專利名稱：一種欠驅(qū)動精巧傳動結(jié)構(gòu)的仿人手的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于仿人機器人技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種欠驅(qū)動精巧傳動機構(gòu)的仿人手的機構(gòu)設(shè)計。
背景技術(shù)：
仿人機器人是與人類最接近的一種機器人，與傳統(tǒng)的輪式機器人或履帶機器人相比，仿人機器人更接近人類日常生活環(huán)境，同時更便于使用為人類發(fā)明設(shè)計的各種工具，因此，仿人機器人具有廣闊的發(fā)展前景。與人類類似，仿人機器人的很多功能都要通過手部操作來實現(xiàn)，因此機器人手是機器人不可或缺的一部分，相對于機器人的其它部分，仿人手具有自由度多，體積小，非常靈巧，控制復(fù)雜等特點與難點。目前現(xiàn)有的靈巧手雖然控制靈活，但是結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，質(zhì)量過重，控制難度相當(dāng)大，制造和維護成本很高，這些因素阻礙了靈巧手在仿人機器人上的廣泛推廣應(yīng)用。中國發(fā)明專利CN 101633171A，包括基座、電機、近關(guān)節(jié)軸、遠關(guān)節(jié)軸和末端指段，還包括分別實現(xiàn)耦合和欠驅(qū)動轉(zhuǎn)動的傳動機構(gòu)以及多個簧件解耦裝置等。當(dāng)手指碰觸物體前實現(xiàn)多關(guān)節(jié)耦合轉(zhuǎn)動的效果，當(dāng)手指碰觸物體后采用多關(guān)節(jié)欠驅(qū)動方式抓取物體。該裝置的不足之處為該裝置由于采用了兩套傳動機構(gòu)分別實現(xiàn)耦合和欠驅(qū)動抓取，使得整個手指結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造加工成本高；該裝置的兩套傳動機構(gòu)平行排列，再加上多個簧件在關(guān)節(jié)軸上安裝，使手指過于粗大。中國發(fā)明專利CN 101941205A，柔性滑塊式并聯(lián)耦合欠驅(qū)動機器人手指裝置，包括基座、近關(guān)節(jié)軸、第一指段、遠關(guān)節(jié)軸、第二指段和電機，還包括傳動輪、滑塊、簧件、及柔性件等。將耦合傳動與欠驅(qū)動傳動結(jié)合起來，利用滑塊活接觸方式使手指彎曲抓起物體。該裝置不足之處仍為結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，總體尺寸也比人手打大很多。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對上述現(xiàn)有技術(shù)中仿人手及機械臂機構(gòu)的不足之處，提供一種欠驅(qū)動精巧傳動機構(gòu)的仿人手裝置，該裝置結(jié)構(gòu)簡單緊湊，傳遞精度高，安裝方便，質(zhì)量輕，體積小，所需電機少，和普通人手差不多大小，適合作為仿人機器人手或機械臂手使用。本發(fā)明解決技術(shù)問題采取的技術(shù)方案如下本發(fā)明所述的一種欠驅(qū)動精巧傳動機構(gòu)的仿人手裝置，包括手掌、五根手指；其中，手指包括第一指節(jié)、第二指節(jié)、第三指節(jié)、第四指節(jié)、傳動關(guān)節(jié)、圓柱齒輪，冠狀齒輪，圓柱齒輪傳動軸、冠狀齒輪連接軸、關(guān)節(jié)定位柱、電機及減速器等。所述的第一指節(jié)上固定有減速器，所述的減速器下邊連接有電機，同時減速器連接一級圓柱齒輪，所述的一級圓柱齒輪與第一關(guān)節(jié)中的一對冠狀齒輪嚙合；所述的一對冠狀齒輪中間通過冠狀齒輪連接軸連接，外側(cè)分別與第二指節(jié)的左右兩端連接，其中左邊冠齒輪與根指關(guān)節(jié)固定連接，而右邊冠齒輪只取介輪作用，與第二指節(jié)不固定；與所述的一級圓柱齒輪相對的一端，二級圓柱齒輪與所述冠狀齒輪嚙合，此圓柱齒輪與第二指節(jié)圓柱齒輪傳動軸連接；所述的第二指節(jié)圓柱齒輪傳動軸裝在第二指節(jié)關(guān)節(jié)定位柱上；所述關(guān)節(jié)定位柱固定在第二指節(jié)關(guān)節(jié)中心；第三指節(jié)和第四指節(jié)結(jié)構(gòu)均與第二指節(jié)類似，但在第三指節(jié)，冠狀齒輪中的介輪位置跟第二指節(jié)介輪位置不同。三關(guān)節(jié)串聯(lián)平行排列。本發(fā)明所述的一種欠驅(qū)動精巧傳動機構(gòu)的仿人手手指裝置，其特征在于所述傳動關(guān)節(jié)中的圓柱齒輪和冠狀齒輪可換成圓錐齒輪；本發(fā)明所述的一種欠驅(qū)動精巧傳動機構(gòu)的仿人手手指裝置，其特征在于所述的二級圓柱齒輪和可動冠狀齒輪嚙合的位置開一小口，以免齒輪相互之間卡死，使運動傳遞更流暢。本發(fā)明所述的一種欠驅(qū)動精巧傳動機構(gòu)的仿人手手指裝置，其特征在于通過調(diào)節(jié)通過調(diào)節(jié)冠狀齒輪與圓柱齒輪之間的傳動比和改變指節(jié)的長度可實現(xiàn)不同角度，不同幅度的彎曲轉(zhuǎn)動。本發(fā)明的有益效果及優(yōu)點是本精巧傳動機構(gòu)的仿人手結(jié)構(gòu)簡單緊湊，傳遞精度高，安裝方便，質(zhì)量輕，體積小，所需電機少，且能根據(jù)需要調(diào)節(jié)所述冠狀齒輪與圓柱齒輪之間的傳動比和改變各指節(jié)的長度實現(xiàn)不同角度的偏轉(zhuǎn)，適合作為仿人機器人手和機械臂手使用。


圖1是本發(fā)明提供的一種欠驅(qū)動精巧傳動機構(gòu)的仿人手的正面整體外觀圖。圖2是本實施例的手指的正面外觀圖。圖3是圖2的A-A向剖視圖。圖4是本實施例指關(guān)節(jié)運動的原理圖。圖5是本實施例的手指關(guān)節(jié)定位柱(13)的等軸測視圖。圖中1第一指節(jié)，2第二指節(jié)，3第三指節(jié)，4第四節(jié)，5 —級圓柱齒輪，6固定冠狀齒輪，7可動冠狀齒輪，8 二級圓柱齒輪，9冠狀齒輪連接軸，10減速器，11電機，12圓柱齒輪連接軸，13關(guān)節(jié)定位柱，14手掌，15拇指，16食指，17中指，18無名指，19小指。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步說明，但不作為對本發(fā)明的限定。參見圖1，一種欠驅(qū)動精巧傳動機構(gòu)的仿人手裝置，總體上由手掌(14)、拇指
(15)、食指(16)、中指(17)、無名指(18)、小指(19)組成；其中所述手指包括第一指節(jié)(I )、第二指節(jié)(2)、第三指節(jié)(3)、第四指節(jié)(4)、一級圓柱齒輪(5)，可動冠狀齒輪(6)，固定冠狀齒輪(7 )，二級圓柱齒輪(8 )，圓柱齒輪傳動軸(12)、冠狀齒輪連接軸(9 )、電機(11)、減速器
(10)及關(guān)節(jié)定位柱(13)。所述的第一指節(jié)(I)上固定有減速器(10)，所述的減速器(10)下邊連接有電機(11)，同時減速器連接一級圓柱齒輪(5)，所述的一級圓柱齒輪(5)與第一關(guān)節(jié)中的一對冠狀齒輪(6、7 )嚙合；所述的一對冠狀齒輪(6、7 )中間通過冠狀齒輪連接軸(9 )連接，外側(cè)分別與第二指節(jié)(2)的左右兩端連接，其中固定冠齒輪(6)與第二指節(jié)(2)左邊固定連接，而可動冠齒輪(7)只起介輪作用，安裝在冠狀齒輪連接軸(9)上；與所述的一級圓柱齒輪(5)相對的一端，二級圓柱齒輪(8)與所述冠狀齒輪(6、7)嚙合，此二級圓柱齒輪(8)與第二指節(jié)圓柱齒輪傳動軸(12)連接，所述的第二指節(jié)圓柱齒輪傳動軸(12)由第二指節(jié)定位柱(13)定位；所述的第二指節(jié)定位柱(13)固定在第二指節(jié)(2)中心；第三指節(jié)(3)和第四指節(jié)(4)均與第二指節(jié)(2)類似，但在第三指節(jié)，冠狀齒輪中的介輪位置跟第二指節(jié)
(2)中介輪位置不同；三關(guān)節(jié)串聯(lián)平行排列；所述的各手指通過第一指節(jié)與手掌(14)固定。本實施例的工作原理，如圖2所示，現(xiàn)敘述如下電機(11)通過減速器(10)帶動一級圓柱齒輪(5)轉(zhuǎn)動，如圖2假設(shè)按圖示方向轉(zhuǎn)動，則與之嚙合的可動冠狀齒輪(6)隨之轉(zhuǎn)動，可動冠狀齒輪(6)的轉(zhuǎn)動一方面帶動第二指節(jié)(2)繞冠狀齒輪連接軸(9)轉(zhuǎn)動，另一方面帶動與之嚙合的二級圓柱齒輪(8)繞如圖所示方向轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)第二指節(jié)(2)轉(zhuǎn)動的同時，又能將轉(zhuǎn)動傳到下一級；第三指節(jié)(3)和第四指節(jié)(4)運動方式與之類似；每個手指的運動也類似，均由一個電機驅(qū)動，實現(xiàn)該仿人手抓取物體。以上所述的實施例，只是本發(fā)明較優(yōu)選的具體實施方式
的一種，本領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明技術(shù)方案范圍內(nèi)進行的變化和替換都應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種欠驅(qū)動精巧傳動結(jié)構(gòu)的仿人手，包括手掌(14)、拇指(15)、食指(16)、中指(17)、無名指(18)和小指(19)，其特征在于 所述食指(16)、中指(17)、無名指(18)、小指(19)均包括第一指節(jié)(I)、第二指節(jié)(2)、第三指節(jié)(3 )及第四指節(jié)(4 )，通過三個傳動關(guān)節(jié)相連； 所述拇指(15)包括第一指節(jié)(I)、第三指節(jié)(3)、第四指節(jié)(4)，通過兩個傳動關(guān)節(jié)相連； 各個手指通過各自的第一指節(jié)(I)固定在所述手掌(14)上； 所述食指(16)、中指(17)、無名指(18)、小指(19)的四個手指指節(jié)(1、2、3、4)均為矩形結(jié)構(gòu)； 各個所述傳動關(guān)節(jié)分別包括一級圓柱齒輪(5)、固定冠狀齒輪(6)、可動冠狀齒輪(7)、二級圓柱齒輪(8)，以及冠狀齒輪連接軸(9)； 各所述第一指節(jié)(I)上分別固定有減速器(10)，各所述減速器下邊分別連接電機(11)； 所述各指節(jié)中心固定有關(guān)節(jié)定位柱(13)，所述關(guān)節(jié)定位柱(13)中心通過圓柱傳動軸(12)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的仿人手，其特征在于，所述一級圓柱齒輪(5)和所述固定冠狀齒輪(6)及可動冠狀齒輪(7)嚙合，所述固定冠狀齒輪(6)及可動冠狀齒輪(7)還與二級圓柱齒輪(8)嚙合；由此將轉(zhuǎn)動傳到所述第二指節(jié)(2)，再傳到所述第三指節(jié)(3)及第四指節(jié)(4)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的仿人手，其特征在于，所述第二指節(jié)(2)，通過與所述固定冠狀齒輪(6 )固定實現(xiàn)自身的轉(zhuǎn)動，而所述可動冠狀齒輪(7 )不與第二指節(jié)(2 )固定。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的仿人手，其特征在于，所述的二級圓柱齒輪(8)和可動冠狀齒輪(7)嚙合的位置開一小口，以免齒輪相互之間卡死，使傳遞運動更流暢。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的仿人手，其特征在于，所述仿人手可通過調(diào)節(jié)冠狀齒輪與圓柱齒輪之間的傳動比和改變各指節(jié)(2、3、4)的長度可實現(xiàn)不同角度，不同幅度的彎曲轉(zhuǎn)動。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種欠驅(qū)動精巧傳動結(jié)構(gòu)的仿人手，該手有五個手指，大拇指由兩個關(guān)節(jié)組成，其它手指均由三個關(guān)節(jié)組成。拇指之外的手指主要由冠狀齒輪，圓柱齒輪，冠狀齒輪連接軸及其相關(guān)部分組成，其各關(guān)節(jié)是緊密聯(lián)系在一起的整體，通過一個電機即可實現(xiàn)每個手指的轉(zhuǎn)動首先由電機帶動第一個圓柱齒輪，使與之相嚙合的左右兩個冠狀齒輪向相反方向轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)指節(jié)轉(zhuǎn)動的同時，帶動與之嚙合的另一圓柱齒輪轉(zhuǎn)動，從而將傳動傳到下一指節(jié)；下兩個關(guān)節(jié)的傳動方式與之類似。本精巧傳動機構(gòu)的仿人手結(jié)構(gòu)簡單緊湊，傳遞精度高，安裝方便，質(zhì)量輕，體積小，所需電機少，適合作為仿人手或機械臂上使用。
文檔編號B25J15/10GK103009398SQ201210551850
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月18日
發(fā)明者張偉民, 黃強, 陳曉鵬, 黃高 申請人:北京理工大學(xué)