專利名稱：多關(guān)節(jié)聯(lián)動(dòng)多指靈巧手的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種夾持裝置，更具體地說，涉及一種可用于科學(xué)實(shí)驗(yàn)、航空航
天、工業(yè)、娛樂等多個(gè)領(lǐng)域的多關(guān)節(jié)聯(lián)動(dòng)多指靈巧手，屬于機(jī)器人領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著科技的發(fā)展，機(jī)器人得到了越來越廣泛的應(yīng)用，而機(jī)器人中的靈巧手或機(jī)器 人夾持器是機(jī)器人完成操作的基本工具。盡管目前已經(jīng)有各種各樣的靈巧手或夾持器出 現(xiàn)，但通常夾持器是由剛性的指部組合而成，從而造成夾持器功能單一、適應(yīng)性差，抓持不 同的物體需要更換不同的夾持器，不僅使用不方便，而且成本增加；機(jī)器人靈巧手雖然由多 個(gè)關(guān)節(jié)的指部構(gòu)成，適應(yīng)性很強(qiáng)，但指部的每一關(guān)節(jié)均需由一電機(jī)驅(qū)動(dòng)，從而導(dǎo)致整個(gè)靈巧 手的控制裝置復(fù)雜、價(jià)格昂貴，而且在抓持操作時(shí)一般采用指端夾持的方式，抓持不穩(wěn)定， 難以得到廣泛應(yīng)用。 為此，本實(shí)用新型提出一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、抓持適應(yīng)性強(qiáng)及可對(duì)物體進(jìn)行包絡(luò) 抓持的多關(guān)節(jié)聯(lián)動(dòng)多指靈巧手。

發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的主要目的在于解決現(xiàn)有夾持器由于指部的剛性特性而導(dǎo)致抓持適 應(yīng)性差的問題，以及機(jī)器人靈巧手由于需要多個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)而存在控制復(fù)雜、成本高的問題。 本實(shí)用新型中的多關(guān)節(jié)聯(lián)動(dòng)多指靈巧手包括有一掌部，及多個(gè)用于抓持物件的 指部，每一指部的一端通過轉(zhuǎn)軸與所述掌部樞接；所述每一指部均包括有多個(gè)通過轉(zhuǎn)軸依 序樞接成一體的指桿，所有指桿上的轉(zhuǎn)軸的軸線互相平行，即每個(gè)指部只能做平面內(nèi)的轉(zhuǎn) 動(dòng)，每一指桿的有效長(zhǎng)度(即一個(gè)指桿上的兩個(gè)轉(zhuǎn)軸之間的距離)皆相等，指桿的數(shù)量為n 個(gè)，n = 2，3，4...，相鄰指桿之間及與掌部樞接的指桿與掌部平面之間的夾角皆等于180n/ (n+l)度，各指桿之間設(shè)置有聯(lián)動(dòng)的傳動(dòng)裝置，如鏈條、鏈輪、帶輪等，傳動(dòng)比為l : l，該傳 動(dòng)裝置與設(shè)在所述掌部?jī)?nèi)的驅(qū)動(dòng)裝置聯(lián)結(jié)。指部的數(shù)量可以為兩個(gè)、三個(gè)、四個(gè)、五個(gè)或更 多，所有指部呈交錯(cuò)分布在掌部的兩側(cè)，如果指部的數(shù)量為偶數(shù)則兩側(cè)的數(shù)量相等，如果指 部的數(shù)量為奇數(shù)則一側(cè)的數(shù)量比另一側(cè)的多一個(gè)。 一側(cè)指部的安裝位置要與另一側(cè)的指部 位置錯(cuò)開，這樣可保證一側(cè)的指部運(yùn)動(dòng)不會(huì)與另一側(cè)的指部發(fā)生干涉，而且在所有的指部 運(yùn)動(dòng)到一起時(shí)可保證兩側(cè)的指部交錯(cuò)在一起，但不發(fā)生干涉，這樣的布局主要是為了提高 抓持物體時(shí)指部與被抓持物體之間接觸點(diǎn)的對(duì)稱性，使抓持更可靠。同一側(cè)所有指部與掌 部樞接的轉(zhuǎn)軸在同一條直線上，且兩側(cè)指部與掌部樞接轉(zhuǎn)軸之間的距離與指桿的有效長(zhǎng)度 相同，即掌部可假想成一個(gè)指桿。在靈巧手的每一個(gè)指部運(yùn)動(dòng)過程中，相鄰指桿之間及與掌 部樞接的指桿與掌部平面之間的夾角皆相等，即可保證位于掌部?jī)蓚?cè)的指部上的所有指桿 的中心點(diǎn)包絡(luò)成一圓形，而這個(gè)內(nèi)包絡(luò)圓的直徑會(huì)隨著指部的運(yùn)動(dòng)而發(fā)生變化，這樣的話 當(dāng)驅(qū)動(dòng)該靈巧手的指部運(yùn)動(dòng)時(shí)即可實(shí)現(xiàn)對(duì)不同大小物體的包絡(luò)抓持。所有的指部只用一個(gè) 電機(jī)即可驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)通過齒輪或同步帶等運(yùn)動(dòng)傳遞裝置等傳動(dòng)比地將運(yùn)動(dòng)傳遞到各個(gè)指部與掌部相連的轉(zhuǎn)軸處。 另外，所述掌部也可包括有一殼體，該殼體內(nèi)部設(shè)置有多個(gè)電機(jī)，該每一電機(jī)通過 齒輪組等傳動(dòng)裝置分別與所述各個(gè)指部?jī)?nèi)的傳動(dòng)裝置聯(lián)結(jié)。 本發(fā)明中的多關(guān)節(jié)聯(lián)動(dòng)多指靈巧手借助于指部間的傳動(dòng)裝置和指桿間的聯(lián)動(dòng)裝 置，可以減少驅(qū)動(dòng)裝置，從而簡(jiǎn)化控制裝置，降低成本。 本發(fā)明中的多關(guān)節(jié)聯(lián)動(dòng)多指靈巧手進(jìn)一步借助于指部關(guān)節(jié)及呈交錯(cuò)布置于掌部 兩側(cè)的指部且內(nèi)部可形成不同直徑大小的包絡(luò)圓，使得靈巧手可以抓持不同形狀的物體， 如圓柱體、長(zhǎng)方體、球狀體及彈性物體等等。 本實(shí)用新型中的多關(guān)節(jié)聯(lián)動(dòng)多指靈巧靈巧手具有下述優(yōu)點(diǎn) 1.本實(shí)用新型中的靈巧手采用指桿有效尺寸相同和相鄰指桿夾角相同的指部結(jié)
構(gòu)，且指部交錯(cuò)布置在掌部的兩側(cè)，每個(gè)指部采用i : i的同速傳動(dòng)方式，可保證靈巧手的
所有指桿在運(yùn)動(dòng)過程中指桿的中點(diǎn)構(gòu)成一個(gè)直徑變化的包絡(luò)圓，使得該靈巧手可實(shí)現(xiàn)對(duì)不
同直徑的圓形、球形或矩形物體的包絡(luò)抓持，且由于接觸點(diǎn)數(shù)量多，抓持比較可靠； 2.本實(shí)用新型中的靈巧手在抓持物體時(shí)每個(gè)指部的所有關(guān)節(jié)聯(lián)動(dòng)，可像人手一樣 對(duì)物體進(jìn)行包絡(luò)抓持，只用一個(gè)電機(jī)即可驅(qū)動(dòng)所有的指部，也可使每個(gè)指部由一獨(dú)立的電 機(jī)驅(qū)動(dòng)，使得控制結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單。

圖1是本實(shí)用新型中多關(guān)節(jié)聯(lián)動(dòng)多指靈巧手的立體外觀示意圖； 圖2是本實(shí)用新型中指桿的尺寸、兩側(cè)掌部樞接指部的轉(zhuǎn)軸之間的距離、指桿之
間的夾角、第一指桿與掌部的夾角及內(nèi)包絡(luò)圓圖； 圖3是本實(shí)用新型中三指桿間的傳動(dòng)示意圖； 圖4本實(shí)用新型中掌部?jī)?nèi)的驅(qū)動(dòng)裝置及傳動(dòng)主視圖； 圖5是本實(shí)用新型中掌部?jī)?nèi)的驅(qū)動(dòng)裝置及傳動(dòng)側(cè)視圖。圖中l(wèi)-指部A2_指部B3_指部C4-掌部20-指桿A21-指桿B22-指桿C30-指桿D31-指桿E32-指桿F101-凸耳F201-凸耳G202-導(dǎo)向輪A203-鋼絲A204-樞軸A205-導(dǎo)向輪B206-凸耳D207-導(dǎo)向輪C208-凸耳B209-鋼絲B210-樞軸B211-凸耳E212-導(dǎo)向輪D213-凸耳C301-凸耳H401-電機(jī)402-齒輪A403-齒輪B404-齒輪D405-軸A406-軸B407-帶輪A408-同步帶409-帶輪B410-齒輪C
具體實(shí)施方式下面將結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型中的具體實(shí)施例作進(jìn)一步詳細(xì)說明。 如圖1所示，本實(shí)用新型以設(shè)置有三個(gè)指部及每一指部均設(shè)置有三個(gè)關(guān)節(jié)的多關(guān)
節(jié)聯(lián)動(dòng)多指靈巧手為實(shí)施例，當(dāng)然，指部與關(guān)節(jié)的數(shù)量可以根據(jù)不同需求而隨時(shí)改變，并且
4兩者的數(shù)量也不一定相同。即指部的數(shù)量可以是兩個(gè)、三個(gè)、四個(gè)或五個(gè)，甚至五個(gè)以上；而
且關(guān)節(jié)的數(shù)量也可以是兩個(gè)、三個(gè)、四個(gè)、五個(gè)、六個(gè)甚至六個(gè)以上。本實(shí)用新型中的指部呈
交錯(cuò)狀分布在掌部的兩側(cè)，以防止靈巧手在夾持小物體時(shí)各指部發(fā)生互相碰撞。 如圖1和圖2所示，本實(shí)用新型中的多關(guān)節(jié)聯(lián)動(dòng)多指靈巧手包括有一可安裝在機(jī)
器人上的掌部4、三個(gè)呈相互交錯(cuò)設(shè)置的指部A1、B2、C3、設(shè)在掌部4內(nèi)的驅(qū)動(dòng)裝置及與該驅(qū)
動(dòng)裝置聯(lián)結(jié)用于聯(lián)動(dòng)指部A1、 B2、 C3的傳動(dòng)裝置。掌部4包括有一方形殼體，該殼體也可
呈其它便于安裝與放置的形狀，并不局限于此，該殼體于其內(nèi)部設(shè)置有一驅(qū)動(dòng)裝置，該驅(qū)動(dòng)
裝置為一電機(jī)401，如圖5。指部B2包括指桿A20、 B21、 C22，所有指桿A20、 B21、 C22的有
效長(zhǎng)度、掌部4的有效長(zhǎng)度與指桿的有效長(zhǎng)度相等，且指桿A20、指桿B21、指桿C22之間及
指桿A20與掌部4之間的夾角也相等，這樣的話指桿A20、指桿B21、指桿C22、指桿D30、指
桿E31、指桿F32、掌部4的中點(diǎn)可構(gòu)成一內(nèi)包絡(luò)圓。由于每個(gè)指部的相鄰指桿之間傳動(dòng)比
為l : 1且相鄰指桿之間及指桿A20與掌部平面之間的夾角皆相等，因此所有指桿的轉(zhuǎn)動(dòng)
速度相同，在指桿運(yùn)動(dòng)的過程中，指桿A20、指桿B21、指桿C22、掌部4所構(gòu)成的內(nèi)包絡(luò)圓的
直徑也會(huì)發(fā)生變化，由此可實(shí)現(xiàn)對(duì)不同直徑物體的包絡(luò)抓持。由于接觸點(diǎn)的數(shù)量比較多，所
以抓持會(huì)比較可靠穩(wěn)定。 如圖3所示，指部B2均包括有三個(gè)呈中空狀的指桿A20、指桿B21、指桿C22，指桿 20、指桿B21、指桿C22的一端于中間位置分別設(shè)置有一凸耳A201、凸耳B208、凸耳C213，凸 耳B208、凸耳C213分別通過鍵與樞軸A204、樞軸B210固定連接。指桿A20、指桿B21的另 一端在其兩側(cè)各設(shè)置有一對(duì)稱的凸耳D206、凸耳E211，該凸耳D206、凸耳E211上各設(shè)置有 同軸心的圓孔，圓孔中裝有軸承以支撐樞軸A204、樞軸B210，通過樞軸樞軸A204、樞軸B210 與凸耳A201、凸耳B208、凸耳C213、凸耳D206、凸耳E211將指桿A20與指桿B21、指桿B21 與指桿C22依序樞接構(gòu)成一指部B2。指部B2內(nèi)部設(shè)置有一聯(lián)動(dòng)的傳動(dòng)裝置，該聯(lián)動(dòng)的傳 動(dòng)裝置包括有通過鍵與樞軸A204、樞軸B210固定連接的導(dǎo)向輪A202、導(dǎo)向輪B205、導(dǎo)向輪 C207、導(dǎo)向輪D212及與導(dǎo)向輪A202、導(dǎo)向輪B205纏繞的鋼絲A203和與導(dǎo)向輪C207、導(dǎo)向 輪D212纏繞的鋼絲B209。所有導(dǎo)向輪的直徑相同，可保證指桿A20、指桿B21、指桿C22之 間的傳動(dòng)比為l : 1 : 1，即指桿C22相對(duì)于B21、指桿B21相對(duì)于指桿A20、指桿A20相對(duì) 于掌部4的轉(zhuǎn)角皆相同。這樣利用驅(qū)動(dòng)裝置、傳動(dòng)裝置可以帶動(dòng)指部2做抓持動(dòng)作。但在 此需強(qiáng)調(diào)一點(diǎn)，傳動(dòng)裝置也可以由其他具有相同功能的結(jié)構(gòu)來替換，如鏈條、鏈輪、帶輪等， 并不局限本實(shí)施例所舉的結(jié)構(gòu)，只要傳動(dòng)比為1 : l即可。 如圖4和圖5所示，殼體內(nèi)部設(shè)置有一電機(jī)401，該電機(jī)的輸出軸通過齒輪A402、 齒輪B403、齒輪C410將運(yùn)動(dòng)傳遞給齒輪D404和軸A405，指部A1的凸耳FIOI與指部B2的 凸耳G201與軸A405通過鍵固聯(lián)在一起，軸C411的一端固定的同步帶輪A407通過同步帶 408將運(yùn)動(dòng)1 : 1地傳遞到同步帶輪B409和軸B406，同步帶輪B409通過鍵固聯(lián)在軸B406 上，軸B406通過鍵與指部C3的凸耳H301固聯(lián)，這樣的話可保證電機(jī)401的運(yùn)動(dòng)等速地傳 遞給了指部A1 、指部B2 、指部C3 ，使其運(yùn)動(dòng)同步。 另，在殼體內(nèi)部也可以設(shè)置多個(gè)電機(jī)，該電機(jī)的數(shù)量與指部的數(shù)量相同，即一電機(jī) 分別帶動(dòng)一指部，每個(gè)指部可獨(dú)立運(yùn)動(dòng)，可以提高整個(gè)靈巧手的獨(dú)立自由度和靈活性，可以 抓持形狀復(fù)雜的物體。
權(quán)利要求一種多關(guān)節(jié)聯(lián)動(dòng)多指靈巧手，其特征在于其包括有一掌部及多個(gè)用于抓持物件的指部，每一指部的一端通過轉(zhuǎn)軸與所述掌部樞接，所述每一指部均包括有多個(gè)通過轉(zhuǎn)軸依序樞接成一體的指桿，所有指桿的轉(zhuǎn)軸軸線相互平行，所有指桿的有效長(zhǎng)度相等；所述每一指部各相鄰指桿之間設(shè)置有傳動(dòng)裝置，傳動(dòng)比為1∶1，該傳動(dòng)裝置與設(shè)在所述掌部?jī)?nèi)的驅(qū)動(dòng)裝置聯(lián)接；所有指部呈交錯(cuò)分布在掌部的兩側(cè)，即一側(cè)指部在運(yùn)動(dòng)的過程中不會(huì)與另一側(cè)的指部發(fā)生干涉或碰撞，同一側(cè)所有指部與掌部樞接的轉(zhuǎn)軸在同一條直線上，且兩側(cè)指部與掌部樞接轉(zhuǎn)軸之間的距離與指桿的有效長(zhǎng)度相同；掌部?jī)?nèi)的電機(jī)通過齒輪組或齒形帶等裝置將電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)等傳動(dòng)比地傳遞給各指部的傳動(dòng)裝置，所有的指部只用一個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1中所述的多關(guān)節(jié)聯(lián)動(dòng)多指靈巧手，其特征在于所述各指桿間的傳 動(dòng)裝置為鋼絲與導(dǎo)向輪。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1中所述的多關(guān)節(jié)聯(lián)動(dòng)多指靈巧手，其特征在于所述各指桿間的傳 動(dòng)裝置為多組相互嚙合傳動(dòng)的齒形帶與帶輪。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1中所述的多關(guān)節(jié)聯(lián)動(dòng)多指靈巧手，其特征在于所述各指桿間的傳 動(dòng)裝置為多組相互嚙合傳動(dòng)的鏈條與鏈輪。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1中所述的多關(guān)節(jié)聯(lián)動(dòng)多指靈巧手，其特征在于所述指部的數(shù)量為 兩個(gè)、三個(gè)、四個(gè)或五個(gè)，且所述指部呈交錯(cuò)狀設(shè)于掌部的兩側(cè)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l中所述的多關(guān)節(jié)聯(lián)動(dòng)多指靈巧手，其特征在于所述指桿的數(shù)量為n 個(gè)，n = 2，3，4...，相鄰指桿之間及與掌部樞接的指桿與掌部平面之間的夾角皆等于180n/ (n+l)度。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種多關(guān)節(jié)聯(lián)動(dòng)多指靈巧手，其包括有一掌部及多個(gè)用于抓持物件的指部，每一指部的一端與所述掌部樞接；所述每一指部均包括有多個(gè)依序樞接成一體的指桿，并在各指桿之間設(shè)置有傳動(dòng)裝置，該傳動(dòng)裝置與設(shè)在所述掌部?jī)?nèi)的驅(qū)動(dòng)裝置聯(lián)結(jié)。該靈巧手可只用一個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，也可使每個(gè)指部由一獨(dú)立的電機(jī)驅(qū)動(dòng)，使得控制結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單。該靈巧手可在抓持物體時(shí)像人手一樣對(duì)物體進(jìn)行包絡(luò)抓持，提高了抓持的穩(wěn)定性。
文檔編號(hào)B25J15/08GK201519961SQ20092022260
公開日2010年7月7日 申請(qǐng)日期2009年9月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月9日
發(fā)明者戰(zhàn)強(qiáng), 楊雙龍, 楊睿, 蔡堯 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)