設(shè)在基座指段12中；所述左錐齒輪41套固在左半軸23上，所述右錐齒輪42套固在右半軸24上，所述上錐齒輪43與左錐齒輪41嚙合，所述上錐齒輪43與右錐齒輪42嚙合，所述下錐齒輪44與左錐齒輪41嚙合，所述下錐齒輪44與右錐齒輪42嚙合;所述上錐齒輪43套固在縱軸14上，所述下錐齒輪44活動套接在縱軸14上;所述縱軸14的一端固接在末端指段13上;所述上錐齒輪43的中心線與左錐齒輪41的中心線垂直，所述左半軸23中心線與右半軸24中心線重合。
[0047]本實施例中，所述末端指段13還包括固接的縱軸連接件131，所述縱軸14的一端固接在縱軸連接件131上。
[0048]本實施例中，所述縱移組件包括支承件(本實施例中由末端指段充當(dāng)支承件)、縱移驅(qū)動器37、輔助傳動機構(gòu)(本實施例中采用直接傳動方式)、縱移傳動機構(gòu)和皮膚層54;所述縱移傳動機構(gòu)包括第一傳動輪51、第二傳動輪52、傳動件53、第一橫軸61和第二橫軸62;所述支承件固接在末端指段13上;所述縱移驅(qū)動器37與支承件固接，所述縱移驅(qū)動器37的輸出軸與輔助傳動機構(gòu)的輸入端相連，所述輔助傳動機構(gòu)的輸出端與第一橫軸61相連;所述第一橫軸61、第二橫軸62分別套設(shè)在支承件上，所述縱軸連接件131套固在第二轉(zhuǎn)軸62上;所述第一橫軸61的中心線與第二橫軸62的中心線相互平行;所述第一傳動輪51套固在第一橫軸61上，所述第二傳動輪52套接在第二橫軸62上，所述傳動件53連接第一傳動輪51與第二傳動輪52，所述第一傳動輪51、第二傳動輪52和傳動件53構(gòu)成傳動關(guān)系;所述皮膚層54與傳動件53固接，所述皮膚層54位于末端指段13的表面。
[0049]本實施例中，所述第一傳動輪51、第二傳動輪52和傳動件53設(shè)計為左右兩套，兩個傳動件53與皮膚層54固接。所述傳動件53采用傳動帶，所述第一傳動輪51采用帶輪，所述第二傳動輪52采用帶輪，所述第一傳動輪51、第二傳動輪52和傳動件53構(gòu)成帶輪傳動關(guān)系。所述基座關(guān)節(jié)驅(qū)動器31采用電機。所述基座關(guān)節(jié)傳動機構(gòu)32采用錐齒輪與帶輪復(fù)合傳動方式，通過基座過渡軸22傳遞動力。所述左傳動機構(gòu)34和右傳動機構(gòu)36均采用帶輪傳動。該實施例中，末端指段的外表面安裝有左側(cè)皮膚71和右側(cè)皮膚72，用于輔助抓取和操作。
[0050]本實施例中，縱移驅(qū)動器37的輸出軸與第一橫軸61固接。即縱移驅(qū)動器37的輸出軸即為第一橫軸61。
[0051 ]本發(fā)明所述的三自由度表面可動機器人手指單元裝置，其特征在于:所述左關(guān)節(jié)驅(qū)動器采用電機、氣缸或液壓缸。本實施例，所述左關(guān)節(jié)驅(qū)動器33采用電機。
[0052]本發(fā)明所述的三自由度表面可動機器人手指單元裝置，其特征在于:所述右關(guān)節(jié)驅(qū)動器采用電機、氣缸或液壓缸。所述右關(guān)節(jié)驅(qū)動器35采用電機。
[0053]本實施例中，所述第一橫軸的中心線與縱軸的中心線相互垂直。
[0054]本發(fā)明所述的三自由度表面可動機器人手指單元裝置，其特征在于:所述縱移驅(qū)動器采用電機、氣缸或液壓缸。所述縱移驅(qū)動器37采用電機。
[0055]本發(fā)明裝置的工作原理，結(jié)合圖8至圖12，敘述如下:
[0056]所述基座關(guān)節(jié)驅(qū)動器31開動，相應(yīng)的所述基座關(guān)節(jié)軸21轉(zhuǎn)動，即所述基座指段12和末端指段13繞著基座關(guān)節(jié)軸21中心線轉(zhuǎn)動;所述左關(guān)節(jié)驅(qū)動器33和右關(guān)節(jié)驅(qū)動器35同時開動，并使所述左半軸23和右半軸24具有相同轉(zhuǎn)速；由于所述左錐齒輪41套固在左半軸23上，所述右錐齒輪42套固在右半軸24上，所述左錐齒輪41與右錐齒輪42也會具有相同轉(zhuǎn)速；若所述左錐齒輪41與右錐齒輪42轉(zhuǎn)向相同，則所述上錐齒輪43與下錐齒輪44會繞著左半軸23的中心線做旋轉(zhuǎn)運動；由于所述上錐齒輪43與縱軸14套固，所述縱軸14與末端指段13固接，因此，所述末端指段13會繞著左半軸23的中心線做旋轉(zhuǎn)運動，從而實現(xiàn)所述末端指段13的彎曲；若所述左錐齒輪41與右錐齒輪42轉(zhuǎn)向相反，則所述上錐齒輪43會繞著其中心線做旋轉(zhuǎn)運動，由于所述上錐齒輪43與縱軸14套固，所述縱軸14末端指段13固接，因此，所述末端指段13會繞著上錐齒輪43的中心線做旋轉(zhuǎn)運動，即實現(xiàn)了所述末端指段13的自轉(zhuǎn)運動。所述縱移驅(qū)動器37開動，使帶輪傳動機構(gòu)轉(zhuǎn)動，由于所述皮膚層54與帶輪傳動機構(gòu)的傳動件53固接，從而實現(xiàn)了所述皮膚層54和傳動件53的共同沿手指根部方向或者反向的運動。
[0057]該裝置的初始位置如圖7所示時，鑰匙81和該裝置皮膚層54接觸，所述鑰匙81需要旋轉(zhuǎn)一個角度才能正確實現(xiàn)與對應(yīng)鎖柜82的匹配。此時所述縱移驅(qū)動器37通過減速機構(gòu)帶動第一橫軸61轉(zhuǎn)動，從而帶動帶輪傳動機構(gòu)，實現(xiàn)所述皮膚層54的運動，在所述鑰匙81和皮膚層54的摩擦力的作用下，所述鑰匙81產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)所述鑰匙81與對應(yīng)所述鎖柜82的正確匹配;開動所述左關(guān)節(jié)驅(qū)動器33和右關(guān)節(jié)驅(qū)動器35，分別通過所述左傳動機構(gòu)34和右傳動機構(gòu)36的傳動作用，使所述左半軸23和右半軸24具有相同的轉(zhuǎn)速和相反的轉(zhuǎn)向，SP所述左錐齒輪41和右錐齒輪42具有相同的轉(zhuǎn)速和相反的轉(zhuǎn)向，從而使所述末端指段13繞著上錐齒輪43的中心線做旋轉(zhuǎn)運動，在末端指段13旋轉(zhuǎn)過程中，末端指段13會對鑰匙81產(chǎn)生向下的摩擦力，使鑰匙81向下運動，從而能夠?qū)㈣€匙81插入對應(yīng)鎖柜82當(dāng)中，如圖8所示。
[0058]該裝置的初始位置如圖9所示，所述縱移驅(qū)動器37通過減速機構(gòu)帶動所述第一橫軸61轉(zhuǎn)動，帶動帶輪傳動機構(gòu)，使所述皮膚層54運動，從而對與其接觸的布條83產(chǎn)生摩擦力，使所述布條83產(chǎn)生較大變形，如圖10所示;在所述布條83產(chǎn)生變形的同時，所述基座關(guān)節(jié)驅(qū)動器31開動，通過所述基座關(guān)節(jié)傳動機構(gòu)32的傳動作用，使所述基座關(guān)節(jié)軸21轉(zhuǎn)動，使所述基座指段12和末端指段13繞著基座關(guān)節(jié)軸21中心線轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)抓取。
[0059]本發(fā)明裝置利用雙驅(qū)動器、傳動機構(gòu)、正交布置的四個錐齒輪、左半軸、右半軸和縱軸等綜合實現(xiàn)了繞關(guān)節(jié)軸彎曲和繞縱軸自轉(zhuǎn)的關(guān)節(jié)雙自由度正交轉(zhuǎn)動功能;該裝置利用驅(qū)動器、傳動件、主從傳動輪、兩個橫軸和皮膚層等綜合實現(xiàn)了表面縱移功能；該裝置具有可以多維移動的手指表面，適合從桌面上拾取物體，適合對所抓取物體進行位置和姿態(tài)的調(diào)整操作。該裝置適合安裝在機器人手指上使用，擴展了擬人機器人手指的功能，而且在運動過程中相鄰手指不會發(fā)生干涉。該裝置利用表面的運動對所抓取物體產(chǎn)生摩擦力，使物體相對手指運動或者發(fā)生變形，手指帶動物體運動，達到操作物體的目的；該裝置結(jié)合其他手指或其他關(guān)節(jié)，方便拾取物體，特別適合拾取扁平狀物體和可變形物體等，如橡皮，硬幣，紙張和布條。該裝置結(jié)構(gòu)緊湊、體積小，控制容易，適合安裝在機器人手上使用。
【主權(quán)項】
1.一種三自由度表面可動機器人手指單元裝置，其特征在于:包括基座指段、末端指段、左錐齒輪、右錐齒輪、上錐齒輪、下錐齒輪、左半軸、左關(guān)節(jié)驅(qū)動器、左傳動機構(gòu)、右半軸、右關(guān)節(jié)驅(qū)動器、右傳動機構(gòu)、縱軸和縱移組件;所述左關(guān)節(jié)驅(qū)動器安裝在基座指段中，所述左關(guān)節(jié)驅(qū)動器的輸出軸與左傳動機構(gòu)的輸入端相連，所述左傳動機構(gòu)的輸出端與左半軸相連，所述左半軸套設(shè)在基座指段中；所述右關(guān)節(jié)驅(qū)動器安裝在基座指段中，所述右關(guān)節(jié)驅(qū)動器的輸出軸與右傳動機構(gòu)的輸入端相連，所述右傳動機構(gòu)的輸出端與右半軸相連，所述右半軸套設(shè)在基座指段中；所述左錐齒輪套固在左半軸上，所述右錐齒輪套固在右半軸上，所述上錐齒輪與左錐齒輪嚙合，所述上錐齒輪與右錐齒輪嚙合，所述下錐齒輪與左錐齒輪嚙合，所述下錐齒輪與右錐齒輪嚙合;所述上錐齒輪套固在縱軸上，所述下錐齒輪活動套接在縱軸上;所述縱軸的一端固接在末端指段上;所述上錐齒輪的中心線與左錐齒輪的中心線垂直，所述左半軸中心線與右半軸中心線重合;所述縱移組件安裝在末端指段上;所述縱移組件包括支承件、縱移驅(qū)動器、輔助傳動機構(gòu)、縱移傳動機構(gòu)和皮膚層;所述縱移傳動機構(gòu)包括第一傳動輪、第二傳動輪、傳動件、第一橫軸和第二橫軸;所述支承件固接在末端指段上;所述縱移驅(qū)動器與支承件固接，所述縱移驅(qū)動器的輸出軸與輔助傳動機構(gòu)的輸入端相連，所述輔助傳動機構(gòu)的輸出端與第一橫軸相連;所述第一橫軸、第二橫軸分別套設(shè)在支承件上;所述第一橫軸的中心線與第二橫軸的中心線相互平行;所述第一傳動輪套固在第一橫軸上，所述第二傳動輪套接在第二橫軸上，所述傳動件連接第一傳動輪與第二傳動輪，所述第一傳動輪、第二傳動輪和傳動件構(gòu)成傳動關(guān)系;所述皮膚層與傳動件固接，所述皮膚層位于末端指段的表面。2.如權(quán)利要求1所述的三自由度表面可動機器人手指單元裝置，其特征在于:所述左關(guān)節(jié)驅(qū)動器采用電機、氣缸或液壓缸。3.如權(quán)利要求1所述的三自由度表面可動機器人手指單元裝置，其特征在于:所述右關(guān)節(jié)驅(qū)動器采用電機、氣缸或液壓缸。4.如權(quán)利要求1所述的三自由度表面可動機器人手指單元裝置，其特征在于:所述第一橫軸的中心線與縱軸的中心線相互垂直。5.如權(quán)利要求1所述的三自由度表面可動機器人手指單元裝置，其特征在于:所述縱移驅(qū)動器采用電機、氣缸或液壓缸。
【專利摘要】三自由度表面可動機器人手指單元裝置，屬于機器人手技術(shù)領(lǐng)域，包括兩個指段、四個錐齒輪、左右兩個半軸、左右兩個關(guān)節(jié)驅(qū)動器、左右兩個關(guān)節(jié)傳動機構(gòu)、縱軸、縱移驅(qū)動器、縱移傳動機構(gòu)和皮膚層等。本發(fā)明裝置實現(xiàn)了繞關(guān)節(jié)軸彎曲和繞縱軸自轉(zhuǎn)的關(guān)節(jié)雙自由度正交轉(zhuǎn)動功能，且具有表面縱移功能。該裝置適合安裝在機器人手指上使用，擴展了擬人機器人手指的功能，而且在運動過程中相鄰手指不會發(fā)生干涉。該裝置具有可以多維移動的手指表面，利用表面的運動可使物體相對運動或者變形，適合拾取物體，特別適合拾取扁平狀物體和可變形物體，并可對所抓物體進行位置和姿態(tài)的調(diào)整操作。該裝置結(jié)構(gòu)緊湊、體積小，控制容易，適合安裝在機器人手上使用。
【IPC分類】B25J15/00, B25J17/00
【公開號】CN105666509
【申請?zhí)枴緾N201610152957
【發(fā)明人】胡奎, 張文增
【申請人】清華大學(xué)
【公開日】2016年6月15日
【申請日】2016年3月17日