專利名稱：仿人形機(jī)器人手指機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種具有三個(gè)關(guān)節(jié)的仿人形機(jī)器人手指機(jī)構(gòu)。
背景技術(shù)：
人類研究手及手功能開始于醫(yī)學(xué)外科領(lǐng)域的殘疾人義肢研制和傷殘程度評(píng)定。隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，各種類型的夾持器、機(jī)械手不斷涌現(xiàn)。十九世紀(jì)六十年代初，南斯拉夫Tomovic和Boni開發(fā)了第一只機(jī)械手，它有五個(gè)手指和五個(gè)自由度。七十年代末產(chǎn)生了多種夾持器的設(shè)計(jì)方案。此后，機(jī)械手向著兩個(gè)方向發(fā)展其一是機(jī)器人靈巧手，此種手自由度多，常常在九個(gè)以上；其二是仿人形機(jī)器手，此種手自由度少，通常少于五個(gè)。
近年來，仿人形機(jī)器人得到國(guó)際上有關(guān)研究機(jī)構(gòu)的重視，所開發(fā)的仿人形機(jī)器人也越來越多。設(shè)計(jì)仿人形機(jī)器手的一個(gè)主要要求是使用較少數(shù)目的電機(jī)，實(shí)現(xiàn)較多數(shù)目的關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)。為此，有多種可能的傳動(dòng)方案可以采納，用來實(shí)現(xiàn)手指各關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)。較常見的是采用鋼絲繩傳動(dòng)，另外，還有連桿傳動(dòng)、齒形帶傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)等。這些傳動(dòng)方式各有優(yōu)缺點(diǎn)鋼絲繩傳動(dòng)靈活性好，有利于長(zhǎng)距離傳動(dòng)，但需要解決鋼絲繩張緊問題；連桿傳動(dòng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，傳動(dòng)精度較高，但運(yùn)動(dòng)連續(xù)性較差；齒形帶傳動(dòng)精度較高，有利于長(zhǎng)距離傳動(dòng)，但對(duì)于帶輪尺寸有限制；齒輪傳動(dòng)精度高，維護(hù)周期長(zhǎng)，但不利于長(zhǎng)距離傳動(dòng)。因此，設(shè)計(jì)出功能全面、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安全可靠的仿人機(jī)器手成為一個(gè)重要課題。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是提供一種具有三個(gè)關(guān)節(jié)的仿人形機(jī)器人手指機(jī)構(gòu)。該手指的傳動(dòng)方式采用三組定軸齒輪系來完成指節(jié)間的運(yùn)動(dòng)關(guān)系，近指節(jié)關(guān)節(jié)軸處安裝有解耦裝置，當(dāng)手指近指節(jié)接觸物體受阻時(shí)，中指節(jié)和遠(yuǎn)指節(jié)仍然可以繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，完成對(duì)物體的包絡(luò)抓持。
本實(shí)用新型是一種仿人形機(jī)器人手指機(jī)構(gòu)，由遠(yuǎn)指節(jié)、中指節(jié)、近指節(jié)、分配軸構(gòu)成，遠(yuǎn)指節(jié)通過遠(yuǎn)指節(jié)關(guān)節(jié)軸連接在中指節(jié)上，中指節(jié)通過中指節(jié)關(guān)節(jié)軸連接在近指節(jié)上，近指節(jié)通過近指節(jié)關(guān)節(jié)軸連接在仿人形機(jī)器人手掌上，分配軸與軸承安裝于手掌上；所述的遠(yuǎn)指節(jié)關(guān)節(jié)軸、中指節(jié)關(guān)節(jié)軸、近指節(jié)關(guān)節(jié)軸和分配軸上安裝有齒輪。
所述的仿人形機(jī)器人手指機(jī)構(gòu)，其手指關(guān)節(jié)軸上的齒輪組成三組定軸齒輪系，由同一電機(jī)驅(qū)動(dòng)手指運(yùn)動(dòng)。
所述的仿人形機(jī)器人手指機(jī)構(gòu)，其手指的遠(yuǎn)指節(jié)關(guān)節(jié)軸和近指節(jié)關(guān)節(jié)軸運(yùn)動(dòng)耦合，近指節(jié)關(guān)節(jié)軸處設(shè)置有運(yùn)動(dòng)解耦裝置，共結(jié)構(gòu)是通過螺釘將近指節(jié)壓緊在近指節(jié)關(guān)節(jié)軸上，形成摩擦連接，當(dāng)外力小于摩擦力時(shí)，近指節(jié)與近指節(jié)關(guān)節(jié)軸保持固定連接，當(dāng)外力大于摩擦力時(shí)產(chǎn)生滑動(dòng)，從而，當(dāng)手指近指節(jié)接觸物體受阻時(shí)，其他指節(jié)仍可繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，完成對(duì)物體的包絡(luò)抓持。
所述的仿人形機(jī)器人手指機(jī)構(gòu)，其遠(yuǎn)指節(jié)為 形結(jié)構(gòu)，中指節(jié)為 形結(jié)構(gòu)，近指節(jié)為 形結(jié)構(gòu)。
本實(shí)用新型仿人形機(jī)器人手指機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)針對(duì)仿人形機(jī)器手的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，本設(shè)計(jì)采用齒輪傳動(dòng)方案，以達(dá)到傳動(dòng)精度較高、機(jī)構(gòu)尺寸較小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維護(hù)周期長(zhǎng)等的要求。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)為手指各指節(jié)間以轉(zhuǎn)軸相連接，轉(zhuǎn)軸上裝有齒輪，各轉(zhuǎn)軸間通過傳動(dòng)齒輪組成多組輪系，手掌中內(nèi)置一個(gè)電機(jī)，驅(qū)動(dòng)多組輪系實(shí)現(xiàn)各指節(jié)的運(yùn)動(dòng)，同時(shí)，為了使手指對(duì)物體形狀具有適應(yīng)性，在手指與手掌的連接軸處安裝有解耦裝置，當(dāng)手指近指節(jié)接觸物體受阻時(shí)，中指節(jié)和遠(yuǎn)指節(jié)仍然可以繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，完成對(duì)物體的包絡(luò)抓持。本實(shí)用新型利用一個(gè)電機(jī)實(shí)現(xiàn)手指的三個(gè)關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)，傳動(dòng)精度高，維護(hù)周期長(zhǎng)，結(jié)構(gòu)緊湊，方便加工和安裝。


圖1是本實(shí)用新型手指結(jié)構(gòu)剖視圖。
圖2是本實(shí)用新型手指指節(jié)結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中 201.遠(yuǎn)指節(jié) 202.中指節(jié) 203.近指節(jié)204.電機(jī) 205.電機(jī)主動(dòng)輪 206.分配軸 207.近指節(jié)關(guān)節(jié)軸208.齒輪心軸 209.中指節(jié)關(guān)節(jié)軸 210.遠(yuǎn)指節(jié)關(guān)節(jié)軸211.第一齒輪 212.第二齒輪 213.第三齒輪214.第四齒輪215.第五齒輪 216.第六齒輪 217.第七齒輪218.第八齒輪219.第九齒輪 220.第十齒輪 221.第十一齒輪222.第十二齒輪 223.第十三齒輪 224.第十四齒輪具體實(shí)施方式
下面將結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
本實(shí)用新型是一種仿人形機(jī)器人手指機(jī)構(gòu)，具有三個(gè)指節(jié)，即遠(yuǎn)指節(jié)、中指節(jié)、近指節(jié)，能夠完成類似人手的功能。由遠(yuǎn)指節(jié)201、中指節(jié)202、近指節(jié)203、分配軸206構(gòu)成，遠(yuǎn)指節(jié)201通過遠(yuǎn)指節(jié)關(guān)節(jié)軸210連接在中指節(jié)202上，中指節(jié)202通過中指節(jié)關(guān)節(jié)軸209連接在近指節(jié)203上，近指節(jié)203通過近指節(jié)關(guān)節(jié)軸207連接在仿人形機(jī)器人手掌6上，分配軸206與軸承安裝于手掌6上；各指節(jié)的連接，是通過設(shè)在各指節(jié)上的軸孔801與軸(遠(yuǎn)指節(jié)關(guān)節(jié)軸、中指切關(guān)節(jié)軸、近指節(jié)關(guān)節(jié)軸)實(shí)現(xiàn)的，備軸穿過各指節(jié)上的軸孔801。所述的遠(yuǎn)指節(jié)關(guān)節(jié)軸210、中指節(jié)關(guān)節(jié)軸209、近指節(jié)關(guān)節(jié)軸207和分配軸206上安裝有多個(gè)齒輪，齒輪之間的傳遞通過同一電機(jī)204驅(qū)動(dòng)。指節(jié)的關(guān)節(jié)軸上設(shè)有多個(gè)齒輪組成三組定軸齒輪系。
本實(shí)用新型仿人形機(jī)器人手指機(jī)構(gòu)，其手指的遠(yuǎn)指節(jié)關(guān)節(jié)軸210和近指節(jié)關(guān)節(jié)軸207運(yùn)動(dòng)耦合，近指節(jié)關(guān)節(jié)軸207處設(shè)置有運(yùn)動(dòng)解耦裝置，其結(jié)構(gòu)是通過螺釘將近指節(jié)203壓緊在近指節(jié)關(guān)節(jié)軸207上，形成摩擦連接，當(dāng)外力小于摩擦力時(shí)，近指節(jié)203與近指節(jié)關(guān)節(jié)軸207保持固定連接，當(dāng)外力大于摩擦力時(shí)產(chǎn)生滑動(dòng)，從而，當(dāng)手指近指節(jié)接觸物體受阻時(shí)，其他指節(jié)仍可繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，完成對(duì)物體的包絡(luò)抓持。
請(qǐng)參見圖1、2所示，電機(jī)204固定于仿人形機(jī)器人手掌6內(nèi)，電機(jī)主動(dòng)輪205以緊頂螺釘與電機(jī)204的輸出軸固連，電機(jī)主動(dòng)輪205通過第一齒輪211傳動(dòng)于第二齒輪212，第二齒輪212、第三齒輪213、第四齒輪214及分配軸206通過銷釘相固連，分配軸206以軸承安裝于手掌6上。第二齒輪212的運(yùn)動(dòng)分別通過第三齒輪213傳遞給第七齒輪217，通過第四齒輪214、第五齒輪215傳遞給第六齒輪216。第六齒輪216通過銷釘與近指節(jié)203、近指節(jié)關(guān)節(jié)軸207相固連，近指節(jié)關(guān)節(jié)軸207以軸承安裝于手掌6上，近指節(jié)203的一個(gè)安裝架以軸承與近指節(jié)關(guān)節(jié)軸207聯(lián)接，另一個(gè)安裝架以緊頂螺釘與近指節(jié)關(guān)節(jié)軸207形成摩擦聯(lián)接，調(diào)節(jié)緊頂螺釘可以改變近指節(jié)203與近指節(jié)關(guān)節(jié)軸207間的摩擦力值。當(dāng)近指節(jié)203不受外阻力時(shí)，近指節(jié)203在摩擦力矩作用下與第六齒輪216、近指節(jié)關(guān)節(jié)軸207一同運(yùn)動(dòng)，當(dāng)近指節(jié)203受到外阻力，且阻力矩大于摩擦力矩時(shí)，近指節(jié)203與近指節(jié)關(guān)節(jié)軸207間發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，近指節(jié)203受阻停止運(yùn)動(dòng)，近指節(jié)關(guān)節(jié)軸207可以繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而，允許中指節(jié)202、遠(yuǎn)指節(jié)201繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，形成對(duì)物體的包絡(luò)抓持。由此，電機(jī)主動(dòng)輪205、第一齒輪211、第二齒輪212、第四齒輪214及第六齒輪216形成一組定軸輪系，實(shí)現(xiàn)近指節(jié)203相對(duì)手掌6的運(yùn)動(dòng)，并通過近指節(jié)203與近指節(jié)關(guān)節(jié)軸207的摩擦聯(lián)接，實(shí)現(xiàn)近指節(jié)203相對(duì)手掌6的運(yùn)動(dòng)離合。第三齒輪213傳動(dòng)第七齒輪217，第七齒輪217以近指節(jié)關(guān)節(jié)軸207為心軸，通過第八齒輪218傳動(dòng)于第九齒輪219，第九齒輪219與第十齒輪220固連，并通過第十齒輪220傳動(dòng)于第十一齒輪221，第十一齒輪221與中指節(jié)關(guān)節(jié)軸209、中指節(jié)202以銷釘相固連，中指節(jié)關(guān)節(jié)軸209以軸承安裝于近指節(jié)203上，第十一齒輪221運(yùn)動(dòng)時(shí)帶動(dòng)中指節(jié)202一同運(yùn)動(dòng)。由此，電機(jī)主動(dòng)輪205、第一齒輪211、第二齒輪212、第三齒輪213、第七齒輪217、第八齒輪218、第九齒輪219、第十齒輪220及第十一齒輪221形成一組定軸輪系，實(shí)現(xiàn)中指節(jié)202相對(duì)近指節(jié)203的運(yùn)動(dòng)。第九齒輪219傳動(dòng)于第十二齒輪222，第十二齒輪222以中指節(jié)關(guān)節(jié)軸209為心軸，通過第十三齒輪223傳動(dòng)于第十四齒輪224，第十四齒輪224、遠(yuǎn)指節(jié)關(guān)節(jié)軸210、遠(yuǎn)指節(jié)201通過銷釘相固連，第十四齒輪224運(yùn)動(dòng)時(shí)帶動(dòng)遠(yuǎn)指節(jié)201一同運(yùn)動(dòng)。由此，電機(jī)主動(dòng)輪205、第一齒輪211、第二齒輪212、第三齒輪213、第七齒輪217、第八齒輪218、第九齒輪219、第十二齒輪222、第十三齒輪223及第十四齒輪224形成一組定軸輪系，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)指節(jié)201相對(duì)中指節(jié)202的運(yùn)動(dòng)。中指節(jié)202、遠(yuǎn)指節(jié)201運(yùn)動(dòng)耦合，即當(dāng)其中一個(gè)指節(jié)受到外阻力停止運(yùn)動(dòng)時(shí)，另一個(gè)指節(jié)也將停止運(yùn)動(dòng)。在本實(shí)用新型中，手指的遠(yuǎn)指節(jié)關(guān)節(jié)軸210、中指節(jié)關(guān)節(jié)軸209和近指節(jié)關(guān)節(jié)軸207運(yùn)動(dòng)耦合，近指節(jié)關(guān)節(jié)軸207處設(shè)置有運(yùn)動(dòng)解耦裝置，其結(jié)構(gòu)是通過螺釘將近指節(jié)203壓緊在近指節(jié)關(guān)節(jié)軸207上，形成摩擦連接，當(dāng)外力小于摩擦力時(shí)，近指節(jié)203與近指節(jié)關(guān)節(jié)軸207保持固定連接，當(dāng)外力大于摩擦力時(shí)產(chǎn)生滑動(dòng)，從而，當(dāng)手指近指節(jié)接觸物體受阻時(shí)，其他指節(jié)仍可繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，完成對(duì)物體的包絡(luò)抓持。
在本實(shí)用新型中，手指的遠(yuǎn)指節(jié)201為 形結(jié)構(gòu)，中指節(jié)202為 形結(jié)構(gòu)，近指節(jié)203為 形結(jié)構(gòu)。各指節(jié)的形狀規(guī)范，設(shè)計(jì)精度高。
本實(shí)用新型是一種應(yīng)用于仿人形機(jī)器人的手指機(jī)構(gòu)。手指各指節(jié)間以轉(zhuǎn)軸相連接，轉(zhuǎn)軸上裝有齒輪，各轉(zhuǎn)軸間通過傳動(dòng)齒輪組成多組輪系，手掌中內(nèi)置一個(gè)電機(jī)，驅(qū)動(dòng)多組輪系實(shí)現(xiàn)各指節(jié)的運(yùn)動(dòng)，同時(shí)，為了使手指對(duì)物體形狀具有適應(yīng)性，在手指與手掌的連接軸處安裝有解耦裝置，當(dāng)手指近指節(jié)接觸物體受阻時(shí)，中指節(jié)和遠(yuǎn)指節(jié)仍然可以繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，完成對(duì)物體的包絡(luò)抓持。本實(shí)用新型利用一個(gè)電機(jī)實(shí)現(xiàn)手指的三個(gè)關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)，傳動(dòng)精度高，維護(hù)周期長(zhǎng)，結(jié)構(gòu)緊湊，方便加工和安裝。
權(quán)利要求1.一種仿人形機(jī)器人手指機(jī)構(gòu)，其特征是由遠(yuǎn)指節(jié)(201)、中指節(jié)(202)、近指節(jié)(203)、分配軸(206)構(gòu)成，遠(yuǎn)指節(jié)(201)通過遠(yuǎn)指節(jié)關(guān)節(jié)軸(210)連接在中指節(jié)(202)上，中指節(jié)(202)通過中指節(jié)關(guān)節(jié)軸(209)連接在近指節(jié)(203)上，近指節(jié)(203)通過近指節(jié)關(guān)節(jié)軸(207)連接在仿人形機(jī)器人手掌(6)上，分配軸(206)與軸承安裝于手掌(6)上；所述的遠(yuǎn)指節(jié)關(guān)節(jié)軸(210)、中指節(jié)關(guān)節(jié)軸(209)、近指節(jié)關(guān)節(jié)軸(207)和分配軸(206)上安裝有齒輪。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的仿人形機(jī)器人手指機(jī)構(gòu)，其特征是手指關(guān)節(jié)軸上的齒輪組成三組定軸齒輪系，由同一電機(jī)驅(qū)動(dòng)手指運(yùn)動(dòng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的仿人形機(jī)器人手指機(jī)構(gòu)，其特征是手指的遠(yuǎn)指節(jié)關(guān)節(jié)軸(210)和近指節(jié)關(guān)節(jié)軸(207)運(yùn)動(dòng)耦合，近指節(jié)關(guān)節(jié)軸(207)處設(shè)置有運(yùn)動(dòng)解耦裝置，其結(jié)構(gòu)是通過螺釘將近指節(jié)(203)壓緊在近指節(jié)關(guān)節(jié)軸(207)上，形成摩擦連接，當(dāng)外力小于摩擦力時(shí)，近指節(jié)(203)與近指節(jié)關(guān)節(jié)軸(207)保持固定連接，當(dāng)外力大于摩擦力時(shí)產(chǎn)生滑動(dòng)，從而，當(dāng)手指近指節(jié)接觸物體受阻時(shí)，其他指節(jié)仍可繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，完成對(duì)物體的包絡(luò)抓持。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的仿人形機(jī)器人手指機(jī)構(gòu)，其特征是遠(yuǎn)指節(jié)(201)為 形結(jié)構(gòu)，中指節(jié)(202)為 形結(jié)構(gòu)，近指節(jié)(203)為 形結(jié)構(gòu)。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種應(yīng)用于仿人形機(jī)器人手指機(jī)構(gòu)，它由遠(yuǎn)指節(jié)、中指節(jié)、近指節(jié)構(gòu)成，手指各指節(jié)間以關(guān)節(jié)軸相連接，關(guān)節(jié)軸上裝有齒輪，各關(guān)節(jié)軸間通過傳動(dòng)齒輪組成多組輪系，同一個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)多組輪系實(shí)現(xiàn)各指節(jié)的運(yùn)動(dòng)。為了使手指對(duì)被抓持物體形狀具有適應(yīng)性，在手指近指節(jié)關(guān)節(jié)軸處安裝有解耦裝置，當(dāng)手指近指節(jié)接觸物體受阻時(shí)，中指節(jié)和遠(yuǎn)指節(jié)仍然可以繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，完成對(duì)物體的包絡(luò)抓持。本實(shí)用新型利用一個(gè)電機(jī)實(shí)現(xiàn)手指的三個(gè)指節(jié)運(yùn)動(dòng)，傳動(dòng)精度高，維護(hù)周期長(zhǎng)，結(jié)構(gòu)緊湊，方便加工和安裝。
文檔編號(hào)B25J15/10GK2761380SQ20042012058
公開日2006年3月1日 申請(qǐng)日期2004年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月28日
發(fā)明者郭衛(wèi)東, 劉博 , 張玉茹, 李久振, 劉軍傳, 李繼婷 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)