專利名稱：抓拿接觸點(diǎn)可控的工業(yè)機(jī)器人終端手的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及工業(yè)機(jī)器人的終端手。
用于抓拿物體的工業(yè)機(jī)器人終端(endeffector)主要分兩大類第一類稱為夾持器(gripper);第二類稱為多指手(multifingeredhand)，也稱為關(guān)節(jié)型手(articulatedhand)。
夾持器一般由兩個(gè)或多個(gè)可相對(duì)運(yùn)動(dòng)的手指組成。手指可以是剛性的，也可以是柔性的，以適應(yīng)抓拿不同形狀的物體。但是各手指都不具有獨(dú)立可控的運(yùn)動(dòng)自由度。因此，抓住一個(gè)物體后，并不能驅(qū)動(dòng)物體在空間運(yùn)動(dòng)。
多指手有兩個(gè)或兩個(gè)以上的手指，多個(gè)手指上都具有一個(gè)或更多的可控關(guān)節(jié)。所以在抓拿物體時(shí)，運(yùn)動(dòng)各關(guān)節(jié)，即可選擇各手指在被抓拿物上的接觸點(diǎn)，從而取得有利的抓拿姿態(tài);抓住物體后，運(yùn)動(dòng)各手指關(guān)節(jié)，還可以改變被抓拿物的空間位置或姿態(tài)。因此，從功能上講，多指手具有比夾特器更廣泛的應(yīng)用范圍。
目前，多指手各手指一般采用連桿-轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)形式，抓拿物體時(shí)通過(guò)指端與物體接觸。這種多指手結(jié)構(gòu)在控制計(jì)算中存在以下兩點(diǎn)不足1.由于指端具有一定的外形體積，當(dāng)指端上不同的點(diǎn)與被抓拿物接觸時(shí)，會(huì)形成不同的結(jié)構(gòu)參數(shù)，即手指的末端連桿的長(zhǎng)度是一個(gè)變量。因此，當(dāng)多指手驅(qū)動(dòng)被抓拿物運(yùn)動(dòng)時(shí)，如果指端相對(duì)于被抓拿物的角度改變，即相當(dāng)于指端在被抓拿物表面滾動(dòng)，這種滾動(dòng)必然導(dǎo)至接觸點(diǎn)在指端和被抓拿物表面上位置的改變，從而產(chǎn)生上述結(jié)構(gòu)參數(shù)變化的問(wèn)題。這種接觸點(diǎn)的變化不但會(huì)影響多指手對(duì)被抓拿物運(yùn)動(dòng)的控制精度，還會(huì)改變各手指對(duì)被抓拿物的施力效果，從而有可能導(dǎo)致抓拿不穩(wěn)定。
2.多指手抓拿物體穩(wěn)定后，各指端在物體表面的位置也隨之確定，除上述第一點(diǎn)中所說(shuō)的滾動(dòng)外，無(wú)法控制指端在被抓拿物表面上的移動(dòng)。即多指手從抓起一物體直至完成指定操作后放開(kāi)物體這一全過(guò)程內(nèi)，抓拿的姿態(tài)，即指端在被抓拿物表面上的位置，都是不可改變的。
上述兩點(diǎn)限制了多指手在工業(yè)實(shí)際中的應(yīng)用。
本發(fā)明的目的是研制一種接觸點(diǎn)可控的終端手，這種終端手在驅(qū)動(dòng)被抓拿物運(yùn)動(dòng)時(shí)，即使指端相對(duì)于被抓拿物的姿態(tài)改變，也可控制接觸點(diǎn)在被抓拿物表面的位置不變;還可以在保持指端對(duì)被抓拿物表面法向壓力不變的前提下，控制接觸點(diǎn)在被抓拿物表面平滑移動(dòng)。
本發(fā)明的終端手由基座，電機(jī)及減速機(jī)構(gòu)，傳感器，手指連桿，指端所組成，指端表面采用可控的移動(dòng)式結(jié)構(gòu)。
為便于敘述說(shuō)明附圖如下

圖1為終端手總成圖。
1為基座2為電機(jī)及減速機(jī)構(gòu)3為手指連桿4為電機(jī)及減速機(jī)構(gòu)5為手指連桿6為電機(jī)及減速機(jī)構(gòu)7為指端圖2為指端結(jié)構(gòu)圖。
5為手指連桿6為電機(jī)及減速機(jī)構(gòu)8為電機(jī)支架9為輸出軸10為齒帶輪11為齒帶12為指端支承骨架13為導(dǎo)向軸14為聯(lián)軸節(jié)15為傳感器16為傳感器支承架17為指端擋板18為減速機(jī)構(gòu)圖3為除去傳感器，傳感器支承架及指端擋板后的指端結(jié)構(gòu)圖。
5為手指連桿6為電機(jī)及減速機(jī)構(gòu)8為電機(jī)支架9為輸出軸10為齒帶輪11為齒帶12為指端支承骨架13為導(dǎo)向軸19為指端擋板固定螺釘孔20為指端支承骨架固定螺孔結(jié)合實(shí)施例說(shuō)明本發(fā)明的工作情況如下工作時(shí)終端手由電機(jī)及減速機(jī)構(gòu)(2，4)(圖1)帶動(dòng)手指連桿(3，5)運(yùn)動(dòng)，使指端(7)接觸物體(即完成抓拿動(dòng)作)，指端(7)是通過(guò)齒帶(11)的無(wú)齒背面與物體接觸。
目前國(guó)內(nèi)外的終端手抓拿住物體后，當(dāng)要改變物體的空間位置或姿態(tài)時(shí)，都是由各手指上的關(guān)節(jié)電機(jī)(如圖1的2，4)轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，但這樣會(huì)使指端與被抓拿物體之間的相對(duì)角度改變，假設(shè)其相對(duì)角度變量為△(二維平面上的轉(zhuǎn)角，單位為弧度)則抓拿接觸點(diǎn)在物體表面及指端表面的移動(dòng)量為△·rt(在接觸點(diǎn)不產(chǎn)生滑移的前提下)。rt為指端弧形半徑。此△·rt即為控制誤差，它使終端手失去了對(duì)被抓拿物空間位置與姿態(tài)的精確控制，同時(shí)也改變了指端對(duì)被抓拿物的施力效果。
本發(fā)明采用了移動(dòng)式表面結(jié)構(gòu)(齒帶)，當(dāng)終端手抓拿物體后需要改變其抓拿物體的空間位置或姿態(tài)時(shí)，除電機(jī)及減速機(jī)構(gòu)(2，4)轉(zhuǎn)動(dòng)以外，電機(jī)及減速機(jī)構(gòu)(6)也可轉(zhuǎn)動(dòng)，并帶動(dòng)齒帶輪(10)轉(zhuǎn)動(dòng)，齒帶輪(10)又帶動(dòng)齒帶(11)運(yùn)動(dòng)，齒帶(11)的運(yùn)動(dòng)方向與△·rt的方向相反，且其絕對(duì)值與△·rt相等。(由傳感器(15)來(lái)控制，傳感器(15)為一電位器)電機(jī)及減速機(jī)構(gòu)(6)的電機(jī)為伺服電機(jī)。減速機(jī)構(gòu)(18)為三級(jí)減速機(jī)構(gòu)。
為使齒帶(11)運(yùn)動(dòng)靈活，在指端(7)的端部設(shè)一導(dǎo)向軸(13)。為使齒帶(11)工作情況穩(wěn)定，夾持接觸區(qū)采用直線與圓弧連接的形式。
為防止齒帶(11)外逸，在指端兩側(cè)，設(shè)指端擋板(17)。
齒帶為市售同步齒形帶，由氯丁橡膠及聚胺脂復(fù)合而成。
本發(fā)明的終端手可以精確控制被抓拿物在二維平面內(nèi)的位置與轉(zhuǎn)角。
權(quán)利要求
1.一種由基座、電機(jī)及減速機(jī)構(gòu)、傳感器、手指連桿、指端構(gòu)成的機(jī)器人終端手，其特征在于指端采用可控的移動(dòng)式表面結(jié)構(gòu)。
2.按權(quán)利要求1所說(shuō)的終端手，其特征在于以齒帶作為移動(dòng)式表面結(jié)構(gòu)。
3.按照權(quán)利要求1，2所說(shuō)的終端手，其特征在于指端夾持接觸區(qū)采用直線與圓弧連接的方式。
全文摘要
一種在二維平面內(nèi)可控制抓拿接觸點(diǎn)的工業(yè)機(jī)器人終端手，此終端手在驅(qū)動(dòng)被抓拿物運(yùn)動(dòng)時(shí)，既可保持接觸點(diǎn)在被抓拿物表面的位置不變，從而消除一般工業(yè)機(jī)器人多指手由于指端形狀對(duì)于運(yùn)動(dòng)控制造成的不良影響，也可以控制接觸點(diǎn)在被抓拿物表面移動(dòng)，滿足工業(yè)操作(如裝配)中抓拿接觸點(diǎn)可運(yùn)動(dòng)的特殊要求。
文檔編號(hào)B25J15/06GK1047243SQ8910313
公開(kāi)日1990年11月28日 申請(qǐng)日期1989年5月18日 優(yōu)先權(quán)日1989年5月18日
發(fā)明者鄒敏偉 申請(qǐng)人:清華大學(xué)