一種機(jī)器人的螺旋傳動(dòng)手部機(jī)構(gòu)及夾持方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種機(jī)器人手部機(jī)構(gòu)及夾持方法，特別是一種機(jī)器人的螺旋傳動(dòng)手部 機(jī)構(gòu)及夾持方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 機(jī)器人在各行各業(yè)應(yīng)用越來越廣泛，它是一種開式鏈多自由度機(jī)構(gòu)。機(jī)器人的機(jī) 械機(jī)構(gòu)組成有：手部、腕部、臂部及機(jī)身等，其中機(jī)器人手部是機(jī)器人實(shí)行作業(yè)的重要組成 部分，它是機(jī)器人的末端執(zhí)行器。機(jī)器人手部主要有夾持類手部、吸附類手部及仿人類手 部，夾錯(cuò)式手部是其中比較常用的一種夾持類手部，其功能是實(shí)現(xiàn)對(duì)物體的夾持。夾錯(cuò)式手 部根據(jù)夾持運(yùn)動(dòng)方式又分為回轉(zhuǎn)型和平移型手部。對(duì)于工業(yè)機(jī)器人，一般有很高的定位精 度要求。為了拓寬機(jī)器人的應(yīng)用范圍，機(jī)器人夾錯(cuò)式手部一般用于夾持一定尺寸范圍內(nèi)的 物體或?qū)ο?，運(yùn)樣，在夾持過程中有可能會(huì)產(chǎn)生夾持誤差，而運(yùn)一誤差直接影響機(jī)器人的定 位精度。
[0003] 夾錯(cuò)式手部一般由手指、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)裝置等組成。一般情況下，機(jī)器人的手部 有兩個(gè)手指，特殊情況時(shí)手部有Ξ個(gè)或多個(gè)手指，例如五指靈巧手，它們的結(jié)構(gòu)形式主要取 決于被夾持對(duì)象的形狀及特性。
[0004] 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的作用是向手指?jìng)鬟f運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力W實(shí)現(xiàn)夾緊及松開動(dòng)作。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)有多 種形式，手指連同傳動(dòng)機(jī)構(gòu)一般由杠桿與斜模、滑槽、連桿等機(jī)構(gòu)組成復(fù)合式機(jī)構(gòu)，也就是 說，機(jī)器人手部的組成主要表現(xiàn)為復(fù)合式機(jī)構(gòu)，即手部機(jī)構(gòu)。 陽〇化]對(duì)于機(jī)器人夾錯(cuò)式回轉(zhuǎn)型手部機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，不僅要考慮組成機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小，合適 的夾緊力及驅(qū)動(dòng)力等，而且還要考慮手部機(jī)構(gòu)在夾持過程中滿足一定的定位精度?；剞D(zhuǎn)型 手部機(jī)構(gòu)在夾持不同尺寸的對(duì)象時(shí)會(huì)產(chǎn)生夾持誤差。
[0006] 提高回轉(zhuǎn)型手部機(jī)構(gòu)夾持精度的一種有效方法是對(duì)應(yīng)手部在結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)上可調(diào)或 手部可更換，此時(shí)，可能需要配置具有快速裝卸功能的換接器，其換接器由兩部分組成，即 換接器插座和換接器插頭，它們分別安裝在腕部和末端執(zhí)行器上，但對(duì)應(yīng)的手部在結(jié)構(gòu)上 就變得很復(fù)雜。
[0007] 夾錯(cuò)式回轉(zhuǎn)型手部機(jī)構(gòu)通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)手指轉(zhuǎn)動(dòng)而實(shí)現(xiàn)對(duì)物體的夾緊或松開。 其主要缺點(diǎn)：夾持不同尺寸物體的過程中存在夾持誤差，所需驅(qū)動(dòng)力較大。
[0008] 夾錯(cuò)式平移型手部機(jī)構(gòu)是通過手指的指面作直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)或平面移動(dòng)來實(shí)現(xiàn)手 指的張開或閉合動(dòng)作的。平移型手部機(jī)構(gòu)的形式不是很多。其缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，所需驅(qū)動(dòng) 力很大，一般需配置液壓系統(tǒng)，成本較高，其應(yīng)用有局限性。
[0009] 總之，盡管機(jī)器人回轉(zhuǎn)型手部機(jī)構(gòu)較簡(jiǎn)單，但夾持不同尺寸的對(duì)象時(shí)會(huì)產(chǎn)生夾持 誤差。而平移型手部機(jī)構(gòu)通常用于夾持具有平行平面的對(duì)象，幾種較常見的平移型手部在 通用性上不是很好，其結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，尤其是直線平移型的手部結(jié)構(gòu)更復(fù)雜。兩類手部結(jié)構(gòu) 實(shí)現(xiàn)上一般需配置液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，成本較高，且所需驅(qū)動(dòng)力較大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 本發(fā)明的目的是要提供一種機(jī)器人的螺旋傳動(dòng)手部機(jī)構(gòu)及夾持方法，解決回轉(zhuǎn)型 手部機(jī)構(gòu)存在夾持誤差W及平移型手部機(jī)構(gòu)復(fù)雜的問題，并解決運(yùn)兩類手部結(jié)構(gòu)需配置液 壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，成本較高，且所需驅(qū)動(dòng)力較大的問題。
[0011] 本發(fā)明的目的是運(yùn)樣實(shí)現(xiàn)的：該手部機(jī)構(gòu)有兩個(gè)手指，所述的螺桿有左、右兩段 螺紋，分別與兩手指構(gòu)成兩個(gè)螺旋副，且兩螺旋副均對(duì)應(yīng)為螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)，兩個(gè)手指同時(shí)分別移 動(dòng)；兩螺旋副的螺紋即螺桿的兩段螺紋旋向相反，螺距相等；兩個(gè)手指的相對(duì)位置由被夾 持物體的尺寸確定，螺桿兩段螺紋均采用標(biāo)準(zhǔn)化的單頭螺紋，螺桿兩端軸頸與支承相配合。
[0012] 所述的螺桿為兩段螺紋旋向相反、螺距相等的螺桿。
[0013] 物體夾持方法：螺桿兩段螺紋旋向分別為右旋及左旋，兩個(gè)手指在運(yùn)動(dòng)過程中總 是反向移動(dòng)而實(shí)現(xiàn)夾緊或松開；當(dāng)實(shí)現(xiàn)松開時(shí)，螺桿反轉(zhuǎn)，通過兩個(gè)螺旋副傳動(dòng)，兩個(gè)手指 分別向螺桿兩端反向移動(dòng)而張開手指；當(dāng)需要夾持物體時(shí)，螺桿正轉(zhuǎn)，通過左、右兩個(gè)螺旋 副傳動(dòng)，兩個(gè)手指相向移動(dòng)而夾持物體；設(shè)螺桿兩段螺紋螺距均為t，當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)Θ角時(shí)， 手部機(jī)構(gòu)兩手指總的平移距離為
[0014]
[0015] 式中：Θ-螺桿轉(zhuǎn)角；
[0016]t一一螺桿兩段螺紋的螺距；
[0017] 1一一兩手指總的平移距離。
[0018] 有益效果，由于采用了上述方案，當(dāng)螺桿朝一方向正轉(zhuǎn)時(shí)，若第一手指和第二手指 相向移動(dòng)夾緊物體，則當(dāng)螺桿朝另一方向反轉(zhuǎn)時(shí)，第一手指向螺桿左端移動(dòng)，而第二手指朝 螺桿右端反向移動(dòng)致使松開物體。該螺旋傳動(dòng)手部機(jī)構(gòu)及夾持方法很好地解決了目前現(xiàn)有 的夾錯(cuò)式手部機(jī)構(gòu)存在的問題，避免了上述兩類夾錯(cuò)式手部機(jī)構(gòu)的缺點(diǎn)。
[0019] 解決了兩類手部結(jié)構(gòu)需配置液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，成本較高，且所需驅(qū)動(dòng)力較大的問題， 達(dá)到了本發(fā)明的目的。
[0020] 優(yōu)點(diǎn)：手部機(jī)構(gòu)對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單、緊湊，夾持方便、可靠，通用性好，夾持不同尺 寸的物體時(shí)無夾持誤差。螺桿左、右旋向兩段螺紋按標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，合理地設(shè)計(jì)螺旋傳動(dòng)的參 數(shù)，使得螺旋機(jī)構(gòu)自鎖性好。手部機(jī)構(gòu)夾持力和夾緊行程都比較大。
【附圖說明】：
[0021] 圖1本發(fā)明的螺旋傳動(dòng)手部機(jī)構(gòu)圖。
[0022] 圖中，1、第一手指；2、物體；3、第二手指；4、螺桿。
【具體實(shí)施方式】
[0023] 實(shí)施例1:該手部機(jī)構(gòu)有兩個(gè)手指，所述的螺桿有左、右兩段螺紋，分別與兩個(gè)手 指構(gòu)成兩個(gè)螺旋副，且兩螺旋副均對(duì)應(yīng)為螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)，兩個(gè)手指同時(shí)分別移動(dòng)；兩螺旋副的螺 紋即螺桿的兩段螺紋旋向相反，螺距相等；兩個(gè)手指的相對(duì)位置由被夾持物體的尺寸確定， 螺桿兩段螺紋均采用標(biāo)準(zhǔn)化的單頭螺紋，螺桿兩端軸頸與支承相配合。
[0024] 所述的螺桿為兩段螺紋旋向相反、螺距相等的螺桿。
[00巧]物體夾持方法：螺桿兩段螺紋旋向分別為右旋及左旋，兩個(gè)手指在運(yùn)動(dòng)過程中總 是反向移動(dòng)而實(shí)現(xiàn)夾緊或松開；當(dāng)實(shí)現(xiàn)松開時(shí)，螺桿4反轉(zhuǎn)，通過兩個(gè)螺旋副傳動(dòng)，兩個(gè)手 指分別向螺桿兩端反向移動(dòng)而張開手指；當(dāng)需要夾持物體時(shí)，螺桿4正轉(zhuǎn)，通過左、右兩個(gè) 螺旋副傳動(dòng)，兩個(gè)手指相向移動(dòng)而夾持物體2。設(shè)螺桿兩段螺紋螺距均為t，當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)Θ 角時(shí)，手部機(jī)構(gòu)兩手指總的平移距離為
[0026]
[0027] 式中：Θ-螺桿轉(zhuǎn)角；
[002引 t一一螺桿兩段螺紋的螺距；
[0029] 1一一兩手指總的平移距離。
[0030] 本發(fā)明結(jié)構(gòu)易于實(shí)現(xiàn)，根據(jù)使用要求，在螺旋副的結(jié)構(gòu)選用標(biāo)準(zhǔn)化螺紋，合理地選 擇螺旋副的配對(duì)材料、螺旋升角，W實(shí)現(xiàn)螺旋副的自鎖條件。先將兩個(gè)手指，第一手指1及 第二手指3分別安裝在螺桿的兩段螺紋處，然后將螺桿安裝在兩端的支承上。
[0031] 螺桿兩端支承可采用滑動(dòng)軸承形式，螺桿4 一端可直接與配置的控制電動(dòng)機(jī)軸相 聯(lián)接或通過聯(lián)軸器與控制電動(dòng)機(jī)軸聯(lián)接。整個(gè)手部機(jī)構(gòu)通過軸承座等與機(jī)器人腕部相聯(lián) 接。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種機(jī)器人的螺旋傳動(dòng)手部機(jī)構(gòu)，其特征是：該手部機(jī)構(gòu)有兩個(gè)手指，所述的螺桿 有左、右兩段螺紋，分別與兩個(gè)手指構(gòu)成兩個(gè)螺旋副，且兩螺旋副均對(duì)應(yīng)為螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)，兩個(gè) 手指同時(shí)分別移動(dòng)；兩螺旋副的螺紋即螺桿的兩段螺紋旋向相反，螺距相等；兩個(gè)手指的 相對(duì)位置由被夾持物體的尺寸確定，螺桿兩段螺紋均采用標(biāo)準(zhǔn)化的單頭螺紋，螺桿兩端軸 頸與支承相配合； 所述的螺桿為兩段螺紋旋向相反、螺距相等的螺桿。2. 權(quán)利要求1所述的一種機(jī)器人的螺旋傳動(dòng)手部機(jī)構(gòu)的夾持方法，其特征是：物體夾 持方法：螺桿兩段螺紋旋向分別為右旋及左旋，兩個(gè)手指在運(yùn)動(dòng)過程中總是反向移動(dòng)而實(shí) 現(xiàn)夾緊或松開；當(dāng)實(shí)現(xiàn)松開時(shí)，螺桿反轉(zhuǎn)，通過兩個(gè)螺旋副傳動(dòng)，兩個(gè)手指分別向螺桿兩端 反向移動(dòng)而張開手指；當(dāng)需要夾持物體時(shí)，螺桿正轉(zhuǎn)，通過左、右兩個(gè)螺旋副傳動(dòng)，兩個(gè)手指 相向移動(dòng)而夾持物體；設(shè)螺桿兩段螺紋螺距均為t，當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)Θ角時(shí)，手部機(jī)構(gòu)兩手指總 的平移距離為式中：Θ-一螺桿轉(zhuǎn)角；t一一螺桿兩段螺紋的螺距； 1一一兩手指總的平移距離。
【專利摘要】一種機(jī)器人的螺旋傳動(dòng)手部機(jī)構(gòu)及夾持方法，屬于機(jī)器人手部機(jī)構(gòu)及夾持方法。該手部機(jī)構(gòu)有兩個(gè)手指，所述的螺桿有左、右兩段螺紋，分別與兩個(gè)手指構(gòu)成兩個(gè)螺旋副，且兩螺旋副均對(duì)應(yīng)為螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)、兩個(gè)手指同時(shí)分別移動(dòng)；兩螺旋副的螺紋即螺桿的兩段螺紋旋向相反，螺距相等；兩個(gè)手指的相對(duì)位置由被夾持物體的尺寸確定，螺桿兩段螺紋均采用標(biāo)準(zhǔn)化的單頭螺紋，螺桿兩端軸頸與支承相配合；物體夾持方法：螺桿兩段螺紋旋向分別為右旋及左旋，兩個(gè)手指在運(yùn)動(dòng)過程中總是反向移動(dòng)即相向或向背移動(dòng)而實(shí)現(xiàn)夾緊或松開。優(yōu)點(diǎn)：手部機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單、緊湊，夾持方便、可靠，通用性好，夾持不同尺寸的物體時(shí)無夾持誤差。螺桿左、右旋向兩段螺紋，螺旋機(jī)構(gòu)自鎖性好。
【IPC分類】B25J15/08, B25J9/10
【公開號(hào)】CN105291125
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510714327
【發(fā)明人】錢濟(jì)國
【申請(qǐng)人】中國礦業(yè)大學(xué)
【公開日】2016年2月3日
【申請(qǐng)日】2015年10月28日