專利名稱：耦合欠驅(qū)動一體化雙關(guān)節(jié)機器人手指裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于機器人手技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種耦合欠驅(qū)動一體化雙關(guān)節(jié)機器人手指裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計。
背景技術(shù)：
機器人手裝置作為機器人的重要部分，近年來成為機器人技術(shù)領(lǐng)域研究的熱門和重點。但是在目前的研究中，存在一些技術(shù)難點。如為了實現(xiàn)多自由度靈巧手，需要較多的電機提供動力。但是，電機數(shù)量的增加不僅會導(dǎo)致控制系統(tǒng)復(fù)雜，更會使得整個手指裝置機構(gòu)龐大，破壞其擬人性。欠驅(qū)動技術(shù)是一個能夠較好解決此矛盾的方案之一。通過利用欠驅(qū)動機構(gòu)，可以由較少的電機驅(qū)動較多關(guān)節(jié)自由度，從而降低了對控制系統(tǒng)的要求。特別的， 一類釆用欠驅(qū)動自適應(yīng)機構(gòu)的機器人手指裝置應(yīng)運而生。以雙關(guān)節(jié)機器人手指為例說明欠驅(qū)動自適應(yīng)手指裝置的工作方式電機驅(qū)動整個手指(包括第一指段和第二指段)類似于一個剛體呈伸直狀態(tài)繞近關(guān)節(jié)軸轉(zhuǎn)動，當(dāng)?shù)谝恢付闻鲇|物體后受限制無法運動，此時在電機的作用下第二指段繞遠關(guān)節(jié)軸轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)了兩個指段先后按順序轉(zhuǎn)動。該類手指裝置具有自動適應(yīng)物體大小的特殊效果，適應(yīng)抓取對象范圍廣，有利于抓取的穩(wěn)定。
一種欠驅(qū)動機械手指裝置如美國發(fā)明專利US5762390A，該裝置屬于欠驅(qū)動自適應(yīng)裝置，由于采用多套四連桿機構(gòu)將驅(qū)動源的動力傳遞到多個關(guān)節(jié)處，具有自適應(yīng)性和抓取的穩(wěn)定性。
另一種欠驅(qū)動兩關(guān)節(jié)機器人手指裝置(中國發(fā)明專利CN101234489A)，包括基座、電機、中部指段、末端指段和平帶輪式傳動機構(gòu)等，同樣實現(xiàn)了雙關(guān)節(jié)欠驅(qū)動手指彎曲抓取物體的特殊效果，具有自適應(yīng)性。
但是，該類欠驅(qū)動自適應(yīng)機械手指裝置也具有一定的不足手指在未碰觸物體前始終呈伸直狀態(tài)轉(zhuǎn)動，這樣不僅與人手動作有較大差異，缺乏擬人性，而且當(dāng)?shù)谝恢付谓佑|物體后，在第二指段轉(zhuǎn)動到與物體接觸之前，物體有可能在第一指段的作用下被推開，離開手指的抓取范圍；手指只能以握持方式抓取物體，而不能實現(xiàn)較好的末端捏持；當(dāng)手指末端碰觸物體時，不能實現(xiàn)各關(guān)節(jié)的自然彎曲，從而較難將物體撥至手中抓牢；不能做到類似人手的空手握拳的動作等。
另一種在機器人領(lǐng)域廣泛運用的技術(shù)為耦合技術(shù)。通過采用耦合機構(gòu)，當(dāng)機器人手指裝置轉(zhuǎn)動時，可以實現(xiàn)多指段多關(guān)節(jié)的同時轉(zhuǎn)動，動作過程類似人手握持時手指的自然彎曲。仍以雙關(guān)節(jié)機器人手指為例說明耦合式手指裝置的工作方式當(dāng)電機驅(qū)動手指轉(zhuǎn)動時，不僅手指第一指段繞近關(guān)節(jié)軸轉(zhuǎn)動，第二指段在隨第一指段運動的同時繞遠關(guān)節(jié)軸相對于第一指段轉(zhuǎn)動，兩者轉(zhuǎn)動的角度有一個固定的比例關(guān)系，該比例關(guān)系由具體的耦合機構(gòu)的設(shè)計決定，并始終保持不變，此即為耦合抓取模式。多關(guān)節(jié)的手指依然可以由較少的驅(qū)動源驅(qū)動，故耦
3合式機器人手指繼承了欠驅(qū)動式手指具有較少驅(qū)動源，控制簡單的特點，而且克服了欠驅(qū)動自適應(yīng)手指裝置的一些缺點，其抓取動作具有良好的擬人性，可以實現(xiàn)捏持方式抓取，采用耦合式手指裝置的機器人手以做出握拳動作，同時還可以避免欠驅(qū)動自適應(yīng)手指有可能將物體推開的缺點。
已有的一種耦合式兩關(guān)節(jié)機器人手指裝置(中國發(fā)明專利CN101100064A)，主要包括基座、電機、第一指段、第二指段和"8"字形鋼絲繩和滑輪式傳動機構(gòu)。該裝置采用一個電機、"8"字形鋼絲繩和滑輪式傳動機構(gòu)實現(xiàn)了手指上兩個關(guān)節(jié)的同向1:1角度的耦合運動。
已有的一種耦合式多關(guān)節(jié)機器人手指裝置(日本發(fā)明專利JP2004-130405A)，包括基座、第一指段、第二指段、第三指段、電機、第一齒輪傳動機構(gòu)、第一帶輪傳動機構(gòu)、第二齒輪傳動機構(gòu)和第二帶輪傳動機構(gòu)等。該裝置采用齒輪和帶輪傳動機構(gòu)實現(xiàn)了由一個電機驅(qū)動多個關(guān)節(jié)耦合轉(zhuǎn)動的效果。
但是，耦合式手指裝置由于各個關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動角度比例保持不變，不具有欠驅(qū)動自適應(yīng)手指的自適應(yīng)抓取功能。各關(guān)節(jié)以固定角度比例轉(zhuǎn)動時，無法以恰好適應(yīng)物體表面大小尺寸的握持方式抓取，不具備對物體的自動適應(yīng)性，抓取效果不好，抓取不穩(wěn)定。
由上述情況可知，欠驅(qū)動自適應(yīng)式手指與耦合式手指機構(gòu)各具優(yōu)劣，如果能將兩者結(jié)合，取長補短，將成為未來機器人手指發(fā)展的趨勢。目前己有一種機器人手指裝置具有耦合和欠驅(qū)動自適應(yīng)的效果，但是為串聯(lián)式耦合加欠驅(qū)動自適應(yīng)手指(中國發(fā)明專利CN101190528A)，該裝置屬于三關(guān)節(jié)手指，其中指節(jié)與指尖采用耦合傳動方式，實現(xiàn)了兩關(guān)節(jié)的l: l角度的耦合運動，近指節(jié)和中指節(jié)采用欠驅(qū)動自適應(yīng)方式實現(xiàn)對物體的自適應(yīng)抓取。但是該裝置的耦合抓取和欠驅(qū)動自適應(yīng)抓取是分離開的，僅以手指上半部分實現(xiàn)耦合抓取，以手指下半部分實現(xiàn)欠驅(qū)動自適應(yīng)抓取，實為兩種抓取的簡單合成，并沒有把兩種抓取方式真正融合在一起。
綜上所述，如果能采用合為一體的耦合機構(gòu)與欠驅(qū)動自適應(yīng)機構(gòu)實現(xiàn)在同一抓取過程中
先后依次以耦合和欠驅(qū)動自適應(yīng)的方式實施抓取，將真正結(jié)合兩種抓取方式的優(yōu)點，實現(xiàn)優(yōu)
勢互補，可以得到功能強大、抓取范圍廣、抓取穩(wěn)定性好的實用型機器人手指裝置，成為各
種機器人手指裝置中的佼佼者。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對已有技術(shù)的不足之處，提出一種耦合欠驅(qū)動一體化雙關(guān)節(jié)機器人手指裝置，實現(xiàn)兩關(guān)節(jié)手指耦合抓取過程與欠驅(qū)動自適應(yīng)抓取過程融合于一體，同時結(jié)構(gòu)簡單、成本低，對控制系統(tǒng)要求低。
本發(fā)明采用如下技術(shù)方案
一種耦合欠驅(qū)動一體化雙關(guān)節(jié)機器人手指裝置，包括基座、第一指段、第二指段、近關(guān)節(jié)軸、遠關(guān)節(jié)軸、減速器和電機；所說的電機與基座固接，電機的輸出軸與所說的減速器的輸入軸相連，減速器的輸出軸與所說的近關(guān)節(jié)軸相連，近關(guān)節(jié)軸套設(shè)在基座中，所說的遠關(guān)節(jié)軸套設(shè)在所說的第一指段中；第一指段套接在近關(guān)節(jié)軸上，所說的第二指段套接在遠關(guān)節(jié)軸上；所說的近關(guān)節(jié)軸和遠關(guān)節(jié)軸的軸線相互平行； 其特征在于
該耦合欠驅(qū)動一體化雙關(guān)節(jié)機器人手指裝置還包括第一連桿、第一軸、第二連桿、第二 軸、第三連桿、第三軸、第四連桿、第一簧件和第二簧件；
所說的第一連桿的一端套固在近關(guān)節(jié)軸上，第一連桿的另一端通過所說的第一軸與所說 的第二連桿一端鉸接，第二連桿的另一端通過所說的第二軸與第二指段鉸接；所說的第三連 桿的一端套接在近關(guān)節(jié)軸上，第三連桿的另一端通過所說的第三軸與所說的第四連桿的一端 鉸接，第四連桿的另一端套接在第二軸上；所說的第一簧件的兩端分別連接第一連桿和第一 指段，所說的第二簧件的兩端分別連接第三連桿和基座；所說的第一軸、第二軸、第三軸和 近關(guān)節(jié)軸的軸線相互平行。
本發(fā)明所說的耦合欠驅(qū)動一體化雙關(guān)節(jié)機器人手指裝置，其特征在于所說的近關(guān)節(jié)軸、 遠關(guān)節(jié)軸、第一軸、第二軸和第三軸符合如下關(guān)系設(shè)近關(guān)節(jié)軸的軸線與遠關(guān)節(jié)軸的軸線所 在平面為P平面，第一軸的軸線與遠關(guān)節(jié)軸的軸線所在平面為M平面；則第一軸的軸線和第 三軸的軸線在P平面的兩側(cè)，第二軸的軸線和第三軸的軸線在M平面的兩側(cè)。
本發(fā)明所說的耦合欠驅(qū)動一體化雙關(guān)節(jié)機器人手指裝置，其特征在于所說的第一簧件 和第二簧件采用扭簧、拉簧、壓簧、片簧、板簧、發(fā)條或彈性繩。
本發(fā)明所說的耦合欠驅(qū)動一體化雙關(guān)節(jié)機器人手指裝置，其特征在于所說的第二簧件 的彈力限制作用強于第一簧件的彈力限制作用。
本發(fā)明所說的耦合欠驅(qū)動一體化雙關(guān)節(jié)機器人手指裝置，其特征在于在所說的減速器 與近關(guān)節(jié)軸之間設(shè)有傳動機構(gòu)，減速器的輸出軸通過所說的傳動機構(gòu)與近關(guān)節(jié)軸相連。
本發(fā)明所說的耦合欠驅(qū)動一體化雙關(guān)節(jié)機器人手指裝置，其特征在于在所說的電機上 設(shè)有編碼器。
本發(fā)明具有以下優(yōu)點及突出性效果
本發(fā)明利用多個連桿和簧件構(gòu)成并聯(lián)的耦合傳動機構(gòu)和欠驅(qū)動傳動機構(gòu)，套接兩個指段， 綜合實現(xiàn)了兩關(guān)節(jié)手指耦合抓取過程與欠驅(qū)動自適應(yīng)抓取過程融合于一體的特殊效果，該手 指裝置在碰觸物體前采用耦合方式轉(zhuǎn)動，動作高度擬人化，同時有利于對物體的包絡(luò)，并可 實現(xiàn)捏持方式抓取物體，在碰觸物體后，又可以采用欠驅(qū)動自適應(yīng)方式轉(zhuǎn)動抓取物體，自動 適應(yīng)所抓物體的大小和形狀，實現(xiàn)握持方式抓取，抓取穩(wěn)定。該手指裝置出力大，對控制系 統(tǒng)要求低，結(jié)構(gòu)簡單可靠、體積小、成本低，適合長期使用，與人手的手指外觀和動作相似， 適用于擬人機器人手上。


圖1是本發(fā)明提供的耦合欠驅(qū)動一體化雙關(guān)節(jié)機器人手指裝置的一種實施例的正面外觀圖。
圖2是圖1的左側(cè)視圖。
圖3是圖1所示實施例的立體外觀視圖。圖4是圖2的剖視圖。
圖5是圖1的右側(cè)剖視圖。
圖6是圖1所示實施例的正視圖(未畫出基座底板和第一指段底板)。
圖7是近關(guān)節(jié)軸4、第三連桿12和第二簧件16的位置關(guān)系圖。
圖8是圖1所示實施例的爆炸視圖。
圖9是圖1所示實施例以耦合方式轉(zhuǎn)動的左側(cè)剖視圖。
圖10是圖9所示轉(zhuǎn)動狀態(tài)的等效連桿示意圖。
圖11是圖1所示實施例的以欠驅(qū)動方式轉(zhuǎn)動的左側(cè)剖視圖(此時第一指段和第二指段均 被所抓物體阻擋)。
圖12是圖11所示轉(zhuǎn)動狀態(tài)的等效連桿示意圖。
圖13、圖14、圖15、圖16和圖17是圖1所示實施例以兩個指段完全握持方式抓取物體 過程示意圖(第一指段和第二指段分別繞近關(guān)節(jié)軸、遠關(guān)節(jié)軸軸線轉(zhuǎn)動)。 圖18是本實施例以兩個指段捏持方式抓取物體的示意圖。 圖19是本實施例以第二指段碰觸物體的示意圖。 在圖1至圖18中
3 —第二指段， 7—電機， IO —第二連桿， 14一第四連桿， 18 —編碼器，
2—第一指段， 6—減速器， 9一第一軸， 13 —第三軸， 17—傳動機構(gòu)，
4—近關(guān)節(jié)軸，
ll一第二軸，
15—第一簧件，
19_物體。
l一基座， 5—遠關(guān)節(jié)軸， 8—第一連桿， 12 —第三連桿， 16—第二簧件，
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)明具體結(jié)構(gòu)、工作原理的內(nèi)容。
本發(fā)明所說的耦合欠驅(qū)動一體化雙關(guān)節(jié)機器人手指裝置的一種實施例，如圖l、圖2、圖 3、圖4、圖5、圖6、圖7、圖8、圖9、圖10、圖11和圖12所示，包括基座1、第一指段 2、第二指段3、近關(guān)節(jié)軸4、遠關(guān)節(jié)軸5、減速器6和電機7;所說的電機7與基座1固接， 電機7的輸出軸與所說的減速器6的輸入軸相連，減速器6的輸出軸與所說的近關(guān)節(jié)軸4相 連，近關(guān)節(jié)軸4套設(shè)在基座1中，所說的遠關(guān)節(jié)軸5套設(shè)在所說的第一指段2中；第一指段 2套接在近關(guān)節(jié)軸4上，所說的第二指段3套接在遠關(guān)節(jié)軸5上；所說的近關(guān)節(jié)軸4和遠關(guān) 節(jié)軸5的軸線相互平行；
該實施例還包括第一連桿8、第一軸9、第二連桿10、第二軸11、第三連桿12、第三軸 13、第四連桿14、第一簧件15和第二簧件16;
所說的第一連桿8的一端套固在近關(guān)節(jié)軸4上，第一連桿8的另一端通過所說的第一軸9 與所說的第二連桿10 —端鉸接，第二連桿10的另一端通過所說的第二軸11與第二指段3鉸 接；所說的第三連桿12的一端套接在近關(guān)節(jié)軸4上，第三連桿的另一端通過所說的第三軸 13與所說的第四連桿14的一端鉸接，第四連桿14的另一端套接在第二軸11上；所說的第一簧件15的兩端分別連接第一連桿8和第一指段2，所說的第二簧件16的兩端分別連接第 三連桿12和基座1;所說的第一軸9、第二軸ll、第三軸13和近關(guān)節(jié)軸4的軸線相互平行。
本實施例中，所說的近關(guān)節(jié)軸4、遠關(guān)節(jié)軸5、第一軸9、第二軸11和第三軸13符合如 下關(guān)系設(shè)近關(guān)節(jié)軸4的軸線與遠關(guān)節(jié)軸5的軸線所在平面為戶平面，第一軸9的軸線與遠 關(guān)節(jié)軸5的軸線所在平面為M平面；則第一軸9的軸線和第三軸13的軸線在P平面的兩側(cè)， 第二軸11的軸線和第三軸13的軸線在M平面的兩側(cè)。
本發(fā)明所說的耦合欠驅(qū)動一體化雙關(guān)節(jié)機器人手指裝置，其特征在于所說的第一簧件 15和第二簧件16采用扭簧、拉簧、壓簧、片簧、板簧、發(fā)條或彈性繩。
在本實施例中，所說的第一簧件15和第二簧件16采用扭簧。
本發(fā)明所說的耦合欠驅(qū)動一體化雙關(guān)節(jié)機器人手指裝置，其特征在于所說的第二簧件 16的彈力限制作用強于第一簧件15的彈力限制作用。
在本實施例中，所說的簧件的彈力限制作用與第一簧件15和第二簧件16的直徑、圈數(shù) 和第一指段2、第二指段3轉(zhuǎn)動過程中的受力有關(guān)。當(dāng)?shù)诙杉?6的彈力限制作用強于第一 簧件15的彈力限制作用，可實現(xiàn)如下效果當(dāng)?shù)谝恢付?從伸直狀態(tài)開始轉(zhuǎn)動時，在第一指 段2未碰觸物體前，手指以耦合方式轉(zhuǎn)動，即第二指段3同時相對于第一指段2轉(zhuǎn)動，此時 第三連桿12在第二簧件16的作用下相對于基座保持固定，第一簧件15發(fā)生變形。當(dāng)?shù)谝恢?段2碰觸物體后，電機7繼續(xù)轉(zhuǎn)動，則手指以欠驅(qū)動方式轉(zhuǎn)動，第二指段3相對于第一指段 2繞遠關(guān)節(jié)軸5轉(zhuǎn)動，直到第二指段3碰觸物體，此時第一簧件15與第二簧件16都發(fā)生變 形。如果改變第一簧件15與第二簧件16的彈力限制作用的關(guān)系，則可獲得手指轉(zhuǎn)動時耦合 方式與欠驅(qū)動方式先后不同順序的效果。
本發(fā)明所說的耦合欠驅(qū)動一體化雙關(guān)節(jié)機器人手指裝置，其特征在于在所說的減速器6 與近關(guān)節(jié)軸4之間設(shè)有傳動機構(gòu)17，減速器6的輸出軸通過所說的傳動機構(gòu)17與近關(guān)節(jié)軸4 相連。
在本實施例中，所說的傳動機構(gòu)17采用齒輪傳動機構(gòu)。 在本實施例中，在所說的電機7上設(shè)有編碼器20。
本實施例的工作原理，如圖13、圖14、圖15、圖16、圖17、圖18、圖19，敘述如下 本實施例的初始狀態(tài)如圖13所示，類似人的手指伸直狀態(tài)。
當(dāng)本實施例抓取物體時，電機7轉(zhuǎn)動，通過減速器6、傳動機構(gòu)17帶動近關(guān)節(jié)軸4轉(zhuǎn)動， 近關(guān)節(jié)軸4帶動與之固接的第一連桿8轉(zhuǎn)動；由于第一簧件15的彈力限制作用，第一連桿8 通過第一簧件15帶動第一指段2繞近關(guān)節(jié)軸4轉(zhuǎn)動；遠關(guān)節(jié)軸5套接在第一指段2中，帶 動第二指段3跟隨第一指段2—起運動；由于第二簧件16的彈力限制作用，第三連桿12不 發(fā)生轉(zhuǎn)動，其位置相對于基座1固定不變，但由于第二軸11跟隨第二指段3相對于近關(guān)節(jié)軸 4轉(zhuǎn)動，第四連桿14相對于遠關(guān)節(jié)軸5的位置改變，從而第四連桿14推動第二指段3在第 一指段2繞近關(guān)節(jié)軸4轉(zhuǎn)動的同時繞遠關(guān)節(jié)軸5相對于第一指段2轉(zhuǎn)動，此時第一簧件15產(chǎn) 生變形，但由于第二簧件16的彈力限制作用強于第一簧件15，故第二簧件16仍不發(fā)生變形，
7此即為手指兩個指段采用耦合方式轉(zhuǎn)動的過程，如圖14所示。通過調(diào)整第一連桿8、第二連 桿10、第三連桿12、第四連桿14的長度，以及第二軸11與遠關(guān)節(jié)軸5的軸線的距離，可以 獲得不同的耦合效果，即耦合轉(zhuǎn)動時第一指段2繞近關(guān)節(jié)軸4轉(zhuǎn)動的角度與第二指段3繞遠 關(guān)節(jié)軸5相對于第一指端2轉(zhuǎn)動的角度的不同比例。此時會遇到以下三種情況
(a) 第二指段3碰到物體，第二指段3受限制無法運動，并依次通過第二軸ll、第二連桿 10、第一軸9和第一連桿8限制近關(guān)節(jié)軸4轉(zhuǎn)動，抓取結(jié)束，如圖19所示。
(b) 第一指段2和第二指段3同時碰到物體，第一指段2和第二指段3均受限制無法運動， 抓取結(jié)束，如圖18所示。
(c) 第一指段2碰到物體，如圖15所示，第一指段2受限制無法運動，此時第一連桿8在 近關(guān)節(jié)軸4的帶動下克服第一簧件15的變形彈力繼續(xù)轉(zhuǎn)動，并依次通過第一軸9、第二連桿 10和第二軸11推動第二指段3繞遠關(guān)節(jié)軸5轉(zhuǎn)動，同時第二軸11通過第四連桿14和第三 軸13拉動第三連桿12克服第二簧件16的變形彈力繞近關(guān)節(jié)軸4轉(zhuǎn)動，此即為手指采用欠驅(qū) 動方式轉(zhuǎn)動的過程，如圖16所示；直到第二指段3碰到物體，第一指段2和第二指段3均受 限制無法運動，抓取結(jié)束，如圖17所示。
當(dāng)放開物體時，電機7反轉(zhuǎn)，通過減速器6、傳動機構(gòu)17帶動近關(guān)節(jié)軸4反轉(zhuǎn)，第一連 桿8在近關(guān)節(jié)軸4帶動下反轉(zhuǎn)，第一連桿8依次通過第一軸9、第二連桿10和第二軸11拉 動第二指段3繞遠關(guān)節(jié)軸5反轉(zhuǎn)，同時第二軸11通過第四連桿14和第三軸13推動第三連桿 12反轉(zhuǎn)，此時第一簧件15和第二簧件16的變形逐漸較小，直到第二簧件16完全恢復(fù)到未 變形狀態(tài)，如圖15所示；第一連桿8繼續(xù)反轉(zhuǎn)，通過第一軸9、第二連桿10和第二軸11拉 動第二指段3繼續(xù)繞遠關(guān)節(jié)軸5反轉(zhuǎn)，由于第二簧件16的彈力限制作用，第三連桿12不再 轉(zhuǎn)動，故第四連桿14相對于遠關(guān)節(jié)軸5的位置改變，第四連桿14通過第二軸11、第二指段 3和遠關(guān)節(jié)軸5拉動第一指段2繞近關(guān)節(jié)軸4反轉(zhuǎn)，直到第一指段2與第三指段3同時反轉(zhuǎn) 到初始的手指伸直狀態(tài)，在基座1和第一指段2后背上方均有凸臺，此凸臺將限制手指反轉(zhuǎn) 時超過其初始伸直位置，起到限位作用，反轉(zhuǎn)結(jié)束，如圖13所示。
本發(fā)明利用多個連桿和簧件構(gòu)成耦合傳動機構(gòu)和欠驅(qū)動傳動機構(gòu)，套接兩個指段，綜合 實現(xiàn)了兩關(guān)節(jié)手指耦合抓取過程與欠驅(qū)動自適應(yīng)抓取過程融合于一體的特殊效果。其中由兩 個連桿和一個簧件構(gòu)成耦合傳動機構(gòu)；由另外兩個連桿和一個簧件構(gòu)成欠驅(qū)動自適應(yīng)傳動機
構(gòu)，兩套機構(gòu)結(jié)合為一體，同時工作，可以實現(xiàn)手指耦合轉(zhuǎn)動及自動解耦以欠驅(qū)動自適應(yīng)方 式轉(zhuǎn)動。該手指裝置在碰觸物體前采用耦合方式轉(zhuǎn)動，動作高度擬人化，同時有利于對物體 的包絡(luò)，防止物體離開手指抓取范圍，并可實現(xiàn)捏持方式抓取物體，在碰觸物體后，又可以 采用欠驅(qū)動自適應(yīng)方式轉(zhuǎn)動抓取物體，自動適應(yīng)所抓物體的大小和形狀，實現(xiàn)握持方式抓取， 抓取穩(wěn)定，集耦合抓取方式和欠驅(qū)動自適應(yīng)抓取方式的優(yōu)點于一身。該手指裝置僅采用四個 連桿構(gòu)成傳動機構(gòu)，因而結(jié)構(gòu)異常簡單，體積小，穩(wěn)定可靠，出力大，成本低廉，對控制系 統(tǒng)要求低，適合長期使用，與人手的手指外觀和動作相似，適用于擬人機器人手上。
權(quán)利要求
1、一種耦合欠驅(qū)動一體化雙關(guān)節(jié)機器人手指裝置，包括基座(1)、第一指段(2)、第二指段(3)、近關(guān)節(jié)軸(4)、遠關(guān)節(jié)軸(5)、減速器(6)和電機(7)；所說的電機(7)與基座(1)固接，電機(7)的輸出軸與所說的減速器(6)的輸入軸相連，減速器(6)的輸出軸與所說的近關(guān)節(jié)軸(4)相連，近關(guān)節(jié)軸(4)套設(shè)在基座(1)中，所說的遠關(guān)節(jié)軸(5)套設(shè)在所說的第一指段(2)中；第一指段(2)套接在近關(guān)節(jié)軸(4)上，所說的第二指段(3)套接在遠關(guān)節(jié)軸(5)上；所說的近關(guān)節(jié)軸(4)和遠關(guān)節(jié)軸(5)的軸線相互平行；其特征在于該耦合欠驅(qū)動一體化雙關(guān)節(jié)機器人手指裝置還包括第一連桿(8)、第一軸(9)、第二連桿(10)、第二軸(11)、第三連桿(12)、第三軸(13)、第四連桿(14)、第一簧件(15)和第二簧件(16)；所說的第一連桿(8)的一端套固在近關(guān)節(jié)軸(4)上，第一連桿(8)的另一端通過所說的第一軸(9)與所說的第二連桿(10)一端鉸接，第二連桿(10)的另一端通過所說的第二軸(11)與第二指段(3)鉸接；所說的第三連桿(12)的一端套接在近關(guān)節(jié)軸(4)上，第三連桿的另一端通過所說的第三軸(13)與所說的第四連桿(14)的一端鉸接，第四連桿(14)的另一端套接在第二軸(11)上；所說的第一簧件(15)的兩端分別連接第一連桿(8)和第一指段(2)，所說的第二簧件(16)的兩端分別連接第三連桿(12)和基座(1)；所說的第一軸(9)、第二軸(11)、第三軸(13)和近關(guān)節(jié)軸(4)的軸線相互平行。
2、 如權(quán)利要求1所說的耦合欠驅(qū)動一體化雙關(guān)節(jié)機器人手指裝置，其特征在于所說的 近關(guān)節(jié)軸(4)、遠關(guān)節(jié)軸(5)、第一軸(9)、第二軸(11)和第三軸(13)符合如下關(guān)系 設(shè)近關(guān)節(jié)軸(4)的軸線與遠關(guān)節(jié)軸(5)的軸線所在平面為P平面，第一軸(9)的軸線與遠 關(guān)節(jié)軸(5)的軸線所在平面為M平面；則第一軸(9)的軸線和第三軸(13)的軸線在戶平 面的兩側(cè)，第二軸(11)的軸線和第三軸(13)的軸線在M平面的兩側(cè)。
3、 如權(quán)利要求l所說的耦合欠驅(qū)動一體化雙關(guān)節(jié)機器人手指裝置，其特征在于所說的 第一簧件(15)和第二簧件(16)采用扭簧、拉簧、壓簧、片簧、板簧、發(fā)條或彈性繩。
4、 如權(quán)利要求1所說的耦合欠驅(qū)動一體化雙關(guān)節(jié)機器人手指裝置，其特征在于所說的 第二簧件(16)的彈力限制作用強于第一簧件(15)的彈力限制作用。
5、 如權(quán)利要求l所說的耦合欠驅(qū)動一體化雙關(guān)節(jié)機器人手指裝置，其特征在于在所說 的減速器(6)與近關(guān)節(jié)軸(4)之間設(shè)有傳動機構(gòu)(17)，減速器(6)的輸出軸通過所說的 傳動機構(gòu)(17)與近關(guān)節(jié)軸(4)相連。
6、 如權(quán)利要求1所說的耦合欠驅(qū)動一體化雙關(guān)節(jié)機器人手指裝置，其特征在于在所說 的電機(7)上設(shè)有編碼器(18)。
全文摘要
耦合欠驅(qū)動一體化雙關(guān)節(jié)機器人手指裝置，屬于機器人手技術(shù)領(lǐng)域，包括基座、電機、兩個指段、兩個關(guān)節(jié)軸、電機、四個連桿和兩個簧件等。本發(fā)明利用連桿和簧件構(gòu)成一體的耦合傳動機構(gòu)和欠驅(qū)動傳動機構(gòu)，套接兩個指段，綜合實現(xiàn)了兩關(guān)節(jié)手指耦合抓取過程與欠驅(qū)動自適應(yīng)抓取過程融合于一體的特殊效果，該手指裝置在碰觸物體前采用耦合方式轉(zhuǎn)動，且可實現(xiàn)捏持方式抓取物體，在碰觸物體后，又可以采用欠驅(qū)動自適應(yīng)方式轉(zhuǎn)動抓取物體，自動適應(yīng)所抓物體的大小和形狀，實現(xiàn)握持方式抓取。該手指裝置出力大，對控制系統(tǒng)要求低，結(jié)構(gòu)簡單可靠、成本低，適合長期使用，與人手的手指外觀和動作相似，適用于擬人機器人手上。
文檔編號B25J15/00GK101664930SQ20091009292
公開日2010年3月10日 申請日期2009年9月11日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月11日
發(fā)明者張文增, 趙得洋 申請人:清華大學(xué)