[實用新型]一種基于柔性軸的仿生手爪模塊

有效

• 申請號: 201720036390.7
• 申請日: 2017-01-12
• 公開（公告）號: CN206484587U
• 公開（公告）日: 2017-09-12
• 發明（設計）人: 肖博屹
• 申請（專利權）人: 肖博屹
• 主分類號: B25J15/12
• 分類號: B25J15/12;B25J15/10
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙)42222
• 代理人: 魯力

技術領域

本實用新型屬于機器人技術領域，涉及一種基于柔性軸的仿生手爪模塊，具體是一種通過柔性軸傳動實現抓取和扭轉兩種功能的仿生手爪。

背景技術

機器人技術是一門綜合了機械學、電子學、力學、生物學、控制理論、計算機、人工智能、人機工程和系統工程等多學科領域的高技術，是21世紀最具有代表性的高新技術之一。仿生機器人近年來越來越受到研究者們的關注，已經成為當今技術發展的最高級和最尖端的體現。仿生學是一門新興的學科，仿生學的發展促進了與之密切相關的仿生機械學的誕生與發展。模仿各類動物的行走、爬行的動作，為移動機器人的設計與構思提供了美好的前景。在仿生機械中，仿生機構作為仿生機械的重要組成部分，是模仿生物的運動形態，生理結構和控制原理設計制造出的功能更集中效率更高、應用更加廣泛并具有生物特征的機構。

自從1960年第一臺機器人問世以來，機器人技術在國防、科研和生產等領域都有了廣泛的應用，代替人類從事一些復雜、危險或者非人可達的工作，從而減輕了人們的勞動強度，提高工作效率，擴大人類的活動空間。但是目前國內外的工業機器人大多是針對專門的任務設計的，使用的也是夾鉗或者平行移動式的單自由度末端執行器。這種執行器的結構簡單，控制方便，對于實現重負荷的大范圍運動作業十分有效，但是卻存在以下幾個方面的缺點：

1.它對物體的夾持和定位是通過施加較大的壓力所產生的摩擦力來實現的，不存在抓取的幾何封閉和力封閉，因此難以達到很高的抓取精度、穩定性和可靠性；2.它限制了機器人系統的精細作業水平。傳統的機器人通過手臂調整末端位置，通過手腕調整末端姿態。由于機械臂的尺寸較大，很難實現物體的精確位姿調整和操作，且動態響應較差；3.它缺少精確的力控制，只能完成夾持力要求不高的作業；4.不能適應物體外形的變化。

實用新型內容

本實用新型旨在針對上述現有機械手爪技術的不足，設計一種基于柔性軸的仿生手爪模塊。本實用新型將傳統的剛性連接與傳動，例如齒輪齒條、蝸輪蝸桿、鏈條、同步帶輪等，更換為柔性軸傳動。在本實用新型中，驅動機構仿生手指與驅動機構直流伺服電機分開布置，可實現遠距離傳動，使得手爪整體結構緊湊。每根仿生手指采用一根柔性軸傳動，即能夠實現沿軸線方向的屈伸運動，又能夠實現繞軸線方向的轉動，即每根仿生手指具有2個自由度；整個手爪由3根仿生手指組成，具有6個自由度，運動組合之后能夠實現抓取和扭轉功能。

本實用新型解決上述問題主要是通過下述技術方案得以實現的：

一種基于柔性軸的仿生手爪模塊，其特征在于，包括電機安裝基座、固定在電機安裝基座上的驅動機構、通過聯軸器組件與驅動機構配接的絲桿副以及與絲桿副配接并能隨絲桿副的運動做往復運動的手指安裝基座；彈性手指模塊通過手指支撐旋轉平臺設置在手指安裝基座上，手指支撐旋轉平臺通過配接件與手指安裝基座的豎向突臺裝配并能夠繞豎向突臺軸向旋轉，手指支撐旋轉平臺的一側通過復位機構與手指安裝基座固定，底部與輔助驅動機構配接并能夠在輔助驅動機構的往復運動驅動下繞豎向突臺軸向旋轉從而帶動彈性手指模塊進行開啟和閉合的動作。

本實用新型作為末端執行器的靈巧手相當于安裝在機器人臂上的可獨立實現精細操作運動的一組機器人，通過機器人臂實現粗定位，利用靈巧手實現精確定位。若采用適當的抓取方式和抓取規劃算法，從理論上可以抓取任意形狀的物體并且對物體施加任意的運動和力，這對提高機器人智能化作業水平有著重要的意義。

在上述的一種基于柔性軸的仿生手爪模塊，驅動機構包括主直流伺服電機，輔助驅動機構包括輔直流伺服電機以及柔性軸；所述主直流伺服電機通過主直流伺服電機與絲桿副配接，所述絲桿副包括滾珠絲杠螺母以及滾珠絲杠，滾珠絲杠與滾珠絲杠螺母配合運動，一端為自由端，一端通過主電機聯軸器和主直流伺服電機的軸連接；手指安裝基座與滾珠絲杠螺母通過螺釘螺母固定在一起；柔性軸穿過手指支撐旋轉平臺貫穿彈性手指模塊與其尖端固定。

在上述的一種基于柔性軸的仿生手爪模塊，配接件包括2個深溝球軸承，手指支撐旋轉平臺通過2個深溝球軸承與手指安裝基座的豎向突臺裝配；復位機構包括復位彈簧，復位彈簧固定在旋轉平臺上的橫向突臺和手指安裝基座的橫向突臺之間。

在上述的一種基于柔性軸的仿生手爪模塊，還包括圓柱限位滑軌，主直流伺服電機通過螺釘固定在電機安裝基座上；電機安裝基座與圓柱限位滑軌相對應的位置開圓孔，可讓圓柱限位滑軌自由滑動；輔直流伺服電機通過螺釘固定在電機安裝基座上，電機軸通過輔電機聯軸器與柔性軸固定連接。