专利名称：三齿条滑块耦合自适应欠驱动机器人手指装置的制作方法
技术领域：
本发明属于拟人机器人手技术领域，特别涉及一种三齿条滑块耦合自适应欠驱动 机器人手指装置的结构设计。
背景技术：
机器人手作为机器人不可或缺的一部分，相对于机器人的其它部分，机器人手具 有关节自由度多、体积小，非常灵巧、控制复杂等特点与难点。机器人手主要用于对物体的 抓持和空间移动以及作手势等其它手部动作。目前现有的灵巧手虽然控制灵活，但是电机 数量多，结构非常复杂，控制难度相当大，制造和维护成本非常高，这些因素阻碍了灵巧手 型机器人手在现实生活中的广泛推广应用。近年来快速发展的耦合抓取型机器人手和欠驱 动抓取型机器人手虽然不具备灵巧手的高灵活度，但是电机数量少，结构简单，控制容易， 大大降低了制造和使用成本，并且能较好抓取常见物体，成为发展和研究的热点。已有的一种双关节并联欠驱动机器人手指装置，如中国发明专利CN 101633171A, 包括基座、电机、近关节轴、远关节轴和末端指段，还包括分别实现耦合和欠驱动转动的传 动机构以及多个簧件解耦装置等。当手指碰触物体前实现多关节耦合转动的效果，当手指 碰触物体后采用多关节欠驱动方式抓取物体。该装置的不足之处为该装置由于采用了两 套传动机构分别实现耦合和欠驱动抓取，使得整个手指结构复杂，制造加工成本高；该装置 耦合传动机构和欠驱动传动机构相互影响，采用了三个簧件来解耦，但内耗了电机的功率； 该装置的两套传动机构平行排列，再加上多个簧件在关节轴上安装，致使手指过于粗大；该 装置的两套传动机构均采用柔性传动件，容易松动产生间隙，传动不够精确，要实现良好效 果，还需要预紧装置，进一步增加制造、安装和维护成本和难度。
发明内容
本发明的目的是为了克服已有技术的不足之处，提供一种三齿条滑块耦合自适应 欠驱动机器人手指装置。该装置能实现耦合转动与欠驱动转动相结合的效果，能耦合拟人 化抓取，且具备欠驱动自适应功能，结构紧凑，传动平稳精确，制造和维护成本低，外形与人 手指相似，适用于拟人机器人手。本发明采用如下技术方案本发明所述的一种三齿条滑块耦合自适应欠驱动机器人手指装置，包括基座、近 关节轴、第一指段、远关节轴、第二指段和电机，所述的电机设置在基座中，电机的输出轴与 近关节轴相连；所述的近关节轴套设在所述的基座中，所述的远关节轴套设在第一指段中， 所述的第二指段套固在所述的远关节轴上；其特征在于该三齿条滑块耦合自适应欠驱动 机器人手指装置还包括第一齿轮、第一齿条、第一滑块、第二齿条、第二齿轮、拨块、第三齿 轮、第三齿条、第二滑块和第一簧件，所述的第一指段套固在近关节轴上；所述的第一齿轮 套设在近关节轴上，第一齿轮与基座固接；所述的第一齿条与第一齿轮啮合，第一滑块的两 端分别固接第一齿条和第二齿条；所述的第一滑块镶嵌在第一指段的第一滑槽中，所述的第二齿条与第二齿轮啮合，第二齿轮套接在远关节轴上，拨块与第二齿轮固接，拨块与第二指段活接触；所述的第三齿轮套固在远关节轴上，所述的第三齿条与第三齿轮啮合，所述的 第二滑块与第三齿条固接，第二滑块镶嵌在第一指段的第二滑槽中；令第一齿条与第一齿 轮的啮合点为，第二齿条与第二齿轮的啮合点为，第一齿轮的中心点为，第二齿轮的中心点 为O2，线段O1A、线段AB、线段BO2和线段O2O1构成“8”字形，线段AB和线段O1O2的交点位于 O1和O2之间；所述的第一簧件设置在第一指段与第二指段之间并且第一簧件的两端分别与 第一指段和第二指段相连接，或者所述的第一簧件设置在第二滑块与第一指段之间并且第 一簧件的两端分别与第二滑块和第一指段相连接。本发明所述的又一种三齿条滑块耦合自适应欠驱动机器人手指装置，包括基座、 近关节轴、第一指段、远关节轴、第二指段和电机，所述的电机设置在基座中，电机的输出轴 与近关节轴相连；所述的近关节轴套设在所述的基座中，所述的远关节轴套设在第一指段 中，所述的第二指段套固在所述的远关节轴上；其特征在于该三齿条滑块耦合自适应欠 驱动机器人手指装置还包括第一齿轮、第一齿条、第一滑块、第二齿条、第二齿轮、拨块、第 三齿轮、第三齿条、第二滑块、第一簧件和第二簧件，所述的第一指段套接在近关节轴上，所 述的第二簧件的两端分别连接第一指段和近关节轴；所述的第一齿轮套设在近关节轴上， 第一齿轮与基座固接；所述的第一齿条与第一齿轮啮合，第一滑块的两端分别固接第一齿 条和第二齿条；所述的第一滑块镶嵌在第一指段的第一滑槽中，所述的第二齿条与第二齿 轮啮合，第二齿轮套接在远关节轴上，拨块与第二齿轮固接，拨块与第二指段活接触；所述 的第三齿轮套固在远关节轴上，所述的第三齿条与第三齿轮啮合，所述的第二滑块与第三 齿条固接，第二滑块镶嵌在第一指段的第二滑槽中；令第一齿条与第一齿轮的啮合点为A， 第二齿条与第二齿轮的啮合点为B，第一齿轮的中心点为O1,第二齿轮的中心点为O2，线段 O1A、线段AB、线段BO2和线段O2O1构成“8”字形，线段AB和线段O1O2的交点位于O1和O2之 间；所述的第一簧件设置在第一指段与第二指段之间并且第一簧件的两端分别与第一指段 和第二指段相连接，或者所述的第一簧件设置在第二滑块与第一指段之间并且第一簧件的 两端分别与第二滑块和第一指段相连接。本发明所述的三齿条滑块耦合自适应欠驱动机器人手指装置，其特征在于所述 的拨块与第二指段的活接触方式采用拨块与第二指段单面接触，所述的拨块推动第二指段 绕远关节轴中心朝抓取物体方向转动。本发明所述的三齿条滑块耦合自适应欠驱动机器人手指装置，其特征在于所述 的拨块与第二指段的活接触方式采用绳连接，所述的拨块拉动第二指段绕远关节轴中心朝 抓取物体方向转动。本发明所述的三齿条滑块耦合自适应欠驱动机器人手指装置，其特征在于所述 的第一簧件采用压簧、扭簧、拉簧、片簧、发条或弹性绳。本发明所述的三齿条滑块耦合自适应欠驱动机器人手指装置，其特征在于还包 括传动机构，所述的传动机构包括减速器、第四齿轮和第五齿轮；所述的电机的输出轴与减 速器的输入轴相连，所述的第四齿轮套固在减速器的输出轴上，所述的第五齿轮套固在近 关节轴上，所述的第四齿轮与第五齿轮啮合。本发明所述的三齿条滑块耦合自适应欠驱动机器人手指装置，其特征在于所述 的第二滑块表面覆盖有第二滑块表面板。
本发明所述的三齿条滑块耦合自适应欠驱动机器人手指装置，其特征在于所述 的近关节轴与基座之间设置有轴承，所述的近关节轴与第一齿轮之间设置有轴承；所述的 远关节轴与第一指段之间设置有轴承。本发明与现有技术相比，具有以下优点和突出性效果本发明装置利用电机、三对齿轮齿条机构和簧件综合实现了耦合转动与欠驱动转 动紧密结合的传动效果，不仅能够耦合转动更拟人化地抓取物体，而且具备欠驱动功能，自 适应抓取不同形状、大小的物体；该装置结构简洁紧凑，安装容易，制造加工成本低；该装 置耦合传动机构和欠驱动传动机构有机融合，不相互影响，利用滑块活接触的多种方式实 现了自然解耦，此解耦不消耗电机功率，能量利用率高；该装置由于采用齿轮齿条传动，传 动平稳精确，外形与人手手指相似，可以作为拟人机器人手的一个手指或手指的一部分，也 可以用多个这样的双齿条滑块式并联耦合欠驱动手指组合成为机器人手，用以达到拟人机 器人手高关节自由度、高自适应性的优良效果。
图1与图2分别是本发明提供的三齿条滑块耦合自适应欠驱动机器人手指装置的 一种实施例的侧剖视图与正剖视图。图3是手指在扭簧连接下的正剖视图。图4、图5分别是本发明手指在扭簧连接下外观的侧视图和外观的正视图。图6为第一齿条与第一齿轮的啮合点为A、第二齿条与第二齿轮的啮合点为B、第 一齿轮的中心点O1和第二齿轮的中心点O2四点所形成的8字形示意图。图7是图1所示实施例外观的立体图。图8是图1所示实施例的三维爆炸视图。图9、10、11、12、13、14是图1所示实施例中实现耦合抓取过程的侧面外观示意图。图15、16、17、18、19、20是图1所示实施例中实现耦合抓取过程的侧剖视图。图21、22、23、24、25是图1所示实施例中实现耦合抓取以及欠驱动自适应抓取过 程的侧面外观示意图。图26、27、28、29、30是图1所示实施例中实现先耦合后自适应欠驱动的抓取方式 过程的侧面外观示意图。图31、32、33、34、35是图1所示实施例中实现耦合抓取以及欠驱动自适应抓取过 程的侧剖面图。在图1至图35中1-基座，Ia-基座架，Ib-基座背板，Ic-基座前板，Id-基座右支承板， 191-第一凸块，2-电机，3-近关节轴，4-第一指段，4a_第一指段底板， 4b_第一指段背板，4c-第一指段左支承板，4d-第一指段右支承板，4e-第一滑槽，4f_第二滑槽，491-第二凸块，5-远关节轴，6-第二指段，7-第一齿轮，8-第一齿条，9-第一滑块，
10-第二齿条，11-第二齿轮，12-拨块，13-第三齿轮，14-第三齿条，15-第二滑块，I6-第一簧件，17-减速器，18-第四齿轮，19-第五齿轮，20-第二滑块表面板，21-第二簧件，22-套筒，23-销，24-所抓物体，25-绳。
具体实施例方式下面结合附图及实施例进一步详细说明本发明的具体结构、工作原理及工作过程。本发明设计的一种三齿条滑块耦合自适应欠驱动机器人手指装置的实施例，剖视 图如图1、2所示，外观如图5、6所示，立体外观如图7所示，部分零件如图8所示，三维爆炸 图如图9所示，动作原理如图10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21所示。本实施例包括 基座、近关节轴、第一指段、远关节轴、第二指段6和电机2，所述的电机2设置在基座1中， 电机2的输出轴与近关节轴3相连；所述的近关节轴3套设在所述的基座1中，所述的远关 节轴5套设在第一指段4中，所述的第二指段6套固在所述的远关节轴5上；其特征在于 该三齿条滑块耦合自适应欠驱动机器人手指装置还包括第一齿轮7、第一齿条8、第一滑块 9、第二齿条10、第二齿轮11、拨块12、第三齿轮13、第三齿条14、第二滑块15和第一簧件 16，所述的第一指段4套固在近关节轴3上；所述的第一齿轮7套设在近关节轴3上，第一 齿轮7与基座1固接；所述的第一齿条8与第一齿轮7啮合，第一滑块9的两端分别固接第 一齿条8和第二齿条；所述的第一滑块9镶嵌在第一指段4的第一滑槽4e中，所述的第二 齿条10与第二齿轮11啮合，第二齿轮11套接在远关节轴5上，拨块12与第二齿轮11固 接，拨块12与第二指段6活接触；所述的第三齿轮13套固在远关节轴5上，所述的第三齿 条14与第三齿轮13啮合，所述的第二滑块15与第三齿条14固接，第二滑块15镶嵌在第 一指段4的第二滑槽4f中；令第一齿条8与第一齿轮7的啮合点为A，第二齿条10与第二 齿轮11的啮合点为B，第一齿轮7的中心点为O1，第二齿轮11的中心点为O2，线段(VUAB、 BO2和O2O1构成“8”字形，AB和O1O2的交点位于O1和O2之间；所述的第一簧件16设置在 第一指段4与第二指段6之间并且第一簧件16的两端分别与第一指段4和第二指段6相 连接，或者所述的第一簧件16设置在第二滑块15与第一指段4之间并且第一簧件16的两 端分别与第二滑块15和第一指段4相连接。本发明提供的又一种三齿条滑块耦合自适应欠驱动机器人手指装置的实施例如 图4所示，包括基座1、近关节轴3、第一指段4、远关节轴5、第二指段6和电机2，所述的电 机2设置在基座1中，电机2的输出轴与近关节轴3相连；所述的近关节轴3套设在所述的 基座1中，所述的远关节轴5套设在第一指段4中，所述的第二指段6套固在所述的远关节 轴5上；其特征在于该三齿条滑块耦合自适应欠驱动机器人手指装置还包括第一齿轮7、 第一齿条8、第一滑块9、第二齿条10、第二齿轮11、拨块12、第三齿轮13、第三齿条14、第二 滑块15、第一簧件16和第二簧件21，所述的第一指段4套接在近关节轴3上，所述的第二 簧件21的两端分别连接第一指段4和近关节轴3 ；所述的第一齿轮7套设在近关节轴3上，第一齿轮7与基座1固接；所述的第一齿条8与第一齿轮7啮合，第一滑块9的两端分别固接第一齿条8和第二齿条；所述的第一滑块9镶嵌在第一指段4的第一滑槽4e中，所述的 第二齿条10与第二齿轮11啮合，第二齿轮11套接在远关节轴5上，拨块12与第二齿轮11 固接，拨块12与第二指段6活接触；所述的第三齿轮13套固在远关节轴5上，所述的第三 齿条14与第三齿轮13啮合，所述的第二滑块15与第三齿条14固接，第二滑块15镶嵌在 第一指段4的第二滑槽4f中；令第一齿条8与第一齿轮7的啮合点为A，第二齿条10与第 二齿轮11的啮合点为B，第一齿轮7的中心点为O1，第二齿轮11的中心点为O2，线段AA、 ΑΒ、Β02和O2O1构成“8”字形，AB和O1O2的交点位于O1和O2之间；所述的第一簧件16设置 在第一指段4与第二指段6之间并且第一簧件16的两端分别与第一指段4和第二指段6相 连接，或者所述的第一簧件16设置在第二滑块15与第一指段4之间并且第一簧件16的两 端分别与第二滑块15和第一指段4相连接。所述的第二簧件21的功能是，当电机2带动 近关节轴3转动时，套接在近关节轴3上的第二簧件21产生形变，可带动第一指段4转动， 当手指已经抓取物体后，电机继续旋转一定角度，第二簧件发生变形产生较大的弹力，此弹 力通过手指施加在物体上形成抓取力，因此可以通过控制电机转动角度来控制抓取力而达 到变抓取力的目的。
本实施例中，所述的拨块12与第二指段6的活接触方式采用拨块12与第二指段 6单面接触，所述的拨块12推动第二指段6绕远关节轴中心朝抓取物体方向转动。当第二 齿轮11运动时(沿图示抓取物体方向)带动第二指段6运动，反之第二指段6运动时(沿 抓取物体方向)却不受第二齿轮11影响，实现了自然解耦。本发明装置的另一种实施方式所述的拨块12与第二指段6的活接触方式采用绳 25连接，如图3所示，所述的拨块12拉动第二指段6绕远关节轴中心朝抓取物体方向转动。 当第二齿轮11运动时(沿图示抓取物体方向)带动第二指段6运动，反之第二指段6运动 时(沿抓取物体方向)却不受第二齿轮11影响，实现了自然解耦。本发明所述的第一簧件16采用压簧、扭簧、拉簧、片簧、发条或弹性绳。本实施例 中，所述的第一簧件16采用压簧。所述的压簧的两端分别连接第二滑块15和第一指段4 的背板4b。其作用是使第一指段4和第二指段6趋向于伸直状态。本实施例还包括传动机构，所述的传动机构包括减速器17、第四齿轮18和第五齿 轮19 ；所述的电机2的输出轴与减速器17的输入轴相连，所述的第四齿轮18套固在减速 器17的输出轴上，所述的第五齿轮19套固在近关节轴3上，所述的第四齿轮18与第五齿 轮19啮合。本实施例中，所述的第二滑块15表面覆盖有第二滑块表面板20。滑块表面板20 表面还可以覆盖有适当弹性的工业橡皮材料。这样在抓取物体时，手指表面与物体之间将 形成软指面接触，一方面增加了手指对物体的约束程度，另一方面也可以增加摩擦力，从而 增加抓取物体的稳定性。本实施例中，所述的近关节轴3与基座1之间设置有轴承，所述的近关节轴3与第 一齿轮7之间设置有轴承；所述的远关节轴5与第一指段4之间设置有轴承。下面结合附图介绍所示的三齿条滑块耦合自适应欠驱动机器人手指装置的实施 例的工作原理。机器人手指的初始状态如图15所示，此时手指未接触物体24时，第一指段4相对 于基座1处于伸直状态(第一凸块191顶着第一指段4使手指不致于反向弯曲)；第一簧件16采用的是压簧，该压簧迫使第二指段6与第一指段4之间保持伸直的初始状态，即远关节轴5不发生转动(第二凸块491顶着第二指段6)，此时整个手指保持伸直状态。本实施例的抓取方式有两种，分别叙述如下(a)耦合抓取过程当机器人手指抓取物体24时，电机2正转，通过减速器17带动第四齿轮18转动， 驱动第五齿轮19转动，使近关节轴3正转，带动第一指段4绕近关节轴3的中心线正转(此 正转方向是指第一指段4逐渐迎向需要抓取的物体)。由于第一齿轮7套接在近关节轴3 上且与基座1固接，因此第一指段4的转动，会使得与第一齿条8被第一齿轮7向下拨动 (第一齿条8在手指内部沿图示方向做平移运动)，于是镶嵌在第一指段4中的第一滑块9 随着齿条在手指内部做图示方向的平移运动，因此，第二齿条10会在第一滑块9的带动下 向下沿图示方向做平移运动，从而拨动第二齿轮11以及与第二齿轮11固连的拨块12沿途 始终逆时针方向转动(即抓取物体方向)。因为拨块12与第二指段单面接触，拨块12会带 动第二指段6向第一指段4里滑移(抓取物体方向)，第二指段6正转(迎向需要抓取的物 体)，直到手指接触物体。本实施例的第一齿轮7和第二齿轮11的分度圆直径相等，所以第一指段4相对于 基座1转动的角度与第二指段6相对于第一指段4转动的角度相同，即实现了 1 1的耦 合传动。综上所述，本实施例在物体不动的情况下实现了耦合抓取的功能。具体运动过程 如图9、图10、图11、图12、图13、图14所示。放开物体的过程与上述抓取物体的过程相同，电机2反转，将带动第一指段4和第 二指段6同时反向转动，实现放开物体，最终回复到手指初始的伸直状态。(b)欠驱动抓取过程有两种欠驱动抓取过程1)第一种欠驱动抓取过程其他手指和外力直接挤压物体，物体挤压第二滑块触 发欠驱动抓取，最终第二指段快速扣住物体。具体来说，当第一指段4上可滑动的第二滑块 与物体24接触，第二指段6未与物体接触，物体在其它手指或外力作用下向手指内推动第 二滑块15时，第二滑块15向手指里滑移，因为第二滑块15带动第三齿条14沿垂直于第二 滑块表面板20方向做平移运动，从而使第三齿条14带动第三齿轮以及与其固连的第二指 段6沿远关节轴轴线方向如图示逆时针方向转动(即第二指段6抓取物体方向)，因为第二 指段6与受耦合运动的影响的拨块仅有单面约束，所以当第二滑块表面板20因受力从而产 生第二指段最终转动变化(转动方向如前所述)时，不会对拨块12运动产生影响，实现了 自然解耦(图3所示实施例采用扭簧接方式实现了自然解耦，原理与此相同，不再赘述)。 第二滑块15的滑移会带动第三齿条14沿垂直于第二滑块表面板20方向向手指内做平移 运动，从而带动远关节轴5正转，使第二指段6正转直到接触物体实现了抓取，且能够自动 适应物体的大小形状，是一种无需电机工作的自适应欠驱动抓取方式。具体运动过程如图 21、图22、图23、图24、图25所示。2)第二种欠驱动抓取过程物体固定不动(被手掌或其他手指、外力约束)，此时 本实施例继续转动致使第二滑块因物体阻挡而被压入第一指段中从而触发了欠驱动抓取， 最终第二指段快速扣住物体。具体来说，当第一指段4上可滑动的第二滑块15与物体24 接触，第二指段6未与物体接触，此时由于物体被手掌或其他手指约束住固定不动，第二滑块15被物体阻挡，此时第一指段4还可以转动一个很小的角度δ，θ此转动将产生一个第 二指段6相对于第一指段(4) 1 1的耦合转动角度δ (原因见前述的耦合抓取过程)，而 此时由于第二滑块15已经相对于第一指段4向手指内部滑动了一段较小的距离Ad，因此 该变化的距离将使得第三齿条14滑动，从而带动第三齿轮13和第二指段6转动一个较大 的角度θ，由于物体与第二滑块15表面的接触点到近关节轴中心线的距离h大于第二齿轮 11的分度圆半径巧，通过下面的计算可知，O1会大于(^1，从而实现第二指段6转过的角度 是一个较大的角度Q1，不再是耦合转动的角度φ1()计算分析如下此时拨块12在第一指 段的较小角度S的转动过程中也会转动较小角度S。而第二滑块在第一指段的较小角度 δ的 转动过程中会移动一个较大的距离(12，从而带动第二指段6沿上述方向转动一个较大 的角度，此时第二指段6与拨块12脱开，实现了自然解耦，第二滑块平移一个距离d2，导致 第二指段快速扣向物体，此过程直到第二指段紧紧扣住物体，从而实现了欠驱动抓取过程。 此欠驱动抓取实现了对不同形状大小物体的抓取，具有自适应性，减轻了对控制系统的要 求。第二种欠驱动抓取过程如图26、图27、图28、图29、30所示。综合(a)和(b)耦合和自适应抓取过程可知，本实施例实现了一种特殊的先耦合 后自适应欠驱动的抓取方式，解耦方式自然，无需损耗电机功率。本发明装置利用电机、三对齿轮齿条机构和簧件综合实现了耦合转动与欠驱动转 动紧密结合的传动效果，不仅能够耦合转动更拟人化地抓取物体，而且具备欠驱动功能，自 适应抓取不同形状、大小的物体；该装置结构简洁紧凑，安装容易，制造加工成本低；该装 置耦合传动机构和欠驱动传动机构有机融合，不相互影响，利用滑块活接触的多种方式实 现了自然解耦，此解耦不消耗电机功率，能量利用率高；该装置由于采用齿轮齿条传动，传 动平稳精确，外形与人手手指相似，可以作为拟人机器人手的一个手指或手指的一部分，也 可以用多个这样的双齿条滑块式并联耦合欠驱动手指组合成为机器人手，用以达到拟人机 器人手高关节自由度、高自适应性的优良效果。
权利要求
一种三齿条滑块耦合自适应欠驱动机器人手指装置，包括基座(1)、近关节轴(3)、第一指段(4)、远关节轴(5)、第二指段(6)和电机(2)，所述的电机(2)设置在基座(1)中，所述的第一指段(4)套固在近关节轴(3)上；电机(2)的输出轴与近关节轴(3)相连；所述的近关节轴(3)套设在所述的基座(1)中，所述的远关节轴(5)套设在第一指段(4)中，所述的第二指段(6)套固在所述的远关节轴(5)上，其特征在于该三齿条滑块耦合自适应欠驱动机器人手指装置还包括第一齿轮(7)、第一齿条(8)、第一滑块(9)、第二齿条(10)、第二齿轮(11)、拨块(12)、第三齿轮(13)、第三齿条(14)、第二滑块(15)和第一簧件(16)，所述的第一齿轮(7)套设在近关节轴(3)上，第一齿轮(7)与基座(1)固接；所述的第一齿条(8)与第一齿轮(7)啮合，第一滑块(9)的两端分别固接第一齿条(8)和第二齿条；所述的第一滑块(9)镶嵌在第一指段(4)中，所述的第二齿条(10)与第二齿轮(11)啮合，第二齿轮(11)套接在远关节轴(5)上，拨块(12)与第二齿轮(11)固接，拨块(12)与第二指段(6)活接触；所述的第三齿轮(13)套固在远关节轴(5)上，所述的第三齿条(14)与第三齿轮(13)啮合，所述的第二滑块(15)与第三齿条(14)固接，第二滑块(15)镶嵌在第一指段(4)中；令第一齿条(8)与第一齿轮(7)的啮合点为A，第二齿条(10)与第二齿轮(11)的啮合点为B，第一齿轮(7)的中心点为O1，第二齿轮(11)的中心点为O2，线段O1A、线段AB、线段BO2和线段O2O1构成“8”字形，线段AB和线段O1O2的交点位于O1和O2之间；所述的第一簧件(16)设置在第一指段(4)与第二指段(6)之间并且第一簧件(16)的两端分别与第一指段(4)和第二指段(6)相连接，或者所述的第一簧件(16)设置在第二滑块(15)与第一指段(4)之间并且第一簧件(16)的两端分别与第二滑块(15)和第一指段(4)相连接。
2.一种三齿条滑块耦合自适应欠驱动机器人手指装置，包括基座(1)、近关节轴(3)、 第一指段⑷、远关节轴(5)、第二指段(6)和电机(2)，所述的电机⑵设置在基座⑴中， 所述的第一指段⑷套接在近关节轴⑶上，电机⑵的输出轴与近关节轴⑶相连；所述 的近关节轴(3)套设在所述的基座(1)中，所述的远关节轴(5)套设在第一指段(4)中，所 述的第二指段(6)套固在所述的远关节轴(5)上；其特征在于该三齿条滑块耦合自适应 欠驱动机器人手指装置还包括第一齿轮(7)、第一齿条(8)、第一滑块(9)、第二齿条(10)、 第二齿轮(11)、拨块(12)、第三齿轮(13)、第三齿条(14)、第二滑块(15)、第一簧件(16) 和第二簧件(21)，所述的第二簧件(21)的两端分别连接第一指段(4)和近关节轴(3)；所 述的第一齿轮(7)套设在近关节轴(3)上，第一齿轮(7)与基座(1)固接；所述的第一齿 条(8)与第一齿轮(7)啮合，第一滑块(9)的两端分别固接第一齿条(8)和第二齿条；所述 的第一滑块(9)镶嵌在第一指段(4)中，所述的第二齿条(10)与第二齿轮(11)啮合，第二 齿轮(11)套接在远关节轴(5)上，拨块(12)与第二齿轮(11)固接，拨块(12)与第二指段 (6)活接触；所述的第三齿轮(13)套固在远关节轴(5)上，所述的第三齿条(14)与第三齿 轮(13)啮合，所述的第二滑块(15)与第三齿条(14)固接，第二滑块(15)镶嵌在第一指段 (4中；令第一齿条⑶与第一齿轮(7)的啮合点为A，第二齿条(10)与第二齿轮(11)的啮 合点为B，第一齿轮(7)的中心点为，第二齿轮(11)的中心点为02，线段(VUABJOjP OA构成“8”字形，AB和0A的交点位于和02之间；所述的第一簧件(16)设置在第一 指段(4)与第二指段(6)之间并且第一簧件(16)的两端分别与第一指段(4)和第二指段 (6)相连接，或者所述的第一簧件(16)设置在第二滑块(15)与第一指段(4)之间并且第一 簧件(16)的两端分别与第二滑块(15)和第一指段(4)相连接。
3.如权利要求1或2所述的三齿条滑块耦合自适应欠驱动机器人手指装置，其特征在 于所述的拨块(12)与第二指段(6)的活接触方式采用拨块(12)与第二指段(6)单面接 触，所述的拨块(12)推动第二指段(6)绕远关节轴中心朝抓取物体方向转动。
4.如权利要求1或2所述的三齿条滑块耦合自适应欠驱动机器人手指装置，其特征在 于所述的拨块(12)与第二指段(6)的活接触方式采用绳(25)连接，所述的拨块(12)拉 动第二指段(6)绕远关节轴中心朝抓取物体方向转动。
5.如权利要求1或2所述的三齿条滑块耦合自适应欠驱动机器人手指装置，其特征在 于所述的第一簧件(16)采用压簧、扭簧、拉簧、片簧、发条或弹性绳。
6.如权利要求1或2所述的三齿条滑块耦合自适应欠驱动机器人手指装置，其特征在 于所述装置还包括传动机构，所述的传动机构包括减速器(17)、第四齿轮(18)和第五齿 轮(19)；所述的电机(2)的输出轴与减速器(17)的输入轴相连，所述的第四齿轮(18)套 固在减速器(17)的输出轴上，所述的第五齿轮(19)套固在近关节轴(3)上，所述的第四齿 轮(18)与第五齿轮(19)啮合。
7.如权利要求1或2所述的三齿条滑块耦合自适应欠驱动机器人手指装置，其特征在 于所述的第二滑块(15)表面覆盖有第二滑块表面板(20)。
8.如权利要求1或2所述的三齿条滑块耦合自适应欠驱动机器人手指装置，其特征在 于所述的近关节轴⑶与基座⑴之间设置有轴承，所述的近关节轴⑶与第一齿轮(7) 之间设置有轴承；所述的远关节轴(5)与第一指段(4)之间设置有轴承。
全文摘要
三齿条滑块耦合自适应欠驱动机器人手指装置，属于拟人机器人手技术领域。该装置包括基座、近关节轴、第一指段、远关节轴、第二指段、电机、三齿轮齿条传动机构和簧件。该装置实现了耦合转动与欠驱动转动紧密结合的传动效果，能耦合拟人化抓取，且具备欠驱动自适应功能。整个手指结构简洁，制造加工成本低；将耦合传动与欠驱动传动有机融合起来，利用滑块活接触方式实现自然解耦，此解耦不消耗电机功率，能量利用率高。该装置结构紧凑，传动平稳精确，制造和维护成本低，外形与人手指相似，可以作为机器人手的一个手指或手指的一部分，也可以用多个手指组合成为机器人手，用以达到拟人机器人手高关节自由度、高自适应性的优良效果。
文档编号B25J17/00GK101829992SQ201010159870
公开日2010年9月15日 申请日期2010年4月23日 优先权日2010年4月23日
发明者孙任飞, 张文增 申请人:清华大学