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      雙齒條滑塊式并聯(lián)耦合欠驅(qū)動手指裝置的制作方法

      文檔序號:2342616閱讀:137來源:國知局
      專利名稱:雙齒條滑塊式并聯(lián)耦合欠驅(qū)動手指裝置的制作方法
      技術(shù)領(lǐng)域
      本發(fā)明屬于擬人機器人手技術(shù)領(lǐng)域,特別涉及一種雙齒條滑塊式并聯(lián)耦合欠驅(qū)動 手指裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計。
      背景技術(shù)
      機器人手作為機器人不可或缺的一部分,相對于機器人的其它部分,機器人手具 有關(guān)節(jié)自由度多、體積小,非常靈巧、控制復(fù)雜等特點與難點。機器人手主要用于對物體的 抓持和空間移動以及作手勢等其它手部動作。目前現(xiàn)有的靈巧手雖然控制靈活,但是電機 數(shù)量多,結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜,控制難度相當(dāng)大,制造和維護成本非常高,這些因素阻礙了靈巧手 型機器人手在現(xiàn)實生活中的廣泛推廣應(yīng)用。近年來快速發(fā)展的耦合抓取型機器人手和欠驅(qū) 動抓取型機器人手雖然不具備靈巧手的高靈活度,但是電機數(shù)量少,結(jié)構(gòu)簡單,控制容易, 大大降低了制造和使用成本,并且能較好抓取常見物體,成為發(fā)展和研究的熱點。已有的一種雙關(guān)節(jié)并聯(lián)欠驅(qū)動機器人手指裝置,如中國發(fā)明專利CN 101633171A, 包括基座、電機、近關(guān)節(jié)軸、遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸和末端指段,還包括分別實現(xiàn)耦合和欠驅(qū)動轉(zhuǎn)動的傳 動機構(gòu)以及多個簧件解耦裝置等。當(dāng)手指碰觸物體前實現(xiàn)多關(guān)節(jié)耦合轉(zhuǎn)動的效果,當(dāng)手指 碰觸物體后采用多關(guān)節(jié)欠驅(qū)動方式抓取物體。該裝置的不足之處為該裝置由于采用了兩 套傳動機構(gòu)分別實現(xiàn)耦合和欠驅(qū)動抓取,使得整個手指結(jié)構(gòu)復(fù)雜,制造加工成本高;該裝置 耦合傳動機構(gòu)和欠驅(qū)動傳動機構(gòu)相互影響,雖然采用了 3個簧件來解耦,但內(nèi)耗了電機的 功率;該裝置的兩套傳動機構(gòu)平行排列,再加上多個簧件在關(guān)節(jié)軸上安裝,致使手指過于粗 大;該裝置的兩套傳動機構(gòu)均采用柔性傳動件,容易松動產(chǎn)生間隙,傳動不夠精確,要實現(xiàn) 良好效果,還需要預(yù)緊裝置,進一步增加制造、安裝和維護成本和難度。

      發(fā)明內(nèi)容
      本發(fā)明的目的是為了克服已有技術(shù)的不足之處,提供一種雙齒條滑塊式并聯(lián)耦合 欠驅(qū)動手指裝置。該裝置能實現(xiàn)耦合轉(zhuǎn)動與欠驅(qū)動轉(zhuǎn)動相結(jié)合的效果,能耦合擬人化抓取, 且具備欠驅(qū)動自適應(yīng)功能,結(jié)構(gòu)緊湊,傳動平穩(wěn)精確,制造和維護成本低,外形與人手指相 似,適用于擬人機器人手。本發(fā)明采用如下技術(shù)方案本發(fā)明所述的一種雙齒條滑塊式并聯(lián)耦合欠驅(qū)動手指裝置,包括基座、近關(guān)節(jié)軸、 第一指段、遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸、第二指段和電機,所述的電機設(shè)置在基座中,電機的輸出軸與近關(guān)節(jié) 軸相連;所述的近關(guān)節(jié)軸套設(shè)在所述的基座中,所述的遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸套設(shè)在第一指段中,所述的 第二指段套固在所述的遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸上;其特征在于該雙齒條滑塊式并聯(lián)耦合欠驅(qū)動手指裝 置還包括第一齒輪、第一齒條、第一滑塊、第二滑塊、第二齒條、第二齒輪和第一簧件;所述 的第一指段套固在近關(guān)節(jié)軸上;所述的第一齒輪套設(shè)在近關(guān)節(jié)軸上,第一齒輪與基座固接; 所述的第一齒條與第一滑塊固接,第一齒條與第一齒輪嚙合;所述的第一滑塊鑲嵌在第一 指段的第一滑槽中,第二滑塊鑲嵌在第一指段的第二滑槽中,所述的第一滑槽和第二滑槽平行,第一滑塊與第二滑塊活接觸;所述的第二齒條與第二滑塊固接,所述的第二齒輪套固 在遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸上,第二齒輪與第二齒條嚙合,所述的第一簧件設(shè)置在第一指段與第二指段之 間并且第一簧件的兩端分別與第一指段和第二指段相連接,或者所述的第一簧件設(shè)置在第 二滑塊與第一指段之間并且第一簧件的兩端分別與第二滑塊和第一指段相連接。本發(fā)明所述的一種雙齒條滑塊式并聯(lián)耦合欠驅(qū)動手指裝置,包括基座、近關(guān)節(jié)軸、 第一指段、遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸、第二指段和電機,所述的電機設(shè)置在基座中,電機的輸出軸與近關(guān)節(jié) 軸相連;所述的近關(guān)節(jié)軸套設(shè)在所述的基座中,所述的遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸套設(shè)在第一指段中,所述的 第二指段套固在所述的遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸上;其特征在于該雙齒條滑塊式并聯(lián)耦合欠驅(qū)動手指裝 置還包括第一齒輪、第一齒條、第一滑塊、第二滑塊、第二齒條、第二齒輪、第一簧件和第二 簧件;所述的第一指段套接在近關(guān)節(jié)軸上,所述的第二簧件的兩端分別連接第一指段和近 關(guān)節(jié)軸;所述的第一齒輪套設(shè)在近關(guān)節(jié)軸上,第一齒輪與基座固接;所述的第一齒條與第 一滑塊固接,第一齒條與第一齒輪嚙合;所述的第一滑塊鑲嵌在第一指段的第一滑槽中,第 二滑塊鑲嵌在第一指段的第二滑槽中,所述的第一滑槽和第二滑槽平行,第一滑塊與第二 滑塊活接觸;所述的第二齒條與第二滑塊固接,所述的第二齒輪套固在遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸上,第二齒 輪與第二齒條嚙合;所述的第一簧件設(shè)置在第一指段與第二指段之間并且第一簧件的兩端 分別與第一指段和第二指段相連接,或者所述的第一簧件設(shè)置在第二滑塊與第一指段之間 并且第一簧件的兩端分別與第二滑塊和第一指段相連接。本發(fā)明所述的雙齒條滑塊式并聯(lián)耦合欠驅(qū)動手指裝置,其特征在于所述的第一 滑塊與第二滑塊的活接觸方式采用第一滑塊與第二滑塊單面接觸,所述的第一滑塊推動第 二滑塊向手指內(nèi)滑移。本發(fā)明所述的雙齒條滑塊式并聯(lián)耦合欠驅(qū)動手指裝置,其特征在于所述的第一 滑塊與第二滑塊的活接觸方式采用繩連接,所述的第一滑塊拉動第二滑塊向手指內(nèi)滑移。本發(fā)明所述的雙齒條滑塊式并聯(lián)耦合欠驅(qū)動手指裝置,其特征在于所述的第一 簧件采用壓簧、扭簧、拉簧或彈性繩。本發(fā)明所述的雙齒條滑塊式并聯(lián)耦合欠驅(qū)動手指裝置,其特征在于還包括傳動 機構(gòu);所述的傳動機構(gòu)包括減速器、第三齒輪和第四齒輪;所述的電機的輸出軸與減速器 的輸入軸相連,所述的第三齒輪套固在減速器的輸出軸上,所述的第四齒輪套固在近關(guān)節(jié) 軸上,所述的第三齒輪與第四齒輪嚙合。本發(fā)明所述的雙齒條滑塊式并聯(lián)耦合欠驅(qū)動手指裝置,其特征在于所述的第二 滑塊表面覆蓋有第二滑塊表面板。本發(fā)明所述的雙齒條滑塊式并聯(lián)耦合欠驅(qū)動手指裝置,其特征在于所述的近關(guān) 節(jié)軸與基座之間設(shè)置有軸承,所述的近關(guān)節(jié)軸與第一齒輪之間設(shè)置有軸承;所述的遠(yuǎn)關(guān)節(jié) 軸與第一指段之間設(shè)置有軸承。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比,具有以下優(yōu)點和突出性效果本發(fā)明裝置利用電機、兩套齒輪齒條機構(gòu)和簧件綜合實現(xiàn)了耦合轉(zhuǎn)動與欠驅(qū)動轉(zhuǎn) 動緊密結(jié)合的傳動效果,不僅能夠耦合轉(zhuǎn)動更擬人化地抓取物體,而且具備欠驅(qū)動功能,自 適應(yīng)抓取不同形狀、大小的物體;該裝置由于采用了一套傳動機構(gòu)就同時實現(xiàn)了耦合和欠 驅(qū)動抓取,使得整個手指結(jié)構(gòu)簡潔緊湊,安裝容易,制造加工成本低;該裝置耦合傳動機構(gòu) 和欠驅(qū)動傳動機構(gòu)有機融合,不相互影響,利用滑塊活接觸的多種方式實現(xiàn)了自然解耦,此解耦不消耗電機功率,能量利用率高;該裝置由于采用齒輪齒條傳動,傳動平穩(wěn)精確,外形 與人手手指相似,可以作為擬人機器人手的一個手指或手指的一部分,也可以用多個這樣 的雙齒條滑塊式并聯(lián)耦合欠驅(qū)動手指組合成為機器人手,用以達到擬人機器人手高關(guān)節(jié)自 由度、高自適應(yīng)性的優(yōu)良效果。


      圖1是本發(fā)明提供的雙齒條滑塊式并聯(lián)耦合欠驅(qū)動手指裝置的一種實施例的側(cè) 剖視圖。圖2是圖1所示實施例的正剖視圖(也是圖1的左側(cè)剖視圖)。圖3是本發(fā)明又一種實施例(第一滑塊和第二滑塊之間的活接觸采用繩連接的實 施例)的側(cè)剖視圖。圖4是本發(fā)明又一種實施例(具有變抓取力效果實施例)的正剖視圖。圖5是圖1所示實施例外觀的側(cè)視圖。圖6是圖1所示實施例外觀的正視圖。圖7是圖1所示實施例外觀的立體圖。圖8是圖1所示實施例的部分零件的立體圖。圖9是圖1所示實施例的三維爆炸視圖。圖10、11、12、13是圖1所示實施例中實現(xiàn)耦合抓取過程的側(cè)面外觀示意圖。圖14、15、16、17是圖1所示實施例中實現(xiàn)耦合抓取以及欠驅(qū)動自適應(yīng)抓取過程的 側(cè)面外觀示意圖。圖18、19、20、21是圖1所示實施例中實現(xiàn)先耦合后自適應(yīng)欠驅(qū)動的抓取方式過程 的側(cè)面外觀示意圖。在圖1至圖21中
      1-基座,11-基座架,12-基座背板,
      121-第一凸塊13-基座前板,14-基座右支承板
      15-基座連接板,2-電機,3-近關(guān)節(jié)軸,
      4_第一指段,41-第一指段架,42-第一指段背板,
      421-第二凸塊43-第一指段右支承板,5-遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸,
      6_第二指段,71--第一齒輪, 72-第--齒條,
      73-第一滑塊,74--第二滑塊, 741-滑塊表面板,
      75-第二齒條,76--第二齒輪, 8-第一簧件,
      81-第二簧件,91--減速器, 92-第三三齒輪,
      93-第四齒輪,94--套筒, 95-銷,
      96-繩,97-_物體。
      具體實施例方式下面結(jié)合附圖及實施例進一步詳細(xì)說明本發(fā)明的具體結(jié)構(gòu)、工作原理及工作過程。本發(fā)明設(shè)計的一種雙齒條滑塊式并聯(lián)耦合欠驅(qū)動手指裝置的實施例,剖視圖如圖
      61、2所示,外觀如圖5、6所示,立體外觀如圖7所示,部分零件如圖8所示,三維爆炸圖如圖 9所示,動作原理如圖10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21所示。本實施例包括基座1、 近關(guān)節(jié)軸3、第一指段4、遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸5、第二指段6和電機2,所述的電機2設(shè)置在基座1中, 電機2的輸出軸與近關(guān)節(jié)軸3相連;所述的近關(guān)節(jié)軸3套設(shè)在所述的基座1中,所述的遠(yuǎn)關(guān) 節(jié)軸5套設(shè)在第一指段4中,所述的第二指段6套固在所述的遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸5上;其特征在于 該雙齒條滑塊式并聯(lián)耦合欠驅(qū)動手指裝置還包括第一齒輪71、第一齒條72、第一滑塊73、 第二滑塊74、第二齒條75、第二齒輪76和第一簧件8 ;所述的第一指段4套固在近關(guān)節(jié)軸3 上;所述的第一齒輪71套設(shè)在近關(guān)節(jié)軸3上,第一齒輪71與基座1固接;所述的第一齒條 72與第一滑塊73固接,第一齒條72與第一齒輪71嚙合;所述的第一滑塊73鑲嵌在第一 指段4的第一滑槽中,第二滑塊74鑲嵌在第一指段4的第二滑槽中,所述的第一滑槽和第 二滑槽平行,第一滑塊73與第二滑塊74活接觸;所述的第二齒條75與第二滑塊74固接, 所述的第二齒輪76套固在遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸5上,第二齒輪76與第二齒條75嚙合;所述的第一簧 件8設(shè)置在第一指段4與第二指段6之間并且第一簧件8的兩端分別與第一指段4和第二 指段6相連接,或者所述的第一簧件8設(shè)置在第二滑塊74與第一指段4之間并且第一簧件 8的兩端分別與第二滑塊74和第一指段4相連接。本實施例中,所述的第一滑塊73與第二滑塊74的活接觸方式采用第一滑塊與第 二滑塊單面接觸,當(dāng)?shù)谝换瑝K73向手指里移動時,第一滑塊73推動第二滑塊74向手指里 滑移。當(dāng)?shù)谝恢付?碰到物體,第二滑塊74向手指里移動時,第二滑塊74不會對第一滑塊 73產(chǎn)生影響,實現(xiàn)了自然解耦。本發(fā)明中,所述的第一簧件(8)采用壓簧、扭簧、拉簧或彈性繩。本實施例中,所述 的第一簧件8采用壓簧,所述的壓簧的兩端分別連接第二滑塊74和第一指段4。其作用是 使第一指段4和第二指段6趨向于伸直狀態(tài)。另一種實施方式是,所述的第一簧件采用扭簧,所述的扭簧套設(shè)在遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸5上, 扭簧的兩端分別連接第一指段4和第二指段6。其作用是使第一指段4和第二指段6趨向 于伸直狀態(tài)。另一種實施方式是,所述的第一簧件采用拉簧或彈性繩,所述的第一簧件的兩端 分別連接第一指段4和第二指段6。其作用是使第一指段4和第二指段6趨向于伸直狀態(tài)。本實施例中,還包括傳動機構(gòu);所述的傳動機構(gòu)包括減速器91、第三齒輪92和第 四齒輪93 ;所述的電機2的輸出軸與減速器91的輸入軸相連,所述的第三齒輪92套固在 減速器91的輸出軸上,所述的第四齒輪93套固在近關(guān)節(jié)軸3上,所述的第三齒輪92與第 四齒輪93嚙合。本實施例中,所述的第二滑塊74表面覆蓋有第二滑塊表面板741?;瑝K表面板741 表面還可以覆蓋有適當(dāng)彈性的工業(yè)橡皮材料。這樣在抓取物體時,手指表面與物體之間將 形成軟指面接觸,一方面增加了手指對物體的約束程度,另一方面也可以增加摩擦力,從而 增加抓取物體的穩(wěn)定性。所述的近關(guān)節(jié)軸3和第一指段4采用銷固接,遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸5和第二指段6采用銷固接。本實施例中,所述的近關(guān)節(jié)軸3與基座之間1可以設(shè)置有軸承,所述的近關(guān)節(jié)軸3 與第一齒輪71之間可以設(shè)置有軸承;所述的遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸5與第一指段4之間可以設(shè)置有軸承。本發(fā)明還提供的一種可變抓取力的雙齒條滑塊式并聯(lián)耦合欠驅(qū)動手指裝置的實 施例,其剖視圖如圖4所示。本實施例包括基座1、近關(guān)節(jié)軸3、第一指段4、遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸5、第 二指段6和電機2,所述的電機2設(shè)置在基座1中,電機2的輸出軸與近關(guān)節(jié)軸3相連;所述 的近關(guān)節(jié)軸3套設(shè)在所述的基座1中,所述的遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸5套設(shè)在第一指段4中,所述的第二 指段6套固在所述的遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸5上;其特征在于該雙齒條滑塊式并聯(lián)耦合欠驅(qū)動手指裝 置還包括第一齒輪71、第一齒條72、第一滑塊73、第二滑塊74、第二齒條75、第二齒輪76、 第一簧件8和第二簧件81 ;所述的第一指段4套接在近關(guān)節(jié)軸3上,所述的第二簧件81的 兩端分別連接第一指段4和近關(guān)節(jié)軸3 ;所述的第一齒輪71套設(shè)在近關(guān)節(jié)軸3上,第一齒輪 71與基座1固接;所述的第一齒條72與第一滑塊73固接,第一齒條72與第一齒輪71嚙 合;所述的第一滑塊73鑲嵌在第一指段4的第一滑槽中,第二滑塊74鑲嵌在第一指段4的 第二滑槽中,所述的第一滑槽和第二滑槽平行,第一滑塊73與第二滑塊74活接觸;所述的 第二齒條75與第二滑塊74固接,所述的第二齒輪76套固在遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸5上,第二齒輪76與 第二齒條75嚙合;所述的第一簧件8設(shè)置在第一指段4與第二指段6之間并且第一簧件8 的兩端分別與第一指段4和第二指段6相連接,或者所述的第一簧件8設(shè)置在第二滑塊74 與第一指段4之間并且第一簧件8的兩端分別與第二滑塊74和第一指段4相連接。所述的第二簧件81的功能是,當(dāng)電機2帶動近關(guān)節(jié)軸3轉(zhuǎn)動時,套接在近關(guān)節(jié)軸 3上的第二簧件81產(chǎn)生形變,可帶動第一指段4轉(zhuǎn)動本發(fā)明還提供的一種雙齒條滑塊式并聯(lián)耦合欠驅(qū)動手指裝置的實施例,其剖視圖 如圖3所示。第一滑塊73與第二滑塊74的活接觸方式采用采用繩96連接,當(dāng)?shù)谝换瑝K73 向手指里移動時,第一滑塊73可拉動第二滑塊74向手指里滑移。當(dāng)?shù)谝恢付?碰到物體, 第二滑塊74向手指里移動時,第二滑塊74對第一滑塊73不會產(chǎn)生影響,實現(xiàn)了自然解耦。下面結(jié)合附圖介紹圖1所示的雙齒條滑塊式并聯(lián)耦合欠驅(qū)動手指裝置的實施例 的工作原理。機器人手指的初始狀態(tài)如圖10所示,此時手指未接觸物體97時,第一指段4相對 于基座1處于伸直狀態(tài)(第一凸塊121頂著第一指段4使手指不致于反向彎曲);第一簧 件8采用的是壓簧,該壓簧迫使第二指段6與第一指段4之間保持伸直的初始狀態(tài),即遠(yuǎn)關(guān) 節(jié)軸5不發(fā)生轉(zhuǎn)動(第二凸塊421頂著第二指段6),此時整個手指保持伸直狀態(tài)。本實施例的抓取方式有兩種,分別敘述如下(a)耦合抓取過程當(dāng)機器人手指抓取物體97時,電機2正轉(zhuǎn),通過減速器91帶動第三齒輪92轉(zhuǎn)動, 驅(qū)動第四齒輪93轉(zhuǎn)動,使近關(guān)節(jié)軸3正轉(zhuǎn),帶動第一指段4繞近關(guān)節(jié)軸3的中心線正轉(zhuǎn)(此 正轉(zhuǎn)方向是指第一指段4逐漸迎向需要抓取的物體)。由于第一齒輪71套接在近關(guān)節(jié)軸3 上且與基座1固接,因此第一指段4的轉(zhuǎn)動,會使得與第一齒條72被第一齒輪71反向撥動 (第一齒條72向手指內(nèi)部平移運動),于是鑲嵌在第一指段4中的第一滑塊73隨著齒條向 手指內(nèi)部平移運動。因為第二滑塊74與第一滑塊73單面接觸,第一滑塊73會帶動第二滑 塊74向第一指段4里滑移;第二齒條75向手指里滑移,帶動遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸5正轉(zhuǎn),第二指段6 正轉(zhuǎn)(迎向需要抓取的物體),直到手指接觸物體。本實施例的第一齒輪71和第二齒輪76的分度圓直徑相等,所以第一指段4相對于基座1轉(zhuǎn)動的角度與第二指段6相對于第一指段4轉(zhuǎn)動的角度相同,即實現(xiàn)了 1 1的 耦合傳動。綜上所述,本實施例在物體不動的情況下實現(xiàn)了耦合抓取的功能。具體運動過 程如圖10、11、12、13所示。放開物體的過程與上述抓取物體的過程相同,電機2反轉(zhuǎn),將帶動第一指段4和第 二指段6同時反向轉(zhuǎn)動,實現(xiàn)放開物體,最終回復(fù)到手指初始的伸直狀態(tài)。(b)欠驅(qū)動抓取過程有兩種欠驅(qū)動抓取過程1)第一種欠驅(qū)動抓取過程其他手指和外力直接擠壓物體,物體擠壓第二滑塊觸 發(fā)欠驅(qū)動抓取,最終第二指段快速扣住物體。具體來說,當(dāng)?shù)谝恢付?上可滑動的第二滑塊 與物體97接觸,第二指段6未與物體接觸,物體在其它手指或外力作用下向手指內(nèi)推動第 二滑塊74時,第二滑塊74向手指里滑移,因為第二滑塊74與第一滑塊73單面接觸,所以 不會對第一滑塊73產(chǎn)生影響,實現(xiàn)了自然解耦(圖3所示實施例采用繩連接方式實現(xiàn)了自 然解耦,原理與此相同,不再贅述)。第二滑塊74的滑移會帶動第二齒條75向手指里滑動, 帶動遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸5正轉(zhuǎn),使第二指段6正轉(zhuǎn)直到接觸物體實現(xiàn)了抓取,且能夠自動適應(yīng)物體的 大小形狀,是一種無需電機工作的自適應(yīng)欠驅(qū)動抓取方式。具體運動過程如圖14、15、16、17 所示。2)第二種欠驅(qū)動抓取過程物體固定不動(被手掌或其他手指、外力約束),此時 本實施例繼續(xù)轉(zhuǎn)動致使第二滑塊因物體阻擋而被壓入第一指段中從而觸發(fā)了欠驅(qū)動抓取, 最終第二指段快速扣住物體。具體來說,當(dāng)?shù)谝恢付?上可滑動的第二滑塊與物體97接 觸,第二指段6未與物體接觸,此時由于物體被手掌或其他手指約束住固定不動,第二滑塊 被物體阻擋,此時第一指段還可以轉(zhuǎn)動一個很小的角度δ,此轉(zhuǎn)動將產(chǎn)生一個第二指段相 對于第一指段1 1的耦合轉(zhuǎn)動角度S (原因見前述的耦合抓取過程),而此時由于第二滑 塊已經(jīng)相對于第一指段向手指內(nèi)部滑動了一段較小的距離Δ d,因此該變化的距離將使得 第二齒條滑動,從而帶動第二齒輪和第二指段轉(zhuǎn)動一個較大的角度θ,由于物體與第二滑 塊表面的接觸點到近關(guān)節(jié)軸中心線的距離h大于第一齒輪的分度圓半徑Γι,通過下面的計 算可知,θ會大于α,從而實現(xiàn)第二指段轉(zhuǎn)過的角度是一個較大的角度θ,不再是耦合轉(zhuǎn) 動的角度α。計算分析如下此時第一滑塊在第一指段的較小角度δ的轉(zhuǎn)動過程中會移 動一個較小的距離屯,屯=δ .Γιο而第二滑塊在第一指段的較小角度δ的轉(zhuǎn)動過程中會 移動一個較大的距離d2,d2 = δ *h,由于h大于Γι,因此d2大于屯。此時第二滑塊與第一 滑塊脫開,實現(xiàn)了自然解耦,第二滑塊平移一個距離d2,導(dǎo)致第二指段快速扣向物體,此過 程直到第二指段緊緊扣住物體,從而實現(xiàn)了欠驅(qū)動抓取過程。此欠驅(qū)動抓取實現(xiàn)了對不同 形狀大小物體的抓取,具有自適應(yīng)性,減輕了對控制系統(tǒng)的要求。第二種欠驅(qū)動抓取過程如 圖 18、19、20、21 所示。綜合(a)和(b)耦合和自適應(yīng)抓取過程可知,本實施例實現(xiàn)了一種特殊的先耦合 后自適應(yīng)欠驅(qū)動的抓取方式,解耦方式自然,無需損耗電機功率。本發(fā)明裝置利用電機、兩套齒輪齒條機構(gòu)和簧件綜合實現(xiàn)了耦合轉(zhuǎn)動與欠驅(qū)動轉(zhuǎn) 動緊密結(jié)合的傳動效果,不僅能夠耦合轉(zhuǎn)動更擬人化地抓取物體,而且具備欠驅(qū)動功能,自 適應(yīng)抓取不同形狀、大小的物體;該裝置由于采用了一套傳動機構(gòu)就同時實現(xiàn)了耦合和欠 驅(qū)動抓取,使得整個手指結(jié)構(gòu)簡潔緊湊,安裝容易,制造加工成本低;該裝置耦合傳動機構(gòu)
      9和欠驅(qū)動傳動機構(gòu)有機融合,不相互影響,利用滑塊活接觸的多種方式實現(xiàn)了自然解耦,此 解耦不消耗電機功率,能量利用率高;該裝置由于采用齒輪齒條傳動,傳動平穩(wěn)精確,外形 與人手手指相似,可以作為擬人機器人手的一個手指或手指的一部分,也可以用多個這樣 的雙齒條滑塊式并聯(lián)耦合欠驅(qū)動手指組合成為機器人手,用以達到擬人機器人手高關(guān)節(jié)自 由度、高自適應(yīng)性的優(yōu)良效果。
      權(quán)利要求
      一種雙齒條滑塊式并聯(lián)耦合欠驅(qū)動手指裝置,包括基座(1)、近關(guān)節(jié)軸(3)、第一指段(4)、遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸(5)、第二指段(6)和電機(2),所述的電機(2)設(shè)置在基座(1)中,電機(2)的輸出軸與近關(guān)節(jié)軸(3)相連;所述的近關(guān)節(jié)軸(3)套設(shè)在所述的基座(1)中,所述的遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸(5)套設(shè)在第一指段(4)中,所述的第二指段(6)套固在所述的遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸(5)上;其特征在于該雙齒條滑塊式并聯(lián)耦合欠驅(qū)動手指裝置還包括第一齒輪(71)、第一齒條(72)、第一滑塊(73)、第二滑塊(74)、第二齒條(75)、第二齒輪(76)和第一簧件(8),所述的第一指段(4)套固在近關(guān)節(jié)軸(3)上;所述的第一齒輪(71)套設(shè)在近關(guān)節(jié)軸(3)上,第一齒輪(71)與基座(1)固接;所述的第一齒條(72)與第一滑塊(73)固接,第一齒條(72)與第一齒輪(71)嚙合;所述的第一滑塊(73)鑲嵌在第一指段(4)的第一滑槽中,第二滑塊(74)鑲嵌在第一指段(4)的第二滑槽中,所述的第一滑槽和第二滑槽平行,第一滑塊(73)與第二滑塊(74)活接觸;所述的第二齒條(75)與第二滑塊(74)固接,所述的第二齒輪(76)套固在遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸(5)上,第二齒輪(76)與第二齒條(75)嚙合;所述的第一簧件(8)設(shè)置在第一指段(4)與第二指段(6)之間并且第一簧件(8)的兩端分別與第一指段(4)和第二指段(6)相連接,或者所述的第一簧件(8)設(shè)置在第二滑塊(74)與第一指段(4)之間并且第一簧件(8)的兩端分別與第二滑塊(74)和第一指段(4)相連接。
      2.一種雙齒條滑塊式并聯(lián)耦合欠驅(qū)動手指裝置,包括基座(1)、近關(guān)節(jié)軸(3)、第一指 段(4)、遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸(5)、第二指段(6)和電機(2),所述的電機⑵設(shè)置在基座⑴中,電機 (2)的輸出軸與近關(guān)節(jié)軸(3)相連;所述的近關(guān)節(jié)軸(3)套設(shè)在所述的基座(1)中,所述 的遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸(5)套設(shè)在第一指段(4)中,所述的第二指段(6)套固在所述的遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸(5) 上;其特征在于該雙齒條滑塊式并聯(lián)耦合欠驅(qū)動手指裝置還包括第一齒輪(71)、第一齒 條(72)、第一滑塊(73)、第二滑塊(74)、第二齒條(75)、第二齒輪(76)、第一簧件(8)和第 二簧件(81);所述的第一指段(4)套接在近關(guān)節(jié)軸(3)上,所述的第二簧件(81)的兩端分 別連接第一指段(4)和近關(guān)節(jié)軸(3);所述的第一齒輪(71)套設(shè)在近關(guān)節(jié)軸(3)上,第一齒 輪(71)與基座(1)固接;所述的第一齒條(72)與第一滑塊(73)固接,第一齒條(72)與第 一齒輪(71)嚙合;所述的第一滑塊(73)鑲嵌在第一指段(4)的第一滑槽中,第二滑塊(74) 鑲嵌在第一指段(4)的第二滑槽中,所述的第一滑槽和第二滑槽平行,第一滑塊(73)與第 二滑塊(74)活接觸;所述的第二齒條(75)與第二滑塊(74)固接,所述的第二齒輪(76)套 固在遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸(5)上,第二齒輪(76)與第二齒條(75)嚙合;所述的第一簧件(8)設(shè)置在第 一指段(4)與第二指段(6)之間并且第一簧件(8)的兩端分別與第一指段(4)和第二指段 (6)相連接,或者所述的第一簧件(8)設(shè)置在第二滑塊(74)與第一指段(4)之間并且第一 簧件(8)的兩端分別與第二滑塊(74)和第一指段(4)相連接。
      3.如權(quán)利要求1或2所述的雙齒條滑塊式并聯(lián)耦合欠驅(qū)動手指裝置,其特征在于所 述的第一滑塊(73)與第二滑塊(74)的活接觸方式采用第一滑塊(73)與第二滑塊(74)單 面接觸,所述的第一滑塊(73)推動第二滑塊(74)向手指內(nèi)滑移。
      4.如權(quán)利要求1或2所述的雙齒條滑塊式并聯(lián)耦合欠驅(qū)動手指裝置,其特征在于所 述的第一滑塊(73)與第二滑塊(74)的活接觸方式采用繩(96)連接,所述的第一滑塊(73) 拉動第二滑塊(74)向手指內(nèi)滑移。
      5.如權(quán)利要求1或2所述的雙齒條滑塊式并聯(lián)耦合欠驅(qū)動手指裝置,其特征在于所 述的第一簧件(8)采用壓簧、扭簧、拉簧或彈性繩。
      6.如權(quán)利要求1或2所述的雙齒條滑塊式并聯(lián)耦合欠驅(qū)動手指裝置,其特征在于還 包括傳動機構(gòu),所述的傳動機構(gòu)包括減速器(91)、第三齒輪(92)和第四齒輪(93);所述的 電機(2)的輸出軸與減速器(91)的輸入軸相連,所述的第三齒輪(92)套固在減速器(91) 的輸出軸上,所述的第四齒輪(93)套固在近關(guān)節(jié)軸(3)上,所述的第三齒輪(92)與第四齒 輪(93)嚙合。
      7.如權(quán)利要求1或2所述的雙齒條滑塊式并聯(lián)耦合欠驅(qū)動手指裝置,其特征在于所 述的第二滑塊(74)表面覆蓋有第二滑塊表面板(741)。
      8.如權(quán)利要求1或2所述的雙齒條滑塊式并聯(lián)耦合欠驅(qū)動手指裝置,其特征在于所 述的近關(guān)節(jié)軸(3)與基座(1)之間設(shè)置有軸承,所述的近關(guān)節(jié)軸(3)與第一齒輪(71)之間 設(shè)置有軸承;所述的遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸(5)與第一指段(4)之間設(shè)置有軸承。
      全文摘要
      雙齒條滑塊式并聯(lián)耦合欠驅(qū)動手指裝置,屬于擬人機器人手技術(shù)領(lǐng)域。該裝置包括基座、近關(guān)節(jié)軸、第一指段、遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸、第二指段、電機、兩套齒輪齒條傳動機構(gòu)和簧件。該裝置實現(xiàn)了耦合轉(zhuǎn)動與欠驅(qū)動轉(zhuǎn)動緊密結(jié)合的傳動效果,能耦合擬人化抓取,且具備欠驅(qū)動自適應(yīng)功能。整個手指結(jié)構(gòu)簡潔,制造加工成本低;將耦合傳動與欠驅(qū)動傳動有機融合起來,利用滑塊活接觸方式實現(xiàn)自然解耦,此解耦不消耗電機功率,能量利用率高。該裝置結(jié)構(gòu)緊湊,傳動平穩(wěn)精確,制造和維護成本低,外形與人手指相似,可以作為機器人手的一個手指或手指的一部分,也可以用多個手指組合成為機器人手,用以達到擬人機器人手高關(guān)節(jié)自由度、高自適應(yīng)性的優(yōu)良效果。
      文檔編號B25J15/08GK101941207SQ20101012499
      公開日2011年1月12日 申請日期2010年3月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月12日
      發(fā)明者孫杰, 張文增, 王龍, 都東, 陳強 申請人:清華大學(xué)
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