一種新型直線平夾自適應(yīng)手指裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

宋志鵬　張蝶　呂夢(mèng)圓

摘 要：傳統(tǒng)的平夾自適應(yīng)機(jī)器人手指裝置往往只具備平行夾持和自適應(yīng)抓取的功能，這些機(jī)器手雖能在一定程度上實(shí)現(xiàn)自動(dòng)適應(yīng)被抓物體的形狀、尺寸，實(shí)現(xiàn)包絡(luò)、捏夾等抓取動(dòng)作，但是當(dāng)抓取平放的厚度較薄物體時(shí)，便會(huì)徹底喪失抓取能力。本文提出了一種新型的直線平夾自適應(yīng)手指裝置，以克服現(xiàn)有裝置結(jié)構(gòu)的不足之處。

關(guān)鍵詞：機(jī)器人手指；欠驅(qū)動(dòng)；直線平夾

0 引言

機(jī)器人技術(shù)是當(dāng)今科技發(fā)展的重要技術(shù)之一，其末端執(zhí)行裝置機(jī)器人手的結(jié)構(gòu)、功能也在不斷發(fā)展和完善。其中指爪式末端執(zhí)行器具備可完成任務(wù)多樣化的特征，既能對(duì)物體進(jìn)行抓取，也能對(duì)目標(biāo)進(jìn)行裝配、維修等操作，近年來(lái)發(fā)展迅速。

傳統(tǒng)的具有平夾自適應(yīng)功能的欠驅(qū)動(dòng)機(jī)器人手的優(yōu)點(diǎn)是能夠?qū)崿F(xiàn)平行夾持和自適應(yīng)兩種抓取模式，但是在整個(gè)抓取階段，手指末端近似呈現(xiàn)圓弧軌跡，使得這種機(jī)器人手在抓取工作臺(tái)面上的不同尺寸物體時(shí)需要調(diào)整手掌位置，雖然利用傳感器和計(jì)算機(jī)控制機(jī)械臂能夠調(diào)整機(jī)器人手的整體位置，但是在高速抓取和操作中，這是不利的，會(huì)降低工作效率，增加工作時(shí)間。

1 直線平夾自適應(yīng)功能

為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本文提出了一種新型的直線平夾自適應(yīng)欠驅(qū)動(dòng)手。該裝置具有多種抓取模式，既能用平夾捏持方式夾持物體，也能在第一指段接觸物體后轉(zhuǎn)動(dòng)第二指段去自適應(yīng)包絡(luò)物體，對(duì)不同形狀、尺寸的物體具有自適應(yīng)性；該裝置在平行夾持階段能夠達(dá)到第二指段末端沿直線精確運(yùn)動(dòng)，從而適應(yīng)在工作臺(tái)面上平行夾持抓取不同尺寸的物體，而無(wú)需調(diào)整機(jī)器人手整體的位置，降低了成本；采用單個(gè)動(dòng)力源驅(qū)動(dòng)，無(wú)需復(fù)雜的傳感和實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)。圖1 為直線平夾自適應(yīng)手指裝置結(jié)構(gòu)圖。

2 結(jié)構(gòu)介紹

它包括電機(jī)100、基座10、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)110、第一轉(zhuǎn)軸41、第一齒輪51；電機(jī)100固定安裝在基座10中；電機(jī)100的輸出軸與傳動(dòng)機(jī)構(gòu)110的輸入端相連，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)110的輸出端與第一轉(zhuǎn)軸41相連；第一轉(zhuǎn)軸41活動(dòng)套設(shè)在基座10上；第一齒輪51套固在第一轉(zhuǎn)軸41上；其特征在于：該直線平夾自適應(yīng)機(jī)器人手指裝置還包括第一滑軌61、第二滑軌62、第一滑槽、第二滑槽、齒條56、第一滑塊71、第二滑塊72、第一指段20、第二指段30、變速齒輪54、第二齒輪52、過(guò)渡齒輪55、第三齒輪53、第二轉(zhuǎn)軸42、過(guò)渡齒輪55軸43、關(guān)節(jié)軸44、簧件80和限位凸塊90；基座10上設(shè)有第一滑軌61、第二滑軌62、第一滑槽和第二滑槽；齒條56滑動(dòng)套接在第一滑軌61上；齒條56與第一齒輪51相互嚙合，兩者配合形成傳動(dòng)關(guān)系；第一滑塊71滑動(dòng)鑲嵌在第一滑槽中；第二滑塊72滑動(dòng)鑲嵌在第二滑槽中；第一指段20滑動(dòng)套接在第二滑軌62中；變速齒輪54套固在第二轉(zhuǎn)軸42上；變速齒輪54與齒條56嚙合，兩者配合形成傳動(dòng)關(guān)系；第二齒輪52套固在第二轉(zhuǎn)軸42上；第二轉(zhuǎn)軸42活動(dòng)套設(shè)穿過(guò)第一指段20，第二轉(zhuǎn)軸42的一端套設(shè)在第一滑塊71上，另一端套設(shè)在第二滑塊72上；過(guò)渡齒輪55套固在過(guò)渡齒輪55軸43上；過(guò)渡齒輪55軸43活動(dòng)套設(shè)在第一指段20中；第三齒輪53套固在關(guān)節(jié)軸44上；關(guān)節(jié)軸44活動(dòng)套設(shè)在第一指段20中；第二指段30與第三齒輪53固接；第二齒輪52與過(guò)渡齒輪55相嚙合，過(guò)渡齒輪55與第三齒輪53相嚙合，過(guò)渡齒輪55使得從第二齒輪52到第三齒輪53的傳動(dòng)為同向傳動(dòng)；簧件80的兩端分別連接變速齒輪54和第一滑塊71；變速齒輪54和第一滑塊71上分別設(shè)有固定的限位凸塊90，在初始狀態(tài)時(shí)，兩個(gè)限位凸塊90相接觸，限位凸塊90限制變速齒輪54相對(duì)于第一滑塊71在初始狀態(tài)時(shí)發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)。

3 功能原理

本裝置的工作原理，結(jié)合附圖介紹如下：

電機(jī)100轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)110帶動(dòng)第一轉(zhuǎn)軸41轉(zhuǎn)動(dòng)，套固在第一轉(zhuǎn)軸41上的第一齒輪51轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)齒條56在第一滑軌61上直線移動(dòng)。

在抓取過(guò)程中，在第一指段20未觸碰物體時(shí)，由于簧件80、限位凸塊90的作用，變速齒輪54不會(huì)相對(duì)于齒條56發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，變速齒輪54不會(huì)相對(duì)于第一滑塊71轉(zhuǎn)動(dòng)，第二齒輪52、過(guò)渡齒輪55和第三齒輪53不會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)，即第二指段不會(huì)相對(duì)于第一指段發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)；此時(shí)第一滑塊71、第二滑塊72、第二轉(zhuǎn)軸42、第一指段20、第二指段30和齒條56將作為“一個(gè)構(gòu)件”直線同步平移，實(shí)現(xiàn)直線平行夾持抓取效果。

在第一指段20接觸物體時(shí)，電機(jī)100繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，由于第一指段20和套設(shè)穿過(guò)在第一指段20的第二轉(zhuǎn)軸42的平移運(yùn)動(dòng)受到限制，簧件80將會(huì)發(fā)生變形，變速齒輪54相對(duì)于第一滑塊71發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，第二齒輪52轉(zhuǎn)動(dòng)；由于第二齒輪52、過(guò)渡齒輪55和第三齒輪53的同向傳動(dòng)關(guān)系，第三齒輪53轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)固接在第三齒輪53上的第二指段30轉(zhuǎn)動(dòng)，直到第二指段30接觸物體，抓取結(jié)束，實(shí)現(xiàn)了自適應(yīng)抓取效果。

本實(shí)施例釋放物體時(shí)，電機(jī)100反轉(zhuǎn)，釋放過(guò)程與上述抓取過(guò)程相反，不再贅述。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文提出了一種新型直線平夾自適應(yīng)手指裝置，并對(duì)功能原理進(jìn)行了較為詳盡的闡述。裝置整體構(gòu)造簡(jiǎn)單，摩擦損耗小，效率高，較容易制造安裝。

該裝置可以實(shí)現(xiàn)直線平夾自適應(yīng)抓取功能，該裝置的抓取模式為直線平行夾持與自適應(yīng)復(fù)合抓取模式：既能在平行夾持階段能夠達(dá)到第二指段末端沿直線精確運(yùn)動(dòng)，用直線平夾捏持方式夾持物體；也能在第一指段接觸物體后轉(zhuǎn)動(dòng)第二指段去自適應(yīng)包絡(luò)物體，對(duì)不同形狀、尺寸的物體具有自適應(yīng)性。

相比較于普通的平夾自適應(yīng)手指裝置，該直線平夾自適應(yīng)手指裝置在保有其原有功能的基礎(chǔ)上，能更加高效地在工作臺(tái)面上平行夾持抓取厚度較薄的物體，而無(wú)需額外復(fù)雜的傳感和實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)，提高了工作效率。

該裝置僅采用單個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，無(wú)需復(fù)雜的傳感和實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造成本低，同時(shí)抓取范圍廣，工作效率高，適用于各種需要抓取不同物體的機(jī)器人，具有較高的實(shí)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

[1] 張文增，陳強(qiáng)，孫振國(guó)，等. 一種自適應(yīng)擬人手指抓持力分析與結(jié)構(gòu)優(yōu)化[J]. 機(jī)械設(shè)計(jì)與研究， 2003 ，19（05）： 16-19.

[2] 梁達(dá)堯，張文增. 平夾自適應(yīng)欠驅(qū)動(dòng)手的參數(shù)優(yōu)化與穩(wěn)定性分析[J]. 機(jī)器人， 2017，39 （03）： 282-291.

[3] 李義梅，梁偉東. LIPSA_L手_直線平夾自適應(yīng)機(jī)器人手[J]. 機(jī)電工程技術(shù)， 2017，46 （08）： 79-82.

[4] 楚中毅，周苗. 胡健，等. 主被動(dòng)復(fù)合驅(qū)動(dòng)自適應(yīng)指爪機(jī)構(gòu)的抓取模式分析[J]. 航空學(xué)報(bào)， 2014，35 （12）： 79-82.