楔块换挡式并联耦合欠驱动仿生手指装置制造方法及图纸

楔块换挡式并联耦合欠驱动仿生手指装置，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、换挡机构和多个簧件。该装置采用电机、耦合传动机构、欠驱动传动机构、换挡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，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
，特别涉及一种楔块换挡式并联耦合欠驱动仿生手指装置的结构设计。
技术介绍
在机器人的设计中，把拟人机器人作为机器人研究的最高境界。与人类似，拟人机器人的多数功能要通过手部操作来实现，而手部机构的设计基础是手指装置，其设计是拟人机器人的关键技术之一。先进的灵巧手的主要优点是可以灵活主动的抓取物体，并有很好的抓取稳定性，其不足是不能实现抓取物体时对物体的形状和尺寸自动适应，造成对传感及控制系统要求高，系统复杂、成本高、可靠性低，并需要较高技术水平的人来操作，操作门槛很高。所以近些年来，耦合型机械手和欠驱动机械手成为研究热点。 自适应欠驱动手可以同时实现多关节自由度、较少的驱动器数目以及抓取不同尺寸、形状物体时的自适应要求这三个目标。 一般来说，采用欠驱动方式的机器人手指装置，其末端欠驱动关节只有当中部指端受力才能转动末端指端。与自适应欠驱动手指装置不同，耦合式机器人手指装置在抓取物体时，将同时弯曲各关节且各关节转动角度成一定比例，很好的模仿了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这一特点。 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。 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。 已有的一种具有形状自适应的欠驱动机械手指装置(中国专利技术专利 CN1215926C)，包括第一指节、第二指节、主动滑块、关节齿轮轴、齿条、弹簧等。该装置实现 了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已有技术的不足之处，提供一种楔块换挡式并联耦合欠驱动 仿生手指装置，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楔块换挡式并联耦合欠驱动仿生手指装置，包括基座、电机、近 关节轴、中部指段、远关节轴和末端指段；所述的电机与基座固接，电机的输出轴与近关节 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 该楔块换挡式并联耦合欠驱动仿生手指装置还包括主动轮、从动轮、第一传动件、 第二传动件、双联齿轮、直齿条、主动滑块、圆锥套筒、第三齿轮、楔块、第一簧件、第二簧件 和第三簧件； 所述的主动轮套接在近关节轴上，并与基座固接；所述的从动轮和第三齿轮套接 在远关节轴上，所述的从动轮靠近圆锥套筒一侧与第三齿轮固接；所述的第一传动件缠绕 在主动轮和从动轮上并形成"Z"字形，第一传动件的两端分别与主动轮和从动轮固接；所 述的第二传动件缠绕在主动轮和从动轮上并形成"S"字形，第二传动件的两端分别与主动 轮和从动轮固接，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传动 带、腱绳或链条，所述的第二传动件采用传动带、腱绳或链条，所述的第一传动件、第二传动 件、主动轮和从动轮四者能够配合形成传动关系；所述的双联齿轮包括第一齿轮和第二齿 轮，所述的第一齿轮和第二齿轮固接且同轴； 所述的主动滑块镶嵌在所述的中部指段中，远关节轴的中心线和近关节轴的中心 线构成平面P，主动滑块的滑动方向垂直于平面P，所述的楔块固接在主动滑块上； 所述的双联齿轮套接在远关节轴上，所述的直齿条固接在主动滑块上；所述的第 一齿轮与直齿条啮合，二者能够配合形成传动关系； 所述的圆锥套筒8由圆柱和圆台两部分组成，圆锥套筒的内部含有第一内齿圈 71、第二内齿圈72和带键孔的滑套，所述的圆锥套筒通过滑套和键套接在远关节轴5上，使 圆锥套筒8在远关节轴5上沿轴向滑动。圆锥套筒套接在远关节轴上，圆锥套筒在远关节 轴上的周向相对位置是固定的，圆锥套筒在远关节轴上的轴向相对位置不固定，圆锥套筒 可以在远关节轴上沿轴向滑动；所述的从动轮靠近圆锥套筒一侧与第三齿轮固接且同轴； 所述的圆锥套筒通过第二内齿圈与第三齿轮啮合，或者圆锥套筒通过第一内齿圈与双联齿 轮的第二齿轮啮合；所述圆锥外表面与所述的楔块相配合构成传动关系，使得楔块沿垂直 远关节轴方向运动会导致圆锥套筒沿远关节轴方向运动； 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5别连接远关节轴和中部指段；所述的第三簧件一端接触圆锥套筒，另一端接触在固定板上； 所述的固定板与末端指段固接。 本专利技术所述的楔块换挡式并联耦合欠驱动仿生手指装置，其特征在于所述的第 二齿轮的轮齿偏向双联齿轮外侧的那一端为尖头状，所述的第三齿轮的轮齿偏向从动轮外 侧的那一端为尖头状，所述的圆锥套筒的第一内齿圈的轮齿偏向双联齿轮的那一端为尖头 状，所述的圆锥套筒的第二内齿圈的轮齿偏向从动轮的那一端为尖头状。 本专利技术所述的楔块换挡式并联耦合欠驱动仿生手指装置，其特征在于所述的圆 锥套筒通过滑套和花键与远关节轴的轮毂构成传动关系。 本专利技术所述的楔块换挡式并联耦合欠驱动仿生手指装置，其特征在于还包括传 动机构，所述的电机输出轴通过传动机构与近关节轴相连。 本专利技术所述的楔块换挡式并联耦合欠驱动仿生手指装置，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；所述的电机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。 本专利技术所述的楔块换挡式并联耦合欠驱动仿生手指装置，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主动轮的槽内，所述的第二端块镶嵌固定在从动轮的槽内；所述的第三端块镶嵌固定在主动轮的槽内，所述的第四端块镶嵌固定在从动轮的槽内。 本专利技术所述的楔块换挡式并联耦合本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种楔块换挡式并联耦合欠驱动仿生手指装置，包括基座（１）、电机（２）、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）与基座（１）固接，电机（２）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：该楔块换挡式并联耦合欠驱动仿生手指装置还包括主动轮（２１）（５）方向运动；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）的两端分别连接远关节轴（５）和中部指段（４）；所述的第三簧件（３３）一端接触圆锥套筒（８），另一端接触在固定板（１７）上；所述的固定板（１７）与末端指段（６）固接。、从动轮（２２）、第一传动件（２３）、第二传动件（２４）、双联齿轮（１０）、直齿条（１１）、主动滑块（１２）、圆锥套筒（８）、第三齿轮（２５）、楔块（９）、第一簧件（３１）、第二簧件（３２）和第三簧件（３３）；所述的主动轮（２１）套接在近关节轴（３）上，并与基座（１）固接；所述的从动轮（２２）和第三齿轮（２５）套接在远关节轴（５）上，所述的从动轮（２２）靠近圆锥套筒（８）一侧与第三齿轮（２５）固接；所述的第一传动件（２３）缠绕在主动轮（２１）和从动轮（２２）上并形成“Ｚ”字形，第一传动件（２３）的两端分别与主动轮（２１）和从动轮（２２）固接；所述的第二传动件（２４）缠绕在主动轮（２１）和从动轮（２２）上并形成“Ｓ”字形，第二传动件（２４）的两端分别与主动轮（２１）和从动轮（２２）固接，第一传动件（２３）和第二传动件（２４）交叉成“８”字形；所述的第一传动件（２３）采用传动带、腱绳或链条，所述的第二传动件（２４）采用传动带、腱绳或链条，所述的第一传动件（２３）、第二传动件（２４）、主动轮（２１）和从动轮（２２）四者能够配合形成传动关系；所述的双联齿轮（１０）包括第一齿轮（８１）和第二齿轮（８２），所述的第一齿轮（８１）和第二齿轮（８２）固接且同轴；所述的主动滑块（１２）镶嵌在所述的中部指段（４）中，远关节轴（５）的中心线和近关节轴（３）的中心线构成平面Ｐ，主动滑块（１２）的滑动方向垂直于平面Ｐ，所述的楔块（９）固接在主动滑块（１２）上；所述的双联齿轮（１０）套接在远关节轴（５）...

【技术特征摘要】

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