本發(fā)明屬于機器人手技術領域，特別涉及一種雙簧件曲柄滑軸直線平夾自適應機器人手指裝置的結構設計。

背景技術：

機器人手是機器人用于抓取和操作物體的重要終端，是機器人非常重要的操作部件，目前機器人手是機器人領域研究的熱點方向。機器人手可以從模仿人手與否分為擬人手和非擬人手。由于人手自由度多，非常靈活，研制與人手相似的擬人機器人手具有很大的應用前景。目前的擬人抓取的機器人手分為工業(yè)夾持器、靈巧手和欠驅動手。

工業(yè)夾持器是目前最為廣泛應用的實用化機器人手，結構相對簡單，控制簡單；靈巧手被定義為手指數(shù)量超過3個，獨立驅動的關節(jié)自由度超過9個的多指機器人手。靈巧手具有非常仿人外觀、尺寸和動作的多個手指和關節(jié)，但是由于驅動器數(shù)量較多，控制比較困難，每一次抓取都需要大量的傳感、實時規(guī)劃計算等，整個裝置過于復雜；欠驅動機器人手是利用少量的電機驅動多個自由度關節(jié)，控制簡單，工作性能穩(wěn)定。

在工業(yè)中常采用“平行夾持”的抓取模式(也稱為平行捏持、平捏)，即末端指段平行，從物體的兩側接觸物體并施加抓持力把物體拿起來，以此達到力封閉抓取效果。這種平行夾持抓取模式的優(yōu)點是抓取定位精確，有利于機器人完成操作或裝配等后續(xù)任務，而且這種模式抓取范圍大——可以抓取從很小到很大尺寸范圍的物體。此外，這種平行夾持抓取物體的方式在有些情況下是唯一的抓取物體方式，例如在桌面上放置的薄板零件，對于多指機器人手而言，只能采用平行夾持的方式去抓取。

已有的一種直線平行夾持的工業(yè)夾持器裝置，如日本川崎重工申請的專利WO2016063314A1，包括基座、電機、傳動機構和多個連桿等，可以實現(xiàn)直線平行夾持的功能。該裝置的不足之處在于：不能實現(xiàn)自適應，這使它的工作模式單一，只能捏取物體，難以抓握形狀復雜的物體。

另一種常用的抓取模式是包絡抓取模式(也稱為包絡握持、握持)，即利用多個指段接觸物體，以此來達到形封閉抓取效果。這種抓取模式的優(yōu)點是抓取更穩(wěn)定，可以施加更大的抓持力。

已有的自適應欠驅動手指可以采用自適應包絡物體的方式握持，但是無法實施平行夾持抓取。已有的一種欠驅動兩關節(jié)機器人手指裝置(中國發(fā)明專利CN101234489A)，包括基座、電機、中部指段、末端指段和平帶輪式第一傳動機構等。該裝置實現(xiàn)了雙關節(jié)自適應欠驅動握持物體的功能。其不足之處在于，該裝置不能實現(xiàn)平行夾持抓取模式。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了克服已有技術的不足之處，提供一種雙簧件曲柄滑軸直線平夾自適應機器人手指裝置。該裝置具有直線平行夾持和自適應抓取兩種抓取模式，無需對物體環(huán)境進行復雜的實時傳感與控制，既能沿著直線平動末端的第二指段去夾持物體，也能先后運動第一指段和第二指段自適應包絡不同形狀、大小的物體；抓取范圍大。

本發(fā)明的技術方案如下：

本發(fā)明設計的一種雙簧件曲柄滑軸直線平夾自適應機器人手指裝置，包括基座、第一指段、第二指段、傳動機構和驅動器；所述驅動器與基座固接，所述驅動器的輸出軸與傳動機構的輸入軸相連；其特征在于：雙簧件曲柄滑軸直線平夾自適應機器人手指裝置還包括第一連桿、第二連桿、第三連桿、第四連桿、第五連桿、第六連桿、第七連桿、第八連桿、第九連桿、第十連桿、第十一連桿、第十二連桿、第十三連桿、第一軸、第二軸、第三軸、第四軸、第五軸、第六軸、第七軸、第八軸、第九軸、第十軸、第十一軸、第十二軸、第十三軸、第十四軸、第十五軸、第十六軸、第一簧件和第二簧件等；所述第一軸、第二軸、第三軸、第四軸、第五軸、第六軸、第七軸、第八軸、第九軸、第十軸、第十一軸、第十二軸、第十三軸、第十四軸、第十五軸和第十六軸的中心線相互平行；所述傳動機構的輸出軸與第十六軸相連；所述第一軸套設在基座上，所述第一連桿一端套接在第一軸上，第一連桿另一端套接在第二軸上；所述第二連桿一端套接在第二軸上，第二連桿另一端套接在第三軸上；所述第三軸套設在第二指段底座上；所述第二指段底座上設有滑槽；所述第一指段固接在第二連桿上；所述第四軸套設在第二連桿的中點，所述第三連桿一端套接在第四軸上，第三連桿另一端套接在第五軸上；所述第五軸套設在基座上；所述第五連桿一端套接在第四軸上，第五連桿另一端套接在第八軸上；所述第六連桿一端套接在第八軸上，第六連桿另一端套接在第九軸上；所述第九軸套設在第二指段底座上；所述第六軸套設在第五連桿的中點，所述第四連桿一端套接在第六軸上，第四連桿另一端套接在第七軸上；所述第七軸套設在基座上；所述第七連桿一端套接在第一軸上，第七連桿另一端套接在第十軸上；所述第八連桿一端套接在第十軸上，第八連桿另一端套接在第十一軸上；所述第九連桿一端套接在第十一軸上，第九連桿另一端套固在第十六軸上；所述第十連桿一端套接在第十一軸上，第十連桿另一端套接在第十二軸上；所述第十一連桿一端套接在第十二軸上，第十一連桿另一端套接在第十三軸上；所述第十三軸套設在第二指段底座上；所述第二指段套接在第十三軸上；所述第十二連桿一端套接在第十二軸上，第十二連桿另一端套接在第十四軸上；所述第十四軸滑動鑲嵌在滑槽中；所述第十三連桿一端套接在第十四軸上，第十三連桿另一端套接在第十五軸上；所述第十五軸套設在第二指段上；設第一軸的中心為點A，設第二軸的中心為點B，設第四軸的中心為點C，設第三軸的中心為點D，設第五軸的中心為點E，設第七軸的中心為點F，設第六軸的中心為點G，設第八軸的中心為點H，設第九軸的中心為點I，設第二十一軸的中心為點J，設第十一軸的中心為點K；線段AE的長度是線段AB的長度的2倍，線段CE的長度是線段AB的長度的2.5倍，線段BD的長度是線段CE的長度的2倍，四邊形CDIH是平行四邊形，四邊形CEFG是平行四邊形，四邊形ABKJ是平行四邊形；設第十三軸的中心為點L，設第十五軸的中心為點M，設第十四軸的中心為點N，設第十二軸的中心為點O；線段LM的長度等于線段MN的長度，線段LO的長度等于線段ON的長度；四邊形BDOK是平行四邊形；所述第一簧件兩端分別連接第九軸和第十二軸；所述第二簧件兩端分別連接第二軸和第十軸。

本發(fā)明所述的雙簧件曲柄滑軸直線平夾自適應機器人手指裝置，其特征在于：所述驅動器采用電機、氣缸或液壓缸。

本發(fā)明所述的雙簧件曲柄滑軸直線平夾自適應機器人手指裝置，其特征在于：所述第一簧件采用拉簧。

本發(fā)明所述的雙簧件曲柄滑軸直線平夾自適應機器人手指裝置，其特征在于：所述第二簧件采用拉簧。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，具有以下優(yōu)點和突出性效果：

本發(fā)明裝置利用單驅動器、曲柄連桿機構、肘節(jié)連桿機構、滑槽和兩個簧件等綜合實現(xiàn)了機器人手指直線平行夾持與自適應抓取的功能；該裝置采用曲柄連桿機構實現(xiàn)了第三軸沿著直線運動，采用平行連桿實現(xiàn)第二指段保持固定姿態(tài)的平動；采用肘節(jié)連桿、滑槽和簧件實現(xiàn)在第一指段接觸物體后，第二指段繞第十三軸的自適應轉動；該裝置能直線平動第二指段去夾持物體，還能在第一指段接觸物體之后，自動轉動第二指段去接觸物體，達到自適應包絡不同形狀、大小物體的目的；抓取范圍大，抓取穩(wěn)定可靠；利用一個驅動器驅動兩個指段；該裝置結構簡單、體積小、重量輕，加工、裝配和維修成本低。

附圖說明

圖1是本發(fā)明設計的雙簧件曲柄滑軸直線平夾自適應機器人手指裝置的一種實施例的側面視圖(未畫出部分零件)。

圖2是圖1所示實施例夾持器立體圖。

圖3是圖1所示實施例第二滑塊底座的內部結構圖。

圖4是圖1所示實施例的側面外觀(未畫出部分零件)，顯示出點A、B、C、D和E的位置。

圖5是圖4所示的AB、BCD、CE及基座連桿AE的多個連桿機構簡圖，顯示出在主動轉動連桿AB時點D的移動軌跡，該軌跡中有一段直線軌跡就是本實施例的第二指段直線平行夾持階段的移動軌跡。

圖6是圖1所示實施例的爆炸圖。

圖7至圖9是圖1所示實施例直線平移的動作過程圖。

圖10至圖12是圖1所示實施例自適應抓取的動作過程圖。

圖13至圖15是圖10至圖12所示實施例的動作的原理圖。

圖16是圖2所示實施例的平夾抓取物體示意圖。

圖17是圖2所示實施例的自適應抓取物體示意圖。

在圖1至圖17中：

1－基座， 2－第一指段， 201－第一連桿， 202－第二連桿，

203－第三連桿， 204－第四連桿， 205－第五連桿， 206－第六連桿，

207－第七連桿， 208－第八連桿， 209－第九連桿， 210－第十連桿，

211－第十一連桿， 212－第十二連桿， 213－第十三連桿， 3－第二指段，

31－第二指段底座， 311－滑槽， 401－第一軸， 402－第二軸，

403－第三軸， 404－第四軸， 405－第五軸， 406－第六軸，

407－第七軸， 408－第八軸， 409－第九軸， 410－第十軸，

411－第十一軸， 412－第十二軸， 413－第十三軸， 414－第十四軸，

415－第十五軸， 416－第十六軸， 51－第一簧件， 52－第二簧件，

6－驅動器， 61－傳動機構， 7－物體。

具體實施方式

下面結合附圖及實施例進一步詳細介紹本發(fā)明的具體結構、工作原理的內容。

本發(fā)明設計的一種雙簧件曲柄滑軸直線平夾自適應機器人手指裝置，包括基座1、第一指段2、第二指段3、傳動機構61和驅動器6；所述驅動器6與基座1固接，所述驅動器6的輸出軸與傳動機構61的輸入軸相連；該雙簧件曲柄滑軸直線平夾自適應機器人手指裝置還包括第一連桿201、第二連桿202、第三連桿203、第四連桿204、第五連桿205、第六連桿206、第七連桿207、第八連桿208、第九連桿209、第十連桿210、第十一連桿211、第十二連桿212、第十三連桿213、第一軸401、第二軸402、第三軸403、第四軸404、第五軸405、第六軸406、第七軸407、第八軸408、第九軸409、第十軸410、第十一軸411、第十二軸412、第十三軸413、第十四軸414、第十五軸415、第十六軸416、第一簧件51和第二簧件52等；所述第一軸401、第二軸402、第三軸403、第四軸404、第五軸405、第六軸406、第七軸407、第八軸408、第九軸409、第十軸410、第十一軸411、第十二軸412、第十三軸413、第十四軸414、第十五軸415和第十六軸416的中心線相互平行；所述傳動機構61的輸出軸與第二十一軸421相連；所述第一軸401套設在基座1上，所述第一連桿201一端套接在第一軸401上，第一連桿201另一端套接在第二軸402上；所述第二連桿202一端套接在第二軸402上，第二連桿202另一端套接在第三軸403上；所述第三軸403套設在第二指段底座31上；所述第二指段底座31上設有滑槽311；所述第一指段2固接在第二連桿202上；所述第四軸404套設在第二連桿202的中點，所述第三連桿203一端套接在第四軸404上，第三連桿203另一端套接在第五軸405上；所述第五軸405套設在基座1上；所述第五連桿205一端套接在第四軸404上，第五連桿205另一端套接在第八軸408上；所述第六連桿206一端套接在第八軸408上，第六連桿206另一端套接在第九軸409上；所述第九軸409套設在第二指段底座31上；所述第六軸406套設在第五連桿205的中點，所述第四連桿204一端套接在第六軸406上，第四連桿204另一端套接在第七軸407上；所述第七軸407套設在基座1上；所述第七連桿207一端套接在第一軸401上，第七連桿207另一端套接在第十軸410上；所述第八連桿208一端套接在第十軸410上，第八連桿208另一端套接在第十一軸411上；所述第九連桿209一端套接在第十一軸411上，第九連桿209另一端套固在第十六軸416上；所述第十連桿210一端套接在第十一軸411上，第十連桿210另一端套接在第十二軸412上；所述第十一連桿211一端套接在第十二軸412上，第十一連桿211另一端套接在第十三軸413上；所述第十三軸413套設在第二指段底座31上；所述第二指段3套接在第十三軸413上；所述第十二連桿212一端套接在第十二軸412上，第十二連桿212另一端套接在第十四軸414上；所述第十四軸414滑動鑲嵌在滑槽311中；所述第十三連桿213一端套接在第十四軸414上，第十三連桿213另一端套接在第十五軸415上；所述第十五軸415套設在第二指段3上；所述第十七軸417套設在第十六連桿216的中點，所述第十五連桿215一端套接在第十七軸417上，第十五連桿215另一端套接在第七軸407上；設第一軸401的中心為點A，設第二軸402的中心為點B，設第四軸404的中心為點C，設第三軸403的中心為點D，設第五軸405的中心為點E，設第七軸407的中心為點F，設第六軸406的中心為點G，設第八軸408的中心為點H，設第九軸409的中心為點I，設第二十一軸421的中心為點J，設第十一軸411的中心為點K；線段AE的長度是線段AB的長度的2倍，線段CE的長度是線段AB的長度的2.5倍，線段BD的長度是線段CE的長度的2倍，四邊形CDIH是平行四邊形，四邊形CEFG是平行四邊形，四邊形ABKJ是平行四邊形；設第十三軸413的中心為點L，設第十五軸415的中心為點M，設第十四軸414的中心為點N，設第十二軸412的中心為點O；線段LM的長度等于線段MN的長度，線段LO的長度等于線段ON的長度；四邊形BDOK是平行四邊形；所述第一簧件51兩端分別連接第九軸409和第十二軸412；所述第二簧件52兩端分別連接第二軸402和第十軸410。

本發(fā)明所述的雙簧件曲柄滑軸直線平夾自適應機器人手指裝置，其特征在于：所述驅動器6采用電機、氣缸或液壓缸。本實施例中，所述第一驅動器6采用電機。

本實施例中，所述第一簧件51采用拉簧；所述第二簧件52采用拉簧。

本實施例的工作原理，結合附圖敘述如下：

本實施例處于初始狀態(tài)時，如圖1所示。

電機6轉動，通過傳動機構61將動力傳遞給第十六軸416，第十六軸416與第九連桿209固接，第九連桿209開始轉動，由于第二簧件52的兩端分別連接在第二軸402和第十軸410上，在第一指段2沒有接觸物體7前，第一連桿201和第十連桿210保持相對靜止，第九連桿209的動力通過第八連桿208的傳遞，推動第一連桿201和第七連桿207共同轉動；由于第一簧件51的兩端分別連接在第九軸409和第十二軸412上，第一連桿201和第七連桿207保持相對靜止的過程中，第十二軸412的位置相對于第二指段底座31保持不變，第十四軸414相對于滑槽311靜止；由于第一連桿201、第二連桿202、第三連桿203和基座1組成的連桿機構，且桿長條件滿足AE＝2AB，CE＝2.5AB，BD＝2CE，所以第三軸403沿著直線向左運動；由于平行四邊形連桿(第三連桿203、第四連桿204、第五連桿205、基座1和第二連桿202、第五連桿205、第六連桿206、第二指段底座31)的作用，第二指段底座31保持向左的直線運動，第二指段3相對于底座31靜止，達到直線平夾的效果。

在上述過程中，當?shù)谝恢付?接觸到物體7后，第一指段2停止運動，即第二連桿202停止運動，由于電機6繼續(xù)轉動，推動第九連桿209繼續(xù)轉動，動力通過第八連桿208的傳遞，第七連桿克服第二簧件52的作用力，繼續(xù)轉動，與第一連桿201產生相對位移；在此過程中，第九連桿209的動力通過第十連桿210的傳遞，拉動第十二軸412克服第一簧件51的作用力向左移動，通過第十二連桿212的動力傳遞，第十四軸414開始沿著滑槽311向左滑動，第十二連桿212和第十三連桿213之間的夾角不斷增大，推動第二指段3繞第十三軸413轉動，直到第二指段3接觸到物體7，抓取結束，達到自適應握持物體的效果。

釋放物體時，電機6反轉，與上述過程相反，不再贅述。

本發(fā)明裝置利用單驅動器、曲柄連桿機構、肘節(jié)連桿機構、滑槽和兩個簧件等綜合實現(xiàn)了機器人手指直線平行夾持與自適應抓取的功能；該裝置采用曲柄連桿機構實現(xiàn)了第三軸沿著直線運動，采用平行連桿實現(xiàn)第二指段保持固定姿態(tài)的平動；采用肘節(jié)連桿、滑槽和簧件實現(xiàn)在第一指段接觸物體后，第二指段繞第十三軸的自適應轉動；該裝置能直線平動第二指段去夾持物體，還能在第一指段接觸物體之后，自動轉動第二指段去接觸物體，達到自適應包絡不同形狀、大小物體的目的；抓取范圍大，抓取穩(wěn)定可靠；利用一個驅動器驅動兩個指段；該裝置結構簡單、體積小、重量輕，加工、裝配和維修成本低。