專利名稱：仿生機器人手裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種仿生機器人手裝置。
背景技術：
現(xiàn)有的靈巧手(如美國Robonaut手、英國Siadow公司的V5手、中德合作研發(fā)的 HIT/DLR手和北航BH手等)多數(shù)采用非常復雜的多齒輪傳動機構實現(xiàn)在食指、中指、無名指和小指根部的彎曲和側展兩個主動自由度運動，而且該彎曲和側展轉動中心線相互垂直。 其不足在于該裝置結構復雜，成本昂貴，同時由于主動驅動的電機數(shù)量過多，加重了實時控制的難度。對于人手的研究表明，人手的食指、中指、無名指和小指的側展自由度運動非常重要，在抓取常見物體(尤其是球狀物體)及完成一些常見手勢動作(例如“V”字形手勢、 “0K”手勢等)時，經(jīng)常需要四指的側展運動。但是多數(shù)時候，四指的側展運動是同時進行的，少有單獨一個手指的側展運動。因而靈巧手所具備的每個手指均單獨完成側展運動看似更加“靈巧”，但卻大大增加了控制難度和制造成本。四指的側展運動能夠在抓取物體時實現(xiàn)一種更加立體化的包絡抓取效果，使得抓取更加穩(wěn)定。一種已有的帶輪欠驅動機器人手裝置(中國發(fā)明專利CN101214653A)，具有采用6 個電機驅動的手掌和5個手指，每個手指均采用電機驅動的帶輪欠驅動機構實現(xiàn)；拇指有3 個自由度一個是拇指與手掌之間的側擺關節(jié)，另兩個是拇指中間的彎曲自由度；食指、中指、無名指和小指結構相同、尺寸不同，分別具有3個彎曲自由度，其中包括一個手指的根部與手掌之間的手指彎曲自由度。其不足之處在于該機器人手的食指、中指、無名指和小指不具備手指側展運動，導致抓取常見物體時難以實現(xiàn)更好的立體包絡抓取效果，抓取物體還不夠穩(wěn)定，同時難以完成像“V”字形手勢、“0K”手勢等常見手勢。

實用新型內(nèi)容(一)要解決的技術問題本實用新型要解決的技術問題是提供一種具有抓取物體穩(wěn)定、側展靈活的仿生機器人手裝置。( 二 )技術方案為解決上述技術問題，本實用新型采用的仿生機器人手裝置，包括食指、中指、無名指、小指和手掌；該仿生機器人手裝置還包括設置在手掌中的電機、主動轉軸、食指支撐柱、無名指支撐柱、小指支撐柱、傳動機構和牽引裝置。手掌包括手掌前板和手掌背板，手掌前板和手掌背板固接成為中空的盒子狀；電機與手掌固接沖指的根部與手掌固接，食指、無名指、小指的根部分別通過食指轉軸、無名指轉軸、小指轉軸與手掌連接；食指轉軸一端固定在手掌背板中，另一端與食指鉚接；無名指轉軸一端固定在手掌背板中，另一端與無名指鉚接；小指轉軸一端固定在手掌背板中，另一端與小指鉚接；電機的輸出軸與主動轉軸相連，主動轉軸的兩端分別套設在手掌前板和手掌背板中。食指支撐柱的一端固接在食指的根部，食指支撐柱的另一端鑲嵌在手掌前板的第一滑槽中，該第一滑槽是以食指轉軸的中心線為圓心、食指支撐柱的中心線與食指轉軸的中心線間距離為半徑的圓弧滑槽；無名指支撐柱的一端與無名指的根部固接，無名指支撐柱的另一端鑲嵌在手掌前板的第二滑槽中，該第二滑槽是以無名指轉軸的中心線為圓心、 無名指支撐柱的中心線與無名指轉軸的中心線間距離為半徑的圓弧滑槽；小指支撐柱的一端固接在小指的根部，小指支撐柱的另一端鑲嵌在手掌前板的第三滑槽中，該第三滑槽是以小指轉軸的中心線為圓心、小指支撐柱的中心線與小指轉軸的中心線間距離為半徑的圓弧滑槽；食指支撐柱、無名指支撐柱和小指支撐柱相互平行，中心線方向均由手掌的掌心指向手掌的后背。電機通過傳動機構與主動轉軸相連，該傳動機構包括減速器、第一錐齒輪和第二錐齒輪；減速器的輸入端與輸出端分別連接電機和第一錐齒輪，第一錐齒輪與第二錐齒輪嚙合，第二錐齒輪套固在主動轉軸上。作為本實用新型的一種優(yōu)選方式，仿生機器人手裝置的牽引裝置包括主動轉軸、 食指腱繩、無名指腱繩、小指腱繩、定軸、第一彈簧、第二彈簧和第三彈簧。定軸套固定在手掌前板和手掌背板中；食指腱繩一端與食指根部固連，另一端與主動轉軸固連，腱繩中部繞過定軸；無名指腱繩一端與無名指根部固連，另一端與主動轉軸固連，腱繩中部繞過定軸； 小指腱繩一端與小指根部固連，另一端與主動轉軸同連，腱繩中部繞過定軸；第一彈簧設在食指與中指之間；第二彈簧設在中指與無名指之間；第三彈簧設在無名指與小指之間。作為本實用新型的另一種優(yōu)選方式，仿生機器人手裝置的牽引裝置包括主動轉盤、第一連桿、食指轉盤、食指轉軸、第二連桿、無名指轉盤、無名指轉軸、第三連桿、小指轉盤和小指轉軸。主動轉盤套固在主動轉軸上，第一連桿的一端與主動轉盤鉸接，第一連桿的另一端與食指轉盤、無名指轉盤或小指轉盤鉸接；食指轉盤與第二連桿的一端鉸接，第二連桿的另一端與無名指轉盤鉸接；無名指轉盤與第三連桿的一端鉸接，第三連桿的另一端與小指轉盤鉸接。食指轉軸的中心點與第二連桿和食指轉盤的鉸接點確定的線段稱為第一線段，第二連桿分別與食指轉盤和無名指轉盤的鉸接點確定的線段稱為第二線段，第二連桿和無名指轉盤的鉸接點與無名指轉軸的中心點確定的線段稱為第三線段，第一線段、第二線段和第三線段形成“Z”字形或“S”字形；無名指轉軸的中心點與第三連桿和無名指轉盤的鉸接點確定的線段稱為第四線段，第三連桿分別與無名指轉盤和小指轉盤的鉸接點確定的線段稱為第五線段，第三連桿和小指轉盤的鉸接點與小指轉軸的中心點確定的線段稱為第六線段，第四線段、第五線段和第六線段形成“C”字形。(三)有益效果本實用新型的優(yōu)點在于本實用新型所述的仿生機器人手裝置采用單電機驅動和牽引裝置傳動綜合實現(xiàn)了機器人手食指、無名指和小指相對中指的側展與并攏運動效果。 該裝置使機器人手在抓取物體時可以采用并攏或側展某角度的抓取姿態(tài)，使機器人手抓取物體時達到更好的包絡抓取效果，抓取物體更加穩(wěn)定，同時能夠完成更多擬人化的手勢，無論機器人手抓取物體還是完成手勢都更接近于人手；該裝置結構簡單、緊湊，制造成本低， 控制容易，適用于擬人機器人手。[0017]附圖說明
圖1是本實用新型提供的仿生機器人手裝置手掌外觀圖，此時食指、無名指和小指已并攏。圖2是仿生機器人手裝置第一種實施方式的手掌剖視圖，此時食指、無名指和小指展開。圖3是仿生機器人手裝置第一種實施方式的局部側視圖。圖4是圖3所示的I部分的放大圖。圖5是仿生機器人手裝置第二種實施方式的手背剖視圖，此時食指、無名指和小指展開。圖6是仿生機器人手裝置第二種實施方式的局部側視圖。圖7是圖6所示的II部分的放大圖。圖8是圖6所示的III部分的放大圖。
具體實施方式
以下結合附圖和實施例，對本實用新型的具體實施方式
作進一步詳細描述。以下實施例用于說明本實用新型，但不用來限制本實用新型的范圍。如圖1、圖2和圖5所示，本實用新型包括食指3、中指4、無名指5、小指6和手掌 1 ；該仿生機器人手裝置還包括設置在手掌中的電機711、主動轉軸712、食指支撐柱823、無名指支撐柱825、小指支撐柱826、傳動機構和牽引裝置。手掌包括手掌前板11和手掌背板12，手掌前板11和手掌背板12固接成為中空的盒子狀；電機711與手掌1固接沖指4的根部與手掌1固接，食指3、無名指5、小指6的根部分別通過食指轉軸813、無名指轉軸815、小指轉軸816與手掌1連接；食指轉軸813 —端固定在手掌背板12中，另一端與食指3鉚接；無名指轉軸815 —端固定在手掌背板12中， 另一端與無名指5鉚接；小指轉軸816 —端固定在手掌背板12中，另一端與小指6鉚接；電機711的輸出軸與主動轉軸712相連，主動轉軸712的兩端分別套設在手掌前板11和手掌背板12中。食指支撐柱823的一端固接在食指3的根部，食指支撐柱823的另一端鑲嵌在手掌前板11的第一滑槽113中，該第一滑槽113是以食指轉軸813的中心線為圓心、食指支撐柱823的中心線與食指轉軸813的中心線間距離為半徑的圓弧滑槽；無名指支撐柱825 的一端與無名指5的根部固接，無名指支撐柱825的另一端鑲嵌在手掌前板11的第二滑槽 115中，該第二滑槽115是以無名指轉軸815的中心線為圓心、無名指支撐柱825的中心線與無名指轉軸815的中心線間距離為半徑的圓弧滑槽；小指支撐柱826的一端固接在小指 6的根部，小指支撐柱擬6的另一端鑲嵌在手掌前板11的第三滑槽116中，該第三滑槽116 是以小指轉軸816的中心線為圓心、小指支撐柱826的中心線與小指轉軸816的中心線間距離為半徑的圓弧滑槽；食指支撐柱823、無名指支撐柱825和小指支撐柱擬6相互平行， 中心線方向均由手掌1的掌心指向手掌的后背。電機711通過傳動機構與主動轉軸712相連，該傳動機構包括減速器721、第一錐齒輪731和第二錐齒輪732 ；減速器721的輸入端與輸出端分別連接電機711和第一錐齒輪731，第一錐齒輪731與第二錐齒輪732嚙合，第二錐齒輪732套固在主動轉軸上。[0031]由圖2可知，本實用新型的一種優(yōu)選方式為仿生機器人手裝置的牽引裝置包括主動轉軸712、食指腱繩923、無名指腱繩925、小指腱繩926、定軸93、第一彈簧834、第二彈簧845和第三彈簧856。定軸93套固定在手掌前板11和手掌背板12中；滾動軸承94套設在定軸93上， 并彼此被螺母96隔開；螺母96通過螺紋固定在定軸93上；擋片97固定在螺母96和滾動軸承94的間隙中；套筒95套設在滾動軸承94上；食指腱繩923 —端與食指3根部固連，另一端通過第一孔981固套在與主動轉軸712的凹槽8內(nèi)，腱繩中部繞過定軸93 ；無名指腱繩 925 一端與無名指5根部固連，另一端通過第三孔983固套在與主動轉軸712的凹槽內(nèi)，腱繩中部繞過定軸93 ；小指腱繩擬6 —端與小指6根部固連，另一端通過第二孔982固套在與主動轉軸712的凹槽內(nèi)，腱繩中部繞過定軸93 ；第一彈簧834設在食指3與中指4之間； 第二彈簧845設在中指4與無名指5之間；第三彈簧856設在無名指5與小指6之間。下面就結合圖1、圖2、圖3和圖4詳細介紹本實施方式一的工作原理。機器人手指需要側展時，電機正轉，通過減速器721帶動第一齒輪731轉動，第二齒輪732轉動，主動轉軸712轉動，滑動軸承931轉動，滾動軸承932轉動，主動轉軸712與食指3間的腱繩923長度縮短，套筒952轉動，滾動軸承942轉動，彈簧834壓縮，食指3繞食指轉軸823轉動，食指3繞食指轉軸823的中心線側展運動(偏離中指4)，同時主動轉軸 712與無名指間的腱繩925長度縮短，套筒953轉動，滾動軸承943轉動，彈簧845壓縮，無名指5繞無名指轉軸825轉動，無名指5繞無名指轉軸825的中心線側展運動(偏離中指 4)，同時主動轉軸712與小指6間的腱繩擬6長度縮短，套筒951轉動，滾動軸承941轉動， 彈簧845壓縮，小指6繞小指轉軸擬6動，小指6繞小指轉軸擬6的中心線側展運動。由于主動轉軸712呈階梯狀，纏小指腱繩擬6部分比纏無名指腱繩925與食指腱繩923部分粗， 因此小指6轉動角度與無名指5及食指3有一定的耦合度，如圖3所示。機器人手指需要并攏時，電機711反轉，主動轉軸712反轉，纏繞在主動轉軸712 上的腱繩923松弛下來，又通過彈簧834彈力作用，使腱繩923回復到纏繞前的狀態(tài)，無名指5、小指6同時并攏運動，直到食指3、中指4、無名指5和小指6均完全并攏，機器人手并攏后的情形如圖1所示。由圖6可知，本實用新型的另一種優(yōu)選方式為仿生機器人手裝置的牽引裝置包括主動轉盤91、第一連桿911、食指轉盤97、食指轉軸813、第二連桿912、無名指轉盤98、無名指轉軸815、第三連桿913、小指轉盤99和小指轉軸816。主動轉盤97套固在主動轉軸712上，第一連桿911的一端與主動轉盤91鉸接，第一連桿911的另一端與食指轉盤97、無名指轉盤98或小指轉盤99鉸接；食指轉盤97與第二連桿912的一端鉸接，第二連桿912的另一端與無名指轉盤98鉸接；無名指轉盤98與第三連桿913的一端鉸接，第三連桿913的另一端與小指轉盤99鉸接。食指轉軸823的中心點與第二連桿912和食指轉盤97的鉸接點確定的線段稱為第一線段，第二連桿912分別與食指轉盤97和無名指轉盤98的鉸接點確定的線段稱為第二線段，第二連桿912和無名指轉盤98的鉸接點與無名指轉軸815的中心點確定的線段稱為第三線段，第一線段、第二線段和第三線段形成“Z”字形或“S”字形；無名指轉軸815的中心點與第三連桿913和無名指轉盤98的鉸接點確定的線段稱為第四線段，第三連桿913 分別與無名指轉盤98和小指轉盤99的鉸接點確定的線段稱為第五線段，第三連桿913和
7小指轉盤98的鉸接點與小指轉軸816的中心點確定的線段稱為第六線段，第四線段、第五線段和第六線段形成“C”字形。下面就結合圖1、圖5、圖6、圖7和圖8詳細介紹實施方式二的工作原理機器人手指需要側展時，電機711正轉，通過減速器721帶動第一齒輪731轉動， 第二齒輪732轉動，主動轉軸712轉動，主動轉盤91轉動，通過第一連桿911拉動食指轉盤 97轉動，食指轉軸813轉動，食指3繞食指轉軸813的中心線側展運動(偏離中指4)，同時食指轉盤97將通過第二連桿912拉動無名指轉盤98轉動，無名指轉軸815轉動，無名指5 繞無名指轉軸815的中心線側展運動(偏離中指4)。由于食指轉盤97、第二連桿912和無名指轉盤815之間的連接形成“Z”字形，因此，無名指5轉動方向與食指3運動方向相反。 同時，無名指轉盤98通過第三連桿913拉動小指轉盤99轉動，小指轉軸816轉動，小指6 繞小指轉軸816的中心線側展運動。由于無名指轉盤98、第三連桿913和小指轉盤99之間的連接形成“C”字形，小指6轉動方向與無名指5相同。手指完全側展開來的情形如圖 5所示。機器人手指需要并攏時，電機711反轉，通過傳動機構，主動轉軸712反轉，通過第一連桿911拉動食指3并攏，同時通過第二連桿912和第三連桿913，將拉動無名指5、小指 6同時并攏運動，直到手指均完全并攏，機器人手并攏后的情形如圖1所示。以上所述僅為本實用新型的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型技術原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本實用新型的保護范圍。
權利要求1.一種仿生機器人手裝置，包括食指、中指、無名指、小指和手掌；其特征在于所述仿生機器人手裝置還包括設置在手掌中的電機、主動轉軸、食指支撐柱、無名指支撐柱、小指支撐柱和傳動機構；所述手掌包括手掌前板和手掌背板，所述手掌前板和所述手掌背板固接成為中空的盒子狀；所述電機與所述手掌固接；所述中指的根部與所述手掌固接，所述食指、所述無名指、所述小指的根部分別通過食指轉軸、無名指轉軸、小指轉軸與所述手掌連接；所述食指轉軸一端固定在所述手掌背板中，另一端與所述食指鉚接；所述無名指轉軸一端固定在所述手掌背板中，另一端與所述無名指鉚接；所述小指轉軸一端固定在所述手掌背板中，另一端與所述小指鉚接；所述電機的輸出軸與主動轉軸相連，所述主動轉軸的兩端分別套設在所述手掌前板和所述手掌背板中；所述食指支撐柱的一端固接在所述食指的根部，另一端鑲嵌在所述手掌前板的第一滑槽中，所述第一滑槽是以所述食指轉軸的中心線為圓心、所述食指支撐柱的中心線與所述食指轉軸的中心線間距離為半徑的圓弧滑槽；所述無名指支撐柱的一端與所述無名指的根部固接，另一端鑲嵌在所述手掌前板的第二滑槽中，所述第二滑槽是以所述無名指轉軸的中心線為圓心、所述無名指支撐柱的中心線與所述無名指轉軸的中心線間距離為半徑的圓弧滑槽；所述小指支撐柱的一端固接在所述小指的根部，另一端鑲嵌在所述手掌前板的第三滑槽中，所述第三滑槽是以所述小指轉軸的中心線為圓心、所述小指支撐柱的中心線與所述小指轉軸的中心線間距離為半徑的圓弧滑槽；所述食指支撐柱、所述無名指支撐柱和所述小指支撐柱相互平行，中心線方向均由所述手掌的掌心指向所述手掌的后背，所述電機通過所述傳動機構與主動轉軸相連。
2.根據(jù)權利要求1所述的仿生機器人手裝置，其特征在于所述傳動機構包括減速器、 第一錐齒輪和第二錐齒輪；所述減速器的輸入端與輸出端分別連接所述電機和所述第一錐齒輪，所述第一錐齒輪與所述第二錐齒輪嚙合，所述第二錐齒輪套固在主動轉軸上。
3.根據(jù)權利要求1所述的仿生機器人手裝置，其特征在于該機器人手裝置還包括牽引裝置；所述牽引裝置包括主動轉軸、食指腱繩、無名指腱繩、小指腱繩 、定軸、第一彈簧、第二彈簧和第三彈簧；所述定軸套固定在所述手掌前板和所述手掌背板中；所述食指腱繩一端與所述食指根部固連，另一端與所述主動轉軸固連，所述腱繩中部繞過所述定軸；所述無名指腱繩一端與所述無名指根部固連，另一端與所述主動轉軸固連，所述腱繩中部繞過所述定軸；所述小指腱繩一端與所述小指根部固連，另一端與所述主動轉軸同連，所述腱繩中部繞過定軸；所述第一彈簧設在所述食指與所述中指之間；所述第二彈簧設在所述中指與所述無名指之間；所述第三彈簧設在所述無名指與所述小指之間。
4.根據(jù)權利要求1所述的仿生機器人手裝置，其特征在于該機器人手裝置還包括牽引裝置；所述的牽引裝置包括主動轉盤、第一連桿、食指轉盤、食指轉軸、第二連桿、無名指轉盤、無名指轉軸、第三連桿、小指轉盤和小指轉軸；所述主動轉盤套固在所述主動轉軸上， 所述第一連桿的一端與所述主動轉盤鉸接，另一端與所述食指轉盤、所述無名指轉盤或所述小指轉盤鉸接；所述食指轉盤與所述第二連桿的一端鉸接，所述第二連桿的另一端與所述無名指轉盤鉸接；所述無名指轉盤與所述第三連桿的一端鉸接，所述第三連桿的另一端與所述小指轉盤鉸接。
5.根據(jù)權利要求4所述的仿生機器人手裝置，其特征在于所述食指轉軸的中心點與所述第二連桿和所述食指轉盤的鉸接點確定的線段稱為第一線段，所述第二連桿分別與所述食指轉盤和所述無名指轉盤的鉸接點確定的線段稱為第二線段，所述第二連桿和所述無名指轉盤的鉸接點與所述無名指轉軸的中心點確定的線段稱為第三線段，所述第一線段、 所述第二線段和所述第三線段形成“Z”字形或“S”字形；所述無名指轉軸的中心點與所述第三連桿和所述無名指轉盤的鉸接點確定的線段稱為第四線段，所述第三連桿分別與所述無名指轉盤和所述小指轉盤的鉸接點確定的線段稱為第五線段，所述第三連桿和所述小指轉盤的鉸接點與所述小指轉軸的中心點確定的線段稱為第六線段，所述第四線段、所述第五線段和所述第六線段形成“C”字形。
專利摘要本實用新型公開了一種仿生機器人手裝置，包括食指、中指、無名指、小指、手掌、設置在手掌中的電機、主動轉軸、食指支撐柱、無名指支撐柱、小指支撐柱、傳動機構和牽引裝置。該裝置采用單電機驅動和牽引機構綜合實現(xiàn)了機器人手四指側展與并攏運動，使機器人手在抓取物體時可以采用并攏或側展某角度的抓取姿態(tài)，抓取物體時達到更好的包絡抓取效果，抓取物體更穩(wěn)定，能完成更多擬人化手勢；無論機器人手抓取物體還是完成手勢都更接近于人手。該裝置結構簡單、緊湊，制造成本低，控制容易，適用于擬人機器人手。
文檔編號B25J15/08GK202241302SQ201120408189
公開日2012年5月30日 申請日期2011年10月24日 優(yōu)先權日2011年10月24日
發(fā)明者張衛(wèi)珠 申請人:寧波力匠機械制造有限公司