一种多抓取状态的欠驱动三指机械抓手的制作方法

本实用新型涉及机械手技术领域，尤其是涉及一种多抓取状态的欠驱动三指机械抓手。

背景技术：

随着现代科技的智能化发展，越来越多的机器人应用于工业生产制造、危险作业、能源探测等各个领域，机器人的抓取装置也迅速发展起来。现有技术中，机器人的抓取装置众多。主要有两指开合式抓取装置，这种抓取装置结构和控制简单，大量应用于对已工件定位的夹取；但两指只能直线开合或者圆周开合，只能抓取指定规则的物体，通用性差，且可靠性难以保证。还有三指或三指以上的灵巧手抓取装置，这类仿生抓取装置自由度高，所以抓取灵活性高，通用性好；但是这样的灵巧手抓取装置也需要众多驱动源，使得设备的开发难度大、制作成本高；而且结构与控制复杂，刚度有限，负载能力弱。因此提出一种欠驱动机械手，即其能以较少的驱动元件同时驱动多个自由度；由于驱动原件数量的减少，使控制相对简单，可靠性高。

技术实现要素：

本实用新型针对上述技术中存在的问题，提供一种单驱动三指机械抓手。

本实用新型是通过以下技术方案来实现的：

一种多抓取状态的欠驱动三指机械抓手，包括抓手基座、抓手驱动模块、手指转向模块、手指模块和传感器模块；

所述抓手基座为柱形空心腔体，腔体圆周等距分布设有相同的矩形孔，各矩形孔上侧和下侧设有凸台和连接孔，所述矩形孔包括：第一矩形孔、第二矩形孔和第三矩形孔；在第三矩形孔对面设有向外的拓展腔；抓手基座一端设有法兰盘连接孔与机器人末端的法兰盘连接，另一端为抓手手掌；

所述抓手驱动模块设于抓手基座空腔内部，由电机底座、电机、联轴器、丝杠轴、丝杠滑块和滑块连杆组成；

所述手指模块由第一手指、第二手指和第三手指组成，其中第一手指和第二手指与抓手基座转动连接，第三手指与抓手基座固定连接；所述手指基座包括两个手指转向基座和一个手指固定基座；第一手指和第二手指皆由指中四连杆机构、指尖和转向基座构成，所述转向基座作为指中四连杆机构的机架与指中四连杆铰接，所述指尖与指中四连杆的下摇杆固定连接；第三手指由指中四连杆机构、指尖和手指固定基座组成，所述手指固定基座作为指中四连杆机构的机架与指中四连杆机构铰接，所述指尖与指中四连杆的下摇杆固定连接；所述指中四连杆机构包括上摇杆、连杆二、下摇杆及所对应手指基座；所述上摇杆的两端设有上摇杆铰支座a和上摇杆铰支座b，中部设有固定的延伸杆，延伸杆端部设有上摇杆铰支座c，所述上摇杆铰支座a铰接于手指基座上，所述上摇杆铰支座b与连杆二的一端铰接，所述上摇杆铰支座c与滑块连杆铰接，所述连杆二的另一端与下摇杆铰接，所述下摇杆与手指基座铰接；所述第一手指、第二手指和第三手指圆周等距分布在抓手基座的外侧；

所述手指转向模块设于抓手基座空腔内部，包括电缸、电缸轴、l型连杆、w型连接杆和手指基座；所述手指基座与w型连接杆铰接，所述w型连接杆与l型连杆的一端铰接，所述l型连杆的另一端与电缸轴（402）铰接；

所述传感器模块由若干压力传感器和视觉摄像机组成，所述若干压力传感器固定安装于抓手手掌和指尖的抓取接触面上，所述视觉摄像机固定安装在拓展腔下部。

进一步地，所述手指基座，在前部上下两端设有上下两个手指基座铰支座，中部设有矩形通孔，背部上下两端设有凸台；手指转向基座的凸台内设有圆形连接孔，手指固定基座的凸台内设有方形连接孔；手指转向基座通过其背部的圆形连接孔与矩形孔上下两侧凸台上的连接孔转动连接在抓手基座的外壁上，使第一手指和第二手指可以在抓手基座上转动；所述第三手指固定基座通过其背部的方形连接孔与第三矩形孔上下两侧凸台上的连接孔固定连接在抓手基座1的外壁上，使第三手指固定在抓手基座上。

进一步地，所述丝杠滑块为轴对称构件，中间设有与丝杠轴配合的螺纹孔，轴对称分布有两个弧形滑槽，在两个弧形滑槽中间设有第三丝杠滑块铰支座；所述弧形滑槽的横截面为圆形。

进一步地，所述滑块连杆分为第一滑块连杆、第二滑块连杆和第三滑块连杆；第一滑块连杆一端设有连接球，另一端设有铰接孔；第二滑块连杆一端设有连接球，另一端设有铰接孔；第三滑块连杆两端均为铰接孔。

进一步地，所述抓手驱动模块中，电机底座安装于抓手手掌的上部，电机竖直的安装在电机底座上部，电机轴与丝杠轴通过联轴器连接，丝杠轴与丝杠滑块中间的螺纹孔配合连接，第一滑块连杆的连接球与丝杠滑块上的弧形滑槽配合连接，第二滑块连杆的连接球与另一个丝杠滑块上的弧形滑槽配合连接；第三滑块连杆一端的铰接孔与丝杠滑块上的第三丝杠滑块铰支座铰接。

进一步地，所述上摇杆中上摇杆铰支座a与手指基座的上手指基座铰支座铰接，所述下摇杆与手指基座的下手指基座铰支座铰接。

进一步地，所述第一手指中，所述抓手驱动模块中的第一滑块连杆的铰接孔端与上摇杆的铰支座c铰接，上摇杆的铰支座a与上手指基座铰支座铰接，第二手指与第三手指同理；所述丝杠轴、丝杠滑块、滑块连杆、上摇杆和手指基座形成摇杆滑块机构，其中主动件为丝杠滑块，从动件为上摇杆。

进一步地，所述第一手指的指中四连杆以手指基座为机架转动连接，第二手指、第三手指同理；所述指中四连杆的上摇杆的铰支座b与连杆二的一端铰接，连杆二的另一端与下摇杆其中一端的铰支座铰接，下摇杆另一端的的铰支座与手指基座的下铰支座铰接；所述上摇杆、连杆二、下摇杆和手指基座形成双摇杆机构，其中上摇杆为主动件，下摇杆为从动件；所述指尖固定连接在下摇杆的下部，通过下摇杆的摆动带动指尖进行开合动作。

进一步地，所述手指转向模块中，电缸安装在抓手手掌上部，电缸轴与第一手指和第二手指的对称线平行，电缸轴伸长方向为从第三手指向拓展腔方向；电缸轴与l型连杆一端铰接，l型连杆另一端与w型连接杆铰接，w型连接杆另一端穿过抓手基座上的第一矩形孔与手指转向基座固定连接；所述电缸与电缸轴连接；所述电缸轴、l型连杆、w型连接杆和第一手指转向基座形成摇杆滑块机构，称为第一手指转向机构；其中电缸轴为主动件，第一手指转向基座为从动件；同理，根据第一手指转向机构轴对称布置可得第二手指转向机构；通过电缸轴的直线运动驱动第一和第二手指转向基座在抓手基座上进行同步轴对称转动，调节该抓手三指的姿态，从而更佳稳定的抓取目标工件。

进一步地，所述传感器模块中，压力传感器分为手指压力传感器和手掌压力传感器，两者皆为薄膜式压力传感器；所述手指压力传感器设于各指尖的内侧抓取接触面上，所述手掌压力传感器设于抓手手掌下部的抓取接触面的中心处；所述视觉摄像机固定安装于拓展腔下部，镜头朝下；所述驱动模块中的联轴器为安全联轴器。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

本实用新型提供的一种多抓取状态的欠驱动三指机械抓手采用丝杠和连杆传动的方式，保证了机械抓手的刚度，负载能力强；采用三指结构，通过一个丝杠滑块的移动驱动三组摇杆滑块机构和双摇杆机构，最终驱动指尖进行开合抓取，结构简单，动力输出控制方便，抓取稳定；通过一个电缸驱动两个手指同步进行轴对称转动，手指姿态切换效率高，可根据不同的工件进行姿态调整，提高抓手的通用性；手指和手掌上分布有压力传感器，且设有视觉摄像机，可对抓手进行抓取位置引导，并控制手爪以适当的接触力抓取物体，实现精确抓取。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的整体结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的内部结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的整体分解示意图；

图4为本实用新型实施例提供的抓手驱动模块和手指模块示意图；

图5为本实用新型实施例提供的手指转向模块示意图；

图6为本实用新型实施例提供的传感器模块示意图；

图7为本实用新型实施例提供的抓手基座结构示意图；

图8为本实用新型实施例提供的丝杠滑块结构示意图；

图9为本实用新型实施例提供的手指基座结构示意图；

图10为本实用新型实施例提供的三种抓取状态示意图；

图11为本实用新型上摇杆的结构示意图。

图标：1-抓手基座；101-矩形孔；102-基座凸台和连接孔；103-法兰盘连接孔；104-拓展腔；105-抓手手掌；2-抓手驱动模块；201-电机底座；202-电机；203-联轴器；204-丝杠轴；205-丝杠滑块；2051-螺纹孔；2052-丝杠滑块铰支座；2053-弧形滑槽；206-滑块连杆；3-手指模块；31-第一手指；32-第二手指；33-第三手指；321-手指基座；3211-手指基座矩形孔；3212-手指基座铰支座；3213-手指基座凸台和连接孔；322-上摇杆；322a-上摇杆铰支座a；322b-上摇杆铰支座b；322c-上摇杆铰支座c；323-连杆二；324-下摇杆；325-指尖；4-手指转向模块；401-电缸；402-电缸轴；403-l型连杆；404-w型连杆；5-传感器模块；501-手指压力传感器；502-手掌压力传感器；503-视觉摄像机。

具体实施方式

下面将结合实施例对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

为了便于理解本实用新型，下面结合附图和具体实施例,对本实用新型进行更详细的说明。本说明书所使用的术语“竖直”、“水平”、“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”以及类似的表述只是为了说明的目的，便于描述本实用新型和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本实用新型的限制。此外,术语“第一”“第二”“第三”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性。

具体实施例

以下结合附图对本实用新型做进一步说明。

一种多抓取状态的欠驱动三指机械抓手，包括抓手基座1、抓手驱动模块2、手指转向模块4、手指模块3和传感器模块5；所述抓手基座1为柱形空心腔体，腔体圆周等距分布设有相同的矩形孔101，各矩形孔101上侧和下侧设有凸台和连接孔102，所述矩形孔101包括：第一矩形孔、第二矩形孔和第三矩形孔；在第三矩形孔对面设有向外的拓展腔104；抓手基座1一端设有法兰盘连接孔103与机器人末端的法兰盘连接，另一端为抓手手掌105；所述抓手驱动模块2设于抓手基座空腔内部，由电机底座201、电机202、联轴器203、丝杠轴204、丝杠滑块205和滑块连杆206组成；所述手指模块3由第一手指31、第二手指32和第三手指33组成，其中第一手指31和第二手指32与抓手基座1转动连接，第三手指33与抓手基座1固定连接；所述手指基座321包括两个手指转向基座和一个手指固定基座；第一手指31和第二手指32皆由指中四连杆机构、指尖325和转向基座构成，所述转向基座作为指中四连杆机构的机架与指中四连杆铰接，所述指尖与指中四连杆的下摇杆324固定连接；第三手指由指中四连杆机构、指尖和手指固定基座组成，所述手指固定基座作为指中四连杆机构的机架与指中四连杆机构铰接，所述指尖与指中四连杆的下摇杆324固定连接；所述指中四连杆机构包括上摇杆322、连杆二323、下摇杆324及所对应手指基座321；所述上摇杆322的两端设有上摇杆铰支座a（322a）和上摇杆铰支座b（322b），中部设有固定的延伸杆，延伸杆端部设有上摇杆铰支座c（322c），所述上摇杆铰支座a（322a）铰接于手指基座321上，所述上摇杆铰支座b（322b）与连杆二323的一端铰接，所述上摇杆铰支座c（322c）与滑块连杆206铰接，所述连杆二323的另一端与下摇杆324铰接，所述下摇杆324与手指基座321铰接；所述第一手指31、第二手指32和第三手指33圆周等距分布在抓手基座的外侧；所述手指转向模块4设于抓手基座空腔内部，包括电缸401、电缸轴402、l型连杆403、w型连接杆404和手指基座321；所述手指基座321与w型连接杆404铰接，所述w型连接杆404与l型连杆403的一端铰接，所述l型连杆403的另一端与电缸轴402铰接；所述传感器模块由若干压力传感器和视觉摄像机组成，所述若干压力传感器固定安装于抓手手掌和指尖的抓取接触面上，所述视觉摄像机固定安装在拓展腔下部。所述手指基座321，在前部上下两端设有上下两个手指基座铰支座3212，中部设有矩形通孔3211，背部上下两端设有凸台；手指转向基座的凸台内设有圆形连接孔，手指固定基座的凸台内设有方形连接孔；手指转向基座通过其背部的圆形连接孔与矩形孔上下两侧凸台上的连接孔转动连接在抓手基座的外壁上，使第一手指和第二手指可以在抓手基座上转动；所述第三手指固定基座通过其背部的方形连接孔与第三矩形孔上下两侧凸台上的连接孔固定连接在抓手基座1的外壁上，使第三手指固定在抓手基座上。所述丝杠滑块205为轴对称构件，中间设有与丝杠轴204配合的螺纹孔2051，轴对称分布有两个弧形滑槽2053，在两个弧形滑槽中间设有第三丝杠滑块铰支座2052；所述弧形滑槽2053的横截面为圆形。所述滑块连杆206分为第一滑块连杆、第二滑块连杆和第三滑块连杆；第一滑块连杆一端设有连接球，另一端设有铰接孔；第二滑块连杆一端设有连接球，另一端设有铰接孔；第三滑块连杆两端均为铰接孔。所述抓手驱动模块5中，电机底座201安装于抓手手掌105的上部，电机202竖直的安装在电机底座201上部，电机轴与丝杠轴204通过联轴器203连接，丝杠轴204与丝杠滑块205中间的螺纹孔2051配合连接，第一滑块连杆的连接球与丝杠滑块上的弧形滑槽配合连接，第二滑块连杆的连接球与另一个丝杠滑块上的弧形滑槽配合连接；第三滑块连杆一端的铰接孔与丝杠滑块上的第三丝杠滑块铰支座铰接。所述上摇杆322中上摇杆铰支座a（322a）与手指基座321的上手指基座铰支座3212铰接，所述下摇杆324与手指基座321的下手指基座铰支座3212铰接。所述第一手指31中，所述抓手驱动模块2中的第一滑块连杆的铰接孔端与上摇杆的铰支座c（322c）铰接，上摇杆的铰支座a（322a）与上手指基座铰支座3212铰接，第二手指与第三手指同理；所述丝杠轴204、丝杠滑块205、滑块连杆206、上摇杆322和手指基座321形成摇杆滑块机构，其中主动件为丝杠滑块，从动件为上摇杆。所述第一手指31的指中四连杆以手指基座321为机架转动连接，第二手指、第三手指同理；所述指中四连杆的上摇杆的铰支座b与连杆二的一端铰接，连杆二的另一端与下摇杆其中一端的铰支座铰接，下摇杆另一端的的铰支座与手指基座的下铰支座铰接；所述上摇杆、连杆二、下摇杆和手指基座形成双摇杆机构，其中上摇杆为主动件，下摇杆为从动件；所述指尖固定连接在下摇杆的下部，通过下摇杆的摆动带动指尖进行开合动作。所述手指转向模块中，电缸401安装在抓手手掌105上部，电缸轴402与第一手指31和第二手指32的对称线平行，电缸轴402伸长方向为从第三手指33向拓展腔方向；电缸轴402与l型连杆一端铰接，l型连杆另一端与w型连接杆铰接，w型连接杆另一端穿过抓手基座上的第一矩形孔与手指转向基座固定连接；所述电缸401与电缸轴402连接；所述电缸轴402、l型连杆403、w型连接杆404和第一手指转向基座形成摇杆滑块机构，称为第一手指转向机构；其中电缸轴为主动件，第一手指转向基座为从动件；同理，根据第一手指转向机构轴对称布置可得第二手指转向机构；通过电缸轴的直线运动驱动第一和第二手指转向基座在抓手基座上进行同步轴对称转动，调节该抓手三指的姿态，从而更佳稳定的抓取目标工件。所述传感器模块5中，压力传感器分为手指压力传感器501和手掌压力传感器502，两者皆为薄膜式压力传感器；所述手指压力传感器设于各指尖的内侧抓取接触面上，所述手掌压力传感器设于抓手手掌下部的抓取接触面的中心处；所述视觉摄像机503固定安装于拓展腔下部，镜头朝下；所述驱动模块中的联轴器为安全联轴器。

本实用新型的工作过程如下：

首先，该机械抓手底部的视觉摄像机503对工件进行识别定位和图像处理，根据工件的形状，驱动手指转向模块4的电缸，从而调整第一手指31和第二手指32的姿态；例如，当抓取工件为球型等工件时，采用如图10所示的b抓取姿态；当抓取工件为长柱型或板材等工件时，采用如图10所示的c抓取姿态；当抓取工件为短柱型等工件时，采用如图10所示的a抓取姿态；

其次，当该机械抓手到达工件上方的抓取点后，抓手驱动模块2中，驱动电机202正转使丝杠滑块205上移，通过三组滑块连杆206驱动上摇杆322绕手指基座铰支座3212转动；上摇杆322再作为主动件通过连杆二323驱动下摇杆203绕基座下铰支座103转动，从而带动三组指尖进行闭合抓取；抓取到物体后，当手掌压力传感器4和各手指压力传感器5的信号达到指定值，则电机停止转动保持锁定，完成抓取动作。

最后，同样的，当机器人到达工件放置点时，电机202反转，指尖325张开，完成工件松放动作。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。