CN105364935B - 一种三指三自由度构型机器人手爪 - Google Patents

Abstract

一种三指三自由度构型机器人手爪，属于机器人技术领域。该机器人手爪是一种介于灵巧手以及单一自由度的夹持器之间的机器人手爪，能够满足对不同形状、尺寸物体的抓握。手指一底部固定于手掌盖板上表面，手指二底部设置在外壳内并与手掌盖板转动连接，手指三底部设置在外壳内并与手掌盖板转动连接，三个手指基关节同步弯曲机构、三个手指末端关节同步弯曲机构以及手指二和手指三相对手掌耦合相向转动机构均设置在外壳内，三个手指基关节同步弯曲机构通过三个手指的基关节腱鞘驱动机构驱动三个手指的基关节同步弯曲转动；三个手指末端关节同步弯曲机构通过三个手指的末端关节腱鞘驱动机构驱动三个手指的末端关节同步弯曲转动。本发明用于抓取物体。

Description

一种三指三自由度构型机器人手爪

技术领域

本发明涉及一种机器人手爪，属于机器人技术领域。

背景技术

机器人手爪作为机器人末端的操作工具，其抓握能力、操作能力、可靠性等对机器人系统的工作水平具有重要的影响。

目前应用的机器人手爪，主要有两类。一类是以模仿人手能力为目标的机器人灵巧手，具有很强的抓握能力和操作能力，但其主要问题是自由度多、结构复杂、可靠性低、控制算法复杂，限制了其广泛应用。另一类是只有单一自由度的夹持器，动作简单、可靠性高，问题是难以对不同形状、尺寸物体的抓取，通用性和扩展性差。综上，在机器人领域亟待需要一种介于灵巧手以及单一自由度的夹持器之间的机器人手爪，能够满足对不同形状、尺寸物体的抓握。

发明内容

本发明的目的是提供一种三指三自由度构型机器人手爪，它是一种介于灵巧手以及单一自由度的夹持器之间的机器人手爪，能够满足对不同形状、尺寸物体的抓握。

本发明的发明目的是通过以下技术方案实现的：

一种三指三自由度构型机器人手爪，包括手掌、连接法兰、电路板、转动支撑部件一、转动支撑部件二和三个手指，所述的三个手指结构均相同，三个手指分别是手指一、手指二及手指三；所述的手掌包括手掌盖板、手掌外壳、支架一及支架二，所述的手掌外壳上端与手掌盖板固连，手掌外壳下端与连接法兰固连，所述的支架一和支架二均设置在手掌外壳内并与手掌盖板固连，所述的电路板设置在手掌外壳内并与支架一和支架二固连；所述的三指三自由度构型机器人手爪还包括三个手指基关节同步弯曲机构、三个手指末端关节同步弯曲机构以及手指二和手指三相对手掌耦合相向转动机构，所述的手指一的底部固定于手掌盖板上表面，手掌盖板上设有通孔一和通孔二，所述的手指二的底部穿过手掌盖板的通孔一设置在手掌外壳内，且手指二的底部通过转动支撑部件一与手掌盖板转动连接，所述的手指三的底部穿过手掌盖板的通孔二设置在手掌外壳内，且手指三的底部通过转动支撑部件二与手掌盖板转动连接，手指一的底部中心、手指二的底部中心及手指三的底部中心的连线构成等边三角形；所述的三个手指基关节同步弯曲机构、三个手指末端关节同步弯曲机构以及手指二和手指三相对手掌耦合相向转动机构均设置在手掌外壳内，且三个手指基关节同步弯曲机构和三个手指末端关节同步弯曲机构均通过支架一支撑，所述的手指二和手指三相对手掌耦合相向转动机构通过支架二支撑；三个手指基关节同步弯曲机构通过三个手指的基关节腱鞘驱动机构驱动三个手指的基关节同步弯曲转动；三个手指末端关节同步弯曲机构通过三个手指的末端关节腱鞘驱动机构驱动三个手指的末端关节同步弯曲转动。

本发明具有以下有益效果：

1、本发明能实现三指三自由度驱动，即分别能实现三个手指基关节同步转动、三个手指末端关节同步转动、手指二和手指三相对手掌的耦合相向旋转。

2、手掌的上表面布置了三个手指，其中手指一的基座相对手掌不能转动，手指二和手指三的基座相对手掌可耦合相向转动，转动范围为0~90°。

3、在手掌内部集成的三个驱动器（基关节同步转动驱动器、末端关节同步转动驱动器以及手指二和手指三耦合相向转动驱动器），基关节同步转动驱动器实现了三个手指基关节的同步弯曲转动，末端关节同步转动驱动器实现了三个手指末端关节的同步弯曲转动，手指二和手指三耦合相向转动驱动器实现了手指二和手指三相对手掌耦合相向转动。

4、本发明在机器人灵巧手与简单夹持工具之间进行了平衡，降低了机器人灵巧手的自由度、复杂度，提高了简单夹持工具的操作能力，利用尽可能少的自由度，来完成对不同形状、尺寸物体的抓握，同时具有操作能力强、结构简单、可靠性高的突出优点。

附图说明

图1是本发明的三指三自由度构型机器人手爪的手指的主视立体图；

图2是图1的后视立体图；

图3是本发明的三指三自由度构型机器人手爪的手指的主剖视图；

图4是腱鞘驱动机构一（也称力传动链）的立体图；

图5是集成有力矩过载保护块一的近指节力矩传感器的主视图；

图6是集成有力矩过载保护块二的末端指节力矩传感器的主视图；

图7是图4的A部分的局部放大图；

图8是图4的B部分的局部放大图；

图9是图4的C部分的局部放大图；

图10是图4的D部分的局部放大图；

图11是本发明的三指三自由度构型机器人手爪的整体结构的立体图；

图12是本发明的三指三自由度构型机器人手爪的主剖视图；

图13是本发明的三指三自由度构型机器人手爪去掉手掌侧壁的主视立体图；

图14是图13的仰视立体图；

图15是手掌内固定有三个手指基关节同步弯曲机构的仰视剖视图；

图16是手掌内固定有三个手指基关节同步弯曲机构的主视剖视图；

图17是手掌内固定有手指二和手指三耦合相向转动驱动器的主剖视图；

图18是手掌内装配有连杆一、连杆二、转动件一、转动件二、限位开关一及限位开关二的仰视图；

图19是图12的E部分的局部放大图；

图20是图12的F部分的局部放大图；

图21是图12的G部分的局部放大图；

图22是图12的H部分的局部放大图；

图23是图14的I部分的局部放大图。

图中：基座1、近指节2、近指节左侧板2-1、近指节右侧板2-2、近指节前盖板2-3、近指节后盖板2-4、近指节前板胶垫2-5、近指节传力件2-6、近指节应变梁2-6-1、集成有力矩过载保护块一的近指节力矩传感器2-7、近指节支撑轴承2-8、末端指节3、末端指节左侧板3-1、末端指节右侧板3-2、末端指节盖板3-3、末端指节接触胶垫3-4、末端指节传力件3-5、末端指节应变梁3-5-1、套筒一3-5-2、套筒二3-5-3、集成有力矩过载保护块二的末端指节力矩传感器3-6、末端指节支撑轴承3-7、基关节4、基关节轴一4-1、基关节轴套一4-2、基关节腱轮一4-3、基关节回复扭簧4-4、基关节轴端轴承4-5、末端关节5、末端关节轴一5-1、末端关节腱轮一5-2、末端关节回复扭簧5-3、末端关节轴端轴承5-4、基关节腱6-1、基关节腱鞘6-2、末端关节腱6-3、末端关节腱鞘6-4、手掌7、连接法兰8、基关节同步转动驱动器9、手指一10、手指二11、手指三12、支架一13、电路板14、基关节支撑轴承一15、基关节轴套二16、基关节蜗杆17、基关节蜗轮18、基关节腱轮二19、基关节轴二20、基关节支撑轴承二21、基关节端盖22、末端关节同步转动驱动器23、末端关节轴套24、末端关节蜗杆25、末端关节蜗轮26、末端关节腱轮二27、末端关节轴二28、末端关节支撑轴承二29、末端关节端盖30、检测电路板一31-1、磁钢一31-2、检测电路板二32-1、磁钢二32-2、基关节鞘管33、末端关节鞘管34、末端关节支撑轴承一35、手指二11和手指三12耦合相向转动驱动器36、直齿轮一37、支架二39、直齿轮二40、手掌端盖41、丝杠42、螺母43、连杆一44、连杆二45、转动件一46、转动件二47、限位开关一48、限位开关二49、手掌盖板51、手掌外壳52、支撑轴承一53、端盖一54、支撑轴承二55、端盖二56、连接端盖57、手掌支撑轴承58。

具体实施方式

具体实施方式一：如图1~图20所示，一种三指三自由度构型机器人手爪，包括手掌7、连接法兰8、电路板14、转动支撑部件一、转动支撑部件二和三个手指（即指三指），所述的三个手指结构均相同，三个手指分别是手指一10、手指二11及手指三12；所述的手掌7包括手掌盖板51、手掌外壳52、支架一13及支架二39，所述的手掌外壳52上端与手掌盖板51（通过螺钉）固连，手掌外壳52下端与连接法兰8（通过螺钉）固连，所述的支架一13和支架二39均设置在手掌外壳52内并与手掌盖板51（通过螺钉）固连，所述的电路板14设置在手掌外壳52内并（通过螺钉）与支架一13和支架二39固连；所述的三指三自由度构型机器人手爪还包括三个手指基关节同步弯曲机构、三个手指末端关节同步弯曲机构以及手指二11和手指三12相对手掌7耦合相向转动机构，所述的手指一10的底部固定于手掌盖板51上表面，手掌盖板51上设有通孔一和通孔二，所述的手指二11的底部穿过手掌盖板51的通孔一设置在手掌外壳52内，且手指二11的底部通过转动支撑部件一与手掌盖板51转动连接，所述的手指三12的底部穿过手掌盖板51的通孔二设置在手掌外壳52内，且手指三12的底部通过转动支撑部件二与手掌盖板51转动连接（从而实现了手指二11和手指三12的底部分别相对手掌盖板51的旋转，耦合相向旋转，旋转角度为0°~ 60°，构成三指平行和三指对心的抓取构型），手指一10的底部中心、手指二11的底部中心及手指三12的底部中心的连线构成等边三角形；所述的三个手指基关节同步弯曲机构、三个手指末端关节同步弯曲机构以及手指二11和手指三12相对手掌7耦合相向转动机构均设置在手掌外壳52内，且三个手指基关节同步弯曲机构和三个手指末端关节同步弯曲机构均通过支架一13支撑，所述的手指二11和手指三12相对手掌7耦合相向转动机构通过支架二39支撑；三个手指基关节同步弯曲机构通过三个手指的基关节腱鞘驱动机构驱动三个手指的基关节4同步弯曲转动；三个手指末端关节同步弯曲机构通过三个手指的末端关节腱鞘驱动机构驱动三个手指的末端关节5同步弯曲转动。

手指一10的基座1相对手掌7不能旋转；手掌7有一个自由度。

电路板14集成在手掌7内部， 电路板14分别与基关节同步转动驱动器9、末端关节同步转动驱动器23、手指二11和手指三12耦合相向转动驱动器36、检测电路板一31-1、检测电路板二32-1、限位开关一48、限位开关二49，以及三个手指的力矩传感器电连接，用于提供电机驱动、传感器信息采集，以及机械手对外的电气接口。

具体实施方式二：如图1~图12、图19~图22所示，具体实施方式一所述的一种三指三自由度构型机器人手爪，所述的转动支撑部件一包括支撑轴承一53和端盖一54，所述的转动支撑部件二包括支撑轴承二55和端盖二56，每个所述的手指均包括基座1、近指节2、末端指节3、腱鞘驱动机构一、连接端盖57及两个俯仰转动关节，所述的两个俯仰转动关节分别是基关节4和末端关节5；所述的近指节2包括近指节外壳、近指节传力件2-6及两个近指节支撑轴承2-8，所述的近指节外壳包括近指节左侧板2-1、近指节右侧板2-2、近指节前盖板2-3及近指节后盖板2-4，所述的近指节后盖板2-4和近指节前盖板2-3分别与近指节左侧板2-1和近指节右侧板2-2连接；所述的基座1的上端固定设置在所述的近指节外壳内的下部；所述的末端指节3包括末端指节外壳、末端指节传力件3-5及两个末端指节支撑轴承3-7，所述的末端指节外壳包括末端指节左侧板3-1、末端指节右侧板3-2及两个末端指节盖板3-3，所述的末端指节左侧板3-1及末端指节右侧板3-2分别与两个末端指节盖板3-3连接；所述的近指节外壳的上部设置在所述的末端指节外壳内的下部；所述的基关节4包括基关节轴一4-1、基关节轴套一4-2、基关节腱轮一4-3、基关节回复扭簧4-4及两个基关节轴端轴承4-5；所述的末端关节5包括末端关节轴一5-1、末端关节腱轮一5-2、末端关节回复扭簧5-3及两个末端关节轴端轴承5-4；所述的腱鞘驱动机构一包括基关节腱鞘驱动机构和末端关节腱鞘驱动机构，所述的基关节腱鞘驱动机构包括基关节腱6-1和基关节腱鞘6-2，所述的末端关节腱鞘驱动机构包括末端关节腱6-3和末端关节腱鞘6-4；所述的基关节轴套一4-2固套装在基关节轴一4-1上，所述的近指节传力件2-6上设有通孔，基关节轴套一4-2固定设置在近指节传力件2-6的通孔内，所述的基关节腱轮一4-3套设在基关节轴套一4-2的外部并与近指节传力件2-6固连，所述的基关节轴一4-1的两端各通过一个基关节轴端轴承4-5支撑在基座1上，基关节轴套一4-2的外部套装有基关节回复扭簧4-4，所述的基关节回复扭簧4-4一端与近指节传力件2-6连接，基关节回复扭簧4-4另一端与基座1连接；所述的近指节左侧板2-1和近指节右侧板2-2各通过一个近指节支撑轴承2-8支撑在基座1上，近指节传力件2-6通过近指节左侧板2-1、近指节右侧板2-2、近指节前盖板2-3及近指节后盖板2-4夹紧；所述的末端指节传力件3-5上设有凸起的套筒一3-5-2和凸起的套筒二3-5-3，所述的套筒一3-5-2和套筒二3-5-3同轴且相通，所述的末端关节轴一5-1固定穿入末端指节传力件3-5的套筒一3-5-2和套筒二3-5-3内，末端关节轴一5-1与基关节轴一4-1平行设置，所述的末端关节腱轮一5-2套装在末端指节传力件3-5的套筒二3-5-3的外部，末端关节腱轮一5-2与末端指节传力件3-5固连，末端关节轴一5-1的两端各通过一个末端关节轴端轴承5-4支撑在近指节左侧板2-1及近指节右侧板2-2上；所述的末端指节左侧板3-1和末端指节右侧板3-2各通过一个末端指节支撑轴承一3-7支撑在近指节左侧板2-1和近指节右侧板2-2上，末端指节传力件3-5通过末端指节左侧板3-1、末端指节右侧板3-2及两个末端指节盖板3-3夹紧，套筒一3-5-2的外部套装有末端关节回复扭簧5-3，所述的末端关节回复扭簧5-3一端与末端指节传力件3-5连接，末端关节回复扭簧5-3另一端与近指节左侧板2-1连接；所述的基关节腱6-1一端固定缠绕在基关节腱轮一4-3的轮槽内，所述的基关节腱鞘6-2固定在基座1上，基关节腱6-1穿出基关节腱鞘6-2；所述的末端关节腱6-3一端固定缠绕在末端关节腱轮一5-2的轮槽内，所述的末端关节腱鞘6-4固定在近指节传力件2-6上，末端关节腱6-3穿出末端关节腱鞘6-4；所述的手指一10的基座1下端通过手指一10的连接端盖57固定于手掌盖板51上表面；所述的手指二11的基座1穿过手掌盖板51的通孔一设置在手掌外壳52内，且手指二11的基座1上固套装有支撑轴承一53，所述的支撑轴承一53设置在手掌盖板51与手指二11的连接端盖57之间，手指二11的连接端盖57与手掌盖板51（通过螺钉）连接，手指二11的连接端盖57外端与端盖一54（通过螺钉）连接；所述的手指三12的基座1穿过手掌盖板51的通孔二设置在手掌外壳52内，且手指三12的基座1上固套装有支撑轴承二55，所述的支撑轴承二55设置在手掌盖板51与手指三12的连接端盖57之间，手指三12的连接端盖57与手掌盖板51（通过螺钉）连接，手指三12的连接端盖57外端与端盖二56（通过螺钉）连接。

手指二11的基座1和手指三12的基座1分别通过电机驱动，实现手指二11和手指三12的基座1相对手掌7的耦合相向旋转，旋转角度为0°~ 60°；从而构成三指平行和三指对心的抓取构型。

基关节4和末端关节5的运动范围均为-90°~90°，每个关节正向俯仰运动通过腱驱动方式驱动、反向回复运动通过关节回复弹簧实现。

具体实施方式三：如图13~图16、图23所示，具体实施方式二所述的一种三指三自由度构型机器人手爪，所述的三个手指基关节同步弯曲机构包括基关节同步转动驱动器9、基关节轴套二16、基关节蜗杆17、基关节蜗轮18、基关节腱轮二19、基关节轴二20、基关节端盖22、非接触式位置传感器一、两个基关节支撑轴承一15、两个基关节支撑轴承二21及三个基关节鞘管33；所述的基关节同步转动驱动器9的输出轴上固套装有基关节轴套二16，所述的基关节蜗杆17中部沿轴向设有贯通腔，所述的基关节轴套二16固套入基关节蜗杆17的贯通腔内，基关节蜗杆17两端各通过一个基关节支撑轴承一15支撑固定在所述的支架一13上，基关节蜗杆17与基关节蜗轮18啮合，所述的基关节蜗轮18与基关节腱轮二19（通过销钉）固连，基关节蜗轮18与基关节腱轮二19均固套装在基关节轴二20上，所述的基关节轴二20两端各通过一个基关节支撑轴承二21支撑在支架一13上（从而形成基关节同步转动驱动器9的输出轴、基关节蜗杆17、基关节蜗轮18至基关节腱轮二19的传动链）；所述的基关节端盖22设置在基关节轴二20下端处，基关节端盖22与支架一13固连；基关节轴二20为空心轴，所述的非接触式位置传感器一的磁钢一31-2粘贴在基关节轴二20上端的内部，非接触式位置传感器一的检测电路板一31-1设置在非接触式位置传感器一的磁钢一31-2的正上方（用于检测基关节的转动位置），非接触式位置传感器一的检测电路板一31-1（通过螺钉）固定在支架一13上；所述的三个基关节鞘管33的一端与支架一13螺纹连接（可通过螺纹调整基关节鞘管33的长度），基关节腱轮二19的外圆周面设有三个环形轮槽，所述的三个手指的基关节腱6-1另一端穿过三个基关节鞘管33并固定缠绕在基关节腱轮二19的三个环形轮槽内。

具体实施方式四：如图8、图13~图16所示，具体实施方式二或三所述的一种三指三自由度构型机器人手爪，所述的三个手指末端关节同步弯曲机构包括末端关节同步转动驱动器23、末端关节轴套24、末端关节蜗杆25、两个末端关节支撑轴承一35、末端关节蜗轮26、末端关节腱轮二27、末端关节轴二28、两个末端关节支撑轴承二29、末端关节端盖30、非接触式位置传感器二及三个末端关节鞘管34；所述的末端关节同步转动驱动器23的输出轴上固套装有末端关节轴套24，所述的末端关节轴套24外侧固套装有末端关节蜗杆25，所述的末端关节蜗杆25两端各通过一个末端关节支撑轴承一35支撑固定在所述的支架一13上，末端关节蜗杆25与末端关节蜗轮26啮合，所述的末端关节蜗轮26与末端关节腱轮二27（通过销钉）固连，末端关节蜗轮26和末端关节腱轮二27均固套装在末端关节轴二28外侧，所述的末端关节轴二28两端各通过一个末端关节支撑轴承二29支撑在支架一13上（从而形成末端关节同步转动驱动器23的输出轴、末端关节蜗杆25、末端关节蜗轮26到末端关节腱轮二27的传动链）；所述的末端关节端盖30设置在末端关节轴二28下端处，末端关节端盖30与支架一13固连；末端关节轴二28为空心轴，所述的非接触式位置传感器二的磁钢二32-2粘贴在末端关节轴二28上端的内部，非接触式位置传感器二的检测电路板二32-1设置在非接触式位置传感器二的磁钢二32-2的正上方（用于检测末端关节的转动位置），非接触式位置传感器二的检测电路板二32-1（通过螺钉）固定在支架一13上；所述的三个末端关节鞘管34的一端与支架一13螺纹连接（可通过螺纹调整末端关节鞘管34的长度），基关节腱轮二19的外圆周面设有三个环形轮槽，所述的三个手指的末端关节腱6-3另一端穿过三个末端关节鞘管34并固定缠绕在末端关节腱轮二27的三个环形轮槽内。

具体实施方式五：如图11~图22所示，具体实施方式一所述的一种三指三自由度构型机器人手爪，所述的手指二11和手指三12相对手掌7耦合相向转动机构包括手指二11和手指三12耦合相向转动驱动器36、直齿轮一37、直齿轮二40、手掌端盖41、丝杠42、螺母43、连杆一44、连杆二45、转动件一46、转动件二47、限位开关一48、限位开关二49及两个手掌支撑轴承58；所述的手指二11和手指三12耦合相向转动驱动器36的输出轴上固套装有直齿轮一37，所述的直齿轮一37与直齿轮二40啮合，所述的直齿轮二40通过手掌端盖41固套装在丝杠42的一端，所述的螺母43与丝杠42旋合连接，丝杆42两端各通过一个手掌支撑轴承58支撑在所述的支架二39上，所述的连杆一44和连杆二45一端均与螺母43铰接，连杆一44另一端与转动件一46铰接，连杆二45另一端与转动件二47铰接，所述的转动件一46与手指二11的基座1（通过螺钉）固连，所述的转动件二47与手指三12的基座1（通过螺钉）固连，所述的限位开关一48和限位开关二49分别安装在支架二39的两端，螺母43沿丝杠42运动到支架二39的两端时，分别与限位开关一48和限位开关二49接触，实现位置检测。

本实施方式中，所述的限位开关一48用于检测手指二11相对手掌7的转动位置，限位开关二49用于检测手指三12相对手掌7的转动位置，从而实现三指平行构型或三指对心构型。

具体实施方式六：如图11所示，具体实施方式一或五所述的一种三指三自由度构型机器人手爪，所述的手指二11和手指三12的基座1相对手掌7的耦合相向旋转，旋转角度为0°~ 60°。

具体实施方式七：如图11所示，具体实施方式一所述的一种三指三自由度构型机器人手爪，所述的手指二11与手指三12之间的距离大于手指一10的宽度。以便实现手指一10在弯曲时不与手指二11和手指三12发生碰撞。

具体实施方式八：如图1、图2及图5所示，具体实施方式二所述的一种三指三自由度构型机器人手爪，所述的近指节2还包括两个集成有力矩过载保护块一的近指节力矩传感器2-7；所述的近指节传力件2-6的两相对侧面（即俯仰方向的两相对侧面）各设置有一个近指节应变梁2-6-1，每个近指节应变梁2-6-1均通过近指节应变片与集成有力矩过载保护块一的近指节力矩传感器2-7连接（即两个近指节应变梁2-6-1分别位于近指节传力件2-6俯仰方向的两相对侧面上，两个近指节应变梁2-6-1上分别粘贴有近指节应变片，每个近指节应变片与集成有力矩过载保护块一的近指节力矩传感器2-7通过螺钉连接，该过载保护块一与近指节应变梁2-6-1之间的间隙为0. 1mm）。在近关节的工作力矩范围内，近指节应变梁变形小于0. 1mm，过载保护块一与近指节应变梁没有接触， 当近关节力矩过载时，过载保护块一与近指节应变梁接触，保护近指节应变梁变形为0. 1mm，近指节应变梁仍在弹性范围内，防止近指节应变梁变形过大、发生塑性变形造成损坏。

具体实施方式九：如图1、图2及图6所示，具体实施方式二或八所述的一种三指三自由度构型机器人手爪，所述的末端指节3还包括两个集成有力矩过载保护块二的末端指节力矩传感器3-6；所述的末端指节传力件3-5的两相对侧面（即俯仰方向的两相对侧面）各设置有一个末端指节应变梁3-5-1，每个末端指节应变梁3-5-1均通过末端指节应变片与集成有力矩过载保护块二的末端指节力矩传感器3-6连接（即两个末端指节应变梁3-5-1分别位于末端指节传力件3-5俯仰方向的两相对侧面上，两个末端指节应变梁3-5-1上分别粘贴有末端指节应变片，每个末端指节应变片与集成有力矩过载保护块二的末端指节力矩传感器3-6通过螺钉连接，该过载保护块二与末端指节应变梁3-5-1之间的间隙为0. 1mm）。在末端关节的工作力矩范围内，末端指节应变梁变形小于0. 1mm， 过载保护块二与末端指节应变梁没有接触， 当末端关节力矩过载时，过载保护块二与末端指节应变梁接触，保护末端指节应变梁变形为0. 1mm，末端指节应变梁仍在弹性范围内，防止末端指节应变梁变形过大、发生塑性变形造成损坏。

具体实施方式十：如图1所示，具体实施方式二所述的一种三指三自由度构型机器人手爪，所述的近指节2还包括近指节前板胶垫2-5；所述的近指节前板胶垫2-5粘贴在近指节前盖板2-3的外表面上。胶垫有利于改善机械手与被操作物体间的接触特性，更加柔软、摩擦更大。

具体实施方式十一：如图1所示，具体实施方式二或十所述的一种三指三自由度构型机器人手爪，所述的末端指节3还包括末端指节接触胶垫3-4；所述的末端指节接触胶垫3-4粘贴在两个末端指节盖板3-3位于前侧的末端指节盖板3-3的外表面上。胶垫有利于改善机械手与被操作物体间的接触特性，更加柔软、摩擦更大。

集成有力矩过载保护块一的近指节力矩传感器2-7和集成有力矩过载保护块二的末端指节力矩传感器3-6均为外购件，型号根据需要选定。

本发明中，如图1、图2所示，每个手指的两个俯仰转动关节（即基关节4和末端关节5）的俯仰运动，正向弯曲运动均采用腱驱动，反向回复均采用扭簧驱动；具体为：

如图3、图4所示，拉伸基关节腱6-1带动基关节腱轮一4-3、基关节轴一4-1、基关节轴套一4-2、近指节传力件2-6以及近指节2弯曲，同时压缩基关节回复扭簧4-4；松弛基关节腱6-1时，基关节回复扭簧4-4带动基关节腱轮一4-3、基关节轴一4-1、基关节轴套一4-2、近指节传力件2-6以及近指节2回复运动；

如图3、图4所示，拉伸末端关节腱6-3带动末端关节腱轮一5-2、末端关节轴一5-1、末端指节传力件3-5以及末端指节3弯曲，同时压缩末端关节回复扭簧5-3；松弛末端关节腱6-3时，末端关节回复扭簧5-3带动末端关节腱轮一5-2、末端关节轴一5-1、末端指节传力件3-5以及末端指节3回复运动。

本发明采用腱鞘传动方式实现手指基关节4及末端关节5的俯仰弯曲运动，运动范围为-90°~ +90°。

如图11、图13、图17、图18所示，手指二11和手指三12相对手掌盖板51的旋转，由指二11和手指三12耦合相向转动驱动器36驱动，传动经过直齿轮一37、直齿轮二40、丝杠42、螺母43、连杆一44和连杆二45、转动件一46和转动件二47实现；螺母43的直线运动带动转动件一46和转动件二47转动，从而带动手指二11和手指三12相对手掌盖板51转动。

Claims (9)

1.一种三指三自由度构型机器人手爪，包括手掌（7）、连接法兰（8）、电路板（14）、转动支撑部件一、转动支撑部件二和三个手指，所述的三个手指结构均相同，三个手指分别是手指一（10）、手指二（11）及手指三（12）；所述的手掌（7）包括手掌盖板（51）、手掌外壳（52）、支架一（13）及支架二（39），所述的手掌外壳（52）上端与手掌盖板（51）固连，手掌外壳（52）下端与连接法兰（8）固连，所述的支架一（13）和支架二（39）均设置在手掌外壳（52）内并与手掌盖板（51）固连，所述的电路板（14）设置在手掌外壳（52）内并与支架一（13）和支架二（39）固连；其特征在于：所述的三指三自由度构型机器人手爪还包括三个手指基关节同步弯曲机构、三个手指末端关节同步弯曲机构以及手指二（11）和手指三（12）相对手掌（7）耦合相向转动机构，所述的手指一（10）的底部固定于手掌盖板（51）上表面，手掌盖板（51）上设有通孔一和通孔二，所述的手指二（11）的底部穿过手掌盖板（51）的通孔一设置在手掌外壳（52）内，且手指二（11）的底部通过转动支撑部件一与手掌盖板（51）转动连接，所述的手指三（12）的底部穿过手掌盖板（51）的通孔二设置在手掌外壳（52）内，且手指三（12）的底部通过转动支撑部件二与手掌盖板（51）转动连接，手指一（10）的底部中心、手指二（11）的底部中心及手指三（12）的底部中心的连线构成等边三角形；所述的三个手指基关节同步弯曲机构、三个手指末端关节同步弯曲机构以及手指二（11）和手指三（12）相对手掌（7）耦合相向转动机构均设置在手掌外壳（52）内，且三个手指基关节同步弯曲机构和三个手指末端关节同步弯曲机构均通过支架一（13）支撑，所述的手指二（11）和手指三（12）相对手掌（7）耦合相向转动机构通过支架二（39）支撑；三个手指基关节同步弯曲机构通过三个手指的基关节腱鞘驱动机构驱动三个手指的基关节（4）同步弯曲转动；三个手指末端关节同步弯曲机构通过三个手指的末端关节腱鞘驱动机构驱动三个手指的末端关节（5）同步弯曲转动。

2.根据权利要求1所述的一种三指三自由度构型机器人手爪，其特征在于：所述的转动支撑部件一包括支撑轴承一（53）和端盖一（54），所述的转动支撑部件二包括支撑轴承二（55）和端盖二（56），每个所述的手指均包括基座（1）、近指节（2）、末端指节（3）、腱鞘驱动机构一、连接端盖（57）及两个俯仰转动关节，所述的两个俯仰转动关节分别是基关节（4）和末端关节（5）；所述的近指节（2）包括近指节外壳、近指节传力件（2-6）及两个近指节支撑轴承（2-8），所述的近指节外壳包括近指节左侧板（2-1）、近指节右侧板（2-2）、近指节前盖板（2-3）及近指节后盖板（2-4），所述的近指节后盖板（2-4）和近指节前盖板（2-3）分别与近指节左侧板（2-1）和近指节右侧板（2-2）连接；所述的基座（1）的上端固定设置在所述的近指节外壳内的下部；所述的末端指节（3）包括末端指节外壳、末端指节传力件（3-5）及两个末端指节支撑轴承（3-7），所述的末端指节外壳包括末端指节左侧板（3-1）、末端指节右侧板（3-2）及两个末端指节盖板（3-3），所述的末端指节左侧板（3-1）及末端指节右侧板（3-2）分别与两个末端指节盖板（3-3）连接；所述的近指节外壳的上部设置在所述的末端指节外壳内的下部；所述的基关节（4）包括基关节轴一（4-1）、基关节轴套一（4-2）、基关节腱轮一（4-3）、基关节回复扭簧（4-4）及两个基关节轴端轴承（4-5）；所述的末端关节（5）包括末端关节轴一（5-1）、末端关节腱轮一（5-2）、末端关节回复扭簧（5-3）及两个末端关节轴端轴承（5-4）；所述的腱鞘驱动机构一包括基关节腱鞘驱动机构和末端关节腱鞘驱动机构，所述的基关节腱鞘驱动机构包括基关节腱（6-1）和基关节腱鞘（6-2），所述的末端关节腱鞘驱动机构包括末端关节腱（6-3）和末端关节腱鞘（6-4）；所述的基关节轴套一（4-2）固套装在基关节轴一（4-1）上，所述的近指节传力件（2-6）上设有通孔，基关节轴套一（4-2）固定设置在近指节传力件（2-6）的通孔内，所述的基关节腱轮一（4-3）套设在基关节轴套一（4-2）的外部并与近指节传力件（2-6）固连，所述的基关节轴一（4-1）的两端各通过一个基关节轴端轴承（4-5）支撑在基座（1）上，基关节轴套一（4-2）的外部套装有基关节回复扭簧（4-4），所述的基关节回复扭簧（4-4）一端与近指节传力件（2-6）连接，基关节回复扭簧（4-4）另一端与基座（1）连接；所述的近指节左侧板（2-1）和近指节右侧板（2-2）各通过一个近指节支撑轴承（2-8）支撑在基座（1）上，近指节传力件（2-6）通过近指节左侧板（2-1）、近指节右侧板（2-2）、近指节前盖板（2-3）及近指节后盖板（2-4）夹紧；所述的末端指节传力件（3-5）上设有凸起的套筒一（3-5-2）和凸起的套筒二（3-5-3），所述的套筒一（3-5-2）和套筒二（3-5-3）同轴且相通，所述的末端关节轴一（5-1）固定穿入末端指节传力件（3-5）的套筒一（3-5-2）和套筒二（3-5-3）内，末端关节轴一（5-1）与基关节轴一（4-1）平行设置，所述的末端关节腱轮一（5-2）套装在末端指节传力件（3-5）的套筒二（3-5-3）的外部，末端关节腱轮一（5-2）与末端指节传力件（3-5）固连，末端关节轴一（5-1）的两端各通过一个末端关节轴端轴承（5-4）支撑在近指节左侧板（2-1）及近指节右侧板（2-2）上；所述的末端指节左侧板（3-1）和末端指节右侧板（3-2）各通过一个末端指节支撑轴承一（3-7）支撑在近指节左侧板（2-1）和近指节右侧板（2-2）上，末端指节传力件（3-5）通过末端指节左侧板（3-1）、末端指节右侧板（3-2）及两个末端指节盖板（3-3）夹紧，套筒一（3-5-2）的外部套装有末端关节回复扭簧（5-3），所述的末端关节回复扭簧（5-3）一端与末端指节传力件（3-5）连接，末端关节回复扭簧（5-3）另一端与近指节左侧板（2-1）连接；所述的基关节腱（6-1）一端固定缠绕在基关节腱轮一（4-3）的轮槽内，所述的基关节腱鞘（6-2）固定在基座（1）上，基关节腱（6-1）穿出基关节腱鞘（6-2）；所述的末端关节腱（6-3）一端固定缠绕在末端关节腱轮一（5-2）的轮槽内，所述的末端关节腱鞘（6-4）固定在近指节传力件（2-6）上，末端关节腱（6-3）穿出末端关节腱鞘（6-4）；所述的手指一（10）的基座（1）下端通过手指一（10）的连接端盖（57）固定于手掌盖板（51）上表面；所述的手指二（11）的基座（1）穿过手掌盖板（51）的通孔一设置在手掌外壳（52）内，且手指二（11）的基座（1）上固套装有支撑轴承一（53），所述的支撑轴承一（53）设置在手掌盖板（51）与手指二（11）的连接端盖（57）之间，手指二（11）的连接端盖（57）与手掌盖板（51）连接，手指二（11）的连接端盖（57）外端与端盖一（54）连接；所述的手指三（12）的基座（1）穿过手掌盖板（51）的通孔二设置在手掌外壳（52）内，且手指三（12）的基座（1）上固套装有支撑轴承二（55），所述的支撑轴承二（55）设置在手掌盖板（51）与手指三（12）的连接端盖（57）之间，手指三（12）的连接端盖（57）与手掌盖板（51）连接，手指三（12）的连接端盖（57）外端与端盖二（56）连接。

3.根据权利要求2所述的一种三指三自由度构型机器人手爪，其特征在于：所述的三个手指基关节同步弯曲机构包括基关节同步转动驱动器（9）、基关节轴套二（16）、基关节蜗杆（17）、基关节蜗轮（18）、基关节腱轮二（19）、基关节轴二（20）、基关节端盖（22）、非接触式位置传感器一、两个基关节支撑轴承一（15）、两个基关节支撑轴承二（21）及三个基关节鞘管（33）；所述的基关节同步转动驱动器（9）的输出轴上固套装有基关节轴套二（16），所述的基关节蜗杆（17）中部沿轴向设有贯通腔，所述的基关节轴套二（16）固套入基关节蜗杆（17）的贯通腔内，基关节蜗杆（17）两端各通过一个基关节支撑轴承一（15）支撑固定在所述的支架一（13）上，基关节蜗杆（17）与基关节蜗轮（18）啮合，所述的基关节蜗轮（18）与基关节腱轮二（19）固连，基关节蜗轮（18）与基关节腱轮二（19）均固套装在基关节轴二（20）上，所述的基关节轴二（20）两端各通过一个基关节支撑轴承二（21）支撑在支架一（13）上；所述的基关节端盖（22）设置在基关节轴二（20）下端处，基关节端盖（22）与支架一（13）固连；基关节轴二（20）为空心轴，所述的非接触式位置传感器一的磁钢一（31-2）粘贴在基关节轴二（20）上端的内部，非接触式位置传感器一的检测电路板一（31-1）设置在非接触式位置传感器一的磁钢一（31-2）的正上方，非接触式位置传感器一的检测电路板一（31-1）固定在支架一（13）上；所述的三个基关节鞘管（33）的一端与支架一（13）螺纹连接，基关节腱轮二（19）的外圆周面设有三个环形轮槽，所述的三个手指的基关节腱（6-1）另一端穿过三个基关节鞘管（33）并固定缠绕在基关节腱轮二（19）的三个环形轮槽内。

4.根据权利要求2或3所述的一种三指三自由度构型机器人手爪，其特征在于：所述的三个手指末端关节同步弯曲机构包括末端关节同步转动驱动器（23）、末端关节轴套（24）、末端关节蜗杆（25）、两个末端关节支撑轴承一（35）、末端关节蜗轮（26）、末端关节腱轮二（27）、末端关节轴二（28）、两个末端关节支撑轴承二（29）、末端关节端盖（30）、非接触式位置传感器二及三个末端关节鞘管（34）；所述的末端关节同步转动驱动器（23）的输出轴上固套装有末端关节轴套（24），所述的末端关节轴套（24）外侧固套装有末端关节蜗杆（25），所述的末端关节蜗杆（25）两端各通过一个末端关节支撑轴承一（35）支撑固定在所述的支架一（13）上，末端关节蜗杆（25）与末端关节蜗轮（26）啮合，所述的末端关节蜗轮（26）与末端关节腱轮二（27）固连，末端关节蜗轮（26）和末端关节腱轮二（27）均固套装在末端关节轴二（28）外侧，所述的末端关节轴二（28）两端各通过一个末端关节支撑轴承二（29）支撑在支架一（13）上；所述的末端关节端盖（30）设置在末端关节轴二（28）下端处，末端关节端盖（30）与支架一（13）固连；末端关节轴二（28）为空心轴，所述的非接触式位置传感器二的磁钢二（32-2）粘贴在末端关节轴二（28）上端的内部，非接触式位置传感器二的检测电路板二（32-1）设置在非接触式位置传感器二的磁钢二（32-2）的正上方，非接触式位置传感器二的检测电路板二（32-1）固定在支架一（13）上；所述的三个末端关节鞘管（34）的一端与支架一（13）螺纹连接，基关节腱轮二（19）的外圆周面设有三个环形轮槽，所述的三个手指的末端关节腱（6-3）另一端穿过三个末端关节鞘管（34）并固定缠绕在末端关节腱轮二（27）的三个环形轮槽内。

5.根据权利要求1所述的一种三指三自由度构型机器人手爪，其特征在于：所述的手指二（11）和手指三（12）相对手掌（7）耦合相向转动机构包括手指二（11）和手指三（12）耦合相向转动驱动器（36）、直齿轮一（37）、直齿轮二（40）、手掌端盖（41）、丝杠（42）、螺母（43）、连杆一（44）、连杆二（45）、转动件一（46）、转动件二（47）、限位开关一（48）、限位开关二（49）及两个手掌支撑轴承（58）；

所述的手指二（11）和手指三（12）耦合相向转动驱动器（36）的输出轴上固套装有直齿轮一（37），所述的直齿轮一（37）与直齿轮二（40）啮合，所述的直齿轮二（40）通过手掌端盖（41）固套装在丝杠（42）的一端，所述的螺母（43）与丝杠（42）旋合连接，丝杆（42）两端各通过一个手掌支撑轴承（58）支撑在所述的支架二（39）上，所述的连杆一（44）和连杆二（45）一端均与螺母（43）铰接，连杆一（44）另一端与转动件一（46）铰接，连杆二（45）另一端与转动件二（47）铰接，所述的转动件一（46）与手指二（11）的基座（1）固连，所述的转动件二（47）与手指三（12）的基座（1）固连，所述的限位开关一（48）和限位开关二（49）分别安装在支架二（39）的两端，螺母（43）沿丝杠（42）运动到支架二（39）的两端时，分别与限位开关一（48）和限位开关二（49）接触，实现位置检测。

6.根据权利要求1或5所述的一种三指三自由度构型机器人手爪，其特征在于：所述的手指二（11）和手指三（12）的基座（1）相对手掌（7）的耦合相向旋转，旋转角度为0°~ 60°。

7.根据权利要求1所述的一种三指三自由度构型机器人手爪，其特征在于：所述的手指二（11）与手指三（12）之间的距离大于手指一（10）的宽度。

8.根据权利要求2所述的一种三指三自由度构型机器人手爪，其特征在于：所述的近指节（2）还包括两个集成有力矩过载保护块一的近指节力矩传感器（2-7）；所述的近指节传力件（2-6）的两相对侧面各设置有一个近指节应变梁（2-6-1），每个近指节应变梁（2-6-1）均通过近指节应变片与集成有力矩过载保护块一的近指节力矩传感器（2-7）连接。

9.根据权利要求2或8所述的一种三指三自由度构型机器人手爪，其特征在于：所述的末端指节（3）还包括两个集成有力矩过载保护块二的末端指节力矩传感器（3-6）；所述的末端指节传力件（3-5）的两相对侧面各设置有一个末端指节应变梁（3-5-1），每个末端指节应变梁（3-5-1）均通过末端指节应变片与集成有力矩过载保护块二的末端指节力矩传感器（3-6）连接。