一种欠驱动自适应机械手指的制作方法

本发明属于机械手相关技术领域，更具体地，涉及一种欠驱动自适应机械手指。

背景技术：

随着社会的发展和科技的进步，机器人技术作为高新技术的一个重要分支普遍受到了各国的重视，在工业生产、太空和海洋探索、国防建设以及人民生活等许多领域得到了巨大的发展且越来越广泛的应用。这使得机器人的相关技术得到了人们的广泛关注，机械手的研究已成为机器人研究领域的热门研究方向之一。目前机械手的发展目标是可以灵活地、稳定地抓住不同形状的物体，并且所占空间尽量小。

目前，本领域相关技术人员已经做了一些研究，如专利cn110696020a公开了一种欠驱动直线平夹自适应机械手指，该装置实现了平行不随行抓取和自适应随行抓取，其不足在于：因为该装置两手指的初始状态是平行的，所以该装置可抓取最大物体的横截面大小由该装置两手指的间距大小决定，无法兼得占空间小和抓取较大物体两个优点。

又如专利cn111086018a公开了一种欠驱动直线平夹自适应机械手指，该装置实现了手指末端的直线平夹和自适应包络夹取的功能，其不足在于：该装置用于抓取物体的连杆所占空间相对于整个装置所占空间很小，这会很大地限制所抓取物体的体积大小，而且该装置结构复杂，应用于实际生产的机械手的可行性较小。

技术实现要素：

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种欠驱动自适应机械手指，所述机械手指利用简单的机构，实现了自适应包络抓取大物体的运动和手指间尖端抓取小物体的运动，利用初始手指张角为钝角的状态实现了对较大物体的抓取。

为实现上述目的，本发明提供了一种欠驱动自适应机械手指，所述机械手指包括指尖、中间连杆、底部连杆、底座、螺杆、平移杆、第四连杆、第三连杆、第二连杆、第二弹簧、三角连杆、第一连杆及第一弹簧；

所述螺杆的一端通过轴承连接于所述底座的一端；所述平移杆的一端与所述螺杆构成滚珠丝杠副，另一端与所述第四连杆的一端铰接；所述底部连杆的两端分别与所述底座的另一端及所述中间连杆的一端铰接；所述中间连杆的另一端与所述指尖的一端铰接；所述第三连杆的两端分别与所述第二连杆及所述底部连杆铰接；所述第二连杆的两端分别与所述第四连杆的另一端及所述三角连杆铰接；所述第一连杆的两端分别与所述指尖及所述三角连杆铰接；所述三角连杆的另一端与所述中间连杆铰接；所述第一弹簧连接所述指尖及所述中间连杆，所述第二弹簧连接所述三角连杆及所述底部连杆。

进一步地，所述底座、所述底部连杆及所述第三连杆通过同一个轴转动连接在一起；所述底部连杆、所述中间连杆及所述三角连杆铰接于同一个轴。

进一步地，所述三角连杆的一侧形成有连接凸起，所述第二弹簧的一端连接于所述连接凸起，另一端穿过所述第二连杆后连接于所述底部连杆的中部。

进一步地，所述指尖包括本体板及肋板，所述肋板呈三角形，其一侧垂直固定在所述本体板上，所述肋板与所述中间连杆铰接，所述本体板与所述第一连杆铰接。

进一步地，所述第一弹簧的一端连接于所述肋板，另一端穿过所述第一连杆后连接于所述中间连杆邻近所述指尖的一端。

进一步地，所述第二连杆远离所述三角连杆的一端设置有连接杆，所述连接杆铰接于所述第四连杆，所述第二连杆邻近所述连接杆的一端与所述第三连杆铰接。

进一步地，工作时，所述螺杆转动以带动所述平移杆直线运动，所述平移杆带动所述第四连杆运动，在所述第二弹簧和所述第一弹簧的作用下，所述指尖、所述中间连杆、所述底部连杆、所述第三连杆、所述第二连杆、所述三角连杆及所述第一连杆相对静止，并作为一个整体，所述第四连杆带动该整体运动，直至所述指尖碰到物体，给物体一个作用力。

进一步地，所述螺杆转动以带动所述平移杆直线运动，所述平移杆带动所述第四连杆运动，在所述第二弹簧及所述第一弹簧的作用下，所述指尖、所述中间连杆、所述底部连杆、所述第三连杆、所述第二连杆、所述三角连杆及所述第一连杆相对静止，并作为第一整体，所述第四连杆带动所述第一整体转动，直至所述底部连杆碰到物体并产生第一压力。

进一步地，在该第一压力的阻碍下，所述第一整体不再转动，所述第四连杆继续运动以带动所述第二连杆运动，此时所述第二弹簧开始拉伸变形，所述底部连杆、所述第三连杆、所述第二连杆、所述三角连杆组成一个四杆机构，在压力的阻碍下所述底部连杆静止不动，所述第二连杆带动所述第三连杆和所述三角连杆运动，在第一弹簧的作用下，所述指尖、所述中间连杆和所述第一连杆相对静止，并看做一个第二整体，所述第二连杆带动所述第二整体转动，直至所述中间连杆碰到物体并产生第二压力。

进一步地，在此第二压力的作用下，所述第二整体不能转动，所述中间连杆静止，所述第二连杆继续带动所述三角连杆运动，此时所述第一弹簧开始拉伸变形，所述指尖、所述中间连杆、所述三角连杆及所述第一连杆组成一个四杆机构，在物体压力的作用下，所述中间连杆静止不动，所述三角连杆带动所述第一连杆运动，所述第一连杆带动所述指尖转动，直至所述指尖接触物体并产生压力。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，本发明提供的欠驱动自适应机械手指主要具有以下有益效果：

1.所述机械手指利用简单的机构，实现了自适应包络抓取大物体的运动和手指间尖端抓取小物体的运动，利用初始手指张角为钝角的状态实现了对较大物体的抓取。

2.所述机械手指的结构简单，体积较小，耗材少，可行性高，且部件多为易于制造及得到的部件，成本较低，有利于推广应用。

3.通过控制螺杆的转向，即可实现抓取物体及恢复原形，其中通过第一弹簧及第二弹簧来协助恢复原形。

附图说明

图1是本发明提供的欠驱动自适应机械手指的结构示意图。

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1-指尖，2-中间连杆，3-底部连杆，4-底座，5-螺杆，6-平移杆，7-第四连杆，8-第三连杆，9-第二连杆，10-第二弹簧，11-三角连杆，12-第一连杆，13-第一弹簧。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

请参阅图1，本发明提供的欠驱动自适应机械手指包括指尖1、中间连杆2、底部连杆3、底座4、螺杆5、平移杆6、第四连杆7、第三连杆8、第二连杆9、第二弹簧10、三角连杆11、第一连杆12及第一弹簧13。

所述平移杆6的一端通过滚珠丝杠螺母副的螺母连接于所述螺杆5，另一端与所述第四连杆7的一端转动连接。所述第四连杆7的另一端转动地连接于所述第二连杆9的一端。所述三角连杆11的三个端分别连接于所述第二连杆9的另一端、所述第一连杆12的一端及所述底部连杆3的一端，所述底部连杆3的另一端转动地连接于所述底座4的一端，所述底座4的另一端连接于所述螺杆5的一端。

所述第三连杆8的两端分别转动地连接于所述第二连杆9及所述底座4。所述第一连杆12的另一端转动地连接于所述指尖1，所述中间连杆2的两端分别转动地连接于所述指尖1及所述底部连杆3。本实施方式中，所述底座4、所述底部连杆3及所述第三连杆8通过同一个轴转动连接在一起，所述底部连杆3、所述中间连杆2及所述三角连杆11交接于同一个轴。

所述三角连杆11的一侧形成有连接凸起，所述第二弹簧10的一端连接于所述连接凸起，另一端穿过所述第二连杆9后连接于所述底部连杆3的中部。

所述指尖1包括本体板及肋板，所述肋板呈三角形，其一侧垂直固定在所述本体板上，所述肋板与所述中间连杆2铰接，所述本体板与所述第一连杆12铰接。所述第一弹簧13的一端连接于所述肋板，另一端穿过所述第一连杆12后连接于所述中间连杆邻近所述指尖1的一端。

本实施方式中，所述第二连杆9远离所述三角连杆11的一端设置有连接杆，所述连接杆铰接于所述第四连杆7，所述第二连杆9邻近所述连接杆的一端与所述第三连杆8铰接。

所述机械手指抓取体积较小的物体时，所述螺杆5转动以带动所述平移杆6直线运动，所述平移杆6直线运动以带动所述第四连杆7运动，在所述第二弹簧10和所述第一弹簧13的作用下，所述指尖1、所述中间连杆2、所述底部连杆3、所述第三连杆8、所述第二连杆9、所述三角连杆11及所述第一连杆12相对静止，可以看做一个整体，所述第四连杆7带动该整体运动，直至所述指尖1碰到物体，给物体一个作用力。

所述机械手指抓取体积较大的物体时，所述螺杆5转动以带动所述平移杆6直线运动，所述平移杆6做直线运动以带动所述第四连杆7运动，在所述第二弹簧10及所述第一弹簧13的作用下，所述指尖1、所述中间连杆2、所述底部连杆3、所述第三连杆8、所述第二连杆9、所述三角连杆11及所述第一连杆12相对静止，可以看做第一整体，所述第四连杆7带动所述第一整体转动，直至所述底部连杆3碰到物体并产生第一压力，在该第一压力的阻碍下，所述第一整体不再转动，所述第四连杆7继续运动以带动所述第二连杆运动，此时所述第二弹簧10开始拉伸变形，所述底部连杆3、所述第三连杆8、所述第二连杆9、所述三角连杆11组成一个四杆机构，在物理压力的阻碍下所述底部连杆3静止不动，所述第二连杆9带动所述第三连杆8和所述三角连杆11运动，在第一弹簧13的作用下，所述指尖1、所述中间连杆2和所述第一连杆12相对静止，可以看做一个第二整体，所述第二连杆9带动所述第二整体转动，直至所述中间连杆2碰到物体并产生第二压力，在此第二压力的作用下，所述第二整体不能转动，所述中间连杆2静止，所述第二连杆9继续带动所述三角连杆11运动，此时所述第一弹簧13开始拉伸变形，所述指尖1、所述中间连杆2、所述三角连杆11及所述第一连杆12组成一个四杆机构，在物体压力的作用下，所述中间连杆2静止不动，所述三角连杆11带动所述第一连杆12运动，所述第一连杆12带动所述指尖1转动，直至所述指尖1接触物体并产生压力。

所述机械手指通过所述螺杆5的翻转，使得相关部件反向运动，在所述第一弹簧13及所述第二弹簧10的作用下，以恢复原形。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。