專利名稱：雙關(guān)節(jié)輪式并聯(lián)耦合欠驅(qū)動仿生機(jī)械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)器人手技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種雙關(guān)節(jié)輪式并聯(lián)耦合欠驅(qū)動仿
生機(jī)械手指裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計。
背景技術(shù)：
近年來，擬人機(jī)器人技術(shù)得到了飛速的發(fā)展，機(jī)器人身體各部分的設(shè)計和研究受 到了廣泛的關(guān)注。由于擬人機(jī)器人的大部分工作都是通過手部來完成的，諸如抓取、搬運(yùn)物 件或操作工具等，因此，如何設(shè)計機(jī)器人手，使其像人手一樣，具有自由度多、體積小、力量 大等優(yōu)點(diǎn)，是機(jī)器人相關(guān)技術(shù)研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)之一。目前先進(jìn)的機(jī)器人靈巧手能夠?qū)崿F(xiàn) 類似人手的一些靈活的功能，但是還存在以下不足電機(jī)數(shù)量多，體積較大，機(jī)構(gòu)復(fù)雜，實時 控制難度大，制造、使用、維護(hù)的成本都很昂貴，還需要具有較高技術(shù)水平的人來操作，操作 門檻很高，等等。于是，近些年來，能夠?qū)崿F(xiàn)抓取功能且結(jié)構(gòu)較為簡單的耦合型機(jī)械手和欠 驅(qū)動機(jī)械手成為研究熱點(diǎn)。"耦合"是為了實現(xiàn)人手抓取物體時各關(guān)節(jié)同時彎曲這一效果而設(shè)計的抓取模式。 人手在抓取物體之前，會根據(jù)物體外形特征而呈現(xiàn)不同的形態(tài)。例如，當(dāng)從側(cè)面抓取一個小 直徑豎放的圓柱形物體時，食指、中指、無名指和小指會同時彎曲，現(xiàn)僅以食指為例說明，此 時食指的三個關(guān)節(jié)均有一定程度的彎曲，而且三個關(guān)節(jié)是同時彎曲的，隨后各指段接觸物 體，完成抓取動作。在這種同時彎曲各關(guān)節(jié)的動作模式中，如果各關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動角度還成一定比 例，則稱為"耦合"抓取模式。該模式能夠?qū)崿F(xiàn)抓取物體時手指同時彎曲這一擬人效果。耦 合抓取效果在多數(shù)抓取過程中是很常用的，通過一個電機(jī)，帶動一系列傳動機(jī)構(gòu)，可以實現(xiàn) 手指各關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動相同或者成一定比例的角度。 已有的一種耦合式兩關(guān)節(jié)機(jī)器人手指裝置(中國發(fā)明專利CN101100064A)，主要 包括基座、電機(jī)、第一指段、第二指段和"8"字形鋼絲繩和滑輪式傳動機(jī)構(gòu)。該裝置采用一 個電機(jī)、"8"字形鋼絲繩和滑輪式傳動機(jī)構(gòu)實現(xiàn)了手指上兩個關(guān)節(jié)的同向1 : l角度的耦 合運(yùn)動。 已有的一種耦合式多關(guān)節(jié)機(jī)器人手指裝置(日本發(fā)明專利JP2004-130405A)，包 括基座、第一指段、第二指段、第三指段、電機(jī)、第二齒輪傳動機(jī)構(gòu)、主動輪傳動機(jī)構(gòu)、第一齒 輪傳動機(jī)構(gòu)和從動輪傳動機(jī)構(gòu)等。該裝置采用齒輪和帶輪傳動機(jī)構(gòu)實現(xiàn)了由一個電機(jī)驅(qū)動 多個關(guān)節(jié)耦合轉(zhuǎn)動的效果。 該類耦合抓取式機(jī)械手指裝置的不足之處為抓取物體時各關(guān)節(jié)只能以固定的角 度比例轉(zhuǎn)動，不能有自由的角度比例轉(zhuǎn)動，在抓取物體時一般采取捏持方式，形式單一，很 難以恰好適應(yīng)物體表面大小尺寸的方式實現(xiàn)握持抓取方式，完全不具備抓取物體時對不同 尺寸物體的自動適應(yīng)性，抓取效果不好。 為了解決前述的耦合抓取模式存在的不能自動適應(yīng)物體的外形抓取物體的不足， 一種具有"解耦"效果的欠驅(qū)動抓取模式應(yīng)運(yùn)而生，并產(chǎn)生了眾多欠驅(qū)動機(jī)械手指裝置的方 案，一般將"解耦"欠驅(qū)動手指直接簡稱為欠驅(qū)動手指。所謂欠驅(qū)動機(jī)構(gòu)是指該機(jī)構(gòu)的驅(qū)動
3器個數(shù)少于被驅(qū)動的關(guān)節(jié)自由度數(shù)目，從這個定義來說，前述的耦合型手指可以認(rèn)為是一 種廣義的欠驅(qū)動手指機(jī)構(gòu)，但一般狹義的欠驅(qū)動手指機(jī)構(gòu)并不包括該類手指裝置，而是指 解耦的欠驅(qū)動手指機(jī)構(gòu)。以雙關(guān)節(jié)手指為例說明。在解耦欠驅(qū)動機(jī)構(gòu)中，手指的轉(zhuǎn)動沒有 按照一定的比例，而各個指段按照先后順序依次轉(zhuǎn)動，首先電機(jī)驅(qū)動整個手指(包括第一 指段、第二指段)呈伸直狀態(tài)繞近關(guān)節(jié)軸轉(zhuǎn)動，當(dāng)?shù)谝恢付?最靠近手指根部的指段)碰 觸物體被阻擋而不能再轉(zhuǎn)動時，電機(jī)的驅(qū)動力會通過傳動機(jī)構(gòu)自動轉(zhuǎn)向驅(qū)動下一個關(guān)節(jié)轉(zhuǎn) 動，從而使第二指段再繞遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)了兩個關(guān)節(jié)順序轉(zhuǎn)動。該機(jī)構(gòu)能夠適應(yīng)物體的 形狀進(jìn)行抓取，抓取效果穩(wěn)定，因此得到了廣泛的應(yīng)用。 已有的一種欠驅(qū)動兩關(guān)節(jié)機(jī)器人手指裝置(中國發(fā)明專利CN101234489A)，包括 基座、電機(jī)、中部指段、末端指段和平帶輪式傳動機(jī)構(gòu)等。該裝置實現(xiàn)了雙關(guān)節(jié)欠驅(qū)動手指 彎曲抓取物體的特殊效果，具有自適應(yīng)性。 該類欠驅(qū)動機(jī)械手指裝置的不足之處為手指在未碰觸物體前始終呈現(xiàn)伸直狀 態(tài)，動作和外觀與人手有較大差別，擬人化不夠；抓取方式主要為握持方式，難實現(xiàn)較好的 末端捏持抓取效果；不能做到?jīng)]有物體抓取時，類似人手的握拳動作；也難以做到末端指 段捏持物體時各關(guān)節(jié)呈自然彎曲狀態(tài)。
該類欠驅(qū)動機(jī)械手指裝置的不足之處為整個手指在碰觸到物體之前始終以伸直 狀態(tài)進(jìn)行轉(zhuǎn)動，各指段依次彎曲，不能實現(xiàn)同時彎曲，與人手抓取物體的動作存在很大的差 別，擬人化不夠；抓取方式主要是握持方式，難以實現(xiàn)較好的末端抓取效果；在沒有物體的 時候，無法實現(xiàn)人手握拳的動作，也難以做到末端指段捏持物體時各關(guān)節(jié)呈自然彎曲狀態(tài)。
綜合可知，現(xiàn)有的耦合型機(jī)械手指和欠驅(qū)動機(jī)械手指均存在較大的不足。

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，提供一種雙關(guān)節(jié)輪式并聯(lián)耦合欠驅(qū)動 仿生機(jī)械手指裝置，該裝置結(jié)合了耦合抓取和自適應(yīng)欠驅(qū)動抓取的優(yōu)點(diǎn)，即在手指沒有碰 到物體的時候，各關(guān)節(jié)以耦合模式同時轉(zhuǎn)動，非常擬人化，同時也能夠?qū)崿F(xiàn)末端捏持動作； 當(dāng)手指碰到物體的時候，則以欠驅(qū)動方式轉(zhuǎn)動，能夠自動適應(yīng)物體的外形實現(xiàn)抓取，有助于 以握持方式抓取物體，抓取效果穩(wěn)定；另外，本裝置成本低，控制簡單，，外觀和動作均與人 手相似，適用于擬人機(jī)器人手。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下 本發(fā)明所述的一種雙關(guān)節(jié)輪式并聯(lián)耦合欠驅(qū)動仿生機(jī)械手指裝置，包括基座、電 機(jī)、減速器、近關(guān)節(jié)軸、中部指段、遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸和末端指段；所述的電機(jī)和減速器與基座固接， 減速器的輸出軸與近關(guān)節(jié)軸相連，所述的近關(guān)節(jié)軸套設(shè)在基座中，所述的中部指段套接在 近關(guān)節(jié)軸上，所述的遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸套設(shè)在中部指段中，所述的末端指段套固在遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸上，遠(yuǎn)關(guān) 節(jié)軸和近關(guān)節(jié)軸平行；
其特征在于 該雙關(guān)節(jié)輪式并聯(lián)耦合欠驅(qū)動仿生機(jī)械手指裝置還包括第一齒輪、第二齒輪、齒 條、主動輪、從動輪、傳動件、第一簧件、第二簧件和第三簧件； 所述的第一齒輪套接在近關(guān)節(jié)軸上，第一齒輪與基座固接；所述的第二齒輪套接 在遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸上，所述的齒條兩端分別與第一齒輪和第二齒輪嚙合；令齒條與第一齒輪的嚙合點(diǎn)為A，齒條與第二齒輪的嚙合點(diǎn)為B，第一齒輪的中心點(diǎn)為(V第二齒輪的中心點(diǎn)為02， 線段(VV、 AB、B02和OA構(gòu)成"8"字形，線段AB和OA相交且交點(diǎn)在線段上，所述的A 和B分別在線段0^2兩側(cè)；所述的齒條鑲嵌在中部指段中；所述的齒條、第一齒輪和第二齒 輪三者能夠配合形成傳動關(guān)系； 所述的主動輪固接在近關(guān)節(jié)軸上，所述的從動輪套接在遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸上，所述的傳動 件連接主動輪和從動輪；所述的傳動件采用傳動帶、腱繩或鏈條，所述的主動輪采用帶輪、 繩輪或鏈輪，所述的從動輪采用帶輪、繩輪或鏈輪，所述的傳動件、主動輪和從動輪三者之 間能夠配合形成傳動關(guān)系；所述的第一簧件的兩端分別連接近關(guān)節(jié)軸和中部指段；所述的 第二簧件的兩端分別連接遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸和第二齒輪；所述的第三簧件的兩端分別連接遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸 和從動輪。 本發(fā)明所述的雙關(guān)節(jié)輪式并聯(lián)耦合欠驅(qū)動仿生機(jī)械手指裝置，其特征在于還包 括傳動機(jī)構(gòu)，所述的減速器的輸出軸通過傳動機(jī)構(gòu)與近關(guān)節(jié)軸相連。 本發(fā)明所述的雙關(guān)節(jié)輪式并聯(lián)耦合欠驅(qū)動仿生機(jī)械手指裝置，其特征在于所述 的傳動機(jī)構(gòu)包括第一錐齒輪和第二錐齒輪；所述的減速器的輸出軸與第一錐齒輪固接，第 一錐齒輪與第二錐齒輪相嚙合，第二錐齒輪套固在近關(guān)節(jié)軸上。 本發(fā)明所述的雙關(guān)節(jié)輪式并聯(lián)耦合欠驅(qū)動仿生機(jī)械手指裝置，其特征在于所述
的第一簧件、第二簧件和第三簧件采用扭簧、拉簧、壓簧、片簧或彈性繩。 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 該裝置采用電機(jī)、齒輪齒條耦合傳動機(jī)構(gòu)、輪式欠驅(qū)動傳動機(jī)構(gòu)和多個簧件綜合 實現(xiàn)了耦合抓取效果與自適應(yīng)欠驅(qū)動抓取效果的融合，即在手指沒有碰到物體的時候，各 關(guān)節(jié)以耦合模式同時轉(zhuǎn)動，非常擬人化，同時也能夠?qū)崿F(xiàn)末端捏持動作；當(dāng)手指碰到物體的 時候，則以欠驅(qū)動方式轉(zhuǎn)動，能夠自動適應(yīng)物體的外形實現(xiàn)抓取，有助于以握持方式抓取物 體，抓取效果穩(wěn)定；另外，本裝置成本低，控制簡單，，外觀和動作均與人手相似，適用于擬人 機(jī)器人手。


圖1是本發(fā)明提供的雙關(guān)節(jié)輪式并聯(lián)耦合欠驅(qū)動仿生機(jī)械手指裝置的實施例的 正面外觀圖。 圖2是本實施例的側(cè)視圖，也是圖1的左側(cè)視圖。 圖3是本實施例的正面剖視圖，也是圖1的剖視圖。 圖4是本實施例的A-A剖視圖。 圖5是本實施例的B-B剖視圖。 圖6和圖7是本實施例所有傳動機(jī)構(gòu)的示意圖。 圖8、圖9、圖10、圖11、圖12和圖13是本實施例抓握物體過程的幾個關(guān)鍵位置的
側(cè)面外觀示意圖。 在圖1至圖13中 l-基座， 2-電機(jī)， 3-近關(guān)節(jié)軸， 4-中部指段， 5-遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸， 6-末端指段， 7-減速器， 8-物體，
5
11-第一齒輪，12-第二齒輪，13-齒條，21-主動輪，22-從動輪，23-傳動件，31-第一簧件，32-第二簧件，33-第三簧件，41-第一凸臺，42-第二凸臺，43-第三凸臺，44-第四凸臺，45-第五凸臺，51—第一錐齒輪，52-第二錐齒輪。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖及實施例進(jìn)一步詳細(xì)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)計的雙關(guān)節(jié)輪式并聯(lián)耦合欠驅(qū)動仿生機(jī)械手指裝置的一種實施例，如圖 1、圖2、圖3、圖4和圖5所示，包括基座1、電機(jī)2、減速器7、近關(guān)節(jié)軸3、中部指段4、遠(yuǎn)關(guān) 節(jié)軸5和末端指段6 ;所述的電機(jī)2和減速器7與基座1固接，減速器7的輸出軸與近關(guān)節(jié) 軸3相連，所述的近關(guān)節(jié)軸3套設(shè)在基座1中，所述的中部指段4套接在近關(guān)節(jié)軸3上，所 述的遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸5套設(shè)在中部指段4中，所述的末端指段6套固在遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸5上，遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸5 和近關(guān)節(jié)軸3平行。 該雙關(guān)節(jié)輪式并聯(lián)耦合欠驅(qū)動仿生機(jī)械手指裝置還包括第一齒輪11、第二齒輪 12、齒條13、主動輪21、從動輪22、傳動件23、第一簧件31、第二簧件32和第三簧件33。
所述的第一齒輪11套接在近關(guān)節(jié)軸3上，第一齒輪11與基座1固接；所述的第二 齒輪12套接在遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸5上，所述的齒條13兩端分別與第一齒輪11和第二齒輪12嚙合； 令齒條13與第一齒輪11的嚙合點(diǎn)為A，齒條13與第二齒輪12的嚙合點(diǎn)為B，第一齒輪11 的中心點(diǎn)為(V第二齒輪12的中心點(diǎn)為02，線段(VV、AB、B02和構(gòu)成"8"字形，線段AB 和相交且交點(diǎn)在線段上，所述的A和B分別在線段兩側(cè)；所述的齒條13鑲嵌 在中部指段4中；所述的齒條13、第一齒輪11和第二齒輪12三者能夠配合形成傳動關(guān)系。
所述的主動輪21固接在近關(guān)節(jié)軸3上，所述的從動輪22套接在遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸5上，所 述的傳動件23連接主動輪21和從動輪22。 本發(fā)明所述的傳動件23采用傳動帶、腱繩或鏈條，所述的主動輪21采用帶輪、繩 輪或鏈輪，所述的從動輪22采用帶輪、繩輪或鏈輪，所述的傳動件23、主動輪21和從動輪 22三者之間能夠配合形成傳動關(guān)系。 本實施例中，所述的傳動件23采用平帶，所述的主動輪21采用帶輪，所述的從動 輪22采用帶輪，所述的傳動件23、主動輪21和從動輪22三者之間能夠配合形成傳動關(guān)系。
所述的第一簧件31的兩端分別連接近關(guān)節(jié)軸3和中部指段4 ;所述的第二簧件32 的兩端分別連接遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸5和第二齒輪12 ;所述的第三簧件33的兩端分別連接遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸5 和從動輪22。 本實施例還包括傳動機(jī)構(gòu)，所述的減速器7的輸出軸通過傳動機(jī)構(gòu)與近關(guān)節(jié)軸3 相連。 本實施例中，所述的傳動機(jī)構(gòu)包括第一錐齒輪51和第二錐齒輪52 ;所述的減速器 7的輸出軸與第一錐齒輪51固接，第一錐齒輪51與第二錐齒輪52相嚙合，第二錐齒輪52 套固在近關(guān)節(jié)軸3上。 本發(fā)明所述的雙關(guān)節(jié)輪式并聯(lián)耦合欠驅(qū)動仿生機(jī)械手指裝置，其特征在于所述的第一簧件31、第二簧件32和第三簧33件采用扭簧、拉簧、壓簧、片簧或彈性繩。本實施例 中，所述的第一簧件31、第二簧件32和第三簧件33采用扭簧。 本實施例中，第一凸臺41連接第一簧件31—端并鑲嵌固定在中部指段4上；第二 凸臺42連接第二簧件32 —端并鑲嵌固定在第二齒輪12上；第三凸臺43連接第三簧件33 一端并鑲嵌固定在從動輪22上；第四凸臺44鑲嵌固定在中部指段4中，用于齒條13的定 位；第五凸臺45鑲嵌固定在基座1和第一齒輪11上。 本實施例的工作原理，如圖8、圖9、圖10、圖11、圖12和圖13，敘述如下:
該裝置的初始位置如圖8所示，此時中部指段4和末端指段6與基座1呈手指伸 直的狀態(tài)。當(dāng)使用本實施例的機(jī)器人手指抓取物體8時，電機(jī)2的輸出軸轉(zhuǎn)動，通過第一錐 齒輪51帶動固接有第二錐齒輪52的近關(guān)節(jié)軸3轉(zhuǎn)動，由于第一簧件31的約束作用，中部 指段4和近關(guān)節(jié)軸3仿佛固接在一起，中部指段4將繞著近關(guān)節(jié)軸3轉(zhuǎn)動角度a 。
由于第一齒輪11固接在基座1上，在中部指段4轉(zhuǎn)動過程中，遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸5相對于近 關(guān)節(jié)軸3的位置將改變，由于齒條13的下端與第一齒輪11嚙合，故而中部指段4的轉(zhuǎn)動會 讓第一齒條13推動與其另一端嚙合的第二齒輪12繞遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸5的中心線轉(zhuǎn)動一個角度， 第一齒輪和第二齒輪大小一致時，兩關(guān)節(jié)的耦合轉(zhuǎn)動角度為l : 1，第二齒輪12轉(zhuǎn)動的角度 為a ，當(dāng)然第一齒輪和第二齒輪也可以設(shè)計為不同大小，則將獲得不同的耦合效果，由于第 二簧件32的約束作用，第二齒輪12仿佛和遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸5固接在一起，使得第二齒輪12通過 第二簧件32帶動遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸5繞自身軸線轉(zhuǎn)動角度a 。 電機(jī)2的輸出軸轉(zhuǎn)動，通過第一錐齒輪51帶動固接有主動輪21的近關(guān)節(jié)軸3轉(zhuǎn) 動，主動輪21拉動傳動件23，使得從動輪22繞遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸5轉(zhuǎn)動角度a。由于此時中部指 段4也繞著近關(guān)節(jié)軸3轉(zhuǎn)動了角度a ，故從動輪22相對于中部指段4的位置沒有改變，因 此連接遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸5和從動輪22的第三簧件33產(chǎn)生一定的變形量。 此時，由于末端指段6套固在遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸5上，末端指段6也隨之繞遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸5的中 心線轉(zhuǎn)動角度a，如圖12所示。此過程直到中部指段4碰到物體8，中部指段4繞近關(guān)節(jié) 軸3轉(zhuǎn)動了角度P，末端指段6也繞遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸5的中心線轉(zhuǎn)動了角度P，如圖13所示。上 述過程均為兩關(guān)節(jié)采用耦合方式轉(zhuǎn)動。 此時，如果末端指段6接觸物體8，則完成抓持，采用的是捏持方式抓取物體。如圖 13所示。 此時，如果末端指段6還未接觸物體8，如圖IO所示，電機(jī)2的輸出軸繼續(xù)轉(zhuǎn)動，通 過第一錐齒輪51帶動固接有第二錐齒輪52的近關(guān)節(jié)軸3轉(zhuǎn)動。 由于這時中部指段4已經(jīng)接觸物體8，中部指段4不能繼續(xù)繞近關(guān)節(jié)軸3轉(zhuǎn)動，第 一簧件31的繼續(xù)變形將使中部指段4以越來越大的抓取力緊靠物體8。第二齒輪12也不 再繼續(xù)轉(zhuǎn)動。 電機(jī)2的輸出軸繼續(xù)轉(zhuǎn)動，主動輪21將拉動傳動件23，使得從動輪22轉(zhuǎn)動。由于 從動輪22的轉(zhuǎn)動，第三簧件33的變形量將逐漸減小到零。接著從動輪22繼續(xù)轉(zhuǎn)動，第三 簧件33將發(fā)生與先前相反的變形，由于簧件33的約束作用，從動輪22和遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸5仿佛 固接在一起，因此會帶動固接于遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸5上的末端指段6轉(zhuǎn)動，如圖11所示。此時連接 在第二齒輪22和遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸5的第二簧件32會發(fā)生變形，從而使得不再轉(zhuǎn)動的第二齒輪12 不會阻礙末端指段6的繼續(xù)轉(zhuǎn)動。這一過程直到末端指段6接觸到物體，完成抓持動作，如圖12所示。此過程使得該裝置能夠自動適應(yīng)抓取不同形狀和尺寸大小的物體。 該裝置采用電機(jī)、齒輪齒條耦合傳動機(jī)構(gòu)、輪式欠驅(qū)動傳動機(jī)構(gòu)和多個簧件綜合
實現(xiàn)了耦合抓取效果與自適應(yīng)欠驅(qū)動抓取效果的融合，即在手指沒有碰到物體的時候，各
關(guān)節(jié)以耦合模式同時轉(zhuǎn)動，非常擬人化，同時也能夠?qū)崿F(xiàn)末端捏持動作；當(dāng)手指碰到物體的
時候，則以欠驅(qū)動方式轉(zhuǎn)動，能夠自動適應(yīng)物體的外形實現(xiàn)抓取，有助于以握持方式抓取物
體，抓取效果穩(wěn)定；另外，本裝置成本低，控制簡單，，外觀和動作均與人手相似，適用于擬人
機(jī)器人手。
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權(quán)利要求
一種雙關(guān)節(jié)輪式并聯(lián)耦合欠驅(qū)動仿生機(jī)械手指裝置，包括基座(1)、電機(jī)(2)、減速器(7)、近關(guān)節(jié)軸(3)、中部指段(4)、遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸(5)和末端指段(6)；所述的電機(jī)(2)和減速器(7)與基座(1)固接，減速器(7)的輸出軸與近關(guān)節(jié)軸(3)相連，所述的近關(guān)節(jié)軸(3)套設(shè)在基座(1)中，所述的中部指段(4)套接在近關(guān)節(jié)軸(3)上，所述的遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸(5)套設(shè)在中部指段(4)中，所述的末端指段(6)套固在遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸(5)上，遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸(5)和近關(guān)節(jié)軸(3)平行；其特征在于該雙關(guān)節(jié)輪式并聯(lián)耦合欠驅(qū)動仿生機(jī)械手指裝置還包括第一齒輪(11)、第二齒輪(12)、齒條(13)、主動輪(21)、從動輪(22)、傳動件(23)、第一簧件(31)、第二簧件(32)和第三簧件(33)；所述的第一齒輪(11)套接在近關(guān)節(jié)軸(3)上，第一齒輪(11)與基座(1)固接；所述的第二齒輪(12)套接在遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸(5)上，所述的齒條(13)兩端分別與第一齒輪(11)和第二齒輪(12)嚙合；令齒條(13)與第一齒輪(11)的嚙合點(diǎn)為A，齒條(13)與第二齒輪(12)的嚙合點(diǎn)為B，第一齒輪(11)的中心點(diǎn)為O1，第二齒輪(12)的中心點(diǎn)為O2，線段O1A、AB、BO2和O2O1構(gòu)成“8”字形，線段AB和O1O2相交且交點(diǎn)在線段O1O2上，所述的A和B分別在線段O1O2兩側(cè)；所述的齒條(13)鑲嵌在中部指段(4)中；所述的齒條(13)、第一齒輪(11)和第二齒輪(12)三者能夠配合形成傳動關(guān)系；所述的主動輪(21)固接在近關(guān)節(jié)軸(3)上，所述的從動輪(22)套接在遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸(5)上，所述的傳動件(23)連接主動輪(21)和從動輪(22)；所述的傳動件(23)采用傳動帶、腱繩或鏈條，所述的傳動件(23)、主動輪(21)和從動輪(22)三者之間能夠配合形成傳動關(guān)系；所述的第一簧件(31)的兩端分別連接近關(guān)節(jié)軸(3)和中部指段(4)；所述的第二簧件(32)的兩端分別連接遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸(5)和第二齒輪(12)；所述的第三簧件(33)的兩端分別連接遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸(5)和從動輪(22)。
2. 如權(quán)利要求1所述的雙關(guān)節(jié)輪式并聯(lián)耦合欠驅(qū)動仿生機(jī)械手指裝置，其特征在于還包括傳動機(jī)構(gòu)，所述的減速器(7)的輸出軸通過傳動機(jī)構(gòu)與近關(guān)節(jié)軸(3)相連。
3. 如權(quán)利要求2所述的雙關(guān)節(jié)輪式并聯(lián)耦合欠驅(qū)動仿生機(jī)械手指裝置，其特征在于所述的傳動機(jī)構(gòu)包括第一錐齒輪(51)和第二錐齒輪(52);所述的減速器(7)的輸出軸與第一錐齒輪(51)固接，第一錐齒輪(51)與第二錐齒輪(52)相嚙合，第二錐齒輪(52)套固在近關(guān)節(jié)軸(3)上。
4. 如權(quán)利要求1所述的雙關(guān)節(jié)輪式并聯(lián)耦合欠驅(qū)動仿生機(jī)械手指裝置，其特征在于所述的第一簧件(31)、第二簧件(32)和第三簧件(33)采用扭簧、拉簧、壓簧、片簧或彈性繩。
全文摘要
雙關(guān)節(jié)輪式并聯(lián)耦合欠驅(qū)動仿生機(jī)械手指裝置，屬于擬人機(jī)器人手技術(shù)領(lǐng)域，包括基座、電機(jī)、減速器、近關(guān)節(jié)軸、中部指段、遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸、末端指段、齒輪齒條耦合傳動機(jī)構(gòu)、輪式欠驅(qū)動傳動機(jī)構(gòu)和多個簧件。該裝置采用電機(jī)、齒輪齒條耦合傳動機(jī)構(gòu)、輪式欠驅(qū)動傳動機(jī)構(gòu)和多個簧件綜合實現(xiàn)了耦合抓取效果與自適應(yīng)欠驅(qū)動抓取效果的融合，在手指沒有碰到物體的時候，各關(guān)節(jié)以耦合模式同時轉(zhuǎn)動，非常擬人化，同時也能夠?qū)崿F(xiàn)末端捏持動作；當(dāng)手指碰到物體的時候，則以欠驅(qū)動方式轉(zhuǎn)動，能夠自動適應(yīng)物體的外形實現(xiàn)抓取，有助于以握持方式抓取物體，抓取效果穩(wěn)定；另外，本裝置成本低，控制簡單，外觀和動作均與人手相似，適用于擬人機(jī)器人手。
文檔編號B25J15/08GK101774175SQ20101010168
公開日2010年7月14日 申請日期2010年1月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月26日
發(fā)明者劉洪冰, 孫振國, 張文增, 都東, 陳強(qiáng) 申請人:清華大學(xué)