[发明专利]电磁直接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，特别涉及一种电磁直接驱动机器人手指装置的结构设计。

背景技术

拟人机器人一直以来都是机器人研究的尖端领域，通过模仿实现人类动作来实现智能化一直是该领域的重要研究方向。而同人类本身一样，拟人机器人的大部分功能也是通过手来实现的。因此，拟人机器人手的研究是机器人研究的关键技术之一。拟人机器人手一般具有3～5个手指，每个手指2～4个关节自由度，拟人机器人手能做出人手的各种动作，可以灵活主动的抓取物体。

拟人机器人手发展的瓶颈是驱动源(驱动器)技术。现有的拟人机器人手绝大多数采用了电机作为驱动源。由于人手(手指)体积很小而力矩、运动角度较大，给电机驱动的机器人手设计带有巨大困难。即使已经越来越多的出现能够放置到手指中又具有相对较大功率的微型电机，但是采用多个微型电机驱动的机器人手不足之处为，该手成本极其昂贵，仅供实验室科学研究使用，难以市场化。另外采用电机驱动还需要减速器等多级传动，传动过程的间隙造成控制死区和抓取状态不稳定等问题。

也有采用气动人工肌肉等其他方式作为驱动源，不足之处为驱动器体积庞大只能放置在手的外部。

发明内容

本发明的目的是针对已有技术的不足之处，提供一种电磁直接驱动机器人手指装置，它利用电磁力驱动手指弯曲，传动链短，减少传动间隙和回程死区对抓取稳定性的破坏，能够实现手指弯曲，在较小的体积下提供足够的抓取力，结构紧凑、可靠，成本低，外观、尺寸与人手指相当，适合用于拟人机器人手使用。

本发明的技术方案如下：

一种电磁直接驱动机器人单关节手指装置，其特征在于：包括第一指段、第二指段和设置在第一指段内的电磁驱动关节体，所述的电磁驱动关节体包括关节轴、齿轮齿条啮合机构、线圈、隔离套筒、铁芯和簧件；所述的关节轴套设在第一指段上，所述的簧件的两端分别连接第一指段和第二指段；所述的齿轮齿条啮合机构的齿轮套固在关节轴上，所述的齿轮齿条啮合机构的齿条与铁芯的一端固接；所述线圈的母线与关节轴的中心线相互垂直，隔离套筒固定镶嵌在线圈内；所述的铁芯镶嵌在隔离套筒中；所述的第一指段采用导磁性材料，所述的隔离套筒的材料采用非磁性材料。

本发明所述的电磁直接驱动机器人单关节手指装置，其特征在于：所述的簧件采用扭簧、拉簧、压簧、片簧、板簧、发条、弹性绳和橡皮筋中的一种或几种的组合。

本发明还提供了一种采用所述的电磁直接驱动机器人单关节手指装置的电磁直接驱动机器人多关节手指装置，其特征在于：包括n个指段和n-1个电磁驱动关节体，其中n为大于2的整数。可以将多个所述的电磁直接驱动机器人单关节手指装置串联起来构成高自由度、更灵巧的多关节手指装置，也可以将多个这样的高自由度的多关节手指装置组合搭配起来形成高自由度机器人灵巧手。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和突出性效果：

本发明装置利用线圈、导磁指段、齿轮齿条机构和簧件综合实现了一种特殊的电磁直接驱动关节体。该装置利用感应电磁力驱动手指弯曲，传动链短，运动间隙小，抓取稳定，能够实现手指弯曲，同时在较小的体积下具有较大的抓取力，结构紧凑、可靠，成本低，外观、尺寸与人手指相当，适合用于拟人机器人手使用，可实现高自由度、高灵巧性的拟人机器人手。

附图说明

图1是本发明提供的电磁直接驱动机器人单关节手指装置的一种实施例的正面剖视图。

图2是图1所示实施例的侧剖图(图1的右侧剖视图)。

图3是图1所示实施例的正面外观图。

图4是图1所示实施例的侧面外观图。

图5是图1所示实施例的簧件的安装示意图。

图6和图7是一种采用图1所示实施例的电磁直接驱动机器人两关节手指装置实施例，采用两个电磁驱动关节体。

图8和图9是一种采用图1所示实施例的电磁直接驱动机器人三关节手指装置实施例，采用三个电磁驱动关节体。

图10、图11和图12是是图1所示实施例抓取物体过程示意。

图13是图12的剖视图。

图14是图6和图7所示实施例抓取物体示意。

图15是图8和图9所示实施例抓取物体示意。

图16是一种采用图6和图8所示两种实施例构成的电磁驱动机器人手装置实施例抓取物体示意，该装置具有两关节手指和三关节手指。

在图1至图16中：

1—第一指段，

11—下端盖，     12—前面板，     13—背面板，

14—上端盖，     15—第一侧板，    16—第二侧板，

2—第二指段，