專利名稱：齒輪帶輪多關(guān)節(jié)高欠驅(qū)動(dòng)機(jī)器人手指裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于擬人機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種齒輪帶輪多關(guān)節(jié)高欠驅(qū)動(dòng)機(jī)器人手指裝 置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
技術(shù)背景與人類似，擬人機(jī)器人的多數(shù)功能要通過(guò)手部操作來(lái)實(shí)現(xiàn)，因而手部結(jié)構(gòu)是擬人機(jī)器人 的重要組成部分，其設(shè)計(jì)是擬人機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù)之一。為了增加手部的擬人化，手部要設(shè) 計(jì)較多的關(guān)節(jié)自由度，然而，為了減輕擬人機(jī)器人手部的控制難度，以及減小手部的體積、 重量，需要減少驅(qū)動(dòng)器數(shù)目，這兩者有一定的矛盾，另外，為了更好地抓取物體，還需要手 指在抓取物體時(shí)具有一定的自適應(yīng)性。本發(fā)明提供的機(jī)器人擬人手指欠驅(qū)動(dòng)裝置能夠更好的 實(shí)現(xiàn)較多關(guān)節(jié)自由度、較少驅(qū)動(dòng)器數(shù)目、抓取不同形狀、尺寸的物體時(shí)的較強(qiáng)的自適應(yīng)性這 三個(gè)目標(biāo)。已有的一種欠驅(qū)動(dòng)機(jī)械手裝置，如中國(guó)發(fā)明專利CN1283429C，其中的拇指、食指、中指、 無(wú)名指和小指均采用了同一種齒輪欠驅(qū)動(dòng)機(jī)械手指裝置，以其拇指為例簡(jiǎn)單介紹其原理，該 齒輪欠驅(qū)動(dòng)機(jī)械手指在近關(guān)節(jié)和遠(yuǎn)關(guān)節(jié)之間有兩個(gè)過(guò)渡軸，在近關(guān)節(jié)軸、遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸和過(guò)渡軸 上均安裝有齒輪，齒輪之間兩兩嚙合，中部指段套接在近關(guān)節(jié)軸上，中部指段與近關(guān)節(jié)軸之 間采用直接摩擦接觸，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，中部指段會(huì)因?yàn)槠渑c近關(guān)節(jié)軸之間的靜摩擦力而隨近 關(guān)節(jié)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)中部指段接觸到物體被阻擋而不能轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電機(jī)的驅(qū)動(dòng)力矩會(huì)驅(qū)動(dòng)多級(jí)齒輪 傳動(dòng)運(yùn)作起來(lái)，使末端指段繞遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)中部指段會(huì)相對(duì)近關(guān)節(jié)軸發(fā)生滑動(dòng)摩擦。 這樣便實(shí)現(xiàn)了一個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)2個(gè)關(guān)節(jié)近關(guān)節(jié)和遠(yuǎn)關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)，具有自動(dòng)解耦的效果。該裝置的不足之處為由于此種摩擦解耦會(huì)造成材料的損耗，長(zhǎng)期使用解耦效果下降導(dǎo) 致抓取性能不可靠；由于采用多級(jí)齒輪傳動(dòng)，當(dāng)用于中部指段稍長(zhǎng)即遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸距離近關(guān)節(jié)軸稍遠(yuǎn)的機(jī)器人手指中時(shí)，齒輪直徑就會(huì)過(guò)大，造成手指過(guò)粗，影響美觀，所以該裝置難以應(yīng)用于中部指段較長(zhǎng)的機(jī)器人手指中。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是針對(duì)已有技術(shù)的不足之處，提供一種齒輪帶輪齒輪帶輪多關(guān)節(jié)高欠驅(qū)動(dòng) 機(jī)器人手指裝置，外形與人的手指相似，可以用于手指中部指段較長(zhǎng)的機(jī)器人手中，作為機(jī) 器人手的手指使用，以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人手采用較少驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)較多手指轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)，需要較低的控 制系統(tǒng)要求，并具有抓取不同形狀、尺寸的物體的自適應(yīng)性，同時(shí)性能可靠，可長(zhǎng)期使用而 性能不降低。本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種齒輪帶輪齒輪帶輪多關(guān)節(jié)高欠驅(qū)動(dòng)機(jī)器人手指裝置，主要包括基座、電機(jī)、減速器、 第一齒輪、第二齒輪、近關(guān)節(jié)軸、n個(gè)中部指段、n — l個(gè)中關(guān)節(jié)軸、遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸、末端指段；所說(shuō)的電機(jī)和減速器與基座固接，電機(jī)的輸出軸與減速器的輸入軸相連，減速器的輸出軸與 所說(shuō)的第一齒輪固接，第一齒輪與所說(shuō)的第二齒輪嚙合，第二齒輪與所說(shuō)的近關(guān)節(jié)軸固接， 近關(guān)節(jié)軸套設(shè)在基座中，所說(shuō)的第i個(gè)中關(guān)節(jié)軸套設(shè)在第i個(gè)中部指段中，所說(shuō)的遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸 套設(shè)在第n個(gè)中部指段，所說(shuō)的末端指段套固在遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸上；其特征在于該裝置包括n個(gè) 主動(dòng)齒輪、n個(gè)近過(guò)渡齒輪、n個(gè)主動(dòng)輪、n個(gè)傳動(dòng)件、n個(gè)從動(dòng)輪、n個(gè)遠(yuǎn)過(guò)渡齒輪、1個(gè)從 動(dòng)齒輪、n個(gè)簧件、n個(gè)近過(guò)渡軸、n個(gè)遠(yuǎn)過(guò)渡軸；第1個(gè)中部指段套接在近關(guān)節(jié)軸上，第i + 1個(gè)中部指段套接在第i個(gè)中關(guān)節(jié)軸上；所說(shuō)的第k個(gè)近過(guò)渡軸、第k個(gè)遠(yuǎn)過(guò)渡軸套設(shè)在 第k個(gè)中部指段中；所說(shuō)的第1個(gè)主動(dòng)齒輪套固在近關(guān)節(jié)軸上，所說(shuō)的第i+l個(gè)主動(dòng)齒輪套 固在第i個(gè)中關(guān)節(jié)軸上；所說(shuō)的第k個(gè)近過(guò)渡齒輪套固在第k個(gè)近過(guò)渡軸上；所說(shuō)的第k個(gè)主動(dòng)輪套固在第k個(gè)近過(guò)渡軸上，所說(shuō)的第k個(gè)從動(dòng)輪套固在第k遠(yuǎn)過(guò)渡軸上，所說(shuō)的第k 個(gè)傳動(dòng)件連接第k個(gè)主動(dòng)輪和第k個(gè)從動(dòng)輪，所說(shuō)的第k個(gè)遠(yuǎn)過(guò)渡齒輪套固在第k個(gè)遠(yuǎn)過(guò)渡 軸上，從動(dòng)齒輪套同在遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸上所說(shuō)的第k個(gè)主動(dòng)齒輪和第k個(gè)近過(guò)渡齒輪嚙合，所說(shuō) 的第i個(gè)遠(yuǎn)過(guò)渡齒輪和第i + l個(gè)主動(dòng)齒輪嚙合，所說(shuō)的第n個(gè)遠(yuǎn)過(guò)渡齒輪和從動(dòng)齒輪嚙合； 第i個(gè)簧件的兩端分別連接第i個(gè)中部指段和第i + l個(gè)中部指段；第n個(gè)簧件的兩端分別連 接第n個(gè)中部指段和末端指段；其中，n至少為2， i為l至n — l中的任意數(shù)，k為l至n中 的任意數(shù)。本發(fā)明所述的齒輪帶輪齒輪帶輪多關(guān)節(jié)高欠驅(qū)動(dòng)機(jī)器人手指裝置，其特征在于所說(shuō)的 傳動(dòng)件采用平帶、齒形帶、腱繩或鏈條，所說(shuō)的主動(dòng)輪采用帶輪、齒輪、繩輪或鏈輪，所說(shuō) 的從動(dòng)輪采用帶輪、齒輪、繩輪或鏈輪，所說(shuō)的傳動(dòng)件、主動(dòng)輪和從動(dòng)輪三者之間能夠配合 形成傳動(dòng)關(guān)系。本發(fā)明所述的齒輪帶輪齒輪帶輪多關(guān)節(jié)高欠驅(qū)動(dòng)機(jī)器人手指裝置，其特征在于所說(shuō)的簧件采用扭簧、拉簧、壓簧、片簧、板簧、發(fā)條、皮筋或彈性繩。本發(fā)明所述的齒輪帶輪齒輪帶輪多關(guān)節(jié)高欠驅(qū)動(dòng)機(jī)器人手指裝置，其特征在于所說(shuō)的第j個(gè)簧件的彈力限制作用強(qiáng)于第j一l個(gè)簧件的彈力限制作用，j為2至中部指段個(gè)數(shù)中的任意數(shù)。本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)及突出性效果本發(fā)明利用所設(shè)計(jì)的齒輪帶輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、套接活動(dòng)的多個(gè)中部指段及多個(gè)簧件所具有的 解耦作用綜合實(shí)現(xiàn)了多關(guān)節(jié)高欠驅(qū)動(dòng)手指彎曲抓取物體的特殊效果，與人手指相似，可以用 于手指的中部指段較長(zhǎng)的機(jī)器人手中，特別適合作為擬人機(jī)器人手的食指、中指、無(wú)名指、 小指，以較少驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)較多的轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)，當(dāng)中部指段接觸物體被阻擋時(shí)，末端指段可繼續(xù) 運(yùn)動(dòng)包絡(luò)抓取物體，自適應(yīng)所抓物體的形狀大小，該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低，便于安裝維護(hù)，性能可靠、使用壽命長(zhǎng)。


圖1是本發(fā)明提供的齒輪帶輪齒輪帶輪多關(guān)節(jié)高欠驅(qū)動(dòng)機(jī)器人手指裝置的一種實(shí)施例的 正面外觀圖。圖2是圖1的左側(cè)視圖。 圖3是圖1的剖視圖。 圖4是圖2的剖視圖。圖5是本實(shí)施例的第一簧件與第一中部指段、第二中部指段、中關(guān)節(jié)軸的位置示意。 圖6是本實(shí)施例的第二簧件與第二中部指段、末端指段、遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸的位置關(guān)系示意圖。 圖7、圖8、圖9、圖10、圖ll、圖12、圖13是本實(shí)施例抓握物體過(guò)程的示意圖。 圖14、圖15、圖16、圖17是本實(shí)施例抓握物體過(guò)程示意圖，也是圖7、圖8、圖9、圖 10的剖視圖。在圖1至圖17中l(wèi)一基座，2—電機(jī)，3 —近關(guān)節(jié)軸，4一第一中部指段，5 —中關(guān)節(jié)軸，6—-第二中部指段，7 —遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸，8 —末端指段，9一第一主動(dòng)齒輪，io—第一傳動(dòng)件，11--第二主動(dòng)齒輪，12-一第一簧件，14一第二傳動(dòng)件，15--從動(dòng)齒輪，16--第二簧件，17 —減速器，18--第一齒輪，19-一第二齒輪，20—物體，21—第一銷釘，22--第二銷釘，23—第三銷釘，24--第四銷釘，25一第五銷釘，26—第六銷釘，27--第七銷釘，31—第一近過(guò)渡軸，32--第一遠(yuǎn)過(guò)渡軸，33—第一近過(guò)渡齒輪，34-一第一主動(dòng)輪，35—第一從動(dòng)輪，36 —第一遠(yuǎn)過(guò)渡齒輪，37.一第二近過(guò)渡軸，38一第二遠(yuǎn)過(guò)渡軸,39—第二近過(guò)渡齒輪，40.—第二主動(dòng)輪，41一第二從動(dòng)輪，42 —第二遠(yuǎn)過(guò)渡齒輪。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖及實(shí)施例進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明具體結(jié)構(gòu)、工作原理的內(nèi)容。 本發(fā)明所述的一種齒輪帶輪多關(guān)節(jié)高欠驅(qū)動(dòng)機(jī)器人手指裝置，包括基座、電機(jī)、減速器、第一齒輪、第二齒輪、近關(guān)節(jié)軸、n個(gè)中部指段、n —l個(gè)中關(guān)節(jié)軸、遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸、末端指段； 所說(shuō)的電機(jī)和減速器與基座固接，電機(jī)的輸出軸與減速器的輸入軸相連，減速器的輸出軸與 所說(shuō)的第一齒輪固接，第一齒輪與所說(shuō)的第二齒輪嚙合，第二齒輪與所說(shuō)的近關(guān)節(jié)軸固接， 近關(guān)節(jié)軸套設(shè)在基座中，所說(shuō)的第i個(gè)中關(guān)節(jié)軸套設(shè)在第i個(gè)中部指段中，所說(shuō)的遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸 套設(shè)在第n個(gè)中部指段，所說(shuō)的末端指段套固在遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸上；該齒輪帶輪多關(guān)節(jié)高欠驅(qū)動(dòng)機(jī) 器人手指裝置還包括n個(gè)主動(dòng)齒輪、n個(gè)近過(guò)渡齒輪、n個(gè)主動(dòng)輪、n個(gè)傳動(dòng)件、n個(gè)從動(dòng)輪、 n個(gè)遠(yuǎn)過(guò)渡齒輪、l個(gè)從動(dòng)齒輪、n個(gè)簧件、n個(gè)近過(guò)渡軸、n個(gè)遠(yuǎn)過(guò)渡軸；第1個(gè)中部指段套接在近關(guān)節(jié)軸上，第i + l個(gè)中部指段套接在第i個(gè)中關(guān)節(jié)軸上；所說(shuō)的第k個(gè)近過(guò)渡軸、 第k個(gè)遠(yuǎn)過(guò)渡軸套設(shè)在第k個(gè)中部指段中；所說(shuō)的第1個(gè)主動(dòng)齒輪套固在近關(guān)節(jié)軸上，所說(shuō) 的第i+l個(gè)主動(dòng)齒輪套固在第i個(gè)中關(guān)節(jié)軸上；所說(shuō)的第k個(gè)近過(guò)渡齒輪套固在第k個(gè)近過(guò) 渡軸上；所說(shuō)的第k個(gè)主動(dòng)輪套固在第k個(gè)近過(guò)渡軸上，所說(shuō)的第k個(gè)從動(dòng)輪套固在第k遠(yuǎn) 過(guò)渡軸上，所說(shuō)的第k個(gè)傳動(dòng)件連接第k個(gè)主動(dòng)輪和第k個(gè)從動(dòng)輪，所說(shuō)的第k個(gè)遠(yuǎn)過(guò)渡齒 輪套固在第k個(gè)遠(yuǎn)過(guò)渡軸上，從動(dòng)齒輪套固在遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸上；所說(shuō)的第k個(gè)主動(dòng)齒輪和第k個(gè) 近過(guò)渡齒輪嚙合，所說(shuō)的第i個(gè)遠(yuǎn)過(guò)渡齒輪和第i + l個(gè)主動(dòng)齒輪嚙合，所說(shuō)的第ri個(gè)遠(yuǎn)過(guò)渡 齒輪和從動(dòng)齒輪嚙合；第i個(gè)簧件的兩端分別連接第i個(gè)中部指段和第i + l個(gè)中部指段；第 n個(gè)簧件的兩端分別連接第n個(gè)中部指段和末端指段；其中，n至少為2， i為l至n—l中的 任意數(shù)，k為l至n中的任意數(shù)。 以n等于2為例說(shuō)明。本發(fā)明設(shè)計(jì)的一種齒輪帶輪齒輪帶輪多關(guān)節(jié)高欠驅(qū)動(dòng)機(jī)器人手指裝置的實(shí)施例，如圖1、 圖2、圖3、圖4、圖5、圖6所示，包括基座l、電機(jī)2、減速器17、第一齒輪18、第二齒 輪19、近關(guān)節(jié)軸3、 2個(gè)中部指段即第一中部指段4和第二中部指段6、 l個(gè)中關(guān)節(jié)軸即 中關(guān)節(jié)軸5、遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸7、末端指段8;所說(shuō)的電機(jī)2和減速器17與基座1固接，電機(jī)2的 輸出軸與減速器17的輸入軸相連，減速器17的輸出軸與所說(shuō)的第一齒輪18固接，第一齒輪 18與所說(shuō)的第二齒輪19嚙合，第二齒輪19與所說(shuō)的近關(guān)節(jié)軸3固接，近關(guān)節(jié)軸3套設(shè)在基 座1中，所說(shuō)的中關(guān)節(jié)軸5套設(shè)在第一中部指段4中，所說(shuō)的遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸7套設(shè)在第二中部指 段6，所說(shuō)的末端指段8通過(guò)第七銷釘27套固在遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸7上；該裝置包括2個(gè)主動(dòng)齒輪 即第一主動(dòng)齒輪9和第二主動(dòng)齒輪11、 2個(gè)近過(guò)渡齒輪即第一近過(guò)渡齒輪33和第二近過(guò)渡 齒輪39、 2個(gè)主動(dòng)輪即第一主動(dòng)輪34和第二主動(dòng)輪40、 2個(gè)傳動(dòng)件即第一傳動(dòng)件10和 第二傳動(dòng)件14、 2個(gè)從動(dòng)輪即第一從動(dòng)輪35和第二從動(dòng)輪41、 2個(gè)遠(yuǎn)過(guò)渡齒輪即第一遠(yuǎn) 過(guò)渡齒輪36和第二遠(yuǎn)過(guò)渡齒輪42、 1個(gè)從動(dòng)齒輪15、 2個(gè)簧件即第一簧件12和第二簧件 16、 2個(gè)近過(guò)渡軸即第一近過(guò)渡軸31和第二近過(guò)渡軸37、 2個(gè)遠(yuǎn)過(guò)渡軸即第一遠(yuǎn)過(guò)渡軸 32和第二遠(yuǎn)過(guò)渡軸38;第一中部指段4套接在近關(guān)節(jié)軸3上，第二中部指段6套接在中關(guān)節(jié) 軸5上；所說(shuō)的第一近過(guò)渡軸31、第一遠(yuǎn)過(guò)渡軸32套設(shè)在第一中部指段4中，第二近過(guò)渡 軸37、第二遠(yuǎn)過(guò)渡軸38套設(shè)在第二中部指段6中；所說(shuō)的第一主動(dòng)齒輪9通過(guò)第一銷釘21 套固在近關(guān)節(jié)軸3上，所說(shuō)的第二主動(dòng)齒輪11通過(guò)第四銷釘24套固在中關(guān)節(jié)軸5上；所說(shuō) 的第一近過(guò)渡齒輪33套固在第一近過(guò)渡軸31上，所說(shuō)的第二近過(guò)渡齒輪39套固在第二近過(guò) 渡軸37上；所說(shuō)的第一主動(dòng)輪34通過(guò)第二銷釘22套固在第一近過(guò)渡軸31上，第二主動(dòng)輪 40通過(guò)第五銷釘25套固在第二近過(guò)渡軸37上；所說(shuō)的第一從動(dòng)輪35通過(guò)第三銷釘23套固 在第一遠(yuǎn)過(guò)渡軸32上，所說(shuō)的第二從動(dòng)輪41通過(guò)第六銷釘26套固在第二遠(yuǎn)過(guò)渡軸38上； 所說(shuō)的第一傳動(dòng)件10連接第一主動(dòng)輪34和第一從動(dòng)輪35,所說(shuō)的第二傳動(dòng)件14連接第二 主動(dòng)輪40和第二從動(dòng)輪41;所說(shuō)的第一遠(yuǎn)過(guò)渡齒輪36套固在第一遠(yuǎn)過(guò)渡軸32上，所說(shuō)的 第二遠(yuǎn)過(guò)渡齒輪42套固在第二遠(yuǎn)過(guò)渡軸38上；從動(dòng)齒輪15套固在遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸7上；所說(shuō)的第一主動(dòng)齒輪9和第一近過(guò)渡齒輪33嚙合，所說(shuō)的第二主動(dòng)齒輪11和第二近過(guò)渡齒輪39嚙合； 所說(shuō)的第一遠(yuǎn)過(guò)渡齒輪36和第二主動(dòng)齒輪11嚙合，所說(shuō)的第二遠(yuǎn)過(guò)渡齒輪42和從動(dòng)齒輪 15嚙合；第一簧件12的兩端分別連接第一中部指段4和第二中部指段6，第一簧件12的一 端插入第一中部指段4中，另一端插入第二中部指段6中，如圖5所示；第二簧件16的兩端 分別連接第二中部指段6和末端指段8，第二簧件16的一端插入第二中部指段6中，另一端 插入末端指段8中，如圖6所示。本發(fā)明所述的齒輪帶輪齒輪帶輪多關(guān)節(jié)高欠驅(qū)動(dòng)機(jī)器人手指裝置，所說(shuō)的傳動(dòng)件采用平 帶、齒形帶、腱繩或鏈條，所說(shuō)的主動(dòng)輪采用帶輪、齒輪、繩輪或鏈輪，所說(shuō)的從動(dòng)輪采用 帶輪、齒輪、繩輪或鏈輪，所說(shuō)的傳動(dòng)件、主動(dòng)輪和從動(dòng)輪三者之間能夠配合形成傳動(dòng)關(guān)系。本實(shí)施例中，所說(shuō)的第一傳動(dòng)件10、第二傳動(dòng)件14采用平帶，所說(shuō)的主動(dòng)輪即第一 主動(dòng)輪34和第二主動(dòng)輪40采用帶輪，所說(shuō)的從動(dòng)輪即第一從動(dòng)輪35和第二從動(dòng)輪41采 用帶輪。本發(fā)明所述的齒輪帶輪齒輪帶輪多關(guān)節(jié)高欠驅(qū)動(dòng)機(jī)器人手指裝置，所說(shuō)的簧件采用扭簧、拉簧、壓簧、片簧、板簧、發(fā)條、皮筋或彈性繩。本實(shí)施例中，所說(shuō)的簧件即第一簧件12和第二簧件16采用扭簧。 本發(fā)明所述的齒輪帶輪齒輪帶輪多關(guān)節(jié)高欠驅(qū)動(dòng)機(jī)器人手指裝置，第j個(gè)簧件的彈力限制作用強(qiáng)于第j一l個(gè)簧件的彈力限制作用，j為2至中部指段個(gè)數(shù)中的任意數(shù)。 本實(shí)施例中，第二簧件16的彈力限制作用強(qiáng)于第一簧件12的彈力限制作用。 本實(shí)施例的工作原理，如圖7、圖8、圖9、圖10、圖ll、圖12、圖13、圖14、圖15、圖16、圖17，敘述如下本實(shí)施例的初始狀態(tài)如圖7、圖14所示，類似人的手指伸直狀態(tài)。當(dāng)本實(shí)施例抓取物體時(shí)，電機(jī)2轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)減速器17轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)第一齒輪18帶動(dòng)與之 嚙合的第二齒輪19轉(zhuǎn)動(dòng)，與第二齒輪固接的近關(guān)節(jié)軸3轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)與其固接的第一主動(dòng)齒輪 9轉(zhuǎn)動(dòng)。由于第一簧件12、第二簧件16的共同限制作用，第一中部指段4、第二中部指段6 和末端指段8仿佛一個(gè)"剛體"，因此第一主動(dòng)齒輪9的轉(zhuǎn)動(dòng)將通過(guò)第一近過(guò)渡齒輪33、第 一近過(guò)渡軸31的轉(zhuǎn)動(dòng)傳動(dòng)，拉動(dòng)第一中部指段4、第二中部指段6和末端指段8作為一個(gè)整 體繞近關(guān)節(jié)軸3的軸線轉(zhuǎn)動(dòng)。此時(shí)會(huì)遇到三種情況(a) 末端指段8碰到物體，如圖13所示，抓取結(jié)束。(b) 第二中部指段6碰到物體，見(jiàn)圖ll，此時(shí)第一主動(dòng)齒輪9繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，依次通過(guò)第一近 過(guò)渡齒輪33、第一近過(guò)渡軸31、第一主動(dòng)輪34、第一傳動(dòng)件IO、第一從動(dòng)輪35、第一遠(yuǎn)過(guò) 渡軸32、第一遠(yuǎn)過(guò)渡齒輪36、第二主動(dòng)齒輪ll、第二近過(guò)渡齒輪39、第二近過(guò)渡軸37、第 二主動(dòng)輪40、第二傳動(dòng)件14、第二從動(dòng)輪41、第二遠(yuǎn)過(guò)渡軸38、第二遠(yuǎn)過(guò)渡齒輪42、從動(dòng) 齒輪15、遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸7的傳動(dòng)，將拉動(dòng)末端指段8克服第二簧件16的變形彈力繞遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸7 軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)第二簧件16發(fā)生變形，直到末端指段8接觸到物體，見(jiàn)圖12,抓取結(jié)束。(c) 第一中部指段4碰到物體，如圖8、圖15所示，由于第二簧件16的彈力限制作用強(qiáng)于第一簧件12的彈力限制作用，此時(shí)第一主動(dòng)齒輪9繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，依次通過(guò)第一近過(guò)渡齒輪 33、第一近過(guò)渡軸31、第一主動(dòng)輪34、第一傳動(dòng)件IO、第一從動(dòng)輪35、第一遠(yuǎn)過(guò)渡軸32、 第一遠(yuǎn)過(guò)渡齒輪36、第二主動(dòng)齒輪ll、第二近過(guò)渡齒輪39、第二近過(guò)渡軸37的轉(zhuǎn)動(dòng)傳動(dòng)， 拉動(dòng)第二中部指段6、末端指段8作為一個(gè)整體克服第一簧件12的變形彈力繞中關(guān)節(jié)軸5的 軸線轉(zhuǎn)動(dòng)。若末端指段8碰到物體，則抓取結(jié)束；否則若第二中部指段6碰到物體，如圖9、 圖16所示。此時(shí)第一主動(dòng)齒輪9繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，依次通過(guò)第一近過(guò)渡齒輪33、第一近過(guò)渡軸31、 第一主動(dòng)輪34、第一傳動(dòng)件IO、第一從動(dòng)輪35、第一遠(yuǎn)過(guò)渡軸32、第一遠(yuǎn)過(guò)渡齒輪36、第 二主動(dòng)齒輪ll、第二近過(guò)渡齒輪39、第二近過(guò)渡軸37、第二主動(dòng)輪40、第二傳動(dòng)件14、第 二從動(dòng)輪41、第二遠(yuǎn)過(guò)渡軸38、第二遠(yuǎn)過(guò)渡齒輪42、從動(dòng)齒輪15、遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸7的轉(zhuǎn)動(dòng)傳動(dòng)， 將拉動(dòng)末端指段8克服第二簧件16的變形彈力繞遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸7的軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)第二簧件16 發(fā)生變形，直到末端指段8接觸到物體，如圖IO、圖17所示，抓取結(jié)束。當(dāng)放開物體時(shí)，電機(jī)2反轉(zhuǎn)，帶動(dòng)減速器17反轉(zhuǎn)，第一齒輪18反轉(zhuǎn)，帶動(dòng)第二齒輪19、 近關(guān)節(jié)軸3和第一主動(dòng)齒輪9反轉(zhuǎn)。依次通過(guò)第一近過(guò)渡齒輪33、第一近過(guò)渡軸31、第一主 動(dòng)輪34、第一傳動(dòng)件IO、第一從動(dòng)輪35、第一遠(yuǎn)過(guò)渡軸32、第一遠(yuǎn)過(guò)渡齒輪36、第二主動(dòng) 齒輪ll、第二近過(guò)渡齒輪39、第二近過(guò)渡軸37、第二主動(dòng)輪40、第二傳動(dòng)件14、第二從動(dòng) 輪41、第二遠(yuǎn)過(guò)渡軸38、第二遠(yuǎn)過(guò)渡齒輪42、從動(dòng)齒輪15、遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸7的轉(zhuǎn)動(dòng)傳動(dòng)，末端 指段8反轉(zhuǎn)，同時(shí)第二簧件16的變形隨之逐漸減小，此時(shí)末端指段8已經(jīng)反轉(zhuǎn)到其相對(duì)于第 二中部指段6的初始伸直位置，如圖9、 16所示。由于在第二中部指段6的后背上方有凸臺(tái)， 此凸臺(tái)將限制末端指段8反轉(zhuǎn)時(shí)超過(guò)手指伸直的位置，起到一個(gè)限位作用，因此末端指段8 受到第二中部指段6的阻擋不能再反向轉(zhuǎn)動(dòng)。此時(shí)第一主動(dòng)齒輪9繼續(xù)反轉(zhuǎn)，依次通過(guò)第一 近過(guò)渡齒輪33、第一近過(guò)渡軸31、第一主動(dòng)輪34、第一傳動(dòng)件IO、第一從動(dòng)輪35、第一遠(yuǎn) 過(guò)渡軸32、第一遠(yuǎn)過(guò)渡齒輪36、第二主動(dòng)齒輪ll、第二近過(guò)渡齒輪39、第二近過(guò)渡軸37的 轉(zhuǎn)動(dòng)傳動(dòng)，將拉動(dòng)已經(jīng)伸直的第二中部指段6和末端指段8作為一個(gè)整體一起繞中關(guān)節(jié)軸5 的軸線反轉(zhuǎn)，同時(shí)第一簧件12的變形隨之逐漸減小，此時(shí)第二中部指段6已經(jīng)反向轉(zhuǎn)動(dòng)到其 相對(duì)于第一中部指段4的初始伸直位置，如圖8、圖15所示。由于在第一中部指段4的后背 上方有凸臺(tái)，此凸臺(tái)將限制第二中部指段6反轉(zhuǎn)時(shí)超過(guò)手指伸直的位置，起到一個(gè)限位作用， 因此第二中部指段6受到第一中部指段4的阻擋不能再反向轉(zhuǎn)動(dòng)。此時(shí)第一主動(dòng)齒輪9繼續(xù) 反轉(zhuǎn)，依次通過(guò)第一近過(guò)渡齒輪33、第一近過(guò)渡軸31的轉(zhuǎn)動(dòng)傳動(dòng)，將拉動(dòng)己經(jīng)伸直的第一 中部指段4、第二中部指段6、末端指段8作為一個(gè)整體一起繞近關(guān)節(jié)軸3的軸線反向轉(zhuǎn)動(dòng)， 直到裝置完全恢復(fù)到最開始的伸直位置，如圖7、圖14所示。本發(fā)明利用所設(shè)計(jì)的齒輪帶輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、套接活動(dòng)的多個(gè)中部指段及多個(gè)簧件所具有的 解耦作用綜合實(shí)現(xiàn)了多關(guān)節(jié)高欠驅(qū)動(dòng)手指彎曲抓取物體的特殊效果。
權(quán)利要求
1、一種齒輪帶輪多關(guān)節(jié)高欠驅(qū)動(dòng)機(jī)器人手指裝置，包括基座、電機(jī)、減速器、第一齒輪、第二齒輪、近關(guān)節(jié)軸、n個(gè)中部指段、n-1個(gè)中關(guān)節(jié)軸、遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸、末端指段；所說(shuō)的電機(jī)和減速器與基座固接，電機(jī)的輸出軸與減速器的輸入軸相連，減速器的輸出軸與所說(shuō)的第一齒輪固接，第一齒輪與所說(shuō)的第二齒輪嚙合，第二齒輪與所說(shuō)的近關(guān)節(jié)軸固接，近關(guān)節(jié)軸套設(shè)在基座中，所說(shuō)的第i個(gè)中關(guān)節(jié)軸套設(shè)在第i個(gè)中部指段中，所說(shuō)的遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸套設(shè)在第n個(gè)中部指段，所說(shuō)的末端指段套固在遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸上；其特征在于該齒輪帶輪多關(guān)節(jié)高欠驅(qū)動(dòng)機(jī)器人手指裝置還包括n個(gè)主動(dòng)齒輪、n個(gè)近過(guò)渡齒輪、n個(gè)主動(dòng)輪、n個(gè)傳動(dòng)件、n個(gè)從動(dòng)輪、n個(gè)遠(yuǎn)過(guò)渡齒輪、1個(gè)從動(dòng)齒輪、n個(gè)簧件、n個(gè)近過(guò)渡軸、n個(gè)遠(yuǎn)過(guò)渡軸；第1個(gè)中部指段套接在近關(guān)節(jié)軸上，第i+1個(gè)中部指段套接在第i個(gè)中關(guān)節(jié)軸上；所說(shuō)的第k個(gè)近過(guò)渡軸、第k個(gè)遠(yuǎn)過(guò)渡軸套設(shè)在第k個(gè)中部指段中；所說(shuō)的第1個(gè)主動(dòng)齒輪套固在近關(guān)節(jié)軸上，所說(shuō)的第i+1個(gè)主動(dòng)齒輪套固在第i個(gè)中關(guān)節(jié)軸上；所說(shuō)的第k個(gè)近過(guò)渡齒輪套固在第k個(gè)近過(guò)渡軸上；所說(shuō)的第k個(gè)主動(dòng)輪套固在第k個(gè)近過(guò)渡軸上，所說(shuō)的第k個(gè)從動(dòng)輪套固在第k遠(yuǎn)過(guò)渡軸上，所說(shuō)的第k個(gè)傳動(dòng)件連接第k個(gè)主動(dòng)輪和第k個(gè)從動(dòng)輪，所說(shuō)的第k個(gè)遠(yuǎn)過(guò)渡齒輪套固在第k個(gè)遠(yuǎn)過(guò)渡軸上，從動(dòng)齒輪套固在遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸上；所說(shuō)的第k個(gè)主動(dòng)齒輪和第k個(gè)近過(guò)渡齒輪嚙合，所說(shuō)的第i個(gè)遠(yuǎn)過(guò)渡齒輪和第i+1個(gè)主動(dòng)齒輪嚙合，所說(shuō)的第n個(gè)遠(yuǎn)過(guò)渡齒輪和從動(dòng)齒輪嚙合；第i個(gè)簧件的兩端分別連接第i個(gè)中部指段和第i+1個(gè)中部指段；第n個(gè)簧件的兩端分別連接第n個(gè)中部指段和末端指段；其中，n至少為2，i為1至n-1中的任意數(shù)，k為1至n中的任意數(shù)。
2、 如權(quán)利要求1所述的齒輪帶輪齒輪帶輪多關(guān)節(jié)高欠驅(qū)動(dòng)機(jī)器人手指裝置，其特征在于 所說(shuō)的傳動(dòng)件采用平帶、齒形帶、腱繩或鏈條，所說(shuō)的主動(dòng)輪采用帶輪、齒輪、繩輪或鏈輪， 所說(shuō)的從動(dòng)輪采用帶輪、齒輪、繩輪或鏈輪，所說(shuō)的傳動(dòng)件、主動(dòng)輪和從動(dòng)輪三者之間能夠 配合形成傳動(dòng)關(guān)系。
3、 如權(quán)利要求1所述的齒輪帶輪齒輪帶輪多關(guān)節(jié)高欠驅(qū)動(dòng)機(jī)器人手指裝置，其特征在于 所說(shuō)的簧件采用扭簧、拉簧、壓簧、片簧、板簧、發(fā)條、皮筋或彈性繩。
4、 如權(quán)利要求1或3所述的齒輪帶輪齒輪帶輪多關(guān)節(jié)高欠驅(qū)動(dòng)機(jī)器人手指裝置，其特征 在于第j個(gè)簧件的彈力限制作用強(qiáng)于第j一l個(gè)簧件的彈力限制作用，j為2至中部指段個(gè)數(shù) 中的任意數(shù)。
全文摘要
齒輪帶輪多關(guān)節(jié)高欠驅(qū)動(dòng)機(jī)器人手指裝置，屬于擬人機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，包括基座、電機(jī)、近關(guān)節(jié)軸、至少2個(gè)中部指段、至少1個(gè)中關(guān)節(jié)軸、遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸、末端指段，其特征在于包括從動(dòng)齒輪和至少2個(gè)的主動(dòng)齒輪、近過(guò)渡齒輪、主動(dòng)輪、傳動(dòng)件、從動(dòng)輪、遠(yuǎn)過(guò)渡齒輪、簧件、近過(guò)渡軸、遠(yuǎn)過(guò)渡軸。該裝置利用所設(shè)計(jì)的齒輪帶輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、套接活動(dòng)的多個(gè)中部指段及多個(gè)簧件所具有的解耦作用綜合實(shí)現(xiàn)了多關(guān)節(jié)高欠驅(qū)動(dòng)手指彎曲抓取物體的特殊效果，與人手指相似，可以用于手指的中部指段較長(zhǎng)的機(jī)器人手中，特別適合作為擬人機(jī)器人手的食指、中指、無(wú)名指、小指，以較少驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)較多的轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)，當(dāng)中部指段接觸物體被阻擋時(shí)，末端指段可繼續(xù)運(yùn)動(dòng)包絡(luò)抓取物體，自適應(yīng)所抓物體的形狀大小，該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低，便于安裝維護(hù)，性能可靠、使用壽命長(zhǎng)。
文檔編號(hào)B25J15/00GK101214650SQ20081005561
公開日2008年7月9日 申請(qǐng)日期2008年1月4日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月4日
發(fā)明者張文增 申請(qǐng)人:清華大學(xué)