[发明专利]齿条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，特别涉及一种齿条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。

已有的一种自适应欠驱动机械手装置，如美国发明专利US5762390A，包括第一指段、第二指段、第三指段、电机、带轮传动机构、丝杆传动机构、底座、连杆机构、弹簧。第一指节、第二指节、第三指节与底座串联铰接在一起，并且两两之间设有弹簧和连杆相连，形成多个四连杆机构，电机、带轮传动机构、丝杆传动机构相串联设置在底座里。该装置由自身携带的电机驱动，由带轮传动机构、丝杆传动机构将电机的转动转化为连杆机构的运动。由于弹簧的作用，第一、第二、第三指节初始保持伸直状态。其工作原理为：电机转动，通过带轮传动机构和丝杆传动机构的运动，推动第一个四连杆机构运动，从而推动第一、第二、第三指节同时转动。当第一指节接触到物体时，第一指节不再转动，电机继续转动，设置在第一、二指节之间的弹簧开始变形，同时，第一个四连杆机构变形运动，从而推动第二、三指节继续转动。当第二指节也接触到物体，第二指节不再转动，电机继续转动，设置在第二、三指节之间的弹簧开始变形，同时推动第二个四连杆机构变形运动，从而推动第三指节继续转动，直到第三指节也接触物体为止。

该装置的不足之处为：多个连杆机构装置复杂、体积大、制造成本高，手指外观与人手指有较大差异。

发明内容

本发明的目的是针对已有技术的不足之处，提供一种齿条欠驱动机器人手指装置，结构简单、可靠，成本低，外形与人的手指相似，可以作为拟人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。

本发明的技术方案如下：

本发明所述的齿条欠驱动机器人手指装置，包括基座、电机、减速器、第一齿轮、第二齿轮、近关节轴、中部指段、远关节轴和末端指段；所说的电机和减速器均与基座固接，电机的输出轴与减速器的输入轴相连，减速器的输出轴与第一齿轮固接，第一齿轮与第二齿轮相啮合，第二齿轮固接于近关节轴，所说的近关节轴套设在基座中，所说的远关节轴套设在中部指段中，所说的末端指段套固在远关节轴上，其特征在于：该齿条欠驱动机器人手指装置还包括主动齿轮、齿条、从动齿轮和簧件；所说的中部指段套接在近关节轴上；所说的主动齿轮套固在近关节轴上，所说的从动齿轮套固在远关节轴上，所说的齿条镶嵌在中部指段中，所说的齿条与主动齿轮啮合，齿条与从动齿轮啮合，所说的簧件的两端分别连接中部指段和末端指段。

本发明所述的齿条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、橡皮筋或弹性绳。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和突出性效果：

本发明装置利用一对齿轮齿条机构、套接活动的中部指段及簧件所具有的解耦作用综合实现了双关节欠驱动手指弯曲抓取物体的特殊效果，结构简单、可靠、成本低，便于安装维护，与人的手指相似，体积小、重量轻，特别适合作为拟人机器人手的拇指或其他手指的一部分，以较少驱动器驱动较多的转动关节，仅需要较低的控制系统要求，并具有抓取不同形状、大小物体的很强的自适应性。

附图说明

图1是本发明提供的齿条欠驱动机器人手指装置的实施例的正面外观图。

图2是本实施例的侧视图，也是图1的左侧视图。

图3是本实施例的正面剖视图，也是图1的剖视图。

图4是本实施例的侧面剖视图，也是图2的剖视图。

图5是本实施例的簧件的安装位置示意图，也是图1的右侧视图的局部图。

图6是图4中的A-A剖面图，表达了齿条镶嵌在中部指段的位置关系。

图7、图8、图9、图13是本实施例抓握物体过程的几个关键位置侧面外观示意图。

图10、图11、图12是本实施例抓握物体过程的几个关键位置侧面剖视图，分别对应图7、图8、图9的剖视图。

在图1至图13中：