[发明专利]齿轮带轮多关节高欠驱动机器人手指装置

说明书

技术领域

本发明属于拟人机器人技术领域，特别涉及一种齿轮带轮多关节高欠驱动机器人手指装置的结构设计。

背景技术

与人类似，拟人机器人的多数功能要通过手部操作来实现，因而手部结构是拟人机器人的重要组成部分，其设计是拟人机器人的关键技术之一。为了增加手部的拟人化，手部要设计较多的关节自由度，然而，为了减轻拟人机器人手部的控制难度，以及减小手部的体积、重量，需要减少驱动器数目，这两者有一定的矛盾，另外，为了更好地抓取物体，还需要手指在抓取物体时具有一定的自适应性。本发明提供的机器人拟人手指欠驱动装置能够更好的实现较多关节自由度、较少驱动器数目、抓取不同形状、尺寸的物体时的较强的自适应性这三个目标。

已有的一种欠驱动机械手装置，如中国发明专利CN1283429C，其中的拇指、食指、中指、无名指和小指均采用了同一种齿轮欠驱动机械手指装置，以其拇指为例简单介绍其原理，该齿轮欠驱动机械手指在近关节和远关节之间有两个过渡轴，在近关节轴、远关节轴和过渡轴上均安装有齿轮，齿轮之间两两啮合，中部指段套接在近关节轴上，中部指段与近关节轴之间采用直接摩擦接触，当电机转动时，中部指段会因为其与近关节轴之间的静摩擦力而随近关节轴转动，当中部指段接触到物体被阻挡而不能转动时，电机的驱动力矩会驱动多级齿轮传动运作起来，使末端指段绕远关节轴转动，同时中部指段会相对近关节轴发生滑动摩擦。这样便实现了一个电机驱动2个关节：近关节和远关节的转动驱动，具有自动解耦的效果。

该装置的不足之处为：由于此种摩擦解耦会造成材料的损耗，长期使用解耦效果下降导致抓取性能不可靠；由于采用多级齿轮传动，当用于中部指段稍长即远关节轴距离近关节轴稍远的机器人手指中时，齿轮直径就会过大，造成手指过粗，影响美观，所以该装置难以应用于中部指段较长的机器人手指中。

发明内容

本发明的目的是针对已有技术的不足之处，提供一种齿轮带轮齿轮带轮多关节高欠驱动机器人手指装置，外形与人的手指相似，可以用于手指中部指段较长的机器人手中，作为机器人手的手指使用，以实现机器人手采用较少驱动器驱动较多手指转动关节，需要较低的控制系统要求，并具有抓取不同形状、尺寸的物体的自适应性，同时性能可靠，可长期使用而性能不降低。

本发明采用如下技术方案：

一种齿轮带轮齿轮带轮多关节高欠驱动机器人手指装置，主要包括基座、电机、减速器、第一齿轮、第二齿轮、近关节轴、n个中部指段、n-1个中关节轴、远关节轴、末端指段；所说的电机和减速器与基座固接，电机的输出轴与减速器的输入轴相连，减速器的输出轴与所说的第一齿轮固接，第一齿轮与所说的第二齿轮啮合，第二齿轮与所说的近关节轴固接，近关节轴套设在基座中，所说的第i个中关节轴套设在第i个中部指段中，所说的远关节轴套设在第n个中部指段，所说的末端指段套固在远关节轴上；其特征在于：该装置包括n个主动齿轮、n个近过渡齿轮、n个主动轮、n个传动件、n个从动轮、n个远过渡齿轮、1个从动齿轮、n个簧件、n个近过渡轴、n个远过渡轴；第1个中部指段套接在近关节轴上，第i+1个中部指段套接在第i个中关节轴上；所说的第k个近过渡轴、第k个远过渡轴套设在第k个中部指段中；所说的第1个主动齿轮套固在近关节轴上，所说的第i+1个主动齿轮套固在第i个中关节轴上；所说的第k个近过渡齿轮套固在第k个近过渡轴上；所说的第k个主动轮套固在第k个近过渡轴上，所说的第k个从动轮套固在第k远过渡轴上，所说的第k个传动件连接第k个主动轮和第k个从动轮，所说的第k个远过渡齿轮套固在第k个远过渡轴上，从动齿轮套固在远关节轴上；所说的第k个主动齿轮和第k个近过渡齿轮啮合，所说的第i个远过渡齿轮和第i+1个主动齿轮啮合，所说的第n个远过渡齿轮和从动齿轮啮合；第i个簧件的两端分别连接第i个中部指段和第i+1个中部指段；第n个簧件的两端分别连接第n个中部指段和末端指段；其中，n至少为2，i为1至n-1中的任意数，k为1至n中的任意数。

本发明所述的齿轮带轮齿轮带轮多关节高欠驱动机器人手指装置，其特征在于：所说的传动件采用平带、齿形带、腱绳或链条，所说的主动轮采用带轮、齿轮、绳轮或链轮，所说的从动轮采用带轮、齿轮、绳轮或链轮，所说的传动件、主动轮和从动轮三者之间能够配合形成传动关系。

本发明所述的齿轮带轮齿轮带轮多关节高欠驱动机器人手指装置，其特征在于：所说的簧件采用扭簧、拉簧、压簧、片簧、板簧、发条、皮筋或弹性绳。