一種新型直線平夾自適應手指裝置的結構設計

宋志鵬　張蝶　呂夢圓

摘 要：傳統的平夾自適應機器人手指裝置往往只具備平行夾持和自適應抓取的功能，這些機器手雖能在一定程度上實現自動適應被抓物體的形狀、尺寸，實現包絡、捏夾等抓取動作，但是當抓取平放的厚度較薄物體時，便會徹底喪失抓取能力。本文提出了一種新型的直線平夾自適應手指裝置，以克服現有裝置結構的不足之處。

關鍵詞：機器人手指；欠驅動；直線平夾

0 引言

機器人技術是當今科技發展的重要技術之一，其末端執行裝置機器人手的結構、功能也在不斷發展和完善。其中指爪式末端執行器具備可完成任務多樣化的特征，既能對物體進行抓取，也能對目標進行裝配、維修等操作，近年來發展迅速。

傳統的具有平夾自適應功能的欠驅動機器人手的優點是能夠實現平行夾持和自適應兩種抓取模式，但是在整個抓取階段，手指末端近似呈現圓弧軌跡，使得這種機器人手在抓取工作臺面上的不同尺寸物體時需要調整手掌位置，雖然利用傳感器和計算機控制機械臂能夠調整機器人手的整體位置，但是在高速抓取和操作中，這是不利的，會降低工作效率，增加工作時間。

1 直線平夾自適應功能

為克服現有技術的不足之處，本文提出了一種新型的直線平夾自適應欠驅動手。該裝置具有多種抓取模式，既能用平夾捏持方式夾持物體，也能在第一指段接觸物體后轉動第二指段去自適應包絡物體，對不同形狀、尺寸的物體具有自適應性；該裝置在平行夾持階段能夠達到第二指段末端沿直線精確運動，從而適應在工作臺面上平行夾持抓取不同尺寸的物體，而無需調整機器人手整體的位置，降低了成本；采用單個動力源驅動，無需復雜的傳感和實時控制系統。圖1 為直線平夾自適應手指裝置結構圖。

2 結構介紹

它包括電機100、基座10、傳動機構110、第一轉軸41、第一齒輪51；電機100固定安裝在基座10中；電機100的輸出軸與傳動機構110的輸入端相連，傳動機構110的輸出端與第一轉軸41相連；第一轉軸41活動套設在基座10上；第一齒輪51套固在第一轉軸41上；其特征在于：該直線平夾自適應機器人手指裝置還包括第一滑軌61、第二滑軌62、第一滑槽、第二滑槽、齒條56、第一滑塊71、第二滑塊72、第一指段20、第二指段30、變速齒輪54、第二齒輪52、過渡齒輪55、第三齒輪53、第二轉軸42、過渡齒輪55軸43、關節軸44、簧件80和限位凸塊90；基座10上設有第一滑軌61、第二滑軌62、第一滑槽和第二滑槽；齒條56滑動套接在第一滑軌61上；齒條56與第一齒輪51相互嚙合，兩者配合形成傳動關系；第一滑塊71滑動鑲嵌在第一滑槽中；第二滑塊72滑動鑲嵌在第二滑槽中；第一指段20滑動套接在第二滑軌62中；變速齒輪54套固在第二轉軸42上；變速齒輪54與齒條56嚙合，兩者配合形成傳動關系；第二齒輪52套固在第二轉軸42上；第二轉軸42活動套設穿過第一指段20，第二轉軸42的一端套設在第一滑塊71上，另一端套設在第二滑塊72上；過渡齒輪55套固在過渡齒輪55軸43上；過渡齒輪55軸43活動套設在第一指段20中；第三齒輪53套固在關節軸44上；關節軸44活動套設在第一指段20中；第二指段30與第三齒輪53固接；第二齒輪52與過渡齒輪55相嚙合，過渡齒輪55與第三齒輪53相嚙合，過渡齒輪55使得從第二齒輪52到第三齒輪53的傳動為同向傳動；簧件80的兩端分別連接變速齒輪54和第一滑塊71；變速齒輪54和第一滑塊71上分別設有固定的限位凸塊90，在初始狀態時，兩個限位凸塊90相接觸，限位凸塊90限制變速齒輪54相對于第一滑塊71在初始狀態時發生轉動。

3 功能原理

本裝置的工作原理，結合附圖介紹如下：

電機100轉動，通過傳動機構110帶動第一轉軸41轉動，套固在第一轉軸41上的第一齒輪51轉動，帶動齒條56在第一滑軌61上直線移動。

在抓取過程中，在第一指段20未觸碰物體時，由于簧件80、限位凸塊90的作用，變速齒輪54不會相對于齒條56發生轉動，變速齒輪54不會相對于第一滑塊71轉動，第二齒輪52、過渡齒輪55和第三齒輪53不會轉動，即第二指段不會相對于第一指段發生轉動；此時第一滑塊71、第二滑塊72、第二轉軸42、第一指段20、第二指段30和齒條56將作為“一個構件”直線同步平移，實現直線平行夾持抓取效果。

在第一指段20接觸物體時，電機100繼續轉動，由于第一指段20和套設穿過在第一指段20的第二轉軸42的平移運動受到限制，簧件80將會發生變形，變速齒輪54相對于第一滑塊71發生轉動，第二齒輪52轉動；由于第二齒輪52、過渡齒輪55和第三齒輪53的同向傳動關系，第三齒輪53轉動，帶動固接在第三齒輪53上的第二指段30轉動，直到第二指段30接觸物體，抓取結束，實現了自適應抓取效果。

本實施例釋放物體時，電機100反轉，釋放過程與上述抓取過程相反，不再贅述。

4 結束語

本文提出了一種新型直線平夾自適應手指裝置，并對功能原理進行了較為詳盡的闡述。裝置整體構造簡單，摩擦損耗小，效率高，較容易制造安裝。

該裝置可以實現直線平夾自適應抓取功能，該裝置的抓取模式為直線平行夾持與自適應復合抓取模式：既能在平行夾持階段能夠達到第二指段末端沿直線精確運動，用直線平夾捏持方式夾持物體；也能在第一指段接觸物體后轉動第二指段去自適應包絡物體，對不同形狀、尺寸的物體具有自適應性。

相比較于普通的平夾自適應手指裝置，該直線平夾自適應手指裝置在保有其原有功能的基礎上，能更加高效地在工作臺面上平行夾持抓取厚度較薄的物體，而無需額外復雜的傳感和實時控制系統，提高了工作效率。

該裝置僅采用單個電機驅動，無需復雜的傳感和實時控制系統，結構簡單，制造成本低，同時抓取范圍廣，工作效率高，適用于各種需要抓取不同物體的機器人，具有較高的實用價值。

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