專(zhuān)利名稱(chēng)：齒條曲柄滑塊式并聯(lián)耦合欠驅(qū)動(dòng)機(jī)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(jī)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(dòng)機(jī)器人手指裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
背景技術(shù)：
機(jī)器人手是機(jī)器人不可或缺的一部分，相對(duì)于機(jī)器人的其它部分，機(jī)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(diǎn)與難點(diǎn)。機(jī)器人手主要用于對(duì)物體的抓 持和空間移動(dòng)以及做手勢(shì)等其它手部動(dòng)作。目前現(xiàn)有 的靈巧手雖然控制靈活，但是電機(jī)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(hù)成本非常高，這些因素阻礙了靈巧手型 機(jī)器人手在現(xiàn)實(shí)生活中的推廣應(yīng)用。近年來(lái)快速發(fā)展的耦合抓取型機(jī)器人手和欠驅(qū)動(dòng)抓取 型機(jī)器人手雖然不具備靈巧手的高靈活度，但是電機(jī)數(shù)量少，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(jiàn)物體，成為發(fā)展和研究的熱點(diǎn)。已有的一種雙關(guān)節(jié)并聯(lián)欠驅(qū)動(dòng)機(jī)器人手指裝置，如中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利CN 101633171A, 包括基座、電機(jī)、近關(guān)節(jié)軸、遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸和末端指段，還包括分別實(shí)現(xiàn)耦合和欠驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)的傳 動(dòng)機(jī)構(gòu)以及多個(gè)簧件解耦裝置等。當(dāng)手指碰觸物體前實(shí)現(xiàn)多關(guān)節(jié)耦合轉(zhuǎn)動(dòng)的效果，當(dāng)手指 碰觸物體后采用多關(guān)節(jié)欠驅(qū)動(dòng)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(dòng)機(jī)構(gòu)分別實(shí)現(xiàn)耦合和欠驅(qū)動(dòng)抓取，使得整個(gè)手指結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造加工成本高；該裝置 耦合傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和欠驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)相互影響，雖然采用了三個(gè)簧件來(lái)解耦，但內(nèi)耗了電機(jī)的 功率；該裝置的兩套傳動(dòng)機(jī)構(gòu)平行排列，再加上多個(gè)簧件在關(guān)節(jié)軸上安裝，致使手指過(guò)于粗 大，增加了制造、安裝和維護(hù)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(dòng)機(jī)器人手指裝置，該裝置能實(shí)現(xiàn)耦合轉(zhuǎn)動(dòng)與欠驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)相結(jié)合的效果，能耦合擬 人化抓取，且具備欠驅(qū)動(dòng)自適應(yīng)功能，結(jié)構(gòu)緊湊，制造、維護(hù)成本低，外形與人手指相似，適 用于擬人機(jī)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(dòng)機(jī)器人手指裝置，包括基座、 近關(guān)節(jié)軸、第一指段、遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸、第二指段和電機(jī)，所述的電機(jī)設(shè)置在基座中，電機(jī)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(yuǎn)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(yuǎn)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(dòng)機(jī)器人手指裝置還包括齒輪、傳動(dòng)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(dòng)輪套固在遠(yuǎn)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(dòng)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(shí)沿第一滑槽方向滑動(dòng)；第二滑塊鑲嵌在第二滑槽中，抓取物體時(shí)沿第二滑槽方向滑動(dòng)； 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(dòng)機(jī)器人手指裝置，包括基座、近關(guān)節(jié)軸、第一指段、遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸、第二指段和電機(jī)，所述的電機(jī)設(shè)置在基座中，電機(jī)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(yuǎn)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(yuǎn)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(dòng)機(jī)器人手指裝置還包括齒輪、傳動(dòng)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(dòng)輪套固在遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸上，傳動(dòng)輪與第二指段固接；所述的連桿一端與傳動(dòng)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(shí)沿平行于第一滑槽的方向滑動(dòng)；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(shí)沿平行于第二滑槽的方向滑動(dòng)；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(dòng)機(jī)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(dòng)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(dòng)機(jī)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(dòng)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(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)器人手指裝置，其特征在于還 包括傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，所述的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括減速器、第一齒輪和第二齒輪；所述的電機(jī)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(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)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(diǎn)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(shí)現(xiàn)了耦合轉(zhuǎn)動(dòng)與欠驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn) 動(dòng)緊密結(jié)合的傳動(dòng)效果，不僅能夠耦合轉(zhuǎn)動(dòng)更擬人化地抓取物體，而且具備欠驅(qū)動(dòng)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(jiǎn)潔緊湊，安裝容易，制造加工成本低；該裝置實(shí)現(xiàn)了耦合傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和欠驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)有機(jī)融合，不相互影響，利用滑塊活接觸的多種方式實(shí)現(xiàn)了自然解耦，此解耦不消耗電機(jī)功率，能量利用率高。其中第二指段的曲柄滑塊機(jī) 構(gòu)能夠通過(guò)主動(dòng)滑塊運(yùn)動(dòng)很短的距離實(shí)現(xiàn)第二指段大角度的轉(zhuǎn)動(dòng)。外形與人手手指相似， 可以作為擬人機(jī)器人手的一個(gè)手指或手指的一部分，也可以用多個(gè)這樣的基于齒條和曲柄 滑塊的并聯(lián)耦合欠驅(qū)動(dòng)手指組合成為機(jī)器人手，用以達(dá)到擬人機(jī)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(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)器人手指裝置的第二種 技術(shù)方案(具有變抓取力效果實(shí)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(shí)施例外觀的側(cè)視圖。圖6是圖1所示實(shí)施例外觀的正視圖。圖7、8、9、10是圖1所示實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)耦合抓取過(guò)程的側(cè)面外觀示意圖。圖11、12、13、14是圖1所示實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)耦合抓取以及欠驅(qū)動(dòng)自適應(yīng)抓取過(guò)程的 側(cè)面外觀示意圖。圖15、16、17、18是圖1所示實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)先耦合后自適應(yīng)欠驅(qū)動(dòng)的抓取方式過(guò)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(jī)，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(yuǎn)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(dòng)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(xiāo)，97-連桿， 98-繩99-物體。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖及實(shí)施例進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的具體結(jié)構(gòu)、工作原理及工作過(guò)程。本發(fā)明設(shè)計(jì)的一種齒條曲柄滑塊式并聯(lián)耦合欠驅(qū)動(dòng)機(jī)器人手指裝置的實(shí)施例，剖 視圖如圖1、2所示，外觀如圖5、6所示，動(dòng)作原理如圖7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18所示。本實(shí)施例包括基座1、近關(guān)節(jié)軸3、第一指段4、遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸5、第二指段6和電機(jī)2，所述 的電機(jī)2設(shè)置在基座1中，電機(jī)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(yuǎn)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(yuǎn) 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(dòng)機(jī)器人手指裝置還包括齒輪 71、傳動(dòng)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(dòng)輪78套固在遠(yuǎn)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(dòng)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(shí)沿第一滑槽方向滑動(dòng)；第二滑塊75鑲嵌在第二滑槽中，抓取 物體時(shí)沿第二滑槽方向滑動(dòng)；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(shí)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(dòng)時(shí)，第一滑塊73推動(dòng)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(dòng)時(shí)，第二滑塊75不會(huì)對(duì)第一滑塊73產(chǎn)生影響，實(shí)現(xiàn)了自 然解耦。本實(shí)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(shí)施例中，還包括傳動(dòng)機(jī)構(gòu)；所述的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括減速器91、第一齒輪92和第 二齒輪93 ；所述的電機(jī)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(shí)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(shí)，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(duì)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(xiāo)固接，遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸5和第二指段6采用銷(xiāo)固接。本實(shí)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(dòng)機(jī)器人手指 裝置的實(shí)施例，其剖視圖如圖4所示。本實(shí)施例包括基座1、近關(guān)節(jié)軸3、第一指段4、遠(yuǎn)關(guān) 節(jié)軸5、第二指段6和電機(jī)2，所述的電機(jī)2設(shè)置在基座1中，電機(jī)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(yuǎn)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(yuǎn)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(dòng)機(jī)器人手指裝置還包括齒輪71、傳動(dòng)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(dòng)輪78套固在遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸5上，傳 動(dòng)輪78與第二指段6固接；所述的連桿97 —端與傳動(dòng)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(shí)沿平行于第一滑槽的方向滑動(dòng)；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(shí)沿平行于第二滑槽的方向滑動(dòng)；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(jī)2帶動(dòng)近關(guān)節(jié)軸3轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，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(dòng)第一指段4轉(zhuǎn)動(dòng)。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(dòng)機(jī)器人手指裝置的實(shí)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(dòng)時(shí)，第一滑塊73拉動(dòng)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(dòng)時(shí)，第二滑塊75對(duì)第一滑塊73不會(huì)產(chǎn)生影響，實(shí)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(dòng)機(jī)器 人手指裝置 的實(shí)施例的工作原理。機(jī)器人手指的初始狀態(tài)如圖7所示，電機(jī)2停轉(zhuǎn)時(shí)，其內(nèi)部的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量較大，會(huì)發(fā) 生軟自鎖，所以第一滑塊73不會(huì)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(dòng)，此時(shí)第一指段4相對(duì)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(yuǎn)關(guān)節(jié)軸5不發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)(第二凸塊421頂著第二指段6)，此 時(shí)整個(gè)手指保持伸直狀態(tài)。本實(shí)施例的抓取方式有兩種，分別敘述如下(a)耦合抓取過(guò)程當(dāng)機(jī)器人手指抓取物體99時(shí)，電機(jī)2正轉(zhuǎn)，通過(guò)減速器91帶動(dòng)第一齒輪92轉(zhuǎn)動(dòng)， 驅(qū)動(dòng)第二齒輪93轉(zhuǎn)動(dòng)，使近關(guān)節(jié)軸3正轉(zhuǎn)，帶動(dòng)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(dòng)，會(huì)使得與第一齒條72被第一齒輪71反向撥動(dòng) (第一齒條72向手指內(nèi)部平移運(yùn)動(dòng))，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(yùn)動(dòng)。因?yàn)榈谝换瑝K73與第二滑塊75單面接觸，第一滑塊73會(huì)帶動(dòng)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(guò)連桿97和傳動(dòng)輪 78的傳動(dòng)，帶動(dòng)遠(yuǎn)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(shí)施例在物體不動(dòng)的情況下實(shí)現(xiàn)了耦合抓取的功能。具體運(yùn)動(dòng)過(guò)程如圖7、8、9、10 所示。放開(kāi)物體的過(guò)程與上述抓取物體的過(guò)程相同，電機(jī)2反轉(zhuǎn)，將帶動(dòng)第一指段4和第二指段6同時(shí)反向轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)放開(kāi)物體，最終回復(fù)到手指初始的伸直狀態(tài)。(b)欠驅(qū)動(dòng)抓取過(guò)程有兩種欠驅(qū)動(dòng)抓取過(guò)程1)第一種欠驅(qū)動(dòng)抓取過(guò)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(dòng)抓取，最終第二指段快速扣住物體。具體來(lái)說(shuō)，當(dāng)?shù)谝恢付?上可滑動(dòng)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(dòng)第 二滑塊75時(shí)，第二滑塊75向手指里滑移，因?yàn)榈诙瑝K75與第一滑塊73單面接觸，所以 不會(huì)對(duì)第一滑塊73產(chǎn)生影響，實(shí)現(xiàn)了自然解耦(圖3所示實(shí)施例采用繩連接方式實(shí)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(huì)把連桿97壓向手指里，帶動(dòng)遠(yuǎn) 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(shí)現(xiàn)了抓取，且能夠自動(dòng)適應(yīng)物體的大小形 狀，是一種無(wú)需電機(jī)工作的自適應(yīng)欠驅(qū)動(dòng)抓取方式。具體運(yùn)動(dòng)過(guò)程如圖11、12、13、14所示。2)第二種欠驅(qū)動(dòng)抓取過(guò)程物體固定不動(dòng)(被手掌或其他手指、外力約束)，此時(shí) 本實(shí)施例繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)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(dòng)抓取， 最終第二指段快速扣住物體。具體來(lái)說(shuō)，當(dāng)?shù)谝恢付?上可滑動(dòng)的第二滑塊與物體99接 觸，第二指段6未與物體接觸，此時(shí)由于物體被手掌或其他手指約束住固定不動(dòng)，滑塊被物 體阻擋，此時(shí)第一指段還可以轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)很小的角度δ，此轉(zhuǎn)動(dòng)將產(chǎn)生一個(gè)第二指段相對(duì)于 第一指段的耦合轉(zhuǎn)動(dòng)角度α (原因見(jiàn)前述的耦合抓取過(guò)程)，而此時(shí)由于滑塊已經(jīng)相對(duì)于 第一指段向手指內(nèi)部滑動(dòng)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(dòng)第二指段轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度θ，由于和相同情況下耦合轉(zhuǎn)動(dòng)的方式相比，第 二滑塊75向內(nèi)移動(dòng)的距離變大，因此θ會(huì)大于α，從而實(shí)現(xiàn)第二指段轉(zhuǎn)過(guò)的角度是一個(gè) 較大的角度θ，不再是耦合轉(zhuǎn)動(dòng)的角度a。此時(shí)第二滑塊與第一滑塊脫開(kāi)，實(shí)現(xiàn)了自然解 耦，第二指段快速扣向物體，此過(guò)程直到第二指段緊緊扣住物體，從而實(shí)現(xiàn)了欠驅(qū)動(dòng)抓取過(guò) 程。此欠驅(qū)動(dòng)抓取實(shí)現(xiàn)了對(duì)不同形狀大小物體的抓取，具有自適應(yīng)性，減輕了對(duì)控制系統(tǒng)的 要求。第二種欠驅(qū)動(dòng)抓取過(guò)程如圖15、16、17、18所示。綜合(a)和(b)耦合和自適應(yīng)抓取過(guò)程可知，本實(shí)施例實(shí)現(xiàn)了一種特殊的先耦合 后自適應(yīng)欠驅(qū)動(dòng)的抓取方式，解耦方式自然，無(wú)需損耗電機(jī)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(shí)現(xiàn)了耦合轉(zhuǎn)動(dòng)與欠驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)緊密結(jié)合的傳動(dòng)效果，不僅能夠耦合轉(zhuǎn)動(dòng)更擬人化地抓取物體，而且具備欠驅(qū)動(dòng)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(jiǎn)潔緊湊，安裝容易，制造加工成本低；該裝 置耦合傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和欠驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)有機(jī)融合，不相互影響，利用滑塊活接觸的多種方式實(shí) 現(xiàn)了自然解耦，此解耦不消耗電機(jī)功率，能量利用率高。其中第二指段的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)能夠 通過(guò)主動(dòng)滑塊運(yùn)動(dòng)很短的距離實(shí)現(xiàn)第二指段大角度的轉(zhuǎn)動(dòng)。外形與人手手指相似，可以作 為擬人機(jī)器人手的一個(gè)手指或手指的一部分，也可以用多個(gè)這樣的齒條滑塊式并聯(lián)耦合欠 驅(qū)動(dòng)手指組合成為機(jī)器人手，用以達(dá)到擬人機(jī)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(dòng)機(jī)器人手指裝置，包括基座(1)、近關(guān)節(jié)軸(3)、第一指段(4)、遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸(5)、第二指段(6)和電機(jī)(2)，所述的電機(jī)(2)設(shè)置在基座(1)中，電機(jī)(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(yuǎn)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(yuǎn)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(dòng)機(jī)器人手指裝置還包括齒輪(71)、傳動(dòng)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(dòng)輪(78)套固在遠(yuǎn)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(dòng)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(shí)沿第一滑槽方向滑動(dòng)；第二滑塊(75)鑲嵌在第二滑槽中，抓取物體時(shí)沿第二滑槽方向滑動(dòng)；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(dòng)機(jī)器人手指裝置，包括基座(1)、近關(guān)節(jié)軸 (3)、第一指段(4)、遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸(5)、第二指段(6)和電機(jī)(2)，所述的電機(jī)(2)設(shè)置在基座 (1)中，電機(jī)(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(yuǎn)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(yuǎn) 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(dòng)機(jī)器人手指裝置還包括齒 輪(71)、傳動(dòng)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(dòng)輪(78)套固在遠(yuǎn) 關(guān)節(jié)軸(5)上，傳動(dòng)輪(78)與第二指段(6)固接；所述的連桿(97) —端與傳動(dòng)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(shí)沿平行于第一滑槽的方向滑動(dòng)；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(shí)沿平行于第二滑槽的方 向滑動(dòng)；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(dòng)機(jī)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(dòng)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(dòng)機(jī)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(dòng)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(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)器人手指裝置，其特征 在于所述裝置還包括傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，所述的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括減速器(91)、第一齒輪(92)和第二 齒輪(93)；所述的電機(jī)(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(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)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(dòng)手指裝置，屬于擬人機(jī)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(yuǎn)關(guān)節(jié)軸、第二指段、連桿、撥盤(pán)、電機(jī)、齒條和簧件。該裝置能夠?qū)崿F(xiàn)耦合轉(zhuǎn)動(dòng)與欠驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)相結(jié)合的傳動(dòng)效果，能夠通過(guò)耦合實(shí)現(xiàn)擬人化抓取，也具備欠驅(qū)動(dòng)自適應(yīng)功能。整個(gè)手指結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔，制造加工成本低，利用滑塊活接觸方式實(shí)現(xiàn)自然解耦，不需電機(jī)消耗功率，能量利用率高。其中第二指段的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)能夠通過(guò)主動(dòng)滑塊運(yùn)動(dòng)很短的距離實(shí)現(xiàn)第二指段大角度的轉(zhuǎn)動(dòng)。該裝置外形與人手指相似，可以作為機(jī)器人手的一個(gè)手指或手指的一部分，也可以用多個(gè)手指組合成為機(jī)器人手，用以達(dá)到擬人機(jī)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(hào)B25J15/08GK101829993SQ20101016489
公開(kāi)日2010年9月15日 申請(qǐng)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(guó), 張文增, 都東, 陳強(qiáng) 申請(qǐng)人:清華大學(xué)