本實用新型屬于機器人手技術領域，特別涉及一種電機中置齒條并聯(lián)平夾間接自適應機器人手指裝置的結構設計。

背景技術：

在工業(yè)生產中，機器人已經成為了不可或缺的中堅力量。隨著工業(yè)的發(fā)展，對于機器人手的需要逐漸增多，機器人手需要擁有適應環(huán)境的能力，并執(zhí)行一些更為復雜的任務，僅有開合功能的簡單末端執(zhí)行器已經滿足不了需求。欠驅動機器人手的出現(xiàn)剛好滿足了這一類重要需求。欠驅動機器人手可以實現(xiàn)較好的自適應抓取，可以自動適應不同尺寸、形狀的物體，并且抓取穩(wěn)定且控制簡單方便，成本低廉，具有很好的使用效果，這也使其成為近年來研究的熱點。然而傳統(tǒng)的欠驅動手一般僅有一種僵化固定的抓取模式，缺少平夾抓取模式，導致其不夠靈活。在現(xiàn)實中常常需要兩種抓取模式的復合。

一般抓取物體采用夾持或者握持兩大類抓取模式。夾持抓取模式采用的是用末端指尖夾取物體，用兩點或者兩個面接觸物體，這樣的抓取更加精確，也稱為精確抓取，比較好效果的是平行夾持抓取模式，即末端指段在抓取過程中始終保持平行；握持抓取模式是用手指多個指段對物體進行環(huán)繞式的多點接觸，這種握持抓取更加穩(wěn)定，且抓取力量更大，也稱為力量抓取。

工業(yè)夾持器一般采用末端平行的夾持方式，難以具有包絡握持功能，不能適應多種形狀的穩(wěn)定包絡抓??；自適應欠驅動手可以自適應物體，采用包絡的方式握持，但難以實現(xiàn)平行夾持的抓取效果。

已有的一種欠驅動機器人手指裝置(中國發(fā)明專利CN1215926C)，包括第一指節(jié)、欠驅動關節(jié)和第二指節(jié)等。該裝置實現(xiàn)了手指自適應的抓取方式中的間接自適應模式。其不足在于無法實現(xiàn)平行夾持抓取模式。已有的一種欠驅動兩關節(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、末端指段和平行齒輪式傳動機構等。該裝置實現(xiàn)了雙關節(jié)自適應抓取效果。該裝置的不足之處為：手指在未碰觸物體前始終呈現(xiàn)伸直狀態(tài)，抓取方式僅有握持方式，不能實現(xiàn)平行夾持抓取效果。

已有的一種欠驅動手指裝置(中國發(fā)明專利CN105798945A)，包括基座、第一指段、第二指段、近關節(jié)軸、遠關節(jié)軸、驅動器、第一傳動輪、第二傳動輪、柔性傳動件、凸塊撥盤、撥輪、傳動機構、第一簧件、第二簧件和限位凸塊。該裝置將平行夾持與自適應結合在了一起，但是其不足之處在于該裝置將電機放在手指下部中，占用了大量空間，導致基座較大等問題，不便于裝備在手掌中。

技術實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的是針對已有技術的不足之處，提供一種電機中置齒條并聯(lián)平夾間接自適應機器人手指裝置，該裝置可實現(xiàn)平行夾持與間接自適應復合抓取模式，單個電機驅動兩個關節(jié)，該裝置既可以實現(xiàn)平行平行夾持抓取模式，又能夠有自適應包絡抓取物體的功能，能夠適應不同形狀尺寸物體的抓取，電機和傳動機構完全嵌入到手指中部，不占用手掌空間。

本實用新型的技術方案如下：

本實用新型設計的一種電機中置齒條并聯(lián)平夾間接自適應機器人手指裝置，包括基座、電機、減速器、第一指段、第二指段、近關節(jié)軸和遠關節(jié)軸；所述近關節(jié)軸套設在基座中；所述第一指段活動套接在近關節(jié)軸上，所述遠關節(jié)軸活動套設在第一指段中；所述第二指段活動套接在遠關節(jié)軸上；所述近關節(jié)軸和遠關節(jié)軸平行；所述電機的輸出軸與減速器的輸入軸相連；其特征在于：該電機中置齒條并聯(lián)平夾間接自適應機器人手指裝置還包括滑動外殼、過渡軸、主動齒輪、第一齒輪、第二齒輪、第一傳動輪、第二傳動輪、柔性傳動件、第三齒輪、齒條和簧件；所述電機與第一指段固接，所述主動齒輪套固在減速器輸出軸上；所述過渡軸套設在第一指段中，所述過渡軸與近關節(jié)軸相互平行；所述主動齒輪與第一齒輪嚙合，第一齒輪套接在過渡軸上；所述第二齒輪與第一齒輪嚙合；第二齒輪套接在近關節(jié)軸上，所述第二齒輪與基座固接；所述第一傳動輪套固在減速器的輸出軸上；所述第一傳動輪與主動齒輪固接；所述第二傳動輪套接在遠關節(jié)軸上；所述柔性傳動件分別連接第一傳動輪、第二傳動輪，所述第一傳動輪采用帶輪、鏈輪或繩輪，所述第二傳動輪采用帶輪、鏈輪或繩輪，所述柔性傳動件采用傳動帶、鏈條或腱繩，所述第一傳動輪、第二傳動輪和柔性傳動件三者構成帶輪傳動關系、鏈輪傳動關系或繩輪傳動關系，所述柔性傳動件呈“O”形；所述簧件的兩端分別連接第二傳動輪和第二指段；所述第三齒輪套接在遠關節(jié)軸上，第三齒輪與第二指段固接；所述滑動外殼設有固接的滑動凸塊，所述滑動凸塊滑動鑲嵌在第一指段的滑動槽中；所述齒條與滑動外殼固接，齒條與第三齒輪嚙合；通過第一齒輪的傳動，從主動齒輪到第二齒輪的傳動比為i；通過柔性傳動件的傳動，從第一傳動輪到第二傳動輪的傳動比為j，i＝j。

本實用新型所述的電機中置齒條并聯(lián)平夾間接自適應機器人手指裝置，其特征在于：所述簧件采用扭簧。

本實用新型與現(xiàn)有技術相比，具有以下優(yōu)點和突出性效果：

該裝置采用設置在第一指段的電機、五輪傳動機構和簧件綜合實現(xiàn)了雙關節(jié)機器人手指的平夾與間接自適應的復合抓取模式；該裝置由單個電機驅動兩個關節(jié)，該裝置抓取物體時，先采用平行夾取抓取模式，此模式下抓取力度大，抓取穩(wěn)定；當?shù)谝恢付谓佑|物體后，自動切換為第二指段繼續(xù)轉動的間接自適應抓取模式，該裝置能夠適應不同形狀尺寸物體的抓取，結構簡單、容易控制、傳動精確、成本低、效率高，該裝置的電機和傳動機構完全嵌入到第一指段中，不占用基座空間，便于裝配到機器人手中使用。

附圖說明

圖1是本實用新型的電機中置齒條并聯(lián)平夾間接自適應機器人手指裝置的一種實施例的立體外觀圖。

圖2是圖1所示實施例的側面外觀圖。

圖3是圖1所示實施例的立體圖(未畫出部分零件)。

圖4是圖1所示實施例的正面視圖(未畫出部分零件)。

圖5是圖4所示實施例的A-A剖視圖。

圖6是圖4所示實施例的B-B剖視圖。

圖7是圖1所示實施例中部分零件的位置關系圖(圖4的右側視圖)。

圖8是圖7的立體視圖。

圖9至圖12是圖1所示實施例抓取物體過程中時齒輪齒條位置變化圖。

圖13至圖16是圖1所示實施例抓取物體過程中幾個關鍵位置的側面外觀圖。

圖17和圖18分別是圖1所示實施例采用平行夾持方式抓取物體的兩種情況。

在圖1至圖18中：

1－基座， 20－主動齒輪， 21－第一齒輪， 22－第二齒輪，

23－第一傳動輪， 24－第二傳動輪， 25－柔性傳動件， 26－第三齒輪，

31－遠關節(jié)軸， 32－減速器輸出軸， 33－過渡軸， 34－近關節(jié)軸，

4－電機， 5－減速器， 6－齒條， 7－簧件，

8－滑動外殼， 81－滑動凸塊， 9－第一指段， 91－滑動槽，

10－第二指段， 11－物體。

具體實施方式

下面結合附圖及多個實施例進一步詳細介紹本實用新型的具體結構、工作原理的內容。

本實用新型設計的電機中置齒條并聯(lián)平夾間接自適應機器人手指裝置的一種實施例，如圖1至圖12所示，包括基座1、電機4、減速器5、第一指段9、第二指段10、近關節(jié)軸34和遠關節(jié)軸31；所述近關節(jié)軸34套設在基座1中；所述第一指段9活動套接在近關節(jié)軸34上，所述遠關節(jié)軸31活動套設在第一指段9中；所述第二指段10活動套接在遠關節(jié)軸31上；近關節(jié)軸34和遠關節(jié)軸31平行；所述電機4的輸出軸與減速器5的輸入軸相連；該電機中置齒條并聯(lián)平夾間接自適應機器人手指裝置還包括滑動外殼8、過渡軸33、主動齒輪20、第一齒輪21、第二齒輪22、第一傳動輪23、第二傳動輪24、柔性傳動件25、第三齒輪26、齒條6和簧件7；所述電機4與第一指段9固接，所述主動齒輪20套固在減速器5的輸出軸32上；所述過渡軸33套設在第一指段9中，所述過渡軸33與近關節(jié)軸34相互平行；所述主動齒輪20與第一齒輪21嚙合，第一齒輪21活動套接在過渡軸33上；所述第二齒輪22與第一齒輪21嚙合；第二齒輪22套接在近關節(jié)軸34上，所述第二齒輪22與基座1固接；所述第一傳動輪23套固在減速器輸出軸32上；所述第二傳動輪24套固在遠關節(jié)軸31上；所述柔性傳動件25分別連接第一傳動輪23和第二傳動輪24，所述第一傳動輪23采用帶輪、鏈輪或繩輪，所述第二傳動輪24采用帶輪、鏈輪或繩輪，所述柔性傳動件25采用傳動帶、鏈條或腱繩，所述第一傳動輪23、第二傳動輪24和柔性傳動件25三者構成帶輪傳動關系、鏈輪傳動關系或繩輪傳動關系，所述柔性傳動件25呈“O”形；所述簧件7的兩端分別連接第二傳動輪24和第二指段10；所述第三齒輪26套接在遠關節(jié)軸31上，第三齒輪26與第二指段10固接；所述滑動外殼8設有固接的滑動凸塊81，所述滑動凸塊81滑動鑲嵌在第一指段9的滑動槽91中；所述齒條6與滑動外殼8固接，齒條6與第三齒輪26嚙合；通過第一齒輪的傳動，從主動齒輪到第二齒輪的傳動比為i，通過柔性傳動件的傳動，從第一傳動輪23到第二傳動輪24的傳動比為j，i＝j；所述第二齒輪22與第一齒輪21的分度圓直徑相等，所述主動齒輪20與第一齒輪21的分度圓直徑相等；第一傳動輪23與第二傳動輪24的傳動半徑相等；通過第一齒輪21的傳動，從主動齒輪20到第二齒輪22的傳動比為1，通過柔性傳動件25的傳動，從第一傳動輪23到第二傳動輪24的傳動比為1。

本實用新型中所述簧件7采用扭簧。本實施例采用扭簧。

本實施例的具體工作原理，結合附圖13至圖18所示，敘述如下：

本實施例裝置的初始狀態(tài)如圖13所示，電機4的輸出軸正向轉動，經減速器5帶動主動齒輪20和第一傳動輪23順時針(指圖13上的順時針方向)轉動。通過主動齒輪20帶動套接在過渡軸的第一齒輪21逆時針轉動，由于第二齒輪22固接與基座，第二齒輪22始終不動，因此第一齒輪21的轉動使得整個第一指段9會繞著近關節(jié)軸33逆時針轉動；此時，第一傳動輪23順時針轉動，通過柔性傳動件25使得第二傳動輪24順時針轉動，通過簧件7拉動第二指段10順時針轉動。由于是等速傳動，因此第二指段10順時針轉動角度等于第一指段9逆時針轉動角度，第二指段10始終保持與初始狀態(tài)相同的姿態(tài)平動，此過程如圖13、圖14和圖15所示。

上述過程中，若第二指段10接觸物體，抓取結束，達到了平行夾持抓取效果，如圖17或圖18所示。

當物體11接觸并阻擋了第一指段9，如圖15所示，主動齒輪20繼續(xù)轉動一個角度，第一傳動輪23、第二傳動輪24繼續(xù)轉動一個角度，第一指段9繼續(xù)轉動一個小角度，滑動外殼91受到物體11擠壓，向內滑動，推動齒條6，使第三齒輪26轉動。第三齒輪23帶動與之固接的第二指段10轉動。此時位于第二傳動輪24與第二指段10之間的簧件7發(fā)生形變。直至第二指段10接觸物體11，抓取過程結束，如圖16所示。實現(xiàn)了自適應抓取物體的效果。

上述兩個過程達到了先平行夾持然后再自適應抓取物體的效果。

圖9至圖12為間接自適應抓取時齒條附近組件的動作原理的過程示意圖。圖9為初始狀態(tài)，圖12為抓取物體的終止狀態(tài)。當?shù)谝恢付窝仨槙r針(圖10下方箭頭方向)轉動時，由于第二指段會繞著遠關節(jié)軸逆時針轉動(平行夾持抓取階段)，與第二指段固接的第三齒輪26會因此逆時針(圖10中上方箭頭方向)轉動，使得齒條6向外運動，從而滑動外殼向外運動，如圖10所示；當滑動外殼接觸物體時，如圖11所示；之后，第一指段繼續(xù)轉動，由于物體的阻擋，齒條不再向內運動，第二指段不再逆時針轉動，簧件7發(fā)生變形，不僅如此，當?shù)谝恢付卫^續(xù)轉動的過程中，物體會擠壓滑動外殼向內運動，帶動齒條向內運動，從而使得齒輪以及第二指段會順時針轉動，直到第二指段接觸物體為止，如圖12所示，抓取物體結束，不僅滑動外殼接觸了物體，而且第二指段也接觸了物體，達到了兩個接觸點的包絡式接觸，實現(xiàn)了力量抓取。

該裝置采用設置在第一指段的電機、五輪傳動機構和簧件綜合實現(xiàn)了雙關節(jié)機器人手指的平夾與間接自適應的復合抓取模式；該裝置由單個電機驅動兩個關節(jié)，該裝置抓取物體時，先采用平行夾取抓取模式，此模式下抓取力度大，抓取穩(wěn)定；當?shù)谝恢付谓佑|物體后，自動切換為第二指段繼續(xù)轉動的間接自適應抓取模式，該裝置能夠適應不同形狀尺寸物體的抓取，結構簡單、容易控制、傳動精確、成本低、效率高，該裝置的電機和傳動機構完全嵌入到第一指段中，不占用基座空間，便于裝配到機器人手中使用。