專利名稱：柔性件齒條式并聯(lián)耦合欠驅(qū)動(dòng)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，特別涉及一種柔性件齒條式并聯(lián)耦合欠驅(qū)動(dòng) 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(jiàn)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 101633171A, 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 3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(guò)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，提供一種柔性件齒條式并聯(lián)耦合 欠驅(qū)動(dòng)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)明所述的一種柔性件齒條式并聯(lián)耦合欠驅(qū)動(dòng)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 第二指段套固在遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸上；其特征在于該柔性件齒條式并聯(lián)耦合欠驅(qū)動(dòng)手指裝置還包 括第一齒輪、齒條、第一滑塊、第二滑塊、第四傳動(dòng)輪、第一簧件和柔性件；所述的第四傳動(dòng) 輪套固在遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸上，第四傳動(dòng)輪與第二指段固接；所述的第一指段套固在近關(guān)節(jié)軸上； 所述的第一齒輪套設(shè)在近關(guān)節(jié)軸上，第一齒輪與基座固接；所述的齒條與第一滑塊固接，齒 條與第一齒輪嚙合；所述的柔性件一端與第二指段的末端固接，另一端從第一指段上部穿 過(guò)與第一指段的中部或下部固接；所述的第一滑塊鑲嵌在第一指段的第一槽中；第二滑塊
4鑲嵌在第一指段的第二槽中，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)；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 一指段與第二指段之間并且第一簧件的兩端分別與第一指段和第二指段相連。本發(fā)明所述的一種柔性件齒條式并聯(lián)耦合欠驅(qū)動(dòng)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；其特征在于該柔性件齒條式并聯(lián)耦合欠驅(qū)動(dòng)手指裝 置還包括第一齒輪、齒條、第一滑塊、第二滑塊、第一簧件、第二簧件和柔性件；所述的第四 傳動(dòng)輪套固在遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸上，第四傳動(dòng)輪與第二指段固接；所述的第一指段套接在近關(guān)節(jié)軸 上；所述的第二簧件的兩端分別連接第一指段和近關(guān)節(jié)軸；所述的第一齒輪套設(shè)在近關(guān)節(jié) 軸上，第一齒輪與基座固接；所述的齒條與第一滑塊固接，齒條與第一齒輪嚙合；所述的柔 性件一端與第二指段的末端固接，另一端從第一指段上部穿過(guò)與第一指段的中部或下部固 接；所述的第一滑塊鑲嵌在第一指段的第一槽中；第二滑塊鑲嵌在第一指段的第二槽中， 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)；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)置在第一指段與第二指段之間并且第 一簧件的兩端分別與第一指段和第二指段相連。本發(fā)明所述的柔性件齒條式并聯(lián)耦合欠驅(qū)動(dòng)手指裝置，其特征在于在所述的第 二滑塊上設(shè)有與柔性件平行的第二滑槽或通孔，所述的柔性件穿過(guò)第二滑塊上的通孔或槽 與第二滑塊相接觸。本發(fā)明所述的柔性件齒條式并聯(lián)耦合欠驅(qū)動(dòng)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，所述的 柔性件和第四傳動(dòng)輪形成傳動(dòng)關(guān)系。本發(fā)明所述的柔性件齒條式并聯(lián)耦合欠驅(qū)動(dòng)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)明所述的柔性件齒條式并聯(lián)耦合欠驅(qū)動(dòng)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)第二滑塊向手指內(nèi)滑移。本發(fā)明所述的柔性件齒條式并聯(lián)耦合欠驅(qū)動(dòng)手指裝置，其特征在于所述的第一 簧件采用扭簧、拉簧或壓簧；本發(fā)明所述的柔性件齒條式并聯(lián)耦合欠驅(qū)動(dòng)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)明所述的柔性件齒條式并聯(lián)耦合欠驅(qū)動(dòng)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)明所述的柔性件齒條式并聯(lián)耦合欠驅(qū)動(dòng)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)軸與第一齒輪之間設(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)明裝置利用雙柔性件、雙滑塊和簧件綜合實(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)明提供的柔性件齒條式并聯(lián)耦合欠驅(qū)動(dòng)手指裝置的一種實(shí)施例的側(cè) 剖視圖。圖2是圖1所示實(shí)施例的正剖視圖(也是圖1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是本發(fā)明又一種實(shí)施例(第三簧件連接第二滑塊和第一指段的實(shí)施例)的正 剖視圖。圖6是圖1所示實(shí)施例外觀的側(cè)視圖。圖7是圖1所示實(shí)施例外觀的正視圖。圖8是圖1所示實(shí)施例外觀的立體圖。圖9是圖1所示實(shí)施例的部分零件的立體圖。圖10是圖1所示實(shí)施例的三維爆炸圖。圖11、12、13、14是圖1所示實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)耦合抓取過(guò)程的側(cè)面外觀示意圖。圖15、16、17、18是圖1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(guò)程的 側(cè)面外觀示意圖。圖19、20、21、22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(guò)程 的側(cè)面外觀示意圖。在圖1至圖22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-_第一指段架，42-第一指段背板，
421-第二凸塊，43-_第一指段右支承板，5-遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸，
6_第二指段，71--第一齒輪，72-齒條，
73-第一滑塊，74--第二滑塊，741-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，91--減速器，92-第二齒輪，
93-第三齒輪，94-_套筒，95-銷，
96-柔性件，97--繩，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(guò)程。本發(fā)明設(shè)計(jì)的一種柔性件齒條式并聯(lián)耦合欠驅(qū)動(dòng)手指裝置的實(shí)施例，剖視圖如圖 1、2所示，外觀如圖6、7所示，立體外觀如圖8所示，部分零件如圖9所示，三維爆炸圖如圖 10所示，動(dòng)作原理如圖11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22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套固在遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸5上；其特征在于該柔性 件齒條式并聯(lián)耦合欠驅(qū)動(dòng)手指裝置還包括第一齒輪71、齒條72、第一滑塊73、第二滑塊74、 第四傳動(dòng)輪78、第一簧件81和柔性件96 ；所述的第四傳動(dòng)輪78套固在遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸5上，第四 傳動(dòng)輪78與第二指段6固接；所述的第一指段4套固在近關(guān)節(jié)軸3上；所述的第一齒輪71 套設(shè)在近關(guān)節(jié)軸3上，第一齒輪71與基座1固接；所述的齒條72與第一滑塊73固接，齒條 72與第一齒輪71嚙合；所述的柔性件96 —端與第二指段6的末端固接，另一端從第一指段 4上部穿過(guò)與第一指段4的中部或下部固接；所述的第一滑塊73鑲嵌在第一指段4的第一 槽中；第二滑塊74鑲嵌在第一指段4的第二槽中，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)；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與第二指段6之間并且第一簧件81的兩端分 別與第一指段4和第二指段6相連。本實(shí)施例中，在所述的第二滑塊74上設(shè)有與柔性件96平行的第二滑槽76或通 孔，所述的柔性件96穿過(guò)第二滑塊74上的通孔或槽與第二滑塊74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。所述的柔性件97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可推動(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向手指里移動(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采用扭簧，也可以采用、拉簧或壓簧。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?；瑝K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。
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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 一齒輪71之間設(shè)置有軸承。本發(fā)明還提供的一種可變抓取力的柔性件齒條式并聯(lián)耦合欠驅(qū)動(dòng)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；其特征在于該柔性件齒條式并聯(lián)耦合欠驅(qū)動(dòng)手指 裝置還包括第一齒輪71、齒條72、第一滑塊73、第二滑塊74、第一簧件81、第二簧件82和 柔性件96 ；所述的第四傳動(dòng)輪78套固在遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸5上，第四傳動(dòng)輪78與第二指段6固接； 所述的第一指段4套接在近關(guān)節(jié)軸3上；所述的第二簧件82的兩端分別連接第一指段4和 近關(guān)節(jié)軸3 ；所述的第一齒輪71套設(shè)在近關(guān)節(jié)軸3上，第一齒輪71與基座1固接；所述的 齒條72與第一滑塊73固接，齒條72與第一齒輪71嚙合；所述的柔性件96 —端與第二指 段6的末端固接，另一端從第一指段4上部穿過(guò)與第一指段4的中部或下部固接；所述的第 一滑塊73鑲嵌在第一指段4的第一槽中；第二滑塊74鑲嵌在第一指段4的第二槽中，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)；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與第二指段 6之間并且第一簧件81的兩端分別與第一指段4和第二指段6相連。所述的第二簧件82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上的第二簧件82產(chǎn)生形變，可帶動(dòng)第一指段4轉(zhuǎn)動(dòng).本發(fā)明還提供的一種柔性件齒條式并聯(lián)耦合欠驅(qū)動(dòng)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K73 向手指里移動(dòng)時(shí)，第一滑塊73可拉動(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。本發(fā)明還提供的一種柔性件齒條式并聯(lián)耦合欠驅(qū)動(dòng)手指裝置的實(shí)施例，其剖視圖 如圖5所示。第三簧件83采用壓簧，所述的壓簧的兩端分別連接第二滑塊74和第一指段 4 ；第三簧件83也可以采用扭簧，所述的扭簧套設(shè)在遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸5上，扭簧的兩端分別連接第 一指段4和第二指段6 ；第三簧件83也可以采用拉簧或彈性繩，所述的第三簧件83的兩端 分別連接第一指段4和第二指段6。下面結(jié)合附圖介紹圖1所示的柔性件齒條式并聯(lián)耦合欠驅(qū)動(dòng)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11所示，此時(shí)手指未接觸物體97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)；第一簧 件81采用的是扭簧，該扭簧迫使第二指段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(guò)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(guò)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)。由于第一齒輪71套接在近關(guān)節(jié)軸3上且與基座1固接，因此第一指段4的轉(zhuǎn)動(dòng)，會(huì)使得與齒條72被第一齒輪71反向撥動(dòng)(齒 條72向手指內(nèi)部平移運(yùn)動(dòng))，于是鑲嵌在第一指段4中的第一滑塊73隨著齒條向手指內(nèi)部 平移運(yùn)動(dòng)。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，第二滑塊74把柔性件96壓向手指里，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)，第四傳 動(dòng)輪78和第一齒輪71分度圓直徑之比要根據(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(guò)程如圖11、12、13、14所示。放開(kāi)物體的過(guò)程與上述抓取物體的過(guò)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(kāi)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(guò)程有兩種欠驅(qū)動(dòng)抓取過(guò)程1)第一種欠驅(qū)動(dòng)抓取過(guò)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)把柔性件96壓向手指里，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(guò)程如圖15、16、17、18所示。2)第二種欠驅(qū)動(dòng)抓取過(guò)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(jiàn)前述的耦合抓取過(guò)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)了一段較小的距離八d，因此該變化的距離將使得 柔性件96被壓向手指里，從而帶動(dòng)第四傳動(dòng)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大于第一齒輪的分度圓半徑Γι，通 過(guò)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(guò)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(guò)程中會(huì)移動(dòng)一個(gè)較小的距離屯，屯=δ T10而第二滑塊在第一指段的較小角度δ的轉(zhuǎn) 動(dòng)過(guò)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(kāi)，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(guò)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(guò)程。此欠驅(qū)動(dòng)抓取實(shí)現(xiàn)
9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(guò)程如圖19、20、21、22所示。綜合(a)和(b)耦合和自適應(yīng)抓取過(guò)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。
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權(quán)利要求
一種柔性件齒條式并聯(lián)耦合欠驅(qū)動(dòng)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)套固在遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸(5)上；其特征在于該柔性件齒條式并聯(lián)耦合欠驅(qū)動(dòng)手指裝置還包括第一齒輪(71)、齒條(72)、第一滑塊(73)、第二滑塊(74)、第四傳動(dòng)輪(78)、第一簧件(81)和柔性件(96)；所述的第四傳動(dòng)輪(78)套固在遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸(5)上，第四傳動(dòng)輪(78)與第二指段(6)固接；所述的第一指段(4)套固在近關(guān)節(jié)軸(3)上；所述的第一齒輪(71)套設(shè)在近關(guān)節(jié)軸(3)上，第一齒輪(71)與基座(1)固接；所述的齒條(72)與第一滑塊(73)固接，齒條(72)與第一齒輪(71)嚙合；所述的柔性件(96)一端與第二指段(6)的末端固接，另一端從第一指段(4)上部穿過(guò)與第一指段(4)的中部或下部固接；所述的第一滑塊(73)鑲嵌在第一指段(4)的第一槽中；第二滑塊(74)鑲嵌在第一指段(4)的第二槽中，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)；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)與第二指段(6)之間并且第一簧件(81)的兩端分別與第一指段(4)和第二指段(6)相連。
2.一種柔性件齒條式并聯(lián)耦合欠驅(qū)動(dòng)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)⑵設(shè)置在基座⑴中，電機(jī) ⑵的輸出軸與近關(guān)節(jié)軸⑶相連；所述的近關(guān)節(jié)軸⑶套設(shè)在所述的基座⑴中，所述的 遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸(5)套設(shè)在第一指段⑷中，所述的第二指段(6)套固在所述的遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸(5)上； 其特征在于該柔性件齒條式并聯(lián)耦合欠驅(qū)動(dòng)手指裝置還包括第一齒輪(71)、齒條(72)、 第一滑塊(73)、第二滑塊(74)、第一簧件(81)、第二簧件(82)和柔性件(96)；所述的第四 傳動(dòng)輪(78)套固在遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸(5)上，第四傳動(dòng)輪(78)與第二指段(6)固接；所述的第一指 段(4)套接在近關(guān)節(jié)軸(3)上；所述的第二簧件(82)的兩端分別連接第一指段(4)和近關(guān) 節(jié)軸(3)；所述的第一齒輪(71)套設(shè)在近關(guān)節(jié)軸(3)上，第一齒輪(71)與基座(1)固接； 所述的齒條(72)與第一滑塊(73)固接，齒條(72)與第一齒輪(71)嚙合；所述的柔性件 (96) 一端與第二指段(6)的末端固接，另一端從第一指段(4)上部穿過(guò)與第一指段(4)的 中部或下部固接；所述的第一滑塊(73)鑲嵌在第一指段(4)的第一槽中；第二滑塊(74)鑲 嵌在第一指段(4)的第二槽中，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)；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)與第二指段(6)之間并且第一簧件(81)的兩端分別 與第一指段(4)和第二指段(6)相連。
3.如權(quán)利要求1或2所述的柔性件齒條式并聯(lián)耦合欠驅(qū)動(dòng)手指裝置，其特征在于在 所述的第二滑塊(74)上設(shè)有與柔性件(96)平行的第二滑槽(76)或通孔，所述的柔性件 (96)穿過(guò)第二滑塊(74)上的通孔或槽與第二滑塊(74)相接觸。
4.如權(quán)利要求1或2所述的柔性件齒條式并聯(lián)耦合欠驅(qū)動(dòng)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，所述的柔性件(97)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所述的柔性件齒條式并聯(lián)耦合欠驅(qū)動(dòng)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所述的柔性件齒條式并聯(lián)耦合欠驅(qū)動(dòng)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)向手指內(nèi)滑移。
7.如權(quán)利要求1或2所述的柔性件齒條式并聯(lián)耦合欠驅(qū)動(dòng)手指裝置，其特征在于所 述的第一簧件(81)采用扭簧、拉簧或壓簧；
8.如權(quán)利要求1或2所述的柔性件齒條式并聯(lián)耦合欠驅(qū)動(dòng)手指裝置，其特征在于 所述裝置還包括傳動(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所述的柔性件齒條式并聯(lián)耦合欠驅(qū)動(dòng)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所述的柔性件齒條式并聯(lián)耦合欠驅(qū)動(dòng)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)與第一齒輪(71)之間 設(shè)置有軸承。
全文摘要
柔性件齒條式并聯(lián)耦合欠驅(qū)動(dòng)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、齒輪、齒條、柔性件和簧件。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)B25J15/08GK101941206SQ201010124980
公開(kāi)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)