本發(fā)明屬于機(jī)器人手技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種適合捏持和握持的機(jī)器人手指裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

背景技術(shù)：

機(jī)器人手是一個(gè)重要的終端部件，用于抓取物體和操作物體，它一般具有多個(gè)手指和手掌，核心是如何更好地抓取物體。現(xiàn)有的欠驅(qū)動(dòng)機(jī)器人手技術(shù)主要是采用少量電機(jī)驅(qū)動(dòng)多個(gè)關(guān)節(jié)，分為兩種主要的方法：當(dāng)關(guān)節(jié)同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)可以獲得穩(wěn)定的末端捏持抓取，這種驅(qū)動(dòng)是精確抓取模式，也稱為耦合轉(zhuǎn)動(dòng)模式；當(dāng)需要較大力量時(shí)，一般需要多個(gè)指段接觸包絡(luò)物體，這種驅(qū)動(dòng)是力量型抓取模式，也稱為自適應(yīng)抓取模式。這兩種抓取模式各有優(yōu)缺點(diǎn)，都能夠?qū)崿F(xiàn)一個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)兩個(gè)關(guān)節(jié)，減少控制難度，降低了對(duì)系統(tǒng)的傳感與控制需求，成本較低，機(jī)器人手的重量小，體積小，便于應(yīng)用在許多領(lǐng)域。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了克服已有技術(shù)的不足之處，提供一種適合捏持和握持的機(jī)器人手指裝置。該裝置能夠?qū)崿F(xiàn)捏持和握持兩種功能，既能夠采用手指末端去捏持物體，也適合用兩個(gè)指段在沒有傳感器的情況下去自適應(yīng)包絡(luò)抓取不同形狀、尺寸的物體。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

本發(fā)明設(shè)計(jì)的一種適合捏持和握持的機(jī)器人手指裝置，包括基座、第一指段、第二指段、近關(guān)節(jié)軸、遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸、電機(jī)、減速器和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，所述近關(guān)節(jié)軸活動(dòng)套設(shè)在基座中；所述第一指段活動(dòng)套接在近關(guān)節(jié)軸上；所述遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸套設(shè)在第一指段中；所述第二指段套接在遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸上；所述電機(jī)設(shè)置在基座中；所述電機(jī)的輸出軸與減速器的輸入軸相連，所述減速器與基座固接，所述傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)置在基座中；所述近關(guān)節(jié)軸的中心線與遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸的中心線平行；其特征在于：所述適合捏持和握持的機(jī)器人手指裝置還包括蝸桿、蝸輪、傳動(dòng)軸、第一齒輪、第二齒輪、第三齒輪、第四齒輪、第五齒輪、第六齒輪、第一中間軸、第二中間軸、第一齒條、第二齒條、第三齒條、第一撥桿、第二撥桿、第一簧件、第二簧件、第一凸塊和第二凸塊；所述蝸桿套固在減速器的輸出軸上，所述蝸桿與蝸輪嚙合，所述蝸輪套固在傳動(dòng)軸上，所述傳動(dòng)軸套設(shè)在基座中，所述傳動(dòng)軸與傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的輸入端相連，所述傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的輸出端與第一齒輪相連，所述第一齒輪套接在近關(guān)節(jié)軸上，所述第一齒輪與第二齒輪嚙合，所述第二齒輪套接在第一中間軸上，所述第一中間軸、第二中間軸分別套設(shè)在第一指段中，所述第一中間軸的中心線、第二中間軸的中心線與近關(guān)節(jié)軸的中心線平行；所述第三齒輪套接在近關(guān)節(jié)軸上，所述第三齒輪與第四齒輪嚙合，所述第四齒輪套接在第一中間軸上，所述第五齒輪套接在第二中間軸上，所述第六齒輪套接在遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸上，所述第五齒輪與第六齒輪嚙合，所述第六齒輪與第二指段固接；所述第一齒條、第二齒條分別滑動(dòng)鑲嵌在第一指段中；第一齒條、第二齒條各自在第一指段中的滑動(dòng)方向相同，該方向與近關(guān)節(jié)軸的中心線垂直；所述第一齒條與第二齒輪嚙合，所述第二齒條與第四齒輪嚙合，所述第三齒條與第五齒輪嚙合；所述第二齒條與第三齒條固接；設(shè)所述第一齒條與第二齒輪的嚙合點(diǎn)為a點(diǎn)，所述第二齒條與第四齒輪的嚙合點(diǎn)為b點(diǎn)，第三齒條與第五齒輪的嚙合點(diǎn)為c點(diǎn)，第一中間軸的中心點(diǎn)為m點(diǎn)，第二中間軸的中心點(diǎn)為n點(diǎn)，線段mb、bc、cn、nm構(gòu)成平行四邊形；設(shè)第一中間軸的中心線與第二中間軸的中心線構(gòu)成平面u，a點(diǎn)、b點(diǎn)位于平面u的同一側(cè)；設(shè)從所述第三齒輪到第四齒輪的傳動(dòng)比為i，從所述第五齒輪到第六齒輪的傳動(dòng)比為j，i與j的乘積為1；所述第三齒輪、第四齒輪、第五齒輪和第六齒輪的模數(shù)相等；所述第一齒輪、第二齒輪的模數(shù)相等；所述第一凸塊與基座固接，所述第二凸塊與第三齒輪固接；所述第一撥桿與第一齒條固接，所述第二撥桿與第二齒條固接；所述第一凸塊與第二凸塊接觸或離開一段距離，所述第一撥桿與第二撥桿接觸或離開一段距離；所述第一簧件的兩端分別連接第一齒輪和第一指段，所述第二簧件的兩端分別連接基座和第三齒輪，第二簧件使第二凸塊靠向第一凸塊。

本發(fā)明所述的適合捏持和握持的機(jī)器人手指裝置，其特征在于：所述第一簧件采用扭簧。

本發(fā)明所述的適合捏持和握持的機(jī)器人手指裝置，其特征在于：所述第二簧件采用拉簧。

本發(fā)明所述的適合捏持和握持的機(jī)器人手指裝置，其特征在于：所述傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括第一過渡齒輪、第二過渡齒輪和過渡軸；所述第一過渡齒輪套固在傳動(dòng)軸上，所述第一過渡齒輪與第二過渡齒輪嚙合，所述第二過渡齒輪套接在過渡軸上，所述過渡軸套設(shè)在基座中，所述第二過渡齒輪與第一齒輪嚙合。

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)明裝置利用電機(jī)、蝸輪蝸桿、齒輪齒條、簧件、撥桿和凸塊等綜合實(shí)現(xiàn)了一種機(jī)器人手指，該手指能夠?qū)崿F(xiàn)捏持和握持兩種功能，既能夠采用手指末端去捏持物體，也適合用兩個(gè)指段在沒有傳感器的情況下去自適應(yīng)包絡(luò)抓取不同形狀、尺寸的物體；該裝置傳動(dòng)精確平穩(wěn)，抓取穩(wěn)定可靠；僅利用一個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)兩個(gè)關(guān)節(jié)，無需復(fù)雜的傳感和實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、重量輕，成本低，適用于通用抓取的機(jī)器人。

附圖說明

圖1是本發(fā)明設(shè)計(jì)的適合捏持和握持的機(jī)器人手指裝置的一種實(shí)施例的立體外觀圖。

圖2是圖1所示實(shí)施例的正視圖。

圖3是圖1所示實(shí)施例的側(cè)視圖(圖2的左視圖)。

圖4是圖1所示實(shí)施例的正視圖(未畫出基座前板、第一指段前板)。

圖5是圖1所示實(shí)施例中的一個(gè)角度的立體外觀圖(未畫出部分零件)。

圖6是圖1所示實(shí)施例中的另一個(gè)角度的立體外觀圖(未畫出部分零件)。

圖7是圖1所示實(shí)施例的剖視圖。

圖8至圖11是圖1所示實(shí)施例在以自適應(yīng)包絡(luò)抓取方式握持物體的動(dòng)作過程示意圖。

圖12至圖15是圖1所示實(shí)施例在以單純平行夾持方式捏持物體的動(dòng)作過程示意圖。

在圖1至圖15中：

1－基座，11－電機(jī)，12－減速器，13－蝸桿，

14－蝸輪，15－傳動(dòng)軸，16－第一凸塊，17－第一過渡齒輪，

18－第二過渡齒輪，19－過渡軸，

2－第一指段，3－第二指段，4－近關(guān)節(jié)軸，5－遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸，

61－第一齒輪，62－第二齒輪，63－第三齒輪，631－第二凸塊，

64－第四齒輪，65－第五齒輪，66－第六齒輪，

71－第一中間軸，72－第二中間軸，

81－第一齒條，811－第一撥桿，82－第二齒條，821－第二撥桿，

91－第一簧件，92－第二簧件，

99－物體。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖及實(shí)施例進(jìn)一步詳細(xì)介紹本發(fā)明的具體結(jié)構(gòu)、工作原理的內(nèi)容。

本發(fā)明設(shè)計(jì)的適合捏持和握持的機(jī)器人手指裝置的一種實(shí)施例，如圖1至圖7所示，包括基座1、第一指段2、第二指段3、近關(guān)節(jié)軸4、遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸5、電機(jī)11、減速器12和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，所述近關(guān)節(jié)軸4活動(dòng)套設(shè)在基座1中；所述第一指段2活動(dòng)套接在近關(guān)節(jié)軸4上；所述遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸5套設(shè)在第一指段2中；所述第二指段3套接在遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸5上；所述電機(jī)11設(shè)置在基座1中；所述電機(jī)11的輸出軸與減速器12的輸入軸相連，所述減速器12與基座1固接，所述傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)置在基座1中；所述近關(guān)節(jié)軸4的中心線與遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸5的中心線平行；所述適合捏持和握持的機(jī)器人手指裝置還包括蝸桿13、蝸輪14、傳動(dòng)軸15、第一齒輪61、第二齒輪62、第三齒輪63、第四齒輪64、第五齒輪65、第六齒輪66、第一中間軸71、第二中間軸72、第一齒條81、第二齒條82、第三齒條83、第一撥桿811、第二撥桿821、第一簧件91、第二簧件92、第一凸塊16和第二凸塊631；所述蝸桿13套固在減速器12的輸出軸上，所述蝸桿13與蝸輪14嚙合，所述蝸輪14套固在傳動(dòng)軸15上，所述傳動(dòng)軸15套設(shè)在基座1中，所述傳動(dòng)軸15與傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的輸入端相連，所述傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的輸出端與第一齒輪61相連，所述第一齒輪61套接在近關(guān)節(jié)軸4上，所述第一齒輪61與第二齒輪62嚙合，所述第二齒輪62套接在第一中間軸71上，所述第一中間軸71、第二中間軸72分別套設(shè)在第一指段2中，所述第一中間軸71的中心線、第二中間軸72的中心線與近關(guān)節(jié)軸4的中心線平行；所述第三齒輪63套接在近關(guān)節(jié)軸4上，所述第三齒輪63與第四齒輪64嚙合，所述第四齒輪64套接在第一中間軸71上，所述第五齒輪65套接在第二中間軸72上，所述第六齒輪66套接在遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸5上，所述第五齒輪65與第六齒輪66嚙合，所述第六齒輪66與第二指段3固接；所述第一齒條81、第二齒條82分別滑動(dòng)鑲嵌在第一指段2中；第一齒條81、第二齒條82各自在第一指段2中的滑動(dòng)方向相同，該方向與近關(guān)節(jié)軸的中心線垂直；所述第一齒條81與第二齒輪62嚙合，所述第二齒條82與第四齒輪64嚙合，所述第三齒條83與第五齒輪65嚙合；所述第二齒條82與第三齒條83固接；設(shè)所述第一齒條81與第二齒輪62的嚙合點(diǎn)為a點(diǎn)，所述第二齒條82與第四齒輪64的嚙合點(diǎn)為b點(diǎn)，第三齒條83與第五齒輪65的嚙合點(diǎn)為c點(diǎn)，第一中間軸71的中心點(diǎn)為m點(diǎn)，第二中間軸72的中心點(diǎn)為n點(diǎn)，線段mb、bc、cn、nm構(gòu)成平行四邊形；設(shè)第一中間軸71的中心線與第二中間軸72的中心線構(gòu)成平面u，a點(diǎn)、b點(diǎn)位于平面u的同一側(cè)；設(shè)從所述第三齒輪63到第四齒輪64的傳動(dòng)比為i，從所述第五齒輪65到第六齒輪66的傳動(dòng)比為j，i與j的乘積為1；所述第三齒輪63、第四齒輪64、第五齒輪65和第六齒輪66的模數(shù)相等；所述第一齒輪61、第二齒輪62的模數(shù)相等；所述第一凸塊16與基座1固接，所述第二凸塊631與第三齒輪63固接；所述第一撥桿811與第一齒條81固接，所述第二撥桿821與第二齒條82固接；所述第一凸塊16與第二凸塊631接觸或離開一段距離，所述第一撥桿811與第二撥桿821接觸或離開一段距離；所述第一簧件91的兩端分別連接第一齒輪61和第一指段2，所述第二簧件92的兩端分別連接基座1和第三齒輪63，第二簧件使第二凸塊631靠向第一凸塊16。

本實(shí)施例中，所述第一簧件91采用扭簧。

本實(shí)施例中，所述第二簧件92采用拉簧。

本實(shí)施例中，所述傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括第一過渡齒輪17、第二過渡齒輪18和過渡軸19；所述第一過渡齒輪17套固在傳動(dòng)軸15上，所述第一過渡齒輪17與第二過渡齒輪18嚙合，所述第二過渡齒輪18套接在過渡軸19上，所述過渡軸19套設(shè)在基座1中，所述第二過渡齒輪18與第一齒輪61嚙合。

本實(shí)施例中，所述基座包括基座左側(cè)板、基座右側(cè)板、基座前板、基座后板和基座底板。

本實(shí)施例中，所述第一指段包括第一指段左側(cè)板、第一指段右側(cè)板、第一指段前板、第一指段后板和中間蓋板。

本實(shí)施例的工作原理，結(jié)合附圖敘述如下：

初始狀態(tài)時(shí)，如圖12所示，電機(jī)11正轉(zhuǎn)，通過減速器12帶動(dòng)蝸桿13轉(zhuǎn)動(dòng)，蝸輪14轉(zhuǎn)動(dòng)，第一過渡齒輪17轉(zhuǎn)動(dòng)，第二過渡齒輪18轉(zhuǎn)動(dòng)，第一齒輪61轉(zhuǎn)動(dòng)，通過第一簧件91拉動(dòng)第一指段2繞近關(guān)節(jié)軸4正轉(zhuǎn)，第一指段2轉(zhuǎn)動(dòng)靠向抓取物體99。

此過程中，由于第二簧件92的作用，第三齒輪63上的第二凸塊631緊靠在與基座1固接的第一凸塊16上，第三齒輪63相對(duì)于基座1的姿態(tài)不變；同時(shí)，當(dāng)?shù)谝恢付?正轉(zhuǎn)時(shí)，第四齒輪64被第三齒輪63撥動(dòng)正轉(zhuǎn)，第二齒條82向下運(yùn)動(dòng)，通過第一齒條81拉動(dòng)第五齒輪65正轉(zhuǎn)，使得第六齒輪66反轉(zhuǎn)，第二指段3反轉(zhuǎn)，且第二指段3的反轉(zhuǎn)角度等于第一指段2的正轉(zhuǎn)角度；當(dāng)?shù)谝恢付?接觸物體99被阻擋不能再繼續(xù)正轉(zhuǎn)時(shí)，如圖13所示，電機(jī)11繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，第一簧件91發(fā)生變形，第一齒輪61繼續(xù)正轉(zhuǎn)，此時(shí)第二齒輪62被第一齒輪61撥動(dòng)反轉(zhuǎn)，第一齒條81向上運(yùn)動(dòng)，通過一段空程距離后與第一齒條81固接的第一撥桿811接觸第二撥桿821，從而推動(dòng)第二撥桿821，推動(dòng)第二齒條82向上運(yùn)動(dòng)，第二簧件92發(fā)生變形，第二指段2正轉(zhuǎn)，如圖14所示，直到第二指段2也接觸物體99為止。從而達(dá)到了自適應(yīng)抓取效果，抓取結(jié)束，如圖15所示。

如果在上述過程中第二指段3先于第一指段2接觸物體99，則達(dá)到了捏持物體的效果，抓取結(jié)束，抓取過程如圖8至圖11所示。

該裝置釋放物體時(shí)，電機(jī)反轉(zhuǎn)，后續(xù)過程與上述過程剛好相反，不再贅述。

本發(fā)明裝置利用電機(jī)、蝸輪蝸桿、齒輪齒條、簧件、撥桿和凸塊等綜合實(shí)現(xiàn)了一種機(jī)器人手指，該手指能夠?qū)崿F(xiàn)捏持和握持兩種功能，既能夠采用手指末端去捏持物體，也適合用兩個(gè)指段在沒有傳感器的情況下去自適應(yīng)包絡(luò)抓取不同形狀、尺寸的物體；該裝置傳動(dòng)精確平穩(wěn)，抓取穩(wěn)定可靠；僅利用一個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)兩個(gè)關(guān)節(jié)，無需復(fù)雜的傳感和實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、重量輕，成本低，適用于通用抓取的機(jī)器人。