[发明专利]一种连续转动多功能三指机械手爪

说明书

本发明公开一种连续转动多功能三指机械手爪，物理机械结构包括手腕部分和手爪部分。在物理机械机构的基础上搭建三指机械手爪的控制系统和传感系统。手腕部分包含一个旋转自由度，负责三指手爪的旋转。手爪部分包含一个开合自由度，负责三指手爪的开合。三指机械手爪控制系统部分包含两个电机驱动器。传感系统由两个触碰开关构成，检测手爪开合的极限位置。本发明还通过对指端头部的机械结构设计可以实现类似于内六角扳手拧内六角螺钉的功能。本发明的优点在于：兼具抓取、操作和连续转动的功能，可实现拧内六角螺钉和外六角螺母的操作功能。

技术领域

本发明专利设计一种连续转动多功能三指机械手爪，属于机器人学、机构学、机械设计等领域。

背景技术

机械手爪是用来夹持工件或工具的机器人部件，是重要的机器人执行机构之一。机器人的末端执行器主要分为两类，一类是专用夹持器，另一类是类人多指灵巧手。机械手爪可以归类为专用夹持器。机械手爪通常具有一、两个自由度，一般由一、两个电机驱动，制造相对简单，成本相对较低，控制简单可靠。而类人多指灵巧手由于手指关节多，自由度数目多，运动控制复杂，制造相对困难，成本相对昂贵。而在工业机器人制造中，在满足所需功能的前提下，成本是最主要的考虑因素，加上控制简单可靠，使得机械手爪在工业制造中具有更大的优势。

当前在工业机器人机械手爪中，典型代表是加拿大Robotiq公司生产的2指机械手爪和3 指机械手爪。Robotiq机械手爪主要用于夹持金属零部件，所以其机器手爪夹取范围和夹取质量适用于夹取金属零部件，当夹持质量大密度小体积大的非金属零部件或物体时，其夹取范围和夹取质量往往不能满足现有需求，并且Robotiq机械手爪存在着价格昂贵、不能实现连续转动的缺点。目前市面上大部分传统机械手爪不能实现连续转动功能，通常只是单纯的实现开合功能。而实际工业生产中有些场景是需要机械手爪能够进行连续360度旋转的，并且对于机械手爪连续360度旋转的需求是十分强烈的。

目前工业中的做法通常是传统机械手爪配合6自由度串联工业机械臂的手腕关节来实现旋转功能，而六自由度机械臂通常价格十分昂贵。对于机械手爪安装在并联机械臂来说，如果机械臂本体换成目前工业中大规模使用三自由度的DELTA机构，其机械臂本身就不能实现连续旋转，那么传统机械手爪也无法实现转动功能。此时如果机械手爪自带一个旋转自由度，那么就可以很好地解决这个问题。并且上述将机械手爪安装在机械臂的方法来获得旋转自由度的方法，通常是用导电滑环的方式来实现，即通过电连接的形式来实现，避免手爪电机线在旋转过程中被绞断。而本发明是通过机械结构上来实现手爪的连续整周转动。

对于当下流行的协作机器人来说，如果机械手爪本身自带一个旋转自由度，那么协作机器人机械臂手腕部分可以减少一个旋转自由度，本发明机械手爪自身携带转动自由度增加的成本要远远低于机械臂一个手腕关节模块的成本，这对于整个项目来说，其成本可以下降不少，对企业生产更加有利。

并且目前大部分传统机械手爪不能实现拧内六角螺钉的功能。但是在实际工业自动化生产中，这种拧内六角螺钉的生产装配需求确实存在。

发明内容

针对上述问题，本发明提出连续转动多功能三指机械手爪，兼具抓取、操作和连续转动的功能。同时在传统三指机械手爪的基础上，通过指端头部的机械结构设计可以实现类似于内六角扳手拧内六角螺钉的功能。

本发明连续转动多功能三指机械手爪，包括三指机械手爪腕部与腕部前端周向三根机械手指，以及三指开合驱动机构与腕部旋转驱动机构。三指开合驱动机构与腕部旋转驱动机构两者安装于三指机械手爪腕部内部定子轴上，分别用来实现三根机械手指的开合动作以及三指机械手爪腕部的旋转。