專利名稱：齒條曲柄滑塊式并聯(lián)耦合欠驅(qū)動機器人手指裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于擬人機器人手技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種柔性件曲柄滑塊式并聯(lián)耦合欠 驅(qū)動機器人手指裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計。
背景技術(shù)：
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，機器人手具有 關(guān)節(jié)自由度多、體積小，非常靈巧、控制復(fù)雜等特點與難點。機器人手主要用于對物體的抓 持和空間移動以及做手勢等其它手部動作。目前現(xiàn)有 的靈巧手雖然控制靈活，但是電機數(shù) 量多，結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，控制難度相當(dāng)大，制造和維護成本非常高，這些因素阻礙了靈巧手型 機器人手在現(xiàn)實生活中的推廣應(yīng)用。近年來快速發(fā)展的耦合抓取型機器人手和欠驅(qū)動抓取 型機器人手雖然不具備靈巧手的高靈活度，但是電機數(shù)量少，結(jié)構(gòu)簡單，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。已有的一種雙關(guān)節(jié)并聯(lián)欠驅(qū)動機器人手指裝置，如中國發(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 耦合傳動機構(gòu)和欠驅(qū)動傳動機構(gòu)相互影響，雖然采用了三個簧件來解耦，但內(nèi)耗了電機的 功率；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，致使手指過于粗 大，增加了制造、安裝和維護的成本和難度。

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，提供一種齒條曲柄滑塊式并聯(lián)耦 合欠驅(qū)動機器人手指裝置，該裝置能實現(xiàn)耦合轉(zhuǎn)動與欠驅(qū)動轉(zhuǎn)動相結(jié)合的效果，能耦合擬 人化抓取，且具備欠驅(qū)動自適應(yīng)功能，結(jié)構(gòu)緊湊，制造、維護成本低，外形與人手指相似，適 用于擬人機器人手。本發(fā)明采用如下技術(shù)方案本發(fā)明所述的一種齒條曲柄滑塊式并聯(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，所述的電機設(shè)置在基座中，電機的輸出軸 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關(guān)節(jié)軸上；其特征在于該齒條曲柄滑塊式并聯(lián)耦合 欠驅(qū)動機器人手指裝置還包括齒輪、傳動輪、第一滑塊、齒條、第二滑塊、連桿、第一簧件和 第二簧件；所述的第一指段套固在近關(guān)節(jié)軸上；所述的齒輪套設(shè)在近關(guān)節(jié)軸上，并與基座 固接；所述的傳動輪套固在遠關(guān)節(jié)軸上，并與第二指段固接；所述的連桿一端與第二滑塊 鉸接，另一端與傳動輪鉸接；所述的齒條與第一滑塊固接，并與齒輪嚙合；在所述的第一指 段中設(shè)有相互平行的第一滑槽和第二滑槽，所述的第一滑塊鑲嵌在第一滑槽中，抓取物體時沿第一滑槽方向滑動；第二滑塊鑲嵌在第二滑槽中，抓取物體時沿第二滑槽方向滑動； 所述的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，第一簧件的一端 與第一指段相連，另一端與第一滑塊相連；所述的第二簧件設(shè)置在第一指段中，第二簧件的 兩端分別與第一指段和第二滑塊相連。本發(fā)明所述的一種齒條曲柄滑塊式并聯(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，所述的電機設(shè)置在基座中，電機的輸出軸 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關(guān)節(jié)軸上；其特征在于該齒條曲柄滑塊式并聯(lián)耦合 欠驅(qū)動機器人手指裝置還包括齒輪、傳動輪、第一滑塊、第二滑塊、第一簧件、第二簧件、第 三簧件、齒條和連桿；所述的第一指段套接在近關(guān)節(jié)軸上；所述的第三簧件套在近關(guān)節(jié)軸 上，兩端分別連接第一指段和近關(guān)節(jié)軸；所述的齒輪套設(shè)在近關(guān)節(jié)軸上，齒輪與基座固接； 所述的傳動輪套固在遠關(guān)節(jié)軸上，傳動輪與第二指段固接；所述的連桿一端與傳動輪鉸接， 另一端與第二滑塊鉸接；所述的齒條與第一滑塊固接，并與第一齒輪嚙合；在所述的第一 指段中設(shè)有相互平行的第一滑槽和第二滑槽，所述的第一滑塊鑲嵌在第一指段的第一滑槽 中，抓取物體時沿平行于第一滑槽的方向滑動；所述的第二滑塊鑲嵌在第一指段的第二滑 槽中，抓取物體時沿平行于第二滑槽的方向滑動；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，第一簧件的一端與第一指段相連，另一端與第一滑塊相連；所述 的第二簧件設(shè)置在第一指段中，第二簧件的兩端分別與第一指段和第二滑塊相連。本發(fā)明所述的齒條曲柄滑塊式并聯(lián)耦合欠驅(qū)動機器人手指裝置，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單面接觸，所述的第一滑塊推動第二滑塊向手 指內(nèi)滑移。本發(fā)明所述的齒條曲柄滑塊式并聯(lián)耦合欠驅(qū)動機器人手指裝置，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第二滑塊向手指 內(nèi)滑移。本發(fā)明所述的齒條曲柄滑塊式并聯(lián)耦合欠驅(qū)動機器人手指裝置，其特征在于所 述的第一簧件和第二簧件采用拉簧、壓簧或彈性繩，所述的第三簧件采用扭簧、拉簧或壓
O本發(fā)明所述的齒條曲柄滑塊式并聯(lián)耦合欠驅(qū)動機器人手指裝置，其特征在于還 包括傳動機構(gòu)，所述的傳動機構(gòu)包括減速器、第一齒輪和第二齒輪；所述的電機的輸出軸與 減速器的輸入軸相連，所述的第一齒輪套固在減速器的輸出軸上，所述的第二齒輪套固在 近關(guān)節(jié)軸上，所述的第一齒輪與第二齒輪嚙合。本發(fā)明所述的齒條曲柄滑塊式并聯(lián)耦合欠驅(qū)動機器人手指裝置，其特征在于所 述的第二滑塊表面覆蓋有滑塊表面板。本發(fā)明所述的齒條曲柄滑塊式并聯(lián)耦合欠驅(qū)動機器人手指裝置，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)點和突出性效果本發(fā)明裝置利用齒輪、齒條、連桿、雙滑塊和簧件綜合實現(xiàn)了耦合轉(zhuǎn)動與欠驅(qū)動轉(zhuǎn) 動緊密結(jié)合的傳動效果，不僅能夠耦合轉(zhuǎn)動更擬人化地抓取物體，而且具備欠驅(qū)動功能，自 適應(yīng)抓取不同形狀、大小的物體；該裝置結(jié)構(gòu)簡潔緊湊，安裝容易，制造加工成本低；該裝置實現(xiàn)了耦合傳動機構(gòu)和欠驅(qū)動傳動機構(gòu)有機融合，不相互影響，利用滑塊活接觸的多種方式實現(xiàn)了自然解耦，此解耦不消耗電機功率，能量利用率高。其中第二指段的曲柄滑塊機 構(gòu)能夠通過主動滑塊運動很短的距離實現(xiàn)第二指段大角度的轉(zhuǎn)動。外形與人手手指相似， 可以作為擬人機器人手的一個手指或手指的一部分，也可以用多個這樣的基于齒條和曲柄 滑塊的并聯(lián)耦合欠驅(qū)動手指組合成為機器人手，用以達到擬人機器人手高關(guān)節(jié)自由度、高 自適應(yīng)性的優(yōu)良效果。


圖1是本發(fā)明提供的齒條曲柄滑塊式并聯(lián)耦合欠驅(qū)動機器人手指裝置的第一種 技術(shù)方案的側(cè)剖視圖。圖2是圖1的A-A剖視圖。圖3是本發(fā)明提供的齒條曲柄滑塊式并聯(lián)耦合欠驅(qū)動機器人手指裝置的第二種 技術(shù)方案(具有變抓取力效果實施例)的側(cè)剖視圖。圖4是圖3的A-A剖視圖的正剖視圖。圖5是圖1所示實施例外觀的側(cè)視圖。圖6是圖1所示實施例外觀的正視圖。圖7、8、9、10是圖1所示實施例中實現(xiàn)耦合抓取過程的側(cè)面外觀示意圖。圖11、12、13、14是圖1所示實施例中實現(xiàn)耦合抓取以及欠驅(qū)動自適應(yīng)抓取過程的 側(cè)面外觀示意圖。圖15、16、17、18是圖1所示實施例中實現(xiàn)先耦合后自適應(yīng)欠驅(qū)動的抓取方式過程 的側(cè)面外觀示意圖。在圖1至圖18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，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-遠關(guān)節(jié)軸，6-第二指段，71-齒輪，72-齒條，73-第一滑塊，75-第二滑塊，751-滑塊表面板，78-傳動輪，81-第一簧件，82-第二簧件，83-第三簧件，91-減速器，94-套筒，95-銷，97-連桿， 98-繩99-物體。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖及實施例進一步詳細說明本發(fā)明的具體結(jié)構(gòu)、工作原理及工作過程。本發(fā)明設(shè)計的一種齒條曲柄滑塊式并聯(lián)耦合欠驅(qū)動機器人手指裝置的實施例，剖 視圖如圖1、2所示，外觀如圖5、6所示，動作原理如圖7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18所示。本實施例包括基座1、近關(guān)節(jié)軸3、第一指段4、遠關(guān)節(jié)軸5、第二指段6和電機2，所述 的電機2設(shè)置在基座1中，電機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 關(guān)節(jié)軸5上；其特征在于該齒條曲柄滑塊式并聯(lián)耦合欠驅(qū)動機器人手指裝置還包括齒輪 71、傳動輪78、第一滑塊73、齒條72、第二滑塊75、連桿97、第一簧件81和第二簧件82 ；所 述的第一指段4套固在近關(guān)節(jié)軸3上；所述的齒輪71套設(shè)在近關(guān)節(jié)軸3上，并與基座1固 接；所述的傳動輪78套固在遠關(guān)節(jié)軸5上，并與第二指段6固接；所述的連桿97 —端與第 二滑塊75鉸接，另一端與傳動輪78鉸接；所述的齒條72與第一滑塊73固接，并與齒輪71 嚙合；在所述的第一指段4中設(shè)有相互平行的第一滑槽和第二滑槽，所述的第一滑塊73鑲 嵌在第一滑槽中，抓取物體時沿第一滑槽方向滑動；第二滑塊75鑲嵌在第二滑槽中，抓取 物體時沿第二滑槽方向滑動；所述的第一滑塊73與第二滑塊75活接觸；所述的第一簧件 81設(shè)置在第一指段4中，第一簧件81的一端與第一指段4相連，另一端與第一滑塊73相 連；所述的第二簧件82設(shè)置在第一指段4中，第二簧件82的兩端分別與第一指段4和第二 滑塊75相連。本實施例中，所述的第一滑塊73與第二滑塊75的活接觸方式采用單面接觸，當(dāng)?shù)?一滑塊73向手指里移動時，第一滑塊73推動第二滑塊75向手指里滑移。當(dāng)?shù)谝恢付?碰 到物體，第二滑塊75向手指里移動時，第二滑塊75不會對第一滑塊73產(chǎn)生影響，實現(xiàn)了自 然解耦。本實施例中，所述的第一簧件81采用拉簧，也可以采用壓簧或彈性繩，所述的第 一簧件81的兩端分別連接第一滑塊73和第一指段4，所述的第二簧件82采用壓簧，也可以 采用拉簧或彈性繩，所述的第二簧件82的兩端分別連接第二滑塊75和第一指段4。
本實施例中，還包括傳動機構(gòu)；所述的傳動機構(gòu)包括減速器91、第一齒輪92和第 二齒輪93 ；所述的電機2的輸出軸與減速器91的輸入軸相連，所述的第一齒輪92套固在 減速器91的輸出軸上，所述的第二齒輪93套固在近關(guān)節(jié)軸3上，所述的第一齒輪92與第 二齒輪93嚙合。本實施例中，所述的滑塊75表面覆蓋有滑塊表面板751?；瑝K表面板751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，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，遠關(guān)節(jié)軸5和第二指段6采用銷固接。本實施例中，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齒條曲柄滑塊式并聯(lián)耦合欠驅(qū)動機器人手指 裝置的實施例，其剖視圖如圖4所示。本實施例包括基座1、近關(guān)節(jié)軸3、第一指段4、遠關(guān) 節(jié)軸5、第二指段6和電機2，所述的電機2設(shè)置在基座1中，電機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套固在所述的遠關(guān)節(jié)軸5上；其特征在于該齒條曲柄滑塊式并聯(lián)耦合 欠驅(qū)動機器人手指裝置還包括齒輪71、傳動輪78、第一滑塊73、第二滑塊75、第一簧件81、第二簧件82、第三簧件83、齒條72和連桿97 ；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套在近關(guān)節(jié)軸3上，兩端分別連接第一指段4和近關(guān)節(jié)軸3 ；所述的齒輪 71套設(shè)在近關(guān)節(jié)軸3上，齒輪71與基座1固接；所述的傳動輪78套固在遠關(guān)節(jié)軸5上，傳 動輪78與第二指段6固接；所述的連桿97 —端與傳動輪78鉸接，另一端與第二滑塊75鉸 接；所述的齒條72與第一滑塊73固接，并與第一齒輪71嚙合；在所述的第一指段4中設(shè)有 相互平行的第一滑槽和第二滑槽，所述的第一滑塊73鑲嵌在第一指段4的第一滑槽中，抓 取物體時沿平行于第一滑槽的方向滑動；所述的第二滑塊75鑲嵌在第一指段4的第二滑槽 中，抓取物體時沿平行于第二滑槽的方向滑動；第一滑塊73與第二滑塊75活接觸；所述的 第一簧件81設(shè)置在第一指段4中，第一簧件81的一端與第一指段4相連，另一端與第一滑 塊73相連；所述的第二簧件82設(shè)置在第一指段4中，第二簧件82的兩端分別與第一指段 4和第二滑塊75相連。所述的第三簧件83的功能是，當(dāng)電機2帶動近關(guān)節(jié)軸3轉(zhuǎn)動時，套接在近關(guān)節(jié)軸 3上的第三簧件83產(chǎn)生形變，可帶動第一指段4轉(zhuǎn)動。本發(fā)明還提供的一種齒條曲柄滑塊式并聯(lián)耦合欠驅(qū)動機器人手指裝置的實施例， 其剖視圖如圖3所示。第一滑塊73與第二滑塊75的活接觸方式采用繩98連接，當(dāng)?shù)谝换?塊73向手指里移動時，第一滑塊73拉動第二滑塊75向手指里滑移。當(dāng)?shù)谝恢付?碰到物 體，第二滑塊75向手指里移動時，第二滑塊75對第一滑塊73不會產(chǎn)生影響，實現(xiàn)了自然解 華禹。下面結(jié)合附圖介紹圖1所示的齒條曲柄滑塊式并聯(lián)耦合欠驅(qū)動機器 人手指裝置 的實施例的工作原理。機器人手指的初始狀態(tài)如圖7所示，電機2停轉(zhuǎn)時，其內(nèi)部的轉(zhuǎn)動慣量較大，會發(fā) 生軟自鎖，所以第一滑塊73不會在第一簧件81 (第一簧件81采用的是拉簧)的作用下向 手指內(nèi)部移動，此時第一指段4相對于基座1處于伸直狀態(tài)(第一凸塊121頂著第一指段 4使手指不至于反向彎曲)；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)，即遠關(guān)節(jié)軸5不發(fā)生轉(zhuǎn)動(第二凸塊421頂著第二指段6)，此 時整個手指保持伸直狀態(tài)。本實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)機器人手指抓取物體99時，電機2正轉(zhuǎn)，通過減速器91帶動第一齒輪92轉(zhuǎn)動， 驅(qū)動第二齒輪93轉(zhuǎn)動，使近關(guān)節(jié)軸3正轉(zhuǎn)，帶動第一指段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，會使得與第一齒條72被第一齒輪71反向撥動 (第一齒條72向手指內(nèi)部平移運動)，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)部平移運動。因為第一滑塊73與第二滑塊75單面接觸，第一滑塊73會帶動第二滑 塊75向第一指段4里滑移，第二滑塊75把連桿97 —端壓向手指里，通過連桿97和傳動輪 78的傳動，帶動遠關(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。 因此，本實施例在物體不動的情況下實現(xiàn)了耦合抓取的功能。具體運動過程如圖7、8、9、10 所示。放開物體的過程與上述抓取物體的過程相同，電機2反轉(zhuǎn)，將帶動第一指段4和第二指段6同時反向轉(zhuǎn)動，實現(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)動抓取過程有兩種欠驅(qū)動抓取過程1)第一種欠驅(qū)動抓取過程其他手指和外力直接擠壓物體，物體擠壓滑塊觸發(fā)欠 驅(qū)動抓取，最終第二指段快速扣住物體。具體來說，當(dāng)?shù)谝恢付?上可滑動的第二滑塊75 與物體99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)推動第 二滑塊75時，第二滑塊75向手指里滑移，因為第二滑塊75與第一滑塊73單面接觸，所以 不會對第一滑塊73產(chǎn)生影響，實現(xiàn)了自然解耦(圖3所示實施例采用繩連接方式實現(xiàn)了自 然解耦，原理與此相同，不再贅述)。第二滑塊75的滑移會把連桿97壓向手指里，帶動遠 關(guān)節(jié)軸5正轉(zhuǎn)，使第二指段6正轉(zhuǎn)直到接觸物體實現(xiàn)了抓取，且能夠自動適應(yīng)物體的大小形 狀，是一種無需電機工作的自適應(yīng)欠驅(qū)動抓取方式。具體運動過程如圖11、12、13、14所示。2)第二種欠驅(qū)動抓取過程物體固定不動(被手掌或其他手指、外力約束)，此時 本實施例繼續(xù)轉(zhuǎn)動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)動抓取， 最終第二指段快速扣住物體。具體來說，當(dāng)?shù)谝恢付?上可滑動的第二滑塊與物體99接 觸，第二指段6未與物體接觸，此時由于物體被手掌或其他手指約束住固定不動，滑塊被物 體阻擋，此時第一指段還可以轉(zhuǎn)動一個很小的角度δ，此轉(zhuǎn)動將產(chǎn)生一個第二指段相對于 第一指段的耦合轉(zhuǎn)動角度α (原因見前述的耦合抓取過程)，而此時由于滑塊已經(jīng)相對于 第一指段向手指內(nèi)部滑動了一段較小的距離Δ d，因此該變化的距離將使得連桿97被壓向 手指內(nèi)部，從而帶動第二指段轉(zhuǎn)動一個角度θ，由于和相同情況下耦合轉(zhuǎn)動的方式相比，第 二滑塊75向內(nèi)移動的距離變大，因此θ會大于α，從而實現(xiàn)第二指段轉(zhuǎn)過的角度是一個 較大的角度θ，不再是耦合轉(zhuǎn)動的角度a。此時第二滑塊與第一滑塊脫開，實現(xiàn)了自然解 耦，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，從而實現(xiàn)了欠驅(qū)動抓取過 程。此欠驅(qū)動抓取實現(xiàn)了對不同形狀大小物體的抓取，具有自適應(yīng)性，減輕了對控制系統(tǒng)的 要求。第二種欠驅(qū)動抓取過程如圖15、16、17、18所示。綜合(a)和(b)耦合和自適應(yīng)抓取過程可知，本實施例實現(xiàn)了一種特殊的先耦合 后自適應(yīng)欠驅(qū)動的抓取方式，解耦方式自然，無需損耗電機功率。本發(fā)明裝置利用齒輪、齒條、連桿、雙滑塊和簧件綜合實現(xiàn)了耦合轉(zhuǎn)動與欠驅(qū)動轉(zhuǎn)動緊密結(jié)合的傳動效果，不僅能夠耦合轉(zhuǎn)動更擬人化地抓取物體，而且具備欠驅(qū)動功能，自 適應(yīng)抓取不同形狀、大小的物體；該裝置結(jié)構(gòu)簡潔緊湊，安裝容易，制造加工成本低；該裝 置耦合傳動機構(gòu)和欠驅(qū)動傳動機構(gòu)有機融合，不相互影響，利用滑塊活接觸的多種方式實 現(xiàn)了自然解耦，此解耦不消耗電機功率，能量利用率高。其中第二指段的曲柄滑塊機構(gòu)能夠 通過主動滑塊運動很短的距離實現(xiàn)第二指段大角度的轉(zhuǎn)動。外形與人手手指相似，可以作 為擬人機器人手的一個手指或手指的一部分，也可以用多個這樣的齒條滑塊式并聯(lián)耦合欠 驅(qū)動手指組合成為機器人手，用以達到擬人機器人手高關(guān)節(jié)自由度、高自適應(yīng)性的優(yōu)良效^ ο
權(quán)利要求
一種齒條曲柄滑塊式并聯(lián)耦合欠驅(qū)動機器人手指裝置，包括基座(1)、近關(guān)節(jié)軸(3)、第一指段(4)、遠關(guān)節(jié)軸(5)、第二指段(6)和電機(2)，所述的電機(2)設(shè)置在基座(1)中，電機(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)套固在所述的遠關(guān)節(jié)軸(5)上，其特征在于該齒條曲柄滑塊式并聯(lián)耦合欠驅(qū)動機器人手指裝置還包括齒輪(71)、傳動輪(78)、第一滑塊(73)、齒條(72)、第二滑塊(75)、連桿(97)、第一簧件(81)和第二簧件(82)；所述的第一指段(4)套固在近關(guān)節(jié)軸(3)上；所述的齒輪(71)套設(shè)在近關(guān)節(jié)軸(3)上，并與基座(1)固接；所述的傳動輪(78)套固在遠關(guān)節(jié)軸(5)上，并與第二指段(6)固接；所述的連桿(97)一端與第二滑塊(75)鉸接，另一端與傳動輪(78)鉸接；所述的齒條(72)與第一滑塊(73)固接，并與齒輪(71)嚙合；在所述的第一指段(4)中設(shè)有相互平行的第一滑槽和第二滑槽，所述的第一滑塊(73)鑲嵌在第一滑槽中，抓取物體時沿第一滑槽方向滑動；第二滑塊(75)鑲嵌在第二滑槽中，抓取物體時沿第二滑槽方向滑動；所述的第一滑塊(73)與第二滑塊(75)活接觸；所述的第一簧件(81)設(shè)置在第一指段(4)中，第一簧件(81)的一端與第一指段(4)相連，另一端與第一滑塊(73)相連；所述的第二簧件(82)設(shè)置在第一指段(4)中，第二簧件(82)的兩端分別與第一指段(4)和第二滑塊(75)相連。
2.一種齒條曲柄滑塊式并聯(lián)耦合欠驅(qū)動機器人手指裝置，包括基座(1)、近關(guān)節(jié)軸 (3)、第一指段(4)、遠關(guān)節(jié)軸(5)、第二指段(6)和電機(2)，所述的電機(2)設(shè)置在基座 (1)中，電機(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 ⑴中，所述的遠關(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 關(guān)節(jié)軸(5)上，其特征在于該齒條曲柄滑塊式并聯(lián)耦合欠驅(qū)動機器人手指裝置還包括齒 輪(71)、傳動輪(78)、第一滑塊(73)、第二滑塊(75)、第一簧件(81)、第二簧件(82)、第三 簧件(83)、齒條(72)和連桿(97)；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)套在近關(guān)節(jié)軸(3)上，兩端分別連接第一指段(4)和近關(guān)節(jié)軸(3)；所述的齒 輪(71)套設(shè)在近關(guān)節(jié)軸(3)上，齒輪(71)與基座(1)固接；所述的傳動輪(78)套固在遠 關(guān)節(jié)軸(5)上，傳動輪(78)與第二指段(6)固接；所述的連桿(97) —端與傳動輪(78)鉸 接，另一端與第二滑塊(75)鉸接；所述的齒條(72)與第一滑塊(73)固接，并與第一齒輪 (71)嚙合；在所述的第一指段(4)中設(shè)有相互平行的第一滑槽和第二滑槽，所述的第一滑 塊(73)鑲嵌在第一指段(4)的第一滑槽中，抓取物體時沿平行于第一滑槽的方向滑動；所 述的第二滑塊(75)鑲嵌在第一指段(4)的第二滑槽中，抓取物體時沿平行于第二滑槽的方 向滑動；第一滑塊(73)與第二滑塊(75)活接觸；所述的第一簧件(81)設(shè)置在第一指段(4) 中，第一簧件(81)的一端與第一指段(4)相連，另一端與第一滑塊(73)相連；所述的第二 簧件(82)設(shè)置在第一指段(4)中，第二簧件(82)的兩端分別與第一指段(4)和第二滑塊 (75)相連。
3.如權(quán)利要求1或2所述的齒條曲柄滑塊式并聯(lián)耦合欠驅(qū)動機器人手指裝置，其特征 在于所述的第一滑塊(73)與第二滑塊(75)的活接觸方式采用單面接觸，第一滑塊(73) 推動第二滑塊(75)向手指內(nèi)滑移。
4.如權(quán)利要求1或2所述的齒條曲柄滑塊式并聯(lián)耦合欠驅(qū)動機器人手指裝置，其特征 在于所述的第一滑塊(73)與第二滑塊(75)的活接觸方式采用繩(98)連接，所述的第一 滑塊(73)拉動第二滑塊(75)向手指內(nèi)滑移。
5.如權(quán)利要求1或2所述的齒條曲柄滑塊式并聯(lián)耦合欠驅(qū)動機器人手指裝置，其特 征在于所述的第一簧件(81)和第二簧件(82)采用拉簧、壓簧或彈性繩，所述的第三簧件 (83)采用扭簧、拉簧或壓簧。
6.如權(quán)利要求1或2所述的齒條曲柄滑塊式并聯(lián)耦合欠驅(qū)動機器人手指裝置，其特征 在于所述裝置還包括傳動機構(gòu)，所述的傳動機構(gòu)包括減速器(91)、第一齒輪(92)和第二 齒輪(93)；所述的電機(2)的輸出軸與減速器(91)的輸入軸相連，所述的第一齒輪(92)套 固在減速器(91)的輸出軸上，所述的第二齒輪(93)套固在近關(guān)節(jié)軸(3)上，所述的第一齒 輪(92)與第二齒輪(93)嚙合。
7.如權(quán)利要求1或2所述的齒條曲柄滑塊式并聯(lián)耦合欠驅(qū)動機器人手指裝置，其特征 在于所述的第二滑塊(75)表面覆蓋有滑塊表面板(751)。
8.如權(quán)利要求1或2所述的齒條曲柄滑塊式并聯(lián)耦合欠驅(qū)動機器人手指裝置，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)與齒輪(71) 之間設(shè)置有軸承。
全文摘要
齒條曲柄滑塊式并聯(lián)耦合欠驅(qū)動手指裝置，屬于擬人機器人手技術(shù)領(lǐng)域。該裝置包括基座、近關(guān)節(jié)軸、第一指段、遠關(guān)節(jié)軸、第二指段、連桿、撥盤、電機、齒條和簧件。該裝置能夠?qū)崿F(xiàn)耦合轉(zhuǎn)動與欠驅(qū)動轉(zhuǎn)動相結(jié)合的傳動效果，能夠通過耦合實現(xiàn)擬人化抓取，也具備欠驅(qū)動自適應(yīng)功能。整個手指結(jié)構(gòu)簡潔，制造加工成本低，利用滑塊活接觸方式實現(xiàn)自然解耦，不需電機消耗功率，能量利用率高。其中第二指段的曲柄滑塊機構(gòu)能夠通過主動滑塊運動很短的距離實現(xiàn)第二指段大角度的轉(zhuǎn)動。該裝置外形與人手指相似，可以作為機器人手的一個手指或手指的一部分，也可以用多個手指組合成為機器人手，用以達到擬人機器人手高關(guān)節(jié)自由度、高自適應(yīng)性的優(yōu)良效果。
文檔編號B25J15/08GK101829993SQ20101016489
公開日2010年9月15日 申請日期2010年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月30日
發(fā)明者劉洪冰, 孫振國, 張文增, 都東, 陳強 申請人:清華大學(xué)