空程傳動柔性件耦合自適應(yīng)機器人手指裝置的制造方法
【專利摘要】空程傳動柔性件耦合自適應(yīng)機器人手指裝置，屬于機器人手技術(shù)領(lǐng)域，包括基座、兩個指段、兩個關(guān)節(jié)軸、驅(qū)動器、兩個傳動輪、兩個柔性件、過渡傳動機構(gòu)、中間傳動機構(gòu)、撥輪、凸塊撥盤、限位撥盤、兩個簧件和限位凸塊。該裝置利用撥輪上的主動凸塊與凸塊撥盤上的從動凸塊之間的空程，實現(xiàn)了耦合與自適應(yīng)復(fù)合抓取模式，既能聯(lián)動兩個關(guān)節(jié)捏持物體，也能先轉(zhuǎn)動第一指段再轉(zhuǎn)動第二指段握持物體，對不同形狀尺寸物體具有自適應(yīng)抓取效果；僅利用一個驅(qū)動器驅(qū)動兩個關(guān)節(jié)，無需復(fù)雜的傳感和實時控制系統(tǒng)；結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕，成本低。
【專利說明】
空程傳動柔性件耦合自適應(yīng)機器人手指裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于機器人手技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種空程傳動柔性件耦合自適應(yīng)機器人手指裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計。
【背景技術(shù)】
[0002]自適應(yīng)欠驅(qū)動機器人手采用少量電機驅(qū)動多個自由度關(guān)節(jié)，由于電機數(shù)量少，藏入手掌的電機可以選擇更大的功率和體積，出力大，同時純機械式的反饋系統(tǒng)無需對環(huán)境敏感也可以實現(xiàn)穩(wěn)定抓取，自動適應(yīng)不同形狀尺寸的物體，沒有實時傳感和閉環(huán)反饋控制的需求，控制簡單方便，降低了制造成本。
[0003]在抓取物體時主要有兩種抓取方法，一種是捏持，一種是握持。
[0004]捏持是用末端手指的指尖部分去夾取物體，采用兩個點或兩個軟指面去接觸物體，主要針對小尺寸物體或具有對立面的較大物體;握持是用手指的多個指段包絡(luò)環(huán)繞物體來實現(xiàn)多個點的接觸，達到更穩(wěn)定的形狀包絡(luò)抓取。
[0005]自適應(yīng)欠驅(qū)動手指可以采用自適應(yīng)包絡(luò)物體的方式握持，但是無法實施末端捏持抓取。
[0006]已有的一種欠驅(qū)動兩關(guān)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、近關(guān)節(jié)軸、遠關(guān)節(jié)軸、帶輪傳動機構(gòu)和簧件等。該裝置實現(xiàn)了雙關(guān)節(jié)欠驅(qū)動手指彎曲抓取物體的特殊效果，具有自適應(yīng)性，能夠適應(yīng)不同形狀尺寸的物體。該欠驅(qū)動兩關(guān)節(jié)機器人手指裝置的不足之處為:I)抓取方式只能為握持方式，難實現(xiàn)彎曲遠關(guān)節(jié)的末端捏持抓取效果;2)該裝置抓取物體的過程不擬人，該裝置在未碰觸物體前始終呈現(xiàn)伸直的狀態(tài)。
[0007]具有耦合與自適應(yīng)復(fù)合抓取模式的機器人手指稱為耦合自適應(yīng)手指。所謂的耦合與自適應(yīng)復(fù)合抓取模式是指該手指可以實現(xiàn)耦合抓取與自適應(yīng)欠驅(qū)動抓取相結(jié)合的復(fù)合欠驅(qū)動抓取，即機器人手指裝置在彎曲抓握物體過程中，碰到物體之前各指段按一定角度比例同時彎曲；而在近指段碰到物體后，又可解耦轉(zhuǎn)動第二關(guān)節(jié)，使第二指段自動適應(yīng)物體表面形狀，從而完全包絡(luò)握持物體，并且只通過一個驅(qū)動器驅(qū)動多個關(guān)節(jié);如果在耦合轉(zhuǎn)動兩個關(guān)節(jié)的過程中，第二指段接觸物體，則抓取結(jié)束，實現(xiàn)了捏持效果。
[0008]已有的一種雙關(guān)節(jié)并聯(lián)欠驅(qū)動機器人手指裝置(中國發(fā)明專利CN101633171B)，包括基座、中部指段、末端指段、近關(guān)節(jié)軸、遠關(guān)節(jié)軸、電機、耦合傳動機構(gòu)、自適應(yīng)傳動機構(gòu)和三個簧件。該裝置可以實現(xiàn)耦合與自適應(yīng)復(fù)合抓取模式，不足在于:I)機構(gòu)復(fù)雜，有兩套傳動機構(gòu)安裝在近關(guān)節(jié)軸和遠關(guān)節(jié)軸之間；2)需要的簧件數(shù)目過多，簧件選型困難;3)利用多個簧件來實現(xiàn)解耦一一調(diào)和耦合傳動機構(gòu)與自適應(yīng)傳動機構(gòu)之間的矛盾，常常使得多個簧件形變較大，導(dǎo)致過大且不必要的能量損耗。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的是為了克服已有技術(shù)的不足之處，提供一種空程傳動柔性件耦合自適應(yīng)機器人手指裝置。該裝置能夠?qū)崿F(xiàn)耦合與自適應(yīng)復(fù)合抓取模式，既能聯(lián)動兩個關(guān)節(jié)用末端捏持物體，也能先轉(zhuǎn)動第一指段碰觸物體后再轉(zhuǎn)動第二指段包絡(luò)握持物體，達到對不同形狀尺寸物體的自適應(yīng)握持效果;無需復(fù)雜的傳感和控制系統(tǒng)。
[0010]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0011]本發(fā)明設(shè)計的空程傳動柔性件耦合自適應(yīng)機器人手指裝置，包括基座、第一指段、第二指段、近關(guān)節(jié)軸、遠關(guān)節(jié)軸和驅(qū)動器;所述驅(qū)動器與基座固接;所述近關(guān)節(jié)軸的中心線與遠關(guān)節(jié)軸的中心線平行;其特征在于:該空程傳動柔性件耦合自適應(yīng)機器人手指裝置還包括過渡傳動機構(gòu)、撥輪、第一傳動輪、第二傳動輪、第一柔性件、第二柔性件、凸塊撥盤、中間傳動機構(gòu)、限位撥盤、限位凸塊、第一簧件和第二簧件;所述近關(guān)節(jié)軸活動套設(shè)在基座中；所述遠關(guān)節(jié)軸活動套設(shè)在第一指段中；所述第一指段活動套接在近關(guān)節(jié)軸上;所述第二指段套接在遠關(guān)節(jié)軸上;所述過渡傳動機構(gòu)設(shè)置在基座中；所述驅(qū)動器的輸出軸與過渡傳動機構(gòu)的輸入端相連，所述過渡傳動機構(gòu)的輸出端與撥輪相連;所述撥輪包括固接的主動凸塊，所述撥輪活動套接在近關(guān)節(jié)軸上;所述第一傳動輪活動套接在近關(guān)節(jié)軸上;所述第二傳動輪套接在遠關(guān)節(jié)軸上，第二傳動輪與第二指段固接;所述的第一柔性件纏繞在第一傳動輪和第二傳動輪上并形成“S”字形，第一柔性件的兩端分別與第一傳動輪、第二傳動輪固接;所述的第二柔性件纏繞在第一傳動輪和第二傳動輪上并形成“Z”字形，第二柔性件的兩端分別與第一傳動輪、第二傳動輪固接，第一柔性件和第二柔性件交叉成“8”字形;所述凸塊撥盤活動套接在近關(guān)節(jié)軸上;所述凸塊撥盤包括固接的從動凸塊;所述中間傳動機構(gòu)設(shè)置在基座中，所述中間傳動機構(gòu)的輸入端與凸塊撥盤固接，中間傳動機構(gòu)的輸出端與限位撥盤固接，所述中間傳動機構(gòu)使得從凸塊撥盤到限位撥盤的傳動為反向傳動;所述限位撥盤活動套接在近關(guān)節(jié)軸上，所述限位撥盤與第一傳動輪固接;所述限位凸塊與基座固接;所述限位撥盤包括固接的凸塊;所述凸塊與限位凸塊相接觸或離開一段距離;所述從動凸塊與主動凸塊相接觸或離開一段距離;設(shè)第一指段靠向物體的轉(zhuǎn)動方向為近關(guān)節(jié)正方向，第一指段遠離物體的轉(zhuǎn)動方向為近關(guān)節(jié)反方向；在該空程傳動柔性件耦合自適應(yīng)機器人手指裝置處于初始狀態(tài)時，凸塊與限位凸塊接觸，設(shè)此時限位撥盤相對基座的旋轉(zhuǎn)角度為O度，從該位置開始，限位撥盤朝近關(guān)節(jié)正方向旋轉(zhuǎn)時的轉(zhuǎn)動角度為正，限位撥盤朝近關(guān)節(jié)反方向旋轉(zhuǎn)時的轉(zhuǎn)動角度為負;所述限位凸塊限制限位撥盤的轉(zhuǎn)動角度只能為負；所述第一簧件的兩端分別連接限位撥盤和基座;在該空程傳動柔性件耦合自適應(yīng)機器人手指裝置處于初始狀態(tài)時，所述從動凸塊與主動凸塊離開一段距離;在撥輪轉(zhuǎn)動范圍內(nèi)，主動凸塊會接觸到從動凸塊;所述第二簧件的兩端分別連接撥輪和第一指段。
[0012]本發(fā)明所述的空程傳動柔性件耦合自適應(yīng)機器人手指裝置，其特征在于:所述驅(qū)動器米用電機、氣缸或液壓缸。
[0013]本發(fā)明所述的空程傳動柔性件耦合自適應(yīng)機器人手指裝置，其特征在于:所述第一簧件采用拉簧、壓簧、片簧或扭簧。
[0014]本發(fā)明所述的空程傳動柔性件耦合自適應(yīng)機器人手指裝置，其特征在于:所述第二簧件采用拉簧、壓簧、片簧或扭簧。
[0015]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點和突出性效果:
[0016]本發(fā)明裝置利用驅(qū)動器、第一傳動輪、第二傳動輪、第一柔性件、第二柔性件、中間傳動機構(gòu)、兩個簧件、凸塊撥盤、限位撥盤、限位凸塊和撥輪等綜合實現(xiàn)了耦合與自適應(yīng)復(fù)合抓取模式，該裝置既能聯(lián)動兩個關(guān)節(jié)用末端捏持物體，也能先轉(zhuǎn)動第一指段碰觸物體后再轉(zhuǎn)動第二指段包絡(luò)握持物體，達到對不同形狀尺寸物體的自適應(yīng)握持效果；由于撥輪上的主動凸塊與凸塊撥盤上的從動凸塊之間有一段空程，在第一指段轉(zhuǎn)動時第二指段會同時轉(zhuǎn)動，達到了耦合抓取模式；當?shù)谝恢付谓佑|物體被阻擋后，經(jīng)過一段很小的時間，撥輪上的主動凸塊才會接觸并撥動凸塊撥盤上的從動凸塊，從而驅(qū)動第一傳動輪轉(zhuǎn)動，經(jīng)過第一柔性件、第二柔性件、第二傳動輪的傳動，帶動第二指段轉(zhuǎn)動，直到第二指段接觸物體，達到了自適應(yīng)抓取模式。該裝置抓取穩(wěn)定可靠;僅利用一個驅(qū)動器驅(qū)動兩個關(guān)節(jié)，無需復(fù)雜的傳感和實時控制系統(tǒng);該裝置結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕，加工、裝配和維修成本低，適用于機器人手。
【附圖說明】
[0017]圖1是本發(fā)明設(shè)計的空程傳動柔性件耦合自適應(yīng)機器人手指裝置的一種實施例的立體外觀圖。
[0018]圖2是圖1所示實施例的正視圖。
[0019]圖3是圖1所示實施例的側(cè)視圖(圖2的左視圖)。
[0020]圖4是圖1所示實施例的正視圖(未畫出基座前板、基座表面板、第一指段前板、第一指段表面板)。
[0021]圖5是圖1所示實施例中的立體外觀圖(未畫出部分零件)。
[0022]圖6是圖1所示實施例中A-A剖視圖。
[0023]圖7是圖1所示實施例中部分零件位置圖。
[0024]圖8是圖1所示實施例的爆炸視圖。
[0025]圖9至圖13是圖1所示實施例在以耦合與自適應(yīng)復(fù)合抓取方式抓取物體的動作過程不意圖。
[0026]圖14至圖16是圖1所示實施例在以單純耦合方式捏持物體的動作過程示意圖。
[0027]圖17、圖18是圖1所示實施例在耦合與自適應(yīng)復(fù)合抓取方式抓取物體動作過程中幾個關(guān)鍵位置時，限位撥盤、第一簧件與限位凸塊的相對位置的變化情況。
[0028]圖19至圖22是圖1所示實施例在耦合與自適應(yīng)復(fù)合抓取方式抓取物體動作過程中幾個關(guān)鍵位置時，撥輪、凸塊撥盤的相對位置的變化情況。
[0029]在圖1至圖22中:
[0030]I —基座，111 一基座前板，112—基座后板，113 —基座左側(cè)板，
[0031]114 —基座右側(cè)板，115 —基座表面板，116—基座底板，2—第一指段，
[0032]21—第一指段表面板，22—第一指段左側(cè)板，23—第一指段右側(cè)板，24—第一指段前板，
[0033]25—第一指段后板，3—第二指段，4一近關(guān)節(jié)軸，5—遠關(guān)節(jié)軸，
[0034]83 —軸承，84 —套筒，85 —螺釘，86 —銷釘，
[0035]9一第一傳動輪，10 —第二傳動輪，IIA—第一柔性件，IIB —第二柔性件，
[0036]12—限位撥盤，121 —凸塊，
[0037]13—第一簧件，14 一驅(qū)動器(電機)，141 一減速器，142—第一錐齒輪，
[0038]143 —第二錐齒輪，144 一過渡齒輪軸，145—過渡帶輪，147—過渡傳動帶，
[0039]15—撥輪，151—主動凸塊，16—第二簧件，17 —物體，
[0040]18一限位凸塊，19一中間傳動機構(gòu)，I90一從動凸塊，191 一凸塊撥盤(第一中間齒輪)，
[0041 ] 192—第二中間齒輪，193 —中間傳動軸，194 一第一中間傳動輪，195 —中間傳動件，
[0042]196—第二中間傳動輪。
【具體實施方式】
[0043]下面結(jié)合附圖及實施例進一步詳細介紹本發(fā)明的具體結(jié)構(gòu)、工作原理的內(nèi)容。
[0044]本發(fā)明設(shè)計的空程傳動柔性件耦合自適應(yīng)機器人手指裝置的一種實施例，如圖1至圖8所示，包括基座1、第一指段2、第二指段3、近關(guān)節(jié)軸4、遠關(guān)節(jié)軸5和驅(qū)動器14;所述驅(qū)動器14與基座I固接;所述近關(guān)節(jié)軸4的中心線與遠關(guān)節(jié)軸5的中心線平行。本實施例還包括過渡傳動機構(gòu)、撥輪152、第一傳動輪9、第二傳動輪10、第一柔性件11A、第二柔性件11B、凸塊撥盤191、中間傳動機構(gòu)、限位撥盤12、限位凸塊18、第一簧件13和第二簧件53;所述近關(guān)節(jié)軸4活動套設(shè)在基座I中；所述遠關(guān)節(jié)軸5活動套設(shè)在第一指段2中；所述第一指段2活動套接在近關(guān)節(jié)軸4上;所述第二指段3套接在遠關(guān)節(jié)軸5上;所述過渡傳動機構(gòu)設(shè)置在基座I中；所述驅(qū)動器14的輸出軸與過渡傳動機構(gòu)的輸入端相連;所述過渡傳動機構(gòu)的輸出端與撥輪15相連;所述撥輪15包括固接的主動凸塊151，所述撥輪活動套接在近關(guān)節(jié)軸4上。
[0045]本實施例中，所述第一傳動輪活動套接在近關(guān)節(jié)軸上;所述第二傳動輪套接在遠關(guān)節(jié)軸上，第二傳動輪與第二指段固接;所述的第一柔性件IlA纏繞在第一傳動輪9和第二傳動輪上并形成“S”字形，第一柔性件IlA的兩端分別與第一傳動輪9、第二傳動輪10固接；所述的第二柔性件IIB纏繞在第一傳動輪9和第二傳動輪10上并形成“Z”字形，第二柔性件IlB的兩端分別與第一傳動輪9、第二傳動輪10固接，第一柔性件IlA和第二柔性件IlB交叉成“8”字形;所述凸塊撥盤191活動套接在近關(guān)節(jié)軸4上;所述凸塊撥盤191包括固接的從動凸塊190;所述中間傳動機構(gòu)19設(shè)置在基座I中，所述中間傳動機構(gòu)19的輸入端與凸塊撥盤191固接，中間傳動機構(gòu)的輸出端與限位撥盤12固接，所述中間傳動機構(gòu)19使得從凸塊撥盤191到限位撥盤12的傳動為反向傳動。
[0046]本實施例中，所述限位撥盤12活動套接在近關(guān)節(jié)軸4上，所述限位撥盤12與第一傳動輪9固接;所述限位凸塊18與基座I固接;所述限位撥盤12包括固接的凸塊121;所述凸塊121與限位凸塊18相接觸或離開一段距離。所述從動凸塊190與主動凸塊151相接觸或離開一段距離;設(shè)第一指段2靠向物體17的轉(zhuǎn)動方向為近關(guān)節(jié)正方向，第一指段2遠離物體17的轉(zhuǎn)動方向為近關(guān)節(jié)反方向；在該空程傳動柔性件耦合自適應(yīng)機器人手指裝置處于初始狀態(tài)時，凸塊121與限位凸塊18接觸，設(shè)此時限位撥盤12相對基座I的旋轉(zhuǎn)角度為O度，從該位置開始，限位撥盤12朝近關(guān)節(jié)正方向旋轉(zhuǎn)時的轉(zhuǎn)動角度為正，限位撥盤12朝近關(guān)節(jié)反方向旋轉(zhuǎn)時的轉(zhuǎn)動角度為負;所述限位凸塊18限制限位撥盤12的轉(zhuǎn)動角度只能為負，即限位撥盤12只能沿著如圖17所示的箭頭指示方向轉(zhuǎn)動。所述第一簧件13的兩端分別連接限位撥盤12和基座I，第一簧件13使限位撥盤12靠向限位凸塊18;在該空程傳動柔性件耦合自適應(yīng)機器人手指裝置處于初始狀態(tài)時，所述從動凸塊190與主動凸塊151離開一段距離，如圖7所示；在撥輪15轉(zhuǎn)動范圍內(nèi)，主動凸塊151會接觸到從動凸塊190，如圖19至圖22所示;所述第二簧件16的兩端分別連接撥輪15和第一指段2，如圖4所示。
[0047]本發(fā)明所述的空程傳動柔性件耦合自適應(yīng)機器人手指裝置，其特征在于:所述驅(qū)動器14采用電機、氣缸或液壓缸。本實施例中，所述驅(qū)動器14采用電機。
[0048]本發(fā)明所述的空程傳動柔性件耦合自適應(yīng)機器人手指裝置，其特征在于:所述第一簧件采用拉簧、壓簧、片簧或扭簧。本實施例中，所述第一簧件13采用拉簧。
[0049]本發(fā)明所述的空程傳動柔性件耦合自適應(yīng)機器人手指裝置，其特征在于:所述第二簧件采用拉簧、壓簧、片簧或扭簧。本實施例中，所述第二簧件16采用扭簧。
[0050]本實施例中，所述第一傳動輪與第二傳動輪的傳動直徑相等，這樣獲得的兩關(guān)節(jié)在開始的耦合轉(zhuǎn)動階段轉(zhuǎn)動角相等。
[0051]本實施例中，所述基座I包括固接在一起的基座前板111、基座后板112、基座左側(cè)板113、基座右側(cè)板114、基座表面板115和基座底板116。本實施例中，所述第一指段2包括固接在一起的第一指段表面板21、第一指段左側(cè)板22、第一指段右側(cè)板23、第一指段前板24和第一指段后板25。
[0052]本實施例中，所述中間傳動機構(gòu)19采用串聯(lián)的齒輪傳動機構(gòu)和帶輪傳動機構(gòu)，其中齒輪傳動機構(gòu)實現(xiàn)了反向傳動，帶輪傳動機構(gòu)為同向傳動，所述中間傳動機構(gòu)將近關(guān)節(jié)軸上的凸塊撥盤191的正向轉(zhuǎn)動變?yōu)橄尬粨鼙P12的反向轉(zhuǎn)動。具體組成和連接關(guān)系如下:所述中間傳動機構(gòu)19包括第一中間齒輪191、第二中間齒輪192、中間傳動軸193、第一中間傳動輪194、第二中間傳動輪196和中間傳動件195;所述中間傳動軸193套設(shè)在基座中，所述中間傳動軸193的中心線與近關(guān)節(jié)軸的中心線平行;所述第一中間齒輪(即凸塊撥盤)191套接在近關(guān)節(jié)軸4上;所述第二中間齒輪192與第一中間齒輪191嚙合，所述第二中間齒輪192套接在中間傳動軸193上;所述第一中間傳動輪194套接在中間傳動軸193上，第一中間傳動輪194與第二中間齒輪192固接;所述第二中間傳動輪196套接在近關(guān)節(jié)軸4上，所述中間傳動件195連接第一中間傳動輪194和第二中間傳動輪196。所述中間傳動件195、第一中間傳動輪194和第二中間傳動輪196三者之間構(gòu)成帶輪傳動機構(gòu)、鏈輪傳動機構(gòu)或繩輪傳動機構(gòu)，本實施例中，采用帶輪傳動機構(gòu)。所述中間傳動機構(gòu)也可以采用其他傳動方式來達到從凸塊撥盤到限位撥盤反向傳動的目的。
[0053]本實施例中，所述過渡傳動機構(gòu)包括減速器141、第一錐齒輪142、第二錐齒輪143、過渡齒輪軸144、過渡帶輪145和過渡傳動帶147;所述電機14的輸出軸與減速器141的輸入軸相連，所述第一錐齒輪142套固在減速器141的輸出軸上，所述第二錐齒輪143套固在過渡齒輪軸144上，所述第一錐齒輪142與第二錐齒輪143嚙合;所述過渡齒輪軸144套設(shè)在基座I中，所述過渡帶輪145套固在過渡齒輪軸144上，所述過渡傳動帶147連接過渡帶輪145和撥輪15，所述過渡傳動帶147、過渡帶輪145和撥輪15形成帶輪傳動關(guān)系。
[0054]本實施例還包括若干軸承83、若干套筒84、若干螺釘85和若干銷釘86等。
[0055]本實施例的工作原理，結(jié)合附圖敘述如下:
[0056]本實施例處于初始狀態(tài)時，如圖1、圖5、圖6和圖7所示。
[0057]電機14轉(zhuǎn)動，通過減速機141帶動第一錐齒輪142，帶動第二錐齒輪143，帶動過渡齒輪軸144，帶動過渡帶輪145，通過過渡傳動帶147驅(qū)動撥輪15轉(zhuǎn)動，通過第二簧件16拉動第一指段2繞近關(guān)節(jié)軸4轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)近關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動。
[0058]此時，主動凸塊151還沒有接觸從動凸塊190，第一簧件13拉著限位撥盤12使其緊靠在限位凸塊18上，由于限位撥盤12與第一傳動輪9固接，所以第一傳動輪9保持初始姿態(tài)不變;此時，在第一傳動輪9、第二傳動輪10、第一柔性件IlA和第二柔性件IlB的作用下，第二指段3將相對于第一指段2轉(zhuǎn)動一個角度，達到耦合轉(zhuǎn)動效果。
[0059]在本實施例中，由于第一傳動輪9與第二傳動輪10的傳動直徑相等，所以第一指段2轉(zhuǎn)動角與第二指段3轉(zhuǎn)動角在上述的耦合階段是相等的。
[0060]接下來，如果第二指段3接觸物體，則達到了耦合捏持的效果，抓取結(jié)束。如果第二指段3還未接觸到物體，此時，第一指段2如果接觸物體被阻擋不能再繼續(xù)轉(zhuǎn)動，則第二簧件16發(fā)生變形，電機的動力將驅(qū)動撥輪15繼續(xù)轉(zhuǎn)動，通過一段時間的空程轉(zhuǎn)動，撥輪上的主動凸塊151就會接觸到凸塊撥盤191上的從動凸塊190，從而驅(qū)動凸塊撥盤191轉(zhuǎn)動，通過中間傳動機構(gòu)，可以使得限位撥盤12反向轉(zhuǎn)動離開限位凸塊18，帶動第一傳動輪9反向轉(zhuǎn)動，通過第一柔性件11A、第二柔性件IlB的傳動，使得第二傳動輪10與第二指段3正向繼續(xù)轉(zhuǎn)動，最終達到第二指段3接觸物體，抓取結(jié)束。
[0061]釋放過程與上述過程剛好相反，不贅述。
[0062]針對不同形狀、大小的物體，本實施例具有自適應(yīng)性，能夠抓取多種物體。
[0063]圖6是耦合抓取階段的實施例剖視圖(圖2的A-A剖視圖)，其中顯示了限位撥盤12、限位凸塊18和第一簧件13的情況。此時本實施例處在初始位置或者同時彎曲了第一指段、第二指段，第一簧件13使限位撥盤12與限位凸塊18相接觸，這種情況一直持續(xù)到自適應(yīng)包絡(luò)抓取開始。
[0064]圖17、圖18是自適應(yīng)抓取階段的限位撥盤12、限位凸塊18和第一簧件13的相對位置變化情況。此時本實施例的第一指段2已經(jīng)接觸到物體17被阻擋而不能運動，在驅(qū)動器14的驅(qū)動作用下，第二指段3已經(jīng)繞遠關(guān)節(jié)軸5多轉(zhuǎn)動一個角度，限位撥盤12離開了原來一直接觸的限位凸塊18。
[0065]圖19、圖20是耦合抓取階段主動凸塊和從動凸塊的位置情況。圖21、圖22是自適應(yīng)抓取階段主動凸塊和從動凸塊的位置情況。
[0066]本發(fā)明裝置利用驅(qū)動器、第一傳動輪、第二傳動輪、第一柔性件、第二柔性件、中間傳動機構(gòu)、兩個簧件、凸塊撥盤、限位撥盤、限位凸塊和撥輪等綜合實現(xiàn)了耦合與自適應(yīng)復(fù)合抓取模式，該裝置既能聯(lián)動兩個關(guān)節(jié)用末端捏持物體，也能先轉(zhuǎn)動第一指段碰觸物體后再轉(zhuǎn)動第二指段包絡(luò)握持物體，達到對不同形狀尺寸物體的自適應(yīng)握持效果；由于撥輪上的主動凸塊與凸塊撥盤上的從動凸塊之間有一段空程，在第一指段轉(zhuǎn)動時第二指段會同時轉(zhuǎn)動，達到了耦合抓取模式；當?shù)谝恢付谓佑|物體被阻擋后，經(jīng)過一段很小的時間，撥輪上的主動凸塊才會接觸并撥動凸塊撥盤上的從動凸塊，從而驅(qū)動第一傳動輪轉(zhuǎn)動，經(jīng)過第一柔性件、第二柔性件、第二傳動輪的傳動，帶動第二指段轉(zhuǎn)動，直到第二指段接觸物體，達到了自適應(yīng)抓取模式。該裝置抓取穩(wěn)定可靠;僅利用一個驅(qū)動器驅(qū)動兩個關(guān)節(jié)，無需復(fù)雜的傳感和實時控制系統(tǒng);該裝置結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕，加工、裝配和維修成本低，適用于機器人手。
【主權(quán)項】
1.一種空程傳動柔性件耦合自適應(yīng)機器人手指裝置，包括基座、第一指段、第二指段、近關(guān)節(jié)軸、遠關(guān)節(jié)軸和驅(qū)動器;所述驅(qū)動器與基座固接;所述近關(guān)節(jié)軸的中心線與遠關(guān)節(jié)軸的中心線平行;其特征在于:該空程傳動柔性件耦合自適應(yīng)機器人手指裝置還包括過渡傳動機構(gòu)、撥輪、第一傳動輪、第二傳動輪、第一柔性件、第二柔性件、凸塊撥盤、中間傳動機構(gòu)、限位撥盤、限位凸塊、第一簧件和第二簧件;所述近關(guān)節(jié)軸活動套設(shè)在基座中；所述遠關(guān)節(jié)軸活動套設(shè)在第一指段中；所述第一指段活動套接在近關(guān)節(jié)軸上;所述第二指段套接在遠關(guān)節(jié)軸上;所述過渡傳動機構(gòu)設(shè)置在基座中；所述驅(qū)動器的輸出軸與過渡傳動機構(gòu)的輸入端相連，所述過渡傳動機構(gòu)的輸出端與撥輪相連;所述撥輪包括固接的主動凸塊，所述撥輪活動套接在近關(guān)節(jié)軸上;所述第一傳動輪活動套接在近關(guān)節(jié)軸上;所述第二傳動輪套接在遠關(guān)節(jié)軸上，第二傳動輪與第二指段固接;所述的第一柔性件纏繞在第一傳動輪和第二傳動輪上并形成“S”字形，第一柔性件的兩端分別與第一傳動輪、第二傳動輪固接;所述的第二柔性件纏繞在第一傳動輪和第二傳動輪上并形成“Z”字形，第二柔性件的兩端分別與第一傳動輪、第二傳動輪固接，第一柔性件和第二柔性件交叉成“8”字形;所述凸塊撥盤活動套接在近關(guān)節(jié)軸上;所述凸塊撥盤包括固接的從動凸塊;所述中間傳動機構(gòu)設(shè)置在基座中，所述中間傳動機構(gòu)的輸入端與凸塊撥盤固接，中間傳動機構(gòu)的輸出端與限位撥盤固接，所述中間傳動機構(gòu)使得從凸塊撥盤到限位撥盤的傳動為反向傳動;所述限位撥盤活動套接在近關(guān)節(jié)軸上，所述限位撥盤與第一傳動輪固接;所述限位凸塊與基座固接;所述限位撥盤包括固接的凸塊;所述凸塊與限位凸塊相接觸或離開一段距離;所述從動凸塊與主動凸塊相接觸或離開一段距離;設(shè)第一指段靠向物體的轉(zhuǎn)動方向為近關(guān)節(jié)正方向，第一指段遠離物體的轉(zhuǎn)動方向為近關(guān)節(jié)反方向；在該空程傳動柔性件耦合自適應(yīng)機器人手指裝置處于初始狀態(tài)時，凸塊與限位凸塊接觸，設(shè)此時限位撥盤相對基座的旋轉(zhuǎn)角度為O度，從該位置開始，限位撥盤朝近關(guān)節(jié)正方向旋轉(zhuǎn)時的轉(zhuǎn)動角度為正，限位撥盤朝近關(guān)節(jié)反方向旋轉(zhuǎn)時的轉(zhuǎn)動角度為負;所述限位凸塊限制限位撥盤的轉(zhuǎn)動角度只能為負；所述第一簧件的兩端分別連接限位撥盤和基座；在該空程傳動柔性件耦合自適應(yīng)機器人手指裝置處于初始狀態(tài)時，所述從動凸塊與主動凸塊離開一段距離;在撥輪轉(zhuǎn)動范圍內(nèi)，主動凸塊會接觸到從動凸塊;所述第二簧件的兩端分別連接撥輪和第一指段。2.如權(quán)利要求1所述的空程傳動柔性件耦合自適應(yīng)機器人手指裝置，其特征在于:所述驅(qū)動器采用電機、氣缸或液壓缸。3.如權(quán)利要求1所述的空程傳動柔性件耦合自適應(yīng)機器人手指裝置，其特征在于:所述第一簧件采用拉簧、壓簧、片簧或扭簧。4.如權(quán)利要求1所述的空程傳動柔性件耦合自適應(yīng)機器人手指裝置，其特征在于:所述第二簧件采用拉簧、壓簧、片簧或扭簧。
【文檔編號】B25J15/08GK106041920SQ201610543628
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年7月11日
【發(fā)明人】陳瀟男, 張文增
【申請人】清華大學