一种新型直线平夹自适应手指装置的结构设计

宋志鹏　张蝶　吕梦圆

摘 要：传统的平夹自适应机器人手指装置往往只具备平行夹持和自适应抓取的功能，这些机器手虽能在一定程度上实现自动适应被抓物体的形状、尺寸，实现包络、捏夹等抓取动作，但是当抓取平放的厚度较薄物体时，便会彻底丧失抓取能力。本文提出了一种新型的直线平夹自适应手指装置，以克服现有装置结构的不足之处。

关键词：机器人手指；欠驱动；直线平夹

0 引言

机器人技术是当今科技发展的重要技术之一，其末端执行装置机器人手的结构、功能也在不断发展和完善。其中指爪式末端执行器具备可完成任务多样化的特征，既能对物体进行抓取，也能对目标进行装配、维修等操作，近年来发展迅速。

传统的具有平夹自适应功能的欠驱动机器人手的优点是能够实现平行夹持和自适应两种抓取模式，但是在整个抓取阶段，手指末端近似呈现圆弧轨迹，使得这种机器人手在抓取工作台面上的不同尺寸物体时需要调整手掌位置，虽然利用传感器和计算机控制机械臂能够调整机器人手的整体位置，但是在高速抓取和操作中，这是不利的，会降低工作效率，增加工作时间。

1 直线平夹自适应功能

为克服现有技术的不足之处，本文提出了一种新型的直线平夹自适应欠驱动手。该装置具有多种抓取模式，既能用平夹捏持方式夹持物体，也能在第一指段接触物体后转动第二指段去自适应包络物体，对不同形状、尺寸的物体具有自适应性；该装置在平行夹持阶段能够达到第二指段末端沿直线精确运动，从而适应在工作台面上平行夹持抓取不同尺寸的物体，而无需调整机器人手整体的位置，降低了成本；采用单个动力源驱动，无需复杂的传感和实时控制系统。图1 为直线平夹自适应手指装置结构图。

2 结构介绍

它包括电机100、基座10、传动机构110、第一转轴41、第一齿轮51；电机100固定安装在基座10中；电机100的输出轴与传动机构110的输入端相连，传动机构110的输出端与第一转轴41相连；第一转轴41活动套设在基座10上；第一齿轮51套固在第一转轴41上；其特征在于：该直线平夹自适应机器人手指装置还包括第一滑轨61、第二滑轨62、第一滑槽、第二滑槽、齿条56、第一滑块71、第二滑块72、第一指段20、第二指段30、变速齿轮54、第二齿轮52、过渡齿轮55、第三齿轮53、第二轉轴42、过渡齿轮55轴43、关节轴44、簧件80和限位凸块90；基座10上设有第一滑轨61、第二滑轨62、第一滑槽和第二滑槽；齿条56滑动套接在第一滑轨61上；齿条56与第一齿轮51相互啮合，两者配合形成传动关系；第一滑块71滑动镶嵌在第一滑槽中；第二滑块72滑动镶嵌在第二滑槽中；第一指段20滑动套接在第二滑轨62中；变速齿轮54套固在第二转轴42上；变速齿轮54与齿条56啮合，两者配合形成传动关系；第二齿轮52套固在第二转轴42上；第二转轴42活动套设穿过第一指段20，第二转轴42的一端套设在第一滑块71上，另一端套设在第二滑块72上；过渡齿轮55套固在过渡齿轮55轴43上；过渡齿轮55轴43活动套设在第一指段20中；第三齿轮53套固在关节轴44上；关节轴44活动套设在第一指段20中；第二指段30与第三齿轮53固接；第二齿轮52与过渡齿轮55相啮合，过渡齿轮55与第三齿轮53相啮合，过渡齿轮55使得从第二齿轮52到第三齿轮53的传动为同向传动；簧件80的两端分别连接变速齿轮54和第一滑块71；变速齿轮54和第一滑块71上分别设有固定的限位凸块90，在初始状态时，两个限位凸块90相接触，限位凸块90限制变速齿轮54相对于第一滑块71在初始状态时发生转动。

3 功能原理

本装置的工作原理，结合附图介绍如下：

电机100转动，通过传动机构110带动第一转轴41转动，套固在第一转轴41上的第一齿轮51转动，带动齿条56在第一滑轨61上直线移动。

在抓取过程中，在第一指段20未触碰物体时，由于簧件80、限位凸块90的作用，变速齿轮54不会相对于齿条56发生转动，变速齿轮54不会相对于第一滑块71转动，第二齿轮52、过渡齿轮55和第三齿轮53不会转动，即第二指段不会相对于第一指段发生转动；此时第一滑块71、第二滑块72、第二转轴42、第一指段20、第二指段30和齿条56将作为“一个构件”直线同步平移，实现直线平行夹持抓取效果。

在第一指段20接触物体时，电机100继续转动，由于第一指段20和套设穿过在第一指段20的第二转轴42的平移运动受到限制，簧件80将会发生变形，变速齿轮54相对于第一滑块71发生转动，第二齿轮52转动；由于第二齿轮52、过渡齿轮55和第三齿轮53的同向传动关系，第三齿轮53转动，带动固接在第三齿轮53上的第二指段30转动，直到第二指段30接触物体，抓取结束，实现了自适应抓取效果。

本实施例释放物体时，电机100反转，释放过程与上述抓取过程相反，不再赘述。

4 结束语

本文提出了一种新型直线平夹自适应手指装置，并对功能原理进行了较为详尽的阐述。装置整体构造简单，摩擦损耗小，效率高，较容易制造安装。

该装置可以实现直线平夹自适应抓取功能，该装置的抓取模式为直线平行夹持与自适应复合抓取模式：既能在平行夹持阶段能够达到第二指段末端沿直线精确运动，用直线平夹捏持方式夹持物体；也能在第一指段接触物体后转动第二指段去自适应包络物体，对不同形状、尺寸的物体具有自适应性。

相比较于普通的平夹自适应手指装置，该直线平夹自适应手指装置在保有其原有功能的基础上，能更加高效地在工作台面上平行夹持抓取厚度较薄的物体，而无需额外复杂的传感和实时控制系统，提高了工作效率。

该装置仅采用单个电机驱动，无需复杂的传感和实时控制系统，结构简单，制造成本低，同时抓取范围广，工作效率高，适用于各种需要抓取不同物体的机器人，具有较高的实用价值。

参考文献：

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