專利名稱：雙關節電機倒置復合欠驅動抓取機器人手指裝置的制作方法
技術領域：
本發明屬于機器人手技術領域，特別涉及一種雙關節電機倒置復合欠驅動抓取機器人手指裝置的結構設計。
背景技術：
手是人最重要的器官之一，在擬人機器人領域，機器人手同樣是至關重要的環節，其結構設計與功能改進是機器人領域的關鍵技術之一。一方面，機器人手需要完成抓取、搬運等復雜動作，因此需要較為精確的控制機制；另一方面，機器人手的擬人要求決定了其體積小、重量輕等特點。現有的靈巧手有足夠的關節數及驅動數以完成精確動作，但非常復雜、昂貴。目前在機器人手領域還存在許多技術難題。欠驅動手在一定程度上解決了這一矛盾。耦合型欠驅動手指采用多關節同時彎曲的耦合抓取模式，由ー個驅動器驅動多個關節按一定比例同時轉動。這ー模式與人手抓取物體動作類似，擬人性較好，抓取過程較穩定。耦合型手指的不足之處在于動作模式較為固定，無法適應不同形狀的物體，一股以捏持方式抓取物體，對于大尺寸物體很難實現握持抓取方式，抓取效果不好。自適應欠驅動手指采用自適應抓取的動作模式，由一個驅動器驅動ー個關節，其余關節在手指與物體接觸后才開始轉動。這種手指可以根據物體的不同形狀改變抓取角度，從而達到握持抓取方式，結構簡單且控制穩定。自適應欠驅動手指的不足之處在于未接觸物體時手指呈固定形態，擬人效果較差；需要在接觸物體的過程中產生對遠端指節的驅動力，可能導致近端指節受カ過大，不利于抓取；對于小尺寸物體無法實現捏持抓取方式，抓取效果受到限制。針對耦合型手指與自適應欠驅動手指各自的不足之處，一種將兩者結合起來的新型復合型欠驅動抓取模式被提出來，該抓取模式為手指碰到物體之前先按照耦合模式運動，接觸物體之后近端指節的運動被物體限制，此時遠端指節繼續以自適應模式抓取物體，直至各指節完全接觸物體。已有的一種雙關節并聯欠驅動機器人手指裝置，如中國發明專利CN101633171A，主要由基座、電機、減速器、近關節軸、中部指段、遠關節軸，末端指段、耦合傳動機構、欠驅動傳動機構和多個簧件構成。該裝置可以實現復合欠驅動抓取過程，其不足之處在于耦合傳動機構與欠驅動傳動機構之間有運動干涉，使用了多個簧件解除約束，造成耦合運動過程中產生很多不必要的能量消耗；耦合機構與自適應機構并聯，結構復雜；電機只能放置在基座(手掌)中，手掌空間無法充分利用，沒有充分利用指段空間。已有的一種錐齒輪柔性件復合抓取機器人手指裝置，如中國發明專利 CN102166753A，主要由基座、電機、減速器、近關節軸、中部指段、遠關節軸、末端指段、三個錐齒輪、主動輪、從動輪、兩個傳動件和簧件構成。該裝置可以實現復合欠驅動抓取過程，其不足之處在于采用三個相嚙合的錐齒輪，由錐齒輪機構達到驅動器分兩路輸出的目的，要求兩側的錐齒輪完全對稱，成本高；錐齒輪傳動要求裝配精度高，在制造和裝配精度低時的傳動損耗大；電機只能放置在基座(手掌)中，手掌空間無法充分利用，沒有充分利用指段空間。
發明內容
本發明的目的是針對已有技術的不足之處，提供一種雙關節電機倒置復合欠驅動抓取機器人手指裝置，該裝置將電機放置在指段中，解放手掌空間；該裝置可實現耦合抓取與自適應抓取相結合的復合欠驅動抓取模式，且結構簡單，成本低；僅用一個驅動器驅動兩個關節，傳動能量損耗小。本發明的技術方案如下 本發明所述的雙關節電機倒置復合欠驅動抓取機器人手指裝置，包括基座、電機、減速器、中部指段、末端指段、近關節軸和遠關節軸；所述的近關節軸活動套接于基座中，所述的遠關節軸活動套接于中部指段中，所述的末端指段套固在遠關節軸上；遠關節軸和近關節軸平行；電機的輸出軸與減速器的輸入軸相連，其特征在于所述的電機和減速器設置在中部指段中，并與中部指段固接；所述的減速器的輸出軸與近關節軸相連；所述的中部指段活動套接在近關節軸上；該裝置還包括第一傳動機構和簧件；所述的第一傳動機構包括主動輪和從動輪，所述的主動輪與從動輪直接相連或通過傳動件相連，主動輪轉動方向與從動輪轉動方向相反；所述的主動輪套固在近關節軸上，所述的從動輪套固在遠關節軸上；所述的簧件的兩端分別連接基座和近關節軸。本發明所述的雙關節電機倒置復合欠驅動抓取機器人手指裝置，其特征在干所述的主動輪和從動輪均采用齒輪，所述的主動輪與從動輪相嚙合。本發明所述的雙關節電機倒置復合欠驅動抓取機器人手指裝置，其特征在干所述的傳動件采用傳動帶或腱繩，所述的主動輪采用帶輪或繩輪，所述的從動輪采用帶輪或繩輪；所述的傳動件、主動輪和從動輪三者能夠配合形成傳動關系；所述的傳動件纏繞在主動輪和從動輪上并形成“8”字形。本發明所述的雙關節電機倒置復合欠驅動抓取機器人手指裝置，其特征在干所述的傳動件采用齒條，所述的主動輪和從動輪均采用齒輪；所述的齒條分別與主動輪和從動輪嚙合；令齒條與主動輪的嚙合點為A，齒條與從動輪的嚙合點為B，主動輪的中心點為O1,從動輪的中心點為02，線段O1A、線段AB、線段BO2和線段O2O1構成“8”字形，線段AB和線段O1O2的交點位于O1和O2之間，所述的齒條鑲嵌在中部指段中。本發明所述的雙關節電機倒置復合欠驅動抓取機器人手指裝置，其特征在干所述的傳動件采用連桿，所述的連桿的兩端分別與主動輪和從動輪鉸接；令連桿與主動輪的鉸接點為C，連桿與從動輪的鉸接點為D，主動輪的中心點為O1，從動輪的中心點為O2，線段O1C、線段⑶、線段DO2和線段O2O1構成“8”字形，線段D和線段O1O2的交點位于O1和O2之間。本發明所述的雙關節電機倒置復合欠驅動抓取機器人手指裝置，其特征在干所述的傳動件包括第一子傳動件和第二子傳動件；所述的第一子傳動件纏繞在主動輪和從動輪上并形成“ S”字形，第一子傳動件的兩端分別與主動輪和從動輪固接；所述的第二子傳動件纏繞在主動輪和從動輪上并形成“Z”字形，第二子傳動件的兩端分別與主動輪和從動輪固接，第一子傳動件和第二子傳動件交叉成“8”字形；所述的第一子傳動件采用傳動帶、腱繩或鏈條，所述的第二子傳動件采用傳動帶、腱繩或鏈條，所述的主動輪采用帶輪、繩輪或鏈輪，所述的從動輪采用帶輪、繩輪或鏈輪；所述的第一子傳動件、第二子傳動件、主動輪和從動輪四者能夠配合形成傳動關系。本發明所述的雙關節電機倒置復合欠驅動抓取機器人手指裝置，其特征在干所述的傳動件包括第I傳動齒輪、第2傳動齒輪、……、第2n-l傳動齒輪、第2n傳動齒輪、第I過渡軸、第2過渡軸、……、第2n-l過渡軸和第2n過渡軸；所述的主動輪和從動輪均采用齒輪；所述的主動輪與第I傳動齒輪相嚙合，第k傳動齒輪與第k+1傳動齒輪相嚙合，第2n傳動齒輪與從動輪相嚙合；所述的2n個過渡軸均分別活動套接于中部指段中，并與近關節軸平行;第k傳動齒輪活動套接在第k過渡軸上，第2n傳動齒輪活動套接在第2n過渡軸上，其中，k為1、2、……、2n-l，n為自然數。本發明所述的雙關節電機倒置復合欠驅動抓取機器人手指裝置，其特征在干還包括第二傳動機構，所述的減速器輸出軸通過第二傳動機構與近關節軸相連。
本發明所述的雙關節電機倒置復合欠驅動抓取機器人手指裝置，其特征在干所述的第二傳動機構包括第一錐齒輪和第二錐齒輪，第一錐齒輪與第二錐齒輪相嚙合；所述的減速器輸出軸與第一錐齒輪固接，第二錐齒輪套固在近關節軸上。本發明所述的雙關節電機倒置復合欠驅動抓取機器人手指裝置，其特征在干所述的簧件采用扭簧、拉簧或壓簧。本發明與現有技術相比，具有以下優點和突出性效果本發明裝置將驅動器置于中部指段中，充分利用了手指空間，布局緊湊；解放了手掌空間，使得更加復雜的控制機構得以安放在手掌中；本裝置采用倒置的電機、反向傳動機構、活動套接的中部指段和簧件綜合實現了耦合與自適應復合型欠驅動抓取模式，該裝置在抓取過程中既可以多關節聯動，產生較好的擬人效果；又可以適應不同形狀、尺寸的物體，產生較好的自適應抓取效果；可實現握持、捏持等多種抓取模式。該裝置是采用ー個電機驅動兩個關節的欠驅動手指裝置，控制容易；該裝置各運動形式之間沒有過多干渉，耦合運動時簧件變形小，手指可以自然停留在耦合運動的任一中間位置，因此能耗小；該裝置結構簡單、制造成本低、維護方便。
圖I是本發明的雙關節電機倒置復合欠驅動抓取機器人手指裝置第一種實施例剖視。圖2是圖I所示實施例的側剖圖，也是圖I的W-W剖視圖。圖3是圖I所示實施例的正面外觀圖，也是圖I的外觀圖。圖4是圖I所示實施例的左側外觀圖。圖5是本發明提供的第二種實施例(采用ー級齒輪傳動機構)的主動輪和從動輪不忌。圖6是本發明提供的第三種實施例(采用柔性件機構)的主動輪、從動輪和傳動件示意。圖7是本發明提供的第四種實施例(采用齒條機構)的主動輪、從動輪和傳動件不忌。
圖8是圖7所示實施例的幾個關鍵點的位置關系示意。圖9是本發明提供的第五種實施例(采用連桿機構)的主動輪、從動輪和傳動件不忌。圖10是圖9所不實施例的幾個關鍵點的位置關系不意。圖11是本發明提供的第六種實施例(采用多級齒輪機構)的主動輪、從動輪和多個傳動件示意。圖12是本發明提供的第七種實施例(采用兩級柔性件傳動機構)的主動輪、從動輪和多個傳動件示意。圖13是圖12所示實施例的V-V剖視圖。
圖14是本發明提供的第八種實施例(采用柔性件和齒輪兩級傳動機構)的主動輪、從動輪和多個傳動件示意。圖15是圖14所示實施例的Q-Q剖視圖。圖16是本發明提供的第九種實施例(采用齒條兩級傳動機構)的主動輪、從動輪和多個傳動件示意。圖17是圖16所示實施例的N-N剖視圖。圖18是本發明提供的第十種實施例(采用錐齒輪兩級傳動機構)的主動輪、從動輪和傳動件示意。圖19、圖20、圖21、和圖22是圖I所示實施例抓握物體過程示意。在圖I至圖22中I-基座，11_中部指段，12-末端指段，13-電機支承板， 2-電機，21-減速器，31-近關節軸，32-遠關節軸，41-主動輪，42-從動輪，43-傳動件，44-第一子傳動件，45-第二子傳動件，5-簧件，61-第一錐齒輪，62-第二錐齒輪， 71-第一端塊，72-第二端塊，73-第二端塊，74-第四端塊，81-第I傳動齒輪，82-第2傳動齒輪， 83-第I過渡軸，84-第2過渡軸，91-中間軸，92-中間主動輪， 93-中間從動輪，94-第一中間傳動件，95-第二中間傳動件，96-雙聯錐齒輪， 10-物體。
具體實施例方式下面結合附圖及多個實施例進ー步詳細介紹本發明的具體結構、工作原理的內容。本發明設計的雙關節電機倒置復合欠驅動抓取機器人手指裝置的第一種實施例，如圖I、圖2、圖3和圖4所示，包括基座I、電機2、減速器21、中部指段11、末端指段12、近關節軸31和遠關節軸32 ;所述的近關節軸31活動套接于基座I中，所述的遠關節軸32活動套接于中部指段11中，所述的末端指段12套固在遠關節軸32上；遠關節軸32和近關節軸31平行；電機2的輸出軸與減速器21的輸入軸相連。所述的電機2和減速器21與中部指段11固接，所述的減速器21的輸出軸與近關節軸31相連，所述的中部指段11活動套接在近關節軸31上；該裝置還包括第一傳動機構和簧件5 ;所述的第一傳動機構 包括主動輪41和從動輪42，所述的主動輪41與從動輪42直接相連或通過傳動件相連，主動輪41轉動方向與從動輪42轉動方向相反；所述的主動輪41套固在近關節軸31上，所述的從動輪42套固在遠關節軸32上；所述的簧件5的兩端分別連接基座I和近關節軸31。本實施例中，所述的傳動件包括第一子傳動件44和第二子傳動件45 ;所述的第一子傳動件44纏繞在主動輪41和從動輪42上并形成“S”字形，第一子傳動件44的兩端分別與主動輪41、從動輪42固接；所述的第二子傳動件45纏繞在主動輪41和從動輪42上并形成“Z”字形，第二子傳動件45的兩端分別與主動輪41和從動輪42固接，第一子傳動件44和第二子傳動件45交叉成“8”字形；本發明所述的第一子傳動44件和第二子傳動件45可采用傳動帶、腱繩或鏈條，所述的主動輪41和從動輪42可采用帶輪、繩輪或鏈輪；本實施例中，所述的第一子傳動件44和第二子傳動件45均采用腱繩(鋼絲繩)，所述的主動輪41和從動輪42均采用繩輪；所述的第一子傳動件44、第二子傳動件45、主動輪41和從動輪42四者能夠配合形成傳動關系。本實施例還包括第一端塊71、第二端塊72、第三端塊73和第四端塊74 ;所述的第一子傳動件44兩端分別固接有第一端塊71和第二端塊72 ;所述的第二子傳動件45兩端分別固接有第三端塊73和第四端塊74 ;所述的第一端塊71鑲嵌固定在主動輪41的槽內，所述的第二端塊72鑲嵌固定在從動輪42的槽內；所述的第三端塊73鑲嵌固定在主動輪41的槽內，所述的第四端塊74鑲嵌固定在從動輪42的槽內。本實施例還包括第二傳動機構，所述的減速器21輸出軸通過第二傳動機構與近關節軸31相連；所述的第二傳動機構包括第一錐齒輪61和第二錐齒輪62，第一錐齒輪61與第二錐齒輪62相嚙合；所述的減速器21的輸出軸與第一錐齒輪61固接，第二錐齒輪62套固在近關節軸31上。本實施例還包括電機支承板13，所述的電機支承板13固接于中部指段11底部，所述的電機2和減速器21倒置于中部指段11中并與電機支承板13固接。本發明所述的簧件采用扭簧、拉簧或壓簧。本實施例中，所述的簧件5采用扭簧。本發明設計的雙關節電機倒置復合欠驅動抓取機器人手指裝置的第二種實施例，如圖5所示,所述的主動輪41和從動輪42均采用齒輪,所述的主動輪41與從動輪42相哨合；本實施例中，所述的簧件5采用拉簧。 本發明設計的雙關節電機倒置復合欠驅動抓取機器人手指裝置的第三種實施例，如圖6所示,所述的傳動件43可采用傳動帶或腱繩,所述的主動輪41和從動輪42可采用帶輪或繩輪；本實施例中，所述的傳動件43采用腱繩(鋼絲繩)，所述的主動輪41和從動輪42均采用繩輪；所述的傳動件43、主動輪41和從動輪42三者能夠配合形成傳動關系；所述的傳動件43纏繞在主動輪41和從動輪42上并形成“8”字形。本發明設計的雙關節電機倒置復合欠驅動抓取機器人手指裝置的第四種實施例，如圖7和圖8所不，所述的傳動件43米用齒條,所述的主動輪41和從動輪42均米用齒輪；所述的齒條分別與主動輪41和從動輪42嚙合；令齒條與主動輪41的嚙合點為A，齒條與從動輪42的嚙合點為B，主動輪41的中心點為O1，從動輪42的中心點為02，線段O1A、線段AB、線段BO2和線段O2O1構成“8”字形，線段AB和線段O1O2的交點位于O1和O2之間，所述的齒條鑲嵌在中部指段中。本發明設計的雙關節電機倒置復合欠驅動抓取機器人手指裝置的第五種實施例，如圖9和圖10所示，所述的傳動件43采用連桿，所述的連桿的兩端分別與主動輪41和從動輪42鉸接；令連桿與主動輪41的鉸接點為C，連桿與從動輪42的鉸接點為D，主動輪41的中心點為O1，從動輪42的 中心點為O2，線段O1C、線段⑶、線段DO2和線段O2O1構成“8”字形，線段⑶和線段O1O2的交點位于O1和O2之間。本發明設計的雙關節電機倒置復合欠驅動抓取機器人手指裝置的第六種實施例，如圖11所示，所述的傳動件包括第I傳動齒輪、第2傳動齒輪、……、第2n-l傳動齒輪、第2n傳動齒輪、第I過渡軸、第2過渡軸、……、第2n-l過渡軸和第2n過渡軸；所述的主動輪41和從動輪42均采用齒輪；所述的主動輪41與第I傳動齒輪相嚙合，第k傳動齒輪與第k+1傳動齒輪相嚙合，第2n傳動齒輪與從動輪42相嚙合；所述的2n個過渡軸均分別活動套接于中部指段11中，并與近關節軸31平行；第k傳動齒輪活動套接在第k過渡軸上，第2n傳動齒輪活動套接在第2n過渡軸上，其中，k為1、2、……、2n_l，n為自然數。本實施例中，所述的傳動件包括第I傳動齒輪81、第2傳動齒輪82、第I過渡軸83、第2過渡軸84 ;所述的主動輪41和從動輪42均采用齒輪；所述的主動輪41與第I傳動齒輪81相嚙合，第I傳動齒輪81與第2傳動齒輪82相嚙合，第2傳動齒輪82與從動輪42相嚙合；第I過渡軸83和第2過渡軸84分別活動套接于中部指段11中并近關節軸31平行；第I傳動齒輪81活動套接在第I過渡軸83上，第2傳動齒輪82活動套接在第2過渡軸84上。本發明設計的雙關節電機倒置復合欠驅動抓取機器人手指裝置的第七種實施例，如圖12和圖13所示，所述的主動輪41和傳動輪42之間采用兩級傳動方式連接，所述的傳動件包括中間軸91、中間主動輪92、中間從動輪93、第一中間傳動件94和第二中間傳動件95 ;所述的中間軸91活動套接于中部指段11中，并與近關節軸31平行；所述的中間主動輪92和中間從動輪93套固在中間軸91上；所述的主動輪41和中間從動輪93通過第一中間傳動件94相連，所述的中間主動輪92和從動輪42通過第二中間傳動件95相連；所述的第一中間傳動件94和第二中間傳動件95可采用傳動帶或腱繩，所述的主動輪41、從動輪42、中間主動輪92和中間從動輪93可采用帶輪或繩輪；本實施例中，所述的第一中間傳動件94和第二中間傳動件95均采用腱繩(鋼絲繩)，所述的主動輪41、從動輪42、中間主動輪92和中間從動輪93均采用帶輪；所述的第一中間傳動件94纏繞在主動輪41和中間從動輪93上并形成“0”字形，所述的第二中間傳動件95纏繞在中間主動輪92和從動輪42上并形成“8”字形；所述的第一中間傳動件94、主動輪41和中間從動輪93三者能夠配合形成傳動關系，所述的第二中間傳動件95、中間主動輪92和從動輪42三者能夠配合形成傳動關系。本發明設計的雙關節電機倒置復合欠驅動抓取機器人手指裝置的第八種實施例，如圖14和圖15所示,所述的主動輪41和傳動輪42之間采用兩級傳動方式連接,所述的傳動件包括中間軸91、中間主動輪92、中間從動輪93和第一中間傳動件94 ;所述的中間軸91活動套接于中部指段11中，并與近關節軸31平行；所述的中間主動輪92和中間從動輪93套固在中間軸91上；所述的主動輪41和中間從動輪93均采用齒輪，主動輪41和中間從動輪93相嚙合；所述的中間主動輪92和從動輪42通過第一中間傳動件94相連，所述的第一中間傳動件94可采用傳動帶或腱繩，所述的從動輪42和中間主動輪92可采用帶輪或繩輪；本實施例中，所述的第一中間傳動件94采用腱繩(鋼絲繩)，所述的從動輪42和中間主動輪92均采用帶輪；第一中間傳動件94纏繞在中間主動輪92和從動輪42上并形成“0”字形，第一中間傳動件94、中間主動輪92和從動輪42三者能夠配合形成傳動關系。本發明設計的雙關節電機倒置復合欠驅動抓取機器人手指裝置的第九種實施例，如圖16和圖17所示，所述的主動輪41和傳動輪42之間采用兩級傳動方式連接，所述的傳動件包括中間軸91、中間主動輪92、中間從動輪93、第一中間傳動件94和第二中間傳動件95 ;所述的中間軸91活動套接于中部指段11中，并與近關節軸31平行；所述的中間主動輪92和中間從動輪93套固在中間軸91上；所述的主動輪41和中間從動輪93通過第一中間傳動件94相連,所述的中間主動輪92和從動輪42通過第二中間傳動件95相連；所述的主動輪41、從動輪42、中間主動輪92和中間從動輪93均采用齒輪，所述的第一中間傳動件94和第二中間傳動件95均采用齒條；第一中間傳動件94分別與主動輪41和中間從動輪93相嚙合，兩個嚙合點分別位于主動輪41中心和中間從動輪93中心連線的兩側；第二中間傳動件95分別與中間主動輪92和從動輪42相嚙合，兩個嚙合點位于主動輪41中心和中間從動輪93中心連線的同側；所述的齒條均鑲嵌在中部指段中。本發明設計的雙關節電機倒置復合欠驅動抓取機器人手指裝置的第十種實施例，如圖18所示,所述的傳動件為雙聯錐齒輪96 ;所述的雙聯錐齒輪96活動套設在中部指段中，雙聯錐齒輪96的中心線與近關節軸31的中心線和遠關節軸32的中心線位于平面內，并與近關節軸31的中心線相垂直；所述的主動輪41和主動輪42均采用錐齒輪，雙聯錐齒輪96 —端的錐齒輪與主動輪41相嚙合，另ー端的錐齒輪與從動輪42相嚙合。以圖I所示的第一種實施例為例介紹本發明裝置的工作原理，結合圖19、圖20、圖21和圖22，敘述如下該裝置的初始位置如圖19所示，此時中部指段11、末端指段12和基座I呈伸直狀態。當使用本實施例的機器人手抓取物體10吋，電機2帶動減速器21的輸出軸轉動，通過第二傳動機構帶動近關節軸31轉動；由于簧件5的約束作用，基座I與近關節軸31仿佛固接在一起，電機2將帶動自身所在的中部指段11轉動角度a ;本實施例中，減速器21的輸出軸通過第一錐齒輪61帶動與第二錐齒輪62固接的近關節軸31轉動。由于主動輪41固接在近關節軸31上，在中部指段11轉動過程中，遠關節軸32相對于近關節軸31的位置將改變，此時主動輪41通過第一傳動機構帶動從動輪42繞遠關節軸32的中心線轉過角度a，改變主動輪41和從動輪42的相對大小可以獲得不同的耦合效果；遠關節軸32的轉動使得與其固接的末端指段12同樣轉過角度a，從而達到耦合效果；本實施例的第一傳動機構中第一子傳動件44 一端與主動輪41固接，另一端與從動輪42固接，主動輪41通過第一子傳動件44帶動從動輪42繞遠關節軸32的中心線轉過角度a，從而實現了耦合過程，達到較好的擬人效果。假設中部指段11與末端指段12均轉過a角后碰到物體10，此時可能出現以下兩種情況
I)中部指段11先接觸物體10，如圖20所示。此時中部指段11由于物體10的阻擋不會繼續轉動，電機2繼續運行，簧件5將發生變形，使得近關節軸31得以獨立于基座I繼續轉動；主動輪41通過第一傳動機構帶動從動輪42繞遠關節軸32繼續轉動，使得末端指段繼續轉動3角，直至末端指段都與物體表面接觸；此后由于末端指段12被物體阻擋而無法繼續繞遠關節軸32的中心線轉動，從而完成抓取過程，達到握持效果，如圖21所示；本實施例的第一傳動機構中第一子傳動件44 一端與主動輪41固接，另一端與從動輪42固接，主動輪41通過第一子傳動件44帶動從動輪42繞遠關節軸32的中心線轉過角度3。2)末端指段12先接觸物體10而中部指段11尚未接觸物體10，如圖22所示。此時遠關節軸32無法繼續轉動，使得近關節軸31也無法轉動，從而完成抓取過程，達到捏持效果；本實施例的第一傳動機構中第一子傳動件44一端與主動輪41固接，另一端與從動輪42固接。本發明裝置將驅動器置于中部指段中，充分利用了手指空間，布局緊湊；解放了手 掌空間，使得更加復雜的控制機構得以安放在手掌中；本裝置采用倒置的電機、反向傳動機構、活動套接的中部指段和簧件綜合實現了耦合與自適應復合型欠驅動抓取模式，該裝置在抓取過程中既可以多關節聯動，產生較好的擬人效果；又可以適應不同形狀、尺寸的物體，產生較好的自適應抓取效果；可實現握持、捏持等多種抓取模式。該裝置是采用ー個電機驅動兩個關節的欠驅動手指裝置，控制容易；該裝置各運動形式之間沒有過多干渉，耦合運動時簧件變形小，手指可以自然停留在耦合運動的任一中間位置，因此能耗小；該裝置結構簡單、制造成本低、維護方便。
權利要求
1.一種雙關節電機倒置復合欠驅動抓取機器人手指裝置，包括基座(I)、電機(2)、減速器(21)、中部指段(11)、末端指段(12)、近關節軸(31)和遠關節軸(32);所述的近關節軸(31)活動套接于基座(I)中，所述的遠關節軸(32)活動套接于中部指段(11)中，所述的末端指段(12)套固在遠關節軸(32)上；遠關節軸(32)和近關節軸(31)平行；電機(2)的輸出軸與減速器(21)的輸入軸相連，其特征在于所述的電機(2)和減速器(21)設置在中部指段(11)中，并與中部指段(11)固接；所述的減速器(21)的輸出軸與近關節軸(31)相連；所述的中部指段(11)活動套接在近關節軸(31)上；該裝置還包括第一傳動機構和簧件(5);所述的第一傳動機構包括主動輪(41)和從動輪(42)，所述的主動輪(41)與從動輪(42)直接相連或通過傳動件相連,主動輪(41)轉動方向與從動輪(42)轉動方向相反；所述的主動輪(41)套固在近關節軸(31)上，所述的從動輪(42)套固在遠關節軸(32)上；所述的簧件(5)的兩端分別連接基座(I)和近關節軸(31)。
2.如權利要求I所述的雙關節電機倒置復合欠驅動抓取機器人手指裝置，其特征在于所述的主動輪(41)和從動輪(42)均采用齒輪，所述的主動輪(41)與從動輪(42)相嚙ム ロ o
3.如權利要求I所述的雙關節電機倒置復合欠驅動抓取機器人手指裝置，其特征在于所述的傳動件(43)采用傳動帶或腱繩，所述的主動輪(41)采用帶輪或繩輪，所述的從動輪(42)采用帶輪或繩輪；所述的傳動件(43)、主動輪(41)和從動輪(42)三者能夠配合形成傳動關系；所述的傳動件(43)纏繞在主動輪(41)和從動輪(42)上并形成“8”字形。
4.如權利要求I所述的雙關節電機倒置復合欠驅動抓取機器人手指裝置，其特征在于所述的傳動件(43)采用齒條，所述的主動輪(41)和從動輪(42)均采用齒輪；所述的齒條分別與主動輪(41)和從動輪(42)嚙合；令齒條與主動輪(41)的嚙合點為A，齒條與從動輪(42)的嚙合點為B，主動輪(41)的中心點為O1，從動輪(42)的中心點為O2，線段O1A.線段AB、線段BO2和線段O2O1構成“8”字形，線段AB和線段O1O2的交點位于O1和O2之間，所述的齒條鑲嵌在中部指段中。
5.如權利要求I所述的雙關節電機倒置復合欠驅動抓取機器人手指裝置，其特征在于所述的傳動件(43)采用連桿，所述的連桿的兩端分別與主動輪(41)和從動輪(42)鉸接；令連桿與主動輪(41)的鉸接點為C，連桿與從動輪(42)的鉸接點為D，主動輪(41)的中心點為O1，從動輪(42)的中心點為O2，線段O1C、線段CD、線段DO2和線段O2O1構成“8”字形，線段⑶和線段O1O2的交點位于O1和O2之間。
6.如權利要求I所述的雙關節電機倒置復合欠驅動抓取機器人手指裝置，其特征在干所述的傳動件包括第一子傳動件(44)和第二子傳動件(45);所述的第一子傳動件(44)纏繞在主動輪(41)和從動輪(42)上并形成“S”字形，第一子傳動件(44)的兩端分別與主動輪(41)和從動輪(42)固接；所述的第二子傳動件(45)纏繞在主動輪(41)和從動輪(42)上并形成“Z”字形，第二子傳動件(45)的兩端分別與主動輪(41)和從動輪(42)固接，第一子傳動件(44)和第二子傳動件(45)交叉成“8”字形；所述的第一子傳動件(44)采用傳動帶、腱繩或鏈條，所述的第二子傳動件(45)采用傳動帶、腱繩或鏈條，所述的主動輪(41)采用帶輪、繩輪或鏈輪，所述的從動輪(42)采用帶輪、繩輪或鏈輪；所述的第一子傳動件(44)、第二子傳動件(45)、主動輪(41)和從動輪(42)四者能夠配合形成傳動關系。
7.如權利要求I所述的雙關節電機倒置復合欠驅動抓取機器人手指裝置，其特征在于所述的傳動件包括第I傳動齒輪、第2傳動齒輪、……、第2n-l傳動齒輪、第2n傳動齒輪、第I過渡軸、第2過渡軸、……、第2n-l過渡軸和第2n過渡軸；所述的主動輪(41)和從動輪(42)均采用齒輪；所述的主動輪(41)與第I傳動齒輪相嚙合，第k傳動齒輪與第k+1傳動齒輪相嚙合，第2n傳動齒輪與從動輪(42)相嚙合；所述的2n個過渡軸均分別活動套接于中部指段(11)中，并與近關節軸(31)平行；第1^傳動齒輪活動套接在第k過渡軸上，第2n傳動齒輪活動套接在第2n過渡軸上，其中，k為1、2、……、2n_l，n為自然數。
8.如權利要求I 7任ー權利要求所述的雙關節電機倒置復合欠驅動抓取機器人手指裝置，其特征在于還包括第二傳動機構，所述的減速器(21)輸出軸通過第二傳動機構與近關節軸(31)相連。
9.如權利要求8所述的雙關節電機倒置復合欠驅動抓取機器人手指裝置，其特征在于所述的第二傳動機構包括第一錐齒輪(61)和第二錐齒輪(62),第一錐齒輪(61)與第ニ錐齒輪￠2)相嚙合；所述的減速器(21)輸出軸與第一錐齒輪￠1)固接，第二錐齒輪(62)套固在近關節軸(31)上。
10.如權利要求I所述的雙關節電機倒置復合欠驅動抓取機器人手指裝置，其特征在于所述的簧件(5)采用扭簧、拉簧或壓簧。
全文摘要
雙關節電機倒置復合欠驅動抓取機器人手指裝置，屬于機器人手技術領域，包括基座、電機、減速器、中部指段、末端指段、近關節軸、遠關節軸、傳動機構和簧件等。該裝置將驅動器置于中部指段中，充分利用了手指空間，布局緊湊；解放了手掌空間，使得更加復雜的控制機構得以安放在手掌中；該裝置采用倒置的電機、反向傳動機構、活動套接的中部指段和簧件綜合實現了耦合與自適應復合型欠驅動抓取模式，即在抓取過程中既可以多關節聯動，產生較好的擬人效果；又可以適應不同形狀、尺寸的物體，產生較好的自適應抓取效果；可實現握持、捏持等多種抓取模式。該裝置控制容易、能耗小；結構簡單、制造成本低、維護方便。
文檔編號B25J17/02GK102642210SQ20121012505
公開日2012年8月22日 申請日期2012年4月25日 優先權日2012年4月25日
發明者周海鵬, 孫振國, 張文增, 都東, 陳強 申請人:清華大學