例还包括第一驱动模块29和第二驱动模块30，所述第一驱动模块29连接在控制模块28与第一驱动器11之间，所述第二驱动模块30连接在控制模块28与第二驱动器14之间。
[0078]采用本实施例构成的一种机器人手装置，包括多个连杆带轮直线平夹感知自适应机器人手指装置32，所有所述连杆带轮直线平夹感知自适应机器人手指装置32的基座I固接在一起。采用2个图1所示实施例32组成的机器人手装置如图17所示，该机器人手装置可以平夹抓取(如图18所示)或者自适应抓取物体(如图19所示)。当然也可以采用3个以上的图1所示实施例去构成机器人手装置，不再赘述。
[0079]本实施例的工作原理，结合附图叙述如下:
[0080]本实施例处于初始状态时，如图1所示。
[0081]第一电机11转动，通过第一传动机构13带动第一轴8转动，第一连杆6绕着第一轴8的中心线转动；因为第一连杆6、第一指段2、第二连杆7和基座I构成了四连杆机构，并且满足以下条件:
[0082]a)线段BC的长度、线段⑶的长度和线段CE的长度三者相等，
[0083]b)线段AE的长度等于线段AB的长度的2倍，
[0084]c)线段CE的长度是线段AB的长度的2.5倍；
[0085]如图7和图8所示，该四连杆机构将因为第一连杆6的转动带动第一指段2末端(远关节轴5)直线运动。
[0086]于是，远关节轴5将沿着直线平动，如图9和图10所示。
[0087]由于第一传动轮22通过凸块拨盘19、第二传动机构16连接在第二电机14输出轴，此时第二电机14未转动，第二传动机构16具有自锁功能，固此时，第一传动轮22与基座I仿佛固接一样，在第一连杆6的转动作用下，第二连杆7和第一指段2随之运动，通过第一传动轮22、第一柔性传动件23、第二传动轮24的传动，第二传动轮24始终保持与基座I固定的姿态，而且第二传动轮24与第三传动轮25固接，通过第三传动轮25、第二柔性传动件26、第四传动轮27的传动，第四传动轮27也始终保持与基座I固定的姿态；因此第二指段3在此阶段中始终与基座I保持固定的姿态，接下来有二种情况:
[0088]a)如果第二指段3表面上的停抓传感器18接触物体时，停抓传感器18发出触发信号给控制模块28，第一电机11停止转动，抓取过程结束。
[0089]b)如果第一指段2表面上的触发传感器17接触到物体时，触发传感器17发出触发信号给控制模块28，第一电机11停止转动，第二电机14正转，通过第二传动机构16带动凸块拨盘19离开第二停放传感器21，通过第一传动轮22、第一柔性传动件23、第二传动轮24、第三传动轮25、第二柔性传动件26、第四传动轮27的传动，实现第二指段3绕远关节轴5转动，直到第二指段3表面上的停抓传感器18接触物体31，当控制模块28接收到停抓传感器18的停抓信号，第二电机14停止转动，抓取过程结束。
[0090]自适应抓取阶段如图11、图12和图13所示。
[0091]释放物体31时，第二电机14反转，带动凸块拨盘19和第二指段3反转，直到凸块拨盘19接触第二停放传感器21，控制模块28接收到第二停放传感器21的停放信号，第二电机14停止转动，之后第一电机11反转，带动第一连杆6反转，直到第一连杆6接触第一停放传感器20，控制模块28接收到第一停放传感器20的停放信号，第一电机11停止转动，释放过程结束。
[0092]本发明装置利用双驱动器、连杆机构、带轮机构、多个传感器和内置控制程序的控制模块等综合实现了机器人手指直线平行夹持与自适应抓取的功能;采用满足一定条件的四连杆机构实现了远关节轴沿着直线运动，采用多级带轮机构与连杆机构配合实现第二指段的保持固定姿态的平动;采用触发传感器、停抓传感器、停放传感器和控制模块实现当物体接触第一指段时，第二指段绕远关节轴的自适应转动。该装置根据物体形状和位置的不同，能直线平动第二指段去夹持物体，尤其是针对工作台上薄板零件的夹持，还能在第一指段接触物体之后，自动转动第二指段去接触物体，达到自适应包络不同形状、大小物体的目的；抓取范围大，抓取稳定可靠;利用两个驱动器驱动两个关节;该装置结构简单、体积小、重量轻，加工、装配和维修成本低。
【主权项】
1.一种连杆带轮直线平夹感知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、第一驱动器和第二驱动器;所述第一驱动器与基座固接;所述第二驱动器与基座固接;所述近关节轴的中心线与远关节轴的中心线平行;所述第二指段套固在远关节轴上;所述远关节轴套设在第一指段中；所述第一指段套接在近关节轴上;其特征在于:该连杆带轮直线平夹感知自适应机器人手指装置还包括第一连杆、第二连杆、第一轴、第二轴、第三轴、第一传动机构、第二传动机构、触发传感器、停抓传感器、凸块拨盘、第一停放传感器、第二停放传感器、第一传动轮、第一柔性传动件、第二传动轮、第三传动轮、第二柔性传动件、第四传动轮和控制模块;所述第一驱动器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轴相连;所述第一轴套设在基座中；所述第一连杆套固在第一轴上;所述第二轴套设在第一连杆上，所述第一指段的一端套接在第二轴上;所述第三轴套设在基座中，所述第二连杆的一端套接在第三轴上，第二连杆的另一端套接在近关节轴上;所述近关节轴套设在第一指段的中部;设第一轴的中心为点A，第二轴的中心为点B，近关节轴的中心为点C，远关节轴的中心为点D，第三轴的中心为点E，线段BC的长度、线段CD的长度和线段CE的长度三者相等，线段AE的长度等于线段AB的长度的2倍，线段CE的长度是线段AB的长度的2.5倍;所述第二驱动器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三轴相连;所述第二传动机构为具有自锁功能的传动机构;所述凸块拨盘套固在第三轴上;所述第一传动轮套固在第三轴上，所述第一柔性传动件分别连接第一传动轮、第二传动轮，所述第一柔性传动件呈“O”字形，所述第一柔性传动件、第一传动轮、第二传动轮三者构成传动关系，所述第二传动轮套固在近关节轴上;所述第三传动轮套固在近关节轴上，所述第二柔性传动件分别连接第三传动轮、第四传动轮，所述第二柔性传动件呈“O”字形，所述第二柔性传动件、第三传动轮、第四传动轮三者构成传动关系，所述第四传动轮套固在远关节轴上;所述触发传感器安装在第一指段的表面，所述停抓传感器安装在第二指段的表面，所述第一停放传感器安装在基座上，所述第二停放传感器安装在基座上；当连杆带轮直线平夹感知自适应机器人手指装置处于初始状态时，所述第一连杆与第一停放传感器接触，所述凸块拨盘与第二停放传感器接触； 所述控制模块分别与触发传感器、停抓传感器、第一停放传感器和第二停放传感器相连;所述控制模块分别与第一驱动器、第二驱动器相连;所述控制模块分别接收来自外界的抓取信号、释放信号;所述触发传感器的信号引出端与控制模块的触发输入端连接;所述触发传感器采集所抓物体碰触第一指段的信息;所述第一停放传感器的信号引出端与控制模块的第一停放输入端连接;所述的第一停放传感器采集第一连杆相对于基座绕第一轴转动到某个设定角度的信息;所述第二停放传感器的信号引出端与控制模块的第二停放输入端连接;所述第二停放传感器采集凸块拨盘相对于基座绕第三轴转动到某个设定角度的信息;所述停抓传感器的信号引出端与控制模块的停抓输入端连接;所述的停抓传感器采集所抓物体接触第二指段的信息； 所述的控制模块运行控制程序，利用来自触发传感器、第一停放传感器、第二停放传感器和停抓传感器的各种信号，发出指令分别驱动第一驱动器、第二驱动器转动;所述控制模块中的控制程序采用的控制方法包括抓取方法和释放方法，控制模块接收到抓取信号后执行抓取方法，控制模块接收到释放信号后执行释放方法； 所述抓取方法包括顺序执行如下步骤: a)发出指令驱动第一驱动器正转， b)当控制模块接收到触发传感器的触发信号，第一驱动器停止转动，并且发出指令驱动第二驱动器正转， c)当控制模块接收到停抓传感器的停抓信号，第二驱动器停止转动，抓取过程结束； 所述释放方法包括顺序执行如下步骤: a)发出指令驱动第二驱动器反转， b)当控制模块接收到第二停放传感器的停放信号，第二驱动器停止转动，并且发出指令驱动第一驱动器反转， c)当控制模块接收到第一停放传感器的停放信号，第一驱动器停止转动，释放过程结束。2.如权利要求1所述的连杆带轮直线平夹感知自适应机器人手指装置，其特征在于:所述第一驱动器采用电机、气缸或液压缸。3.如权利要求1所述的连杆带轮直线平夹感知自适应机器人手指装置，其特征在于:所述第二驱动器采用电机、气缸或液压缸。4.如权利要求1所述的连杆带轮直线平夹感知自适应机器人手指装置，其特征在于:所述第一柔性传动件采用传动带、链条或绳，所述第一传动轮采用带轮、链轮或绳轮，所述第二传动轮采用带轮、链轮或绳轮，所述第一柔性传动件、第一传动轮、第二传动轮三者构成带轮传动关系、链轮传动关系或绳轮传动关系。5.如权利要求1所述的连杆带轮直线平夹感知自适应机器人手指装置，其特征在于:所述第二柔性传动件采用传动带、链条或绳，所述第三传动轮采用带轮、链轮或绳轮，所述第四传动轮采用带轮、链轮或绳轮，所述第二柔性传动件、第三传动轮、第四传动轮三者构成带轮传动关系、链轮传动关系或绳轮传动关系。
【文档编号】B25J15/02GK106078781SQ201610641012
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年8月5日 公开号201610641012.1, CN 106078781 A, CN 106078781A, CN 201610641012, CN-A-106078781, CN106078781 A, CN106078781A, CN201610641012, CN201610641012.1
【发明人】蔡基锋, 张文增, 梁伟东, 杨沛, 袁晨峰, 曾宝莹
【申请人】广州市轻工职业学校