齿条式多关节同步锁定自适应机器人手指装置制造方法及图纸

齿条式多关节同步锁定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、多个簧件、腱绳、拉绳件、多个关节轮、多套齿轮齿条机构、多套轮式传动机构。该装置利用电机、腱绳、簧件、轮式传动机构和齿轮齿条传动机构综合实现自适应抓取和连续同步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外形、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；能够同步锁定多个关节；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，设计、制造、装配和维护成本低。

【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多关节同步锁定自适应机器人手指装置的结构设计。
技术介绍
机器人手是机器人最重要的组件之一，机器人手的结构设计和功能改进等关键技术对机器人来说至关重要。现有的机器人手主要可分为拟人手和非拟人手，两者都拥有非常广泛的应用。由于人的手非常灵活，功能强大，在仿生学上有很大的研究学习价值，拟人机器人手的开发有很大的前景。目前的拟人机器人手主要分为工业夹持器、灵巧手和欠驱动手。一方面，机器人手需要实现抓取、搬运和操作不同形状和大小的复杂物体，这对于机器人手的控制精度等方面要求较高；另一方面，拟人机器人手要求大小合适、重量小等特点。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，但是非常复杂和昂贵。而欠驱动手由于自身的自适应性等特点在一定程度上解决了这一矛盾。带有自适应等特点的欠驱动手体积小、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、准确、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、三个簧件和一个腱绳。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。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(专利技术专利CN103659825A)，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，提出一种齿条式多关节同步锁定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,具有自锁效果；能够同步锁定多个关节；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：本专利技术提供的齿条式多关节同步锁定自适应机器人手指装置，包括电机、减速器、第一传动机构、腱绳、拉绳件、N个指段、N-1个关节轴、N-1个簧件和N-1个关节轮；所述电机与第一个指段固接；所述电机的输出轴和减速器的输入轴相连，所述减速器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和拉绳件相连；所述拉绳件滑动或转动设置在第一指段中；所述腱绳的一端与拉绳件相连，腱绳的另一端与最后一个指段相连；所述腱绳绕过所有关节轮，腱绳穿过中间的所有指段；所述第i个关节轴套设在第i个指段中，所述第i+1个指段套固在第i个关节轴上，所述第i个关节轮套接在第i个关节轴上，所述第i个簧件的两端分别连接第i个指段和第i+1个指段；所有所述关节轴相互平行；其特征在于：该装置包括N-1个齿轮、N-1个齿条、N-1个滑块、第二传动机构、N-2个主动轮、N-2个从动轮和N-2个传动件；所述减速器的输出轴与第二传动机构的输入端相连，所述第二传动机构的输出端与第一关节轴相连，所述第j个主动轮套接在第j个关节轴上，所述第j个从动轮套接在第j+1个关节轴上，所述第j个传动件连接第j个主动轮与第j个从动轮；所述第j个传动件采用传动带、传动绳或链条；所述第j个主动轮采用带轮、绳轮或链轮，所述第j个从动轮采用带轮、绳轮或链轮，所述第j个传动件、第j个主动轮和第j个从动轮三者之间能够配合形成传动关系；所述第i个齿轮套接在第i个关节轴上，所述第j个齿轮与第j个主动轮固接，第N-1个齿轮与第N-2个从动轮固接；所述第i个齿条与第i个齿轮形成啮合传动关系；所述第i个滑块滑动镶嵌在第i个指段中，所述第i个滑块与第i个齿条固接；所述第i个滑块与第i个关节轴相接触或离开一段距离；其中，N为大于1的自然数，i为1、2……或N-1，j为1、2……或N-2。本专利技术所述齿条式多关节同步锁定自适应机器人手指装置，其特征在于：所述滑块的整体或局部采用弹性材料。本专利技术所述齿条式多关节同步锁定自适应机器人手指装置，其特征在于：所述滑块的局部表面为粗糙表面。本该装置利用电机、腱绳、簧件、轮式传动机构和齿轮齿条传动机构综合实现自适应抓取和连续同步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，锁定装置具有自锁效果，锁定后的手指装置可近似看作一个刚体，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；能够同步锁定多个关节；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，设计、制造、装配和维护成本低。附图说明图1是本专利技术提供的齿条式多关节同步锁定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A-A剖视图。图3是图1所示实施例的后面外观图。图4是图1所示实施例的右侧面外观图。图5至图7是图1所示实施例的腱绳拉动示本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种齿条式多关节同步锁定自适应机器人手指装置，包括电机、减速器、第一传动机构、腱绳、拉绳件、N个指段、N‑1个关节轴、N‑1个簧件和N‑1个关节轮；所述电机与第一个指段固接；所述电机的输出轴和减速器的输入轴相连，所述减速器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和拉绳件相连；所述拉绳件滑动或转动设置在第一指段中；所述腱绳的一端与拉绳件相连，腱绳的另一端与最后一个指段相连；所述腱绳绕过所有关节轮，腱绳穿过中间的所有指段；所述第i个关节轴套设在第i个指段中，所述第i+1个指段套固在第i个关节轴上，所述第i个关节轮套接在第i个关节轴上，所述第i个簧件的两端分别连接第i个指段和第i+1个指段；所有所述关节轴相互平行；其特征在于：该装置包括N‑1个齿轮、N‑1个齿条、N‑1个滑块、第二传动机构、N‑2个主动轮、N‑2个从动轮和N‑2个传动件；所述减速器的输出轴与第二传动机构的输入端相连，所述第二传动机构的输出端与第一关节轴相连，所述第j个主动轮套接在第j个关节轴上，所述第j个从动轮套接在第j+1个关节轴上，所述第j个传动件连接第j个主动轮与第j个从动轮；所述第j个传动件采用传动带、传动绳或链条；所述第j个主动轮采用带轮、绳轮或链轮，所述第j个从动轮采用带轮、绳轮或链轮，所述第j个传动件、第j个主动轮和第j个从动轮三者之间能够配合形成传动关系；所述第i个齿轮套接在第i个关节轴上，所述第j个齿轮与第j个主动轮固接，第N‑1个齿轮与第N‑2个从动轮固接；所述第i个齿条与第i个齿轮形成啮合传动关系；所述第i个滑块滑动镶嵌在第i个指段中，所述第i个滑块与第i个齿条固接；所述第i个滑块与第i个关节轴相接触或离开一段距离；其中，N为大于1的自然数，i为1、2……或N‑1，j为1、2……或N‑2。...

【技术特征摘要】
1.一种齿条式多关节同步锁定自适应机器人手指装置，包括电机、减速器、第一传动机
构、腱绳、拉绳件、N个指段、N-1个关节轴、N-1个簧件和N-1个关节轮；所述电机与第一个指
段固接；所述电机的输出轴和减速器的输入轴相连，所述减速器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和拉绳件相连；所述拉绳件滑动或转动设置在
第一指段中；所述腱绳的一端与拉绳件相连，腱绳的另一端与最后一个指段相连；所述腱绳
绕过所有关节轮，腱绳穿过中间的所有指段；所述第i个关节轴套设在第i个指段中，所述第
i+1个指段套固在第i个关节轴上，所述第i个关节轮套接在第i个关节轴上，所述第i个簧件
的两端分别连接第i个指段和第i+1个指段；所有所述关节轴相互平行；其特征在于：该装置
包括N-1个齿轮、N-1个齿条、N-1个滑块、第二传动机构、N-2个主动轮、N-2个从动轮和N-2个
传动件；所述减速器的输出轴与第二传动机构的输入端相连，所述第二传动机构的输出端
与第一关节轴相连，所述第j个主动轮套接...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭九明，张文增，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11