一種三指機械手爪的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種三指機械手爪，屬于機器人技術(shù)領(lǐng)域，包括三根手指、手掌。手掌的兩側(cè)面呈直角，其中一個側(cè)面安裝一根手指，另一側(cè)面安裝兩根手指。每根手指有三段指節(jié)，相互之間通過三個關(guān)節(jié)聯(lián)結(jié)，每個指節(jié)可以繞關(guān)節(jié)做0°～90°彎轉(zhuǎn)。每根指節(jié)的彎轉(zhuǎn)通過一條柔性繩索驅(qū)動，指節(jié)的復(fù)位伸直則通過彈簧驅(qū)動。在手指上套上橡膠皮套，則能增加摩擦力，使抓物更穩(wěn)定并且外觀更接近人手。本實用新型的機械手爪抓物時的可以呈現(xiàn)各種姿態(tài)，可以抓取較大尺寸范圍物件，對于實施例100mm長度手指，被抓物的尺寸可以是5mm～150mm，能適應(yīng)各種形狀物件，比如圓柱形、棱柱形、球形、不規(guī)則形狀。
【專利說明】
一種三指機械手爪
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于機器人技術(shù)領(lǐng)域，特別是機械手爪。
【背景技術(shù)】
[0002]為了實現(xiàn)抓取物件的功能，現(xiàn)有的機械手爪通常針對特定尺寸和特定形狀的被抓物，設(shè)計為二指(二爪)平面機構(gòu)且采用直線驅(qū)動。但是這種機械手爪存在不足:(I)不能適應(yīng)大范圍尺寸的被抓物，比如尺寸5mm?200mm;(2)不能適應(yīng)形狀多樣的被抓物，比如圓柱形、棱柱形、球形、不規(guī)則形狀。而為了實現(xiàn)更復(fù)雜的動作，往往把機械手爪設(shè)計得結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積龐大，使用數(shù)量繁多的驅(qū)動軸。在機器人的工作環(huán)境，特別是服務(wù)機器人的工作環(huán)境，并不是象生產(chǎn)流水線上那樣只需要處理固定的對象，而是需要抓取各種大小、形狀的物件，而且希望手爪本身小巧、驅(qū)動簡單，現(xiàn)有的機械手爪往往無法滿足要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是針對上述問題，提供三指機械手爪。
[0004]為了達到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為:一種三指機械手爪，包括:手掌和三根手指，其特征在于手掌包括兩個側(cè)板，兩側(cè)板拼接后成“L”形;其中一根手指設(shè)置于其中一側(cè)板的外側(cè)，另兩根手指設(shè)置于另一側(cè)板的外側(cè);設(shè)置于同一側(cè)板的兩根手指之間留出一定距離，用于與另外一根手指配合抓取物件。
[0005]進一步的所述的每根手指結(jié)構(gòu)相同，包括:手指底座、指節(jié)一、指節(jié)二、指節(jié)三、柔性繩索、彈簧;其中手指底座設(shè)置于手掌上;手指底座、指節(jié)一、指節(jié)二、指節(jié)三依次鉸接，使各指節(jié)能向內(nèi)轉(zhuǎn)動;柔性繩索依次穿過手指底座和各指節(jié)，末端固定于指節(jié)三的末端，用于彎曲手指抓取物件;每個鉸接處設(shè)置彈簧，用于使彎曲的手指回位。
[0006]進一步的所述柔性繩索首先穿過手掌，經(jīng)過手指底座的內(nèi)側(cè)，然后從指節(jié)一的外側(cè)迂回，再經(jīng)過指節(jié)二的內(nèi)側(cè)，末端固定于指節(jié)三的外側(cè)上。
[0007]進一步的所述手指底座包括:端板和“U”形板，端板設(shè)置于手掌上，“U”形板開口向外設(shè)置于端板上;各指節(jié)同樣為“U”形板，指節(jié)一開口向內(nèi)，指節(jié)二開口向外，指節(jié)三開口向內(nèi)。
[0008]進一步的所述各手指的鉸接處的轉(zhuǎn)動角度范圍為0°?90°。
[0009]進一步的設(shè)置于同一手掌側(cè)板上的兩根手指為非平行設(shè)置，兩手指彎曲后在該側(cè)板上的投影成“八”字形。
[0010]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0011]1、每根手指有三個可以彎轉(zhuǎn)的關(guān)節(jié)，運動靈活，各關(guān)節(jié)處于不同角度時手指呈現(xiàn)多種多樣的彎曲形態(tài)；
[0012]2、具有三根手指，分別安裝在手掌的相互垂直的兩側(cè)面上，手指伸直時，張開跨度大；
[0013]3、呈空間分布的三根手指，結(jié)合各指關(guān)節(jié)的彎轉(zhuǎn)，可以形成各種抓握姿態(tài)，抓取較大尺寸范圍物件，能適應(yīng)各種形狀物件；
[0014]4、每根手指通過一條柔性繩索傳動，并且把動力源置于手掌之外，占用空間小，使手指的結(jié)構(gòu)簡單，運動范圍大。
【附圖說明】
[0015]圖1是本發(fā)明的三指機械手爪三根手指全部伸直的立體示意圖；
[0016]圖2是本發(fā)明的手指結(jié)構(gòu)爆炸示意圖；
[0017]圖3是本發(fā)明的手指結(jié)構(gòu)剖切示意圖；
[0018]圖4是本發(fā)明的三指機械手爪抓物姿態(tài)一；
[0019]圖5是本發(fā)明的三指機械手爪抓物姿態(tài)二；
[0020]圖6是本發(fā)明的三指機械手爪抓物姿態(tài)三。
[0021 ]圖中，手掌基礎(chǔ)1、手指底座2、指節(jié)一 3、指節(jié)二 4、指節(jié)三5、銷軸6、軸套7、柔性繩索
8、彈簧9、螺釘10。
【具體實施方式】
[0022]一種三指機械手爪，包括三根手指，手掌。手掌的兩側(cè)面呈直角，其中一個側(cè)面安裝一根手指，另一側(cè)面安裝兩根手指。設(shè)置于同一手掌側(cè)面上的兩根手指為非平行設(shè)置，兩手指彎曲后在該側(cè)面上的投影成“八”字形。每根手指有三段指節(jié)，相互之間通過三個關(guān)節(jié)聯(lián)結(jié)，每個指節(jié)可以繞關(guān)節(jié)做0°?90°彎轉(zhuǎn)。每根指節(jié)的彎轉(zhuǎn)通過一條柔性繩索驅(qū)動，指節(jié)的復(fù)位伸直則通過彈簧驅(qū)動。在手指上套上橡膠皮套，則能增加摩擦力，使抓物更穩(wěn)定并且外觀更接近人手。
[0023]所述的手指包括手指底座、指節(jié)一、指節(jié)二、指節(jié)三、銷軸、軸套、柔性繩索、彈簧；其中，手掌基礎(chǔ)有兩個相互垂直的側(cè)面，兩側(cè)面上共有三組安裝孔;三根手指通過手指底座用螺釘固定安裝在手掌基礎(chǔ)上，一根手指安裝在手掌基礎(chǔ)的一個側(cè)面上，另外兩根手指安裝在手掌基礎(chǔ)的另一側(cè)面上;三根手指具有相同的組成部分和結(jié)構(gòu)，如下面描述的那樣。手指底座由端板和U形板組成，在端板上有安裝孔，在U形板的兩側(cè)板上有軸套孔;指節(jié)一為寬度略大于手指底座的U形板，其兩側(cè)板上有兩個銷軸孔;指節(jié)一與手指底座通過可以轉(zhuǎn)動的關(guān)節(jié)連接，關(guān)節(jié)裝配時，先在手指底座的軸套孔中裝入軸套，U形指節(jié)一與手指底座的U形板開口相對并使銷軸孔與軸套孔同軸線，插入銷軸穿過已安裝的軸套，兩端固定在銷軸孔內(nèi)，形成可在0°?90°之間彎轉(zhuǎn)的關(guān)節(jié);指節(jié)二為寬度略小于指節(jié)一的U形板，其兩側(cè)板上有軸套孔和;指節(jié)三為寬度略大于指節(jié)二的U形板，其兩側(cè)板上有軸套孔;同樣地，指節(jié)二與指節(jié)一通過可以轉(zhuǎn)動的關(guān)節(jié)連接，指節(jié)三與指節(jié)二通過可以轉(zhuǎn)動的關(guān)節(jié)連接，三個關(guān)節(jié)一樣，都只能朝同一側(cè)彎轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)動的角度范圍為0°?90°。
[0024]在手掌基礎(chǔ)的每組安裝孔旁開有個繩索孔，在手指底座U形板的底板上開有個繩索槽，在指節(jié)一 U形板的底板上開有兩個繩索孔，在指節(jié)二 U形板的底板上開有2個繩索槽，在指節(jié)三U形板的底板上開有I個繩索孔;每根手指有I條繩索串過前述的各個繩索孔或繩索槽，繩索的一端固定在指節(jié)三上，繩索的另一端與動力源相聯(lián)。
[0025]在三個關(guān)節(jié)處，均安裝有彈簧，彈簧的彈力使通過關(guān)節(jié)相連的兩關(guān)節(jié)回復(fù)伸直的姿態(tài)。在每根手指外套上橡膠皮套，以增加摩擦力，使抓物更穩(wěn)定并且外觀更接近人手。
[0026]機械手爪初始狀態(tài)為三指伸直，呈張開姿態(tài)，可以接納大尺寸的物件;機械手爪抓取物件時，動力源拉動繩索的一端，帶動指節(jié)繞關(guān)節(jié)彎轉(zhuǎn)，空間分布的三根手指彎曲，呈現(xiàn)抓取姿態(tài);繩索被拉動的長度越大則手指彎曲越嚴重，也就是可抓取尺寸越小的物件;動力源拉動繩索的力越大則抓握物件的力越大。動力源松開繩索，則在彈簧的彈力作用下，關(guān)節(jié)兩側(cè)相鄰的指節(jié)回復(fù)伸直的姿態(tài)，手爪張開。本發(fā)明的機械手爪抓物時的可以呈現(xiàn)各種姿態(tài)，可以抓取較大尺寸范圍物件，對于實施例1OOmm長度手指，被抓物的尺寸可以是5mm?150mm，能適應(yīng)各種形狀物件，比如圓柱形、棱柱形、球形、不規(guī)則形狀。
[0027]如圖1、圖2和圖3所示，三指機械手爪，其特征在于，包括手掌基礎(chǔ)1、手指；其中手指包括手指底座2、指節(jié)一3、指節(jié)二4、指節(jié)三5、銷軸6、軸套7、柔性繩索8、彈簧9;其中，手掌基礎(chǔ)I有相互垂直的側(cè)面一 Ia和側(cè)面二 lb，兩側(cè)面上共有3組安裝孔lc;3根手指通過手指底座2用螺釘10固定安裝在手掌基礎(chǔ)I上，I根手指安裝在手掌基礎(chǔ)的側(cè)面一Ia上，另外2根手指安裝在手掌基礎(chǔ)的側(cè)面二 Ib上，設(shè)置于手掌基礎(chǔ)的側(cè)面二 Ib上的兩根手指為非平行設(shè)置，兩手指彎曲后在該側(cè)面上的投影成“八”字形;3根手指具有相同的組成部分和結(jié)構(gòu)，如下面描述的那樣。手指底座2由端板2d和U形板2b組成，在端板2d上有安裝孔2c，在U形板2b的兩側(cè)板上有軸套孔2a;指節(jié)一 3為寬度略大于手指底座2的U形板，其兩側(cè)板上有兩個銷軸孔3a和3b;指節(jié)一3與手指底座2通過可以轉(zhuǎn)動的關(guān)節(jié)6a連接，關(guān)節(jié)6a裝配時，先在手指底座2的軸套孔2d中裝入軸套7，U形指節(jié)一 3與手指底座2的U形板開口相對并使銷軸孔3a與軸套孔2a同軸線，插入銷軸6穿過已安裝的軸套7，兩端固定在銷軸孔3a內(nèi)，形成可在0°?90°之間彎轉(zhuǎn)的關(guān)節(jié)6a;指節(jié)二 4為寬度略小于指節(jié)一 3的U形板，其兩側(cè)板上有軸套孔4b和4c;指節(jié)三5為寬度略大于指節(jié)二4的U形板，其兩側(cè)板上有軸套孔5c;同樣地，指節(jié)二4與指節(jié)一3通過可以轉(zhuǎn)動的關(guān)節(jié)6b連接，指節(jié)三5與指節(jié)二 4通過可以轉(zhuǎn)動的關(guān)節(jié)6c連接，關(guān)節(jié)6b、關(guān)節(jié)6c與關(guān)節(jié)6a—樣，只能朝同一側(cè)彎轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)動的角度范圍為0°?90°。
[0028]如圖2所示，在手掌基礎(chǔ)I的每組安裝孔Ic旁開有I個繩索孔ld，在手指底座2U形板的底板上開有I個繩索槽2e，在指節(jié)一 3U形板的底板上開有兩個繩索孔3c，在指節(jié)二 4U形板的底板上開有2個繩索槽4d，在指節(jié)三5U形板的底板上開有I個繩索孔5b;每根手指有I條繩索8串過前述的各個繩索孔或繩索槽，繩索8的一端固定在指節(jié)三5上，繩索8的另一端與動力源(圖中未示出)相聯(lián)。
[0029]如圖3所示，在關(guān)節(jié)6a、6b以及6c處，均安裝有彈簧9，彈簧9的彈力使通過關(guān)節(jié)相連的兩關(guān)節(jié)回復(fù)伸直的姿態(tài)。在每根手指外套上橡膠皮套(圖中未示出)，以增加摩擦力，使抓物更穩(wěn)定并且外觀更接近人手。
[0030]機械手爪初始狀態(tài)為三指伸直，呈張開姿態(tài)，可以接納大尺寸的物件;機械手爪抓取物件時，動力源拉動柔性繩索8的一端，帶動指節(jié)繞關(guān)節(jié)彎轉(zhuǎn)，空間分布的三根手指彎曲，呈現(xiàn)抓取姿態(tài);每根手指都按相同的過程彎轉(zhuǎn)運動，拉動柔性繩索8的一端時，首先是指節(jié)三5繞關(guān)節(jié)6c彎轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)動角度從0°開始，遇到被抓物件的阻礙則停止彎轉(zhuǎn)，如無阻礙則繼續(xù)彎轉(zhuǎn)至90°停止;接著是節(jié)二4繞關(guān)節(jié)6b彎轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)動角度從0°開始，遇到被抓物件的阻礙則停止彎轉(zhuǎn)，如無阻礙則繼續(xù)彎轉(zhuǎn)至90°停止;最后是節(jié)一3繞關(guān)節(jié)6a彎轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)動角度從0°開始，遇到被抓物件的阻礙則停止彎轉(zhuǎn)，如無阻礙則繼續(xù)彎轉(zhuǎn)至90°停止;繩索8被拉動的長度越大則手指彎曲越嚴重，也就是可抓取尺寸越小的物件;動力源拉動繩索8的力越大則抓握物件的力越大。動力源松開繩索8，則在彈簧9的彈力作用下，關(guān)節(jié)兩側(cè)相鄰的指節(jié)回復(fù)伸直的姿態(tài)，手爪張開。本發(fā)明的機械手爪可以抓取較大尺寸范圍物件，對于實施例1OOmm長度手指，被抓物的尺寸可以是5mm?150mm，能適應(yīng)各種形狀物件，比如圓柱形、棱柱形、球形、不規(guī)則形狀。本發(fā)明的手爪抓物時的可以呈現(xiàn)各種姿態(tài)，圖4、圖5、圖6顯示了本發(fā)明的手爪抓物時的其中三種姿態(tài)。
[0031]本文中所描述的具體實施例僅僅是對本發(fā)明精神作舉例說明。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對所描述的具體實施例做各種各樣的修改或補充或采用類似的方式替代，但并不會偏離本發(fā)明的精神或者超越所附權(quán)利要求書所定義的范圍。
【主權(quán)項】
1.一種三指機械手爪，包括:手掌和三根手指，其特征在于手掌包括兩個側(cè)板，兩側(cè)板拼接后成“L”形;其中一根手指設(shè)置于其中一側(cè)板的外側(cè)，另兩根手指設(shè)置于另一側(cè)板的外側(cè);設(shè)置于同一側(cè)板的兩根手指之間留出一定距離，用于與另外一根手指配合抓取物件。2.如權(quán)利要求1所述的一種三指機械手爪，其特征在于所述的每根手指結(jié)構(gòu)相同，包括:手指底座、指節(jié)一、指節(jié)二、指節(jié)三、柔性繩索、彈簧;其中手指底座設(shè)置于手掌上;手指底座、指節(jié)一、指節(jié)二、指節(jié)三依次鉸接，使各指節(jié)能向內(nèi)轉(zhuǎn)動;柔性繩索依次穿過手指底座和各指節(jié)，末端固定于指節(jié)三的末端，用于彎曲手指抓取物件;每個鉸接處設(shè)置彈簧，用于使彎曲的手指回位。3.如權(quán)利要求2所述的一種三指機械手爪，其特征在于所述柔性繩索首先穿過手掌，經(jīng)過手指底座的內(nèi)側(cè)，然后從指節(jié)一的外側(cè)迂回，再經(jīng)過指節(jié)二的內(nèi)側(cè)，末端固定于指節(jié)三的外側(cè)上。4.如權(quán)利要求2所述的一種三指機械手爪，其特征在于所述手指底座包括:端板和“U”形板，端板設(shè)置于手掌上，“U”形板開口向外設(shè)置于端板上；各指節(jié)同樣為“U”形板，指節(jié)一開口向內(nèi)，指節(jié)二開口向外，指節(jié)三開口向內(nèi)。5.如權(quán)利要求2、3或4所述的一種三指機械手爪，其特征在于所述各手指的鉸接處的轉(zhuǎn)動角度范圍為O。?90°。6.如權(quán)利要求1、2、3或4所述的一種三指機械手爪，其特征在于設(shè)置于同一手掌側(cè)板上的兩根手指為非平行設(shè)置，兩手指彎曲后在該側(cè)板上的投影成“八”字形。
【文檔編號】B25J15/10GK205521473SQ201620044349
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年1月18日
【發(fā)明人】李星煒, 周文建
【申請人】電子科技大學