專利名稱：齒輪帶輪過渡欠驅(qū)動機器人手指裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于擬人機器人技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種齒輪帶輪過渡欠驅(qū)動機器人手指裝置的 結(jié)構(gòu)設(shè)計。
技術(shù)背景與人類似，擬人機器人的多數(shù)功能要通過手部操作來實現(xiàn)，因而手部結(jié)構(gòu)是擬人機器人 的重要組成部分，其設(shè)計是擬人機器人的關(guān)鍵技術(shù)之一。為了增加手部的擬人化，手部要設(shè) 計較多的關(guān)節(jié)自由度，然而，為了減輕擬人機器人手部的控制難度，以及減小手部的體積、 重量，需要減少驅(qū)動器數(shù)目，這兩者有一定的矛盾，另外，為了更好地抓取物體，還需要手 指在抓取物體時具有一定的自適應(yīng)性。本發(fā)明提供的機器人擬人手指欠驅(qū)動裝置能夠更好的 實現(xiàn)較多關(guān)節(jié)自由度、較少驅(qū)動器數(shù)目、抓取不同形狀、尺寸的物體時的較強的自適應(yīng)性這 三個目標。已有的一種欠驅(qū)動機械手裝置，如中國發(fā)明專利CN1283429C，其中的拇指、食指、中指、 無名指和小指均采用了同一種齒輪欠驅(qū)動機械手指裝置，以其拇指為例簡單介紹其原理，該 齒輪欠驅(qū)動機械手指在近關(guān)節(jié)和遠關(guān)節(jié)之間有兩個過渡軸，在近關(guān)節(jié)軸、遠關(guān)節(jié)軸和過渡軸 上均安裝有齒輪，齒輪之間兩兩嚙合，中部指段套接在近關(guān)節(jié)軸上，中部指段與近關(guān)節(jié)軸之 間采用直接摩擦接觸，當(dāng)電機轉(zhuǎn)動時，中部指段會因為其與近關(guān)節(jié)軸之間的靜摩擦力而隨近 關(guān)節(jié)軸轉(zhuǎn)動，當(dāng)中部指段接觸到物體被阻擋而不能轉(zhuǎn)動時，電機的驅(qū)動力矩會驅(qū)動多級齒輪 傳動運作起來，使末端指段繞遠關(guān)節(jié)軸轉(zhuǎn)動，同時中部指段會相對近關(guān)節(jié)軸發(fā)生滑動摩擦。 這樣便實現(xiàn)了一個電機驅(qū)動2個關(guān)節(jié)近關(guān)節(jié)和遠關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動驅(qū)動，具有自動解耦的效果。該裝置的不足之處為由于此種摩擦解耦會造成材料的損耗，長期使用解耦效果下降導(dǎo)致抓取性能不可靠；由于采用多級齒輪傳動，當(dāng)用于中部指段稍長即遠關(guān)節(jié)軸距離近關(guān)節(jié)軸稍遠的機器人手指中時，齒輪直徑就會過大，造成手指過粗，影響美觀，所以該裝置難以應(yīng)用于中部指段較長的機器人手指中。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是針對已有技術(shù)的不足之處，提供一種齒輪帶輪過渡欠驅(qū)動機器人手指裝 置，結(jié)構(gòu)簡單、可靠，成本低，外形與人的手指相似，可以用于手指中部指段較長的機器人 手中，作為機器人手的手指使用，以實現(xiàn)機器人手采用較少驅(qū)動器驅(qū)動較多手指轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)， 需要較低的控制系統(tǒng)要求，并具有抓取不同形狀、尺寸的物體的自適應(yīng)性。本發(fā)明的技術(shù)方案如下本發(fā)明所述的齒輪帶輪過渡欠驅(qū)動機器人手指裝置，包括基座、電機、減速器、第一齒 輪、第二齒輪、近關(guān)節(jié)軸、中部指段、遠關(guān)節(jié)軸、末端指段；所說的電機和減速器均與基座 固接，電機的輸出軸與減速器的輸入軸相連，減速器的輸出軸與第一齒輪固接，第一齒輪與第二齒輪相嚙合，第二齒輪固接于近關(guān)節(jié)軸，所說的近關(guān)節(jié)軸套設(shè)在基座中，所說的遠關(guān)節(jié) 軸套設(shè)在中部指段中，所說的末端指段套固在遠關(guān)節(jié)軸上；其特征在于該裝置包括主動齒 輪、第一過渡齒輪、主動輪、傳動件、從動輪、第二過渡齒輪、從動齒輪、簧件、第一過渡 軸、第二過渡軸；所說的中部指段套接在近關(guān)節(jié)軸上；所說的第一過渡軸套設(shè)在中部指段中， 所說的第二過渡軸套設(shè)在中部指段中，所說的主動齒輪套固在近關(guān)節(jié)軸上，所說的第一過渡 齒輪套固在第一過渡軸上，所說的主動輪套固在第一過渡軸上，所說的從動輪套固在第二過 渡軸上，所說的傳動件連接主動輪和從動輪，所說的第二過渡齒輪套固在第二過渡軸上，所 說的從動齒輪套固在遠關(guān)節(jié)軸上，所說的主動齒輪和第一過渡齒輪嚙合，所說的第二過渡齒 輪和從動齒輪嚙合，所說的簧件的兩端分別連接中部指段和末端指段。本發(fā)明所述的齒輪帶輪過渡欠驅(qū)動機器人手指裝置，其特征在于所說的傳動件采用平 帶、齒形帶、腱繩或鏈條，所說的主動輪采用帶輪、齒輪、繩輪或鏈輪，所說的從動輪采用 帶輪、齒輪、繩輪或鏈輪，所說的傳動件、主動輪和從動輪三者之間能夠配合形成傳動關(guān)系。本發(fā)明所述的齒輪帶輪過渡欠驅(qū)動機器人手指裝置，其特征在于所說的簧件采用扭簧、 拉簧、壓簧、片簧、橡皮筋或彈性繩。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點和突出性效果本發(fā)明裝置利用所設(shè)計帶輪和齒輪傳動機構(gòu)、套接活動的中部指段及簧件所具有的解耦 作用綜合實現(xiàn)了雙關(guān)節(jié)欠驅(qū)動手指彎曲抓取物體的特殊效果，結(jié)構(gòu)簡單、可靠、成本低，便 于安裝維護，與人的手指相似，體積小、重量輕，可以用于手指中部指段較長的機器人手中， 且性能可靠、使用壽命長，特別適合作為擬人機器人手的拇指或作為其他手指的一部分，以 實現(xiàn)機器人手以較少驅(qū)動器驅(qū)動較多的轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)，僅需要較低的控制系統(tǒng)要求，當(dāng)中部指段 接觸物體被阻擋時，末端指段可繼續(xù)運動包絡(luò)抓取物體，自適應(yīng)所抓物體的形狀大小。


圖1是本發(fā)明提供的齒輪帶輪過渡欠驅(qū)動機器人手指裝置的實施例的正面外觀圖。圖2是圖1的左側(cè)視圖。圖3是圖1的剖視圖。圖4是圖2的剖視圖。圖5是本實施例的簧件的安裝示意圖。圖6、圖8、圖9、圖ll、圖12是本實施例用中部指段、末端指段抓握物體的過程的示 意圖。圖7、圖10、圖13是本實施例用中部指段、末端指段抓握物體過程的示意圖，分別是對 應(yīng)圖6、圖9、圖12的剖視圖。圖14、圖15是本實施例用末端指段抓握物體過程的示意圖。圖16、圖17、圖18是本發(fā)明提供的另一實施例的正視圖、正視剖視圖和側(cè)視圖，此實 施例的中部指段較長。 在圖1至圖18中1_基座，4—中部指段，7 —主動齒輪，IO—簧件，13 —第一過渡軸，16—主動輪，20—物體，2 —電機，5—遠關(guān)節(jié)軸， 8—傳動件， ll一第一齒輪， 14一第二過渡軸 17 —從動輪， 21 —減速器。3 —近關(guān)節(jié)軸, 6 —末端指段， 9一從動齒輪，12 —第二齒輪， 15—第一過渡齒輪， 18—第二過渡齒輪，具體實施方式
下面結(jié)合附圖及實施例進一步詳細介紹本發(fā)明的具體結(jié)構(gòu)、工作原理的內(nèi)容。本發(fā)明設(shè)計的一種齒輪帶輪過渡欠驅(qū)動機器人手指裝置的實施例，如圖l、圖2、圖3、 圖4、圖5所示，主要包括基座l、電機2、減速器21、第一齒輪ll、第二齒輪12、近關(guān)節(jié) 軸3、中部指段4、遠關(guān)節(jié)軸5、末端指段6;所說的電機2和減速器21均與基座1固接，電 機2的輸出軸與減速器21的輸入軸相連，減速器21的輸出軸與第一齒輪11固接，第一齒輪 11與第二齒輪12相嚙合，第二齒輪12固接于近關(guān)節(jié)軸3，所說的近關(guān)節(jié)軸3套設(shè)在基座1 中，所說的遠關(guān)節(jié)軸5套設(shè)在中部指段4中，所說的末端指段6套固在遠關(guān)節(jié)軸5上；該裝 置包括主動齒輪7、第一過渡齒輪15、主動輪16、傳動件8、從動輪17、第二過渡齒輪18、 從動齒輪9、簧件IO、第一過渡軸13、第二過渡軸14;所說的中部指段4套接在近關(guān)節(jié)軸3 上；所說的第一過渡軸13套設(shè)在中部指段4中，所說的第二過渡軸14套設(shè)在中部指段4中， 所說的主動齒輪7套固在近關(guān)節(jié)軸3上，所說的第一過渡齒輪15套固在第一過渡軸13上， 所說的主動輪套固在第一過渡軸上，所說的從動輪套固在第二過渡軸上，所說的傳動件連接 主動輪和從動輪，所說的第二過渡齒輪套固在第二過渡軸上，所說的從動齒輪9套固在遠關(guān) 節(jié)軸6上，所說的主動齒輪7和第一過渡齒輪15嚙合，所說的第二過渡齒輪18和從動齒輪 9嚙合，所說的簧件10的兩端分別連接中部指段4和末端指段6。本發(fā)明所述的齒輪帶輪過渡欠驅(qū)動機器人手指裝置，所說的傳動件釆用平帶、齒形帶、 腱繩或鏈條，所說的主動輪采用帶輪、齒輪、繩輪或鏈輪，所說的從動輪采用帶輪、齒輪、 繩輪或鏈輪，所說的傳動件、主動輪和從動輪三者之間能夠配合形成傳動關(guān)系。本實施例中，所說的傳動件8采用平帶，所說的主動輪16采用帶輪，所說的從動輪17 采用帶輪，使得主動輪16、傳動件8和從動輪17之間形成帶傳動。本發(fā)明所述的齒輪帶輪過渡欠驅(qū)動機器人手指裝置，所說的簧件采用扭簧、拉簧、壓簧、 片簧、橡皮筋或彈性繩。本實施例中，所說的簧件10采用扭簧。由于采用扭簧實現(xiàn)了近關(guān)節(jié)和遠關(guān)節(jié)兩個關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動的運動解耦，長期使用也不會造成性 能下降，保證了長期使用的可靠性；另外，由于采用了帶輪傳動裝置，該裝置的中部指段可 以較長而不會影響手指的使用效果，也不會增大手指的粗細，如圖16、圖17、圖18所示。 這些都是相比起前述的完全采用齒輪的巳有中國發(fā)明專利有突出的優(yōu)點。本實施例的工作原理，如圖6、圖7、圖8、圖9、圖10、圖11、圖12、圖13、圖14、 圖15，敘述如下該裝置的初始位置如圖6、圖7所示，此時中部指段4和末端指段6與基座1呈一直線， 即相當(dāng)于人手的手指伸直的狀態(tài)。當(dāng)使用裝有本實施例裝置的機器人手抓取物體20時，電機 2的輸出軸轉(zhuǎn)動，通過第一齒輪11帶動固接有第二齒輪12的近關(guān)節(jié)軸3轉(zhuǎn)動，使主動齒輪7 轉(zhuǎn)動。由于簧件10的約束作用，中部指段4與末端指段6仿佛固接在一起，因此主動齒輪7 的轉(zhuǎn)動將優(yōu)先使得中部指段4和末端指段6—起繞著近關(guān)節(jié)軸3轉(zhuǎn)動，如圖8所示。此過程 直到中部指段4碰到物體20，此時如圖9、圖10所示。當(dāng)中部指段4碰到物體20被阻擋而無法繼續(xù)旋轉(zhuǎn)時，此時主動齒輪7繼續(xù)轉(zhuǎn)動，將帶動 與其嚙合的第一過渡齒輪15轉(zhuǎn)動，使第一過渡軸13轉(zhuǎn)動，使主動輪16轉(zhuǎn)動，拉動傳動件8， 使從動輪17轉(zhuǎn)動，第二過渡軸14轉(zhuǎn)動，第二過渡齒輪18轉(zhuǎn)動，于是使從動齒輪9轉(zhuǎn)動，使 得遠關(guān)節(jié)軸5轉(zhuǎn)動，從而使末端指段6克服簧件10的彈力而轉(zhuǎn)動，同時簧件10變形量增大， 如圖11所示。此過程直到末端指段6也碰到物體20，如圖12、圖13所示。至此，本實施例 裝置抓緊了物體20，抓取結(jié)束。即使物體形狀大小不同，該裝置也能順利包絡(luò)物體。如果該裝置中部指段4和末端指段6 同時旋轉(zhuǎn)時，末端指段6優(yōu)先于中部指段4接觸到物體20表面，過程示意如圖14、圖15所 示，由于末端指段6受到中部指段4的阻擋而難以反轉(zhuǎn)，因此該裝置將不再運動，抓取結(jié)束。當(dāng)放開物體20時，電機2反向轉(zhuǎn)動，帶動近關(guān)節(jié)軸3反轉(zhuǎn)，帶動主動齒輪7反轉(zhuǎn)，使第 一過渡齒輪15反轉(zhuǎn)，第一過渡軸13反轉(zhuǎn)，主動輪16反轉(zhuǎn)，通過傳動件8拉動從動輪17反 轉(zhuǎn)，使第二過渡軸14反轉(zhuǎn)，第二過渡齒輪18反轉(zhuǎn)，從而使從動齒輪7反轉(zhuǎn)，此時簧件10的 變形量逐漸減小，末端指段6繞遠關(guān)節(jié)軸5的軸線反轉(zhuǎn)而離開物體20表面，如圖11所示。 直到末端指段6巳到達伸直狀態(tài)，如圖9、 IO所示。由于末端指段6被中部指段4阻擋而不 能再繼續(xù)反轉(zhuǎn)，此時電機2繼續(xù)反向轉(zhuǎn)動，將帶動整個中部指段4、末端指段6—起繞著近 關(guān)節(jié)軸3的軸線反向轉(zhuǎn)動，中部指段4離開物體20表面，如圖8所示。直到恢復(fù)到初始手指 伸直的位置，如圖6、圖7所示。本發(fā)明利用所設(shè)計帶輪和齒輪傳動機構(gòu)、套接活動的中部指段及簧件所具有的解耦作用 綜合實現(xiàn)了雙關(guān)節(jié)欠驅(qū)動手指彎曲抓取物體的特殊效果。
權(quán)利要求
1、一種齒輪帶輪過渡欠驅(qū)動機器人手指裝置，包括基座(1)、電機(2)、減速器(21)、第一齒輪(11)、第二齒輪(12)、近關(guān)節(jié)軸(3)、中部指段(4)、遠關(guān)節(jié)軸(5)、末端指段(6)；所說的電機和減速器均與基座固接，電機的輸出軸與減速器的輸入軸相連，減速器的輸出軸與第一齒輪固接，第一齒輪與第二齒輪相嚙合，第二齒輪固接于近關(guān)節(jié)軸，所說的近關(guān)節(jié)軸套設(shè)在基座中，所說的遠關(guān)節(jié)軸套設(shè)在中部指段中，所說的末端指段套固在遠關(guān)節(jié)軸上；其特征在于所述的齒輪帶輪過渡欠驅(qū)動機器人手指裝置還包括主動齒輪(7)、第一過渡齒輪(15)、主動輪(16)、傳動件(8)、從動輪(17)、第二過渡齒輪(18)、從動齒輪(9)、簧件(10)、第一過渡軸(13)、第二過渡軸(14)；所說的中部指段套接在近關(guān)節(jié)軸上；所說的第一過渡軸套設(shè)在中部指段中，所說的第二過渡軸套設(shè)在中部指段中，所說的主動齒輪套固在近關(guān)節(jié)軸上，所說的第一過渡齒輪套固在第一過渡軸上，所說的主動輪套固在第一過渡軸上，所說的從動輪套固在第二過渡軸上，所說的傳動件連接主動輪和從動輪，所說的第二過渡齒輪套固在第二過渡軸上，所說的從動齒輪套固在遠關(guān)節(jié)軸上，所說的主動齒輪和第一過渡齒輪嚙合，所說的第二過渡齒輪和從動齒輪嚙合，所說的簧件的兩端分別連接中部指段和末端指段。
2、 如權(quán)利要求l所述的齒輪帶輪過渡欠驅(qū)動機器人手指裝置，其特征在于所說的傳動件采用平帶、齒形帶、腱繩或鏈條，所說的主動輪采用帶輪、齒輪、繩輪或鏈輪，所說的從 動輪采用帶輪、齒輪、繩輪或鏈輪，所說的傳動件、主動輪和從動輪三者之間能夠配合形成 傳動關(guān)系。
3、 如權(quán)利要求1所述的齒輪帶輪過渡欠驅(qū)動機器人手指裝置，其特征在于所說的簧件采用扭簧、拉簧、壓簧、片簧、橡皮筋或彈性繩。
全文摘要
齒輪帶輪過渡欠驅(qū)動機器人手指裝置，屬于擬人機器人技術(shù)領(lǐng)域，主要包括基座、電機、減速器、第一、二齒輪、近關(guān)節(jié)軸、中部指段、遠關(guān)節(jié)軸、末端指段，其特征在于包括主動齒輪、第一、二過渡齒輪、主動輪、傳動件、從動輪、從動齒輪、簧件、第一、二過渡軸。該裝置利用所設(shè)計帶輪和齒輪傳動機構(gòu)、套接活動的中部指段及簧件所具有的解耦作用綜合實現(xiàn)了雙關(guān)節(jié)欠驅(qū)動手指彎曲抓取物體的特殊效果，結(jié)構(gòu)簡單、可靠、成本低，便于安裝維護，與人手指相似，可以用于手指的中部指段較長的機器人手中，特別適合作為擬人機器人手的拇指，當(dāng)中部指段接觸物體被阻擋時，末端指段可繼續(xù)運動包絡(luò)抓取物體，自適應(yīng)所抓物體的形狀大小。
文檔編號B25J15/00GK101214652SQ20081005561
公開日2008年7月9日 申請日期2008年1月4日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月4日
發(fā)明者張文增 申請人:清華大學(xué)