一种弹性压杆及三指段平夹自适应机器人手装置

摘要

本发明公开了一种弹性压杆及三指段平夹自适应机器人手装置，属于机器人技术领域。该弹性压杆包括活塞缸、置于活塞缸内的活塞及配套的活塞杆，在所述活塞缸内部设有压缩弹簧，所述压缩弹簧一端抵靠在所述活塞的端面上，另一端抵靠在活塞缸内底面上。该机器人手装置的第一指段、第二指段、弹性压杆、第二连杆构成平行四边形机构，可实现第三指段的平行夹取；由于弹性压杆和扭簧的存在使得第一指段、第二指段、第三指段可自适应物体。该装置用于机器人抓取物体，实现了平行夹取，半包围抓取以及全包围抓取，增加了抓取的可靠性和灵活性；该装置可以抓取不规则物体，利用三个指段自适应物体，对物体的包围更好。

权利要求

1.一种三指段平夹自适应机器人手装置，其特征在于，包括：壳体(100)，其包括基座(110)和固定在基座(110)上的支撑板(120)，所述支撑板(120)上端形成有手掌面(121)；

安装在壳体(100)内部的驱动机构(200)，所述驱动机构(200)包括电动机(210)、丝杠(220)以及连接电动机(210)输出轴和丝杠(220)的联轴器(230)，所述电动机(210)固定在所述基座(110)上；

与所述壳体(100)铰接的手指组件(300)，所述手指组件(300)包括第一连杆(310)、第二连杆(320)、第三连杆(330)、第一指段(340)、第二指段(350)、第三指段(360)、扭簧(370)、弹性压杆(380)和与所述丝杠(220)配合的丝杠螺母(390)；所述第一指段(340)设置有第一限位块(341)，所述第二指段(350)设置有第二限位块(351)，所述第一指段(340)和第二指段(350)通过第四连接销(304)铰接，并且在第四连接销(304)上设置扭簧(370)，在扭簧(370)和第一限位块(341)、第二限位块(351)的共同作用下使第一指段(340)、第二指段(350)在未触碰物体时处于同一直线；

所述丝杠螺母(390)两端与第一连杆(310)近端通过第八连接销(308)铰接，所述第一连杆(310)远端与第二连杆(320)近端通过第七连接销(307)铰接，所述第二连杆(320)远端与弹性压杆(380)和第三连杆(330)近端通过第二连接销(302)铰接，所述第三连杆(330)远端与第三指段(360)中部通过第一连接销(301)铰接，所述第三指段(360)近端与第二指段(350)远端和弹性压杆(380)通过第三连接销(303)铰接，所述第二指段(350)近端与第一指段(340)远端通过第四连接销(304)铰接，所述第一指段(340)近端与壳体(100)通过第六连接销(306)铰接，所述第一连杆(310)下部与壳体(100)通过第五连接销(305)铰接。

2.根据权利要求1所述的三指段平夹自适应机器人手装置，其特征在于，所述第三指段(360)上设有夹持面(361)。

3.根据权利要求1所述的三指段平夹自适应机器人手装置，其特征在于，所述扭簧(370)套设在第四连接销(304)上，扭簧(370)的两端分别搭在第一指段(340)和第二指段(350)上。

4.根据权利要求1所述的三指段平夹自适应机器人手装置，其特征在于，所述壳体(100)上设有插座(130)。

5.根据权利要求1所述的三指段平夹自适应机器人手装置，其特征在于，所述弹性压杆(380)包括活塞缸(381)、置于活塞缸(381)内的活塞(382)及配套的活塞杆(383)，在所述活塞缸(381)内部设有压缩弹簧(384)，所述压缩弹簧(384)一端抵靠在所述活塞(382)的端面上，另一端抵靠在活塞缸内底面上。

6.根据权利要求5所述的三指段平夹自适应机器人手装置，其特征在于，所述活塞缸(381)的尾部形成有第一套筒；所述活塞杆(383)的头部形成有第二套筒，第一套筒与第二套筒的内孔直径相同。

7.根据权利要求6所述的三指段平夹自适应机器人手装置，其特征在于，所述第一套筒的长度小于第二套筒的长度。

8.根据权利要求5所述的三指段平夹自适应机器人手装置，其特征在于，所述压缩弹簧(384)与活塞缸(381)间隙配合。

说明书

一种弹性压杆及三指段平夹自适应机器人手装置

技术领域

[0001] 本发明属于机器人手技术领域，更具体地说，涉及一种弹性压杆及三指段平夹自适应机器人手装置。

背景技术

[0002] 机器人手在机器人领域中有广泛的用途，用于机器人与物体之间建立临时的连接和固定关系，并能够在适当的时候进行释放，前者实现了抓取物体，后者实现了放开物体。
一般的机器人手为了降低成本，被制作成具有两个相对运动的部分，以便于简单地实现抓
取和释放的功能。也有许多模仿人手的结构，设计更多的手指和手指上的若干关节，但是那
样会带来机械系统、传感系统、控制系统和控制算法的复杂度和高昂的成本。部分机器人手
具有适应性，即在抓取前并未知晓要抓取物体的形状与大小，在抓取中也未对抓取的物体
进行传感检测，但是却可以自适应地抓取，这种对于物体形状、大小的自动适应性能使得机
器人手在实现更为广泛抓取不同物体的同时并不增加传感与控制需求。

[0003] 为了解决以上问题完成未知形状物体的抓取，平夹自适应的想法被提出。目前具有平夹自适应功能的机械手以一种具有自适应抓取能力的机械手爪（例如专利公开号：
CN108714909A）为例，其可以实现末端夹持连杆的平夹以及支撑连杆和末端夹持连杆对物
体的自适应包络，但其无法外张撑取物体。

[0004] 国际上目前具备平夹自适应的机械手以ROBOTIQ（专利公开号：US2014265401A1）公司的两指手爪产品为代表。该产品可以实现手指的平行抓取和包围抓取并提供满足大加
持力的要求，但其仅用两个指段去适应物体形状无法实现对物体更加贴合的包络。

发明内容

[0005] 1. 要解决的问题

[0006] 针对现有机器人手装置无法实现对物体更加贴合的包络的问题，本发明提供一种弹性压杆及三指段平夹自适应机器人手装置，该装置用于抓取物体，对物体形状具有自适
应性。

[0007] 2. 技术方案

[0008] 为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：

[0009] 本发明的弹性压杆，包括活塞缸、置于活塞缸内的活塞及配套的活塞杆，在所述活塞缸内部设有压缩弹簧，所述压缩弹簧一端抵靠在所述活塞的端面上，另一端抵靠在活塞
缸内底面上。

[0010] 于本发明一种可能实施方式中，所述活塞缸的尾部形成有第一套筒；所述活塞杆的头部形成有第二套筒，第一套筒与第二套筒的内孔直径相同。

[0011] 于本发明一种可能实施方式中，所述第一套筒的长度小于第二套筒的长度。

[0012] 于本发明一种可能实施方式中，所述压缩弹簧与活塞缸间隙配合。

[0013] 本发明还提供了一种三指段平夹自适应机器人手装置，包括：

[0014] 壳体，其包括基座和固定在基座上的支撑板，所述支撑板上端形成有手掌面；

[0015] 安装在壳体内部的驱动机构，所述驱动机构包括电动机、丝杠以及连接电动机输出轴和丝杠的联轴器，所述电动机固定在所述基座上；

[0016] 与所述壳体铰接的手指组件，所述手指组件包括第一连杆、第二连杆、第三连杆、第一指段、第二指段、第三指段、扭簧、上述的弹性压杆和与所述丝杠配合的丝杠螺母；所述
第一指段设置有第一限位块，所述第二指段设置有第二限位块，所述第一指段和第二指段
通过第四连接销铰接，并且在第四连接销上设置扭簧，在扭簧和第一限位块、第二限位块的
共同作用下使第一指段、第二指段在未触碰物体时处于同一直线；

[0017] 所述丝杠螺母两端与第一连杆近端通过第八连接销铰接，所述第一连杆远端与第二连杆近端通过第七连接销铰接，所述第二连杆远端与弹性压杆和第三连杆近端通过第二
连接销铰接，所述第三连杆远端与第三指段中部通过第一连接销铰接，所述第三指段近端
与第二指段远端和弹性压杆通过第三连接销铰接，所述第二指段近端与第一指段远端通过
第四连接销铰接，所述第一指段近端与壳体通过第六连接销铰接，所述第一连杆下部与壳
体通过第五连接销铰接。

[0018] 所述第二连杆在第二指段触碰到物体后可将弹性压杆压缩，同时推动第三连杆；所述第三指段可在第二指段触碰到物体后被第三连杆推动绕第三连接销转动以适应物体
形状夹持。

[0019] 于本发明一种可能实施方式中，所述第三指段上设有夹持面。

[0020] 于本发明一种可能实施方式中，所述扭簧套设在第四连接销上，扭簧的两端分别搭在第一指段和第二指段上。

[0021] 于本发明一种可能实施方式中，所述壳体上设有插座。

[0022] 3. 有益效果

[0023] 相比于现有技术，本发明的有益效果为：

[0024] 本发明的机器人手装置用三个指段自适应物体，每个手指抓取物体时最多可以有三个接触面对物体的包围更好，使得抓持力较为均匀，抓取效果好；采用丝杠螺母传动可以
获得较大的抓持力，当意外断电时抓持力也不会立即消失；适合在比较恶劣的工作环境中
使用，长期使用的可靠性好，使用寿命长、抓持稳定性高；另外该装置可外张撑取物体，扩大
了对物体的抓取范围。

附图说明

[0025] 图1为本发明三指段平夹自适应机器人手装置整体结构示意图；

[0026] 图2为本发明三指段平夹自适应机器人手装置去除部分壳体示意图；

[0027] 图3为本发明三指段平夹自适应机器人手装置去除部分壳体另一角度示意图；

[0028] 图4为本发明三指段平夹自适应机器人手装置去除部分壳体正视图；

[0029] 图5为本发明三指段平夹自适应机器人手装置合起来结构示意图；

[0030] 图6为本发明三指段平夹自适应机器人手装置平夹物体示意图；

[0031] 图7为本发明三指段平夹自适应机器人手装置自适应物体示意图；

[0032] 图8为图7侧视图；

[0033] 图9为本发明三指段平夹自适应机器人手装置弹性压杆的结构示意图；

[0034] 图10为本发明三指段平夹自适应机器人手装置弹性压杆的剖面图；

[0035] 图中标记为：

[0036] 100、壳体；110、基座；120、支撑板；121、手掌面；130、插座；

[0037] 200、驱动机构；210、电动机；220、丝杠；230、联轴器；

[0038] 300、手指组件；310、第一连杆；320、第二连杆；330、第三连杆；340、第一指段；341、第一限位块；350、第二指段；351、第二限位块；360、第三指段；370、扭簧；380、弹性压杆；
381、活塞缸；3811、第一套筒；382、活塞；383、活塞杆；3831、第二套筒；384、压缩弹簧；390、
丝杠螺母；301、第一连接销；302、第二连接销；303、第三连接销；304、第四连接销；305、第五
连接销；306、第六连接销；307、第七连接销；308、第八连接销。

具体实施方式

[0039] 下文对本发明的示例性实施例进行了详细描述。尽管这些示例性实施例被充分详细地描述以使得本领域技术人员能够实施本发明，但应当理解可实现其他实施例且可在不
脱离本发明的精神和范围的情况下对本发明作各种改变。下文对本发明的实施例的更详细
的描述并不用于限制所要求的本发明的范围，而仅仅为了进行举例说明且不限制对本发明
的特点和特征的描述，以提出执行本发明的最佳方式，并足以使得本领域技术人员能够实
施本发明。因此，本发明的范围仅由所附权利要求来限定。

[0040] 如图1至图10所示，本实施例的三指段平夹自适应机器人手装置，包括：壳体100，其包括基座110和固定在基座110上的支撑板120，所述支撑板120上端形成有手掌面121；安
装在壳体100内部的驱动机构200，所述驱动机构200包括电动机210、丝杠220以及连接电动
机210输出轴和丝杠220的联轴器230，所述电动机固定在所述基座110上；与所述壳体100铰
接的手指组件300，所述手指组件300包括第一连杆310、第二连杆320、第三连杆330、第一指
段340、第二指段350、第三指段360、扭簧370、弹性压杆380和与所述丝杠220配合的丝杠螺
母390；所述第一指段340设置有第一限位块341，所述第二指段350设置有第二限位块351，
所述第一指段340和第二指段350通过第四连接销304铰接，并且在第四连接销304上设置扭
簧370，在扭簧370和第一限位块341、第二限位块351的共同作用下使第一指段340、第二指
段350在未触碰物体时处于同一直线；

[0041] 所述丝杠螺母390两端与第一连杆310近端通过第八连接销308铰接，所述第一连杆310远端与第二连杆320近端通过第七连接销307铰接，所述第二连杆320远端与弹性压杆
380和第三连杆330近端通过第二连接销302铰接，所述第三连杆330远端与第三指段360中
部通过第一连接销301铰接，所述第三指段360近端与第二指段350远端和弹性压杆380通过
第三连接销303铰接，所述第二指段350近端与第一指段340远端通过第四连接销304铰接，
所述第一指段340近端与壳体100通过第六连接销306铰接，所述第一连杆310下部与壳体
100通过第五连接销305铰接。所述第二连杆320在第二指段350触碰到物体后可将弹性压杆
380压缩，同时推动第三连杆330；所述第三指段360可在第二指段350触碰到物体后被第三
连杆330推动绕第三连接销303转动以适应物体形状夹持。

[0042] 本发明设计的三指段平夹自适应机器人手装置的一种实施例，所述壳体100、第一指段340、第二指段350、弹性压杆380、第二连杆320构成平行四边形机构，在该四边形中初
始状态下在扭簧370和第一限位块341、第二限位块351的作用下第一指段340、第二指段350
处于同一直线，并且该条直线与第二连杆320所在直线相互为对边，弹性压杆380所在直线
与壳体100所在直线相互为对边；初始状态下弹性压杆380未被压缩，弹性压杆380、第三指
段360和第三连杆330所在的三角形可看作一个整体，当第二连杆320驱动手指向内侧摆动
时该三角形相对壳体100平动，因此就实现了对物体的平夹功能；当抓取不规则物体时如果
第一指段340或第二指段350触碰到物体，第一指段340和第二指段350可绕第四连接销304
转动适应物体形状，随后第二连杆320进一步摆转压缩弹性压杆380，此时上述三角形底边
变短就迫使第三连杆330推动第三指段360绕第三连接销303转动直到第三指段360触碰到
物体，到此就完成了手指对物体的自适应功能。外扩取物时由于弹性压杆380不可拉伸，弹
性压杆380、第三指段360和第三连杆330所在的三角形可看作一个整体，当第二连杆320驱
动手指向外侧摆动时该三角形相对壳体100平动，此时可通过第三指段360向外平动的方式
从环形物体的内环取起物体。

[0043] 如图3所示，去掉其中一侧的壳体，可以看到内部的结构，电动机210在竖直方向设置，输出轴通过联轴器与丝杠连接，在手掌面121 的下侧面设置有一导向套，丝杆可以深入
导向套中。如图4和图5所示，分别为本实施例机器人手的打开和收缩状态。

[0044] 结合图6至图8，本实施例的机器人手分别夹持方形物体和圆柱形物体，具有很好的自适应性。

[0045] 在图1和图2中可以看出，该机器人手的第三指段360上设有夹持面361，该夹持面361可以设置有橡胶材质的防滑垫，提高摩擦力，有利于机器人手的夹持，尤其是圆柱面的
物体。

[0046] 在图2中，所述扭簧370套设在第四连接销304上，扭簧370的两端分别搭在第一指段340和第二指段350上。扭簧370由一端套装在第四连接销304，围绕第四连接销304可以转
动，当第一指段340和第二指段350转动时，可以对第一指段340和第二指段350施加扭力。

[0047] 在本实施例中，该机器人手为整体结构，其中电动机210需要外接电源，因此在所述壳体100上设有插座130，插座130可以为插接式的，便于连接市电，为机器人手提供电力
供应。

[0048] 本发明为三指段机器人手，目前市场出现了大量的二指段机器人手，相比较，要想实现本发明的三指段机器人手的自适应功能，需要在指段和连杆之间设置弹性压杆380，如
图9和图10所示，弹性压杆380包括活塞缸381、置于活塞缸381内的活塞382及配套的活塞杆
383，在所述活塞缸381内部设有压缩弹簧384，所述压缩弹簧384一端抵靠在所述活塞382的
端面上。

[0049] 此外，所述活塞缸381的尾部形成有第一套筒3811；所述活塞杆383的头部形成有第二套筒3831，第一套筒3811与第二套筒3831的内孔直径相同。所述第一套筒3811的长度
小于第二套筒3831的长度。所述压缩弹簧384与活塞缸381间隙配合。

[0050] 第一套筒3811与第四连接销304套接，第二套筒3831与第五连接销305套接，通过弹性压杆380的作用，使得第二指段350、第三指段360、第二连杆320和第三连杆330形成联
动机构，可以更好的实现机器人手的功能。

[0051] 最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制技术方案，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，
还可以做出若干改进或同等替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，均应涵盖再本发明
的权利要求范围中。