CN107363856A - 一种自适应手指、两爪机械手以及机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及机器人技术领域，提供了一种自适应手指、两爪机械手以及机器人，自适应手指包括可进行弹性变形的驱动部、固定部和抓取部，抓取时，驱动部发生弹性形变并推动抓取部和固定部向待抓取物体弯曲，从而对物体进行自适应的抓取，自适应手指上还包括一包络平面，可用于包络被抓取物体；两爪机械手包括传动装置和上述的自适应手指，传动装置带动自适应手指进行收拢或张开，为自适应手指的弹性变形提供动力，使得抓取更可靠；机器人包括机械臂和上述的两爪机械手，机械臂可对该两爪机械手进行翻转、移动等运动，可实现对物体的自适应抓取和搬运。

Description

一种自适应手指、两爪机械手以及机器人

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及一种自适应手指、两爪机械手以及机器人。

背景技术

随着科技的高速发展，在很多场合可利用自动化机器取代人工进行相关的活动和操作，例如机械手，其广泛应用于工业生产、物流、冶金医疗、及3C产业等领域，用以取代人手进行抓取和搬运等重复性、机械性工作，能够极大程度上提高生产；同时也能取代人手进行一些复杂、危险性高的工作，较大程度上保证人身安全。但现有技术中，机械手采用刚性结构，而且传动结构复杂，功能单一，只适用于表面为刚性的物体，且要求多个物体形状、大小和位置均固定不变，才能进行抓取。无法抓取形状、大小、位置存在偏差的物体，且现有的两爪机械手对待抓取物体的包络能力差，抓取稳定性差。对于具有易变形或易破坏特征的物体，利用现有的机器人无法顺利抓取，易造成物体的损坏。

因此，需要针对上述现有技术中存在的问题，提供一种技术方案以解决上述问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种具备自适应抓取功能的一种自适应手指、两爪机械手以及机器人。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：

提供了一种自适应手指，包括可进行弹性变形的驱动部、固定部和抓取部，所述固定部和所述抓取部形成一个抓取面，抓取时，所述驱动部发生弹性形变并推动所述抓取部和所述固定部向待抓取物体弯曲。

作为上述技术方案的改进，所述驱动部、所述固定部和所述抓取部交汇于同一交汇处并形成截面为y型的结构，对应y型的下部为所述抓取部，对应y型的上部分别为所述驱动部和所述固定部。

作为上述技术方案的进一步改进，所述驱动部包括驱动段，所述驱动段呈弯曲状。

提供了一种两爪机械手，其包括传动装置和抓取装置，所述抓取装置包括两个手指，所述手指中的至少一个为上述的自适应手指，所述自适应手指与所述传动装置相连接，所述传动装置带动所述自适应手指进行运动和变形，从而进行抓取或释放动作。

作为上述技术方案的改进，两个所述手指均为上述的自适应手指，两个所述自适应手指对称设置。

作为上述技术方案的进一步改进，所述传动装置包括一对连杆机构和一固定卡盘，所述连杆机构对称设置在所述固定卡盘两侧，并以所述固定卡盘为机架构成两个四连杆机构，所述连杆机构包括第一连架杆、连杆和第二连架杆，所述第一连架杆和所述第二连架杆分别与所述固定卡盘铰接。

作为上述技术方案的进一步改进，所述第二连架杆上设置有第一安装部，所述自适应手指的固定部与所述第一安装部可拆卸地连接。

作为上述技术方案的进一步改进，所述第一连架杆包括一齿轮盘，所述齿轮盘以所述第一连架杆与所述固定卡盘的铰接点为圆心，两个所述第一连架杆上的所述齿轮盘相互啮合，驱动其中一个所述第一连架杆转动可带动另一个所述第一连架杆同步转动。

作为上述技术方案的进一步改进，所述固定卡盘包括安装盘和固定支架，所述第二连架杆与所述固定支架铰接，所述固定支架上设置有第二安装部，所述手指的驱动部与所述第二安装部可拆卸地连接。

还提供了一种机器人，其机械臂及上述的两爪机械手，所述机械臂带动所述机械手进行运动。

本发明的有益效果是：

本发明一种自适应手指包括可进行弹性变形的驱动部、固定部和抓取部，所述固定部和所述抓取部形成一个抓取面，抓取时，所述驱动部发生弹性形变并推动所述抓取部和所述固定部向待抓取物体弯曲，从而对物体进行自适应的抓取，自适应手指上还包括一包络平面，可用于包络被抓取物体；两爪机械手包括传动装置和上述的自适应手指，传动装置带动自适应手指进行收拢或张开，为自适应手指的弹性变形提供动力，从而实现对形状、大小、位置存在偏差的物体进行自适应抓取或释放，利用自适应手指上的包络平面对被抓取物体进行包络，使得自适应手指更可靠的贴靠物体外部表面，使得抓取更可靠；机器人包括机械臂和上述的两爪机械手，机械臂可对该两爪机械手进行翻转、移动等运动，可实现对物体的自适应抓取和搬运。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图做简单说明：

图1为本发明一种两爪机械手中手指的一个实施例的立体示意图；

图2为图1所示手指在抓取状态的立体示意图；

图3为本发明一种两爪机械手一个实施例松开状态的立体示意图；

图4为图3的主视图；

图5为图3所示实施例抓取状态的立体示意图；

图6为图5的主视图；

图7为本发明一种两爪机械手中连杆机构的一个实施例的立体示意图；

图8为本发明一种两爪机械手中固定支架的一个实施例的立体示意图。

具体实施方式

以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。另外，专利中涉及到的所有联接/连接关系，并非单指构件直接相接，而是指可根据具体实施情况，通过添加或减少联接辅件，来组成更优的联接结构。本发明中所涉及的上、下、左、右等方位描述仅仅是相对于附图中本发明各组成部分的相互位置关系来说的。本发明中的各个技术特征，在不互相矛盾冲突的前提下可以交互组合。

图1为本发明一种自适应手指的一个实施例的立体示意图，图2为图1所示实施例自适应手指抓取状态的立体示意图，同时参考图1和图2，本实施例中，自适应手指100包括可进行弹性变形的驱动部110、固定部120和抓取部130，固定部120和抓取部130形成一个抓取面140，抓取时，驱动部110由外力作用发生弹性形变并推动抓取部130和固定部120向待抓取物体弯曲。驱动部110、固定部120和抓取部130三者交汇于同一个交汇处150，形成近似y型结构，如图1所示，对应y型结构的下部为抓取部130、上部分别为驱动部110和固定部120，其中左边为驱动部110，右边为固定部120。驱动部110上设置有第一连接头111，固定部上设置有第二连接头121，第一连接头111和第二连接头121用于与外部传动装置连接。至少两个自适应手指100对称设置，通过外部传动装置将两者相互收拢即可抓取物体，将两者相互张开即可释放物体。

驱动部110包括第一连接头111和驱动段112，第一连接头111用于与外部传动部件相卡接，以带动自适应手指运动和变形，驱动段112呈弯曲状，有利于对其弯曲方向进行导向，防止其受力变形时驱动段材料向固定部120卷曲，使得驱动段112材料向远离固定部120的方向卷曲，保证足够的变形空间。

固定部120呈直板状，包括第二连接头121和固定段122，包络平面140由固定段122与抓取部130共同形成，用于与待抓取物体直接作用，利用物体与包络面140之间的摩擦力，将物体固定在两个手指之间。驱动部110相对三者交汇处150的距离大于固定部120相对该交汇处150的距离。三者的交汇处150厚度较大，可增加该处的强度和韧性，抓取部130从其端部向该交汇处150材料厚度逐渐增大，有利于增大弹力。

图3为本发明一种两爪机械手一个实施例松开状态的立体示意图，图4为图3的主视图，同时参考图3和图4，两爪机械手包括至少一个上述的自适应手指100、传动装置200和动力装置300，本实施例中包括两个上述的自适应手指100，该手指与传动装置200相连接，动力装置300驱动传动装置200带动自适应手指100运动并使其产生弹性形变，从而进行抓取动作；动力装置300驱动传动装置200带动自适应手指100运动并消除抓取时的形变，从而进行释放动作。连接结构400用于与外部移载结构相连接，例如机械臂等，可带动该两爪机械手进行翻转、移动等动作。

本实施例中，自适应手指100为柔性软体材料制成，可进行弹性变形，其包括驱动部110、固定部120和抓取部130，该驱动部110、固定部120和抓取部130为一体结构。

传动装置200包括一对连杆机构210和一固定卡盘220，连杆机构210对称设置在固定卡盘220两侧，两个自适应手指100分别与连杆机构210固定连接。

两个连杆机构210分别与固定卡盘220构成两个四连杆机构，并以固定卡盘220为机架，具体的，连杆机构210包括第一连架杆211、第二连架杆212和连杆213，第一连架杆211和第二连架杆212分别与固定卡盘220铰接，形成铰链四连杆机构，第一连架杆211和第二连架杆212分别可相对固定卡盘220进行摆动。第一连架杆211包括一齿轮盘211a，该齿轮盘211a以第一连架杆211与固定卡盘220的铰接点为圆心，两个第一连架杆211上的齿轮盘211a相互啮合，动力装置300驱动其中一个第一连架杆211转动可通过齿轮盘带动另一个第一连架杆转动，从而驱动两个连杆机构进行运动。

第二连架杆212上设置有第一安装部212a，本实施例中，该第一安装部212a具体为T型槽，自适应手指的驱动部110上的第一接头111具体为与第一安装部212a的T型槽相配合的T型接头，该第一接头111可卡入第一安装部212a中从而固定连接，并且可根据需要进行拆卸。

固定卡盘220包括安装盘221和固定支架222，上述的第二连架杆212与该固定支架222铰接，固定支架222上设置有第二安装部222a，该第二安装部222a具体为T型槽，自适应手指100固定部120上的第二接头121具体为与第二安装部222a的T型槽相配合的T型接头，该第二接头121可卡入第二安装部222a中从而固定连接，并且可根据需要进行拆卸。

为保证卡接可靠，该第一连接头111和第二接头121优选为刚性材料制成，或者为柔性软体材料制成并在其内部设置有刚性材料，防止第一连接头111和第二接头121变形过量而脱离第一安装部212a和第二安装部222a。

动力装置300直接固定于固定卡盘220上，此时动力装置可以为电动、气动或者液压驱动等方式提供旋转动力，此处优选为电机，电机输出端与其中一个第一连架杆211相连接并可带动该第一连架杆211发生转动，可连接于第一连架杆211与固定卡盘220的铰接处。

具体实施时，两爪机械手也可连接外接动力，用于驱动其中一个第一连架杆211转动。

图5为图3所示实施例抓取状态的立体示意图，图6为图5的主视图；同时参考图5和图6，本实施例两爪机械手在抓取时，动力装置300驱动传动装置200中任意一个第一连架杆211转动，定义该转动方向为正向，此时该与动力装置相连的第一连架杆211通过齿轮盘211a带动另一个第一连架杆同步转动，第一连架杆211通过连杆213带动第二连架杆212运动，两个自适应手指100的驱动部110上带动第一连接头111固定安装在第二连架杆212上的第一安装部212a内，第二连架杆212运动时可带动该第一连接头111进行移动，固定部120上的第二连接头121(图中已被第二连架杆遮挡)固定安装在固定卡盘220上的固定支架222上设置的第二安装部222a(图中已被第二连架杆遮挡)内，连杆机构运动时其位置不变，从而使得第二连架杆212压迫驱动部110使其变形，由于自适应手指100为柔性软体材料制成，故驱动部110产生的变形为弹性形变，其弹力推动两个自适应手指100的固定部120和抓取部130相向弯曲，二者进行收拢，从而实现抓取动作。上述柔性软体材料可为为天然橡胶、硅胶等环保材质，具有硬度较低、可变形程度高的特点。

自适应手指100为柔性软体材料制成，故在抓取不同外形大小的物体时，具备自适应的功能，避免刚性手指无法适应物体外形尺寸偏差而抓取失败的情况，同时避免因刚性压迫而损坏待抓取物体的情况。可利用自适应手指100的抓取部130夹取物体，抓取部130可根据待抓取物体的外形大小而自适应地产生弹性形变，使其与自适应地与物体的外部相抵靠，利用抓取部和物体之间的摩擦力进行抓取。也可利用包络平面140将物体外部进行包络，自适应手指的弹性变形能力可使得其包络平面很好地压紧并贴合物体表面。

释放时，动力装置带动与其连接的第一连架杆211反向转动(与上述定义的正向转动方向相反)，此时该与动力装置相连的第一连架杆211通过齿轮盘211a带动另一个第一连架杆同步转动，第一连架杆211通过连杆213带动第二连架杆212运动，使得第二连架杆212带动两个自适应手指100相互离开，并消除驱动部110、固定部120以及抓取部130的形变，二者互相张开，从而实现释放动作，此时该两爪机械手恢复到图3、4所示状态。

图7为本发明一种两爪机械手中连杆机构的一个实施例的立体示意图；参考图7，连杆机构210包括第一连架杆211、第二连架杆212和连杆213。

第一连架杆211包括一齿轮盘211a，齿轮盘以第一连架杆211与上述的固定卡盘的铰接点为圆心，两个第一连架杆上的齿轮盘相互啮合，驱动其中一个第一连架杆转动可带动另一个第一连架杆同步转动，从而带动连杆213和第二连架杆212进行相应的运动。

第二连架杆212包括两个相互分离的铰接座2121和两根对称设置并相互分离的摆杆2122，两根摆杆通过连接部2123相连接，铰接座2121设置在连接部2123上并与两根摆杆呈一定角度设置，第一安装部212a设置在连接部2123上，其为一贯穿连接部2123的T型槽，有利于对安装在其内的自适应手指均匀施力，防止自适应手指发生扭曲，同时，为防止固定在该T型槽内的自适应手指滑脱，可在连接部两端面设置锁紧挡板，防止自适应手指沿T型槽长度方向滑脱。

连杆213两端分别与第一连架杆211和第二连架杆212铰接，另一端与连杆213铰接，连杆213包括第一曲杆2131和第二曲杆2132，第一曲杆2131和第二曲杆2132各具有一个弯曲段，使得二者的铰接轴拉开相应的距离，从而使得第一曲杆2131和第二曲杆2132上的铰接轴与第二连架杆212上的铰接座2121相配合铰接，使得传动稳定可靠。

图8为本发明一种两爪机械手中固定卡盘的一个实施例的立体示意图，参考图8，固定卡盘220包括安装盘221和固定支架222，如图8所示固定支架222包括两个安装座2221和一对夹板2222，安装座2221分别设置在夹板2222的两端并与夹板的平面相垂直，两个安装座2221相互对称设置。两个夹板2222用于将安装盘221夹在二者中间并通过紧固件与安装盘221固定连接，从而固定在安装盘221上，安装座2221上设置有第二安装部222a，该第二安装部222a为贯穿该安装座2221的T型槽，有利于对安装在其内的自适应手指均匀施力，防止自适应手指发生扭曲，同时，为防止固定在该T型槽内的自适应手指滑脱，可在连接部两端面设置锁紧挡板，防止自适应手指沿T型槽长度方向滑脱。

一种机器人，包括机械臂及上述的两爪机械手，机械臂带动该机械手进行移动，从而对物体进行抓取和搬运。

上述仅为本发明的较佳实施例，但本发明并不限制于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可以做出多种等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (10)

1.一种自适应手指，其特征在于：包括可进行弹性变形的驱动部、固定部和抓取部，所述固定部和所述抓取部形成一个抓取面，抓取时，所述驱动部发生弹性形变并推动所述抓取部和所述固定部向待抓取物体弯曲。

2.根据权利要求1所述的自适应手指，其特征在于：所述驱动部、所述固定部和所述抓取部交汇于同一交汇处并形成截面为y型的结构，对应y型的下部为所述抓取部，对应y型的上部分别为所述驱动部和所述固定部。

3.根据权利要求2所述的自适应手指，其特征在于：所述驱动部包括驱动段，所述驱动段呈弯曲状。

4.一种两爪机械手，其特征在于：包括传动装置和抓取装置，所述抓取装置包括两个手指，所述手指中的至少一个为权利要求1～3中的任一项所述的自适应手指，所述自适应手指与所述传动装置相连接，所述传动装置带动所述自适应手指进行运动和变形，从而进行抓取或释放动作。

5.根据权利要求4所述的两爪机械手，其特征在于：两个所述手指均为权利要求1～3中的任一项所述的自适应手指，两个所述自适应手指对称设置。

6.根据权利要求5所述的两爪机械手，其特征在于：所述传动装置包括一对连杆机构和一固定卡盘，所述连杆机构对称设置在所述固定卡盘两侧，并以所述固定卡盘为机架构成两个四连杆机构，所述连杆机构包括第一连架杆、连杆和第二连架杆，所述第一连架杆和所述第二连架杆分别与所述固定卡盘铰接。

7.根据权利要求6所述的两爪机械手，其特征在于：所述第二连架杆上设置有第一安装部，所述自适应手指的固定部与所述第一安装部可拆卸地连接。

8.根据权利要求6所述的两爪机械手，其特征在于：所述第一连架杆包括一齿轮盘，所述齿轮盘以所述第一连架杆与所述固定卡盘的铰接点为圆心，两个所述第一连架杆上的所述齿轮盘相互啮合，驱动其中一个所述第一连架杆转动可带动另一个所述第一连架杆同步转动。

9.根据权利要求6～8中的任一项所述的两爪机械手，其特征在于：所述固定卡盘包括安装盘和固定支架，所述第二连架杆与所述固定支架铰接，所述固定支架上设置有第二安装部，所述驱动部与所述第二安装部可拆卸地连接。

10.一种机器人，其特征在于：包括机械臂及权利要求1～9中任一项所述的两爪机械手，所述机械臂带动所述机械手进行运动。