双关节并联欠驱动机器人手指装置制造方法及图纸

双关节并联欠驱动机器人手指装置，属于拟人机器人手技术领域。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、耦合传动机构、欠驱动传动机构和多个簧件综合实现了耦合抓取效果与自适应欠驱动抓取效果的融合，即：当手指碰触物体前就呈现多关节耦合转动的效果，非常拟人化，同时也有助于捏持方式抓取物体；当手指碰触物体后就采用一种多关节欠驱动方式转动的效果，具有对所抓取物体的大小尺寸自动适应的好处，同时有助于握持方式抓取物体；另外，该装置成本低，控制容易，外观和动作与人手相似，适用于拟人机器人手。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于拟人机器人手
，特别涉及一种双关节并联欠驱动机器人手指装置的 结构设计。
技术介绍
人手对于人来说非常重要，与人一样，机器人手对于拟人机器人来说同样重要。机器人 通过手部抓取工具开展工作，或者通过手部抓取物体进行空间位移操作。目前机器人手的设 计得到广泛关注，由于手部的关节自由度多，体积又小、出力要求大、控制复杂等特点，给 本领域带来许多技术难题，因此机器人手的设计成为机器人相关技术研究的重点和难点之一。 先进的机器人灵巧手控制非常灵活，但存在以下不足电机数量多，机构复杂，实时控制难 度大、使用、维护的成本都很昂贵，还需要较高技术水平的人来操作，操作门槛很高。近些 年来，耦合型机械手和欠驱动机械手成为研究热点。首先，来解释一下人手的多关节同时弯曲的抓取物体模式以及仿造此效果实现的机械手 "耦合"抓取模式。人手在抓取常见物体时一般情况下是同时弯曲多个手指关节去抓取物体。 下面举个例子具体说明一下，当人手从侧面横向抓取一个小直径竖放的圆柱形物体时，食指、中指、无名指和小指都会呈现出类似的弯曲特点，现仅以食指为例说明，此时食指的第一、 二、三关节均有一定程度的弯曲转动，而且三个关节是同时弯曲的。在这种同时弯曲各关节 的动作模式中，如果各关节转动角度还成一定比例则称为"耦合"抓取模式。耦合抓取效果 在多数抓取过程是很常用的，不少机械手实现的就是这种耦合抓取效果，通过一个电机驱动 源带动2个以上的关节转动相同或者成一定比例的角度。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1:1角度的耦合运动。已有的一种耦合式多关节机器人手指装置(日本专利技术专利JP2004-130405A)，包括基座、 第一指段、第二指段、第三指段、电机、第一齿轮传动机构、第一带轮传动机构、第二齿轮 传动机构和第二带轮传动机构等。该装置采用齿轮和带轮传动机构实现了由一个电机驱动多 个关节耦合转动的效果。该类耦合抓取式机械手指装置的不足之处为各关节以固定角度比例转动，不能有自由 的角度比例转动，在抓取物体时一般以捏持方式，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，完全不具备抓取物体时对不同尺寸物体的自动适应性，抓取效果不好。其次，来看看具有"解耦"效果的欠驱动抓取模式。由于前述的耦合抓取模式存在不能 自动适应物体的不足， 一种具有"解耦"效果的欠驱动抓取模式概念被提出来，并产生了众 多欠驱动机械手指装置的方案， 一般将"解耦"欠驱动手指直接简称为欠驱动手指。所谓欠驱动机构是指该机构的驱动器个数少于被驱动的关节自由度数目，前述的耦合型手指可以认 为是一种广义的欠驱动手指机构，但一般狭义的欠驱动手指机构并不包括该类手指装置，而 是指解耦的欠驱动手指机构。以双关节为例说明。在解耦欠驱动机构中，多个关节的转动角 度无一定比例，首先电机驱动整个手指(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)碰触物体被阻挡不能再转动，此时电机的驱动 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。该机构有一个自动适应物体大小的特殊效果，非常有利于稳定抓取。已有的一种欠驱动两关节机器人手指装置(中国专利技术专利CN101234489A)，包括基座、 电机、中部指段、末端指段和平带轮式传动机构等。该装置实现了双关节欠驱动手指弯曲抓 取物体的特殊效果，具有自适应性。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，拟人化不够；抓取方式主要为握持方式，难实现较好的末端捏持 抓取效果；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己有技术的不足之处，提供一种双关节并联欠驱动机器人手指装置， 该装置同时实现耦合抓取效果与自适应欠驱动抓取效果，即当手指碰触物体前就呈现多关 节耦合转动的效果，非常拟人化，同时也有助于捏持方式抓取物体；当手指碰触物体后就采 用一种多关节欠驱动方式转动的效果，具有对所抓取物 体的大小尺寸自动适应的好处，同时 有助于握持方式抓取物体；另外，该装置成本低，控制容易，外观和动作与人手相似，适用 于拟人机器人手。本专利技术的技术方案如下本专利技术所述的一种双关节并联欠驱动机器人手指装置，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；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；其特征在于该双关节并联欠驱动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 二传动件、第二主动轮、第二从动轮、第三传动件、第一簧件、第二簧件和第三簧件；所述的第一主动轮套接在近关节轴上，第一主动轮与基座固接；所述的第一从动轮套接 在远关节轴上，所述的第一传动件缠绕在第一主动轮和第一从动轮上并形成"Z"字形，第一 传动件的两端分别与第一主动轮和第一从动轮固接；所述的第二传动件缠绕在第一主动轮和 第一从动轮上并形成"S"字形，第二传动件的两端分别与第一主动轮和第一从动轮固接，第 一传动件和第二传动件交叉成"8"字形；所述的第一传动件采用平带、齿形带、腱绳或链条，5所述的第二传动件采用平带、齿形带、腱绳或链条，所述的第一主动轮采用带轮、齿轮、绳 轮或链轮，所述的第一从动轮采用带轮、齿轮、绳轮或链轮；所述的第一传动件、第二传动 件、第一主动轮和第一从动轮四者能够配合形成传动关系；所述的第二主动轮固接在近关节轴上，所述的第二从动轮套接在远关节轴上，所述的第 三传动件连接第二主动轮和第二从动轮；所述的第三传动件采用平带、齿形带、腱绳或链条， 所述的第二主动轮采用带轮、齿轮、绳轮或链轮，所述的第二从动轮采用带轮、齿轮、绳轮 或链轮，所述的第三传动件、第二主动轮和第二从动轮三者之间能够配合形成传动关系；所述的第一簧件的两端分别连接近关节轴和中部指段；所述的第二簧件的两端分别连接 远关节轴和第一从动轮；所述的第三簧件的两端分连接远关节轴和第二从动轮。本专利技术所述的双关节并联欠驱动机器人手指装置，其特征在于所述的减速器输出轴通 过传动机构与近关节轴相连。本专利技术所述的双关节并联欠驱动机器人手指装置，其特征在于所述的传动机构包括第 一锥齿轮和第二锥齿轮；减速器的输出轴与第一锥齿轮固接，第一锥齿轮与第二锥齿轮相啮 合，第二锥齿轮套固在近关节轴上。本专利技术所述的双关节并联欠驱动机器人手指装置，其特征在于第一传动件两端分别固 接有第一端块和第二端块；第二传动件两端分别固接有第三端块和第四端块；所述的第一端 块镶嵌固定在第一主动轮的槽内，所述的第二端块镶嵌固定在第一从动轮的槽内；所述的第 三端块镶嵌固定在第一主动轮的槽内，所述的第四端块镶嵌固定在第一从动轮的槽内。本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双关节并联欠驱动机器人手指装置，包括基座（１）、电机（２）、减速器（７１）、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（７１）与基座（１）固接，减速器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：　该双关节并联欠驱动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）、第二传动件（１４）、第二主动轮（２１）、第二从动轮（２２）、第三传动件（２３）、第一簧件（３１）、第二簧件（３２）和第三簧件（３３）；　所述的第一主动轮（１１）套接在近关节轴（３）上，第一主动轮（１１）与基座（１）固接；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）缠绕在第一主动轮（１１）和第一从动轮（１２）上并形成“Ｚ”字形，第一传动件（１３）的两端分别与第一主动轮（１１）和第一从动轮（１２）固接；所述的第二传动件（１４）缠绕在第一主动轮（１１）和第一从动轮（１２）上并形成“Ｓ”字形，第二传动件（１４）的两端分别与第一主动轮（１１）和第一从动轮（１２）固接，第一传动件（１３）和第二传动件（１４）交叉成“８”字形；所述的第一传动件（１３）采用平带、齿形带、腱绳或链条，所述的第二传动件（１４）采用平带、齿形带、腱绳或链条，所述的第一主动轮（１１）采用带轮、齿轮、绳轮或链轮，所述的第一从动轮（１２）采用带轮、齿轮、绳轮或链轮；所述的第一传动件（１３）、第二传动件（１４）、第一主动轮（１１）和第一从动轮（１２）四者能够配合形成传动关系；　所述的第二主动轮（２１）固接在近关节轴（３）上，所述的第二从动轮（２２）套接在远关节轴（５）上，所述的第三传动件（２３）连接第二主动轮（２１）和第二从动轮（２２）；所述的第三传动件（２３）采用平带、齿形带、腱绳或链条，所述的第二主动轮（２１）采用带轮、齿轮、绳轮或链轮，所述的第二从动轮（２２）采用带轮、齿轮、绳轮或链轮，所述的第三传动件（２３）、第二主动轮（２１）和第二从动轮（２２）三者之间能够配合形成传动关系；　所述的第一簧件（３１）的两端分别连接近关节轴（３）和中部指段（４）；所述的第二簧件（３２）的两端分别连接...

【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]