專利名稱：雙連桿滑塊式耦合自適應欠驅(qū)動機器人手指裝置的制作方法
雙連桿滑塊式耦合自適應欠驅(qū)動機器人手指裝置技術領域
本發(fā)明屬于機器人手技術領域，特別涉及一種雙連桿滑塊式耦合自適應欠驅(qū)動機 器人手指裝置的結(jié)構設計。
背景技術：
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 有關節(jié)自由度多、體積小，非常靈巧、控制復雜等特點與難點。機器人手主要用于對物體的 抓持和空間移動以及做手勢等其它手部動作。目前現(xiàn)有的靈巧手雖然控制靈活，但由于其 電機和傳感器數(shù)量多，其結(jié)構非常復雜，控制難度相當大，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 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 白勺^^ ； ^^ ο
已有的一種雙關節(jié)并聯(lián)欠驅(qū)動機器人手指裝置，如中國發(fā)明專利CN101633171A， 包括基座、電機、近關節(jié)軸、遠關節(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 動機構以及多個簧件解耦裝置等。當手指碰觸物體前實現(xiàn)多關節(jié)耦合轉(zhuǎn)動的效果，當手指 碰觸物體后采用多關節(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 套傳動機構分別實現(xiàn)耦合和欠驅(qū)動抓取，使得整個手指結(jié)構復雜，制造加工成本高；該裝置 耦合傳動機構和欠驅(qū)動傳動機構相互影響，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平行排列，再加上多個簧件在關節(jié)軸上安裝，致使手指過于粗 大；該裝置的兩套傳動機構均采用柔性傳動件，容易松動產(chǎn)生間隙，傳動不夠精確，要實現(xiàn) 良好效果，還需要預緊裝置，進一步增加制造、安裝和維護成本和難度。
另有一種雙關節(jié)異構并聯(lián)欠驅(qū)動機器人手指裝置，如中國發(fā)明專利 CN101^9994A，包括基座、電機、近關節(jié)軸、遠關節(jié)軸和末端指段，還包括分別實現(xiàn)耦合和欠 驅(qū)動轉(zhuǎn)動的傳動機構以及多個簧件解耦裝置等。當手指碰觸物體前實現(xiàn)多關節(jié)耦合轉(zhuǎn)動的 效果，當手指碰觸物體后采用多關節(jié)欠驅(qū)動方式抓取物體。該裝置的不足之處為該裝置 近、遠軸關節(jié)處兩套傳動裝置異構，增加了其結(jié)構的復雜性；且異構會導致兩關節(jié)轉(zhuǎn)動角度 只能在特定范圍內(nèi)近似1 1耦合，使得遠軸關節(jié)的轉(zhuǎn)動難以預測，控制難度增大。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服已有技術的不足之處，提供一種雙連桿滑塊式耦合自適 應欠驅(qū)動機器人手指裝置。該裝置能實現(xiàn)1 1耦合轉(zhuǎn)動與欠驅(qū)動轉(zhuǎn)動相結(jié)合的效果，能最 大程度上的實現(xiàn)耦合擬人化抓取，且具備欠驅(qū)動自適應功能，結(jié)構緊湊，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)明采用如下技術方案
本發(fā)明所述的一種雙連桿滑塊式耦合自適應欠驅(qū)動機器人手指裝置，包括基座、4左近關節(jié)半軸、第一指段、遠關節(jié)軸、第二指段和電機，所述的電機設置在基座中，電機的輸 出軸與左近關節(jié)半軸相連；所述的左近關節(jié)半軸套設在所述的基座中，所述的遠關節(jié)軸套 設在第一指段中，所述的第二指段套固在所述的遠關節(jié)軸上；該雙連桿滑塊式耦合自適應 欠驅(qū)動機器人手指裝置還包括第一撥盤、第一連桿、第一軸、第二軸、第一滑塊、第二滑塊、 第二連桿、第三軸、第四軸、第二撥盤和第一簧件；所述的第一指段套固在左近關節(jié)半軸上， 第一指段套設在右近關節(jié)半軸上；所述的右近關節(jié)半軸套設在基座上，右近關節(jié)半軸與左 近關節(jié)半軸共軸，右近關節(jié)半軸與第一撥盤固接，所述的第一撥盤套設在左關節(jié)半軸上，第 一撥盤與基座固接；所述的第一連桿與第一撥盤通過第一軸鉸接，另一端與第一滑塊通過 第二軸鉸接；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；所述的第二連 桿一端與第二滑塊通過第三軸鉸接，另一端與第二撥盤通過第四軸鉸接；所述的第二撥盤 套固在遠關節(jié)軸上；所述的第一簧件設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)明所述的一種雙連桿滑塊式耦合自適應欠驅(qū)動機器人手指裝置，包括基座、 左近關節(jié)半軸、第一指段、遠關節(jié)軸、第二指段和電機，所述的電機設置在基座中，電機的輸 出軸與左近關節(jié)半軸相連；所述的左近關節(jié)半軸套設在所述的基座中，所述的遠關節(jié)軸套 設在第一指段中，所述的第二指段套固在所述的遠關節(jié)軸上；該雙連桿滑塊式耦合自適應 欠驅(qū)動機器人手指裝置還包括右近關節(jié)半軸、第一撥盤、第一連桿、第一軸、第二軸、第一滑 塊、第二滑塊、第二連桿、第三軸、第四軸、第二撥盤、第一簧件和第二簧件；所述的第一指段 套固在左近關節(jié)半軸上，第一指段套設在右近關節(jié)半軸上；所述的第二簧件的兩端分別連 接第一指段和左近關節(jié)半軸；所述的右近關節(jié)半軸套設在基座上，右近關節(jié)半軸與左近關 節(jié)半軸共軸，右近關節(jié)半軸與第一撥盤固接，所述的第一撥盤套設在左關節(jié)半軸上，第一撥 盤與基座固接；所述的第一連桿一端與第一撥盤通過第一軸鉸接，另一端與第一滑塊通過 第二軸鉸接；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；所述的第二連 桿一端與第二滑塊通過第三軸鉸接，另一端與第二撥盤通過第四軸鉸接；所述的第二撥盤 套固在遠關節(jié)軸上；所述的第一簧件設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)明所述的雙連桿滑塊式耦合自適應欠驅(qū)動機器人手指裝置，所述的第一連 桿、第二連桿、第一撥盤和第二撥盤的結(jié)構參數(shù)符合以下關系設第一連桿的長度為L1，第 一撥盤的中心線到第二軸的中心線的距離為札；設第二連桿的長度為L2，第二撥盤的中心 線到第四軸的中心線的距離為R2，則-L1 R1 = L2 R2 = 2. 5 3. 5 1。
本發(fā)明所述的雙連桿滑塊式耦合自適應欠驅(qū)動機器人手指裝置，所述的遠關節(jié)軸 由左遠關節(jié)半軸和右關節(jié)半軸組成，所述的左遠關節(jié)半軸和右遠關節(jié)半軸共軸套設在第一 指段中。
本發(fā)明所述的雙連桿滑塊式耦合自適應欠驅(qū)動機器人手指裝置，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)明所述的雙連桿滑塊式耦合自適應欠驅(qū)動機器人手指裝置，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)明所述的雙連桿滑塊式耦合自適應欠驅(qū)動機器人手指裝置，所述的簧件采用 壓簧、扭簧或彈性繩。
本發(fā)明所述的雙連桿滑塊式耦合自適應欠驅(qū)動機器人手指裝置，還包括傳動機 構，所述的傳動機構包括減速器、第一齒輪和第二齒輪；所述的電機的輸出軸與減速器的輸 入軸相連，所述的第一齒輪套固在減速器的輸出軸上，所述的第二齒輪套固在近關節(jié)軸上， 所述的第一齒輪與第二齒輪嚙合。
本發(fā)明所述的雙連桿滑塊式耦合自適應欠驅(qū)動機器人手指裝置，所述的第二滑塊表面覆蓋有第二滑塊表面板。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，具有以下優(yōu)點和突出性效果
本發(fā)明裝置利用雙曲柄滑塊和簧件綜合實現(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1 1耦合轉(zhuǎn)動，使其最大限度地實現(xiàn)擬人化抓取物體，而且具備欠驅(qū) 動功能，自適應抓取不同形狀、大小的物體；該裝置關節(jié)處采取相同的傳動裝置，使其制造 加工簡單，結(jié)構簡潔緊湊，安裝容易；該裝置實現(xiàn)了耦合傳動機構和欠驅(qū)動傳動機構有機融 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。其中第一指段的曲柄滑塊機構能夠?qū)㈦姍C的大角度轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)化為第一滑塊的短 距離運動，第二指段的曲柄滑塊機構能夠通過第二滑塊的短距離運動實現(xiàn)第二指段大角度 的轉(zhuǎn)動，上述特性大大縮減了第一指節(jié)的體積。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基于雙曲柄滑塊的并聯(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節(jié)自由度、高自適應性的優(yōu)良效果。


圖1是本發(fā)明提供的雙連桿滑塊式耦合自適應欠驅(qū)動機器人手指裝置的一種實 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，-基座右支承板，
15-基座連接板，2-電機，3-近關節(jié)軸，
31-左近關節(jié)半軸，32--右近關節(jié)半軸，4-第一指段，
41-第一指段架，42--第一指段背板，421-第二二凸塊，
43-第一指段右支承板，5-遠關節(jié)軸，51-左遠關節(jié)半軸，
52-右遠關節(jié)半軸，6-第二指段，71-第--撥盤，
72-第一連桿，73-第--滑塊，74-第二二滑塊，
741-滑塊表面板，75-第:二連桿，76-第二二撥盤，
77-第一軸，78-第:一軸，79-第三軸，
80-第四軸，81-第--簧件，82-第二二簧件，
91-減速器，92-第--齒輪，93-第二二齒輪，
94-套筒，95-銷，96-繩，
97-物體。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖及實施例進一步詳細說明本發(fā)明的具體結(jié)構、工作原理及工作過程。
本發(fā)明設計的一種雙連桿滑塊式耦合自適應欠驅(qū)動機器人手指裝置的實施例，剖 視圖如圖1、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、圖11、圖12、圖13、圖14、圖15、圖16、圖17、圖18、圖 19、圖20、圖21所示。一種雙連桿滑塊式耦合自適應欠驅(qū)動機器人手指裝置，包括基座1、 左近關節(jié)半軸31、第一指段4、遠關節(jié)軸5、第二指段6和電機2，所述的電機2設置在基座 1中，電機2的輸出軸與左近關節(jié)半軸31相連；所述的左近關節(jié)半軸31套設在所述的基座 1中，所述的遠關節(jié)軸5套設在第一指段4中，所述的第二指段6套固在所述的遠關節(jié)軸5 上；該雙連桿滑塊式耦合自適應欠驅(qū)動機器人手指裝置還包括右近關節(jié)半軸32、第一撥盤 71、第一連桿72、第一軸77、第二軸78、第一滑塊73、第二滑塊74、第二連桿75、第三軸79、 第四軸80、第二撥盤76和第一簧件81 ；所述的第一指段4套固在左近關節(jié)半軸31上，第一 指段4套設在右近關節(jié)半軸32上；所述的右近關節(jié)半軸32套設在基座1上，右近關節(jié)半軸 與左近關節(jié)半軸共軸，右近關節(jié)半軸與第一撥盤71固接，所述的第一撥盤71套設在左關節(jié) 半軸31上，第一撥盤71與基座1固接；所述的第一連桿72 —端與第一撥盤71通過第一軸 77鉸接，另一端與第一滑塊73通過第二軸78鉸接；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；所述的第二連桿75 —端與第二滑塊74通過第三 軸79鉸接，另一端與第二撥盤76通過第四軸80鉸接；所述的第二撥盤76套固在遠關節(jié)軸 5上；所述的第一簧件81設置在第一指段4與第二指段6之間并且第一簧件81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81設置在第二滑塊74與第一指段4之間并且第一簧件81的兩端分別與第二滑塊74和第一指段4相連接。另有實施例 剖視圖如圖3、4所示，第二簧件82的兩端分別連接第一指段4和左近關節(jié)半軸31，其余結(jié) 構相同。
本實施例中，所述的第一連桿、第二連桿、第一撥盤和第二撥盤的結(jié)構參數(shù)符合以 下關系設第一連桿72的長度為L1，第一撥盤71的中心線到第二軸78的中心線的距離為 R1 ；設第二連桿75的長度為L2，第二撥盤76的中心線到第四軸80的中心線的距離為&，則 L<i · 一L<2 · 1^2 2· 5 “3· 5 · 1 ο
本實施例中，所述的遠關節(jié)軸5由左遠關節(jié)半軸51和右關節(jié)半軸52組成，所述的 左遠關節(jié)半軸51和右遠關節(jié)半軸52共軸套設在第一指段中。
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。
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。
本實施例中，所述的簧件81采用壓簧、扭簧或彈性繩。
本實施例中，還包括傳動機構，所述的傳動機構包括減速器91、第一齒輪92和第 二齒輪93 ；所述的電機2的輸出軸與減速器91的輸入軸相連，所述的第一齒輪92套固在 減速器91的輸出軸上，所述的第二齒輪93套固在近關節(jié)軸3上，所述的第一齒輪92與第 二齒輪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。
本發(fā)明還提供的一種雙連桿滑塊式耦合自適應欠驅(qū)動機器人手指裝置的實施例， 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?shù)?一滑塊73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?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所示的雙連桿滑塊式耦合自適應欠驅(qū)動機器人手指裝置 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81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 關節(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帶動第一齒輪92轉(zhuǎn)動， 驅(qū)動第二齒輪93轉(zhuǎn)動，使左近關節(jié)軸31正轉(zhuǎn)，帶動第一指段4繞左近關節(jié)軸31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)。由于第一撥盤71套設在左 近關節(jié)軸31上且與基座1固接，因此第一指段4的轉(zhuǎn)動，會使得與第一連桿72被第一撥盤 71反向撥動(第一連桿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 隨著第一連桿72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；第二連桿75向手指里滑移，帶動遠關節(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。
本實施例的第一撥盤71和第二撥盤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、圖11、圖12、圖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74 觸發(fā)欠驅(qū)動抓取，最終第二指段6快速扣住物體。具體來說，當?shù)谝恢付?上可滑動的第二 滑塊74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96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的滑移會帶動第二連桿75向手 指里滑動，帶動遠關節(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 適應物體的大小形狀，是一種無需電機工作的自適應欠驅(qū)動抓取方式。具體運動過程如圖 14、圖15、圖16、圖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74因物體阻擋而被壓入第一指段4中從而觸發(fā)了欠驅(qū)動 抓取，最終第二指段6快速扣住物體。具體來說，當?shù)谝恢付?上可滑動的第二滑塊74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74被物體阻擋，此時第一指段4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6相對于第一指段4的1:1的耦合轉(zhuǎn)動角度δ (原因見前述的耦合抓取過程)， 而此時由于第二滑塊74已經(jīng)相對于第一指段4向手指內(nèi)部滑動了一段較小的距離Ad，因 此該變化的距離將使得第二連桿75滑動，從而帶動第二撥盤76和第二指段6轉(zhuǎn)動一個較 大的角度θ，由于物體與第二滑塊74表面的接觸點到近關節(jié)軸3中心線的距離h大于第 一撥盤71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6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73 在第一指段4的較小角度δ的轉(zhuǎn)動過程中會移動一個較小的距離Clpd1 = δ τ10而第二 滑塊74在第一指段4的較小角度δ的轉(zhuǎn)動過程中會移動一個較大的距離(12，(12= δ -h, 由于h大于因此d2大于屯。此時第二滑塊74與第一滑塊73脫開，實現(xiàn)了自然解耦，第 二滑塊74平移一個距離d2，導致第二指段6快速扣向物體，此過程直到第二指段6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、圖19、圖20、圖21 所示。
綜合(a)和(b)耦合和自適應抓取過程可知，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 套曲柄滑塊機構和簧件綜合實現(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)動比達到了 1 1，能夠更擬人化地抓取物體，而且具備欠驅(qū)動功能，自適應抓取不 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)構簡潔緊湊，安裝容易，制造加工成本低；該裝置耦合傳動機構和欠驅(qū)動傳動 機構有機融合，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；該裝置由于采用曲柄滑塊機構傳動，結(jié)構簡單，能將較小位移放大 為較大的轉(zhuǎn)動角度；其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連桿滑塊式耦合自適應欠驅(qū)動機器人手指組合成為機器人 手，用以達到擬人機器人手高關節(jié)自由度、高自適應性的優(yōu)良效果。
權利要求
1.一種雙連桿滑塊式耦合自適應欠驅(qū)動機器人手指裝置，包括基座(1)、左近關節(jié)半 軸(31)、第一指段0)、遠關節(jié)軸(5)、第二指段(6)和電機O)，所述的電機( 設置在基 座(1)中，電機( 的輸出軸與左近關節(jié)半軸(31)相連；所述的左近關節(jié)半軸(31)套設在 所述的基座⑴中，所述的遠關節(jié)軸(5)套設在第一指段⑷中，所述的第二指段(6)套固 在所述的遠關節(jié)軸(5)上；其特征在于該雙連桿滑塊式耦合自適應欠驅(qū)動機器人手指裝 置還包括右近關節(jié)半軸(32)、第一撥盤(71)、第一連桿(72)、第一軸(77)、第二軸(78)、第 一滑塊(73)、第二滑塊(74)、第二連桿(75)、第三軸(79)、第四軸(80)、第二撥盤(76)和第 一簧件(81)；所述的第一指段(4)套固在左近關節(jié)半軸(31)上，第一指段(4)套設在右近 關節(jié)半軸(3 上；所述的右近關節(jié)半軸(3 套設在基座(1)上，右近關節(jié)半軸(3 與左 近關節(jié)半軸(31)共軸，右近關節(jié)半軸與第一撥盤(71)固接，所述的第一撥盤(71)套設在 左關節(jié)半軸(31)上，第一撥盤(71)與基座(1)固接；所述的第一連桿m 一端與第一撥 盤(71)通過第一軸(77)鉸接，另一端與第一滑塊(7 通過第二軸(78)鉸接；所述的第一 滑塊(7 鑲嵌在第一指段的第一滑槽中，第二滑塊(74)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(7 與第二滑塊(74)活接觸；所述的 第二連桿(7 —端與第二滑塊(74)通過第三軸(79)鉸接，另一端與第二撥盤(76)通過 第四軸(80)鉸接；所述的第二撥盤(76)套固在遠關節(jié)軸( 上；所述的第一簧件(81)設 置在第一指段(4)與第二指段(6)之間并且第一簧件(81)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(81)設置在第二滑塊(74)與第一指段(4)之 間并且第一簧件(81)的兩端分別與第二滑塊(74)和第一指段(4)相連接。
2.一種雙連桿滑塊式耦合自適應欠驅(qū)動機器人手指裝置，包括基座(1)、左近關節(jié)半 軸(31)、第一指段(4)、遠關節(jié)軸(5)、第二指段(6)和電機(2)，所述的電機(2)設置在基 座(1)中，電機( 的輸出軸與左近關節(jié)半軸(31)相連；所述的左近關節(jié)半軸(31)套設在 所述的基座⑴中，所述的遠關節(jié)軸(5)套設在第一指段⑷中，所述的第二指段(6)套固 在所述的遠關節(jié)軸( 上；其特征在于該雙連桿滑塊式耦合自適應欠驅(qū)動機器人手指裝 置還包括右近關節(jié)半軸(32)、第一撥盤(71)、第一連桿(72)、第一軸(77)、第二軸(78)、第 一滑塊(73)、第二滑塊(74)、第二連桿(75)、第三軸(79)、第四軸(80)、第二撥盤(76)、第 一簧件(81)和第二簧件(8 ；所述的第一指段(4)套固在左近關節(jié)半軸(31)上，第一指段 (4)套設在右近關節(jié)半軸(3 上；所述的第二簧件(8 的兩端分別連接第一指段(4)和左 近關節(jié)半軸(31)；所述的右近關節(jié)半軸(3 套設在基座(1)上，右近關節(jié)半軸(3 與左近 關節(jié)半軸(31)共軸，右近關節(jié)半軸(3 與第一撥盤(71)固接，所述的第一撥盤(71)套設 在左關節(jié)半軸(31)上，第一撥盤(71)與基座(1)固接；所述的第一連桿m 一端與第一 撥盤(71)通過第一軸(77)鉸接，另一端與第一滑塊(7 通過第二軸(78)鉸接；所述的第 一滑塊(7 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(7 與第二滑塊(74)活接觸；所述的 第二連桿(7 —端與第二滑塊(74)通過第三軸(79)鉸接，另一端與第二撥盤(76)通過 第四軸(80)鉸接；所述的第二撥盤(76)套固在遠關節(jié)軸( 上；所述的第一簧件(81)設 置在第一指段(4)與第二指段(6)之間并且第一簧件(81)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(81)設置在第二滑塊(74)與第一指段(4)之 間并且第一簧件(81)的兩端分別與第二滑塊(74)和第一指段(4)相連接。
3.如權利要求1或2所述的雙連桿滑塊式耦合自適應欠驅(qū)動機器人手指裝置，其特征 在于所述的第一連桿、第二連桿、第一撥盤和第二撥盤的結(jié)構參數(shù)符合以下關系設第一 連桿(72)的長度為L1，第一撥盤(71)的中心線到第二軸(78)的中心線的距離為R1;設第 二連桿(75)的長度為L2，第二撥盤(76)的中心線到第四軸(80)的中心線的距離為R2，則 L<i · 一L<2 · 1^2 2· 5 “3· 5 · 1 ο
4.如權利要求1或2所述的雙連桿滑塊式耦合自適應欠驅(qū)動機器人手指裝置，其特征 在于所述的遠關節(jié)軸(5)由左遠關節(jié)半軸(51)和右關節(jié)半軸(5 組成，所述的左遠關節(jié) 半軸(51)和右遠關節(jié)半軸(5 共軸套設在第一指段中。
5.如權利要求1或2所述的雙連桿滑塊式耦合自適應欠驅(qū)動機器人手指裝置，其特征 在于所述的第一滑塊(7 與第二滑塊(74)的活接觸方式采用第一滑塊(7 與第二滑塊 (74)單面接觸，所述的第一滑塊(7 推動第二滑塊(74)向手指內(nèi)滑移。
6.如權利要求1或2所述的雙連桿滑塊式耦合自適應欠驅(qū)動機器人手指裝置，其特征 在于所述的第一滑塊(7 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(7 拉動第二滑塊(74)向手指內(nèi)滑移。
7.如權利要求1或2所述的雙連桿滑塊式耦合自適應欠驅(qū)動機器人手指裝置，其特征 在于所述的第一簧件(81)采用壓簧、扭簧或彈性繩。
8.如權利要求1或2所述的雙連桿滑塊式耦合自適應欠驅(qū)動機器人手指裝置，其特征 在于該裝置還包括傳動機構，所述的傳動機構包括減速器(91)、第一齒輪(92)和第二齒 輪(9 ；所述的電機O)的輸出軸與減速器(91)的輸入軸相連，所述的第一齒輪(92)套 固在減速器(91)的輸出軸上，所述的第二齒輪(9 套固在近關節(jié)軸( 上，所述的第一齒 輪(92)與第二齒輪(93)嚙合。
9.如權利要求1或2所述的雙連桿滑塊式耦合自適應欠驅(qū)動機器人手指裝置，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)。
全文摘要
雙連桿滑塊式耦合自適應欠驅(qū)動機器人手指裝置，屬于擬人機器人手技術領域。該裝置包括基座、近關節(jié)軸、第一指段、遠關節(jié)軸、第二指段、電機、兩套曲柄滑塊傳動機構和簧件。該裝置實現(xiàn)了1:1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)動自適應功能。整個手指指節(jié)采用相同的傳動機構，其結(jié)構簡潔，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節(jié)自由度、高自適應性的優(yōu)良效果。
文檔編號B25J15/08GK102039598SQ20101053196
公開日2011年5月4日 申請日期2010年11月4日 優(yōu)先權日2010年11月4日
發(fā)明者孫杰, 張文增, 羅天宇 申請人:清華大學