專利名稱：一種全驅(qū)動(dòng)式靈巧機(jī)械手的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種機(jī)器人機(jī)械手，具體地說是涉及具有二十個(gè)主動(dòng)自由度，拇指的朝向和安裝位置可調(diào)整的全驅(qū)動(dòng)式靈巧機(jī)械手。
背景技術(shù)：
隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展和機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，原有的機(jī)器人末端操作器已經(jīng)不能滿足當(dāng)今生產(chǎn)需求。為了克服普通末端操作器夾持方式單一、活動(dòng)空間小、 缺少靈活性、難以精確控制等缺點(diǎn)，靈巧型機(jī)械手(簡稱靈巧手)應(yīng)運(yùn)而生。靈巧手有多個(gè)自由度，可以抓取多種形狀、不同材質(zhì)的物體，還可以對所抓持的物體進(jìn)行精細(xì)操作。用其代替專用的夾持器，安裝到機(jī)器人操作器末端，不僅能擴(kuò)大機(jī)器人的作業(yè)范圍，還能提高機(jī)器人的作業(yè)質(zhì)量。十九世紀(jì)六十年代初，南斯拉夫Tomovic和Boni開發(fā)了第一只機(jī)械手，它有五個(gè)手指和五個(gè)自由度。七十年代發(fā)明了多種通用夾持器，如日本Hanafusa開發(fā)了一個(gè)三指手機(jī)構(gòu)，每個(gè)手指有一個(gè)自由度；美國Crossley研制了三指八自由度機(jī)構(gòu)，其中一個(gè)手指有二個(gè)自由度，另兩個(gè)手指分別有三個(gè)自由度。八十年代，Salisbury，Jacobsen等人提出摸擬人手來設(shè)計(jì)通用夾持器的研究思想，研制了多指、多關(guān)節(jié)、多自由度的JPL靈巧手機(jī)構(gòu)； 日本學(xué)者T. Okada研制了三指十一個(gè)自由度靈巧手；美國Utah大學(xué)研制了 MIT手。九十年代末二十一世紀(jì)初，靈巧手的研發(fā)進(jìn)入了一個(gè)新階段，關(guān)節(jié)數(shù)、手指數(shù)逐漸向人手靠近，其中比較有代表性的有1999年研制成功的NASA靈巧手，由四個(gè)手指和一個(gè)位置相對的拇指組成，共有十四個(gè)自由度，由十四個(gè)直流無刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)，其于人手外形尺寸很相似，具有很好的靈活性；2003年日本歧阜大學(xué)HaruhisEi, Kawasaki等人研發(fā)了 Gifu III靈巧手。Gifu III手是擬人電動(dòng)靈巧手，尺寸略大于人手，外形更接近人手，共有五個(gè)手指十六個(gè)自由度， 具有較高的靈巧性和精確控制性。北京航空航天大學(xué)機(jī)器人研究所研制的BH-3手有三個(gè)手指，每個(gè)手指有三個(gè)關(guān)節(jié)，共9個(gè)自由度。2008年哈爾濱工業(yè)大學(xué)研制了 HIT/DLR II多指靈巧手，每個(gè)手指有3自由度，共有15個(gè)自由度。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種全驅(qū)動(dòng)式靈巧機(jī)械手，具有多自由度、多關(guān)節(jié)，能抓取不同形狀、不同材質(zhì)物體的靈巧手。它能替代人手，在人類無法親臨或惡劣的環(huán)境中工作。本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是本實(shí)用新型包括滑槽式手掌、四個(gè)手指和拇指；拇指和四個(gè)手指均依次包括上指關(guān)節(jié)、中指關(guān)節(jié)、下指關(guān)節(jié)和基關(guān)節(jié)，四個(gè)手指的基關(guān)節(jié)分別通過各自的矩形固定塊同一方向平行安裝在滑槽式手掌內(nèi)；拇指的基關(guān)節(jié)經(jīng)拇指安裝調(diào)整結(jié)構(gòu)上的圓形固定塊垂直安裝在滑槽式手掌上，拇指安裝調(diào)整結(jié)構(gòu)安裝在滑槽式手掌下部的滑槽內(nèi)，拇指的安裝位置和朝向手動(dòng)調(diào)整后固定；五個(gè)手指分別構(gòu)成三個(gè)主動(dòng)彎曲自由度和一個(gè)主動(dòng)側(cè)擺自由度；全驅(qū)動(dòng)式靈巧機(jī)械手共有二十個(gè)主動(dòng)自由度。所述的上指關(guān)節(jié)包括上指節(jié)體、上從動(dòng)螺旋錐齒輪、上傳動(dòng)軸、上主動(dòng)螺旋錐齒輪、上步進(jìn)電機(jī)和中指節(jié)體；安裝在中指節(jié)體內(nèi)的上步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)上主動(dòng)螺旋錐齒輪，經(jīng)上從動(dòng)螺旋錐齒輪和上傳動(dòng)軸，帶動(dòng)上指節(jié)體轉(zhuǎn)動(dòng)，形成上指關(guān)節(jié)的一個(gè)主動(dòng)彎曲自由度；上傳動(dòng)軸與上指節(jié)體和上從動(dòng)螺旋錐齒輪固聯(lián)，與中指節(jié)體滑動(dòng)聯(lián)接。所述的中指關(guān)節(jié)包括中指節(jié)體、中從動(dòng)螺旋錐齒輪、中傳動(dòng)軸、中主動(dòng)螺旋錐齒輪、中步進(jìn)電機(jī)和下指節(jié)體；安裝在下指節(jié)體內(nèi)的中步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)中主動(dòng)螺旋錐齒輪，經(jīng)中從動(dòng)螺旋錐齒輪和中傳動(dòng)軸，帶動(dòng)中指節(jié)體轉(zhuǎn)動(dòng)，形成中指關(guān)節(jié)的一個(gè)主動(dòng)彎曲自由度；中傳動(dòng)軸與中指節(jié)體和中從動(dòng)螺旋錐齒輪固聯(lián)，與下指節(jié)體滑動(dòng)聯(lián)接。所述的下指關(guān)節(jié)包括下指節(jié)體、下傳動(dòng)軸、連軸塊、下步進(jìn)電機(jī)、下主動(dòng)螺旋錐齒輪和下從動(dòng)螺旋錐齒輪；安裝在下指節(jié)體內(nèi)的下步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)下主動(dòng)螺旋錐齒輪，經(jīng)下從動(dòng)螺旋錐齒輪和下傳動(dòng)軸，帶動(dòng)下指節(jié)體轉(zhuǎn)動(dòng)，形成下指關(guān)節(jié)的一個(gè)主動(dòng)側(cè)擺自由度；下傳動(dòng)軸與下指節(jié)體和下從動(dòng)螺旋錐齒輪固聯(lián)，與連軸塊滑動(dòng)聯(lián)接。所述的基關(guān)節(jié)包括連軸塊、基傳動(dòng)軸、基主動(dòng)螺旋錐齒輪、基從動(dòng)螺旋錐齒輪、基步進(jìn)電機(jī)和矩形固定塊；安裝在矩形固定塊內(nèi)的基步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)基主動(dòng)螺旋錐齒輪，經(jīng)基從動(dòng)螺旋錐齒輪和基傳動(dòng)軸，帶動(dòng)連軸塊轉(zhuǎn)動(dòng)，形成基指關(guān)節(jié)的一個(gè)主動(dòng)彎曲自由度；基傳動(dòng)軸與連軸塊和基從動(dòng)螺旋錐齒輪固聯(lián)，與矩形固定塊滑動(dòng)聯(lián)接。所述的拇指安裝調(diào)整結(jié)構(gòu)包括圓形固定塊、左擋杠和右擋杠；拇指的基關(guān)節(jié)安裝在圓形固定塊內(nèi)，沿圓形固定塊的側(cè)面弧槽旋轉(zhuǎn)拇指基傳動(dòng)軸，調(diào)整拇指的安裝朝向，圓形固定塊安裝在滑槽式手掌的滑槽中，沿滑槽式手掌的滑槽移動(dòng)圓形固定塊，調(diào)整拇指的安裝位置，并由左擋杠和右擋杠經(jīng)螺栓固定在滑槽式手掌上。本實(shí)用新型與背景技術(shù)相比，具有的有益效果是1.本實(shí)用新型采用內(nèi)置式步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過螺旋錐齒輪實(shí)現(xiàn)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，傳動(dòng)精度高。2.本實(shí)用新型設(shè)計(jì)了拇指的朝向和安裝位置可調(diào)整的機(jī)械結(jié)構(gòu)，提高了機(jī)械手的靈巧性和抓取穩(wěn)定性，增大了機(jī)械手的抓取空間。3.本實(shí)用新型有二十個(gè)主動(dòng)自由度，增強(qiáng)了靈巧機(jī)械手的抓持能力，它能替代人手，在人類無法親臨或惡劣的環(huán)境中工作。。因此，本實(shí)用新型能夠滿足了機(jī)器人靈巧機(jī)械手的性能。

圖1是本實(shí)用新型的整體結(jié)構(gòu)原理示意圖；圖2是本實(shí)用新型的手指結(jié)構(gòu)原理示意圖；圖3是本實(shí)用新型的上指關(guān)節(jié)示意圖；圖4是本實(shí)用新型的中指關(guān)節(jié)示意圖；圖5是本實(shí)用新型的下指關(guān)節(jié)示意圖；圖6是本實(shí)用新型的基關(guān)節(jié)示意圖；圖7是本實(shí)用新型的拇指安裝調(diào)整結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1.滑槽式手掌，2.四個(gè)手指，3.拇指，4.拇指安裝調(diào)整結(jié)構(gòu)，5.上指關(guān)節(jié)，6.中指關(guān)節(jié)，7.下指關(guān)節(jié)，8.基關(guān)節(jié)，9.矩形固定塊，10.圓形固定塊，11.上指節(jié)體，12.上從動(dòng)螺旋錐齒輪，13.上傳動(dòng)軸，14.上主動(dòng)螺旋錐齒輪，15.上步進(jìn)電機(jī)，16.中指節(jié)體， 17.中從動(dòng)螺旋錐齒輪，18.中傳動(dòng)軸，19.中主動(dòng)螺旋錐齒輪，20.中步進(jìn)電機(jī)，21.下指節(jié)體，22.下傳動(dòng)軸，23.連軸塊，24.下步進(jìn)電機(jī)，25.下主動(dòng)螺旋錐齒輪，26.下從動(dòng)螺旋錐齒輪，27.基步進(jìn)電機(jī)，28.左擋杠，29.右擋杠，30.螺栓，31.拇指基傳動(dòng)軸。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明如圖1、圖2、圖7所示，本實(shí)用新型包括滑槽式手掌1、四個(gè)手指2和拇指3 ；拇指 3和四個(gè)手指2均依次包括上指關(guān)節(jié)5、中指關(guān)節(jié)6、下指關(guān)節(jié)7和基關(guān)節(jié)8，四個(gè)手指的基關(guān)節(jié)分別通過各自的矩形固定塊9同一方向平行安裝在滑槽式手掌1內(nèi)；拇指3的基關(guān)節(jié)經(jīng)拇指安裝調(diào)整結(jié)構(gòu)4上的圓形固定塊10垂直安裝在滑槽式手掌1上，拇指安裝調(diào)整結(jié)構(gòu) 4安裝在滑槽式手掌1下部的滑槽內(nèi)，拇指3的安裝位置和朝向手動(dòng)調(diào)整后固定；五個(gè)手指分別構(gòu)成三個(gè)主動(dòng)彎曲自由度和一個(gè)主動(dòng)側(cè)擺自由度；全驅(qū)動(dòng)式靈巧機(jī)械手共有二十個(gè)主動(dòng)自由度。如圖2、圖3所示，所述的上指關(guān)節(jié)包括上指節(jié)體11、上從動(dòng)螺旋錐齒輪12、上傳動(dòng)軸13、上主動(dòng)螺旋錐齒輪14、上步進(jìn)電機(jī)15和中指節(jié)體16。安裝在中指節(jié)體16內(nèi)的上步進(jìn)電機(jī)15驅(qū)動(dòng)上主動(dòng)螺旋錐齒輪14，經(jīng)上從動(dòng)螺旋錐齒輪12和上傳動(dòng)軸13，帶動(dòng)上指節(jié)體11轉(zhuǎn)動(dòng)，形成上指關(guān)節(jié)的彎曲自由度；上傳動(dòng)軸13與上指節(jié)體11和上從動(dòng)螺旋錐齒輪 12固聯(lián)，與中指節(jié)體16滑動(dòng)聯(lián)接。如圖2、圖4所示，所述的中指關(guān)節(jié)包括中指節(jié)體16、中從動(dòng)螺旋錐齒輪17、中傳動(dòng)軸18、中主動(dòng)螺旋錐齒輪19、中步進(jìn)電機(jī)20和下指節(jié)體21。安裝在下指節(jié)體21內(nèi)的中步進(jìn)電機(jī)20驅(qū)動(dòng)中主動(dòng)螺旋錐齒輪19，經(jīng)中從動(dòng)螺旋錐齒輪17和中傳動(dòng)軸18，帶動(dòng)中指節(jié)體16轉(zhuǎn)動(dòng)，形成中指關(guān)節(jié)的彎曲自由度；中傳動(dòng)軸18與中指節(jié)體16和中從動(dòng)螺旋錐齒輪 17固聯(lián)，與下指節(jié)體21滑動(dòng)聯(lián)接。如圖2、圖5所示，所述的下指關(guān)節(jié)包括下指節(jié)體21、下傳動(dòng)軸22、連軸塊23、下步進(jìn)電機(jī)對、下主動(dòng)螺旋錐齒輪25和下從動(dòng)螺旋錐齒輪沈；安裝在下指節(jié)體21內(nèi)的下步進(jìn)電機(jī)M驅(qū)動(dòng)下主動(dòng)螺旋錐齒輪25，經(jīng)下從動(dòng)螺旋錐齒輪沈和下傳動(dòng)軸22，帶動(dòng)下指節(jié)體 21轉(zhuǎn)動(dòng)，形成下指關(guān)節(jié)的側(cè)擺自由度；下傳動(dòng)軸22與下指節(jié)體21和下從動(dòng)螺旋錐齒輪沈固聯(lián)，與連軸塊23滑動(dòng)聯(lián)接。如圖2、圖6所示，所述的基關(guān)節(jié)包括連軸塊23、基傳動(dòng)軸M、基主動(dòng)螺旋錐齒輪 25、基從動(dòng)螺旋錐齒輪沈、基步進(jìn)電機(jī)27和矩形固定塊9 ；安裝在矩形固定塊9內(nèi)的基步進(jìn)電機(jī)27驅(qū)動(dòng)基主動(dòng)螺旋錐齒輪25，經(jīng)基從動(dòng)螺旋錐齒輪沈和基傳動(dòng)軸24，帶動(dòng)連軸塊23 轉(zhuǎn)動(dòng)，形成基指關(guān)節(jié)的彎曲自由度；基傳動(dòng)軸M與連軸塊23和基從動(dòng)螺旋錐齒輪沈固聯(lián)， 與矩形固定塊9滑動(dòng)聯(lián)接。如圖2、圖7所示，所述的拇指安裝調(diào)整結(jié)構(gòu)包括圓形固定塊10、左擋杠觀和右擋杠四；拇指3的基關(guān)節(jié)安裝在圓形固定塊10內(nèi)，沿圓形固定塊10的側(cè)面弧槽旋轉(zhuǎn)拇指基傳動(dòng)軸31，調(diào)整拇指3的安裝朝向，圓形固定塊10安裝在滑槽式手掌1的滑槽中，沿滑槽式手掌1的滑槽移動(dòng)圓形固定塊10，調(diào)整拇指3的安裝位置，并由左擋杠觀和右擋杠四經(jīng)螺栓30固定在滑槽式手掌1上。
權(quán)利要求1.一種全驅(qū)動(dòng)式靈巧機(jī)械手，其特征在于包括滑槽式手掌(1)、四個(gè)手指和拇指(3)； 拇指C3)和四個(gè)手指均依次包括上指關(guān)節(jié)、中指關(guān)節(jié)、下指關(guān)節(jié)和基關(guān)節(jié)，四個(gè)手指的基關(guān)節(jié)分別通過各自的矩形固定塊同一方向平行安裝在滑槽式手掌(1)內(nèi)；拇指(3)的基關(guān)節(jié)經(jīng)拇指安裝調(diào)整結(jié)構(gòu)(4)上的圓形固定塊(10)垂直安裝在滑槽式手掌(1)上，拇指安裝調(diào)整結(jié)構(gòu)(4)安裝在滑槽式手掌(1)下部的滑槽內(nèi)，拇指(3)的安裝位置和朝向手動(dòng)調(diào)整后固定；五個(gè)手指分別構(gòu)成三個(gè)主動(dòng)彎曲自由度和一個(gè)主動(dòng)側(cè)擺自由度；全驅(qū)動(dòng)式靈巧機(jī)械手共有二十個(gè)主動(dòng)自由度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種全驅(qū)動(dòng)式靈巧機(jī)械手，其特征在于所述的上指關(guān)節(jié)包括上指節(jié)體(11)、上從動(dòng)螺旋錐齒輪(1 、上傳動(dòng)軸(1 、上主動(dòng)螺旋錐齒輪(14)、上步進(jìn)電機(jī)(1 和中指節(jié)體(16)；安裝在中指節(jié)體(16)內(nèi)的上步進(jìn)電機(jī)(1 驅(qū)動(dòng)上主動(dòng)螺旋錐齒輪(14)，經(jīng)上從動(dòng)螺旋錐齒輪(1 和上傳動(dòng)軸(13)，帶動(dòng)上指節(jié)體(11)轉(zhuǎn)動(dòng)，形成上指關(guān)節(jié)的一個(gè)主動(dòng)彎曲自由度；上傳動(dòng)軸(1 與上指節(jié)體(11)和上從動(dòng)螺旋錐齒輪(12) 固聯(lián)，與中指節(jié)體(16)滑動(dòng)聯(lián)接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種全驅(qū)動(dòng)式靈巧機(jī)械手，其特征在于所述的中指關(guān)節(jié)包括中指節(jié)體(16)、中從動(dòng)螺旋錐齒輪(17)、中傳動(dòng)軸(18)、中主動(dòng)螺旋錐齒輪(19)、中步進(jìn)電機(jī)00)和下指節(jié)體；安裝在下指節(jié)體內(nèi)的中步進(jìn)電機(jī)OO)驅(qū)動(dòng)中主動(dòng)螺旋錐齒輪(19)，經(jīng)中從動(dòng)螺旋錐齒輪(17)和中傳動(dòng)軸(18)，帶動(dòng)中指節(jié)體(16)轉(zhuǎn)動(dòng)，形成中指關(guān)節(jié)的一個(gè)主動(dòng)彎曲自由度；中傳動(dòng)軸(18)與中指節(jié)體(16)和中從動(dòng)螺旋錐齒輪(17) 固聯(lián)，與下指節(jié)體滑動(dòng)聯(lián)接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種全驅(qū)動(dòng)式靈巧機(jī)械手，其特征在于所述的下指關(guān)節(jié)包括下指節(jié)體(21)、下傳動(dòng)軸(22)、連軸塊(23)、下步進(jìn)電機(jī)(M)、下主動(dòng)螺旋錐齒輪05) 和下從動(dòng)螺旋錐齒輪06)；安裝在下指節(jié)體內(nèi)的下步進(jìn)電機(jī)04)驅(qū)動(dòng)下主動(dòng)螺旋錐齒輪(25)，經(jīng)下從動(dòng)螺旋錐齒輪06)和下傳動(dòng)軸(22)，帶動(dòng)下指節(jié)體轉(zhuǎn)動(dòng)，形成下指關(guān)節(jié)的一個(gè)主動(dòng)側(cè)擺自由度；下傳動(dòng)軸0 與下指節(jié)體和下從動(dòng)螺旋錐齒輪06)固聯(lián)，與連軸塊滑動(dòng)聯(lián)接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種全驅(qū)動(dòng)式靈巧機(jī)械手，其特征在于所述的基關(guān)節(jié)包括連軸塊、基傳動(dòng)軸04)、基主動(dòng)螺旋錐齒輪0 、基從動(dòng)螺旋錐齒輪06)、基步進(jìn)電機(jī) (27)和矩形固定塊(9)；安裝在矩形固定塊(9)內(nèi)的基步進(jìn)電機(jī)(XT)驅(qū)動(dòng)基主動(dòng)螺旋錐齒輪(25)，經(jīng)基從動(dòng)螺旋錐齒輪06)和基傳動(dòng)軸(M)，帶動(dòng)連軸塊轉(zhuǎn)動(dòng)，形成基指關(guān)節(jié)的一個(gè)主動(dòng)彎曲自由度；基傳動(dòng)軸04)與連軸塊和基從動(dòng)螺旋錐齒輪06)固聯(lián)，與矩形固定塊(9)滑動(dòng)聯(lián)接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種全驅(qū)動(dòng)式靈巧機(jī)械手，其特征在于所述的拇指安裝調(diào)整結(jié)構(gòu)包括圓形固定塊(10)、左擋杠08)和右擋杠09)；拇指(3)的基關(guān)節(jié)安裝在圓形固定塊(10)內(nèi)，沿圓形固定塊(10)的側(cè)面弧槽旋轉(zhuǎn)拇指基傳動(dòng)軸(31)，調(diào)整拇指C3)的安裝朝向，圓形固定塊(10)安裝在滑槽式手掌(1)的滑槽中，沿滑槽式手掌(1)的滑槽移動(dòng)圓形固定塊(10)，調(diào)整拇指(3)的安裝位置，并由左擋杠08)和右擋杠09)經(jīng)螺栓(30)固定在滑槽式手掌(1)上。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種全驅(qū)動(dòng)式靈巧機(jī)械手。包括滑槽式手掌、四個(gè)手指和拇指；拇指和四個(gè)手指均依次包括上指關(guān)節(jié)、中指關(guān)節(jié)、下指關(guān)節(jié)和基關(guān)節(jié)，四個(gè)手指的基關(guān)節(jié)分別通過各自的矩形固定塊同一方向平行安裝在滑槽式手掌內(nèi)；拇指的基關(guān)節(jié)經(jīng)拇指安裝調(diào)整結(jié)構(gòu)上的圓形固定塊垂直安裝在滑槽式手掌上，拇指安裝調(diào)整結(jié)構(gòu)安裝在滑槽式手掌下部的滑槽內(nèi)，拇指的安裝位置和朝向手動(dòng)調(diào)整后固定；五個(gè)手指分別構(gòu)成三個(gè)主動(dòng)彎曲自由度和一個(gè)主動(dòng)側(cè)擺自由度；共有二十個(gè)主動(dòng)自由度。均由內(nèi)置式步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，采用螺旋錐齒輪實(shí)現(xiàn)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)精度高。本實(shí)用新型拇指的朝向和安裝位置可調(diào)整的機(jī)械結(jié)構(gòu)，提高了機(jī)械手的靈巧性和抓取穩(wěn)定性，增大了機(jī)械手的抓取空間。
文檔編號B25J9/12GK201950672SQ20102066650
公開日2011年8月31日 申請日期2010年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月18日
發(fā)明者于世光, 楊文珍, 章華, 竺志超, 陳文華 申請人:浙江理工大學(xué)