專利名稱：曲柄滑塊式柔性件并聯(lián)耦合欠驅(qū)動(dòng)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，特別涉及一種曲柄滑塊式柔性件并聯(lián)耦合欠 驅(qū)動(dòng)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，提供一種曲柄滑塊式柔性件并聯(lián) 耦合欠驅(qū)動(dòng)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)明所述的一種曲柄滑塊式柔性件并聯(lián)耦合欠驅(qū)動(dòng)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遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸上；其特征在于該曲柄滑塊式柔性件并聯(lián)耦合欠驅(qū)動(dòng)手指 裝置還包括撥盤、連桿、第一滑塊、第二滑塊、傳動(dòng)輪、第一簧件、第二簧件和柔性件；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；所述的第一指段套固在近關(guān)節(jié)軸上；所述 的撥盤套設(shè)在近關(guān)節(jié)軸上，撥盤與基座固接；所述的連桿一端與第一滑塊鉸接，另一端與撥 盤鉸接；所述的柔性件一端與第二指段的下部固接，另一端從第一指段上部穿過與第一指 段的中部或下部固接；所述的第一指段中設(shè)置相互平行的第一槽和第二槽；所述的第一滑塊鑲嵌在第一槽中；第二滑塊鑲嵌在第二槽中，且與所述的柔性件接觸，抓取物體時(shí)沿垂直 于柔性件方向滑動(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，兩端分別與第一指段和第一滑塊相連，所述的第二簧件套在遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸上，第二簧件的兩 端分別與第一指段和第二指段相連。本發(fā)明所述的一種曲柄滑塊式柔性件并聯(lián)耦合欠驅(qū)動(dòng)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；其特征在于該曲柄滑塊式柔性件并聯(lián)耦合欠驅(qū) 動(dòng)手指裝置還包括撥盤、連桿、第一滑塊、第二滑塊、第一簧件、第二簧件、第三簧件和柔性 件；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 撥盤套設(shè)在近關(guān)節(jié)軸上，撥盤與基座固接；所述的連桿一端與第一滑塊鉸接，另一端與撥盤 鉸接；所述的柔性件一端與第二指段的下部固接，另一端從第一指段上部穿過與第一指段 的中部或下部固接；所述的第一指段中設(shè)置有相互平行的第一槽和第二槽；所述的第一滑 塊鑲嵌在第一指段的第一槽中；第二滑塊鑲嵌在第一指段的第二槽中，且與所述的柔性件 接觸，抓取物體時(shí)沿垂直于柔性件方向滑動(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，兩端分別與第一指段和第一滑塊相連。所述的第二簧件套在 遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸上，兩端分別與第一指段和第二指段相連。本發(fā)明所述的曲柄滑塊式柔性件并聯(lián)耦合欠驅(qū)動(dòng)手指裝置，其特征在于在所述 的第二滑塊上設(shè)有與柔性件平行的第二滑槽或通孔，所述的柔性件穿過第二滑塊上的通孔 或槽與第二滑塊相接觸。本發(fā)明所述的曲柄滑塊式柔性件并聯(lián)耦合欠驅(qū)動(dòng)手指裝置，其特征在于所述的 柔性件采用平帶、齒形帶、腱繩或鏈條；所述的傳動(dòng)輪采用帶輪、齒輪、繩輪或鏈輪，所述的 柔性件和傳動(dòng)輪形成傳動(dòng)關(guān)系。本發(fā)明所述的曲柄滑塊式柔性件并聯(lián)耦合欠驅(qū)動(dòng)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)明所述的曲柄滑塊式柔性件并聯(lián)耦合欠驅(qū)動(dòng)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)明所述的曲柄滑塊式柔性件并聯(lián)耦合欠驅(qū)動(dòng)手指裝置，其特征在于所述的 第一簧件采用拉簧、壓簧或彈性繩，第二簧件采用扭簧、拉簧或壓簧。本發(fā)明所述的曲柄滑塊式柔性件并聯(lián)耦合欠驅(qū)動(dòng)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)明所述的曲柄滑塊式柔性件并聯(lián)耦合欠驅(qū)動(dòng)手指裝置，其特征在于所述的
第二滑塊表面覆蓋有第二滑塊表面板。本發(fā)明所述的曲柄滑塊式柔性件并聯(lián)耦合欠驅(qū)動(dòng)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)軸與第一齒輪之間設(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)明裝置利用撥盤連桿、雙滑塊、柔性件和簧件綜合實(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；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)這樣的基于曲柄滑塊和柔性件的 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)明提供的曲柄滑塊式柔性件并聯(lián)耦合欠驅(qū)動(dòng)手指裝置的第一種技術(shù) 方案的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是圖1的A-A剖視圖。圖3是本發(fā)明提供的曲柄滑塊式柔性件并聯(lián)耦合欠驅(qū)動(dòng)手指裝置的第二種技術(shù) 方案(具有變抓取力)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是圖3的A-A剖視圖。圖5是本發(fā)明又一種實(shí)施例(第三簧件連接第二滑塊和第一指段的實(shí)施例)的正 剖視圖。圖6是圖1所示實(shí)施例外觀的側(cè)視圖。圖7是圖1所示實(shí)施例外觀的正視圖。圖8、9、10、11是圖1所示實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)耦合抓取過程的側(cè)面外觀示意圖。圖12、13、14、15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)抓取過程的 側(cè)面外觀示意圖。圖16、17、18、19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)的抓取方式過程 的側(cè)面外觀示意圖。在圖1至圖19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-撥盤，72-連桿，73-第一滑塊，74-第二滑塊，741-滑塊表面板，75-第一滑槽，76-第二滑槽，77-第三滑槽，78-傳動(dòng)輪，81-第一簧件，82-第二簧件，83-第三簧件，91-減速器，92-第一齒輪，93-第二齒輪，94-套筒，95-銷，
96-柔性件， 97-繩，98-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(jì)的一種曲柄滑塊式柔性件并聯(lián)耦合欠驅(qū)動(dòng)手指裝置的實(shí)施例，剖視圖 如圖1、2所示，外觀如圖6、7所示，動(dòng)作原理如圖8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19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套固在遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸5 上；其特征在于該曲柄滑塊式柔性件并聯(lián)耦合欠驅(qū)動(dòng)手指裝置還包括撥盤71、連桿72、第 一滑塊73、第二滑塊74、傳動(dòng)輪78、第一簧件81、第二簧件82和柔性件96 ；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；所述的第一指段4套固在近關(guān)節(jié)軸3上；所 述的撥盤71套設(shè)在近關(guān)節(jié)軸3上，撥盤71與基座1固接；所述的連桿72 —端與第一滑塊 73鉸接，另一端與撥盤71鉸接；所述的柔性件96 —端與第二指段6的下部固接，另一端從 第一指段4上部穿過與第一指段4的中部或下部固接；所述的第一指段4中設(shè)置相互平行 的第一槽和第二槽；所述的第一滑塊73鑲嵌在第一槽中；第二滑塊74鑲嵌在第二槽中，且 與所述的柔性件96接觸，抓取物體時(shí)沿垂直于柔性件96方向滑動(dòng)；所述的第一滑塊73與 第二滑塊74活接觸；所述的第一簧件81設(shè)置在第一指段4中，兩端分別與第一指段4和第 一滑塊73相連，所述的第二簧件82套在遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸5上，第二簧件82的兩端分別與第一指 段4和第二指段6相連。本實(shí)施例中，在所述的第二滑塊74上設(shè)有與柔性件96平行的第二滑槽76或通 孔，所述的柔性件96穿過第二滑塊74上的通孔或槽與第二滑塊74相接觸。本實(shí)施例中，所述的柔性件96采用平帶、齒形帶、腱繩或鏈條；所述的傳動(dòng)輪78采 用帶輪、繩輪或鏈輪。所述的柔性件97和第四傳動(dòng)輪78形成傳動(dòng)關(guān)系。本實(shí)施例中，所述的第一滑塊73與第二滑塊74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可推動(dòng)第二滑塊74向手指里滑移。當(dāng)?shù)谝恢付? 碰到物體，第二滑塊74向手指里移動(dòng)時(shí)，第二滑塊74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采用壓簧，也可以采用扭簧或拉簧；所述的第二 簧件82采用扭簧，也可以采用拉簧或壓簧。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，所述的第二滑塊74表面覆蓋有第二滑塊表面板741?；瑝K表面板741 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采用銷固接，遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸5和第二指段6采用銷固接。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與第 一齒輪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曲柄滑塊式柔性件并聯(lián)耦合欠驅(qū)動(dòng)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；其特征在于該曲柄滑塊式柔性件并聯(lián)耦合欠驅(qū) 動(dòng)手指裝置還包括撥盤71、連桿72、第一滑塊73、第二滑塊74、第一簧件81、第二簧件82、 第三簧件83和柔性件96 ；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 ；所述的撥盤71套設(shè)在近關(guān)節(jié)軸3上，撥盤71與基座1 固接；所述的連桿72 —端與第一滑塊73鉸接，另一端與撥盤71鉸接；所述的柔性件96 — 端與第二指段6的下部固接，另一端從第一指段4上部穿過與第一指段4的中部或下部固 接；所述的第一指段4中設(shè)置有相互平行的第一槽和第二槽；所述的第一滑塊73鑲嵌在第 一指段4的第一槽中；第二滑塊74鑲嵌在第一指段4的第二槽中，且與所述的柔性件96接 觸，抓取物體時(shí)沿垂直于柔性件96方向滑動(dòng)；所述的第一滑塊73與第二滑塊74活接觸；所 述的第一簧件81設(shè)置在第一指段4中，兩端分別與第一指段4和第一滑塊73相連。所述 的第二簧件82套在遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸5上，兩端分別與第一指段4和第二指段6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)明還提供的一種曲柄滑塊式柔性件并聯(lián)耦合欠驅(qū)動(dòng)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74的活接觸方式采用采用繩97連接，當(dāng)?shù)谝换?塊73向手指里移動(dòng)時(shí)，第一滑塊73可拉動(dòng)第二滑塊74向手指里滑移。當(dāng)?shù)谝恢付?碰到 物體，第二滑塊74向手指里移動(dòng)時(shí)，第二滑塊74對(duì)第一滑塊73不會(huì)產(chǎn)生影響，實(shí)現(xiàn)了自然 解耦。本發(fā)明還提供的一種曲柄滑塊式柔性件并聯(lián)耦合欠驅(qū)動(dòng)手指裝置的實(shí)施例，其剖 視圖如圖5所示。第二簧件82采用壓簧，所述的壓簧的兩端分別連接第二滑塊74和第一 指段4 ；第二簧件82也可以采用扭簧，所述的扭簧套設(shè)在遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸5上，扭簧的兩端分別連 接第一指段4和第二指段6 ；第二簧件82也可以采用拉簧或彈性繩，所述的第二簧件82的 兩端分別連接第一指段4和第二指段6。下面結(jié)合附圖介紹圖1所示的曲柄滑塊式柔性件并聯(lián)耦合欠驅(qū)動(dòng)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8所示，此時(shí)手指未接觸物體98。第一簧件81采用的 是壓簧，該壓簧迫使第一指段4與基座1之間保持伸直的初始狀態(tài)，(第一凸塊121頂著第 一指段4使手指不致于反向彎曲)；第二簧件82采用的是扭簧，該扭簧迫使第二指段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)耦合抓取過程當(dāng)機(jī)器人手指抓取物體98時(shí)，電機(jī)2正轉(zhuǎn)，通過減速器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)，進(jìn)而連桿72推動(dòng)鑲嵌在第一指段4中的第一 滑塊73向手指內(nèi)部平移運(yùn)動(dòng)。因?yàn)榈诙瑝K74與第一滑塊73單面接觸，第一滑塊73會(huì) 帶動(dòng)第二滑塊74向第一指段4里滑移，第二滑塊74把柔性件96壓向手指里，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，實(shí)現(xiàn)物體不動(dòng)的情況 下耦合抓取的功能。具體運(yùn)動(dòng)過程如圖8、9、10、11所示。放開物體的過程與上述抓取物體的過程相同，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)抓取過程有兩種欠驅(qū)動(dòng)抓取過程1)第一種欠驅(qū)動(dòng)抓取過程其他手指和外力直接擠壓物體，物體擠壓第二滑塊觸 發(fā)欠驅(qū)動(dòng)抓取，最終第二指段快速扣住物體。具體來說，當(dāng)?shù)谝恢付?上可滑動(dòng)的第二滑塊 74與物體98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74時(shí)，第二滑塊74向手指里滑移，因?yàn)榈诙瑝K74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74的滑移會(huì)把柔性件96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)過程如圖12、13、14、15所
示 ο2)第二種欠驅(qū)動(dòng)抓取過程物體固定不動(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。具體來說，當(dāng)?shù)谝恢付?上可滑動(dòng)的第二滑塊與物體98接 觸，第二指段6未與物體接觸，此時(shí)物體由于被手掌或其他手指約束住固定不動(dòng)，第二滑塊 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 (原因見前述的耦合抓取過程)，而此時(shí)由于第二滑塊已 經(jīng)相對(duì)于第一指段向手指內(nèi)部滑動(dòng)了一段較小的距離八d，因此該變化的距離將使得柔性 件96被壓向手指里，從而帶動(dòng)傳動(dòng)輪和第二指段轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度θ，由于和耦合轉(zhuǎn)動(dòng)的情況 相比，第二滑塊向內(nèi)滑移的距離變大，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，實(shí)現(xiàn)了自 然解耦，導(dǎo)致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(shí)現(xiàn)了欠驅(qū) 動(dòng)抓取過程。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)抓取過程如圖16、17、18、19所示。綜合(a)和(b)耦合和自適應(yīng)抓取過程可知，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，無需損耗電機(jī)功率。本發(fā)明裝置利用撥盤連桿、雙滑塊、柔性件和簧件綜合實(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；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)這樣的曲柄滑塊式柔性件并聯(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。
權(quán)利要求
一種曲柄滑塊式柔性件并聯(lián)耦合欠驅(qū)動(dòng)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)套固在遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸(5)上，其特征在于該曲柄滑塊式柔性件并聯(lián)耦合欠驅(qū)動(dòng)手指裝置還包括撥盤(71)、連桿(72)、第一滑塊(73)、第二滑塊(74)、傳動(dòng)輪(78)、第一簧件(81)、第二簧件(82)和柔性件(96)；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；所述的第一指段(4)套固在近關(guān)節(jié)軸(3)上；所述的撥盤(71)套設(shè)在近關(guān)節(jié)軸(3)上，撥盤(71)與基座(1)固接；所述的連桿(72)一端與第一滑塊(73)鉸接，另一端與撥盤(71)鉸接；所述的柔性件(96)一端與第二指段(6)的下部固接，另一端從第一指段(4)上部穿過、與第一指段(4)的中部或下部固接；所述的第一指段(4)中設(shè)置相互平行的第一槽和第二槽；所述的第一滑塊(73)鑲嵌在第一槽中；第二滑塊(74)鑲嵌在第二槽中，且與所述的柔性件(96)接觸，抓取物體時(shí)沿垂直于柔性件(96)方向滑動(dòng)；所述的第一滑塊(73)與第二滑塊(74)活接觸；所述的第一簧件(81)設(shè)置在第一指段(4)中，兩端分別與第一指段(4)和第一滑塊(73)相連，所述的第二簧件(82)套在遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸(5)上，第二簧件(82)的兩端分別與第一指段(4)和第二指段(6)相連。
2.一種曲柄滑塊式柔性件并聯(lián)耦合欠驅(qū)動(dòng)手指裝置，包括基座(1)、近關(guān)節(jié)軸(3)、第 一指段⑷、遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸(5)、第二指段(6)和電機(jī)(2)，所述的電機(jī)⑵設(shè)置在基座⑴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，其特征在于該曲柄滑塊式柔性件并聯(lián)耦合欠驅(qū)動(dòng)手指裝置還包括撥盤(71)、連桿 (72)、第一滑塊(73)、第二滑塊(74)、第一簧件(81)、第二簧件(82)、第三簧件(83)和柔性 件(96)；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)；所述的撥盤(71)套設(shè)在近關(guān)節(jié)軸(3)上，撥盤 (71)與基座(1)固接；所述的連桿(72) —端與第一滑塊(73)鉸接，另一端與撥盤(71)鉸 接；所述的柔性件(96) —端與第二指段(6)的下部固接，另一端從第一指段(4)上部穿過 與第一指段(4)的中部或下部固接；所述的第一指段(4)中設(shè)置有相互平行的第一槽和第 二槽；所述的第一滑塊(73)鑲嵌在第一指段(4)的第一槽中；第二滑塊(74)鑲嵌在第一 指段(4)的第二槽中，且與所述的柔性件(96)接觸，抓取物體時(shí)沿垂直于柔性件(96)方向 滑動(dòng)；所述的第一滑塊(73)與第二滑塊(74)活接觸；所述的第一簧件(81)設(shè)置在第一指 段(4)中，兩端分別與第一指段(4)和第一滑塊(73)相連。所述的第二簧件(82)套在遠(yuǎn) 關(guān)節(jié)軸(5)上，兩端分別與第一指段(4)和第二指段(6)相連。
3.如權(quán)利要求1或2所述的曲柄滑塊式柔性件并聯(lián)耦合欠驅(qū)動(dòng)手指裝置，其特征在于 在所述的第二滑塊(74)上設(shè)有與柔性件(96)平行的第二滑槽(76)或通孔，所述的柔性件 (96)穿過第二滑塊(74)上的通孔或槽與第二滑塊(74)相接觸。
4.如權(quán)利要求1或2所述的曲柄滑塊式柔性件并聯(lián)耦合欠驅(qū)動(dòng)手指裝置，其特征在于 所述的柔性件(96)采用平帶、齒形帶、腱繩或鏈條；所述的傳動(dòng)輪(78)采用帶輪、齒輪、繩 輪或鏈輪，所述的柔性件(96)和傳動(dòng)輪(78)形成傳動(dòng)關(guān)系。
5.如權(quán)利要求1或2所述的曲柄滑塊式柔性件并聯(lián)耦合欠驅(qū)動(dòng)手指裝置，其特征在于 所述的第一滑塊(73)與第二滑塊(74)的活接觸方式采用單面接觸，所述的第一滑塊(73) 推動(dòng)第二滑塊(74)向手指內(nèi)滑移。
6.如權(quán)利要求1或2所述的曲柄滑塊式柔性件并聯(lián)耦合欠驅(qū)動(dòng)手指裝置，其特征在于 所述的第一滑塊(73)與第二滑塊(74)的活接觸方式采用繩(97)連接，所述的第一滑塊 (73)拉動(dòng)第二滑塊(74)向手指內(nèi)滑移。
7.如權(quán)利要求1或2所述的曲柄滑塊式柔性件并聯(lián)耦合欠驅(qū)動(dòng)手指裝置，其特征在于 所述的第一簧件(81)采用拉簧、壓簧或彈性繩，第二簧件(82)采用扭簧、拉簧或壓簧。
8.如權(quán)利要求1或2所述的曲柄滑塊式柔性件并聯(lián)耦合欠驅(qū)動(dòng)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(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。
9.如權(quán)利要求1或2所述的曲柄滑塊式柔性件并聯(lián)耦合欠驅(qū)動(dòng)手指裝置，其特征在于 所述的第二滑塊(74)表面覆蓋有第二滑塊表面板(741)。
10.如權(quán)利要求1或2所述的曲柄滑塊式柔性件并聯(lián)耦合欠驅(qū)動(dòng)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)與撥盤(71)之 間設(shè)置有軸承。
全文摘要
曲柄滑塊式柔性件并聯(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、撥盤、連桿、柔性件和簧件。該裝置實(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，能耦合擬人化抓取，且具備欠驅(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；將耦合傳動(dòng)與欠驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)有機(jī)融合起來，利用滑塊活接觸方式實(shí)現(xiàn)自然解耦，此解耦不消耗電機(jī)功率，能量利用率高。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)B25J17/00GK101829995SQ20101016491
公開日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)