齿条式变抓力弹性联动自适应机器人手指装置制造方法及图纸

齿条式变抓力弹性联动自适应机器人手指装置，属于机器人手技术领域，包括电机、多个指段、多个关节轴、传动机构、多个过渡轴、多个关节簧件、多个滑轮、多个拨杆、多个拨盘、多个齿轮件、绕绳轮、腱绳。本发明专利技术装置利用电机、传动机构、从动拨盘、拨杆、第一齿轮、第二齿轮、齿条、绕绳轮、腱绳和簧件综合实现自适应抓取和连续锁定多个关节的功能。该装置用于抓取物体，可以自动适应物体的形状、尺寸；抓取物体后可以采取锁定关节方式或不锁定方式；抓取过程快速稳定，抓取后锁定关节，防止手指回弹失稳，可以提供较大的抓取力；可锁定的关节角度是连续的；该装置结构简单，体积小，重量轻，控制容易，制造和维护成本低。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于机器人手
，特别涉及一种齿条式变抓力弹性联动自适应机器人手指装置的结构设计。
技术介绍
机器人手是机器人非常重要的操作部件，是目前机器人手领域研究的热点方向。机器人手可以从模仿人手与否分为拟人手和非拟人手。由于人手自由度多，非常灵活，在仿生学上有很大的研究学习价值，研制与人手相似的拟人机器人手具有很大的应用前景。目前的拟人抓取的机器人手分为工业夹持器、灵巧手和欠驱动手。一方面，拟人机器人手需要模仿人手的某些动作功能，实现抓取、搬运不同形状和大小的物体，这对于机器人手的控制精度等方面提出了很高的要求；另一方面，拟人机器人手要求结构尽量简化，大小合适、重量小。这两方面存在矛盾。现有的工业夹持器功能简单，适用范围较小。现有的灵巧手有足够的关节和驱动器来完成各种精准动作，但是所用的驱动器多、传感控制复杂，成本昂贵。而欠驱动手由于自适应抓取功能较好地解决了这一矛盾。自适应欠驱动机器人手体积小、重量轻，在抓取物体的过程中可以改变抓取角度以此自动适应物体的形状，控制简单，抓取较为稳定。已有的一种自适应抓取物体的机械手装置(专利技术专利US2006129248A1)，手指部分主要包括基座、四个指段、三个簧件和一根腱绳。抓取物体时，先拉动腱绳使得手指伸直，然后放松腱绳，依靠簧件自身弹性使手指弯曲包络抓取物体。由于每个关节都具有簧件，手指在抓取物体的过程中可以配合物体形状按照相应角度弯曲，具有良好的自适应性。r>该装置不足之处在于：1)该装置的簧件抓取力尽量大与伸直手指所用腱绳的拉力尽量小之间存在较大矛盾。为了保证抓取力较大，需要的簧件劲度系数较大，导致拉动腱绳伸直手指所需的拉力较大；若要腱绳伸直手指所需的拉力较小，采用较弱的簧件，则抓取力过小。2)该装置难以提供更大范围的抓取力。该装置采用固定的簧件，提供的抓取力局限在固定的较小范围内；该装置在抓取物体过程中主要依靠簧件提供的抓取力，如果簧件比较弱，就无法利用与之相连的手臂的力量，在提取重物时会发生抓取失效，比如提取很沉重的行李箱时，一般采用臂部力量提取，但是手指要有足够的力量确保弯曲的构型。3)过大劲度系数的簧件可能导致抓取物体时发生手指快速冲撞物体，从而导致挤跑物体的失稳现象。4)该装置在振动环境下使用会有抓取失效的可能。已有的一种自锁气动欠驱动机器人手指装置，该装置具有自适应抓取功能，采用棘轮棘爪实现抓取过程中的自锁，并采用电机拉动棘爪实现解锁。该装置的不足之处在于：1)该装置需要有推动力才能实现自适应弯曲。此推动力来自手指与物体的相对运动：由物体挤压手指上的滑块，利用气力传动来推动下一指段弯曲。2)该装置可锁定的关节角度是不连续的。由于棘轮的轮齿有一定的齿距，锁定不连续；如果齿距设计得较大会降低锁定精度，如果齿距设计得较小，则会降低齿高，影响锁定效果。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服已有技术的不足之处，提出一种齿条式变抓力弹性联动自适应机器人手指装置，该装置用于抓取物体，可以自动适应物体的形状、尺寸；抓取物体后可以采取锁定关节方式或不锁定方式；抓取后锁定关节，可以提供较大的抓取力，防止手指回弹失稳；可锁定的关节角度是连续的；该装置结构简单，重量轻，控制容易。本专利技术采用如下技术方案：本专利技术提供的一种齿条式变抓力弹性联动自适应机器人手指装置，包括基座、第一指段、第二指段、第一关节轴、第二关节轴、电机、第一传动机构、过渡轴、绕绳轮、腱绳、第一滑轮、第二滑轮、第一簧件和第二簧件；所述电机固定安装在基座上，所述电机的输出轴和第一传动机构的输入端相连，所述第一传动机构的输出端与过渡轴相连，所述过渡轴套设在基座中，所述绕绳轮套固在过渡轴上；所述腱绳的一端固接在绕绳轮的外缘上，腱绳的另一端与第二指段固接；所述腱绳绕过第一滑轮和第二滑轮，腱绳穿过第一指段和第二指段；所述第一关节轴套设在基座中，所述第二关节轴套设在第一指段中；所述第一指段套接在第一关节轴上，所述第二指段套接在第二关节轴上；所述第一滑轮套接在第一关节轴上，所述第二滑轮套接在第二关节轴上；所述第一簧件的两端分别连接基座和第一指段；所述第二簧件的两端分别连接第一指段和第二指段；所述第一关节轴、第二关节轴相互平行；其特征在于：该装置还包括主动拨盘、从动拨盘、第二传动机构、第一齿轮、齿条、第二齿轮、第一拨杆、第二拨杆、第三簧件和第四簧件；所述主动拨盘上固接有第一凸块，所述从动拨盘上固接有第二凸块；所述主动拨盘套接在过渡轴上，主动拨盘与绕绳轮固接；所述从动拨盘活动套接在过渡轴上，所述第一凸块在抓取物体的运动过程中接触并推动第二凸块，所述第一凸块在伸直手指的运动过程中离开并撤回对第二凸块的推动力；所述第二传动机构的输入端与从动拨盘相连；所述第二传动机构的输出端与第一齿轮相连；所述第一齿轮套接在第一关节轴上，所述第二齿轮套接在第二关节轴上，所述第一齿轮与第二齿轮通过齿条相连，所述齿条分别与第一齿轮、第二齿轮形成齿轮啮合；所述第三簧件的两端分别连接第一齿轮和第一拨杆，所述第四簧件的两端分别连接第二齿轮和第二拨杆；所述第一拨杆套接在第一关节轴上，所述第二拨杆套接在第二关节轴上；所述第一拨杆在转动过程中接触并推动第一指段；所述第二拨杆在转动过程中接触并推动第二指段。本专利技术与现有技术相比，具有以下优点和突出性效果：本专利技术装置利用电机、传动机构、从动拨盘、拨杆、第一齿轮、第二齿轮、齿条、绕绳轮、腱绳和簧件等综合实现自适应抓取和连续锁定多个关节的功能。该装置用于抓取物体，可以自动适应物体的形状、尺寸，适应能力强；抓取物体后可以采取锁定关节方式或不锁定方式，特别对不同材质、重量的物体具有很强的适应能力；抓取过程快速稳定，抓取后锁定关节，一方面防止手指回弹失稳，使得抓取物体时不会出现冲撞物体、挤跑物体；另一方面，可以提供较大的抓取力，锁定后的手指装置可近似看做一个刚体，其承载力方面能够更好地匹配与之相连的手臂装置，实施对比较沉重物体(比如行李箱)的提取；可锁定的关节角度是连续的；该装置结构简单，体积小，重量轻，控制容易，制造和维护成本低。附图说明图1是本专利技术提供的齿条式变抓力弹性联动自适应机器人手指装置的一种实施例的正面剖视图。图2是图1所示实施例的正面外观图。图3是图1所示实施例的反面外观图。图4是图1所示实施例的左侧面外观图。图5是图1所示实施例的右侧面外观图。图6至图9是绕绳轮和从动拨盘之间运动关系的可实施方式的示意图。图10至图12是所示实施例自适应抓取物体的外观图。<本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种齿条式变抓力弹性联动自适应机器人手指装置，包括基座、第一指段、第二指段、第一关节轴、第二关节轴、电机、第一传动机构、过渡轴、绕绳轮、腱绳、第一滑轮、第二滑轮、第一簧件和第二簧件；所述电机固定安装在基座上，所述电机的输出轴和第一传动机构的输入端相连，所述第一传动机构的输出端与过渡轴相连，所述过渡轴套设在基座中，所述绕绳轮套固在过渡轴上；所述腱绳的一端固接在绕绳轮的外缘上，腱绳的另一端与第二指段固接；所述腱绳绕过第一滑轮和第二滑轮，腱绳穿过第一指段和第二指段；所述第一关节轴套设在基座中，所述第二关节轴套设在第一指段中；所述第一指段套接在第一关节轴上，所述第二指段套接在第二关节轴上；所述第一滑轮套接在第一关节轴上，所述第二滑轮套接在第二关节轴上；所述第一簧件的两端分别连接基座和第一指段；所述第二簧件的两端分别连接第一指段和第二指段；所述第一关节轴、第二关节轴相互平行；其特征在于：该装置还包括主动拨盘、从动拨盘、第二传动机构、第一齿轮、齿条、第二齿轮、第一拨杆、第二拨杆、第三簧件和第四簧件；所述主动拨盘上固接有第一凸块，所述从动拨盘上固接有第二凸块；所述主动拨盘套接在过渡轴上，主动拨盘与绕绳轮固接；所述从动拨盘活动套接在过渡轴上，所述第一凸块在抓取物体的运动过程中接触并推动第二凸块，所述第一凸块在伸直手指的运动过程中离开并撤回对第二凸块的推动力；所述第二传动机构的输入端与从动拨盘相连；所述第二传动机构的输出端与第一齿轮相连；所述第一齿轮套接在第一关节轴上，所述第二齿轮套接在第二关节轴上，所述第一齿轮与第二齿轮通过齿条相连，所述齿条分别与第一齿轮、第二齿轮形成齿轮啮合；所述第三簧件的两端分别连接第一齿轮和第一拨杆，所述第四簧件的两端分别连接第二齿轮和第二拨杆；所述第一拨杆套接在第一关节轴上，所述第二拨杆套接在第二关节轴上；所述第一拨杆在转动过程中接触并推动第一指段；所述第二拨杆在转动过程中接触并推动第二指段。...

【技术特征摘要】
1.一种齿条式变抓力弹性联动自适应机器人手指装置，包括基座、第一指段、第二指
段、第一关节轴、第二关节轴、电机、第一传动机构、过渡轴、绕绳轮、腱绳、第一滑轮、第二滑
轮、第一簧件和第二簧件；所述电机固定安装在基座上，所述电机的输出轴和第一传动机构
的输入端相连，所述第一传动机构的输出端与过渡轴相连，所述过渡轴套设在基座中，所述
绕绳轮套固在过渡轴上；所述腱绳的一端固接在绕绳轮的外缘上，腱绳的另一端与第二指
段固接；所述腱绳绕过第一滑轮和第二滑轮，腱绳穿过第一指段和第二指段；所述第一关节
轴套设在基座中，所述第二关节轴套设在第一指段中；所述第一指段套接在第一关节轴上，
所述第二指段套接在第二关节轴上；所述第一滑轮套接在第一关节轴上，所述第二滑轮套
接在第二关节轴上；所述第一簧件的两端分别连接基座和第一指段；所述第二簧件的两端
分别连接第一指段和第二指段；所述第一关节轴、第二关节轴相互平行；其特征在于：该装
置还包括主动拨盘、从动拨...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋九亚，张文增，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11