[go: up one dir, main page]

CN113305874B - 一种三指多自由度灵巧手机构 - Google Patents

一种三指多自由度灵巧手机构 Download PDF

Info

Publication number
CN113305874B
CN113305874B CN202110585283.0A CN202110585283A CN113305874B CN 113305874 B CN113305874 B CN 113305874B CN 202110585283 A CN202110585283 A CN 202110585283A CN 113305874 B CN113305874 B CN 113305874B
Authority
CN
China
Prior art keywords
finger
connecting rod
branch chain
chain assembly
base
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202110585283.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113305874A (zh
Inventor
方跃法
李晨姿
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing Jiaotong University
Original Assignee
Beijing Jiaotong University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beijing Jiaotong University filed Critical Beijing Jiaotong University
Priority to CN202110585283.0A priority Critical patent/CN113305874B/zh
Publication of CN113305874A publication Critical patent/CN113305874A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113305874B publication Critical patent/CN113305874B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J15/00—Gripping heads and other end effectors
    • B25J15/08—Gripping heads and other end effectors having finger members
    • B25J15/10—Gripping heads and other end effectors having finger members with three or more finger members
    • B25J15/103—Gripping heads and other end effectors having finger members with three or more finger members for gripping the object in three contact points
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J15/00—Gripping heads and other end effectors
    • B25J15/0009—Gripping heads and other end effectors comprising multi-articulated fingers, e.g. resembling a human hand
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J17/00—Joints
    • B25J17/02—Wrist joints
    • B25J17/0258—Two-dimensional joints

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Manipulator (AREA)

Abstract

本发明涉及一种三指多自由度并联灵巧手机构。该机构包括手掌基座和三个相同手指即第一手指、第二手指、第三手指。通过第一支链组件、第二支链组件、第三支链组件与手指基座连接构成灵巧手手指，三个相同手指与手掌基座按一定位置分布连接构成。采用电机形式的完全驱动(图中省略)，驱动安装在基座或接近基座的运动副处，手指末端柔性球状指尖作为实际末端执行器。当各驱动副运动时，带动末端柔性球状指尖作两平移一转动的三自由度运动，三指共同作用物体时可实现两移三转的五自由度运动，能满足灵活抓取和操作物体的运动要求。本发明的灵巧手结构简单，能进行正反向弯曲，工作空间性能显著提升，具有承载能力大、运动精度高等优点。

Description

一种三指多自由度灵巧手机构
技术领域
本发明涉及并联机器人及灵巧手技术领域，是一种单指自由度为三的三指多自由度并联机器人灵巧手抓取机构。
背景技术
近年来，随着机器人技术的飞速发展，传统的末端执行器已不能满足多任务操作目标的要求，多关节多自由度的机器人灵巧手成为机器人研究领域的热点之一。多指灵巧手的自适应能力强，但采用大量的串联关节会导致结构复杂、控制困难、负载能力差、可靠性低。然而，并联机构具有高速、高精度、高承载能力的优点，可以和灵巧手形成很好的互补，也拓展了灵巧手的应用领域。同时，基于并联结构手指的灵巧手一般采用完全驱动方式，其驱动器可以全部布置在机架上，减少了手指结构的重量，使得灵巧手可以获得更高的承载能力，拥有更高的灵巧性；相比常采用欠驱动形式的灵巧手，该灵巧手具有多运动功能，其抓取模式更多。此外，具有并联机构构型的灵巧手不仅能够有效克服传统灵巧手的缺点，还能完善机器人末端执行器的种类，提高机器人末端执行器的性能，对机器人技术的发展具有重要的实际意义和经济社会价值。因此，提出一种多自由度的并联机构灵巧手很有必要。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服传统灵巧手采用串联机构时存在的不足，提供一种单指自由度为三的并联机构，实现工作平台即手指末端在平面内两个移动和一个转动的位姿变换，三指灵巧手的整体自由度为五，可完成灵巧手抓取物体后的灵活操作，该并联机构具有承载能力大、运动精度高等优点。
本发明解决其技术问题采用的技术方案是：
一种用于空间抓取的三指多自由度灵巧手机构，所述灵巧手主要包括：手掌基座，三个相同手指含第一手指、第二手指、第三手指。其中第一手指包括手指基座、第一支链组件、第二支链组件、第三支链组件以及第二指节动平台连杆；所述的第二手指、第三手指的结构和尺寸与第一手指完全相同。
第一支链组件即第一指节包括：连杆。
构成第一支链组件的零部件间的连接：连杆的两端分别与手指基座和第二指节动平台形成转动副连接。
第二指节支链组件即第一直线移动副组件包括：移动缸，连杆。
构成第二支链组件的零部件间的连接：移动缸与手指基座之间形成转动副连接，与连杆之间形成移动副连接；连杆与第二指节动平台连杆形成转动副连接。
第三支链组件包括：移动缸，连杆，手指指尖长连杆。
构成第三支链组件的零部件间的连接：移动缸与手指基座间形成转动副连接，与连杆之间形成移动副连接；连杆与手指指尖长连杆之间形成转动副连接，手指指尖长连杆中间端与第二指节动平台连杆形成转动副连接。
本机构通过三个相同手指(由第一、第二、第三支链组件构成)与手掌基座连接构成：第一支链组件的连杆与手指基座形成转动副连接，与第二指节动平台连杆之间配合形成转动副连接。第二支链组件的移动缸与手指基座配合形成转动副连接；第二支链组件的连杆与移动缸形成移动副连接，与第二指节动平台连杆配合形成转动副连接。第三支链组件的移动缸与手指基座形成转动副连接；与连杆形成移动副连接；第三支链组件的连杆与手指指尖长连杆的一端配合形成转动副连接，手指指尖长连杆的中间端与第二指节动平台连杆之间形成转动副连接。
在本机构中，驱动施加在第一支链的转动副以及第二、三支链上的移动副上，驱动方式可选用电机传动(图中省略)，移动驱动选用电动推杆传动；第三支链手指指尖长连杆的末端柔性球状指尖作为实际末端执行器，当各驱动副运动时，带动手指末端指尖作两移动一转动的三自由度运动。三指共同作用物体时可实现两移三转的五自由度运动，能满足大多数被操作物体的运动要求。
本发明和已有技术相比所具有的有益效果：
本发明提出的2T1R并联机构可以执行平面内两移动一转动运动，该机构结构相对简单、易生产加工，减少了机构的奇异位形并改善了机构的力传递性能，能到达平面内的任意位置；能进行正向、反向的弯曲，使得工作空间增大一倍；其驱动全部位于基座或是接近于基座的运动副处，减少了手指结构的重量，使得灵巧手获得更高的承载能力，拥有更高的灵巧性。相较于以往所分析的平面1T1R机构，该机构增加了一个自由度，可活动的范围更大。而三个并联手指在进行指尖抓取时最终又构成一个2T3R的五自由度空间抓取机构，可实现灵活抓取和操作物体的目标，且在不改变指尖点位置时可改变指尖输出角姿态，从而产生不同大小的输出力以抓取不同重量的物体；当进行抓握操作时，三个手指相互配合，能满足不同指节接触物体的抓握需求。此外，当锁定手指一个驱动或两个驱动时，也能进行一些特定抓取操作，达到各支链既能关联运动又能在一定条件下独立作用的效果，如锁定第一支链转动驱动和第二支链移动驱动时第三支链独立控制手指指尖输出，以便改变抓取姿态使得灵巧手的抓取效果更好。
附图说明
图1一种五自由度灵巧手的结构示意图；
图2手掌基座的结构示意图；
图3三自由度2T1R型并联手指的结构示意图；
图4手指基座的结构示意图；
图5第一指节支链组件的结构示意图；
图6第二指节支链组件的结构示意图；
图7第二指节动平台连杆的结构示意图；
图8第三指节支链组件的结构示意图；
图中：手掌基座1，第一手指2、第二手指3、第三手指4(三个手指相同，在手掌基座1上三角对称分布，在此只做一个手指描述)，第一手指2包括：手指基座5，第一支链组件6-1、第二支链组件6-2、第三支链组件6-3，第二指节动平台连杆7。第一支链组件包含连杆8-1，第二支链组件包含连杆8-2、移动缸9-1，第三支链组件包含连杆8-3、移动缸9-2及手指指尖长连杆10。
具体实施方式
结合附图对本发明做进一步说明。
一种单指自由度为三、整体自由度为五的三指并联灵巧手机构，该并联机器人机构包括：手掌基座1，三个相同手指包括第一手指2、第二手指3、第三手指4。其中第一手指2包括手指基座5、第一支链组件6-1、第二支链组件6-2、第三支链组件6-3以及第二指节动平台连杆7；所述的第二手指3、第三手指4的结构和尺寸与第一手指2完全相同。
第一支链组件包括：连杆8-1。
构成第一支链组件的零部件间的连接：连杆8-1与第二指节动平台连杆7形成转动副连接，与手指基座5形成转动副连接。
第二指节支链组件包括：移动缸9-1，连杆8-2。
构成第二支链组件的零部件间的连接：移动缸9-1与手指基座5之间形成转动副连接，与连杆8-2之间形成直线移动副连接；连杆8-2与第二指节动平台连杆7形成转动副连接。
第三支链组件包括：移动缸9-2，连杆8-3，手指指尖长连杆10。
构成第三支链组件的零部件间的连接：移动缸9-2与手指基座5之间形成转动副连接，与连杆8-3之间形成移动副连接；连杆8-3与手指指尖长连杆10之间形成转动副连接，手指指尖长连杆10的中间端与第二指节动平台连杆7形成转动副连接。
本机构通过第一支链组件6-1、第二支链组件6-2、第三支链组件6-3与手指基座5连接构成灵巧手手指，三个相同手指与手掌基座1按一定位置分布连接构成：第一支链组件6-1的连杆8-1与手指基座5形成转动副连接，与第二指节动平台连杆7之间配合形成转动副连接。第二支链组件6-2的移动缸9-1与手指基座5配合形成移动副连接，第二支链组件6-2的连杆8-2与第二指节动平台连杆7之间形成转动副连接。第三支链组件6-3的移动缸9-2与手指基座5配合形成移动副连接，第三支链组件6-3的连杆8-3与手指指尖长连杆10配合形成转动副连接，手指指尖长连杆8的中间端与第二指节动平台连杆7形成转动副连接。
在本机构中，驱动施加在第一支链组件6-1的转动副、及第二支链组件6-2、第三支链组件6-3上的移动副上，驱动方式可选用电机传动(图中省略)；手指指尖长连杆10的末端柔性球状指尖作为末端执行器，当各连杆8-1、8-2、8-3在手指基座5绕转动副运动时，带动手指指尖长连杆10的末端柔性球状指尖作两移动一转动的三自由度运动。三指共同作用物体时可实现两移三转的五自由度运动，能满足大多数被操作物体的运动要求。

Claims (2)

1. 一种用于空间抓取的三指多自由度灵巧手机构，所述灵巧手主要包括：手掌基座（1），三个相同手指含第一手指（2）、第二手指（3）、第三手指（4）；其中第一手指（2）包括手指基座（5）、第一支链组件（6-1）、第二支链组件（6-2）、第三支链组件（6-3）以及第二指节动平台连杆（7）；所述的第二手指（3）、第三手指（4）的结构和尺寸与第一手指（2）完全相同；所述的第二指节动平台连杆（7）上的三个转动副位置点构成的三角形为等腰直角三角形；所述的第一支链组件（6-1）的连杆（8-1）与手指基座（5）形成转动副连接，与第二指节动平台连杆（7）之间配合形成转动副连接；所述的第二支链组件（6-2）的移动缸（9-1）与手指基座（5）配合形成转动副连接，与连杆（8-2）之间形成移动副连接，第二支链组件（6-2）的连杆（8-2）与第二指节动平台连杆（7）之间形成转动副连接；所述的第三支链组件（6-3）的移动缸（9-2）与手指基座（5）配合形成转动副连接，与连杆（8-3）之间形成移动副连接，第三支链组件（6-3）的连杆（8-3）与手指指尖长连杆（10）配合形成转动副连接，手指指尖长连杆（10）的中间端与第二指节动平台连杆（7） 形成转动副连接。
2.根据权利要求1所述的一种用于空间抓取的三指多自由度灵巧手机构，其特征在于：通过所述的第一支链组件（6-1）、所述的第二支链组件（6-2）和所述的第三支链组件（6-3）与所述的手指基座（5）连接构成灵巧手手指，三个相同手指与所述的手掌基座（1）按一定位置分布连接构成。
CN202110585283.0A 2021-05-27 2021-05-27 一种三指多自由度灵巧手机构 Active CN113305874B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110585283.0A CN113305874B (zh) 2021-05-27 2021-05-27 一种三指多自由度灵巧手机构

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110585283.0A CN113305874B (zh) 2021-05-27 2021-05-27 一种三指多自由度灵巧手机构

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113305874A CN113305874A (zh) 2021-08-27
CN113305874B true CN113305874B (zh) 2023-02-17

Family

ID=77375494

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110585283.0A Active CN113305874B (zh) 2021-05-27 2021-05-27 一种三指多自由度灵巧手机构

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113305874B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114770569B (zh) * 2022-03-25 2023-12-12 北京邮电大学 一种多自由度模块化手指及模块化可重构多指灵巧手

Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0084249A2 (en) * 1982-01-15 1983-07-27 The Marconi Company Limited Mechanical actuator for an industrial robot
JPH09248777A (ja) * 1996-03-12 1997-09-22 Kobe Steel Ltd 垂直多関節ロボット
CN203095171U (zh) * 2012-12-19 2013-07-31 广州市万世德包装机械有限公司 平行杆码垛机机器人
CN104493809A (zh) * 2014-12-10 2015-04-08 广西大学 一种变胞机构式轮式移动码垛机器人机构
CN104708617A (zh) * 2015-02-28 2015-06-17 天津大学 一种三自由度定位机构及其多自由度混联机械手
CN104923431A (zh) * 2014-03-18 2015-09-23 上海飞机制造有限公司 多平行四边形连杆并行驱动的喷涂机器人
CN106113025A (zh) * 2016-07-27 2016-11-16 东南大学 一种基于舵机传动的三指夹取机械手
CN108608407A (zh) * 2018-04-11 2018-10-02 清华大学 一种可折展式多轴联动机器人
JP2018167372A (ja) * 2017-03-30 2018-11-01 ダブル技研株式会社 指機構及びこの指機構を組み込んだ人間型ハンド
CN109834719A (zh) * 2018-12-20 2019-06-04 天津大学 一种测量仿人灵巧手指指尖应力的方法
CN110216703A (zh) * 2019-06-03 2019-09-10 北京交通大学 一类并联的多模式机器人灵巧手
CN112720545A (zh) * 2021-01-04 2021-04-30 北京交通大学 一种仿人并联的机器人灵巧手

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006187826A (ja) * 2005-01-05 2006-07-20 Kawasaki Heavy Ind Ltd ロボットコントローラ
US10821345B2 (en) * 2014-04-25 2020-11-03 Christopher DeCarlo Sporting device for analyzing an element in a tunnel, apparatus, system, method, and computer program product
EP3436876B1 (en) * 2016-03-29 2021-07-07 Cognibotics AB Method, constraining device and system for determining geometric properties of a manipulator

Patent Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0084249A2 (en) * 1982-01-15 1983-07-27 The Marconi Company Limited Mechanical actuator for an industrial robot
JPH09248777A (ja) * 1996-03-12 1997-09-22 Kobe Steel Ltd 垂直多関節ロボット
CN203095171U (zh) * 2012-12-19 2013-07-31 广州市万世德包装机械有限公司 平行杆码垛机机器人
CN104923431A (zh) * 2014-03-18 2015-09-23 上海飞机制造有限公司 多平行四边形连杆并行驱动的喷涂机器人
CN104493809A (zh) * 2014-12-10 2015-04-08 广西大学 一种变胞机构式轮式移动码垛机器人机构
CN104708617A (zh) * 2015-02-28 2015-06-17 天津大学 一种三自由度定位机构及其多自由度混联机械手
CN106113025A (zh) * 2016-07-27 2016-11-16 东南大学 一种基于舵机传动的三指夹取机械手
JP2018167372A (ja) * 2017-03-30 2018-11-01 ダブル技研株式会社 指機構及びこの指機構を組み込んだ人間型ハンド
CN108608407A (zh) * 2018-04-11 2018-10-02 清华大学 一种可折展式多轴联动机器人
CN109834719A (zh) * 2018-12-20 2019-06-04 天津大学 一种测量仿人灵巧手指指尖应力的方法
CN110216703A (zh) * 2019-06-03 2019-09-10 北京交通大学 一类并联的多模式机器人灵巧手
CN112720545A (zh) * 2021-01-04 2021-04-30 北京交通大学 一种仿人并联的机器人灵巧手

Also Published As

Publication number Publication date
CN113305874A (zh) 2021-08-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110216703B (zh) 一类并联的多模式机器人灵巧手
CN201357413Y (zh) 一种夹紧机械手爪
CN104889998B (zh) 具有包络与夹持功能的欠驱动机器人手指装置
CN102085662B (zh) 拟人电动机械灵巧手
CA2958893A1 (en) Design of fault-tolerant dexterous hand with multi-fingers
CN109605404B (zh) 滑槽并联连杆直线平夹自适应机器人手指装置
CN104096998A (zh) 一种多自由度并联机构式点焊机器人
CN104908056A (zh) 一种可变构型的三指机械手爪
CN102085661A (zh) 全驱动式灵巧机械手
CN107471197A (zh) 一种仿人双臂多自由度工业机器人
CN112720545A (zh) 一种仿人并联的机器人灵巧手
CN105291097A (zh) 三自由度翻转机器人
CN108789461A (zh) 一种用于多足机器人的机械足爪
CN110900641B (zh) 一种平夹自适应三指欠驱动机器人手
CN110328678A (zh) 一种具有人手同步控制功能的欠驱动机械手
CN102806563A (zh) 水下牵引滑轮式拟人机械手
CN113305874B (zh) 一种三指多自由度灵巧手机构
CN201913642U (zh) 一种拟人电动机械灵巧手
CN213765888U (zh) 机器人及其夹爪装置
CN110216704B (zh) 一种并联的机器人灵巧手
CN113400289B (zh) 串并混联连杆直线平夹自适应机器人手指装置
CN113386115B (zh) 连杆式三路并联直线平夹自适应机器人手指装置
CN111037592A (zh) 一种灵活型仿生机械手
CN210307854U (zh) 一种欠驱动机械手
Shufeng et al. Structural design and optimization of modular underactuated multi-fingered manipulator

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant