專利名稱：電磁直接驅(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，特別涉及一種電磁直接驅(qū)動(dòng)機(jī)器人手指裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
背景技術(shù)：
擬人機(jī)器人一直以來都是機(jī)器人研究的尖端領(lǐng)域，通過模仿實(shí)現(xiàn)人類動(dòng)作來實(shí)現(xiàn)智能化 一直是該領(lǐng)域的重要研究方向。而同人類本身一樣，擬人機(jī)器人的大部分功能也是通過手來 實(shí)現(xiàn)的。因此，擬人機(jī)器人手的研究是機(jī)器人研究的關(guān)鍵技術(shù)之一。擬人機(jī)器人手一般具有 3~5個(gè)手指，每個(gè)手指2~4個(gè)關(guān)節(jié)自由度，擬人機(jī)器人手能做出人手的各種動(dòng)作，可以靈活 主動(dòng)的抓取物體。
擬人機(jī)器人手發(fā)展的瓶頸是驅(qū)動(dòng)源(驅(qū)動(dòng)器)技術(shù)?，F(xiàn)有的擬人機(jī)器人手絕大多數(shù)采用 了電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)源。由于人手(手指)體積很小而力矩、運(yùn)動(dòng)角度較大，給電機(jī)驅(qū)動(dòng)的機(jī)器 人手設(shè)計(jì)帶有巨大困難。即使己經(jīng)越來越多的出現(xiàn)能夠放置到手指中又具有相對較大功率的 微型電機(jī)，但是采用多個(gè)微型電機(jī)驅(qū)動(dòng)的機(jī)器人手不足之處為，該手成本極其昂貴，僅供實(shí) 驗(yàn)室科學(xué)研究使用，難以市場化。另外采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)還需要減速器等多級傳動(dòng)，傳動(dòng)過程的 間隙造成控制死區(qū)和抓取狀態(tài)不穩(wěn)定等問題。
也有采用氣動(dòng)人工肌肉等其他方式作為驅(qū)動(dòng)源，不足之處為驅(qū)動(dòng)器體積龐大只能放置在 手的外部。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對己有技術(shù)的不足之處，提供一種電磁直接驅(qū)動(dòng)機(jī)器人手指裝置，它 利用電磁力驅(qū)動(dòng)手指彎曲，傳動(dòng)鏈短，減少傳動(dòng)間隙和回程死區(qū)對抓取穩(wěn)定性的破壞，能夠 實(shí)現(xiàn)手指彎曲，在較小的體積下提供足夠的抓取力，結(jié)構(gòu)緊湊、可靠，成本低，外觀、尺寸 與人手指相當(dāng)，適合用于擬人機(jī)器人手使用。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下
一種電磁直接驅(qū)動(dòng)機(jī)器人單關(guān)節(jié)手指裝置，其特征在于包括第一指段、第二指段和設(shè) 置在第一指段內(nèi)的電磁驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)體，所述的電磁驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)體包括關(guān)節(jié)軸、齒輪齒條嚙合機(jī)構(gòu)、 線圈、隔離套筒、鐵芯和簧件；所述的關(guān)節(jié)軸套設(shè)在第一指段上，所述的簧件的兩端分別連 接第一指段和第二指段；所述的齒輪齒條嚙合機(jī)構(gòu)的齒輪套固在關(guān)節(jié)軸上，所述的齒輪齒條 嚙合機(jī)構(gòu)的齒條與鐵芯的一端固接；所述線圈的母線與關(guān)節(jié)軸的中心線相互垂直，隔離套筒 固定鑲嵌在線圈內(nèi)所述的鐵芯鑲嵌在隔離套筒中；所述的第一指段采用導(dǎo)磁性材料，所述 的隔離套筒的材料采用非磁性材料。
3本發(fā)明所述的電磁直接驅(qū)動(dòng)機(jī)器人單關(guān)節(jié)手指裝置，其特征在于所述的簧件采用扭簧、 拉簧、壓簧、片簧、板簧、發(fā)條、彈性繩和橡皮筋中的一種或幾種的組合。
本發(fā)明還提供了一種采用所述的電磁直接驅(qū)動(dòng)機(jī)器人單關(guān)節(jié)手指裝置的電磁直接驅(qū)動(dòng)機(jī) 器人多關(guān)節(jié)手指裝置，其特征在于包括n個(gè)指段和tv-l個(gè)電磁驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)體，其中n為大于2 的整數(shù)。可以將多個(gè)所述的電磁直接驅(qū)動(dòng)機(jī)器人單關(guān)節(jié)手指裝置串聯(lián)起來構(gòu)成高自由度、更 靈巧的多關(guān)節(jié)手指裝置，也可以將多個(gè)這樣的高自由度的多關(guān)節(jié)手指裝置組合搭配起來形成 高自由度機(jī)器人靈巧手。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)和突出性效果
本發(fā)明裝置利用線圈、導(dǎo)磁指段、齒輪齒條機(jī)構(gòu)和簧件綜合實(shí)現(xiàn)了一種特殊的電磁直接 驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)體。該裝置利用感應(yīng)電磁力驅(qū)動(dòng)手指彎曲，傳動(dòng)鏈短，運(yùn)動(dòng)間隙小，抓取穩(wěn)定，能 夠?qū)崿F(xiàn)手指彎曲，同時(shí)在較小的體積下具有較大的抓取力，結(jié)構(gòu)緊湊、可靠，成本低，外觀、 尺寸與人手指相當(dāng)，適合用于擬人機(jī)器人手使用，可實(shí)現(xiàn)高自由度、高靈巧性的擬人機(jī)器人 手。


圖1是本發(fā)明提供的電磁直接驅(qū)動(dòng)機(jī)器人單關(guān)節(jié)手指裝置的一種實(shí)施例的正面剖視圖。
圖2是圖1所示實(shí)施例的側(cè)剖圖(圖1的右側(cè)剖視圖)。
圖3是圖1所示實(shí)施例的正面外觀圖。
圖4是圖1所示實(shí)施例的側(cè)面外觀圖。
圖5是圖1所示實(shí)施例的簧件的安裝示意圖。
圖6和圖7是一種采用圖1所示實(shí)施例的電磁直接驅(qū)動(dòng)機(jī)器人兩關(guān)節(jié)手指裝置實(shí)施例， 采用兩個(gè)電磁驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)體。
圖8和圖9是一種采用圖1所示實(shí)施例的電磁直接驅(qū)動(dòng)機(jī)器人三關(guān)節(jié)手指裝置實(shí)施例， 采用三個(gè)電磁驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)體。
圖10、圖11和圖12是是圖1所示實(shí)施例抓取物體過程示意。
圖13是圖12的剖視圖。
圖14是圖6和圖7所示實(shí)施例抓取物體示意。
圖15是圖8和圖9所示實(shí)施例抓取物體示意。
圖16是一種采用圖6和圖8所示兩種實(shí)施例構(gòu)成的電磁驅(qū)動(dòng)機(jī)器人手裝置實(shí)施例抓取物 體示意，該裝置具有兩關(guān)節(jié)手指和三關(guān)節(jié)手指。 在圖1至圖16中 l一第一指段，
ll一下端蓋， 12 —前面板， 13 —背面板，
14一上端蓋， 15 —第一側(cè)板， 16—第二側(cè)板，2—第二指段，
3 —電磁驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)體，
31 —關(guān)節(jié)軸， 34 —鐵芯， 37—簧件，
32 —線圈， 35 —齒條， 38 —銷，
33 —隔離套筒，
36_齒輪，
39—軸套，
81 —中部第一指段，
82—中部第二指段
9一中部指段。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖及實(shí)施例進(jìn)一步詳細(xì)說明本發(fā)明的具體結(jié)構(gòu)、工作原理的內(nèi)容。
本發(fā)明所述的電磁直接驅(qū)動(dòng)機(jī)器人單關(guān)節(jié)手指裝置的實(shí)施例，如圖1、圖2、圖3、圖4 和圖5所示，包括第一指段1、第二指段2和設(shè)置在第一指段內(nèi)的電磁驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)體3，所述的 電磁驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)體3包括關(guān)節(jié)軸31、齒輪齒條嚙合機(jī)構(gòu)(齒條35和齒輪36)、線圈32、隔離 套筒33、鐵芯34和簧件37;所述的關(guān)節(jié)軸31套設(shè)在第一指段1上，所述的簧件37的兩端 分別連接第一指段1和第二指段2;所述的齒輪齒條嚙合機(jī)構(gòu)的齒輪36套固在關(guān)節(jié)軸31上， 所述的齒輪齒條嚙合機(jī)構(gòu)的齒條35與鐵芯34的一端固接；所述線圈32的母線與關(guān)節(jié)軸31 的中心線相互垂直，隔離套筒33固定鑲嵌在線圈32內(nèi)；所述的鐵芯34鑲嵌在隔離套筒33 中；所述的第一指段1采用導(dǎo)磁性材料，所述的隔離套筒33的材料采用非磁性材料。
本實(shí)施例中，所述的簧件37采用扭簧、拉簧、壓簧、片簧、板簧、發(fā)條、彈性繩和橡皮 筋中的一種或幾種的組合。本實(shí)施例中，所述的簧件37采用套在關(guān)節(jié)軸31上的扭簧。
可以將多個(gè)所述的電磁直接驅(qū)動(dòng)機(jī)器人單關(guān)節(jié)手指裝置串聯(lián)起來構(gòu)成高自由度、更靈巧 的多關(guān)節(jié)手指裝置，也可以將多個(gè)這樣的高自由度的多關(guān)節(jié)手指裝置組合搭配起來形成高自 由度機(jī)器人靈巧手。
本發(fā)明提供的一種采用所述的電磁直接驅(qū)動(dòng)機(jī)器人單關(guān)節(jié)手指裝置的電磁直接驅(qū)動(dòng)機(jī)器 人多關(guān)節(jié)手指裝置，包括n個(gè)指段和n-l個(gè)電磁驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)體，其中n為大于2的整數(shù)。
本發(fā)明提供的電磁直接驅(qū)動(dòng)機(jī)器人多關(guān)節(jié)手指裝置的第一種實(shí)施例，如圖6和圖7所示， 包括3個(gè)指段和2個(gè)電磁驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)體，圖14是圖6和圖7所示實(shí)施例抓取物體示意。
本發(fā)明提供的電磁直接驅(qū)動(dòng)機(jī)器人多關(guān)節(jié)手指裝置的第二種實(shí)施例包括4個(gè)指段和3個(gè) 電磁驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)體，圖15是圖8和圖9所示實(shí)施例抓取物體示意。
一種采用圖6和圖8所示兩種實(shí)施例構(gòu)成的電磁驅(qū)動(dòng)機(jī)器人手裝置實(shí)施例，如圖16所示， 該圖為抓取物體示意，該裝置具有兩關(guān)節(jié)手指和三關(guān)節(jié)手指。
下面結(jié)合圖10、圖11、圖12和圖13敘述電磁直接驅(qū)動(dòng)機(jī)器人單關(guān)節(jié)手指裝置的工作原理。
抓取物體時(shí)，線圈通電，鐵芯受電磁力作用向下運(yùn)動(dòng)，齒條向下運(yùn)動(dòng)，齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，關(guān)節(jié)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，第二指段轉(zhuǎn)動(dòng)，簧件變形，如圖11所示。直到第二指段接觸物體，如圖12所示， 抓取過程結(jié)束。松開物體時(shí)，線圈斷電，鐵芯不再受電磁力作用，第二指段在簧件的彈力作 用下，反向轉(zhuǎn)動(dòng)，恢復(fù)初始的手指伸直狀態(tài)，通過齒輪齒條傳動(dòng)使得鐵芯向上運(yùn)動(dòng)回到初始 位置。
通過電流大小的控制，可以實(shí)現(xiàn)手指在極限范圍內(nèi)彎曲任意角度，在該角度處簧件變形 彈力與電磁力對鐵芯作用達(dá)到平衡。
本發(fā)明裝置利用線圈、導(dǎo)磁指段、齒輪齒條機(jī)構(gòu)和簧件綜合實(shí)現(xiàn)了一種特殊的電磁直接 驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)體。該裝置利用感應(yīng)電磁力驅(qū)動(dòng)手指彎曲，傳動(dòng)鏈短，運(yùn)動(dòng)間隙小，抓取穩(wěn)定，能 夠?qū)崿F(xiàn)手指任意角度彎曲，同時(shí)在較小的體積下具有較大的抓取力，結(jié)構(gòu)緊湊、可靠，成本 低，外觀、尺寸與人手指相當(dāng)，適合用于擬人機(jī)器人手使用，可實(shí)現(xiàn)高自由度、高靈巧性的 擬人機(jī)器人手。
權(quán)利要求
1. 一種電磁直接驅(qū)動(dòng)機(jī)器人單關(guān)節(jié)手指裝置，其特征在于包括第一指段(1)、第二指段(2)和設(shè)置在第一指段內(nèi)的電磁驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)體(3)，所述的電磁驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)體(3)包括關(guān)節(jié)軸(31)、齒輪齒條嚙合機(jī)構(gòu)、線圈(32)、隔離套筒(33)、鐵芯(34)和簧件(37)；所述的關(guān)節(jié)軸(31)套設(shè)在第一指段上，所述的簧件的兩端分別連接第一指段和第二指段；所述的齒輪齒條嚙合機(jī)構(gòu)的齒輪套固在關(guān)節(jié)軸上，所述的齒輪齒條嚙合機(jī)構(gòu)的齒條與鐵芯的一端固接；所述線圈的母線與關(guān)節(jié)軸的中心線相互垂直，隔離套筒固定鑲嵌在線圈內(nèi)；所述的鐵芯鑲嵌在隔離套筒中；所述的第一指段采用導(dǎo)磁性材料，所述的隔離套筒的材料采用非磁性材料。
2、 如權(quán)利要求l所述的電磁直接驅(qū)動(dòng)機(jī)器人單關(guān)節(jié)手指裝置，其特征在于所述的簧件 采用扭簧、拉簧、壓簧、片簧、板簧、發(fā)條、彈性繩和橡皮筋中的一種或幾種的組合。
3、 一種采用如權(quán)利要求1所述裝置的電磁直接驅(qū)動(dòng)機(jī)器人多關(guān)節(jié)手指裝置，其特征在于包括n個(gè)指段和n-l個(gè)電磁驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)體，其中n為大于2的整數(shù)。
全文摘要
電磁直接驅(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。該手指裝置包括單關(guān)節(jié)手指和多關(guān)節(jié)手指裝置。該單關(guān)節(jié)手指裝置包括第一指段、第二指段和設(shè)置在第一指段內(nèi)的電磁驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)體，電磁驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)體包括關(guān)節(jié)軸、齒輪齒條嚙合機(jī)構(gòu)、線圈、隔離套筒、鐵芯和簧件。該裝置利用線圈、導(dǎo)磁指段、齒輪齒條機(jī)構(gòu)和簧件綜合實(shí)現(xiàn)了一種特殊的電磁直接驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)體。該裝置利用感應(yīng)電磁力驅(qū)動(dòng)手指彎曲，傳動(dòng)鏈短，運(yùn)動(dòng)間隙小，抓取穩(wěn)定，能夠?qū)崿F(xiàn)手指彎曲，同時(shí)在較小的體積下具有較大的抓取力，結(jié)構(gòu)緊湊、可靠，成本低，外觀、尺寸與人手指相當(dāng)，適合用于擬人機(jī)器人手使用，可實(shí)現(xiàn)高自由度、高靈巧性的擬人機(jī)器人手。
文檔編號B25J15/08GK101486190SQ20091000947
公開日2009年7月22日 申請日期2009年2月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月26日
發(fā)明者何翹楚, 宇 侯, 孫振國, 張文增, 東 都, 強(qiáng) 陳 申請人:清華大學(xué)