專利名稱：帶輪欠驅動機器人手指裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于擬人機器人技術領域，特別涉及一種帶輪欠驅動機器人手指裝置的結構設計。
技術背景與人類似，擬人機器人的多數功能要通過手部操作來實現，因而手部結構是擬人機器人 的重要組成部分，其設計是擬人機器人的關鍵技術之一。為了增加手部的擬人化，手部要設 計較多的關節(jié)自由度，然而，為了減輕擬人機器人手部的控制難度，以及減小手部的體積、 重量，需要減少驅動器數目，這兩者有一定的矛盾，另外，為了更好地抓取物體，還需要手 指在抓取物體時具有一定的自適應性。本發(fā)明提供的機器人擬人手指欠驅動裝置能夠更好的 實現較多關節(jié)自由度、較少驅動器數目、抓取不同形狀、尺寸的物體時的較強的自適應性這 三個目標。已有的一種自適應欠驅動機械手裝置，如美國發(fā)明專利US5762390A,包括第一指段、第 二指段、第三指段、電機、帶輪傳動機構、絲桿傳動機構、底座、連桿機構、彈簧。第一指 節(jié)、第二指節(jié)、第三指節(jié)與底座串聯鉸接在一起，并且兩兩之間設有彈簧和連桿相連，形成 多個四連桿機構，電機、帶輪傳動機構、絲桿傳動機構相串聯設置在底座里。該裝置由自身 攜帶的電機驅動，由帶輪傳動機構、絲桿傳動機構將電機的轉動轉化為連桿機構的運動。由 于彈簧的作用，第一、第二、第三指節(jié)初始保持伸直狀態(tài)。其工作原理為電機轉動，通過 帶輪傳動機構和絲桿傳動機構的運動，推動第一個四連桿機構運動，從而推動第一、第二、 第三指節(jié)同時轉動。當第一指節(jié)接觸到物體時，第一指節(jié)不再轉動，電機繼續(xù)轉動，設置在 第一、二指節(jié)之間的彈簧開始變形，同時，第一個四連桿機構變形運動，從而推動第二、三 指節(jié)繼續(xù)轉動。當第二指節(jié)也接觸到物體，第二指節(jié)不再轉動，電機繼續(xù)轉動，設置在第二、 三指節(jié)之間的彈簧開始變形，同時推動第二個四連桿機構變形運動，從而推動第三指節(jié)繼續(xù) 轉動，直到第三指節(jié)也接觸物體為止。該裝置的不足之處為多個連桿機構裝置復雜、體積大、制造成本高，手指外觀與人手 指有較大差異。 發(fā)明內容本發(fā)明的目的是針對已有技術的不足之處，提供一種帶輪欠驅動機器人手指裝置，結構 簡單、可靠，成本低，外形與人的手指相似，可以作為擬人機器人手的手指使用，以實現機 器人手采用較少驅動器驅動較多手指轉動關節(jié)，需要較低的控制系統要求，并具有抓取不同 形狀、尺寸的物體的自適應性。本發(fā)明的技術方案如下-本發(fā)明所述的帶輪欠驅動機器人手指裝置，主要包括基座、電機、減速器、第一齒輪、 第二齒輪、近關節(jié)軸、中部指段、遠關節(jié)軸、末端指段；所說的電機和減速器均與基座固接，電機的輸出軸與減速器的輸入軸相連，減速器的輸出軸與第一齒輪固接，第一齒輪與第二齒 輪相嚙合，第二齒輪固接于近關節(jié)軸，所說的近關節(jié)軸套設在基座中，所說的遠關節(jié)軸套設 在中部指段中，所說的末端指段套固在遠關節(jié)軸上；其特征在于該帶輪欠驅動機器人手指 裝置還包括主動輪、傳動件、從動輪、簧件；所說的中部指段套接在近關節(jié)軸上；所說的主 動輪套固在近關節(jié)軸上，所說的從動輪套固在遠關節(jié)軸上，所說的傳動件連接主動輪與從動 輪，所說的簧件的兩端分別連接中部指段和末端指段。本發(fā)明所述的帶輪欠驅動機器人手指裝置，其特征在于所說的傳動件采用平帶、齒形 帶、腱繩或鏈條，所說的主動輪采用帶輪、齒輪、繩輪或鏈輪，所說的從動輪采用帶輪、齒 輪、繩輪或鏈輪，所說的傳動件、主動輪和從動輪三者之間能夠配合形成傳動關系。本發(fā)明所述的帶輪欠驅動機器人手指裝置，其特征在于所說的簧件采用扭簧、拉簧、 壓簧、片簧、橡皮筋或彈性繩。本發(fā)明與現有技術相比，具有以下優(yōu)點和突出性效果本發(fā)明裝置利用一對帶輪機構、套接活動的多個中部指段及簧件所具有的解耦作用綜合 實現了雙關節(jié)欠驅動手指彎曲抓取物體的特殊效果，結構簡單、可靠、成本低，便于安裝維 護，與人的手指相似，體積小、重量輕，特別適合作為擬人機器人手的拇指或其他手指的一 部分，以較少驅動器驅動較多的轉動關節(jié)，僅需要較低的控制系統要求，并具有抓取不同形 狀、大小物體的很強的自適應性。


圖1是本發(fā)明提供的帶輪欠驅動機器人手指裝置的實施例的正面外觀圖。圖2是圖1的左側視圖。圖3是圖1的剖視圖。圖4是圖2的剖視圖。圖5是本實施例的簧件的安裝示意圖。圖6、圖8、圖9、圖ll、圖12是本實施例用中部指段、末端指段抓握物體過程示意。 圖7、圖10、圖13是本實施例用中部指段、末端指段抓握物體過程的示意圖，分別是對 應圖6、圖9、圖12的剖視圖。圖ll、圖12是本實施例用末端指段抓握物體過程的示意圖 在圖1至圖10中l(wèi)一基座， 2—電機， 3—近關節(jié)軸， 4一中部指段， 5—遠關節(jié)軸， 6—末端指段，7—主動輪， 8—傳動件， 9一從動輪，IO—簧件， ll一第一齒輪， 12—第二齒輪，13—物體， 21—減速器。
具體實施方式
本發(fā)明設計的一種帶輪欠驅動機器人手指裝置的實施例，如圖1圖2圖3圖4圖5所示， 主要包括基座1 *|幾2減速器21第一齒輪ll第二齒輪12近關節(jié)軸3中部指段4遠關節(jié)軸5末 端指段6;所說的電機2和減速器21均與基座1固接，電機2的輸出軸與減速器21的輸入 軸相連，減速器21的輸出軸與第一齒輪ll固接，第一齒輪11與第二齒輪12相嚙合，第二 齒輪12固接于近關節(jié)軸3，所說的近關節(jié)軸3套設在基座1中；所說的遠關節(jié)軸5套設在中 部指段4中，所說的末端指段6套固在遠關節(jié)軸5上 置包括主動輪7傳動件8從動輪9 簧件10:所說的中部指段4套接在近關節(jié)軸3上，所說的主動輪7套固在近關節(jié)軸3上，所 說的從動輪9套固在遠關節(jié)軸5上，所說的傳動件8連接主動輪7與從動輪9，所說的簧件 10的兩端分別連接中部指段4和末端指段6本發(fā)明所述的帶輪欠驅動機器人手指裝置中，所說的傳動件采用平帶齒形帶腱繩或鏈條， 所說的主動輪采用帶輪齒輪繩輪或鏈輪，所說的從動輪采用帶輪齒輪繩輪或鏈輪，所說的傳 動件主動輪和從動輪三者之間能夠配合形成傳動關系本實施例中，所說的傳動件8采用平帶，所說的主動輪7采用帶輪，所說的從動輪9采 用帶輪，所說的主動輪傳動件和從動輪之間能夠配合形成帶傳動關系本發(fā)明所述的帶輪欠驅動機器人手指裝置中，所說的簧件采用扭簧j廣壓簧片簧 筋 或彈性繩本實施例中，所說的簧件10采用扭簧本實施例的工作原理，如圖6圖7圖8圖9圖1Q圖U圖12圖13圖14圖15，敘述如下該裝置的初始位置如圖6圖11所示，此時中部指段4和末端指段6與基座1呈一直線， 即相當于人的手指伸直的狀態(tài)當使用裝有本發(fā)明提供的帶輪欠驅動機器人手指裝置的機器人 手抓取物體B時，電機2的輸出軸轉動，通過第一齒輪11帶動固接有第二齒輪12的近關節(jié) 軸3轉動，使主動輪7轉動由于簧件10的約束作用，中部指段4與末端指段6仿佛固接在一 起，因此主動輪7的轉動將通過傳動件8和從動輪9，優(yōu)先使得中部指段4和末端指段6 — 起繞著近關節(jié)軸3轉動，如圖7所示Itbl程直到中部指段4碰到物體13，此時如圖8 12所示當中部指段4碰到物體13被阻擋而無法繼續(xù)旋轉時，此時主動輪7將拉動傳動件8，讓 從動輪9轉動，使得遠關節(jié)軸5轉動，從而使末端指段6克服簧件10的彈力而轉動，同時簧 件10變形量增大，如圖9所示此過程直到末端指段6也碰到物體13，如圖1Q圖13所示至 此，本實施例裝置抓緊了物體13即使物體形狀大小不同，該裝置也能順利包絡物體如果該裝置中部指段4和末端指段6 同時旋轉時，末端指段6優(yōu)先于中部指段4接觸到物體13表面，過程示意如圖14 15所示， 由于末端指段6受到中部指段4的阻擋而難以反轉，因此該裝置將不再運動而牢牢用末端指 段抓緊物體當放開物體13時，電機2反向轉動，帶動近關節(jié)軸3反轉，帶動主動輪7反轉，從而通過傳動件8拉動從動輪7反向轉動，此時簧件10的變形量逐漸減小，末端指段6繞遠關節(jié)軸 5的軸線反轉而離開物體13表面，如圖9所示直到末端指段6己到達伸直狀態(tài)，如圖S12所 示由于末端指段6被中部指段4阻擋而不能再繼續(xù)反轉，此時電機2繼續(xù)反向轉動，將帶動 整個中部指段4遠關節(jié)軸5從動輪9和末端指段6—起繞著近關節(jié)軸3的軸線反向轉動，中部 指段4離開物體13表面，如圖7所示直到恢復到初始手指伸直的位置，如圖6 11所示本發(fā)明利用一對帶輪機構套接活動的多個中部指段及簧件所具有的解耦作用綜合實現了 雙關節(jié)欠驅動手指彎曲抓取物體的特殊效果.
權利要求
1. 一種帶輪欠驅動機器人手指裝置，包括基座(1)、電機(2)、減速器(21)、第一齒輪(11)、第二齒輪(12)、近關節(jié)軸(3)、中部指段(4)、遠關節(jié)軸(5)、末端指段(6)；所說的電機和減速器均與基座固接，電機的輸出軸與減速器的輸入軸相連，減速器的輸出軸與第一齒輪固接，第一齒輪與第二齒輪相嚙合，第二齒輪固接于近關節(jié)軸，所說的近關節(jié)軸套設在基座中，所說的遠關節(jié)軸套設在中部指段中，所說的末端指段套固在遠關節(jié)軸上；其特征在于該帶輪欠驅動機器人手指裝置還包括主動輪(7)、傳動件(8)、從動輪(9)、簧件(10)；所說的中部指段套接在近關節(jié)軸上；所說的主動輪套固在近關節(jié)軸上，所說的從動輪套固在遠關節(jié)軸上，所說的傳動件連接主動輪與從動輪，所說的簧件的兩端分別連接中部指段和末端指段。
2 $敝利要求1所述的帶輪欠驅動機器人手指裝置，其特征在于所說的傳動件采用平帶齒形帶腱繩或鏈條，所說的主動輪采用帶輪、 纟賺或鏈輪，所說的從動輪采用帶輪齒輪 繩輪或鏈輪，所說的傳動件主動輪和從動輪三者之間能夠配合形成傳動關系
3.女敝利要求1所述的帶輪欠驅動機器人手指裝置，其特征在于所說的簧件采用扭簧拉簧壓簧片簧^j支筋或彈性繩.
全文摘要
帶輪欠驅動機器人手指裝置，屬于擬人機器人技術領域，包括基座、電機、減速器、第一齒輪第二齒輪、近關節(jié)軸、中部指、段遠關節(jié)軸、末端指段。該裝置還包括主動輪、傳動件、從動輪、簧件；中部指段套接在近關節(jié)軸上，簧件的兩端分別連接中部指段和末端指段。該裝置利用一對帶輪機構套接活動的多個中部指段及簧件所具有的解耦作用綜合實現了雙關節(jié)欠驅動手指彎曲抓取物體的特殊效果，結構簡單、可靠、成本低，便于安裝維護，與人手指相似，體積小、重量輕，特別適合作為擬人機器人手的拇指或其他手指的一部分，以較少驅動器驅動較多的轉動關節(jié)，自動適應抓取不同形狀大小物體。
文檔編號B25J15/00GK101234489SQ20081005561
公開日2008年8月6日 申請日期2008年1月4日 優(yōu)先權日2008年1月4日
發(fā)明者張文增, 敏 邱 申請人:清華大學