專利名稱：雙關(guān)節(jié)斜帶式傳動復(fù)合欠驅(qū)動機器人手指裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于仿人機器手技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種雙關(guān)節(jié)斜帶式傳動復(fù)合欠驅(qū)動機器人手指裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計。
背景技術(shù)：
手對人來說是非常重要的器官，在仿人機器人領(lǐng)域，增強機器人手的機能自然具有重要意義。一方面，通過增加關(guān)節(jié)數(shù)目、驅(qū)動數(shù)目可以使機器手動作更多樣精確，但同時這樣又會使機構(gòu)復(fù)雜繁瑣；另一方面，如果過分追求機構(gòu)精簡，則勢必對機器手的靈活性及抓取動作的精確性產(chǎn)生負(fù)面影響。同時，機器人手要求同時保證小巧靈活與足夠的抓取力。 目前在這一領(lǐng)域仍存在著許多技術(shù)難題。所謂復(fù)合欠驅(qū)動機器人手指裝置，是指該手指可以實現(xiàn)耦合抓取與自適應(yīng)欠驅(qū)動抓取相結(jié)合的復(fù)合欠驅(qū)動抓取，即機器人手指裝置在彎曲抓握物體過程中，碰到物體之前各指段按一定角度比例同時彎曲；而在手指碰到物體后，又可自動適應(yīng)物體表面形狀，完全包絡(luò)物體，并且只通過一個驅(qū)動器驅(qū)動多個關(guān)節(jié)的機器人手指裝置。已有的一種機器人手指裝置，如中國發(fā)明專利CN101664929，主要由基座、電機、減速器、近關(guān)節(jié)軸、中部指段、遠關(guān)節(jié)軸、末端指段、耦合傳動機構(gòu)、欠驅(qū)動傳動機構(gòu)和多個簧件構(gòu)成。該裝置可以實現(xiàn)復(fù)合欠驅(qū)動抓取，缺點在于機構(gòu)復(fù)雜，安裝維修困難；簧件數(shù)目過多，利用簧件解耦調(diào)和耦合傳動機構(gòu)與自適應(yīng)傳動機構(gòu)之間的矛盾，常常使得多個簧件形變較大，導(dǎo)致過大且不必要的能量損耗。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在針對現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提供一種雙關(guān)節(jié)斜帶式傳動復(fù)合欠驅(qū)動機器人手指裝置的設(shè)計方案。該裝置能夠?qū)崿F(xiàn)耦合與自適應(yīng)復(fù)合欠驅(qū)動抓取動作，即不僅具有抓握動作擬人的多關(guān)節(jié)耦合特性，而且兼?zhèn)鋵Σ煌螤?、大小物體的自適應(yīng)抓取特性；擁有較多靈活關(guān)節(jié)的同時只需單一電機驅(qū)動，減少操控難度與成本；結(jié)構(gòu)簡單、能量損耗小、 傳動效率高。本發(fā)明的技術(shù)方案如下本發(fā)明所述的一種雙關(guān)節(jié)斜帶式傳動復(fù)合欠驅(qū)動機器人手指裝置，包括電機、減速器、基座、中部指段、末端指段、近關(guān)節(jié)軸和遠關(guān)節(jié)軸；所述電機與所述減速器均固接于所述基座上，電機輸出軸與減速器輸入軸相連，減速器輸出軸與所述第一齒輪固接；所述近關(guān)節(jié)軸活動套設(shè)于基座中，所述中部指段活動套接于近關(guān)節(jié)軸上，所述遠關(guān)節(jié)軸活動套設(shè)于中部指段中，所述末端指段套固于遠關(guān)節(jié)軸上；所述基座軸、近關(guān)節(jié)軸和遠關(guān)節(jié)軸三者空間平行布置；其特征在于該裝置還包括基座軸、基座傳動機構(gòu)，第一齒輪、第二齒輪、主動輪、從動輪、傳動件、第一簧件、第二簧件和過渡輪；所述基座軸活動套設(shè)于基座中，所述基座軸、近關(guān)節(jié)軸和遠關(guān)節(jié)軸平行布置；所述減速器輸出軸通過基座傳動機構(gòu)與基座軸相連；所述第一齒輪和主動輪均套固于基座軸上；所述第二齒輪套固于近關(guān)節(jié)軸上，并與所述第一齒輪嚙合；所述第一簧件的兩端分別連接近關(guān)節(jié)軸和中部指段；所述第二簧件兩端分別連接中部指段和遠關(guān)節(jié)軸；所述過渡輪活動套接在近關(guān)節(jié)軸上；所述從動輪套固在遠關(guān)節(jié)軸上；所述傳動件的一端與所述主動輪固接，另一端繞過過渡輪與所述從動輪固接，且傳動件成“S”形。本發(fā)明所述的雙關(guān)節(jié)斜帶式傳動復(fù)合欠驅(qū)動機器人手指裝置，其特征在于所述的基座傳動機構(gòu)包括第一錐齒輪和第二錐齒輪；第一錐齒輪套固在減速器的輸出軸上，第二錐齒輪套固在基座軸上，第一錐齒輪與第二錐齒輪相嚙合。本發(fā)明所述的雙關(guān)節(jié)斜帶式傳動復(fù)合欠驅(qū)動機器人手指裝置，其特征在于所述的主動輪與從動輪采用帶輪、繩輪或鏈輪，所述傳動件采用平帶、齒形帶、腱繩、鋼絲或鏈條，并且主動輪、從動輪、過渡輪與傳動件配合形成傳動關(guān)系。本發(fā)明所述的雙關(guān)節(jié)斜帶式傳動復(fù)合欠驅(qū)動機器人手指裝置，其特征在于所述第一簧件和第二簧件采用扭簧、拉簧、壓簧、片簧或彈性繩。本發(fā)明和現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點和突出性效果本發(fā)明裝置采用電機、斜帶式傳動機構(gòu)及兩個簧件等，綜合實現(xiàn)了手指先耦合抓取物體然后自適應(yīng)抓取不同物體的復(fù)合欠驅(qū)動抓取效果；各指段均具有可觀的抓取力，抓取物體更加穩(wěn)定牢固；手指只需通過少量電機又具備多個靈活指段，操作控制容易。本裝置結(jié)構(gòu)簡單可靠，能量損耗小，傳動效率高，成本低廉，裝配維護便利，且外形與人手類似，適合用作擬人機器人的手指部分。


圖1是本發(fā)明提供的雙關(guān)節(jié)斜帶式傳動復(fù)合欠驅(qū)動機器人手指裝置的實施例的零件說明圖。圖2是本發(fā)明提供的雙關(guān)節(jié)斜帶式傳動復(fù)合欠驅(qū)動機器人手指裝置的實施例的外觀圖。圖3是本發(fā)明提供的雙關(guān)節(jié)斜帶式傳動復(fù)合欠驅(qū)動機器人手指裝置的實施例的正面零件說明圖。圖4是本發(fā)明提供的雙關(guān)節(jié)斜帶式傳動復(fù)合欠驅(qū)動機器人手指裝置的實施例的左視圖。圖5是本實施例的第一簧件的安裝示意圖。圖6是本實施例的第二簧件的安裝示意圖。圖7是本實施例的主動輪、從動輪、過渡輪及傳動件的安裝示意圖。圖8是本發(fā)明提供的雙關(guān)節(jié)斜帶式傳動復(fù)合欠驅(qū)動機器人手指裝置的實施例的耦合彎曲說明圖。圖9、圖10、是本實施例用中部指段、末端指段耦合抓握物體過程示意。圖11、圖12、圖13是本實施例用中部指段、末端指段先耦合后自適應(yīng)抓握物體過程的示意圖。其中圖11、圖12是手指耦合彎曲過程，圖13是末端指段自適應(yīng)抓握物體過程。在圖1至圖13中
1-電機，2-減速器，3-基座，
41-中部指段，42-末端指段，51--基座軸，
52-近關(guān)節(jié)軸，53-遠關(guān)節(jié)軸，6-基座傳動機構(gòu)，
601-第一錐齒輪，602-第二錐齒輪，61--第一齒輪，
62-第二齒輪，71-主動輪，72--從動輪，
8-傳動件，91-第一簧件，92--第二簧件，
10-過渡輪。
具體實施例方式本發(fā)明所述的雙關(guān)節(jié)斜帶式傳動復(fù)合欠驅(qū)動機器人手指裝置，包括電機1、減速器 2、基座3、中部指段41、末端指段42、近關(guān)節(jié)軸52和遠關(guān)節(jié)軸53 ；所述電機1與所述減速器 2均固接于所述基座3上，電機輸出軸與減速器輸入軸相連，減速器輸出軸與所述第一齒輪 61固接；所述近關(guān)節(jié)軸52活動套設(shè)于基座3中，所述中部指段41活動套接于近關(guān)節(jié)軸52 上，所述遠關(guān)節(jié)軸53活動套設(shè)于中部指段41中，所述末端指段42套固于遠關(guān)節(jié)軸53上； 所述基座軸51、近關(guān)節(jié)軸52和遠關(guān)節(jié)軸53三者空間平行布置；該裝置還包括基座軸51、基座傳動機構(gòu)6，第一齒輪61、第二齒輪62、主動輪71、 從動輪72、傳動件8、第一簧件91、第二簧件92和過渡輪10 ；所述基座軸51活動套設(shè)于基座3中，所述基座軸51、近關(guān)節(jié)軸52和遠關(guān)節(jié)軸53平行布置；所述減速器輸出軸通過基座傳動機構(gòu)6與基座軸相連；所述第一齒輪61和主動輪71均套固于基座軸51上；所述第二齒輪62套固于近關(guān)節(jié)軸52上，并與所述第一齒輪61嚙合；所述第一簧件91的兩端分別連接近關(guān)節(jié)軸52和中部指段42 ；所述第二簧件92兩端分別連接中部指段42和遠關(guān)節(jié)軸53 ； 所述過渡輪10活動套接在近關(guān)節(jié)軸52上；所述從動輪72套固在遠關(guān)節(jié)軸53上；所述傳動件8的一端與所述主動輪71固接，另一端繞過過渡輪10與所述從動輪72固接，且傳動件成“S”形。本發(fā)明所述的雙關(guān)節(jié)斜帶式傳動復(fù)合欠驅(qū)動機器人手指裝置，所述的基座傳動機構(gòu)6包括第一錐齒輪601和第二錐齒輪602 ；第一錐齒輪601套固在減速器2的輸出軸上， 第二錐齒輪602套固在基座軸51上，第一錐齒輪601與第二錐齒輪602相嚙合。所述的主動輪71、從動輪72及過渡輪10采用帶輪、繩輪或鏈輪，所述傳動件8采用平帶、齒形帶、腱繩、鋼絲或鏈條，并且主動輪、從動輪、過渡輪與傳動件配合形成傳動關(guān)系。本實施例中，所述主動輪71、從動輪72與過渡輪10均采用繩輪，所述傳動件8采用鋼絲。所述第一簧件91及第二簧件92采用扭簧、拉簧、壓簧、片簧或彈性繩。本實施例中，所述第一簧件91與第二簧件92均采用扭簧。本實施例的工作原理，如圖所示，詳細敘述如下該裝置的初始位置如4圖所示，各指段處于伸直位置，即中部指段41、末端指段42 與基座3成一直線。當(dāng)使用本發(fā)明提供的雙關(guān)節(jié)斜帶式傳動復(fù)合欠驅(qū)動機器人手指機構(gòu)抓取物體時，電機1的輸出軸轉(zhuǎn)動，經(jīng)減速器2減速后帶動第一錐齒輪601轉(zhuǎn)動。第二錐齒輪 602與第一錐齒輪601嚙合，并與基座軸51固接，基座軸51上有套固有第一齒輪61與主動輪71，因此在第一錐齒輪的帶動下，第二錐齒輪602連同基座軸51、第一齒輪61、主動輪71將一起轉(zhuǎn)動。第二齒輪62與第一齒輪61嚙合，因此在第一齒輪61的帶動下第二齒輪 62也將開始轉(zhuǎn)動。由于第一簧件91的存在，在接觸物體之前中部指段41仿佛與近關(guān)節(jié)軸 52固接，因此第二齒輪62將帶動近關(guān)節(jié)軸52 —同轉(zhuǎn)動，并帶動中部指段41轉(zhuǎn)動。同時，從動輪72將在主動輪71的轉(zhuǎn)動及傳動件8的傳動下開始轉(zhuǎn)動，帶動與之固接的末端指段42 轉(zhuǎn)動，并不斷張緊第二簧件92。手指彎曲過程中，中部指段41轉(zhuǎn)過角度α?xí)r，末端指段42 相對中部指段41的軸線多轉(zhuǎn)過角度β，這一 β是由于手指彎曲過程中傳動件8纏繞在過渡輪10上以及主動輪71、過渡輪10和從動輪72三者相對位置變化引起的。這一彎曲過程類似人手抓取物體時各指段按一定角度比例彎曲的過程，即稱為手指的耦合彎曲過程。如圖8所示。若設(shè)定主動輪71與過渡輪10的半徑均為R，從動輪72的半徑為2R，且第一齒輪與第二齒輪半徑相同，則可實現(xiàn)末端指段與中部指段分別相對自身軸線轉(zhuǎn)過的角度比為 1 1的傳動比。當(dāng)手指耦合彎曲抓取物體時，各指段按上述耦合過程彎曲，直至完全包絡(luò)物體表面。如圖9、圖10所示。當(dāng)手指自適應(yīng)抓取物體時，各指段先按上述耦合過程彎曲，如圖11所示。當(dāng)中部指段41接觸物體后停止旋轉(zhuǎn)，但由于第一簧件91的存在，近關(guān)節(jié)軸51的轉(zhuǎn)動并沒有被阻擋，因此與第二齒輪62嚙合的第一齒輪61仍然可以轉(zhuǎn)動，因此固接在基座軸51上的主動輪71將與第一齒輪61同角速度轉(zhuǎn)動，并經(jīng)傳動件8將轉(zhuǎn)動傳遞至從動輪72，帶動末端指段 42繼續(xù)彎曲，直至包絡(luò)物體表面。在中部指段41貼住物體，僅末端指段42彎曲的過程中， 同時中部指段41由第一簧件91的扭矩產(chǎn)生對物體的抓握力。此過程即實現(xiàn)手指各指段自適應(yīng)包絡(luò)物體表面并抓緊物體，如圖12、圖13所示。本發(fā)明裝置采用電機、斜帶式傳動機構(gòu)及兩個簧件等，綜合實現(xiàn)了手指先耦合彎曲然后自適應(yīng)抓取不同物體的復(fù)合欠驅(qū)動抓取效果；各指段均具有可觀的抓取力，抓取物體穩(wěn)定牢固；手指只需通過少量電機又具備多個靈活指段，操作控制容易。本裝置機構(gòu)簡單可靠，能量損耗小，傳動效率高，成本低廉，裝配維護便利，且外形與人手類似，適合用作擬人機器人的手指部分。
權(quán)利要求
1.一種雙關(guān)節(jié)斜帶式傳動復(fù)合欠驅(qū)動機器人手指裝置，包括電機(1)、減速器O)、基座(3)、中部指段(41)、末端指段(42)、近關(guān)節(jié)軸(52)和遠關(guān)節(jié)軸(53)；所述電機(1)與減速器( 均固接于所述基座C3)上，電機輸出軸與減速器輸入軸相連；所述近關(guān)節(jié)軸(52) 活動套設(shè)于基座(3)中，所述中部指段Gl)活動套接在近關(guān)節(jié)軸(5 上，所述遠關(guān)節(jié)軸 (53)活動套設(shè)于中部指段Gl)中，所述末端指段0 套固在遠關(guān)節(jié)軸(5 上；其特征在于該裝置還包括基座軸(51)、基座傳動機構(gòu)(6)，第一齒輪(61)、第二齒輪(62)、主動輪 (71)、從動輪(72)、傳動件(8)、第一簧件(91)、第二簧件(92)和過渡輪(10)；所述基座軸 (51)活動套設(shè)于基座(3)中，所述基座軸(51)、近關(guān)節(jié)軸(5 和遠關(guān)節(jié)軸(5 空間平行布置；所述減速器輸出軸通過基座傳動機構(gòu)(6)與基座軸相連；所述第一齒輪(61)和主動輪(71)均套固于基座軸(51)上；所述第二齒輪(62)套固于近關(guān)節(jié)軸(52)上，并與所述第一齒輪(61)嚙合；所述第一簧件(91)的兩端分別連接近關(guān)節(jié)軸(5 和中部指段0 ；所述第二簧件(9 兩端分別連接中部指段0 和遠關(guān)節(jié)軸(5 ；所述過渡輪(10)活動套接在近關(guān)節(jié)軸(5 上；所述從動輪(7 套固在遠關(guān)節(jié)軸(5 上；所述傳動件(8)的一端與所述主動輪(71)固接，另一端繞過過渡輪(10)與所述從動輪(72)固接，且傳動件成“S” 形。
2.如權(quán)利要求1所述的雙關(guān)節(jié)斜帶式傳動復(fù)合欠驅(qū)動機器人手指裝置，其特征在于 所述的基座傳動機構(gòu)(6)包括第一錐齒輪(601)和第二錐齒輪(602)；第一錐齒輪(601)套固在減速器O)的輸出軸上，第二錐齒輪(60 套固在基座軸(51)上，第一錐齒輪(601) 與第二錐齒輪(60 相嚙合。
3.如權(quán)利要求1所述的雙關(guān)節(jié)斜帶式傳動復(fù)合欠驅(qū)動機器人手指裝置，其特征在于 所述的主動輪(71)、從動輪(7 及過渡輪(10)采用帶輪、繩輪或鏈輪，所述傳動件(8)采用平帶、齒形帶、腱繩、鋼絲或鏈條，并且主動輪、從動輪、過渡輪與傳動件配合形成傳動關(guān)系。
4.如權(quán)利要求1所述的雙關(guān)節(jié)斜帶式傳動復(fù)合欠驅(qū)動機器人手指裝置，其特征在于 所述第一簧件(91)和第二簧件(9 采用扭簧、拉簧、壓簧、片簧或彈性繩。
全文摘要
雙關(guān)節(jié)斜帶式傳動復(fù)合欠驅(qū)動機器人手指裝置，屬于仿人機器手技術(shù)領(lǐng)域，包括電機、減速器、基座、中部指段、末端指段、基座軸、近關(guān)節(jié)軸、遠關(guān)節(jié)軸、多個齒輪、主動輪、從動輪，傳動件、兩個軸簧件及近關(guān)節(jié)軸傳動裝置。該裝置中，基座軸與近關(guān)節(jié)軸均活動套設(shè)于基座中，第二齒輪活動套接在近關(guān)節(jié)軸上并與近關(guān)節(jié)軸之間連接有簧件。中部指段套固于近關(guān)節(jié)軸上，遠關(guān)節(jié)軸套固于中部指段上。主動輪活動套接在基座軸上，從動輪活動套接于遠關(guān)節(jié)軸上并與遠關(guān)節(jié)軸之間連接有簧件。該裝置利用主動輪與從動輪之間的反向傳動機構(gòu)與簧件解耦綜合作用實現(xiàn)了手指自適應(yīng)抓取物體，且在抓取過程中各指段耦合彎曲，動作擬人化，機構(gòu)簡單，適合用作擬人機器人手指。
文檔編號B25J15/08GK102328316SQ201110252699
公開日2012年1月25日 申請日期2011年8月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月30日
發(fā)明者孫振國, 張文增, 張馳, 都東, 陳強 申請人:清華大學(xué)