单向耦合与自适应复合型欠驱动机器人手指装置，属于仿人机器手技术领域，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、单向耦合传动机构、欠驱动传动机构和簧件。该装置采用单腱绳耦合传动机构、自适应传动机构和簧件综合实现了耦合抓取与自适应抓取相结合的复合型欠驱动抓取模式；由于单腱绳耦合传动机构并不妨碍自适应抓取过程，因此解耦方式非常自然，最大限度的降低抓取过程中的功率内耗和传动效率降低；该装置抓取过程拟人，同时对所抓取物体的大小尺寸自动适应；该装置结构简单，成本低，控制容易，耗能少，外观和动作与人手相似，适用于仿人机器手。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于仿人机器手
，特别涉及一种单向耦合与自适应复合型欠驱动机器人手指装置的结构设计。
技术介绍
作为机器人不可或缺的一部分，相对于机器人的其它部分，机器人手具有关节自由度多、体积小，非常灵巧、控制复杂等特点，同时也是难点。机器人手主要用于对物体的抓持、空间移动以及做手势等其它手部动作。目前现有的灵巧手虽然控制灵活，但是电机数量多，结构复杂，控制难度大，制造和维护成本高，这些因素阻碍了灵巧手型机器人手在现实生活中的广泛推广应用。近年来快速发展的耦合抓取型机器人手和欠驱动抓取型机器人手虽然不具备灵巧手的高灵活度，但是电机数量少，结构简单，控制容易，大大降低了制造和使用成本，并且能较好抓取常见物体，成为发展和研究的热点。在耦合抓取型机器人手中，各关节以固定的方式耦合起来，实现以固定的比例同步转动。因此，在抓取过程中，各关节同时弯曲，具有拟人化的特点。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CNlOl 100064A)，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。然而该耦合抓取方式的不足之处为各关节转动比例固定，自由度少；抓取物体时一般采用捏持方式，很难根据物体的形状进行握持，难以适合物体的大小和尺寸，抓取效果欠佳。在自适应抓取型机器人手中，手指呈僵直状态转动，直到中部指段碰到物体后停下，末端指段继续转动，直到完全抓住物体。该类抓取方式能够根据物体的形状进行抓取， 具有自适应性。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。然而该抓取方式的不足之处为碰到物体前手指呈僵直状态，不具有拟人的特点； 手指无法自行弯曲，不能做出手势，也不能以捏持防止抓取物体。耦合与自适应相结合的复合型欠驱动抓取模式综合了两者的优点并避免了各自的缺点。该类抓取方式的特点是将耦合与自适应过程相结合在手指碰到物体前是耦合抓取过程，实现拟人化抓取；当手指碰到物体后解耦，采用自适应抓取过程，能够根据物体的形状改变手指的抓取方式。其具体过程为利用传动件将多个关节耦合，当碰到物体后，由于物体对指段的阻挡作用，中部指段难以继续弯曲，实现了解耦；同时末端指段在电机的带动下继续弯曲，直到抓住物体。该类装置抓取效果良好。已有的一种耦合与自适应复合型欠驱动机器人手指装置(中国专利技术专利CN101633171A)，采用带轮传动机构实现自适应传动；采用了呈“8”字形的双腱绳实现耦合传动，其中包括了呈“S”字形和呈“Z”字形的两根腱绳；采用三个簧件来实现自适应传动与耦合传动两套机构的矛盾调和，即解耦，最终实现了耦合与自适应复合欠驱动抓取效果。当手指近指段碰触物体后，电机通过带轮机构驱动末端指段继续解耦转动，此时耦合传动机构与自适应传动机构之间产生很大的矛盾，此矛盾由三个簧件共同消解。因此，该装置的不足之处为由于采用了传统的耦合传动机构，导致自适应抓取阶段的解耦过程存在较大矛盾，装置传动效率大为降低，电机的功率中的无用功比例过大；而且所采用的三个簧件之间需要有较为复杂的劲度系数差别非线性关系，难以简单确定，对弹簧要求苛刻，在多数抓取中此三个簧件的解耦效果难以一直保持较好的水平，在部分特殊手指构型下常导致抓取失败；电机的驱动力的较大部分被弹簧弹力损耗，效率不高。
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，提供一种单向耦合与自适应复合型欠驱动机器人手指装置，实现了耦合抓取与自适应抓取相结合的复合型欠驱动抓取模式，而且在自适应抓取过程中解耦方式自然，最大限度的降低功率内耗和效率降低，该装置抓取过程拟人，同时对所抓取物体的大小尺寸自动适应。本专利技术的技术方案如下本专利技术所述的单向耦合与自适应复合型欠驱动机器人手指装置，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驱动后者转动，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但不固接，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布置；其特征在于该单向耦合与自适应复合型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、第二主动轮、第二从动轮、同向传动机构、第一簧件和第二簧件；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固在远关节轴上；所述的第一传动件连接第一主动轮和第一从动轮，第一传动件分别在第一主动轮和第一从动轮上缠绕并形成“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、第一主动轮和第一从动轮三者能够配合形成传动关系；所述的第二主动轮套固在近关节轴上，所述的第二从动轮套接在远关节轴上，所述的同向传动机构连接第二主动轮和第二从动轮，同向传动机构使得第二主动轮和第二从动轮的转动方向一致均朝向抓取物体方向或均背离抓取物体方向转动；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别连接远关节轴和第二从动轮。本专利技术所述的第一簧件和第二簧件采用扭簧、拉簧、压簧、片簧或弹性绳。本专利技术所述的同向传动机构采用一级或多级的带轮传动机构、绳轮传动机构、链轮传动机构、齿轮传动机构、齿轮齿条传动机构和连杆传动机构中的一种或多种的串联。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单腱绳耦合传动机构、自适应传动机构和簧件综合实现了耦合抓取与自适应抓取相结合的复合型欠驱动抓取模式；由于单腱绳耦合传动机构并不妨碍自适应抓取过程，因此解耦方式非常自然，最大限度的降低抓取过程中的功率内耗和传动效率降低； 该装置抓取过程拟人，同时对所抓取物体的大小尺寸自动适应；该装置结构简单、成本低、 控制容易，耗能少，外观和动作与人手相似，适用于仿人机器手。附图说明图1是本专利技术提供的单向耦合与自适应复合型欠驱动机器人手指装置的实施例的正面外观图。图2是图1的左侧视图。图3是图1的剖视图。图4是图3的A-A剖视图。图5是图3的B-B剖视图。图6、图7和图8是本实施例所有传动机构立体图。其中图7是图6的右侧视图。图9是本实施例的外观立体图。图10是本实施例的三维爆炸视图。图11、图12、图13、图14、图15和图16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16中1-基座，2-电机，4-中部指段， 5-远关节轴，7-物体，11-第一主动轮，13-第一传动件，21-第二主动轮，23-第二传动件，31-第一簧件，41-第一端块，42-第二端块，52-第二锥齿轮，61-第一凸台，63-第三凸台。具体实施例方式下面结合附图及实施例进一步详细介绍本专利技术的具体结构、工作原理的内容。本专利技术所述的单向耦合与自适应复合型欠驱动机器人手指装置的一种实施例，如图1至图10所示，包括基座1、电机2、近关节轴3、中部指段本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种单向耦合与自适应复合型欠驱动机器人手指装置，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）；所述的电机与基座固接，电机的输出轴与近关节轴相连驱动后者转动，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但不固接，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布置；其特征在于：该单向耦合与自适应复合型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）、第二主动轮（２１）、第二从动轮（２２）、同向传动机构、第一簧件（３１）和第二簧件（３２）；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固在远关节轴上；所述的第一传动件连接第一主动轮和第一从动轮，第一传动件分别在第一主动轮和第一从动轮上缠绕并形成“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、第一主动轮和第一从动轮三者能够配合形成传动关系；所述的第二主动轮套固在近关节轴上，所述的第二从动轮套接在远关节轴上，所述的同向传动机构连接第二主动轮和第二从动轮，同向传动机构使得第二主动轮和第二从动轮的转动方向一致：均朝向抓取物体方向或均背离抓取物体方向转动；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别连接远关节轴和第二从动轮。...
【技术特征摘要】
1.一种单向耦合与自适应复合型欠驱动机器人手指装置，包括基座(1)、电机O)、近关节轴(3)、中部指段G)、远关节轴( 和末端指段(6)；所述的电机与基座固接，电机的输出轴与近关节轴相连驱动后者转动，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但不固接，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布置；其特征在于该单向耦合与自适应复合型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)、第二主动轮(21)、第二从动轮0 、同向传动机构、第一簧件(31)和第二簧件(3 ；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固在远关节轴上；所述的第一传动件连接第一主动轮和第一从动轮， 第一传动件分别在第一主动轮和第一从动轮上缠绕并形成“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；所述的第一传动件采用平...
【专利技术属性】
技术研发人员：张文增，刘晗，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：11
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