一种自适应绳驱式欠驱动三指机械手的制作方法

本发明涉及一种工业机器人，特别是公开一种自适应绳驱式欠驱动三指机械手。

背景技术：

在工业应用领域内，机器人的末端执行器多采用夹钳式机械手，通过两指的张合，实现物料的夹持和搬运。这种机械手的手指需要根据所夹持物体的形状进行设计，一般只能实现特定的抓取任务，不能适应物体外形的变化。当执行不同的作业任务时，需要重新设计手爪，通用性较差，且会增加生产成本。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺陷，提供一种具有很高的通用性、稳定性和可靠性，可与工业机器人进行高效配合，提高工业生产的自动化程度的自适应绳驱式欠驱动三指机械手。

本发明是这样实现的：一种自适应绳驱式欠驱动三指机械手，包括手掌、手指组件、机械手腕，其特征在于：所述手指组件由结构相同的1个第一固定手指和2个第二转动手指组成，所述第一固定手指的底部固定在所述手掌上，所述第二转动手指与固定在所述手掌中心、并能使所述第二转动手指沿手掌中轴线水平转动的齿轮转动机构相连；

所述第一固定手指、第二转动手指分别包括指部、指部弯曲控制电机、基座、连为一体的倾斜底座和水平底座，所述倾斜底座的顶部相对于手掌中心向外倾斜、所述倾斜底座与水平底座之间的夹角呈钝角；所述指部与所述基座相连，所述基座通过滑动机构与所述倾斜底座相连，所述滑动机构能使所述基座沿所述倾斜底座的轴线方向来回滑动；所述第二转动手指的水平底座与所述齿轮转动机构相连；所述指部弯曲控制电机固定在所述倾斜底座上，所述指部弯曲控制电机通过链绳与所述指部相连。

所述齿轮转动机构包括一固定圆锥齿轮、一固定轴、数量与所述第二转动手指数量相对应的转动驱动组件，所述转动驱动组件包括转动圆锥齿轮、连接杆、齿轮联轴器和齿轮电机；

所述固定圆锥齿轮固定在所述固定轴上，所述固定轴的下端固定在所述手掌的上部中心，所述转动圆锥齿轮套接在所述连接杆上，且所述转动圆锥齿轮与所述固定圆锥齿轮相啮合，所述连接杆的一端与所述固定轴相连，所述连接杆的另一端通过所述齿轮联轴器与所述齿轮电机相连，所述齿轮电机固定在所述第二转动手指的水平底座上。

所述滑动机构包括滑动导轨、丝杠、丝杠联轴器、丝杠电机，所述滑动导轨固定在所述倾斜底座上且与所述基座滑动相连，所述丝杠的一端与所述基座相连，所述丝杠的另一端通过所述丝杠联轴器与所述丝杠电机相连，所述丝杠电机固定在所述倾斜底座上。

所述指部包括依次相连的近指节滑轮轴、近指节、中指节滑轮轴、中指节、远指节滑轮轴、远指节，所述近指节滑轮轴与所述基座相连，所述链绳的一端与所述指部弯曲控制电机相连，所述链绳的另一端依次绕过近指节滑轮轴、中指节滑轮轴、远指节滑轮轴后与所述远指节相连。

所述指部弯曲控制电机为绳轮电机，所述链绳为钢丝绳。

所述倾斜底座与水平底座之间的夹角为135度。

所述水平底座的上方设有固定盖，所述齿轮转动机构的顶部固定在所述固定盖上，所述固定盖与所述手掌之间设有支撑件。

所述机械手腕包括一个支撑座、一个中心链、三个侧链，所述中心链包括依次相连的第一转动座、第一十字支架、双头万向杆、第二十字支架、第二转动座和支撑杆，所述第一转动座的顶部与所述手掌的底部相连，所述支撑杆的底部与所述支撑座相连；所述侧链包括相互铰接的长杆和短杆，所述长杆的底部与所述支撑座相连，所述短杆的顶部与所述手掌的底部铰接。

所述支撑座内设有4组伸缩控制器，每组所述伸缩控制器主要由连接导轨和导轨控制电机组成，所述导轨控制电机固定在所述支撑座内，所述支撑杆、长杆的底部分别与1组所述伸缩控制器的导轨控制电机相连，所述支撑杆的下部侧面、长杆的下部侧面分别通过所述连接导轨与所述支撑座相连。

本发明所述手掌上具有9个指部自身的转动自由度、3个由滑动机构带来的移动自由度以及2个由齿轮转动机构带来的转动自由度；手腕具有三个侧链的6个转动自由度，3个长杆与支撑座之间的上下移动自由度，中心链支撑杆与支撑座之间的1个上下移动自由度，第一转动座和第二转动座的2个转动自由度以及双头万向杆两端的2个的转动自由度；共计28个自由度。手指组件和侧链都采用模块化设计，节约成本、方便加工。所述手指组件由指部弯曲控制电机通过链绳传动来实现指部的弯曲，通过滑动机构推动基座的移动来实现指部的变形。通过中心链和三个侧链在支撑座内的连接导轨上的移动能实现手腕的360°旋转。

本发明的有益效果是：1.性能稳定可靠：本发明第二转动手指的转动采用齿轮转动机构的齿轮传动，齿轮传动具有传动平稳、传动比精确、效率高、寿命长，使用的功率、速度和尺寸范围大等优点；本发明指部的移动采用滑动机构的滚珠丝杠副，滚珠丝杠副传动精度高、输出的直线力大。

2.结构紧凑：齿轮转动机构的两个转动圆锥齿轮与一个固定圆锥齿轮配合，使齿轮传动结构更加紧凑；倾斜底座和水平底座的独特设计能内置需要的电机和其他零件。

3.实用：倾斜底座和水平底座的135°拐角设计，当基座沿导轨上升时不仅能达到伸长手指的效果，而且能扩大手掌的面积，以及两个第二转动手指可以在手掌上自由转动，如此两点可以使机械手适应各种形状和大小的物体的抓取。

4.灵活：通过中心链和三个侧链在支撑座内的连接导轨上的移动能实现手腕的360°旋转。

附图说明

图1是本发明结构示意图。

图2是本发明侧面结构示意图。

图3图2的a-a向剖视结构示意图。

图4是手指组件与手掌的位置关系俯视结构示意图。

图5是机械手腕的结构示意图。

其中：1、固定盖；11、支撑件；

2、手掌；3、第一固定手指；4、第二转动手指；

41、指部；4101、近指节滑轮轴；4102、近指节；4103、中指节滑轮轴；4104、中指节；4105、远指节滑轮轴；4106、远指节；

42、指部弯曲控制电机；43、基座；44、倾斜底座；45、水平底座；46、链绳；

51、滑动导轨；52、丝杠；53、丝杠联轴器；54、丝杠电机；

61、固定圆锥齿轮；62、固定轴；63、转动圆锥齿轮；64、连接杆；65、齿轮联轴器；66、齿轮电机；

71、支撑座；7101、连接导轨；7102、导轨控制电机；

72、中心链；7201、第一转动座；7202、第一十字支架；7203、双头万向杆；7204、第二十字支架；7205、第二转动座；7206、支撑杆；

73、侧链；7301、长杆；7302、短杆。

具体实施方式

根据附图1~图5，本发明包括手掌2、固定盖1、手指组件、机械手腕；所述手掌2呈圆柱型。

所述手指组件由结构相同的1个第一固定手指3和2个第二转动手指4组成，所述第一固定手指3的底部固定在所述手掌2上，所述手掌2的上部中心设有与所述第二转动手指4相连的齿轮转动机构，所述齿轮转动机构能驱动所述第二转动手指22沿手掌中轴线水平转动。

所述第一固定手指3、第二转动手指4分别包括指部41、指部弯曲控制电机42、基座43、倾斜底座44、水平底座45。所述倾斜底座44与水平底座45连为一体，所述倾斜底座44的顶部相对于手掌中心向外倾斜，所述倾斜底座44与水平底座45之间的夹角为135度。所述指部弯曲控制电机42固定在所述倾斜底座44上，所述指部弯曲控制电机42通过链绳46与所述指部41相连；所述指部41包括依次相连的近指节滑轮轴4101、近指节4102、中指节滑轮轴4103、中指节4104、远指节滑轮轴4105、远指节4106，所述近指节4102通过所述近指节滑轮轴4101与所述基座43相连。所述链绳46的一端与所述指部弯曲控制电机42相连，所述链绳46的另一端依次绕过所述近指节滑轮轴4101、中指节滑轮轴4103、远指节滑轮轴4105后与所述远指节4106相连。所述指部弯曲控制电机42为绳轮电机，所述链绳46为钢丝绳。

所述基座43通过滑动机构与所述倾斜底座44相连，所述滑动机构能使所述基座43沿所述倾斜底座44的轴线方向来回滑动。所述滑动机构包括滑动导轨51、丝杠52、丝杠联轴器53、丝杠电机54，所述滑动导轨51固定在所述倾斜底座44上且与所述基座43滑动相连，所述丝杠52的一端与所述基座43相连，所述丝杠52的另一端通过所述丝杠联轴器53与所述丝杠电机54相连，所述丝杠电机54固定在所述倾斜底座44上。

所述第二转动手指4的水平底座45与所述齿轮转动机构相连；所述水平底座45的上方设有固定盖1，所述齿轮转动机构的顶部固定在所述固定盖1上，所述固定盖1与所述手掌2之间设有支撑件11。

所述齿轮转动机构包括固定圆锥齿轮61、固定轴62、2个与2个所述第二转动手指4一一对应的转动驱动组件，所述转动驱动组件包括转动圆锥齿轮63、连接杆64、齿轮联轴器65和齿轮电机66。所述固定圆锥齿轮61固定在所述固定轴62上，所述固定轴62的下端固定在所述手掌2的上部中心，所述转动圆锥齿轮63套接在所述连接杆64上，且所述转动圆锥齿轮63与所述固定圆锥齿轮61相啮合，所述连接杆64的一端与所述固定轴62相连，所述连接杆64的另一端通过所述齿轮联轴器65与所述齿轮电机66相连，所述齿轮电机66固定在所述第二转动手指4的水平底座45上。

所述机械手腕包括一个支撑座71、一个中心链72、三个侧链73，所述支撑座71内设有4组伸缩控制器，每组所述伸缩控制器主要由1个连接导轨7101和1个导轨控制电机7102组成，所述导轨控制电机7102固定在所述支撑座71内。所述中心链72包括依次相连的第一转动座7201、第一十字支架7202、双头万向杆7203、第二十字支架7204、第二转动座7205和支撑杆7206，所述第一转动座7201的顶部与所述手掌2的底部相连，；所述侧链73包括相互铰接的长杆7301和短杆7302，所述短杆7302的顶部与所述手掌2的底部铰接。所述支撑杆7206的底部、长杆7301的底部分别与1组所述伸缩控制器的所述导轨控制电机7102相连；所述支撑杆7206的下部侧面、长杆7301的下部侧面分别通过所述连接导轨7101与所述支撑座71相连。

本发明在工作时，当齿轮电机66启动时，经过齿轮联轴器65，通过连接杆64带动转动圆锥齿轮63在固定圆锥齿轮61上绕固定轴62转动。当第二转动手指4转动到位后，指部弯曲控制电机42开始启动，链绳46收缩，带动近指节滑轮轴4101转动，再带动中指节滑轮轴4103转动，使指部41完成弯曲达到抓取物体的目的。

而当抓取较大物体时，丝杠电机54启动，通过丝杠联轴器53带动丝杠52转动，推动基座43沿滑动导轨51移动。

如果又需要机械手腕转动一定角度时，可以启动支撑座71内的、与其中一个或几个侧链73对应的伸缩控制器的导轨控制电机7102，使对应的侧链73沿连接导轨7101向下移动，则机械手腕就会偏向此侧链73。根据角度的需要来控制侧链的移动，同时适时启动与中心链相对应的伸缩控制器调节中心链的上下位置可起到辅助作用。

以上工作过程相互独立、不分先后，可根据实际情况而定。