三自由度表面可動機(jī)器人手指單元裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明屬于機(jī)器人手技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種三自由度表面可動機(jī)器人手指單元裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
【背景技術(shù)】
[0002]機(jī)器人是幫助人類完成各種費(fèi)力工作的有益設(shè)備，已經(jīng)有大量的工業(yè)機(jī)器人被開發(fā)出來，幾十年來，工業(yè)機(jī)器人被應(yīng)用于航空航天、交通運(yùn)輸、海洋探索、生物醫(yī)藥和能源生產(chǎn)等眾多行業(yè)領(lǐng)域。
[0003]機(jī)器人手是機(jī)器人與環(huán)境接觸的重要終端，是機(jī)器人實(shí)現(xiàn)抓取物體、操作物體兩大功能的部件，以是否模仿人手來分類，可以分為非擬人機(jī)器人手和擬人機(jī)器人手。前者不一定有手指，可分為主動吸盤式手爪、被動吸盤式手爪、永磁式手爪和電磁式手爪等，后者帶有手指，也稱為多指機(jī)器人手。
[0004]傳統(tǒng)的擬人機(jī)器人手包括手掌和多個手指，每個手指具有多個指段，各指段通過多個關(guān)節(jié)串聯(lián)起來，采用驅(qū)動器驅(qū)動關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動，多個指段包絡(luò)物體實(shí)現(xiàn)握持方式的抓取，或者多個指段轉(zhuǎn)動后實(shí)現(xiàn)末端指段以捏持方式抓取物體。
[0005]常見物體一般位于一個平面上，當(dāng)物體某個尺寸相對其他尺寸較小時，該物體為一種扁平狀物體，例如橡皮、硬幣和紙張等。傳統(tǒng)的機(jī)器人手，包括非擬人的機(jī)器人手和擬人的機(jī)器人手，均不便于從平面上拾取扁平狀物體。
[0006]在裝配領(lǐng)域，為了將軸類零件以特定的角度安裝插入到指定的異形孔中，需要靈活操作物體的位置和姿態(tài)，傳統(tǒng)的機(jī)器人手指無法達(dá)到較好的物體位置與姿態(tài)調(diào)整目的。例如傳統(tǒng)的機(jī)器人手拿取螺絲刀擰螺釘或者將鑰匙正確插入匙孔中都比較困難。
[0007]扁平狀物體的一個典型就是紙張。傳統(tǒng)的打印機(jī)具有從固定平面堆疊的紙張上拾取單張紙的功能一一即具有拾取特定扁平物體的功能，主要采用的是靜電原理，但是該方法無法做到拾取其他物體，例如該技術(shù)難以拾取桌面上的橡皮、膠板和硬幣等。
[0008]可變形的薄壁物體的一個典型是布匹。傳統(tǒng)的擬人機(jī)器人手不便于拾取放置于桌面上的布匹。雖然紡織領(lǐng)域有眾多的機(jī)器可以操作布匹，但是這些機(jī)器僅具有操作特種物體的功能，而無法達(dá)到抓取更多不同形狀和大小物體的通用性抓取目的。
[0009]綜上所述，具有多個手指和關(guān)節(jié)的傳統(tǒng)擬人機(jī)器人手不具有沿切向多維移動的手指表面，難以達(dá)到較好的拾取物體和操作物體的目的。
[0010]已有一種機(jī)器人手指兩自由度根部關(guān)節(jié)裝置(樊紹巍，劉伊威，金明河，等.HIT/DLR Hand II類人形五指靈巧手機(jī)構(gòu)的研究.哈爾濱工程大學(xué)學(xué)報(bào)，2009，30(2): 171-177)采用四個錐齒輪和正交布置的雙關(guān)節(jié)軸實(shí)現(xiàn)，該裝置可以實(shí)現(xiàn)類似人手指根部的正交兩自由度運(yùn)動一一整個手指繞根部關(guān)節(jié)軸的彎曲和繞垂直掌面關(guān)節(jié)軸的側(cè)擺。
[0011]該裝置的不足之處在于:
[0012]I)該裝置沒有手指表面可以運(yùn)動的功能；
[0013]2)該裝置沒有手指繞自身縱向軸線自轉(zhuǎn)的功能；
[0014]3)該裝置僅能用于手指的根部關(guān)節(jié)，而不能用于指段之間的中間關(guān)節(jié)，例如食指上的中部關(guān)節(jié)和末端關(guān)節(jié)，因?yàn)閮蓚€相鄰手指的中部關(guān)節(jié)和末端關(guān)節(jié)的左右側(cè)擺將會發(fā)生干涉。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0015]本發(fā)明的目的是為了克服已有技術(shù)的不足之處，提出一種三自由度表面可動機(jī)器人手指單元裝置。該裝置的關(guān)節(jié)具有兩個自由度;該裝置具有可以運(yùn)動的手指表面，手指表面能夠達(dá)到多自由度移動的目的；該裝置適合從桌面上拾取物體，適合對所抓取物體進(jìn)行手內(nèi)操作;能夠利用手指表面操作物體使其相對于手指做各種運(yùn)動;該裝置結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、控制容易，適合安裝在機(jī)器人手上使用，而且相鄰手指不會發(fā)生干涉。
[0016]本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0017]本發(fā)明提供的三自由度表面可動機(jī)器人手指單元裝置，其特征在于:包括基座指段、末端指段、左錐齒輪、右錐齒輪、上錐齒輪、下錐齒輪、左半軸、左關(guān)節(jié)驅(qū)動器、左傳動機(jī)構(gòu)、右半軸、右關(guān)節(jié)驅(qū)動器、右傳動機(jī)構(gòu)、縱軸和縱移組件;所述左關(guān)節(jié)驅(qū)動器安裝在基座指段中，所述左關(guān)節(jié)驅(qū)動器的輸出軸與左傳動機(jī)構(gòu)的輸入端相連，所述左傳動機(jī)構(gòu)的輸出端與左半軸相連，所述左半軸套設(shè)在基座指段中；所述右關(guān)節(jié)驅(qū)動器安裝在基座指段中，所述右關(guān)節(jié)驅(qū)動器的輸出軸與右傳動機(jī)構(gòu)的輸入端相連，所述右傳動機(jī)構(gòu)的輸出端與右半軸相連，所述右半軸套設(shè)在基座指段中；所述左錐齒輪套固在左半軸上，所述右錐齒輪套固在右半軸上，所述上錐齒輪與左錐齒輪嚙合，所述上錐齒輪與右錐齒輪嚙合，所述下錐齒輪與左錐齒輪嚙合，所述下錐齒輪與右錐齒輪嚙合;所述上錐齒輪套固在縱軸上，所述下錐齒輪活動套接在縱軸上;所述縱軸的一端固接在末端指段上;所述上錐齒輪的中心線與左錐齒輪的中心線垂直，所述左半軸中心線與右半軸中心線重合;所述縱移組件安裝在末端指段上；所述縱移組件包括支承件、縱移驅(qū)動器、輔助傳動機(jī)構(gòu)、縱移傳動機(jī)構(gòu)和皮膚層;所述縱移傳動機(jī)構(gòu)包括第一傳動輪、第二傳動輪、傳動件、第一橫軸和第二橫軸;所述支承件固接在末端指段上;所述縱移驅(qū)動器與支承件固接，所述縱移驅(qū)動器的輸出軸與輔助傳動機(jī)構(gòu)的輸入端相連，所述輔助傳動機(jī)構(gòu)的輸出端與第一橫軸相連;所述第一橫軸、第二橫軸分別套設(shè)在支承件上;所述第一橫軸的中心線與第二橫軸的中心線相互平行;所述第一傳動輪套固在第一橫軸上，所述第二傳動輪套接在第二橫軸上，所述傳動件連接第一傳動輪與第二傳動輪，所述第一傳動輪、第二傳動輪和傳動件構(gòu)成傳動關(guān)系;所述皮膚層與傳動件固接，所述皮膚層位于末端指段的表面。
[0018]本發(fā)明所述的三自由度表面可動機(jī)器人手指單元裝置，其特征在于:所述左關(guān)節(jié)驅(qū)動器采用電機(jī)、氣缸或液壓缸。
[0019]本發(fā)明所述的三自由度表面可動機(jī)器人手指單元裝置，其特征在于:所述右關(guān)節(jié)驅(qū)動器采用電機(jī)、氣缸或液壓缸。
[0020]本發(fā)明所述的三自由度表面可動機(jī)器人手指單元裝置，其特征在于:所述第一橫軸的中心線與縱軸的中心線相互垂直。
[0021 ]本發(fā)明所述的三自由度表面可動機(jī)器人手指單元裝置，其特征在于:所述縱移驅(qū)動器米用電機(jī)、氣缸或液壓缸。
[0022]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)和突出性效果:
[0023]本發(fā)明裝置利用雙驅(qū)動器、傳動機(jī)構(gòu)、正交布置的四個錐齒輪、左半軸、右半軸和縱軸等綜合實(shí)現(xiàn)了繞關(guān)節(jié)軸彎曲和繞縱軸自轉(zhuǎn)的關(guān)節(jié)雙自由度正交轉(zhuǎn)動功能;該裝置利用驅(qū)動器、傳動件、主從傳動輪、兩個橫軸和皮膚層等綜合實(shí)現(xiàn)了表面縱移功能；該裝置具有可以多維移動的手指表面，適合從桌面上拾取物體，適合對所抓取物體進(jìn)行位置和姿態(tài)的調(diào)整操作。該裝置適合安裝在機(jī)器人手指上使用，擴(kuò)展了擬人機(jī)器人手指的功能，而且在運(yùn)動過程中相鄰手指不會發(fā)生干涉。該裝置利用表面的運(yùn)動對所抓取物體產(chǎn)生摩擦力，使物體相對手指運(yùn)動或者發(fā)生變形，手指帶動物體運(yùn)動，達(dá)到操作物體的目的；該裝置結(jié)合其他手指或其他關(guān)節(jié)，方便拾取物體，特別適合拾取扁平狀物體和可變形物體等，如橡皮，硬幣，紙張和布條。該裝置結(jié)構(gòu)緊湊、體積小，控制容易，適合安裝在機(jī)器人手上使用。
【附圖說明】
[0024]圖1是本發(fā)明提供的三自由度表面可動機(jī)器人手指單元裝置的一種實(shí)施例的前剖視圖。
[0025]圖2是圖1所示實(shí)施例的立體外觀圖。(不含末端指段及左側(cè)、右側(cè)皮膚，基座指段右板，基座右板)
[0026]圖3是圖1所示實(shí)施例的立體外觀圖。
[0027I圖4是圖1所示實(shí)施例的正面外觀圖。
[0028]圖5是圖1所示實(shí)施例的左側(cè)外觀圖。
[0029]圖6是圖1所示實(shí)施例的俯視圖。
[0030]圖7是圖1所示實(shí)施例的爆炸圖。
[0031]圖8至圖9是圖1所示實(shí)施例對手內(nèi)鑰匙進(jìn)行操作的過程示意圖。
[0032]圖10至圖12是圖1所示實(shí)施例抓取布條的過程示意圖。
[0033]在圖1至圖12中:
[0034]11-基座，12-基座指段，13-末端指段， 14-縱軸，
[0035]21-基座關(guān)節(jié)軸，22-基座過渡軸， 23-左半軸，24-右半軸，
[0036]31-基座關(guān)節(jié)驅(qū)動器，32-基座關(guān)節(jié)傳動機(jī)構(gòu)，33-左關(guān)節(jié)驅(qū)動器，34-左傳動機(jī)構(gòu)，
[0037]35-右關(guān)節(jié)驅(qū)動器，36-右傳動機(jī)構(gòu)，37-縱移驅(qū)動器，41-左錐齒輪，
[0038]42-右錐齒輪， 43-上錐齒輪，44-下錐齒輪， 51-第一傳動輪，
[0039]52-第二傳動輪，53-傳動件，54-皮膚層，61-第一橫軸，
[0040]62-第二橫軸， 71-左側(cè)皮膚，72-右側(cè)皮膚， 81-鑰匙，
[0041]82-鎖柜，83-布條，84-手掌，85-桌面，
[0042]131-縱軸連接件。
【具體實(shí)施方式】
[0043]下面結(jié)合附圖及實(shí)施例進(jìn)一步詳細(xì)說明本發(fā)明的具體結(jié)構(gòu)、工作原理及工作過程。
[0044]本發(fā)明設(shè)計(jì)的三自由度表面可動機(jī)器人手指單元裝置的一種實(shí)施例，如圖1至圖7所示，包括基座U、基座關(guān)節(jié)驅(qū)動器31、基座關(guān)節(jié)傳動機(jī)構(gòu)32和基座關(guān)節(jié)軸21。所述基座關(guān)節(jié)驅(qū)動器31安裝在基座11上，所述基座關(guān)節(jié)驅(qū)動器31的輸出軸與基座關(guān)節(jié)傳動機(jī)構(gòu)32的輸入端相連，所述基座關(guān)節(jié)傳動機(jī)構(gòu)32的輸出端與基座關(guān)節(jié)軸21相連。
[0045]本實(shí)施例還包括基座指段12、末端指段13、左錐齒輪41、右錐齒輪42、上錐齒輪43、下錐齒輪44、左半軸23、左關(guān)節(jié)驅(qū)動器33、左傳動機(jī)構(gòu)34、右半軸24、右關(guān)節(jié)驅(qū)動器35、右傳動機(jī)構(gòu)36、縱軸14和縱移組件;所述基座指段12套固在基座關(guān)節(jié)軸22上。
[0046]本實(shí)施例中，所述左關(guān)節(jié)驅(qū)動器33安裝在基座指段12中，所述左關(guān)節(jié)驅(qū)動器33的輸出軸與左傳動機(jī)構(gòu)34的輸入端相連，所述左傳動機(jī)構(gòu)34的輸出端與左半軸23相連，所述左半軸23套設(shè)在基座指段12中；所述右關(guān)節(jié)驅(qū)動器35安裝在基座指段12中，所述右關(guān)節(jié)驅(qū)動器35的輸出軸與右傳動機(jī)構(gòu)36的輸入端相連，所述右傳動機(jī)構(gòu)36的輸出端與右半軸24相連，所述右半軸24套