CN105563508A - 一种仿形欠驱动气动机器人手指装置 - Google Patents

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CN105563508A CN201610147153.8A CN201610147153A CN105563508A CN 105563508 A CN105563508 A CN 105563508A CN 201610147153 A CN201610147153 A CN 201610147153A CN 105563508 A CN105563508 A CN 105563508A
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李杞超
曹继雄
张明俊
邹亚林
张加武
安思宇
田新扬
辛伯来
权龙哲
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Northeast Agricultural University
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Northeast Agricultural University
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J15/00—Gripping heads and other end effectors
    • B25J15/0009—Gripping heads and other end effectors comprising multi-articulated fingers, e.g. resembling a human hand
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J17/00—Joints
    • B25J17/02—Wrist joints
    • B25J17/0258—Two-dimensional joints

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  • Robotics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Manipulator (AREA)

Abstract

本发明公布了一种仿形欠驱动气动机器人手指装置，该装置能够对被抓取对象的外形自适应包络抓取。主要解决了以往机械结构反复单一动作对产品的损伤这一技术难题。所述装置包括手指底关节、前关节、中关节、末关节、动力发生机构和回位结构；动力发生机构包括高弹性膨胀乳胶管、关节气室内腔；回位机构包括拉伸橡胶绳和回位暗槽；本发明采用乳胶管升压膨胀挤压关节转动以实现欠驱动抓取。该装置结构合理简洁，操作方便，体积小，质量轻，生产和维护成本低。具有广泛的应用前景。

Description

一种仿形欠驱动气动机器人手指装置
技术领域：
本发明涉及一种机器人手指装置，特别涉及一种仿形欠驱动气动机器人手指装置的结构设计。
背景技术：
随着近几年人类对机器人研究的深入，关于机器人机械手的研究也取得了许多不错的成果。机械手的主要形式分为全驱动机械手和欠驱动机械手。由于全驱动机械手驱动数与自由度数相等，一般全驱动机械手自由度数特别大，因此该类机械手的运动控制显得尤其复杂。然而欠驱动机械手驱动数少于自由度数，控制简单、维修方便、造价廉价等优势，这使得该种机械手的研究成为主流。现有的欠驱动机械手多用电机、弹簧、弹性绳索等作为欠驱动的几种方式，抓取时对产品损伤严重、制造成本高、不易维护。因此，本发明设计了一种能够自适应的包络产品外形的欠驱动机械手能有效解决当前技术难题。
发明内容：
本发明的目的是针对现有技术存在的难点，提出一种仿形欠驱动机器人手指装置。具有对产品损伤小、自由度少、控制简单、制造成本低、易维护保养的特点。
一种仿形欠驱动气动机器人手指装置，包括手指底关节(1)、前关节(9)、中关节(7)、末关节(5)、以及动力发生机构和自动回位机构；动力发生机构包括高弹性膨胀乳胶管(20)、远端指间关节气室内腔(14)、近端指间关节气室内腔(15)、掌指关节气室内腔(17)；自动回位机构包括脊绳(18)和回位暗槽(16)。手指底关节(1)与前关节(9)之间通过连接销钉(22)连接，前关节(9)与中关节(7)通过连接销钉(22)连接，中关节(7)与末关节(5)之间通过连接销钉(22)连接，高弹性膨胀乳胶管(20)依次穿过前关节气管通道(11)、中关节气管通道(12)、末关节气管通道(13)；脊绳(18)依次穿过各个关节的回位暗槽(16)。
在一些实施方式中，其中在于：前关节(9)、中关节(7)、末关节(5)内部设有气管通道与回位暗槽，且回位暗槽(16)靠近关节远腹端。其有益效果是：在手指未抓取产品时，脊绳(18)能够使每个关节有效恢复到伸直状态。
在一些实施方式中，其中在于：脊绳(18)由高回弹橡胶皮绳或高回弹拉簧或乳胶管组成。
在一些实施方式中，其中在于：高弹性膨胀乳胶管(20)靠近末关节(5)的一端封闭，高弹性膨胀乳胶管(20)从手指底关节(1)到末关节(5)内壁逐渐变厚。其有益效果是：保证机器人手在抓取产品时首先从前关节(9)开始弯曲，末关节(5)最后弯曲。使得手指最大面积的包络产品，能有效减少机械手对产品的损伤，并提高了抓持的稳定性。
在一些实施方式中，其中在于：中关节(7)两端销孔上方1-2mm处分别安装限位块(3)。其有益效果是：在高弹性膨胀乳胶管(20)膨胀的时候防止由于气压过大使得抓持力超过额定值而损坏零件。
在一些实施方式中，其中在于：前关节(9)、中关节(7)、末关节(5)指端腹部贴有摩擦缓冲衬垫(4)。其有益效果是：能有效减少机械手由于抓持力过大而使产品表面损伤。
在一些实施方式中，其中在于：手指底关节(1)几何中心设置有易插拔气管接头(2)。其有益效果是，方便用户随时更换机器人手指，有效提高生产效率。
附图说明：
图1是仿形欠驱动气动机器人手指装置的整体示意图；
图2是仿形欠驱动气动机器人手指装置的全剖图；
图3是仿形欠驱动气动机器人手指装置的高弹性膨胀乳胶管全剖图；
图4是仿形欠驱动气动机器人手指装置的***示意图；
图5是仿形欠驱动气动机器人手指装置的手指抓取产品示意图；
图6是仿形欠驱动气动机器人手指装置的放置产品时示意图；
图7是仿形欠驱动气动机器人手指装置的前关节示意图；
图8是仿形欠驱动气动机器人手指装置的中关节示意图；
图9是仿形欠驱动气动机器人手指装置的末关节示意图。
图1至图4中
1-手指底关节、2-气管接头、3-限位块、4-摩擦缓冲衬垫、5-末关节6-远端指间关节气室盖、7-中关节、8-近端指间关节气室盖、9-前关节、10-掌指关节气室盖、11-前关节气管通道、12-中关节气管通道13-尾关节气管通道、14-远端指间关节气室内腔、15-近端指间关节气室内腔、16-回位暗槽、17-掌指关节气室内腔、18-脊绳、
19-乳胶管靠底关节端、20-高弹性膨胀乳胶管、21-乳胶管靠末关节端、22-连接销钉
具体实施方案：
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。
如图1至图3所示，一种仿形欠驱动气动机器人手指装置，包括手指底关节(1)、前关节(9)、中关节(7)、末关节(5)、以及动力发生机构和自动回位机构；动力发生机构包括高弹性膨胀乳胶管(20)、远端指间关节气室内腔(14)、近端指间关节气室内腔(15)、掌指关节气室内腔(17)；自动回位机构包括脊绳(18)和回位暗槽(16)。所述手指底关节(1)与前关节(9)之间通过连接销钉(22)连接，前关节(9)与中关节(7)通过连接销钉(22)连接，中关节(7)与末关节(5)之间通过连接销钉(22)连接，高弹性膨胀乳胶管(20)依次穿过前关节气管通道(11)、中关节气管通道(12)、末关节气管通道(13)；脊绳(18)依次穿过各个关节的回位暗槽(16)。
如图2，前关节(9)与中关节(7)和末关节(5)内部气管通道(11、12、13)中心轴线位于同一平面，各个关节的回位暗槽(16)与气管通道(11、12、13)处于同一平面，且气管通道位于回位暗槽(16)与摩擦缓冲衬垫(4)之间。在手指未抓取产品的初始状态下，高弹性乳胶管(20)处于未膨胀状态，脊绳(18)被张紧，手指各关节自然张开。
如图2、3所示，高弹性乳胶管(20)的壁厚沿中心线从手指底关节(1)至末关节(5)逐渐变厚。靠近末关节(5)的一端封闭。当机械手指工作抓取产品时，高弹性乳胶管(20)内部充满适宜压强的大气，由于关节两端设置的关节气室内腔(14、15、17)的空间大于气管通道(11、12、13)高弹性乳胶管(20)有趋向空间大的部位膨胀。受到各关节气室盖(6、8、10)的限制，膨胀的高性能乳胶管(20)挤压相邻关节两端，使得关节之间能够产生夹持力。(如图5所示)。为避免高性能乳胶管(20)压强过大和保护产品不被夹坏，在中关节(7)两端销孔上方1-2mm处分别安装限位块(3)。
机械手指抓取搬运时，高弹性乳胶管(20)内部气体压强保持恒定，能提供稳定的夹持力。每个关节的指腹部的摩擦缓冲衬垫(4)能够有效的贴合产品表面，防止由于运动惯性产品被甩出。
当需要机械手放下产品时，停止给高弹性乳胶管(20)提供气体压强。关节两端受力解除，此时关节气室内腔(14、15、17)体积在脊绳(18)的作用下变小，从而机械手指各关节伸直达到初始位置状态(如图6所示)，产品被放下。
上述虽然附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明技术方案基础上，本领域人员不需付出创造性劳动即可做出的各种修改或者变形，仍在本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种仿形欠驱动气动机器人手指装置，包括手指底关节(1)、前关节(9)、中关节(7)、末关节(5)、以及动力发生机构和自动回位机构；动力发生机构包括高弹性膨胀乳胶管(20)、远端指间关节气室内腔(14)、近端指间关节气室内腔(15)、掌指关节气室内腔(17)；自动回位机构包括脊绳(18)和回位暗槽(16)。所述手指底关节(1)与前关节(9)之间通过连接销钉(22)连接，前关节(9)与中关节(7)通过连接销钉(22)连接，中关节(7)与末关节(5)之间通过连接销钉(22)连接，高弹性膨胀乳胶管(20)依次穿过前关节气管通道(11)、中关节气管通道(12)、末关节气管通道(13)；脊绳(18)依次穿过每个关节的回位暗槽(16)。
2.根据权利要求1所述的一种仿形欠驱动气动机器人手指装置，其特征在于：所述前关节(9)、中关节(7)、末关节(5)内部设有气管通道与回位暗槽，且回位暗槽(16)靠近关节远腹端。
3.根据权利要求1所述的一种仿形欠驱动气动机器人手指装置，其特征在于：所述脊绳(18)由高性能回弹橡胶皮绳或高回弹拉簧或乳胶管组成。
4.根据权利要求1所述的一种仿形欠驱动气动机器人手指装置，其特征在于：所述高弹性膨胀乳胶管(20)靠近末关节(5)的一端封闭，高弹性膨胀乳胶管(20)从手指底关节(1)到末关节(5)内壁逐渐变厚。
5.根据权利要求1所述的一种仿形欠驱动气动机器人手指装置，其特征在于：中关节(7)两端销孔上方1-2mm处分别安装限位块(3)。
6.根据权利要求1所述的一种仿形欠驱动气动机器人手指装置，其特征在于：前关节(9)、中关节(7)、末关节(5)指端腹部贴有摩擦缓冲衬垫(4)。
7.根据权利要求1所述的一种仿形欠驱动气动机器人手指装置，其特征在于：所述手指底关节(1)几何中心设置有易插拔气管接头(2)。
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