專利名稱：雙滑塊式并聯(lián)耦合欠驅(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)器人手技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種雙滑塊式并聯(lián)耦合欠驅(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)：
機(jī)器人手作為機(jī)器人不可或缺的一部分，相對(duì)于機(jī)器人的其它部分，機(jī)器人手具 有關(guān)節(jié)自由度多、體積小，非常靈巧、控制復(fù)雜等特點(diǎn)與難點(diǎn)。機(jī)器人手主要用于對(duì)物體的 抓持和空間移動(dòng)以及作手勢(shì)等其它手部動(dòng)作。目前現(xiàn)有的靈巧手雖然控制靈活，但是電機(jī) 數(shù)量多，結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，控制難度相當(dāng)大，制造和維護(hù)成本非常高，這些因素阻礙了靈巧手 型機(jī)器人手在現(xiàn)實(shí)生活中的廣泛推廣應(yīng)用。近年來(lái)快速發(fā)展的耦合抓取型機(jī)器人手和欠驅(qū) 動(dòng)抓取型機(jī)器人手雖然不具備靈巧手的高靈活度，但是電機(jī)數(shù)量少，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制容易， 大大降低了制造和使用成本，并且能較好抓取常見物體，成為發(fā)展和研究的熱點(diǎn)。已有的一種雙關(guān)節(jié)并聯(lián)欠驅(qū)動(dòng)機(jī)器人手指裝置，如中國(guó)發(fā)明專利CN 101633178A, 包括基座、電機(jī)、近關(guān)節(jié)軸、遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸和末端指段，還包括分別實(shí)現(xiàn)耦合和欠驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)的傳 動(dòng)機(jī)構(gòu)以及多個(gè)簧件解耦裝置等。當(dāng)手指碰觸物體前實(shí)現(xiàn)多關(guān)節(jié)耦合轉(zhuǎn)動(dòng)的效果，當(dāng)手指 碰觸物體后采用多關(guān)節(jié)欠驅(qū)動(dòng)方式抓取物體。該裝置的不足之處為該裝置由于采用了兩 套傳動(dòng)機(jī)構(gòu)分別實(shí)現(xiàn)耦合和欠驅(qū)動(dòng)抓取，使得整個(gè)手指結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造加工成本高；該裝置 耦合傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和欠驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)相互影響，雖然采用了三個(gè)簧件來(lái)解耦，但內(nèi)耗了電機(jī)的 功率；該裝置的兩套傳動(dòng)機(jī)構(gòu)平行排列，再加上多個(gè)簧件在關(guān)節(jié)軸上安裝，致使手指過于粗 大，增加了制造、安裝和維護(hù)成本和難度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服已有技術(shù)的不足之處，提供一種雙滑塊式并聯(lián)耦合欠驅(qū) 動(dòng)機(jī)器人手指裝置，該裝置能實(shí)現(xiàn)耦合轉(zhuǎn)動(dòng)與欠驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)相結(jié)合的效果，能耦合擬人化抓 取，且具備欠驅(qū)動(dòng)自適應(yīng)功能，結(jié)構(gòu)緊湊，制造、維護(hù)成本低，外形與人手指相似，適用于擬 人機(jī)器人手。本發(fā)明采用如下技術(shù)方案本發(fā)明所述的一種雙滑塊式并聯(lián)耦合欠驅(qū)動(dòng)機(jī)器人手指裝置，包括基座、近關(guān)節(jié) 軸、第一指段、遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸、第二指段和電機(jī)，所述的電機(jī)設(shè)置在基座中，電機(jī)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)在所述的基座中，所述的遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸套設(shè)在第一指段中，所述 的第二指段套固在所述的遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸上；其特征在于該雙滑塊式并聯(lián)耦合欠驅(qū)動(dòng)機(jī)器人手 指裝置還包括第四傳動(dòng)輪、第一滑塊、第二滑塊、第一齒輪、齒條、第一簧件、第二簧件和柔 性件；所述的第一指段套固在近關(guān)節(jié)軸上；所述的第四傳動(dòng)輪套設(shè)在近關(guān)節(jié)軸上，第四傳 動(dòng)輪與基座固接；所述的柔性件一端與基座固接，另一端從第一指段下部穿過與第一指段 中部或上部固接；所述的第一滑塊鑲嵌在第一指段的第一槽中，且與所述的柔性件接觸，抓 取物體時(shí)沿垂直于柔性件方向滑動(dòng)；第二滑塊鑲嵌在第一指段的第滑槽中，所述的齒條與第二滑塊固接，所述的第一齒輪套固在遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸上，第一齒輪與齒條嚙合；所述的第一槽和 第二槽平行，第一滑塊與第二滑塊活接觸；所述的第一簧件設(shè)置在第一指段中并且第一簧 件的兩端分別與第一指段和第一滑塊相連接；所述的第二簧件設(shè)置在第一指段和第二指段 之間并且第二簧件的兩端分別與第一指段和第二指段相連接，或者所述的第二簧件設(shè)置在 第一指段中并且第二簧件的兩端分別與第二滑塊和第一指段相連接。本發(fā)明所述的一種雙滑塊式并聯(lián)耦合欠驅(qū)動(dòng)機(jī)器人手指裝置，包括基座、近關(guān)節(jié) 軸、第一指段、遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸、第二指段和電機(jī)，所述的電機(jī)設(shè)置在基座中，電機(jī)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)在所述的基座中，所述的遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸套設(shè)在第一指段中，所述 的第二指段套固在所述的遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸上；其特征在于該雙滑塊式并聯(lián)耦合欠驅(qū)動(dòng)機(jī)器人手 指裝置還包括第四傳動(dòng)輪、第一滑塊、第二滑塊、第一齒輪、齒條、第一簧件、第二簧件、第三 簧件和柔性件；所述的第一指段套接在近關(guān)節(jié)軸上；所述的第三簧件的兩端分別連接第一 指段和近關(guān)節(jié)軸；所述的第四傳動(dòng)輪套設(shè)在近關(guān)節(jié)軸上，第四傳動(dòng)輪與基座固接；所述的 柔性件一端與基座固接，另一端從第一指段下部穿過與第一指段中部或上部固接；所述的 第一滑塊鑲嵌在第一指段的第一槽中，且與所述的柔性件接觸，抓取物體時(shí)沿垂直于柔性 件方向滑動(dòng)；第二滑塊鑲嵌在第一指段的第二槽中，所述的齒條與第二滑塊固接，所述的第 一齒輪套固在遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸上，第一齒輪與齒條嚙合；所述的第一槽和第二槽平行，第一滑塊與 第二滑塊活接觸；所述的第一簧件設(shè)置在第一指段中并且第一簧件的兩端分別與第一指段 和第一滑塊相連接；所述的第二簧件設(shè)置在第一指段和第二指段之間并且第二簧件的兩端 分別與第一指段和第二指段相連接，或者所述的第二簧件設(shè)置在第一指段中并且第二簧件 的兩端分別與第二滑塊和第一指段相連接。本發(fā)明所述的雙滑塊式并聯(lián)耦合欠驅(qū)動(dòng)機(jī)器人手指裝置，其特征在于在所述的 第一滑塊上設(shè)有與柔性件平行的第一滑槽或通孔，所述的柔性件穿過第一滑塊上的通孔或 槽與第一滑塊相接觸；本發(fā)明所述的雙滑塊式并聯(lián)耦合欠驅(qū)動(dòng)機(jī)器人手指裝置，其特征在于所述的柔 性件采用平帶、齒形帶、腱繩或鏈條，所述的第四傳動(dòng)輪采用帶輪、齒輪、繩輪或鏈輪。柔性 件和第四傳動(dòng)輪形成傳動(dòng)關(guān)系。本發(fā)明所述的雙滑塊式并聯(lián)耦合欠驅(qū)動(dòng)機(jī)器人手指裝置，其特征在于所述的第 一滑塊與第二滑塊的活接觸方式采用第一滑塊與第二滑塊單面接觸，所述的第一滑塊推動(dòng) 第二滑塊向手指內(nèi)滑移。本發(fā)明所述的雙滑塊式并聯(lián)耦合欠驅(qū)動(dòng)機(jī)器人手指裝置，其特征在于所述的第 一滑塊與第二滑塊的活接觸方式采用繩連接，所述的第一滑塊拉動(dòng)第二滑塊向手指里滑 移。本發(fā)明所述的雙滑塊式并聯(lián)耦合欠驅(qū)動(dòng)機(jī)器人手指裝置，其特征在于所述的第 一簧件采用拉簧、壓簧或彈性繩；第二簧件采用壓簧、扭簧、拉簧或彈性繩。本發(fā)明所述的雙滑塊式并聯(lián)耦合欠驅(qū)動(dòng)機(jī)器人手指裝置，其特征在于還包括傳 動(dòng)機(jī)構(gòu)；所述的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括減速器、第二齒輪和第三齒輪；所述的電機(jī)的輸出軸與減速 器的輸入軸相連，所述的第二齒輪套固在減速器的輸出軸上，所述的第三齒輪套固在近關(guān) 節(jié)軸上，所述的第二齒輪與第三齒輪嚙合。本發(fā)明所述的雙滑塊式并聯(lián)耦合欠驅(qū)動(dòng)機(jī)器人手指裝置，其特征在于所述的第二滑塊表面覆蓋有第二滑塊表面板。本發(fā)明所述的雙滑塊式并聯(lián)耦合欠驅(qū)動(dòng)機(jī)器人手指裝置，其特征在于所述的近 關(guān)節(jié)軸與基座之間設(shè)置有軸承，所述的近關(guān)節(jié)軸與第四傳動(dòng)輪之間設(shè)置有軸承。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)明裝置利用柔性件、齒輪、齒條和簧件綜合實(shí)現(xiàn)了耦合轉(zhuǎn)動(dòng)與欠驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)緊 密結(jié)合的傳動(dòng)效果，不僅能夠耦合轉(zhuǎn)動(dòng)更擬人化地抓取物體，而且具備欠驅(qū)動(dòng)功能，自適應(yīng) 抓取不同形狀、大小的物體；該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔緊湊，安裝容易，制造加工成本低；該裝置耦 合傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和欠驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)有機(jī)融合，不相互影響，利用滑塊活接觸的多種方式實(shí)現(xiàn)了 自然解耦，此解耦不消耗電機(jī)功率，能量利用率高；外形與人手手指相似，可以作為擬人機(jī) 器人手的一個(gè)手指或手指的一部分，也可以用多個(gè)這樣的基于柔性件的并聯(lián)耦合欠驅(qū)動(dòng)手 指組合成為機(jī)器人手，用以達(dá)到擬人機(jī)器人手高關(guān)節(jié)自由度、高自適應(yīng)性的優(yōu)良效果。


圖1是本發(fā)明提供的雙滑塊式并聯(lián)耦合欠驅(qū)動(dòng)機(jī)器人手指裝置的一種實(shí)施例的 側(cè)剖視圖。圖2是圖所示實(shí)施例的正剖視圖(也是圖的左側(cè)剖視圖)。圖3是本發(fā)明又一種實(shí)施例(第一滑塊和第二滑塊之間的活接觸采用繩連接的實(shí) 施例)的側(cè)剖視圖。圖4是本發(fā)明又一種實(shí)施例(具有變抓取力效果實(shí)施例)的正剖視圖。圖5是圖所示實(shí)施例外觀的側(cè)視圖。圖6是圖所示實(shí)施例外觀的正視圖。圖7是圖所示實(shí)施例外觀的立體圖。圖8是圖所示實(shí)施例的部分零件的立體圖。圖9是圖所示實(shí)施例的三維爆炸圖。圖10、11、12、13是圖所示實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)耦合抓取過程的側(cè)面外觀示意圖。圖14、15、16、17是圖所示實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)耦合抓取以及欠驅(qū)動(dòng)自適應(yīng)抓取過程的 側(cè)面外觀示意圖。圖18、19、20、21是圖1所示實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)先耦合后自適應(yīng)欠驅(qū)動(dòng)的抓取方式過程 的側(cè)面外觀示意圖。在圖1至圖21中1-基座，11--基座架，12--基座背板，
121-第一凸塊，13--基座前板，14--基座右支承板，
15-基座連接板，2-電機(jī)，3-近關(guān)節(jié)軸，
4_第一指段，41--第—-指段架，42--第一指段背板，
421-第二凸塊，43--第—-指段右支承板，5-遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸，
6_第二指段，71--第— 齒輪，72-_齒條，
73-第一滑塊，74--第二.滑塊，74--滑塊表面板，
75-第一滑槽，76--第二.滑槽，77--第三滑槽，
78-第四傳動(dòng)輪，81--第一 簧件，82--第二簧件，
83-第三簧件，93-第三齒輪，96-柔性件，
91-減速器， 94-套筒， 97-繩，
92-第二齒輪， 95-銷， 98-物體。
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(shuō)明本發(fā)明的具體結(jié)構(gòu)、工作原理及工作過程。本發(fā)明設(shè)計(jì)的一種雙滑塊式并聯(lián)耦合欠驅(qū)動(dòng)機(jī)器人手指裝置的實(shí)施例，剖視圖如 圖1、2所示，外觀如圖5、6所示，立體外觀如圖7所示，部分零件如圖8所示，三維爆炸圖如 圖9所示，動(dòng)作原理如圖10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21所示。本實(shí)施例包括基座 1、近關(guān)節(jié)軸3、第一指段4、遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸5、第二指段6和電機(jī)2，所述的電機(jī)2設(shè)置在基座1中， 電機(jī)2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)在所述的基座1中，所述的遠(yuǎn)關(guān) 節(jié)軸5套設(shè)在第一指段4中，所述的第二指段6套固在所述的遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸5上；其特征在于 該雙滑塊式并聯(lián)耦合欠驅(qū)動(dòng)機(jī)器人手指裝置還包括第四傳動(dòng)輪78、第一滑塊73、第二滑塊 74、第一齒輪71、齒條72、第一簧件81、第二簧件82和柔性件96 ；所述的第一指段4套固在 近關(guān)節(jié)軸3上；所述的第四傳動(dòng)輪78套設(shè)在近關(guān)節(jié)軸3上，第四傳動(dòng)輪78與基座1固接； 所述的柔性件96 —端與基座1固接，另一端從第一指段4下部穿過與第一指段4中部或上 部固接；所述的第一滑塊73鑲嵌在第一指段4的第一槽中，且與所述的柔性件96接觸，抓 取物體時(shí)沿垂直于柔性件96方向滑動(dòng)；第二滑塊74鑲嵌在第一指段4的第滑槽中，所述的 齒條72與第二滑塊74固接，所述的第一齒輪71套固在遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸5上，第一齒輪71與齒條 72嚙合；所述的第一槽和第二槽平行，第一滑塊73與第二滑塊74活接觸；所述的第一簧件 81設(shè)置在第一指段4中并且第一簧件81的兩端分別與第一指段4和第一滑塊73相連接； 所述的第二簧件82設(shè)置在第一指段4和第二指段6之間并且第二簧件82的兩端分別與第 一指段4和第二指段6相連接，或者所述的第二簧件82設(shè)置在第一指段4中并且第二簧件 82的兩端分別與第二滑塊74和第一指段4相連接。本實(shí)施例中，在所述的第一滑塊73上設(shè)有與柔性件96平行的第一滑槽75或通 孔，所述的柔性件96穿過第一滑塊73上的通孔或槽與第一滑塊73相接觸；本實(shí)施例中，所述的柔性件96采用平帶、齒形帶、腱繩或鏈條，所述的第四傳動(dòng)輪 78采用帶輪、齒輪、繩輪或鏈輪，柔性件96和第四傳動(dòng)輪78形成傳動(dòng)關(guān)系。本實(shí)施例中，所述的第一滑塊73與第二滑塊74的活接觸方式采用第一滑塊73與 第二滑塊74單面接觸，當(dāng)?shù)谝换瑝K73向手指里移動(dòng)時(shí)，第一滑塊73推動(dòng)第二滑塊74向手 指里滑移。當(dāng)?shù)谝恢付?碰到物體，第二滑塊74向手指內(nèi)移動(dòng)時(shí)，第二滑塊74不會(huì)對(duì)第一 滑塊73產(chǎn)生影響，實(shí)現(xiàn)了自然解耦。本實(shí)施例中，所述的第一簧件81采用拉簧、壓簧或彈性繩；第二簧件82采用壓簧、 扭簧、拉簧或彈性繩。本實(shí)施例中，還包括傳動(dòng)機(jī)構(gòu)；所述的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括減速器91、第二齒輪92和第 三齒輪93 ；所述的電機(jī)2的輸出軸與減速器91的輸入軸相連，所述的第二齒輪92套固在 減速器91的輸出軸上，所述的第三齒輪93套固在近關(guān)節(jié)軸3上，所述的第二齒輪92與第 三齒輪93嚙合。
本實(shí)施例中，所述的第二滑塊74表面覆蓋有第二滑塊表面板741。滑塊表面板741 表面還可以覆蓋有適當(dāng)彈性的工業(yè)橡皮材料。這樣在抓取物體時(shí)，手指表面與物體之間將 形成軟指面接觸，一方面增加了手指對(duì)物體的約束程度，另一方面也可以增加摩擦力，從而 增加抓取物體的穩(wěn)定性。所述的近關(guān)節(jié)軸3和第一指段4采用銷固接，遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸5和第二指段6采用銷固接。本實(shí)施例中，所述的近關(guān)節(jié)軸3與基座1之間設(shè)置有軸承，所述的近關(guān)節(jié)軸3與第 四傳動(dòng)輪78之間設(shè)置有軸承。本發(fā)明還提供的一種可變抓取力的雙滑塊式并聯(lián)耦合欠驅(qū)動(dòng)機(jī)器人手指裝置的 實(shí)施例，其剖視圖如圖4所示。本實(shí)施例包括基座1、近關(guān)節(jié)軸3、第一指段4、遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸5、 第二指段6和電機(jī)2，所述的電機(jī)2設(shè)置在基座1中，電機(jī)2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)在所述的基座1中，所述的遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸5套設(shè)在第一指段4中，所述的 第二指段6套固在所述的遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸5上；其特征在于該雙滑塊式并聯(lián)耦合欠驅(qū)動(dòng)機(jī)器人 手指裝置還包括第四傳動(dòng)輪78、第一滑塊73、第二滑塊74、第一齒輪71、齒條72、第一簧件 81、第二簧件82、第三簧件83和柔性件96 ；所述的第一指段4套接在近關(guān)節(jié)軸3上；所述 的第三簧件83的兩端分別連接第一指段4和近關(guān)節(jié)軸3 ；所述的第四傳動(dòng)輪78套設(shè)在近 關(guān)節(jié)軸3上，第四傳動(dòng)輪78與基座1固接；所述的柔性件96 —端與基座1固接，另一端從 第一指段4下部穿過與第一指段4中部或上部固接；所述的第一滑塊73鑲嵌在第一指段4 的第一槽中，且與所述的柔性件96接觸，抓取物體時(shí)沿垂直于柔性件96方向滑動(dòng)；第二滑 塊74鑲嵌在第一指段4的第二槽中，所述的齒條72與第二滑塊74固接，所述的第一齒輪 71套固在遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸5上，第一齒輪71與齒條72嚙合；所述的第一槽和第二槽平行，第一滑 塊73與第二滑塊74活接觸；所述的第一簧件81設(shè)置在第一指段4中并且第一簧件81的 兩端分別與第一指段4和第一滑塊73相連接；所述的第二簧件82設(shè)置在第一指段4和第 二指段6之間并且第二簧件82的兩端分別與第一指段4和第二指段6相連接，或者所述的 第二簧件82設(shè)置在第一指段4中并且第二簧件82的兩端分別與第二滑塊74和第一指段 4相連接。所述的第三簧件83的功能是，當(dāng)電機(jī)2帶動(dòng)近關(guān)節(jié)軸3轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，套接在近關(guān)節(jié)軸 3上的第三簧件83產(chǎn)生形變，可帶動(dòng)第一指段4轉(zhuǎn)動(dòng)本發(fā)明還提供的一種雙滑塊式并聯(lián)耦合欠驅(qū)動(dòng)機(jī)器人手指裝置的實(shí)施例，其剖視 圖如圖3所示。第一滑塊73與第二滑塊74的活接觸方式采用采用繩97連接，當(dāng)?shù)谝换瑝K 73向手指里移動(dòng)時(shí)，第一滑塊73拉動(dòng)第二滑塊74向手指內(nèi)滑移。當(dāng)?shù)谝恢付?碰到物體， 第二滑塊74向手指里移動(dòng)時(shí)，第二滑塊74對(duì)第一滑塊73不會(huì)產(chǎn)生影響，實(shí)現(xiàn)了自然解耦。下面結(jié)合附圖介紹圖1所示的雙滑塊式并聯(lián)耦合欠驅(qū)動(dòng)機(jī)器人手指裝置的實(shí)施 例的工作原理。機(jī)器人手指的初始狀態(tài)如圖10所示，電機(jī)2停轉(zhuǎn)時(shí)，其內(nèi)部的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量較大，會(huì)發(fā) 生軟自鎖，所以柔性件96不會(huì)在第一簧件81 (第一簧件81采用的是拉簧)的作用下向手 指內(nèi)部移動(dòng)，此時(shí)第一指段4相對(duì)于基座1處于伸直狀態(tài)(第一凸塊121頂著第一指段4 使手指不致于反向彎曲)；第二簧件82采用的是壓簧，該壓簧迫使第二指段6與第一指段 4之間保持伸直的初始狀態(tài)，即遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸5不發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)(第二凸塊421頂著第二指段6)，此時(shí)整個(gè)手指保持伸直狀態(tài)。本實(shí)施例的抓取方式有兩種，分別敘述如下(a)耦合抓取過程當(dāng)機(jī)器人手指抓取物體98時(shí)，電機(jī)2正轉(zhuǎn)，通過減速器91帶動(dòng)第二齒輪92轉(zhuǎn)動(dòng)， 驅(qū)動(dòng)第三齒輪93轉(zhuǎn)動(dòng)，使近關(guān)節(jié)軸3正轉(zhuǎn)，帶動(dòng)第一指段4繞近關(guān)節(jié)軸3的中心線正轉(zhuǎn)(此 正轉(zhuǎn)方向是指第一指段4逐漸迎向需要抓取的物體)。由于第四傳動(dòng)輪78套接在近關(guān)節(jié)軸 3上且與基座1固接，于是鑲嵌在第一指段4中的第一滑塊73在拉簧的作用下，向手指內(nèi)部 平移運(yùn)動(dòng)，同時(shí)把柔性件96壓向手指里。因?yàn)榈诙瑝K74與第一滑塊73單面接觸，第一 滑塊73會(huì)帶動(dòng)第二滑塊74向第一指段4里滑移，會(huì)使得第一齒輪71被齒條72反向撥動(dòng) (齒條72向手指內(nèi)部平移運(yùn)動(dòng))，帶動(dòng)遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸5正轉(zhuǎn)，第二指段6正轉(zhuǎn)迎向需要抓取的物 體，直到手指接觸物體。手指在抓取物體時(shí)，柔性件96向手指里移動(dòng)的距離是齒條72向手指里移動(dòng)距離 的兩倍，在本實(shí)施例中第一滑槽75和第二滑槽76之間，第二滑槽76和第三滑槽77之間 的距離很小，可以忽略不計(jì)，本實(shí)施例中第四傳動(dòng)輪78和第一齒輪71分度圓直徑之比為 2 1，第一指段4相對(duì)于基座1轉(zhuǎn)動(dòng)的角度與第二指段6相對(duì)于第一指段4轉(zhuǎn)動(dòng)的角度相 同，即實(shí)現(xiàn)1 1的耦合傳動(dòng)；當(dāng)滑槽間的距離不可忽略，要實(shí)現(xiàn)1 1的耦合傳動(dòng)時(shí)，第四 傳動(dòng)輪78和第一齒輪71分度圓直徑之比根據(jù)實(shí)際情況作適當(dāng)調(diào)整。綜上所述，本實(shí)施例 在物體不動(dòng)的情況下實(shí)現(xiàn)了耦合抓取的功能。具體運(yùn)動(dòng)過程如圖10、11、12、13所示。放開物體的過程與上述抓取物體的過程相同，電機(jī)2反轉(zhuǎn)，將帶動(dòng)第一指段4和第 二指段6同時(shí)反向轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)放開物體，最終回復(fù)到手指初始的伸直狀態(tài)。(b)欠驅(qū)動(dòng)抓取過程有兩種欠驅(qū)動(dòng)抓取過程1)第一種欠驅(qū)動(dòng)抓取過程其他手指和外力直接擠壓物體，物體擠壓第二滑塊觸 發(fā)欠驅(qū)動(dòng)抓取，最終第二指段快速扣住物體。具體來(lái)說(shuō)，當(dāng)?shù)谝恢付?上可滑動(dòng)的第二滑塊 與物體98接觸，第二指段6未與物體接觸，物體在其它手指或外力作用下向手指內(nèi)推動(dòng)第 二滑塊74時(shí)，第二滑塊74向手指里滑移，因?yàn)榈诙瑝K74與第一滑塊73單面接觸，所以 不會(huì)對(duì)第一滑塊73產(chǎn)生影響，實(shí)現(xiàn)了自然解耦(圖3所示實(shí)施例采用繩連接方式實(shí)現(xiàn)了自 然解耦，原理與此相同，不再贅述)。第二滑塊74的滑移會(huì)帶動(dòng)齒條72向手指里滑動(dòng)，帶動(dòng) 遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸5正轉(zhuǎn)，使第二指段6正轉(zhuǎn)直到接觸物體實(shí)現(xiàn)了抓取，且能夠自動(dòng)適應(yīng)物體的大小 形狀，是一種無(wú)需電機(jī)工作的自適應(yīng)欠驅(qū)動(dòng)抓取方式。具體運(yùn)動(dòng)過程如圖14、15、16、17所
7J\ ο2)第二種欠驅(qū)動(dòng)抓取過程物體固定不動(dòng)(被手掌或其他手指、外力約束)，此時(shí) 本實(shí)施例繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)致使第二滑塊因物體阻擋而被壓入第一指段中從而觸發(fā)了欠驅(qū)動(dòng)抓取， 最終第二指段快速扣住物體。具體來(lái)說(shuō)，當(dāng)?shù)谝恢付?上可滑動(dòng)的第二滑塊與物體98接 觸，第二指段6未與物體接觸，此時(shí)由于物體被手掌或其他手指約束住固定不動(dòng)，第二滑塊 被物體阻擋，此時(shí)第一指段還可以轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)很小的角度δ，此轉(zhuǎn)動(dòng)將產(chǎn)生一個(gè)第二指段相 對(duì)于第一指段1 1的耦合轉(zhuǎn)動(dòng)角度S (原因見前述的耦合抓取過程)，而此時(shí)由于第二滑 塊已經(jīng)相對(duì)于第一指段向手指內(nèi)部滑動(dòng)了一段較小的距離Δ d，因此該變化的距離將使得 齒條72滑動(dòng)，從而帶動(dòng)第一齒輪和第二指段轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)較大的角度θ，由于物體與第二滑塊表面的接觸點(diǎn)到近關(guān)節(jié)軸中心線的距離h大于第四傳動(dòng)輪78的分度圓半徑Γι，通過下面的 計(jì)算可知，θ會(huì)大于α，從而實(shí)現(xiàn)第二指段轉(zhuǎn)過的角度是一個(gè)較大的角度θ，不再是耦合 轉(zhuǎn)動(dòng)的角度α0計(jì)算分析如下此時(shí)第一滑塊在第一指段的較小角度δ的轉(zhuǎn)動(dòng)過程中會(huì) 移動(dòng)一個(gè)較小的距離屯，Cl1 = 1/2· δ ·Γι。而第二滑塊在第一指段的較小角度δ的轉(zhuǎn)動(dòng) 過程中會(huì)移動(dòng)一個(gè)較大的距離d2，d2 = δ *h，由于h大于Γι，因此d2大于屯。此時(shí)第二滑 塊與第一滑塊脫開，實(shí)現(xiàn)了自然解耦，第二滑塊平移一個(gè)距離d2，導(dǎo)致第二指段快速扣向物 體，此過程直到第二指段緊緊扣住物體，從而實(shí)現(xiàn)了欠驅(qū)動(dòng)抓取過程。此欠驅(qū)動(dòng)抓取實(shí)現(xiàn)了 對(duì)不同形狀大小物體的抓取，具有自適應(yīng)性，減輕了對(duì)控制系統(tǒng)的要求。第二種欠驅(qū)動(dòng)抓取 過程如圖18、19、20、21所示。綜合(a)和(b)耦合和自適應(yīng)抓取過程可知，本實(shí)施例實(shí)現(xiàn)了一種特殊的先耦合 后自適應(yīng)欠驅(qū)動(dòng)的抓取方式，解耦方式自然，無(wú)需損耗電機(jī)功率。本發(fā)明裝置利用柔性件、齒輪、齒條和簧件綜合實(shí)現(xiàn)了耦合轉(zhuǎn)動(dòng)與欠驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)緊 密結(jié)合的傳動(dòng)效果，不僅能夠耦合轉(zhuǎn)動(dòng)更擬人化地抓取物體，而且具備欠驅(qū)動(dòng)功能，自適應(yīng) 抓取不同形狀、大小的物體；該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔緊湊，安裝容易，制造加工成本低；該裝置耦 合傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和欠驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)有機(jī)融合，不相互影響，利用滑塊活接觸的多種方式實(shí)現(xiàn)了 自然解耦，此解耦不消耗電機(jī)功率，能量利用率高；外形與人手手指相似，可以作為擬人機(jī) 器人手的一個(gè)手指或手指的一部分，也可以用多個(gè)這樣的雙齒條滑塊式并聯(lián)耦合欠驅(qū)動(dòng)手 指組合成為機(jī)器人手，用以達(dá)到擬人機(jī)器人手高關(guān)節(jié)自由度、高自適應(yīng)性的優(yōu)良效果。
權(quán)利要求
一種雙滑塊式并聯(lián)耦合欠驅(qū)動(dòng)機(jī)器人手指裝置，包括基座(1)、近關(guān)節(jié)軸(3)、第一指段(4)、遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸(5)、第二指段(6)和電機(jī)(2)，所述的電機(jī)(2)設(shè)置在基座(1)中，電機(jī)(2)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)在所述的基座(1)中，所述的遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸(5)套設(shè)在第一指段(4)中，所述的第二指段(6)套固在所述的遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸(5)上；其特征在于該雙滑塊式并聯(lián)耦合欠驅(qū)動(dòng)機(jī)器人手指裝置還包括第四傳動(dòng)輪(78)、第一滑塊(73)、第二滑塊(74)、第一齒輪(71)、齒條(72)、第一簧件(81)、第二簧件(82)和柔性件(96)；所述的第一指段(4)套固在近關(guān)節(jié)軸(3)上；所述的第四傳動(dòng)輪(78)套設(shè)在近關(guān)節(jié)軸(3)上，第四傳動(dòng)輪(78)與基座(1)固接；所述的柔性件(96)一端與基座(1)固接，另一端從第一指段(4)下部穿過與第一指段(4)中部或上部固接；所述的第一滑塊(73)鑲嵌在第一指段(4)的第一槽中，且與所述的柔性件(96)接觸，抓取物體時(shí)沿垂直于柔性件(96)方向滑動(dòng)；第二滑塊(74)鑲嵌在第一指段(4)的第滑槽中，所述的齒條(72)與第二滑塊(74)固接，所述的第一齒輪(71)套固在遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸(5)上，第一齒輪(71)與齒條(72)嚙合；所述的第一槽和第二槽平行，第一滑塊(73)與第二滑塊(74)活接觸；所述的第一簧件(81)設(shè)置在第一指段(4)中并且第一簧件(81)的兩端分別與第一指段(4)和第一滑塊(73)相連接；所述的第二簧件(82)設(shè)置在第一指段(4)和第二指段(6)之間并且第二簧件(82)的兩端分別與第一指段(4)和第二指段(6)相連接，或者所述的第二簧件(82)設(shè)置在第一指段(4)中并且第二簧件(82)的兩端分別與第二滑塊(74)和第一指段(4)相連接。
2.一種雙滑塊式并聯(lián)耦合欠驅(qū)動(dòng)機(jī)器人手指裝置，包括基座(1)、近關(guān)節(jié)軸(3)、第一 指段⑷、遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸(5)、第二指段(6)和電機(jī)(2)，所述的電機(jī)⑵設(shè)置在基座⑴中，電 機(jī)(2)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)在所述的基座(1)中，所述 的遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸(5)套設(shè)在第一指段(4)中，所述的第二指段(6)套固在所述的遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸(5) 上；其特征在于該雙滑塊式并聯(lián)耦合欠驅(qū)動(dòng)機(jī)器人手指裝置還包括第四傳動(dòng)輪(78)、第 一滑塊(73)、第二滑塊(74)、第一齒輪(71)、齒條(72)、第一簧件(81)、第二簧件(82)、第 三簧件(83)和柔性件(96)；所述的第一指段(4)套接在近關(guān)節(jié)軸(3)上；所述的第三簧件 (83)的兩端分別連接第一指段⑷和近關(guān)節(jié)軸(3)；所述的第四傳動(dòng)輪(78)套設(shè)在近關(guān)節(jié) 軸⑶上，第四傳動(dòng)輪(78)與基座⑴固接；所述的柔性件(96) —端與基座⑴固接，另 一端從第一指段(4)下部穿過與第一指段(4)中部或上部固接；所述的第一滑塊(73)鑲 嵌在第一指段(4)的第一槽中，且與所述的柔性件(96)接觸，抓取物體時(shí)沿垂直于柔性件 (96)方向滑動(dòng)；第二滑塊(74)鑲嵌在第一指段(4)的第二槽中，所述的齒條(72)與第二 滑塊(74)固接，所述的第一齒輪(71)套固在遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸(5)上，第一齒輪(71)與齒條(72) 嚙合；所述的第一槽和第二槽平行，第一滑塊(73)與第二滑塊(74)活接觸；所述的第一簧 件(81)設(shè)置在第一指段(4)中并且第一簧件(81)的兩端分別與第一指段(4)和第一滑塊 (73)相連接；所述的第二簧件(82)設(shè)置在第一指段⑷和第二指段(6)之間并且第二簧 件(82)的兩端分別與第一指段⑷和第二指段(6)相連接，或者所述的第二簧件(82)設(shè) 置在第一指段(4)中并且第二簧件(82)的兩端分別與第二滑塊(74)和第一指段(4)相連 接。
3.如權(quán)利要求1或2所述的雙滑塊式并聯(lián)耦合欠驅(qū)動(dòng)機(jī)器人手指裝置，其特征在于 在所述的第一滑塊(73)上設(shè)有與柔性件(96)平行的第一滑槽(75)或通孔，所述的柔性件(96)穿過第一滑塊(73)上的通孔或槽與第一滑塊(73)相接觸；
4.如權(quán)利要求1或2所述的雙滑塊式并聯(lián)耦合欠驅(qū)動(dòng)機(jī)器人手指裝置，其特征在于 所述的柔性件(96)采用平帶、齒形帶、腱繩或鏈條，所述的第四傳動(dòng)輪(78)采用帶輪、齒 輪、繩輪或鏈輪。柔性件(96)和第四傳動(dòng)輪(78)形成傳動(dòng)關(guān)系。
5.如權(quán)利要求1或2所述的雙滑塊式并聯(lián)耦合欠驅(qū)動(dòng)機(jī)器人手指裝置，其特征在于 所述的第一滑塊(73)與第二滑塊(74)的活接觸方式采用第一滑塊(73)與第二滑塊(74) 單面接觸，所述的第一滑塊(73)推動(dòng)第二滑塊(74)向手指內(nèi)滑移。
6.如權(quán)利要求1或2所述的雙滑塊式并聯(lián)耦合欠驅(qū)動(dòng)機(jī)器人手指裝置，其特征在于 所述的第一滑塊(73)與第二滑塊(74)的活接觸方式采用繩(97)連接，所述的第一滑塊 (73)拉動(dòng)第二滑塊(74)向手指里滑移。
7.如權(quán)利要求1或2所述的雙滑塊式并聯(lián)耦合欠驅(qū)動(dòng)機(jī)器人手指裝置，其特征在于 所述的第一簧件(81)采用拉簧、壓簧或彈性繩；第二簧件(82)采用壓簧、扭簧、拉簧或彈性 繩。
8.如權(quán)利要求1或2所述的雙滑塊式并聯(lián)耦合欠驅(qū)動(dòng)機(jī)器人手指裝置，其特征在于 還包括傳動(dòng)機(jī)構(gòu)；所述的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括減速器(91)、第二齒輪(92)和第三齒輪(93)；所 述的電機(jī)(2)的輸出軸與減速器(91)的輸入軸相連，所述的第二齒輪(92)套固在減速器 (91)的輸出軸上，所述的第三齒輪(93)套固在近關(guān)節(jié)軸(3)上，所述的第二齒輪(92)與第 三齒輪(93)嚙合。
9.如權(quán)利要求1或2所述的雙滑塊式并聯(lián)耦合欠驅(qū)動(dòng)機(jī)器人手指裝置，其特征在于 所述的第二滑塊(74)表面覆蓋有第二滑塊表面板(741)。
10.如權(quán)利要求1或2所述的雙滑塊式并聯(lián)耦合欠驅(qū)動(dòng)機(jī)器人手指裝置，其特征在于 所述的近關(guān)節(jié)軸(3)與基座(1)之間設(shè)置有軸承，所述的近關(guān)節(jié)軸(3)與第四傳動(dòng)輪(78) 之間設(shè)置有軸承。
全文摘要
雙滑塊式并聯(lián)耦合欠驅(qū)動(dòng)機(jī)器人手指裝置，屬于擬人機(jī)器人手技術(shù)領(lǐng)域。該裝置包括基座、近關(guān)節(jié)軸、第一指段、遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸、第二指段、柔性件、齒輪、齒條和簧件。該裝置實(shí)現(xiàn)了耦合轉(zhuǎn)動(dòng)與欠驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)緊密結(jié)合的傳動(dòng)效果，能耦合擬人化抓取，且具備欠驅(qū)動(dòng)自適應(yīng)功能。整個(gè)手指結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔，制造加工成本低；將耦合傳動(dòng)與欠驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)有機(jī)融合起來(lái)，利用滑塊活接觸方式實(shí)現(xiàn)自然解耦，此解耦不消耗電機(jī)功率，能量利用率高。該裝置外形與人手指相似，可以作為機(jī)器人手的一個(gè)手指或手指的一部分，也可以用多個(gè)手指組合成為機(jī)器人手，用以達(dá)到擬人機(jī)器人手高關(guān)節(jié)自由度、高自適應(yīng)性的優(yōu)良效果。
文檔編號(hào)B25J15/08GK101941204SQ20101012495
公開日2011年1月12日 申請(qǐng)日期2010年3月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月12日
發(fā)明者孫杰, 張文增 申請(qǐng)人:清華大學(xué)