柔性转动关节及机械手指和易拆装的模块化欠驱动机械手

技术领域

本发明涉及机械手技术领域，更具体的说是涉及一种柔性转动关节及机械手指和易拆装的模块化欠驱动机械手。

背景技术

机械手在自动化工业、航空航天等领域中已经得到广泛应用，其具备高效、快捷、精准和自动化程度高等优点。

经检索，中国专利公开号为CN112970428B的专利，公开了一种欠驱动机械手，包括机械臂连接部件、动力传输部件、机架、至少三个机械手组件和指间换向机构；其中，机架的首端与机械臂连接架部件固定连接，其末端与机械手组件连接，且动力传输部件处于机械臂连接架部件和机械手组件之间，指间换向机构设置在机架上，用于控制机械手组件的转动；机械手组件中一个为固定机械手指，其它均为可转机械手指。

上述专利存在以下不足：其虽然可实现三个指节的同步抓取，但是各个指节相对于驱动处均为刚性驱动，即其中一个关节位置确定后，其他两个关节均仅有一个对应的固定位置，这就导致其存在多个指节无法完全贴合被抓取物外壁，无法均匀受力的缺陷。

因此，如何提供一种具有柔性转动关节手指的机械手，是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种柔性转动关节及机械手指和易拆装的模块化欠驱动机械手，旨在解决上述技术问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种柔性转动关节，包括：通过柔性转动连接件连接的单元体一和单元体二；所述单元体一具有连接槽口，所述单元体二具有平行布置的连接体一和连接体二；所述柔性转动连接件包括轴一、轴二和扭簧；

所述轴一一端与所述连接槽口的一侧壁转动连接，另一端位于所述连接槽口内侧，且与所述连接体一固定连接；

所述轴二一端与所述连接槽口的另一侧壁转动连接，且通过锁止件与所述连接槽口外侧壁锁止固定，所述轴二的另一端位于所述连接槽口内侧，且与所述连接体二转动连接；

所述扭簧的两端固定在所述轴一和所述轴二之间。

优选的，在上述一种柔性转动关节中，所述轴二延伸至所述连接槽口外侧，且表面轴向开设有键槽，所述锁止件为套设在所述轴二外侧的卡盘，所述卡盘内圈具有与所述键槽配合的键状凸起；所述卡盘与所述连接槽口的外侧壁之间通过可调卡口卡接固定。

优选的，在上述一种柔性转动关节中，所述卡盘外壁具有角度刻度线，所述单元体一上具有与所述角度刻度线对应的角度指示箭头。

本发明还提供了一种机械手指，包括手指组件，所述手指组件包括固定架，以及与所述固定架依次连接的多个手指本体，所述固定架与所述手指本体之间，以及相邻的所述手指本体之间均通过所述柔性转动连接件连接。

优选的，在上述一种机械手指中，所述手指本体的数量为三个，且分别为第一指节、第二指节和第三指节。

本发明还提供了一种易拆装的模块化欠驱动机械手，包括：

连接法兰盘；

支撑盘；所述支撑盘通过多个支杆与所述连接法兰盘固定连接，所述支撑盘与所述连接法兰盘间隔平行布置；多个所述手指组件环绕所述支撑盘布置，所述固定架与所述支撑盘边沿固定；

升降驱动部；所述升降驱动部安装在所述连接法兰盘上，所述升降驱动部的动力输出端通过连杆传动部与所述手指组件末端的所述手指本体连接。

优选的，在上述一种易拆装的模块化欠驱动机械手中，所述连杆传动部包括固定于所述升降驱动部伸缩端的升降盘、通过铰接轴转动连接于所述升降盘侧壁的折线杆一，和通过铰接轴转动连接于所述固定架侧壁的折线杆二，所述折线杆二的另一端转动连接于所述手指组件末端的所述手指本体的侧壁，且所述折线杆一的另一端转动连接于所述折线杆二的弯折点。

优选的，在上述一种易拆装的模块化欠驱动机械手中，所述折线杆二包括传动杆一和传动杆二；所述传动杆二内侧安装有多级传动齿轮，使得所述传动杆二能够通过齿轮传动带动所述传动杆一转动。

优选的，在上述一种易拆装的模块化欠驱动机械手中，所述升降驱动部为电动、液压或气动控制的伸缩杆，或者为电机配合的丝杠-滑块升降结构。

优选的，在上述一种易拆装的模块化欠驱动机械手中，所述升降驱动部包括焊接于所述连接法兰盘内壁的壳体、通过螺栓固定于所述壳体止口处的端盖，以及设置于所述壳体内部且与所述升降盘固定的升降套，所述壳体的内部通过主轴同轴转动连接有转子支架，所述转子支架的外壁固定有与无刷电机定子配合的无刷电机转子，无刷电机转子的内壁通过螺纹连接有转子支架，且所述升降套通过键与键槽的配合滑动连接于所述端盖的内侧壁，所述键槽长度小于所述升降套轴线长度，且所述键与键槽间隙配合。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种柔性转动关节及机械手指和易拆装的模块化欠驱动机械手，具有以下有益效果：

1、本发明通过将固定架、第一指节、第二指节与第三指节设置为通过柔性转动连接件连接，其能保证转动的同时还具有一定的转动阻力矩，实现柔性支撑连接，而升降驱动部通过连杆传动部对第三指节直驱，可使得第一指节、第二指节与第三指节逐步逐渐与被夹持件外壁贴合，从而实现每个指节均能起到夹持作用，包络性更强，且能分摊夹持力，防止被夹持件受损。

2、本发明通过设置锁止件，在初始使用时，可通过转动卡盘来调节初始位置时第一指节、第二指节与第三指节的角度，从而达到调节后续具体驱动夹持力的目的，从而使得本装置可根据实际夹持件的形状针对性调节初始角度和最终夹持力。

3、本发明基于“丝杠-滑块”的构造，将其所需的电机驱动力集成于装置结构上，可降低相应传动机械结构的设置，提高装置的结构紧凑性，降低体积。

4、本发明在集成驱动的基础上，以连接法兰盘作为整体连接件，将整个装置作为模块，可便捷与其他直线驱动或者轴驱动连接，满足夹持后的工件位移。

5、本发明通过设置齿轮传动，一方面其能加速传动杆一的转动，从而加速其驱动第三指节的夹持，提高夹持效率，另一方面，其也能增加第三指节的内缩角度，从而使其能夹持体积更小的物件。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1附图为本发明提供的一种易拆装的模块化欠驱动机械手的整体结构示意图；

图2附图为本发明提供的一种易拆装的模块化欠驱动机械手的机械手指的结构示意图；

图3附图为本发明提供的一种易拆装的模块化欠驱动机械手的柔性转动连接件结构示意图；

图4附图为本发明提供的一种易拆装的模块化欠驱动机械手的锁止件结构示意图；

图5附图为本发明提供的一种易拆装的模块化欠驱动机械手的连杆传动部结构示意图；

图6附图为本发明提供的一种易拆装的模块化欠驱动机械手的升降驱动部主视结构示意图；

图7附图为本发明提供的一种易拆装的模块化欠驱动机械手的升降驱动部剖视结构示意图；

图8附图为本发明提供的一种易拆装的模块化欠驱动机械手的折线杆二主视结构示意图；

图9附图为本发明提供的一种易拆装的模块化欠驱动机械手的折线杆二剖视结构示意图。

其中：

1-连接法兰盘；2-升降驱动部；3-连杆传动部；4-支杆；5-手指组件；6-支撑盘；7-固定架；8-第一指节；9-第二指节；10-柔性转动连接件；11-第三指节；12-轴一；13-扭矩传输盘一；14-扭簧；15-扭矩传输盘二；16-轴二；17-角度指示箭头；18-卡槽；19-键槽；20-卡杆；21-角度刻度线；22-卡盘；23-键状凸起；24-限位螺母；25-升降盘；26-铰接轴；27-折线杆一；28-折线杆二；29-升降套；30-端盖；31-壳体；32-无刷电机定子；33-主轴；34-转子支架；35-无刷电机转子；36-传动杆一；37-连接轴一；38-传动杆二；39-转轴；40-联动齿轮；41-连接轴二；42-传动齿轮。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例公开了一种易拆装的模块化欠驱动机械手，包括：

连接法兰盘1；

支撑盘6；支撑盘6通过多个支杆4与连接法兰盘1固定连接，支撑盘6与连接法兰盘1间隔平行布置；多个手指组件5环绕支撑盘6布置，固定架7与支撑盘6边沿固定；

升降驱动部2；升降驱动部2安装在连接法兰盘1上，升降驱动部2的动力输出端通过连杆传动部3与手指组件5末端的手指本体连接。

手指组件5包括固定架7，以及与固定架7依次连接的多个手指本体，固定架7与手指本体之间，以及相邻的手指本体之间均通过柔性转动关节连接。

柔性转动关节包括：通过柔性转动连接件10连接的单元体一和单元体二；单元体一具有连接槽口，单元体二具有平行布置的连接体一和连接体二；柔性转动连接件10包括轴一12、轴二16和扭簧14；

轴一12一端与连接槽口的一侧壁转动连接，另一端位于连接槽口内侧，且与连接体一固定连接；

轴二16一端与连接槽口的另一侧壁转动连接，且通过锁止件与连接槽口外侧壁锁止固定，轴二16的另一端位于连接槽口内侧，且与连接体二转动连接；

扭簧14的两端固定在轴一和轴二之间。

实施例1：

参见附图1至附图7，具体的：连接法兰盘1的内侧壁焊接有升降驱动部2，连接法兰盘1的底部通过支杆4连接有支撑盘6，支撑盘6的外壁设置有多组手指组件5。本实施例中，手指组件5为三组圆形阵列布置；手指组件5包括固定于支撑盘6外壁的固定架7、以及通过柔性转动连接件10依次转动连接于固定架7顶部的第一指节8、第二指节9与第三指节11，升降驱动部2通过连杆传动部3驱动传动连接于第三指节11的侧壁；夹持时，升降驱动部2可通过连杆传动部3驱动第三指节11向内侧转动，从而将第一指节8与第二指节9带动向内侧转动，并且由于第一指节8与第二指节9、第二指节9与第三指节11、第一指节8与固定架7均通过柔性转动连接件10柔性转动连接，当第一指节8、第二指节9与第三指节11整体转动时，第一指节8首先接触被夹持件的侧壁，随后其被限位不动，接着继续驱动时，第二指节9相对第一指节8转动，直至其接触被夹持件外壁，随后被限位不动，第三指节11继续相对第二指节9转动，直至第三指节11与被夹持件外壁贴合，完成整个夹持过程。

本装置通过将固定架7、第一指节8、第二指节9与第三指节11设置为通过柔性转动连接件10连接，其能保证转动的同时还具有一定的转动阻力矩，实现柔性支撑连接，而升降驱动部2通过连杆传动部3对第三指节11直驱，可使得第一指节8、第二指节9与第三指节11逐步逐渐与被夹持件外壁贴合，从而实现每个指节均能起到夹持作用，包络性更强，且能分摊夹持力，防止被夹持件受损。

为了解决柔性支撑转动连接问题；如图3所示，柔性转动连接件10包括轴一12和轴二16，轴一12固定于第一指节8的内壁且转动连接于固定架7的内壁，轴二16与第一指节8、固定架7均转动连接，且轴二16的外壁设置有用于与固定架7锁止的锁止件，轴一12与轴二16的相对一侧外壁分别通过螺栓固定有扭矩输出盘一13与扭矩传输盘二15，扭矩输出盘一13与扭矩传输盘二15的相对一侧外壁扣接有同一个扭簧14。

锁止件包括开设于轴二16内壁的键槽19和通过键状凸起23滑动配合于键槽19外侧的卡盘22，固定架7的侧壁开设有卡槽18，卡盘22的外壁焊接有与卡槽18配合的卡杆20，且轴二16的外壁通过螺纹连接有限位螺母24。

卡盘22的外壁开设有角度刻度线21，固定架7的内壁开设有角度指示箭头17。

本实施例中，以固定架7与第一指节8的配合诠释柔性转动连接件10的具体结构和安装方法以及工作原理，第一指节8与第二指节9的配合，第二指节9与第三指节11的配合均与其相同，所以，本领域技术人员可根据固定架7与第一指节8的配合轻易推断第一指节8与第二指节9、第二指节9与第三指节11的配合形式，故，本实施例不对其做出赘述。

使用时，将卡杆20插入卡槽18内，将限位螺母24拧紧限位，实现轴二16与固定架7的转动限位，第三指节11首先转动时，由于扭簧14的扭力作用，第一指节8、第二指节9、第三指节11为一体转动，当第一指节8首先接触被夹持件外壁时，此时其被限位，第二指节9相对转动，并在转动的过程中，第一指节8与第二指节9连接处的扭簧14逐渐扭转，通过扭转力，对第一指节8施加夹持驱动力，随后第二指节9接触工件侧壁，其被限位，第三指节11相对转动，并通过第二指节9与第三指节11连接处的扭簧14扭转，对第二指节9施加夹持驱动力，随后第三指节11接触被夹持件外侧，通过升降驱动部2施加夹持驱动力。

通过设置锁止件，在初始使用时，可通过转动卡盘22来调节初始位置时第一指节8、第二指节9与第三指节11的角度，从而达到调节后续具体驱动夹持力的目的，从而使得本装置可根据实际夹持件的形状针对性调节初始角度和最终夹持力。

为了解决驱动问题；如图5所示，连杆传动部3包括固定于升降驱动部2伸缩端的升降盘25、通过铰接轴26转动连接于升降盘25侧壁的折线杆一27，和通过铰接轴26转动连接于固定架7侧壁的折线杆二28，折线杆二28的另一端转动连接于第三指节11的侧壁，且折线杆一27的另一端转动连接于折线杆二28的外壁；当升降驱动部2伸缩时，其能带动升降盘25升降，从而通过折线杆一27带动折线杆二28沿着与固定架7的转动连接点旋转，从而驱动第三指节11转动。

为了解决升降驱动问题；如图6、7所示，本实施例中，对升降驱动部2的具体类型不做限定，可以为电动、液压、气动伸缩杆、也可以为电机配合丝杠-滑块组合，还可以为其他可实现直线往复驱动的机械组合，但是由于电动、气动、液压伸缩杆其除了必备的壳体和伸缩件以外，还需要配合相应的管路、阀门等部件，结构较为复杂，而机械手需要多轴转动甚至长轴移动，较不便捷。

在本实施例中：升降驱动部2包括焊接于连接法兰盘1内壁的壳体31、通过螺栓固定有于壳体31止口处的端盖30以及设置于壳体31内部且与升降盘25固定的升降套29，壳体31的内部通过主轴33同轴转动连接有转子支架34，转子支架34的外壁固定有与无刷电机定子32配合的无刷电机转子35，无刷电机转子35的内壁通过螺纹连接有转子支架34，且升降套29通过键与键槽的配合滑动连接于端盖30的内侧壁，键槽长度略小于与升降套29轴线长度，且键与键槽间隙配合。

当无刷电机定子32通电时，其能通过电磁感应带动无刷电机转子35转动，而升降套29受到端盖30的限位，无法转动，从而通过与无刷电机转子35的螺纹连接作用完成升降。

本装置基于“丝杠-滑块”的构造，将其所需的电机驱动力集成于装置结构上，可降低相应传动机械结构的设置，提高装置的结构紧凑性，降低体积。

另一方面，本装置在集成驱动的基础上，以连接法兰盘1作为整体连接件，将整个装置作为模块，可便捷与其他直线驱动或者轴驱动连接，满足夹持后的工件位移。

本实施例中，当无刷电机定子32通电时，其能通过电磁感应带动无刷电机转子35转动，而升降套29受到端盖30的限位，无法转动，从而通过与无刷电机转子35的螺纹连接作用完成升降，从而带动升降盘25升降，从而通过折线杆一27带动折线杆二28沿着与固定架7的转动连接点旋转，从而驱动第三指节11转动，第三指节11首先转动时，由于扭簧14的扭力作用，第一指节8、第二指节9、第三指节11为一体转动，当第一指节8首先接触被夹持件外壁时，此时其被限位，第二指节9相对转动，并在转动的过程中，第一指节8与第二指节9连接处的扭簧14逐渐扭转，通过扭转力，对第一指节8施加夹持驱动力，随后第二指节9接触工件侧壁，其被限位，第三指节11相对转动，并通过第二指节9与第三指节11连接处的扭簧14扭转，对第二指节9施加夹持驱动力，随后第三指节11接触被夹持件外侧，通过升降驱动部2施加夹持驱动力，并且通过设置锁止件，可初始使用时，可通过转动卡盘22来调节初始位置时第一指节8、第二指节9与第三指节11的角度，从而达到调节后续具体驱动夹持力的目的，从而使得本装置可根据实际夹持件的形状针对性调节初始角度和最终夹持力。

实施例2：

如图8、9所示，为了解决效率问题；本实施例在实施例1的基础上作出以下改进：折线杆二28包括传动杆一36和传动杆二38，传动杆二38的两端内壁转动连接有连接轴一37和连接轴二41，连接轴二41固定于固定架7的内侧壁，连接轴一37固定于传动杆一36的底部，传动杆二38与连接轴二41的外壁均固定有传动齿轮42，且两个传动齿轮42的内壁啮合有多个联动齿轮40，联动齿轮40通过转轴39转动连接于传动杆二38的内壁，联动齿轮40的个数为偶数；且传动杆二38与折线杆一27转动连接配合；当折线杆一27驱动传动杆二38转动时，其带动传动杆一36同步转动的同时，位于连接轴二41外侧的传动齿轮42转动，从而通过多个联动齿轮40带动连接轴一37转动，从而使得传动杆一36相对传动杆二38转动。

通过设置传动齿轮42与联动齿轮40，一方面其能加速传动杆一36的转动，从而加速其驱动第三指节11的夹持，提高夹持效率，另一方面，其也能增加第三指节11的内缩角度，从而使其能夹持体积更小的物件。

本实施例在使用时，当折线杆一27驱动传动杆二38转动时，其带动传动杆一36同步转动的同时，位于连接轴二41外侧的传动齿轮42转动，从而通过多个联动齿轮40带动连接轴一37转动，从而使得传动杆一36相对传动杆二38转动。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。