一種基于齒輪傳動的多自由度機械手的制作方法
【專利說明】
所屬技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于機械手驅(qū)動技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于齒輪傳動的多自由度機械手。
【背景技術(shù)】
[0002]目前機械手的驅(qū)動方式多使用伺服電機驅(qū)動、鋼絲驅(qū)動、液壓驅(qū)動等，少部分使用人造肌肉驅(qū)動；其中伺服電機驅(qū)動和鋼絲驅(qū)動需要使用與機械手自由度數(shù)目相同的驅(qū)動電機數(shù)目，造成機構(gòu)較為復(fù)雜，當然成本是最低的；液壓驅(qū)動需要強大的動力來對液壓油增壓驅(qū)動，將會增加了設(shè)備的重量和對技術(shù)成熟度要求較高，所以成本較高，對于人造肌肉驅(qū)動，雖然驅(qū)動的方式先進，但是制造成本目前是最高的，導(dǎo)致一般的機械手使用人造肌肉驅(qū)動很不劃算。所以設(shè)計一款成本較低和結(jié)構(gòu)簡單的驅(qū)動方式是非常具有必要的。另外，針對所設(shè)計的驅(qū)動方式如何利用這種驅(qū)動方式驅(qū)動機械手也是具有設(shè)計意義的。
[0003]本發(fā)明設(shè)計一種基于齒輪傳動的多自由度機械手解決如上問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為解決現(xiàn)有技術(shù)中的上述缺陷，本發(fā)明公開一種基于齒輪傳動的多自由度機械手，它是采用以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的。
[0005]—種基于齒輪傳動的多自由度機械手，其特征在于:它包括第二副指、動力驅(qū)動機構(gòu)、第二副指支撐、第一副指、第一副指支撐、第三支撐板、主指、機械手固定結(jié)構(gòu)、副指固定結(jié)構(gòu)、第一支撐板、第二支撐板，其中第一副指通過副指固定結(jié)構(gòu)安裝在第一副指支撐上，第二副指通過副指固定結(jié)構(gòu)安裝在第二副指支撐上，第一副指支撐和第二副指支撐并列安裝在第三支撐板上；主指安裝在第三支撐板上，第一支撐板安裝在第三支撐板上，第二支撐板安裝在第一支撐板上，動力驅(qū)動機構(gòu)安裝在第一支撐板和第二支撐板上；機械手固定機構(gòu)安裝在第一支撐板上，機械手固定結(jié)構(gòu)用來固定整個機械手。本發(fā)明設(shè)計了三根手指，模仿拇指、食指、中指，基本能夠完成大部分人手能夠完成的動作，即結(jié)構(gòu)簡單又能盡可能完成人手的行為仿真。
[0006]上述第一副指和第二副指具有相同的結(jié)構(gòu)，對于任意一個副指，它包括第二驅(qū)動齒輪、副指驅(qū)動齒輪固定結(jié)構(gòu)、副指驅(qū)動錐齒、手指運動齒輪、副指第一支架、副指第二支架、副指第四齒輪、副指第三支架、副指第四支架、副指第一齒輪、副指第八齒輪、副指第二齒輪、副指第九齒輪、副指第十齒輪、副指第三齒輪、副指第七齒輪、副指第六齒輪、副指第五齒輪、副指第i^一齒輪、手指運動齒輪固定結(jié)構(gòu)，其中第二驅(qū)動齒輪和副指驅(qū)動錐齒通過轉(zhuǎn)軸安裝在副指驅(qū)動齒輪固定結(jié)構(gòu)上，副指第一支架通過副指固定結(jié)構(gòu)安裝在副指支撐上，副指第二支架通過固定在副指第一支架上的圓柱銷安裝在副指第一支架上，副指第三支架通過固定在副指第三支架上的圓柱銷安裝在副指第二支架上，副指第四支架通過固定在副指第四支架上的圓柱銷安裝在副指第三支架上；手指運動齒輪固定結(jié)構(gòu)為一空心圓柱體，安裝在副指第二支架側(cè)面，且空心圓柱體軸線與副指第一支架和副指第二支架連接的圓柱銷的軸線重合，手指運動齒輪安裝在手指運動齒輪固定結(jié)構(gòu)上，手指運動齒輪與副指驅(qū)動錐齒嚙合；副指第一齒輪和副指第八齒輪固定在副指第一支架的圓柱銷上，副指第二齒輪和副指第九齒輪安裝在副指第二支架上的靠近副指第一支架的轉(zhuǎn)軸上，副指第三齒輪、副指第四齒輪和副指第十齒輪安裝在副指第二支架上的靠近副指第三支架的轉(zhuǎn)軸上，副指第五齒輪安裝在副指第三支架上的圓柱銷上且能夠相對于圓柱銷轉(zhuǎn)動，副指第十一齒輪固定在副指第三支架上的圓柱銷上，副指第六齒輪安裝在副指第三支架上的轉(zhuǎn)軸上，副指第七齒輪固定在副指第四支架上的圓柱銷上；副指第一齒輪、副指第二齒輪、副指第三齒輪依次相互嚙合，副指第四齒輪、副指第五齒輪、副指第六齒輪、副指第七齒輪依次相互嚙合，副指第三齒輪和副指第四齒輪相互固定在一起，副指第八齒輪、副指第九齒輪、副指第十齒輪、副指第十一齒輪依次相互嚙合；副指第三齒輪直徑小于副指第四齒輪直徑。直徑關(guān)系的設(shè)計目的在于:為了讓機械手的運動更像人的手臂運動方式，副指第二支架、副指第三支架、副指第四支架之間必須相對轉(zhuǎn)動，當手指運動齒輪帶動副指第二支架轉(zhuǎn)動時，通過運動齒輪傳動帶動副指第十一齒輪轉(zhuǎn)動進而帶動副指第三支架相對于副指第二支架轉(zhuǎn)動一定角度；若副指第五齒輪與副指第十一齒輪轉(zhuǎn)動角度相同，那么副指第四支架相對于副指第三支架將不會有相對轉(zhuǎn)動，要想讓副指第四支架相對于副指第三支架相對轉(zhuǎn)動，必須使副指第五齒輪轉(zhuǎn)角大于副指第十一齒輪，所以設(shè)計副指第三齒輪和副指第四齒輪改變一下齒輪傳動的傳動比，進而使副指第五齒輪轉(zhuǎn)角大于副指第十一齒輪。
[0007]上述主指包括主指第一支架、主指第一齒輪、主指第二齒輪、主指第三齒輪、主指第二支架、主指第四齒輪、主指第三支架、主指傳動齒輪、第一傳動軸固定結(jié)構(gòu)、第一傳動軸、第三驅(qū)動齒輪、第三驅(qū)動齒輪固定結(jié)構(gòu)、第二傳動軸固定結(jié)構(gòu)、第二傳動軸、錐齒組合、手指運動齒輪、手指運動齒輪固定結(jié)構(gòu)，其中主指第一支架安裝在第三支撐板上，主指第二支架通過固定在主指第一支架上的圓柱銷安裝在主指第一支架上，主指第三支架通過固定在主指第三支架上的圓柱銷安裝在主指第二支架上，手指運動齒輪通過手指運動齒輪固定結(jié)構(gòu)安裝在主指第二支架側(cè)面，手指運動齒輪固定結(jié)構(gòu)為一空心圓柱體，空心圓柱體軸線與主指第一支架和主指第二支架連接的圓柱銷的軸線重合；主指傳動齒輪安裝在第一傳動軸上，并且與手指運動齒輪嚙合，第一傳動軸通過第一傳動軸固定結(jié)構(gòu)安裝在第三支撐板上，第二傳動軸通過第二傳動軸固定結(jié)構(gòu)安裝在第三支撐板上，第一傳動軸與第二傳動軸之間通過錐齒組連接，第三驅(qū)動齒輪通過轉(zhuǎn)軸安裝在第三驅(qū)動齒輪固定結(jié)構(gòu)上，第三驅(qū)動齒輪固定結(jié)構(gòu)安裝在第三支撐板上，第二傳動軸與第三驅(qū)動齒輪轉(zhuǎn)軸通過錐齒組傳動；
上述動力驅(qū)動機構(gòu)包括往復(fù)驅(qū)動電機、撥盤、槽輪支撐輪、搖桿、第一支耳、滑動套、導(dǎo)軌支撐、導(dǎo)軌、齒輪驅(qū)動電機支撐、齒輪驅(qū)動電機、齒輪驅(qū)動電機固定環(huán)、齒輪驅(qū)動機構(gòu)、槽輪、槽輪轉(zhuǎn)軸、圓柱銷、轉(zhuǎn)臂、齒輪驅(qū)動電機卡軸、導(dǎo)電塊、齒輪驅(qū)動電機轉(zhuǎn)軸，其中往復(fù)驅(qū)動電機安裝在第一支撐板上，撥盤安裝在往復(fù)驅(qū)動電機轉(zhuǎn)軸上，轉(zhuǎn)臂一端安裝在撥盤中心且轉(zhuǎn)臂指向為撥盤徑向方向，槽輪安裝在槽輪支撐輪上，槽輪通過槽輪轉(zhuǎn)軸安裝在第一支撐板上，圓柱銷一端安裝在轉(zhuǎn)臂端頭，另一端與槽輪的槽配合；搖桿一端通過銷安裝在槽輪支撐輪側(cè)面且非圓心處，搖桿另一端通過轉(zhuǎn)軸安裝在第一支耳上，第一支耳安裝在滑動套一端，導(dǎo)軌一端安裝在滑動套內(nèi)部，導(dǎo)軌另一端安裝在導(dǎo)軌支撐上，導(dǎo)軌支撐安裝在第一支撐板上；齒輪驅(qū)動電機安裝在齒輪驅(qū)動電機固定環(huán)內(nèi)，固定環(huán)通過齒輪驅(qū)動電機支撐安裝在滑動套外圓柱面上；齒輪驅(qū)動電機轉(zhuǎn)軸為圓柱體，齒輪驅(qū)動電機卡軸為非圓柱體，一段齒輪驅(qū)動電機轉(zhuǎn)軸與兩段齒輪驅(qū)動電機卡軸組成電機軸；三個齒輪驅(qū)動機構(gòu)安裝在第二支撐板上；齒輪驅(qū)動電機卡軸兩側(cè)分別安裝有導(dǎo)電塊。第一支撐板安裝在第二支撐板上。齒輪驅(qū)動電機與固定環(huán)固定，隨著滑套間隙往復(fù)運動，會出現(xiàn)運動中在某幾個位置停留一段時間；上述齒輪驅(qū)動機構(gòu)包括電磁鐵、第一驅(qū)動齒輪、驅(qū)動齒輪中心孔、驅(qū)動齒輪空心轉(zhuǎn)軸、電磁鐵卡孔、電磁鐵空心轉(zhuǎn)軸、電磁鐵支撐、電磁鐵轉(zhuǎn)軸套、驅(qū)動齒輪轉(zhuǎn)軸套、驅(qū)動齒輪支撐、導(dǎo)電線圈、電磁鐵導(dǎo)電片，其中電磁鐵中心開有電磁鐵卡孔，電磁鐵空心轉(zhuǎn)軸安裝在電磁鐵一側(cè)中心，電磁鐵空心轉(zhuǎn)軸安裝在電磁鐵轉(zhuǎn)軸套內(nèi)，電磁鐵轉(zhuǎn)軸套安裝在電磁鐵支撐上，電磁鐵支撐安裝在第二支撐板上；第一驅(qū)動齒輪中心開有驅(qū)動齒輪中心孔，驅(qū)動齒輪空心轉(zhuǎn)軸安裝在第一驅(qū)動齒輪一側(cè)中心，驅(qū)動齒輪空心轉(zhuǎn)軸安裝在驅(qū)動齒輪轉(zhuǎn)軸套內(nèi)，驅(qū)動齒輪轉(zhuǎn)軸套安裝在驅(qū)動齒輪支撐上，驅(qū)動齒輪支撐安裝在第二支撐板上；導(dǎo)電線圈纏繞在電磁鐵上，電磁鐵導(dǎo)電片安裝在電磁鐵卡孔內(nèi)表面，并且與導(dǎo)電塊配合；電磁鐵卡孔橫截面與齒輪驅(qū)動電機卡軸橫截面相同，第一驅(qū)動齒輪中心孔大于齒輪驅(qū)動電機卡軸最大外緣尺寸。
[0008]設(shè)計齒輪驅(qū)動機構(gòu)目的在于:將齒輪驅(qū)動電機卡軸扭矩傳動到齒輪上，通過齒輪傳動，將電機卡軸扭矩傳導(dǎo)到機械手的關(guān)節(jié)上。本發(fā)明意在設(shè)計一款一個驅(qū)動電機能夠驅(qū)動多個齒輪的驅(qū)動機構(gòu)，發(fā)明利用槽輪間隙機構(gòu)，驅(qū)動搖桿，使得驅(qū)動電機能夠在往復(fù)運動的同時在某些位置處具有停留時間，在這里的某些位置處，將設(shè)計的齒輪驅(qū)動機構(gòu)安裝在轉(zhuǎn)軸往復(fù)經(jīng)過的停留位置上；齒輪驅(qū)動電機轉(zhuǎn)軸為卡軸，為非圓柱形，電磁鐵的卡孔截面與卡軸相似，卡孔套在卡軸上，卡軸能夠帶動具有卡孔的電磁鐵轉(zhuǎn)動；齒輪的中心孔遠大于卡軸，所以卡軸轉(zhuǎn)動不帶動齒輪轉(zhuǎn)動，并且所設(shè)計的沒有通電的電磁鐵轉(zhuǎn)動時是無法帶動齒輪轉(zhuǎn)動的，當電機轉(zhuǎn)軸到達停留位置，通過卡軸上的導(dǎo)電塊與電磁鐵接觸，導(dǎo)致電磁鐵通電產(chǎn)生磁性，吸住齒輪表面，進而帶動齒輪運動，在停留位置的停留的短暫時間內(nèi)，控制驅(qū)動電機轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)速從而控制機械手關(guān)節(jié)的運動幅度，每個停留點均設(shè)置一個齒輪驅(qū)動機構(gòu)，驅(qū)動不同的機械手關(guān)節(jié)。
[0009]作為本技術(shù)的進一步改進，上述導(dǎo)電塊包括第一導(dǎo)電塊和第二導(dǎo)電塊，上述電磁鐵導(dǎo)電片包括第一電磁鐵導(dǎo)電片和第二電磁鐵導(dǎo)電片，上述齒輪驅(qū)動電機包括第一電刷、第二電刷、第一導(dǎo)電環(huán)和第二導(dǎo)電環(huán)，其中第一導(dǎo)電環(huán)和第