專利名稱:自適應(yīng)機(jī)械手的制作方法
本發(fā)明屬機(jī)械手裝置。
目前國內(nèi)外現(xiàn)有的機(jī)械手或假手的手部機(jī)構(gòu)大多數(shù)是連桿式的，如貝爾格萊德假手、上海交通大學(xué)的JDS肌電控制的前臂假手以及日本的TDH51-1全電動式假手等。也有索輪式的，如Standford/JPLHand，它是十二臺電動機(jī)控制的三指九關(guān)節(jié)機(jī)械手。由連桿構(gòu)成的手部機(jī)構(gòu)，因其傳動角較小等原因，使其傳動效率較低，而且由一臺電機(jī)驅(qū)動的機(jī)械手或假手，不能抓取任意形狀的物體。由索輪式構(gòu)成的手部機(jī)構(gòu)，因柔性件在傳動過程中變形等原因，使其傳動效率較低，而且抓取力有限，如果想要機(jī)械手或假手具有抓取任意形狀物體的功能，現(xiàn)有的大多數(shù)采用多電機(jī)或多個驅(qū)動件驅(qū)動，因而使得手部結(jié)構(gòu)復(fù)雜和重量增大。
為了彌補(bǔ)現(xiàn)有的機(jī)械手或假手存在的不足之處，特提出本發(fā)明。
本發(fā)明的自適應(yīng)機(jī)械手，是由二個以上每指各有一個關(guān)節(jié)的手指組成。由一臺驅(qū)動件驅(qū)動(驅(qū)動件可以是電動機(jī)，氣動、液壓馬達(dá))。由圓錐齒輪差動輪系(以下簡稱輪系)和傳動鏈構(gòu)成。它的輪系個數(shù)是根據(jù)手指關(guān)節(jié)數(shù)的多少來確定的，即輪系個數(shù)等于各手指關(guān)節(jié)數(shù)總和減一的關(guān)系。對于有兩個關(guān)節(jié)以上的手指，其關(guān)節(jié)軸線互相平行。傳動鏈保證手指與手指、手指關(guān)節(jié)之間的轉(zhuǎn)向確定。
如圖一所示的二指每指一關(guān)節(jié)的機(jī)械手的結(jié)構(gòu)原理圖。以箭頭表示傳動鏈，方框表示輪系，圓圈表示驅(qū)動件(以下各圖均相同)驅(qū)動件〔1〕經(jīng)傳動鏈驅(qū)動輪系〔2〕的系桿轉(zhuǎn)動，系桿經(jīng)行星輪帶動兩中心輪與系桿同向轉(zhuǎn)動。一中心輪通過傳動鏈或直接驅(qū)動一個手指關(guān)節(jié)〔11〕轉(zhuǎn)動另一個中心輪經(jīng)傳動鏈驅(qū)動另一個手指關(guān)節(jié)〔12〕相向關(guān)節(jié)〔11〕轉(zhuǎn)動。
根據(jù)圓錐齒輪差動輪系的工作原理，可知輪系的兩中心輪所受的驅(qū)動力矩之和等于系桿的驅(qū)動力矩。在抓握物體時，兩手指在驅(qū)動力矩作用下，轉(zhuǎn)向物體。當(dāng)一指先與物體接觸時，其轉(zhuǎn)速降低或者停止轉(zhuǎn)動，但始終與物體接觸，另一手指快速接觸物體。兩指抓握物體並抓緊后，輪系〔2〕的系桿停止轉(zhuǎn)動，驅(qū)動件制動並維持抓握力。松開手指依靠驅(qū)動件的反向運(yùn)動即可。
圖一二指各一關(guān)節(jié)自適應(yīng)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)原理框圖。
圖二二指各二關(guān)節(jié)自適應(yīng)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)原理框圖。
圖三三指各二關(guān)節(jié)自適應(yīng)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)原理框圖。
圖四五指各三關(guān)節(jié)自適應(yīng)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)原理框圖。
下面是本發(fā)明的實(shí)施例，通過對實(shí)施例描述及結(jié)合附圖給出本發(fā)明的細(xì)節(jié)。
如圖一所示的二指各一關(guān)節(jié)的機(jī)械手的輪系〔2〕的兩輸出端加二個輪系〔3〕、〔4〕，如圖二所示，驅(qū)動件〔1〕經(jīng)傳動鏈驅(qū)動輪系〔2〕的系桿轉(zhuǎn)動系桿所獲得的驅(qū)動力矩，經(jīng)行星輪帶動兩中心輪同向轉(zhuǎn)動，其中一中心輪經(jīng)傳動鏈驅(qū)動輪系〔3〕的系桿轉(zhuǎn)動，另一中心輪經(jīng)傳動鏈驅(qū)動輪系〔4〕的系桿轉(zhuǎn)動。輪系〔3〕的兩中心輪經(jīng)傳動鏈分別驅(qū)動手指關(guān)節(jié)〔13〕和〔14〕同向轉(zhuǎn)動。輪系〔4〕的兩中心輪經(jīng)傳動鏈分別驅(qū)動手指關(guān)節(jié)〔15〕和〔16〕同向轉(zhuǎn)動且兩手指經(jīng)傳動鏈保證相向轉(zhuǎn)動。
如圖二所示的二指各二關(guān)節(jié)的機(jī)械手的輪系〔4〕的兩輸出端加兩個輪系〔5〕和〔6〕，如圖三所示，輪系〔4〕的系桿獲得的驅(qū)動力矩，經(jīng)行星輪帶動兩中心輪同向轉(zhuǎn)動，一中心輪經(jīng)傳動鏈驅(qū)動輪系〔5〕的系桿轉(zhuǎn)動，另一中心輪經(jīng)傳動鏈驅(qū)動輪系〔6〕的系桿轉(zhuǎn)動。輪系〔5〕的兩中心輪經(jīng)傳動鏈分別驅(qū)動手指關(guān)節(jié)〔18〕和〔17〕同向轉(zhuǎn)動，輪系〔6〕的兩中心輪經(jīng)傳動鏈分別驅(qū)動手指關(guān)節(jié)〔20〕和〔19〕轉(zhuǎn)動。
輪系的個數(shù)等于手指關(guān)節(jié)數(shù)總和減一的關(guān)系，或者說輪系的個數(shù)等于機(jī)械手的自由度數(shù)減一的關(guān)系，手指的數(shù)目和手指關(guān)節(jié)數(shù)目，按相同的工作原理，根據(jù)使用要求來確定。
以下是由母指A、食指B、中指C、無名指D和小指E組成的五指各三關(guān)節(jié)的機(jī)械手，如圖四所示，以該手的中指C為例，介紹它的抓握原理。
中指C的三個關(guān)節(jié)是輪系〔9〕和〔10〕以及中間傳動鏈組成。輪系〔9〕的系桿將獲得的驅(qū)動力矩經(jīng)行星輪分解給兩中心輪。輪系〔9〕的兩中心輪，一個經(jīng)傳動鏈或直接驅(qū)動下關(guān)節(jié)〔22〕轉(zhuǎn)動，另一個經(jīng)傳動鏈帶動輪系〔10〕的系桿轉(zhuǎn)動。輪系〔10〕的兩中心輪，一個經(jīng)傳動鏈或直接驅(qū)動中關(guān)節(jié)〔23〕轉(zhuǎn)動，另一個經(jīng)傳動鏈驅(qū)動尖關(guān)節(jié)〔24〕轉(zhuǎn)動，且保證與下關(guān)節(jié)〔22〕的轉(zhuǎn)向一致。在抓握物體時，如果是下關(guān)節(jié)〔22〕首先與物體接觸，則隨阻力矩的增大，下關(guān)節(jié)〔22〕停止轉(zhuǎn)動，但始終與物體接觸;而中關(guān)節(jié)〔23〕和尖關(guān)節(jié)〔24〕則快速與物體接觸，當(dāng)關(guān)節(jié)〔22〕、〔23〕和〔24〕均與物體接觸時，輪系〔9〕的系桿停止轉(zhuǎn)動。如果是尖節(jié)〔24〕首先與物體接觸則因它隨中關(guān)節(jié)〔23〕和下關(guān)節(jié)〔24〕一起公轉(zhuǎn)，尖關(guān)節(jié)隨阻力矩增大而反轉(zhuǎn)，但始終接觸物體。此時中關(guān)節(jié)〔23〕和下關(guān)節(jié)〔22〕快速與物體接觸，若中關(guān)節(jié)〔23〕比下關(guān)節(jié)〔24〕先與物體接觸，則因它隨下關(guān)節(jié)〔22〕一起公轉(zhuǎn)，故在阻力矩作用下反轉(zhuǎn)，但始終與物體接觸。可能因物體形狀凹凸不一，使得手指關(guān)節(jié)有可能其中一個或二個或整個手指不與物體接觸，這一點(diǎn)可以通過機(jī)械手手指關(guān)節(jié)到位來解決，所謂到位是指手指各關(guān)節(jié)的正反向最大轉(zhuǎn)角的機(jī)械限位結(jié)構(gòu)。
同上道理，當(dāng)其他四指均與物體接觸或者到位，並抓握緊物體后，輪系〔2〕的系桿停止轉(zhuǎn)動，驅(qū)動件制動並維持抓握力。這樣就實(shí)現(xiàn)了抓握任意形狀的物體的目的。松開物體僅依靠驅(qū)動件的反向運(yùn)轉(zhuǎn)即可。抓握力的大小取決于驅(qū)動件的輸出功率。
本發(fā)明的效果是，由于采用了一臺驅(qū)動件，通過圓錐齒輪差動輪系和傳動鏈組成，提高了傳動效率，具有機(jī)械自適應(yīng)，手指數(shù)目和手指關(guān)節(jié)數(shù)目，按使用要求設(shè)置，抓握力大，結(jié)構(gòu)簡單，能抓握任意形狀的物體，不僅可以裝在工業(yè)機(jī)器人手上，如選用輕質(zhì)材料制成，且可裝在前臂斷肢上作假手。
權(quán)利要求
1.一種自適應(yīng)機(jī)械手，由二個以上每指各有一個關(guān)節(jié)的手指組成，本發(fā)明的特征是，所述的手指，由一臺驅(qū)動件[1]驅(qū)動，經(jīng)傳動鏈驅(qū)動圓錐齒輪差動輪系[2](以下簡稱輪系)的系桿轉(zhuǎn)動，輪系[2]的系桿經(jīng)行星輪帶動兩中心輪與系桿同向轉(zhuǎn)動，一中心輪通過傳動鏈或直接驅(qū)動一個手指關(guān)節(jié)[11]轉(zhuǎn)動，另一中心輪經(jīng)傳動鏈反向驅(qū)動相向的另一手指關(guān)節(jié)[12]轉(zhuǎn)動。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的自適應(yīng)機(jī)械手，其特征是，在輪系〔2〕的二輸出端加二個差動輪系〔3〕、〔4〕，輪系〔2〕的系桿獲得的驅(qū)動力矩，經(jīng)行星輪帶動兩中心輪同向轉(zhuǎn)動，一中心輪經(jīng)傳動鏈驅(qū)動輪系〔3〕的系桿轉(zhuǎn)動，另一中心輪經(jīng)傳動鏈驅(qū)動輪系〔4〕的系桿轉(zhuǎn)動，輪系〔3〕的兩中心輪經(jīng)傳動鏈分別驅(qū)動手指關(guān)節(jié)〔13〕、〔14〕同向轉(zhuǎn)動，輪系〔4〕的兩中心輪經(jīng)傳動鏈分別驅(qū)動手指關(guān)節(jié)〔15〕、〔16〕同向轉(zhuǎn)動。
3.根據(jù)權(quán)利要求
2所述的自適應(yīng)機(jī)械手，其特征是，在輪系〔4〕的二輸出端加二個輪系〔5〕、〔6〕，輪系〔4〕的系桿獲得的驅(qū)動力矩，經(jīng)行星輪帶動兩中心輪同向轉(zhuǎn)動，一中心輪經(jīng)傳動鏈驅(qū)動輪系〔5〕的系桿傳動，另一中心輪經(jīng)傳動鏈驅(qū)動輪系〔6〕的系桿轉(zhuǎn)動，輪系〔5〕的兩中心輪經(jīng)傳動鏈分別驅(qū)動手指關(guān)節(jié)〔17〕、〔18〕同向轉(zhuǎn)動，輪系〔6〕的兩中心輪經(jīng)傳動鏈分別驅(qū)動手指關(guān)節(jié)〔19〕、〔20〕同向轉(zhuǎn)動。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的自適應(yīng)機(jī)械手，其特征是，輪系的個數(shù)等于手指自由度數(shù)減一的關(guān)系，手指的數(shù)目和手指關(guān)節(jié)的數(shù)目，按相同工作原理，並根據(jù)使用要求確定。
5.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的自適應(yīng)機(jī)械手，其特征是，可安裝在工業(yè)機(jī)器人上或前臂斷肢上作假手。
專利摘要
本發(fā)明的自適應(yīng)機(jī)械手，是屬于機(jī)械手裝置，由二個以上各有一個關(guān)節(jié)的手指組成。由一臺驅(qū)動件驅(qū)動，由圓錐齒輪差動輪系和傳動鏈組合而成。圓錐齒輪差動輪系的個數(shù)是根據(jù)機(jī)械手的手指關(guān)節(jié)數(shù)總和來確定。手指數(shù)和關(guān)節(jié)數(shù)的多少，按使用要求來設(shè)置。該手具有機(jī)械自適應(yīng)，能抓握任意形狀的物體，抓握力大，傳動效率高，結(jié)構(gòu)簡單，不僅可以裝在工業(yè)機(jī)器人手上，如果選用輕質(zhì)材料制成，且裝在前臂斷肢上作假手。
文檔編號A61F2/50GK87103848SQ87103848
公開日1988年12月14日 申請日期1987年5月24日
發(fā)明者厲春元, 徐振華, 石永剛 申請人:浙江大學(xué)導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan