CN109176568B - 一种腱绳-电磁力联合驱动的刚软耦合多指灵巧手 - Google Patents

一种腱绳-电磁力联合驱动的刚软耦合多指灵巧手 Download PDF

Info

Publication number
CN109176568B
CN109176568B CN201811137823.3A CN201811137823A CN109176568B CN 109176568 B CN109176568 B CN 109176568B CN 201811137823 A CN201811137823 A CN 201811137823A CN 109176568 B CN109176568 B CN 109176568B
Authority
CN
China
Prior art keywords
finger
mechanical
control module
tendon rope
dexterous hand
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201811137823.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109176568A (zh
Inventor
宋荆洲
王钒宇
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing University of Posts and Telecommunications
Original Assignee
Beijing University of Posts and Telecommunications
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beijing University of Posts and Telecommunications filed Critical Beijing University of Posts and Telecommunications
Priority to CN201811137823.3A priority Critical patent/CN109176568B/zh
Publication of CN109176568A publication Critical patent/CN109176568A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109176568B publication Critical patent/CN109176568B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • 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
    • B25J15/00—Gripping heads and other end effectors
    • B25J15/02—Gripping heads and other end effectors servo-actuated
    • B25J15/0206—Gripping heads and other end effectors servo-actuated comprising articulated grippers
    • B25J15/0233—Gripping heads and other end effectors servo-actuated comprising articulated grippers actuated by chains, cables or ribbons
    • 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
    • B25J15/02—Gripping heads and other end effectors servo-actuated
    • B25J15/0246—Gripping heads and other end effectors servo-actuated actuated by an electromagnet

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Manipulator (AREA)
  • Prostheses (AREA)

Abstract

本发明涉及一种腱绳‑电磁力联合驱动的刚软耦合多指灵巧手，由四个机械手指部分、机械手掌部分、以及传动模块组成。机械手指部分包括四个大小成比例的连杆单元组成。连杆单元由铁质凸球和两片半弧形电磁凹槽组成，关节之间有限制尺寸确保关节之间的单轴摆动。手掌部分用于连接四个机械手指部分和传动模块。传动模块用于控制各个机械手指部分的舒展和抓取，实现机械爪的传动。本发明相比已有的灵巧手，具有刚软耦合的特点,具有更好的稳定性和抓取力，并且可以适应多种外形具有较大差异的物体，具有很好的适应性和实用性。

Description

一种腱绳-电磁力联合驱动的刚软耦合多指灵巧手
技术领域
本发明涉及灵巧手领域，涉及自动抓取，尤其是涉及一种腱绳-电磁力联合驱动的刚软耦合多指灵巧手，主要用于多种不同特征的物体的柔性抓取。
背景技术
作为近几十年的热点，灵巧手作为机器人进行物体抓放操作的关键部件，其研究得到了大量关注,具有广泛的应用。传统的灵巧手一般采用多刚性机电驱动关节手指的设计方式，其动作的柔性往往需要非常复杂的控制技术才能实现，限制了它的使用范围。目前基于气动驱动技术的，诸如由气动人工肌肉等构成的新型柔性灵巧手，具有着很好的运动柔性，在抓取易碎易破等物体方面显现出了优势，但是这类柔性灵巧手往往又不能满足所需要的刚度要求。
因此，为改变现阶段多为单一驱动方式的灵巧手设计现状，设计刚软耦合的多指灵巧手，增加可抓取物体的类型成为一个重要的需求。
本发明提出了一种新的驱动方式，采用腱绳和电磁力联合驱动的驱动方式，相比已有的灵巧手，具有刚软耦合的特点,具有更好的稳定性和抓取力，并且可以适应多种外形具有较大差异的物体，具有很好的适应性和实用性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种腱绳-电磁力联合驱动的刚软耦合多指灵巧手，它具有简单的结构设计，能够适应更多不同类型的物体，采用腱绳拉力和电磁力联合驱动的驱动方式，抓取可靠性高，抓取力大。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：本发明的腱绳-电磁力联合驱动的刚软耦合多指灵巧手由四个机械手指、机械手掌以及传动模块三个部分组成。其中机械手指由五个大小成比例的单关节单元组成。
单关节单元由铁质球形凸球和两片半弧形电磁凹槽组成，关节之间有限制尺寸以确保关节之间的单自由度摆动。其中每根机械手指由四个大小成比例的中间连杆及一个指尖连杆组成,每根手指具有5个俯仰转动关节,整个手爪具有20个自由度。
机械手掌用于连接四个机械手指部分和传动模块。传动模块用于控制各个机械手指部分的舒展和抓取，实现机械爪的驱动。连杆之间有尺寸限制以确保关节只能单个自由度俯仰转动。关节之间有尺寸限制以确保关节只能单个自由度俯仰转动。电磁凹槽按电磁铁原理设计，通电时可以给关节提供位置的保持力矩。
所述的机械手是20个自由度。当抓取指令到来时，灵巧手通过后方机械手臂移动到被抓取物体正上方，控制舒张控制模块和抓紧控制模块来包络被抓物体，当达到所需预紧力后对电磁凹关节通电来达到固紧，把物体抓取。再通过机械手臂的移动抓取物体到指定位置。
本发明的优点在于：
1、设计新颖，操作可靠，结构轻便，便于拆装维护。
2、抓取过程中，灵巧手包络性好，两种驱动方式结合的方式抓取力大，能够适应较重的物体。
3、具有四个灵活的手指，能适应各种不同的物体。
4、可以实现多种抓取方式，工作环境的适应性强。
附图说明
图1是本发明灵巧手的整体结构图；
图2是本发明装置的机械手掌结构图；
图3是本发明装置的抓紧传动模块结构图；
图4是本发明装置的舒张传动模块结构图；
图5是本发明装置的手指连杆结构图。
图6是本发明装置的手指指尖部分图。
上图中的标号名称：1.机械手指101.手指连杆10101.铁质凸球10102.电磁凹槽10103.长方体台阶10104.内部小孔10105.外部小孔102.外侧腱绳103.手指指尖10301.外侧小孔10302.内侧小孔10303.电磁凹槽104.内侧腱绳2.机械手掌3.传动模块201.铁质凸球202.凹槽301.抓紧控制模块302.舒张控制模块30201.舒张控制模块通孔
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案例，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案例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明主要由四个机械手指1、机械手掌2、传动模块3三部分组成如图1所示。其中，机械手指1是该灵巧手的核心部分。机械手指1放置在机械手掌2上，利用传动模块3控制机械手指部分的开合，在抓取到指定物体之后通过传动模块的内侧腱绳104拉紧，再利用机械手指彼此关节间的电磁力进行固定。
图2是本发明装置的机械手掌结构图，通过铁质凸球201来连接四个机械手指1，通过中间的通孔202保证抓紧控制模块301的滑动。机械手掌作为连接部分，起到联通上下的作用。
图3-5所述的是灵巧手的传动模块。抓紧控制模块301利用内侧腱绳104来链接四个单关节单元的内部小孔10104,通过抓紧控制模块301的向上滑动来控制机械手指1的抓紧，抓紧控制模块301在手掌处具有一定的预设滑动空间，即凹槽202，避免滑动时与物体发生干扰；舒张控制模块302利用外侧腱绳102来链接四个连杆的外部小孔10105,通过舒张控制模块302的向上滑动来控制机械手指1的舒张。
图5是机械手指所包含的手指连杆。通过四组手指连杆101中的铁质凸球10101和电磁凹槽10102的配合,利用凹槽的内侧端面与凸球下方长方体台阶的左右端面配合面，使每一个机械手指只能绕电磁凹槽的轴线做俯仰运动,避免手指的周向转动。
图6是机械手指指尖。指尖上端面有外侧小孔10301和内侧小孔10302用来连接外侧腱绳102和内侧腱绳104。作为腱绳的末端固定位置，上端面左右各有一个凹形槽，与连杆机构上的类似，上带有电磁凹槽10303，可以实现指尖的舒张和力矩的保持。
根据上述结构特点可知，一种腱绳-电磁力联合驱动的刚软耦合多指灵巧手，它具有可靠的机械外形，包络性好，能够适应更多不同类型的物体。它是一种利用腱绳-电磁力联合驱动的驱动方式，抓取可靠性高，抓取力大。具有四个灵活的手指，能适应各种不同的物体，并且可以实现多种抓取方式，工作环境的适应性强。

Claims (4)

1.一种腱绳-电磁力联合驱动的刚软耦合多指灵巧手，其特征在于：主要由四根机械手指(1)、机械手掌(2)、传动模块(3)三部分组成；其中，机械手指(1)是该灵巧手的核心部分，其特征在于：所述的机械手指包括四个手指连杆(101)和一个手指指尖(103)，每根手指上的关节由手指连杆(101)的铁质凸球(10101)和电磁凹槽(10102)的配合形成；机械手指(1)设置在机械手掌(2)上，利用传动模块(3)控制机械手指部分的开合，在抓取到指定物体之前，通过传动模块拉紧手指外侧腱绳(102)张开手爪，之后通过传动模块的内侧腱绳(104)的拉紧实现手爪对物体的包络或控制手指指尖(103)捏取，最后再利用机械手指关节中的电磁力对关节进行锁紧固定。
2.根据权利要求1所述的一种腱绳-电磁力联合驱动的刚软耦合多指灵巧手，其特征在于：手爪的抓紧由抓紧控制模块(301)上滑拉紧穿过手指四个连杆内部小孔(10104)的腱绳来实现；手爪的放松则由舒张控制模块(302)上滑拉紧穿过手指四个连杆外部小孔(10105)的腱绳来实现。
3.根据权利要求1所述的一种腱绳-电磁力联合驱动的刚软耦合多指灵巧手，其特征在于：抓紧控制模块(301)利用内侧腱绳(104)来链接四个连杆机构的内部小孔(10104),通过抓紧控制模块(301)的向上滑动来控制机械手指(1)的抓紧；舒张控制模块(302)利用外侧腱绳(102)来链接四个连杆机构的外部小孔(10105),通过舒张控制模块(302)的向上滑动来控制机械手指(1)的舒张；通过机械手掌(2)上的铁质凸球来连接四个机械手指(1)，通过机械手掌(2)中间的通孔保证抓紧控制模块(301)的滑动，而舒张控制模块(302)嵌套在抓紧控制模块(301)上，舒张控制模块通孔(30201)确保舒张控制模块(302)的正常滑动；手指指尖(103)上端面有外侧小孔(10301)和内侧小孔(10302)用来连接外侧腱绳(102)和内侧腱绳(104)，上端面和连杆机构上类似，带有电磁凹槽，可以实现指尖的舒张和力矩的保持。
4.根据权利要求1所述的一种腱绳-电磁力联合驱动的刚软耦合多指灵巧手，其特征在于：所述的手指连杆之间的电磁力的大小可以根据电磁凹槽处所施加的电流的大小而进行调整，从而实现对不同物体使用不同大小的抓取保持力。
CN201811137823.3A 2018-09-28 2018-09-28 一种腱绳-电磁力联合驱动的刚软耦合多指灵巧手 Active CN109176568B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811137823.3A CN109176568B (zh) 2018-09-28 2018-09-28 一种腱绳-电磁力联合驱动的刚软耦合多指灵巧手

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811137823.3A CN109176568B (zh) 2018-09-28 2018-09-28 一种腱绳-电磁力联合驱动的刚软耦合多指灵巧手

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109176568A CN109176568A (zh) 2019-01-11
CN109176568B true CN109176568B (zh) 2021-10-01

Family

ID=64906780

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811137823.3A Active CN109176568B (zh) 2018-09-28 2018-09-28 一种腱绳-电磁力联合驱动的刚软耦合多指灵巧手

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109176568B (zh)

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109807924A (zh) * 2019-04-09 2019-05-28 南京林业大学 一种自适应可变刚度软体手抓
CN110978041A (zh) * 2020-01-03 2020-04-10 广州大学 一种电磁铁驱动柔性微夹持装置
CN111283713A (zh) * 2020-03-30 2020-06-16 安徽轶记机械科技有限公司 一种适用于多种规格的零部件抓取的机械手臂
CN111844095B (zh) * 2020-07-24 2021-08-03 江南大学 测距获取角位移而判别柔性机械手抓持状态的方法与结构
CN112248018A (zh) * 2020-10-13 2021-01-22 武汉轻工大学 一种柔性手爪及机械手
CN112873263A (zh) * 2020-11-24 2021-06-01 北京邮电大学 一种气缸驱动型灵巧手的反射防滑控制***及方法
CN113119155A (zh) * 2021-04-06 2021-07-16 江苏科技大学 一种软性机械抓手及其控制方法
CN113183174B (zh) * 2021-05-25 2022-10-11 北方工业大学 一种基于磁球增强弹性体的软体机器人夹持器
CN113731868B (zh) * 2021-08-26 2023-10-24 天地（常州）自动化股份有限公司 煤矸石分拣用拨爪及矸石拨选方法
CN117921640B (zh) * 2024-03-25 2024-06-07 烟台六好农业科技有限公司 通过夹持对象的种类进行适应调整的机械手

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012129254A2 (en) * 2011-03-21 2012-09-27 Sri International Mobile robotic manipulator system
US9669551B1 (en) * 2013-04-30 2017-06-06 Sandia Corporation Robotic hand and fingers
CN108272509A (zh) * 2018-02-08 2018-07-13 哈尔滨工业大学深圳研究生院 一种悬吊式多操作臂***
CN108312174A (zh) * 2018-04-11 2018-07-24 河北工业大学 一种机器人灵巧手
CN108568837A (zh) * 2017-03-07 2018-09-25 新加坡国立大学 一种绳驱动模块化变关节机械手

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AU2003278994A1 (en) * 2002-09-26 2004-04-19 Barrett Technology, Inc. Intelligent, self-contained robotic hand
DE102005063357A1 (de) * 2005-11-29 2007-05-31 Thyssenkrupp Drauz Nothelfer Gmbh Tragarm für ein Spann- und Zentrierelement eines Greifergerüstes zum Halten von Raumformbauteilen in der Kfz.-Industrie
US10639107B2 (en) * 2013-10-07 2020-05-05 Technion Research And Development Foundation Ltd. Gripper for robotic image guided needle insertion
CN104162892B (zh) * 2014-06-26 2015-12-30 南京航空航天大学 一种拟人机械手
CN107856012A (zh) * 2017-11-06 2018-03-30 张卓琳 一种全方位旋转的钢筋拉拔受力机构

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012129254A2 (en) * 2011-03-21 2012-09-27 Sri International Mobile robotic manipulator system
US9669551B1 (en) * 2013-04-30 2017-06-06 Sandia Corporation Robotic hand and fingers
CN108568837A (zh) * 2017-03-07 2018-09-25 新加坡国立大学 一种绳驱动模块化变关节机械手
CN108272509A (zh) * 2018-02-08 2018-07-13 哈尔滨工业大学深圳研究生院 一种悬吊式多操作臂***
CN108312174A (zh) * 2018-04-11 2018-07-24 河北工业大学 一种机器人灵巧手

Also Published As

Publication number Publication date
CN109176568A (zh) 2019-01-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109176568B (zh) 一种腱绳-电磁力联合驱动的刚软耦合多指灵巧手
CN108312174B (zh) 一种机器人灵巧手
CN104889998B (zh) 具有包络与夹持功能的欠驱动机器人手指装置
CN108994864A (zh) 双腱绳串联式耦合自适应手指装置
CN111098320B (zh) 一种12自由度五指机械手
CN101653941B (zh) 变抓力的滑块式直接欠驱动仿生手装置
CN105150225A (zh) 杆轮并联式捏握复合自适应机器人手指装置
CN103565562A (zh) 一种欠驱动假肢手
CN107891434A (zh) 基于变胞原理的欠驱动机械手
CN205799553U (zh) 绳驱磁流自适应抓持装置
CN113799162B (zh) 面向异形物体的机器人抓取手爪
US20110137423A1 (en) Mechanical joint imitating creatures' joints
CN110171011B (zh) 一种协同驱动的三指机器人灵巧手
CN101693372A (zh) 一种变抓取力的连杆滑块式欠驱动机器人手指装置
CN110696020A (zh) 一种自适应欠驱动机械手
CN109048988A (zh) 一种机械手腕结构装置
SE9800945L (sv) Griporgan med segmenterade armar
CN101628416B (zh) 变抓力的双关节滑块式直接欠驱动机器人手指装置
CN111496828A (zh) 一种机器人末端灵巧型欠驱动仿生抓手
WO2021110059A1 (zh) 一种采用绞盘和腱传动的拮抗式驱动装置
CN109571539A (zh) 可控力的快速抓取杆簇自适应机器人手装置
CN105798935A (zh) 绳驱磁流自适应抓持装置
CN109591038B (zh) 一种具有被动旋转关节的仿人灵巧手及其操作方法
CN109397278A (zh) 仿刺猬磁驱杆球自适应机器人手装置
CN212825441U (zh) 一种绳驱动欠驱五指机械手

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant