[发明专利]齿轮带轮欠驱动拟人机器人手装置

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欠驱动拟人机器人手装置的结构设计。

背景技术

人们在对智能机器人的研究中，把拟人机器人作为机器人研究的最高境界，也一直把实现类人的行为作为梦寐以求的目标。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。拟人机器人的电源系统、驱动系统、信息处理系统和控制系统等完全由自身携带，因而对其手部的设计提出了非常严格的要求，要求手部装置的重量要小、体积要小，并为了减轻控制的难度，要求在满足一定功能和实现较高的拟人化的前提下，适当减少手部的驱动器数目。

一种已有的欠驱动拟人机器人手装置，如中国发明专利CN1231332，包括一个手掌、拇指、食指、中指、无名指、小指、拇指根部关节体、四指根部关节体，具有5个手指，11个关节自由度，其中主动关节仅有2个：拇指根部关节和四指根部关节，其余9个为结构相同的一种由所抓物体和齿轮齿条共同驱动的欠驱动关节。其不足之处为该装置的食指、中指、无名指、小指的四指根部共同由一个电机驱动，与人手差别过大(人手的四个手指的根部关节是可以分别独立转动的)，灵巧性不够；该装置的拇指上仅有2个关节：根部侧摆转动和末端欠驱动关节，这与人手拇指的3个关节有差别；另外该装置的四指根部关节上采用食指片簧、中指片簧、无名指片簧、小指片簧占地空间大，影响手指美观。

一种已有的欠驱动拟人机器人多指手装置，如中国发明专利CN1292712C，有5个手指，14个关节自由度，其中主动关节仅有3个：拇指中部转动关节、食指根部转动关节、三指根部转动关节(中指、无名指、小指)其余为模块化(即相同结构)的连杆传动欠驱动关节。另一种已有的欠驱动模块化拟人机器人多指手，如中国发明专利CN1283429C，有5个手指，12个关节自由度，其中主动关节仅3个，关节布置与前述专利类似。其欠驱动关节采用了一种模块化的具有自解耦效果的多级齿轮传动机构实现。这两个专利的不足之处为这两个装置的中指、无名指、小指三个手指的根部采用同样一个电机驱动，不能分别独立转动，与人手差别过大，灵巧性不够；拇指固定安装在手掌上的四指正对面，拇指不能在手掌侧方和正对面来回转动，这也与人手差别较大。

发明内容

本发明的目的是为克服已有技术的不足之处，设计出一种齿轮带轮欠驱动拟人机器人手装置。该装置具有多个可以主动驱动和独立控制的手指、关节自由度多、电机、传动机构全部藏入手内，尽量采用相似的模块化结构，降低成本且便于维修，结构简单、控制容易，外观、尺寸和动作均更加模仿人手，具有对不同形状、尺寸的物体自动包络抓取的功能，适合安装在拟人机器人上使用。

本发明采用如下技术方案：

一种齿轮带轮欠驱动拟人机器人手装置，包括拇指、食指、中指、无名指、小指、手掌；

所说的拇指包括拇指基座、拇指电机、拇指减速器、拇指第一齿轮、拇指第二齿轮、拇指近关节轴、拇指中部指段、拇指远关节轴、拇指末端指段，所说的拇指电机和拇指减速器与拇指基座固接，拇指电机的输出轴与拇指减速器的输入轴相连，拇指减速器的输出轴与拇指第一齿轮固接，拇指第一齿轮与拇指第二齿轮啮合，拇指第二齿轮套固在拇指近关节轴上，所说的拇指近关节轴套设在拇指基座中，所说的拇指远关节轴套设在拇指中部指段中，所说的拇指末端指段套固在拇指远关节轴上；

所说的食指包括食指基座、食指电机、食指减速器、食指第一齿轮、食指第二齿轮、食指近关节轴、食指第一中部指段、食指第二中部指段、食指中关节轴、食指远关节轴、食指末端指段，所说的食指电机和食指减速器与食指基座固接，食指电机的输出轴与食指减速器的输入轴相连，食指减速器的输出轴与食指第一齿轮固接，食指第一齿轮与食指第二齿轮啮合，食指第二齿轮套固在食指近关节轴上，所说的食指近关节轴套设在食指基座中，所说的食指中关节轴套设在食指第一中部指段中，所说的食指远关节轴套设在食指第二中部指段中，所说的食指末端指段套固在食指远关节轴上；

所说的无名指与中指结构相同，仅尺寸大小不同，所说的小指与食指结构相同，仅尺寸大小不同；所说的手掌包括手掌骨架、手掌电机、手掌减速器、手掌第一齿轮、手掌第二齿轮、手掌关节轴；所说的手掌电机和手掌减速器与手掌骨架固接，手掌电机的输出轴与手掌减速器的输入轴相连，手掌减速器的输出轴与手掌第一齿轮固接，手掌第一齿轮与手掌第二齿轮啮合，手掌第二齿轮套固在手掌关节轴上，手掌关节轴套设在手掌骨架中，拇指基座套固在手掌关节轴上；