支撐連桿帶輪傳動直線平動機器人手裝置的制作方法

本發明屬于機器人手技術領域，特別涉及一種支撐連桿帶輪傳動直線平動機器人手裝置的結構設計。

背景技術：

末端夾持器是機器人的重要部件之一。機器人通過使用末端夾持器夾持、操作與釋放物體，完成操作者安排好的動作。由于不同物體的形狀不同，尺寸差異比較大，在工業中大量采用的都是具有相對的手指的末端夾持器，這種具有相對手指的夾持器針對多數物體抓取任務都能夠良好完成穩定抓取，并且末端夾持器的制造成本低，可靠性非常高。類似人手，采用兩個或多個手指相對去夾取物體時，一般需要兩個手指的末端指段相互平行，這樣可以獲得較好的抓取效果，具有這種功能的手爪稱為平動夾持器。現有的平動夾持器的手指在開合階段會產生一個圓弧軌跡，雖然兩指末端指段保持了平行，但是在抓取桌面上物體時，僅僅依靠夾持器的電機運動是不能實現良好抓取的，因為手指在開合階段，手指的末端指段的高低位置隨著開合角度的不同而變化，因此根據物體的不同大小，抓取時需要機器人臂部(工業機器人)的多個關節運動的配合才能實現對物體的抓取。相當多的直線平動裝置被開發出來并用作工業機器人的末端執行器，它們均有滑槽約束，體積大，重量大，抓取物體的范圍有限。

技術實現要素：

本發明的目的是為了克服已有技術的不足之處，提供一種支撐連桿帶輪傳動直線平動機器人手裝置。該裝置能實現沿著近似水平直線平行夾持的抓取效果，末端指段在手指開合的過程中幾乎不發生高度方向的位移，對中抓取，開合抓取時大幅度減少機器人臂部關節的配合，抓取范圍大，同時體積小、成本低，適用于安裝在機器人上作為末端夾持器使用。

本發明的技術方案如下：

本發明設計的一種支撐連桿帶輪傳動直線平動機器人手裝置，其特征在于：包括基座、電機、減速器、傳動機構和至少兩個手指單元；所述電機與基座固接；所述電機的輸出軸與減速器的輸入軸相連，所述減速器的輸出軸與傳動機構的輸入軸相連；所述手指單元包括第一指段、第二指段、第一軸、第二軸、第三軸、第四軸、第五軸、第一連桿、第二連桿、第三連桿、第一傳動輪、第二傳動輪、第三傳動輪、第一傳動件和第二傳動件；所述第一軸、第二軸、第三軸、第四軸和第五軸相互平行；所述傳動機構的輸出軸與第一軸相連；所述第一軸活動套設在基座中；所述第一連桿的一端套固在第一軸上，所述第二軸活動套設在第一連桿的另一端中；所述第二連桿的一端活動套設在第二軸上，所述第二連桿的另一端活動套設在第四軸上，所述第三軸活動套設在第二連桿的中部；所述第三連桿的一端活動套接在第三軸上，第三連桿的另一端活動套接在第五軸上，所述第五軸活動套設在基座中；所述第一指段與第二連桿固接，所述第二指段套接在第四軸上；所述第一傳動輪活動套接在第五軸上，所述第一傳動輪與基座固接；所述第二傳動輪活動套接在第三軸上，所述第三傳動輪套接在第五軸上；所述第三傳動輪與第二指段固接；所述第一傳動件連接第一傳動輪和第二傳動輪，所述第一傳動件采用傳動帶、鏈條或腱繩，所述第一傳動輪采用帶輪、鏈輪或繩輪；所述第二傳動輪采用帶輪、鏈輪或繩輪；所述第一傳動件、第一傳動輪和第二傳動輪三者構成帶輪傳動關系、鏈輪傳動關系或繩輪傳動關系，所述第一傳動件呈O形；所述第二傳動件連接第二傳動輪和第三傳動輪，所述第二傳動件采用傳動帶、鏈條或腱繩，所述第三傳動輪采用帶輪、鏈輪或繩輪；所述第二傳動件、第二傳動輪和第三傳動輪構成帶輪傳動關系、鏈輪傳動關系或繩輪傳動關系，所述第二傳動件呈O形；設第一傳動輪到第二傳動輪的傳動比為i，第二傳動輪到第三傳動輪的傳動比為j，ij＝1；設第一軸的中心為點A，第二軸的中心為點B，第三軸的中心為點C，第四軸的中心為點D，第五軸的中心為點E，線段BC的長度、線段CD的長度和線段CE的長度三者相等，線段AE的長度等于線段AB的長度的2倍，線段CE的長度是線段AB的長度的2.5倍。

本發明與現有技術相比，具有以下優點和突出性效果：

本發明裝置利用電機、連桿傳動機構、帶輪傳動機構等綜合實現了沿著近似水平直線平行夾持的抓取效果，末端指段在手指開合的過程中幾乎不發生高度方向的位移，對中抓取，開合抓取時大幅度減少機器人臂部關節的配合，抓取范圍大，抓取穩定可靠；該裝置結構簡單、體積小、重量輕，加工、裝配和維修成本低，適用于安裝在機器人上作為末端夾持器使用。

附圖說明

圖1是本發明設計的支撐連桿帶輪傳動直線平動機器人手裝置的一種實施例的立體外觀圖。

圖2是圖1所示實施例的側視外觀圖(未畫出部分零件)。

圖3是圖1所示實施例的立體觀圖(未畫出部分零件)。

圖4是圖2的右側視圖(未畫出部分零件)。

圖5是連桿原理示意圖。

圖6至圖8是圖1所示實施例抓取物體過程示意圖。

在圖1至圖8中：

1－基座， 2－手指單元， 3－電機， 31－減速器，

41－第一錐齒輪， 42－第二錐齒輪， 43－過渡軸， 44－第一齒輪，

45－第二齒輪， 51－第一帶輪， 52－第二帶輪， 53－傳動帶，

21－第一指段， 22－第二指段， 61－第一軸， 62－第二軸，

63－第三軸， 64－第四軸， 65－第五軸， 71－第一連桿，

72－第二連桿， 73－第三連桿， 81－第一傳動輪， 82－第二傳動輪，

83－第三傳動輪， 84－第一傳動件， 85－第二傳動件， 9－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明的具體結構、工作原理的內容。

本發明設計的支撐連桿帶輪傳動直線平動機器人手裝置的一種實施例，如圖1至圖4所示，包括基座1、電機3、減速器31、傳動機構和兩個手指單元2；所述電機3與基座1固接；所述電機3的輸出軸與減速器31的輸入軸相連，所述減速器31的輸出軸與傳動機構的輸入軸相連；所述手指單元2包括第一指段21、第二指段22、第一軸61、第二軸62、第三軸63、第四軸64、第五軸65、第一連桿71、第二連桿72、第三連桿73、第一傳動輪81、第二傳動輪82、第三傳動輪83、第一傳動件84和第二傳動件85；所述第一軸61、第二軸62、第三軸63、第四軸64和第五軸65相互平行；所述傳動機構的輸出軸與第一軸61相連；所述第一軸61活動套設在基座1中；所述第一連桿71的一端套固在第一軸61上，所述第二軸62活動套設在第一連桿71的另一端中；所述第二連桿72的一端活動套設在第二軸62上，所述第二連桿72的另一端活動套設在第四軸64上，所述第三軸63活動套設在第二連桿72的中部；所述第三連桿73的一端活動套接在第三軸63上，第三連桿73的另一端活動套接在第五軸85上，所述第五軸85活動套設在基座1中；所述第一指段21與第二連桿72固接，所述第二指段22套接在第四軸64上；所述第一傳動輪81活動套接在第五軸65上，所述第一傳動輪81與基座1固接；所述第二傳動輪82活動套接在第三軸63上，所述第三傳動輪83套接在第五軸65上；所述第三傳動輪83與第二指段22固接；所述第一傳動件84連接第一傳動輪81和第二傳動輪82，所述第一傳動件84采用傳動帶、鏈條或腱繩，所述第一傳動輪81采用帶輪、鏈輪或繩輪；所述第二傳動輪82采用帶輪、鏈輪或繩輪；所述第一傳動件84、第一傳動輪81和第二傳動輪82三者構成帶輪傳動關系、鏈輪傳動關系或繩輪傳動關系，所述第一傳動件84呈O形；所述第二傳動件85連接第二傳動輪82和第三傳動輪83，所述第二傳動件85采用傳動帶、鏈條或腱繩，所述第三傳動輪83采用帶輪、鏈輪或繩輪；所述第二傳動件85、第二傳動輪82和第三傳動輪83構成帶輪傳動關系、鏈輪傳動關系或繩輪傳動關系，所述第二傳動件85呈O形；設第一傳動輪81到第二傳動輪82的傳動比為i，第二傳動輪82到第三傳動輪83的傳動比為j，ij＝1；設第一軸61的中心為點A，第二軸62的中心為點B，第三軸63的中心為點C，第四軸64的中心為點D，第五軸65的中心為點E，線段BC的長度、線段CD的長度和線段CE的長度三者相等，線段AE的長度等于線段AB的長度的2倍，線段CE的長度是線段AB的長度的2.5倍。

在本實施例中，第一傳動輪81到第二傳動輪82的傳動比為1，第二傳動輪82到第三傳動輪83的傳動比為1，故滿足ij＝1。

本實施例中，兩個手指布置在相對稱的位置。

本實施例中，所述傳動機構包括第一錐齒輪41、第二錐齒輪42、過渡軸43、第一齒輪44、第二齒輪45、第一帶輪51、第二帶輪52和傳動帶53；所述第一錐齒輪41套固在減速器31的輸出軸上，所述第一錐齒輪41與第二錐齒輪42嚙合，所述第二錐齒輪42套固在過渡軸43上，所述過渡軸43活動套設在基座1中，所述第一齒輪44套固在過渡軸43上，所述第一齒輪44與第二齒輪45嚙合，所述第二齒輪45套固在一個手指單元(圖3中左方的手指單元)中的第一軸61上；所述第一帶輪51套固在過渡軸43上，所述第二帶輪52套固在另一個手指單元(圖3中右方的手指單元)中的第一軸61上，所述傳動帶53分別連接第一帶輪51和第二帶輪52。

本實施例的工作原理，結合附圖敘述如下：

本實施例的初始狀態如圖1、圖2或圖3所示。本實施例中有兩個結構相同的手指單元2，以圖2中右邊的一個手指單元2為例說明工作原理。

電機3正向轉動，如圖3所示，通過減速器31，帶動了第一錐齒輪41轉動，第二錐齒輪42轉動，過渡軸43轉動，第一帶輪51轉動，通過傳動帶53使得第二帶輪52轉動，圖3中右方的手指單元2中的第一軸61轉動，帶動第一連桿71逆時針轉動；由于第一連桿71、第二連桿72和第三連桿73與基座構成的四連桿機構會產生如圖5所示的動作原理，即當第一連桿71從最上方逆時針轉動到最下方的過程中，第四軸64的中心點D會沿著近似直線向左平移，該平移軌跡線平行于線段AE，在圖5中為水平線。

由于從第一傳動輪81經過第一傳動件84、第二傳動輪82、第二傳動件85到第三傳動輪83的傳動為等速傳動，且第一傳動輪81與基座1固接，因而第三傳動輪83相對于基座1始終保持不變的姿態——不會相對基座1轉動，因而與第三傳動輪83固接的第二指段22也就相對于基座1始終保持初始的姿態。

綜合上述兩方面，第二指段22將相對于基座1沿著近似直線平動。所述支撐連桿帶輪傳動直線平動機器人手裝置中的兩個手指單元2為對稱布置，兩個對稱的手指單元中的第二指段22會沿著近似水平線的方向相對運動，達到對中抓取、平行夾持抓取和沿著近似直線運動的效果，當第二指段22接觸物體9時，抓取結束，達到了平夾抓取效果。

本實施例抓取物體的過程示意圖如圖6至圖8所示。

釋放物體9時，電機3反向轉動，如圖2所示，第一連桿71順時針轉動，第二指段22向右沿近似直線平動離開物體9，達到釋放物體。

本發明裝置利用電機、連桿傳動機構、帶輪傳動機構等綜合實現了沿著近似水平直線平行夾持的抓取效果，末端指段在手指開合的過程中幾乎不發生高度方向的位移，對中抓取，開合抓取時大幅度減少機器人臂部關節的配合，抓取范圍大，抓取穩定可靠；該裝置結構簡單、體積小、重量輕，加工、裝配和維修成本低，適用于安裝在機器人上作為末端夾持器使用。