專利名稱：交叉腱繩三關(guān)節(jié)欠驅(qū)動(dòng)機(jī)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(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種交叉腱繩三關(guān)節(jié)欠驅(qū)動(dòng)機(jī)器人手指裝置 的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
技術(shù)背景與人類似，擬人機(jī)器人的多數(shù)功能要通過手部操作來實(shí)現(xiàn)，因而手部結(jié)構(gòu)是擬人機(jī)器人 的重要組成部分，其設(shè)計(jì)是擬人機(jī)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(jì)較多的關(guān)節(jié)自由度，然而，為了減輕擬人機(jī)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(dòng)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(shí)具有一定的自適應(yīng)性。本發(fā)明提供的機(jī)器人擬人手指欠驅(qū)動(dòng)裝置能夠更好的 實(shí)現(xiàn)較多關(guān)節(jié)自由度、較少驅(qū)動(dòng)器數(shù)目、抓取不同形狀、尺寸的物體時(shí)的較強(qiáng)的自適應(yīng)性這 三個(gè)目標(biāo)。已有的一種欠驅(qū)動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)械手指在近關(guān)節(jié)和遠(yuǎn)關(guān)節(jié)之間有兩個(gè)過渡軸，在近關(guān)節(jié)軸、遠(yuǎn)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(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，中部指段會(huì)因?yàn)槠渑c近關(guān)節(jié)軸之間的靜摩擦力而隨近 關(guān)節(jié)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)中部指段接觸到物體被阻擋而不能轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電機(jī)的驅(qū)動(dòng)力矩會(huì)驅(qū)動(dòng)多級齒輪 傳動(dòng)運(yùn)作起來，使末端指段繞遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)中部指段會(huì)相對近關(guān)節(jié)軸發(fā)生滑動(dòng)摩擦。 這樣便實(shí)現(xiàn)了一個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)2個(gè)關(guān)節(jié)近關(guān)節(jié)和遠(yuǎn)關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)，具有自動(dòng)解耦的效果。該裝置的不足之處為由于此種摩擦解耦會(huì)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；由于釆用多級齒輪傳動(dòng)，當(dāng)用于中部指段稍長即遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸距離近關(guān)節(jié)軸稍遠(yuǎn)的機(jī)器人手指中時(shí)，齒輪直徑就會(huì)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(jī)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，提供一種交叉腱繩三關(guān)節(jié)欠驅(qū)動(dòng)機(jī)器人手指 裝置，外形與人的手指相似，可以用于手指中部指段較長的機(jī)器人手中，作為機(jī)器人手的手 指使用，以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人手采用較少驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)較多手指轉(zhuǎn)動(dòng)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，同時(shí)性能可靠，可長期使用而性能不降低。 本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種交叉腱繩三關(guān)節(jié)欠驅(qū)動(dòng)機(jī)器人手指裝置，包括基座、電機(jī)、減速器、第一齒輪、第 二齒輪、近關(guān)節(jié)軸、第一中部指段、第二中部指段、中關(guān)節(jié)軸、遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸和末端指段；所說 的電機(jī)和減速器與基座固接，電機(jī)的輸出軸與減速器的輸入軸相連，減速器的輸出軸與所說的第一齒輪固接，第一齒輪與所說的第二齒輪嚙合，第二齒輪與所說的近關(guān)節(jié)軸固接，近關(guān) 節(jié)軸套設(shè)在基座中，所說的中關(guān)節(jié)軸套設(shè)在第一中部指段中，所說的遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸套設(shè)在第二中 部指段，所說的末端指段套固在遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸上，其特征在于該交叉腱繩三關(guān)節(jié)欠驅(qū)動(dòng)機(jī)器人 手指裝置還包括主動(dòng)繩輪、中關(guān)節(jié)齒輪、第一過渡齒輪、第二過渡齒輪、第一過渡繩輪、第 二過渡繩輪、第一腱繩、第二腱繩、第三腱繩、第四腱繩、從動(dòng)繩輪、第一簧件、第二簧件、 第一過渡軸和第二過渡軸；第一中部指段套接在近關(guān)節(jié)軸上，第二中部指段套接在中關(guān)節(jié)軸 上；所說的第一過渡軸套設(shè)在第一中部指段中，所說的第二過渡軸套設(shè)在第二中部指段中； 所說的主動(dòng)繩輪套固在近關(guān)節(jié)軸上，所說的中關(guān)節(jié)齒輪套接在中關(guān)節(jié)軸上；所說的第一過渡 齒輪套固在第一過渡軸上并與中關(guān)節(jié)齒輪嚙合，所說的第二過渡齒輪套固在第二過渡軸上并 與中關(guān)節(jié)齒輪嚙合；所說的第一過渡繩輪套固在第一過渡軸上，所說的第二過渡繩輪套固在 第二過渡軸上，所說的第一腱繩纏繞在主動(dòng)繩輪和第一過渡繩輪上并成"Z"字形，第一腱繩的 兩端分別與主動(dòng)繩輪、第一過渡繩輪固接，所說的第二腱繩纏繞在主動(dòng)繩輪和第一過渡繩輪 上并成"S"字形，第二腱繩的兩端分別與主動(dòng)繩輪、第一過渡繩輪固接，第一腱繩和第二腱繩 交叉成"8"字形；所說的第三腱繩纏繞在第二過渡繩輪和從動(dòng)繩輪上并成"Z"字形，第三腱繩 的兩端分別與第二過渡繩輪、從動(dòng)繩輪固接，所說的第四腱繩纏繞在第二過渡繩輪和從動(dòng)繩 輪上并成"S"字形，第四腱繩的兩端分別與第二過渡繩輪、從動(dòng)繩輪固接，第三腱繩和第四腱 繩交叉成"8"字形；從動(dòng)繩輪套固在遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸上；第一簧件的兩端分別連接第一中部指段和 第二中部指段；第二簧件的兩端分別連接第二中部指段和末端指段。本發(fā)明所述的交叉腱繩三關(guān)節(jié)欠驅(qū)動(dòng)機(jī)器人手指裝置，其特征在于所說的第一腱繩兩 端分別固接有第一端塊、第二端塊，所說的第二腱繩兩端分別固接有第三端塊、第四端塊； 所說的第一端塊鑲嵌固定在主動(dòng)繩輪的槽內(nèi)，所說的第二端塊鑲嵌固定在第一過渡繩輪的槽 內(nèi)；所說的第三端塊鑲嵌固定在主動(dòng)繩輪的槽內(nèi)，所說的第四端塊鑲嵌固定在第一過渡繩輪 的槽內(nèi)；所說的第三腱繩兩端分別固接有第五端塊、第六端塊，所說的第四腱繩兩端分別固 接有第七端塊、第八端塊；所說的第五端塊鑲嵌固定在第二過渡繩輪的槽內(nèi)，所說的第六端 塊鑲嵌固定在從動(dòng)繩輪的槽內(nèi)；所說的第七端塊鑲嵌固定在第二過渡繩輪的槽內(nèi)，所說的第 八端塊鑲嵌固定在從動(dòng)繩輪的槽內(nèi)。本發(fā)明所述的交叉腱繩三關(guān)節(jié)欠驅(qū)動(dòng)機(jī)器人手指裝置，其特征在于所說的第一簧件采 用扭簧、拉簧、壓簧、片簧、板簧、發(fā)條、皮筋或彈性繩，所說的第二簧件采用扭簧、拉簧、 壓簧、片簧、板簧、發(fā)條、皮筋或彈性繩。本發(fā)明所述的交叉腱繩三關(guān)節(jié)欠驅(qū)動(dòng)機(jī)器人手指裝置，其特征在于第二簧件的彈力限 制作用強(qiáng)于第一簧件的彈力限制作用。本發(fā)明所述的交叉腱繩三關(guān)節(jié)欠驅(qū)動(dòng)機(jī)器人手指裝置，其特征在于所說的第一腱繩、 第二腱繩、第三腱繩和第四腱繩均采用鋼絲。本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)及突出性效果本發(fā)明利用所設(shè)計(jì)的交叉腱繩和齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、套接活動(dòng)的兩個(gè)中部指段及兩個(gè)簧件所具有的解耦作用綜合實(shí)現(xiàn)了三關(guān)節(jié)欠驅(qū)動(dòng)手指彎曲抓取物體的特殊效果，與人手指相似，可以用于手指的中部指段較長的機(jī)器人手中，特別適合作為擬人機(jī)器人手的食指、中指、無名指、小指，以較少驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)較多的轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)，當(dāng)中部指段接觸物體被阻擋時(shí)，末端指段可繼續(xù)運(yùn)動(dòng)包絡(luò)抓取物體，自適應(yīng)所抓物體的形狀大小，該裝置結(jié)構(gòu)簡單、成本低，便于安裝維護(hù)，性能可靠、使用壽命長。


圖1是本發(fā)明提供的交叉腱繩三關(guān)節(jié)欠驅(qū)動(dòng)機(jī)器人手指裝置的一種實(shí)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(shí)施例的第一簧件與第一中部指段、第二中部指段、中關(guān)節(jié)軸的位置示意。 圖6是本實(shí)施例的第二簧件與第二中部指段、末端指段、遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸的位置關(guān)系示意圖。 圖7是本實(shí)施例的主動(dòng)繩輪、第一腱繩、第二腱繩、第一過渡繩輪、近關(guān)節(jié)軸、第一過 渡軸、第一端塊、第二端塊、第三端塊、第四端塊的位置示意。圖8是本實(shí)施例的第二過渡繩輪、第三腱繩、第四腱繩、從動(dòng)繩輪、第二過渡軸、遠(yuǎn)關(guān) 節(jié)軸、第五端塊、第六端塊、第七端塊、第八端塊的位置示意。圖9、圖10、圖ll、圖12、圖13、圖14、圖15是本實(shí)施例抓握物體過程的幾個(gè)關(guān)鍵位 置示意圖。在圖1至圖15中 l一基座，4一第一中部指段， 7 —遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸， 9一主動(dòng)繩輪， ll一中關(guān)節(jié)齒輪， 141一第三腱繩， 16 —第二簧件， 17—減速器， 21—第一銷釘， 23 —第三銷釘， 32—第一過渡軸， 37 —第二過渡軸， 51—第一端塊， 54—第四端塊， 61 —第五端塊， 64 —第八端塊。62—電機(jī)，5 —中關(guān)節(jié)軸，8 —末端指段，101—第一腱繩，12 —第一簧件，142 —第四腱繩，18—第一齒輪，22—第二銷釘，24—第四銷釘，35 —第一過渡齒輪，39—第二過渡齒輪，52 —第二端塊，3—近關(guān)節(jié)軸，6 —第二中部指段，102—第二腱繩，15 —從動(dòng)繩輪，第二齒輪，19一〗25-36-40-53--第五銷釘， -第一過渡繩輪， -第二過渡繩輪， -第三端塊，62—第六端塊，63 —第七端塊，下面結(jié)合附圖及實(shí)施例進(jìn)一步詳細(xì)說明本發(fā)明具體結(jié)構(gòu)、工作原理的內(nèi)容。 本發(fā)明設(shè)計(jì)的一種交叉腱繩三關(guān)節(jié)欠驅(qū)動(dòng)機(jī)器人手指裝置的實(shí)施例，如圖l、圖2、圖3、 圖4、圖5、圖6、圖7、圖8所示，包括基座l、電機(jī)2、減速器17、第一齒輪18、第二齒 輪19、近關(guān)節(jié)軸3、第一中部指段4、第二中部指段6、中關(guān)節(jié)軸5、遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸7、末端指段 8;所說的電機(jī)2和減速器17與基座1固接，電機(jī)2的輸出軸與減速器17的輸入軸相連，減 速器17的輸出軸與所說的第一齒輪18固接，第一齒輪18與所說的第二齒輪19嚙合，第二 齒輪19與所說的近關(guān)節(jié)軸3固接，近關(guān)節(jié)軸3套設(shè)在基座1中，所說的中關(guān)節(jié)軸5套設(shè)在第 一中部指段4中，所說的遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸7套設(shè)在第二中部指段6，所說的末端指段8通過第七銷 釘27套固在遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸7上；該交叉腱繩三關(guān)節(jié)欠驅(qū)動(dòng)機(jī)器人手指裝置還包括主動(dòng)繩輪9、中 關(guān)節(jié)齒輪ll、第一過渡齒輪35、第二過渡齒輪39、第一過渡繩輪36、第二過渡繩輪40、第 一腱繩101、第二腱繩102、第三腱繩141、第四腱繩142、從動(dòng)繩輪15、第一簧件12、第二 簧件16、第一過渡軸32和第二過渡軸37;第一中部指段4套接在近關(guān)節(jié)軸3上，第二中部 指段6套接在中關(guān)節(jié)軸5上；所說的第一過渡軸32套設(shè)在第一中部指段4中，所說的第二過 渡軸37套設(shè)在第二中部指段6中；所說的主動(dòng)繩輪9套固在近關(guān)節(jié)軸3上，所說的中關(guān)節(jié)齒 輪11套接在中關(guān)節(jié)軸5上；所說的第一過渡齒輪35套固在第一過渡軸32上并與中關(guān)節(jié)齒輪 11嚙合，所說的第二過渡齒輪39套固在第二過渡軸37上并與中關(guān)節(jié)齒輪11嚙合；所說的 第一過渡繩輪36套固在第一過渡軸32上，所說的第二過渡繩輪40套固在第二過渡軸37上， 所說的第一腱繩101纏繞在主動(dòng)繩輪9和第一過渡繩輪36上并成"Z"字形，第一腱繩101的 兩端分別與主動(dòng)繩輪9、第一過渡繩輪36固接，所說的第二腱繩102纏繞在主動(dòng)繩輪9和第 一過渡繩輪36上并成"S"字形，第二腱繩102的兩端分別與主動(dòng)繩輪9、第一過渡繩輪36固 接，第一腱繩101和第二腱繩102交叉成"8"字形，如圖7所示；所說的第三腱繩141纏繞 在第二過渡繩輪40和從動(dòng)繩輪15上并成"Z"字形，第三腱繩141的兩端分別與第二過渡繩輪 40、從動(dòng)繩輪15固接，所說的第四腱繩142纏繞在第二過渡繩輪40和從動(dòng)繩輪15上并成"S" 字形，第四腱繩142的兩端分別與第二過渡繩輪40、從動(dòng)繩輪15固接，第三腱繩141和第 四腱繩142交叉成"8"字形，如圖8所示；從動(dòng)繩輪15套固在遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸7上；第一簧件12 的兩端分別連接第一中部指段4和第二中部指段6，第一簧件12的一端插入第一中部指段4 中，另一端插入第二中部指段6中，如圖5所示；第二簧件16的兩端分別連接第二中部指段 6和末端指段8，第二簧件16的一端插入第二中部指段6中，另一端插入末端指段8中，如 圖6所示。本實(shí)施例中，所說的第一腱繩101兩端分別固接有第一端塊51、第二端塊52，所說的第 二腱繩102兩端分別固接有第三端塊53、第四端塊54;所說的第一端塊51鑲嵌固定在主動(dòng) 繩輪9的槽內(nèi)，所說的第二端塊52鑲嵌固定在第一過渡繩輪36的槽內(nèi)；所說的第三端塊53 鑲嵌固定在主動(dòng)繩輪9的槽內(nèi)，所說的第四端塊54鑲嵌固定在第一過渡繩輪36的槽內(nèi)；所 說的第三腱繩141兩端分別固接有第五端塊6K第六端塊62，所說的第四腱繩142兩端分別固接有第七端塊63、第八端塊64;所說的第五端塊61鑲嵌固定在第二過渡繩輪40的槽內(nèi)，所說的第六端塊62鑲嵌固定在從動(dòng)繩輪15的槽內(nèi)；所說的第七端塊63鑲嵌固定在第二過渡繩輪40的槽內(nèi)，所說的第八端塊64鑲嵌固定在從動(dòng)繩輪15的槽內(nèi)。本發(fā)明所述的交叉腱繩三關(guān)節(jié)欠驅(qū)動(dòng)機(jī)器人手指裝置，其特征在于所說的第一簧件采用扭簧、拉簧、壓簧、片簧、板簧、發(fā)條、皮筋或彈性繩，所說的第二簧件采用扭簧、拉簧、壓簧、片簧、板簧、發(fā)條、皮筋或彈性繩。本實(shí)施例中，所說的第一簧件12采用扭簧，第二簧件16采用扭簧。 本實(shí)施例中，第二簧件16的彈力限制作用強(qiáng)于第一簧件12的彈力限制作用。 本實(shí)施例中，所說的第一腱繩101、第二腱繩102、第三腱繩141和第四腱繩142均采用鋼絲。本實(shí)施例的工作原理，如圖9、圖IO、圖ll、圖12、圖13、圖14、圖15，敘述如下 本實(shí)施例的初始狀態(tài)如圖9所示，類似人的手指伸直狀態(tài)。當(dāng)本實(shí)施例抓取物體時(shí)，電機(jī)2轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)減速器17轉(zhuǎn)動(dòng)，通過第一齒輪18帶動(dòng)與之 嚙合的第二齒輪19轉(zhuǎn)動(dòng)，與第二齒輪固接的近關(guān)節(jié)軸3轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)與其固接的主動(dòng)繩輪9轉(zhuǎn) 動(dòng)。由于第一簧件12、第二簧件16的共同限制作用，第一中部指段4、第二中部指段6和末 端指段8仿佛一個(gè)"剛體"，因此主動(dòng)繩輪9的轉(zhuǎn)動(dòng)將通過第二腱繩102拉動(dòng)第一中部指段4、 第二中部指段6和末端指段8作為一個(gè)整體繞近關(guān)節(jié)軸3的軸線轉(zhuǎn)動(dòng)。此時(shí)會(huì)遇到三種情況(a) 末端指段8碰到物體，如圖15所示，抓取結(jié)束。(b) 第二中部指段6碰到物體被阻擋不能在轉(zhuǎn)動(dòng)，見圖13，此時(shí)主動(dòng)繩輪9繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，依 次通過第二腱繩102、第一過渡繩輪36、第一過渡軸32、第一過渡齒輪35、中關(guān)節(jié)齒輪ll、 第二過渡齒輪39、第二過渡軸37、第二過渡繩輪40、第三腱繩141、從動(dòng)繩輪15、遠(yuǎn)關(guān)節(jié) 軸7的傳動(dòng)，將拉動(dòng)末端指段8克服第二簧件16的變形彈力繞遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸7軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)第 二簧件16發(fā)生變形，直到末端指段8接觸到物體，見圖14，抓取結(jié)束。(c) 第一中部指段4碰到物體，如圖10所示，由于第二簧件16的彈力限制作用強(qiáng)于第一 簧件12的彈力限制作用，此時(shí)主動(dòng)繩輪9繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，依次通過第二腱繩102、第一過渡繩輪 36、第一過渡軸32、第一過渡齒輪35、中關(guān)節(jié)齒輪ll、第二過渡齒輪39、第二過渡軸37的 傳動(dòng)，拉動(dòng)第二中部指段6、末端指段8作為一個(gè)整體克服第一簧件12的變形彈力繞中關(guān)節(jié) 軸5的軸線轉(zhuǎn)動(dòng)。若末端指段8碰到物體，則抓取結(jié)束；否則若第二中部指段6碰到物體， 如圖11所示。此時(shí)主動(dòng)繩輪9繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，依次通過第二腱繩102、第一過渡繩輪36、第一過 渡軸32、第一過渡齒輪35、中關(guān)節(jié)齒輪U、第二過渡齒輪39、第二過渡軸37、第二過渡繩 輪40、第三腱繩141、從動(dòng)繩輪15、遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸7的傳動(dòng)，將拉動(dòng)末端指段8克服第二簧件16 的變形彈力繞遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸7的軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)第二簧件16發(fā)生變形，直到末端指段8接觸到物 體，如圖12所示，抓取結(jié)束。當(dāng)放開物體時(shí)，電機(jī)2反轉(zhuǎn)，帶動(dòng)減速器17反轉(zhuǎn)，第一齒輪18反轉(zhuǎn)，帶動(dòng)第二齒輪19、 近關(guān)節(jié)軸3和主動(dòng)繩輪9反轉(zhuǎn)。依次通過第一腱繩101、第一過渡繩輪36、第一過渡軸32、第一過渡齒輪35、中關(guān)節(jié)齒輪ll、第二過渡齒輪39、第二過渡軸37、第二過渡繩輪40、第 四腱繩142、從動(dòng)繩輪15、遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸7的傳動(dòng)，拉動(dòng)末端指段8反轉(zhuǎn)，同時(shí)第二簧件16的變 形隨之逐漸減小，此時(shí)末端指段8己經(jīng)反轉(zhuǎn)到其相對于第二中部指段6的初始伸直位置，如 圖11所示。由于在第二中部指段6的后背上方有凸臺(tái)，此凸臺(tái)將限制末端指段8反轉(zhuǎn)時(shí)超過 手指伸直的位置，起到一個(gè)限位作用，因此末端指段8受到第二中部指段6的阻擋不能再反 向轉(zhuǎn)動(dòng)。此時(shí)主動(dòng)繩輪9繼續(xù)反轉(zhuǎn)，依次通過第一腱繩IOI、第一過渡繩輪36、第一過渡軸 32、第一過渡齒輪35、中關(guān)節(jié)齒輪ll、第二過渡齒輪39、第二過渡軸37的傳動(dòng)，將拉動(dòng)已 經(jīng)伸直的第二中部指段6和末端指段8作為一個(gè)整體一起繞中關(guān)節(jié)軸5的軸線反轉(zhuǎn)，同時(shí)第 一簧件12的變形隨之逐漸減小，此時(shí)第二中部指段6已經(jīng)反向轉(zhuǎn)動(dòng)到其相對于第一中部指段 4的初始伸直位置，如圖10所示。由于在第一中部指段4的后背上方有凸臺(tái)，此凸臺(tái)將限制 第二中部指段6反轉(zhuǎn)時(shí)超過手指伸直的位置，起到一個(gè)限位作用，因此第二中部指段6受到 第一中部指段4的阻擋不能再反向轉(zhuǎn)動(dòng)。此時(shí)主動(dòng)繩輪9繼續(xù)反轉(zhuǎn)，依次通過第一腱繩101、 第一過渡繩輪36、第一過渡軸32的傳動(dòng)，將拉動(dòng)己經(jīng)伸直的第一中部指段4、第二中部指段 6、末端指段8作為一個(gè)整體一起繞近關(guān)節(jié)軸3的軸線反向轉(zhuǎn)動(dòng)，直到裝置完全恢復(fù)到最開始 的伸直位置，如圖9所示。本發(fā)明利用所設(shè)計(jì)的交叉腱繩和齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、套接活動(dòng)的兩個(gè)中部指段及兩個(gè)簧件所 具有的解耦作用綜合實(shí)現(xiàn)了三關(guān)節(jié)欠驅(qū)動(dòng)手指彎曲抓取物體的特殊效果。
權(quán)利要求
1、一種交叉腱繩三關(guān)節(jié)欠驅(qū)動(dòng)機(jī)器人手指裝置，包括基座(1)、電機(jī)(2)、減速器(17)、第一齒輪(18)、第二齒輪(19)、近關(guān)節(jié)軸(3)、第一中部指段(4)、第二中部指段(6)、中關(guān)節(jié)軸(5)、遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸(7)、末端指段(8)；所說的電機(jī)和減速器與基座固接，電機(jī)的輸出軸與減速器的輸入軸相連，減速器的輸出軸與所說的第一齒輪固接，第一齒輪與所說的第二齒輪嚙合，第二齒輪與所說的近關(guān)節(jié)軸固接，近關(guān)節(jié)軸套設(shè)在基座中，所說的中關(guān)節(jié)軸套設(shè)在第一中部指段中，所說的遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸套設(shè)在第二中部指段，所說的末端指段套固在遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸上，其特征在于該交叉腱繩三關(guān)節(jié)欠驅(qū)動(dòng)機(jī)器人手指裝置還包括主動(dòng)繩輪(9)、中關(guān)節(jié)齒輪(11)、第一過渡齒輪(35)、第二過渡齒輪(39)、第一過渡繩輪(36)、第二過渡繩輪(40)、第一腱繩(101)、第二腱繩(102)、第三腱繩(141)、第四腱繩(142)、從動(dòng)繩輪(15)、第一簧件(12)、第二簧件(16)、第一過渡軸(32)和第二過渡軸(37)；第一中部指段套接在近關(guān)節(jié)軸上，第二中部指段套接在中關(guān)節(jié)軸上；所說的第一過渡軸套設(shè)在第一中部指段中，所說的第二過渡軸套設(shè)在第二中部指段中；所說的主動(dòng)繩輪套固在近關(guān)節(jié)軸上，所說的中關(guān)節(jié)齒輪套接在中關(guān)節(jié)軸上；所說的第一過渡齒輪套固在第一過渡軸上并與中關(guān)節(jié)齒輪嚙合，所說的第二過渡齒輪套固在第二過渡軸上并與中關(guān)節(jié)齒輪嚙合；所說的第一過渡繩輪套固在第一過渡軸上，所說的第二過渡繩輪套固在第二過渡軸上，所說的第一腱繩纏繞在主動(dòng)繩輪和第一過渡繩輪上并成“Z”字形，第一腱繩的兩端分別與主動(dòng)繩輪、第一過渡繩輪固接，所說的第二腱繩纏繞在主動(dòng)繩輪和第一過渡繩輪上并成“S”字形，第二腱繩的兩端分別與主動(dòng)繩輪、第一過渡繩輪固接，第一腱繩和第二腱繩交叉成“8”字形；所說的第三腱繩纏繞在第二過渡繩輪和從動(dòng)繩輪上并成“Z”字形，第三腱繩的兩端分別與第二過渡繩輪、從動(dòng)繩輪固接，所說的第四腱繩纏繞在第二過渡繩輪和從動(dòng)繩輪上并成“S”字形，第四腱繩的兩端分別與第二過渡繩輪、從動(dòng)繩輪固接，第三腱繩和第四腱繩交叉成“8”字形；從動(dòng)繩輪套固在遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸上；第一簧件的兩端分別連接第一中部指段和第二中部指段；第二簧件的兩端分別連接第二中部指段和末端指段。
2、 如權(quán)利要求l所述的交叉腱繩三關(guān)節(jié)欠驅(qū)動(dòng)機(jī)器人手指裝置，其特征在于所說的第 一腱繩兩端分別固接有第一端塊(51)、第二端塊(52),所說的第二腱繩兩端分別固接有第三端 塊(53)、第四端塊(54);所說的第一端塊鑲嵌固定在主動(dòng)繩輪的槽內(nèi)，所說的第二端塊鑲嵌固 定在第一過渡繩輪的槽內(nèi)；所說的第三端塊鑲嵌固定在主動(dòng)繩輪的槽內(nèi)，所說的第四端塊鑲 嵌固定在第一過渡繩輪的槽內(nèi)；所說的第三腱繩兩端分別固接有第五端塊(61)、第六端塊(62)， 所說的第四腱繩兩端分別固接有第七端塊(63)、第八端塊(64);所說的第五端塊鑲嵌固定在第 二過渡繩輪的槽內(nèi)，所說的第六端塊鑲嵌固定在從動(dòng)繩輪的槽內(nèi)；所說的第七端塊鑲嵌固定在第二過渡繩輪的槽內(nèi)，所說的第八端塊鑲嵌固定在從動(dòng)繩輪的槽內(nèi)。
3、 如權(quán)利要求1所述的交叉腱繩三關(guān)節(jié)欠驅(qū)動(dòng)機(jī)器人手指裝置，其特征在于所說的第一簧件采用扭簧、拉簧、壓簧、片簧、板簧、發(fā)條、皮筋或彈性繩，所說的第二簧件采用扭簧、拉簧、壓簧、片簧、板簧、發(fā)條、皮筋或彈性繩。
4、 如權(quán)利要求1或3所述的交叉腱繩三關(guān)節(jié)欠驅(qū)動(dòng)機(jī)器人手指裝置，其特征在于第二 簧件的彈力限制作用強(qiáng)于第一簧件的彈力限制作用。
5、 如權(quán)利要求1所述的交叉腱繩三關(guān)節(jié)欠驅(qū)動(dòng)機(jī)器人手指裝置，其特征在于所說的第 一腱繩、第二腱繩、第三腱繩和第四腱繩均采用鋼絲。
全文摘要
交叉腱繩三關(guān)節(jié)欠驅(qū)動(dòng)機(jī)器人手指裝置，屬于擬人機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，包括基座、電機(jī)、近關(guān)節(jié)軸、第一中部指段、第二中部指段、中關(guān)節(jié)軸、遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸、末端指段，該裝置利用所設(shè)計(jì)的交叉腱繩和齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、套接活動(dòng)的兩個(gè)中部指段及兩個(gè)簧件所具有的解耦作用綜合實(shí)現(xiàn)了三關(guān)節(jié)欠驅(qū)動(dòng)手指彎曲抓取物體的特殊效果，與人手指相似，可以用于手指的中部指段較長的機(jī)器人手中，特別適合作為擬人機(jī)器人手的食指、中指、無名指、小指，以較少驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)較多的轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)，當(dāng)中部指段接觸物體被阻擋時(shí)，末端指段可繼續(xù)運(yùn)動(dòng)包絡(luò)抓取物體，自適應(yīng)所抓物體的形狀大小，該裝置結(jié)構(gòu)簡單、成本低，便于安裝維護(hù)，性能可靠、使用壽命長。
文檔編號B25J15/00GK101214658SQ20081005639
公開日2008年7月9日 申請日期2008年1月18日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月18日
發(fā)明者張文增 申請人:清華大學(xué)