锥齿轮－带轮耦合欠驱动两关节机器人手指装置制造方法及图纸

锥齿轮－带轮耦合欠驱动两关节机器人手指装置，属于拟人机器人手设计技术领域。包括基座、电机、减速器、近关节轴、中部指段、远关节轴、末端指段、耦合传动机构、欠驱动传动机构和多个簧件。该装置采用电机、锥齿轮轴耦合传动机构、带轮欠驱动传动机构和多个簧件综合实现了耦合与欠驱动两种抓取方式简单有效地结合。该装置无过渡轴，结构简单；手指的外形与抓取物体的动作与人手指很相似，适合作为拟人机器人手的手指。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于拟人机器人手
，特别涉及一种锥齿轮-带轮耦合欠驱动两关节机器人手指装置的结构设计。
技术介绍
在我们的日常生活和工作学习中，手部对我们来说是极其重要的。和我们类似，机 器人手部在其日常工作和生产中也是极重要的。随着社会的进步和科学技术的大力发展， 随着人民生活水平的逐渐提高，形态各异功能各异的机器人进入人了人类的生产、学习和 工作，逐渐地成为了我们生活的一部分，为我们的日常生活带来了极大的便利，同时也大大 提高了人类生产工作的效率。在很多地方我们都可以看到，多数的机器人是通过其手部来 抓取工件，开展工作，可以说没有设计优良功能完备的机器人手，机器人几乎不可能很好地 完成多种形式的工作。所以说，机器人手部对于机器人来说是必不可少的。由于以上的原 因，目前机器人手的设计制造得到了科学和工业生产各个部门的广泛关注。而又由于手部 的关节自由度多，体积小和出力要求大等特点，给机器人手设计制造领域带来了很多技术 难题，目前机器人手的设计已经逐步成为机器人相关技术研究的重点、热点和难点。 首先，来简单地介绍一下机械手"耦合"抓取物体的模式。日常生活中，手部在抓 取物体时一般是同时弯曲多个手指关节实现抓取的。比方说，当人手从侧面横向抓取一个 比较小的竖放的圆柱形物体时候，食指、中指和无名指都呈现出上面所说得的弯曲特点，每 个手指的第一、二、三关节均有一定程度的弯曲转动，并且三个关节同时同向弯曲转动。这 种同时弯曲各关节的动作模式称为"耦合"抓取模式。耦合抓取效果在人手多数抓取过程 是很常见的，现在有很多的机械手所实现的就是这种耦合抓取效果。 已有的一种耦合式两关节机器人手指装置(中国专利技术专利CN101100064A)，主要 包括基座、电机、第一指段、第二指段和"8"字形钢丝绳和滑轮式传动机构。该装置采用一 个电机、"8"字形钢丝绳和滑轮式传动机构实现了手指上两个关节的同向1 : l角度的耦 合运动。 该类耦合抓取式机械手指装置的不足之处为各关节均以固定比例角度的转动， 没有任意比例角度的转动，在抓取物体时一般以捏持方式抓持物体，很难以恰好适应物体 表面大小尺寸的方式实现握持抓取方式抓取，完全不具备抓取物体时对不同尺寸物体的自 适应性，所以这类手指的抓取效果不好。 其次，来介绍一下"解耦"欠驱动抓取的模式。为了克服前面所说的耦合抓取模式 存在的不能自动适应物体大小和形状的缺点，一种具有"解耦"效果的欠驱动抓取模式应运 而生。 一般我们简单地将"解耦"欠驱动手指称为欠驱动手指。所谓欠驱动机构是指驱动 器个数比被驱动的关节自由度数目少的机构。在欠驱动机构中，多个关节的转动角度无固 定比例，开始时电机会驱动整个手指(包括第一指段、第二指段)呈伸直状态绕近关节轴转 动，当第一指段(最靠近手指根部的指段)碰触物体而被阻挡不能再转动时，电机的驱动力 会自动转向驱动下一个关节转动，从而使第二指段再绕远关节轴转动，实现了两个关节顺序转动的方式。该机构最大的优点就是能够自动适应物体大小，非常有利于稳定抓取。 已有一种欠驱动两关节机器人手指装置(中国专利技术专利CN101288954A)，包括括 基座、电机、中部指段、远关节轴、末端指段、主动锥齿轮、从动锥齿轮和双联锥齿轮等。 该类欠驱动机械手指装置的不足之处为手指在未碰触物体前始终呈现伸直状 态，动作和外观与人手有较大差别，拟人化程度不够；抓取方式主要为握持方式，难以实现 末端捏持抓取物体；不能做到没有物体抓取时，类似人手的握拳动作；也难以做到末端指 段捏持物体时各关节呈自然弯曲状态。 综合可知，现有的耦合型机械手指和欠驱动机械手指均存在较大的不足。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对已有技术的不足之处，提供一种锥齿轮-带轮耦合欠驱动两关节机器人手指装置，实现了耦合抓取效果与自适应欠驱动抓取效果两者简单有效地融合。该装置无过渡轴，结构简单；手指的外形与抓取物体的动作与人手指很相似，适合作为拟人机器人手的手指。 本专利技术的技术方案如下 本专利技术所述的一种锥齿轮_带轮耦合欠驱动两关节机器人手指装置，包括基座、 电机、减速器、近关节轴、中部指段、远关节轴和末端指段；所述的电机和减速器与基座固 接，减速器的输出轴与近关节轴相连，所述的近关节轴套设在基座中，所述的中部指段套接 在近关节轴上，所述的远关节轴套设在中部指段中，所述的末端指段套固在远关节轴上，远 关节轴和近关节轴平行； 其特征在于 该锥齿轮_带轮耦合欠驱动两关节机器人手指装置还包括第一主动轮、第一从动 轮、第一传动件、第一锥齿轮、第二锥齿轮、双锥齿轮、第一簧件、第二簧件和第三簧件；所述 的双锥齿轮由双锥齿轮轴、下锥齿轮和上锥齿轮组成； 所述的第一主动轮固接在近关节轴上，所述的第一从动轮套接在远关节轴上，所 述的第一传动件连接第一主动轮和第一从动轮；所述的第一传动件采用平带、齿形带、腱绳 或链条，所述的第一主动轮采用传动轮、绳轮或链轮，所述的第一从动轮采用传动轮、绳轮 或链轮，所述的第一传动件、第一主动轮和第一从动轮三者之间能够配合形成传动关系； 所述的第一锥齿轮套接在近关节轴上；所述的第二锥齿轮套固在远关节轴上；所 述的双锥齿轮的下锥齿轮与第一锥齿轮啮合，所述的双锥齿轮的上锥齿轮与第二锥齿轮啮 合；所述的双锥齿轮轴套设在中部指段中，所述的双锥齿轮轴的中心线与近关节轴的中心 线相互垂直； 所述的第一簧件的两端分别连接基座和第一锥齿轮；所述的第二簧件的两端分别 连接近关节轴和中部指段；所述的第三簧件的两端分连接远关节轴和第一从动轮。 本专利技术所述的锥齿轮-带轮耦合欠驱动两关节机器人手指装置，其特征在于减 速器的输出轴通过传动机构与近关节轴相连。 本专利技术所述的锥齿轮-带轮耦合欠驱动两关节机器人手指装置，其特征在于所 述的传动机构包括第一齿轮和第二齿轮；减速器的输出轴与第一齿轮固接，第一齿轮与第 二齿轮相啮合，第二齿轮套固在近关节轴上。 本专利技术所述的锥齿轮-带轮耦合欠驱动两关节机器人手指装置，其特征在于所述的第一簧件、第二簧件和第三簧件采用扭簧、拉簧、压簧、片簧或弹性绳。本专利技术与现有技术相比，具有以下优点和突出性效果 该装置采用电机、双锥齿轮耦合传动机构、双锥齿轮欠驱动传动机构和多个簧件 综合实现了耦合与自适应欠驱动两种抓取方式简单有效地结合。该装置无过渡轴，结构简 单；手指的外形与抓取物体的动作与人手指很相似，适合作为拟人机器人手的手指。附图说明 图1是本专利技术提供的锥齿轮_带轮耦合欠驱动两关节机器人手指装置的实施例的 正面外观图。图2是本实施例的侧视图，也是图1的右视图。 图3是本实施例的正面剖视图也是图1的剖视图。 图4是本实施例的A-A剖视图。 图5是本实施例的B-B剖视图。 图6是本实施例的外观立体图。 图7是本实施例所有传动机构立体图。 图8是本实施例的三维爆炸视图。 图9、图10、图11、图12、图13、图14和图15是本实施例抓握物体过程的几个关键 位置侧面外观示意图。在图1至图18中l-基座，2-电机，3-近关节轴，4_中部指段，5-远关节轴，6_末端指段，7_减速器，8-齿轮罩，9-物体，11-第一主动轮，12-第一从动轮，13-第一传动件21-第一锥齿轮，22-第二锥齿轮，31-双锥齿轮，31本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锥齿轮－带轮耦合欠驱动两关节机器人手指装置，包括基座（１）、电机（２）、减速器（７）、近关节轴（３）、中部指段（４）、远关节轴（５）和末端指段（６）；所述的电机（２）和减速器（７）与基座（１）固接，减速器（７）的输出轴与近关节轴（３）相连，所述的近关节轴（３）套设在基座（１）中，所述的中部指段（４）套接在近关节轴（３）上，所述的远关节轴（５）套设在中部指段（４）中，所述的末端指段（６）套固在远关节轴（５）上，远关节轴（５）和近关节轴（３）平行；其特征在于：该锥齿轮－带轮耦合欠驱动两关节机器人手指装置还包括第一主动轮（１１）、第一从动轮（１２）、第一传动件（１３）、第一锥齿轮（２１）、第二锥齿轮（２２）、双锥齿轮（３１）、第一簧件（４１）、第二簧件（４２）和第三簧件（４３）；所述的双锥齿轮（３１）由双锥齿轮轴（３１０）、下锥齿轮（３１１）和上锥齿轮（３１２）组成；所述的第一主动轮（１１）固接在近关节轴（３）上，所述的第一从动轮（１２）套接在远关节轴（５）上，所述的第一传动件（１３）连接第一主动轮（１１）和第一从动轮（１２）；所述的第一传动件（１３）采用平带、齿形带、腱绳或链条，所述的第一主动轮（１１）采用传动轮、绳轮或链轮，所述的第一从动轮（１２）采用传动轮、绳轮或链轮，所述的第一传动件（１３）、第一主动轮（１１）和第一从动轮（１２）三者之间能够配合形成传动关系；所述的第一锥齿轮（２１）套接在近关节轴（３）上；所述的第二锥齿轮（２２）套固在远关节轴（５）上；所述的双锥齿轮（３１）的下锥齿轮（３１１）与第一锥齿轮（２１）啮合，所述的双锥齿轮（３１）的上锥齿轮（３１２）与第二锥齿轮（２２）啮合；所述的双锥齿轮轴（３１０）套设在中部指段（４）中，所述的双锥齿轮轴（３１０）的中心线与近关节轴（３）的中心线相互垂直；所述的第一簧件（４１）的两端分别连接基座（１）和第一锥齿轮（２１）；所述的第二簧件（４２）的两端分别连接近关节轴（３）和中部指段（４）；所述的第三簧件（４３）的两端分连接远关节轴（５）和第一从动轮（１２）。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张文增，李国轩，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]