[发明专利]曲柄滑块式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手技术领域，特别涉及一种曲柄滑块式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。设计欠驱动机器人手指装置能够更好地实现较多关节自由度、较少驱动器数目、抓取不同形状和尺寸的物体时具有较强的自适应性这三个目标。

已有的一种齿条式的欠驱动机械手指装置，如中国发明专利CN 1410223A，包括第一指段、欠驱动关节和第二指段，欠驱动关节含有主动滑块、关节轴和齿轮齿条机构。外力驱动主动滑块在第一指段上滑动，同时固接在主动滑块上的齿条向第一指段内运动，带动与齿条啮合的齿轮绕关节轴转动，实现第二指段转动并扣紧物体。

该装置的不足之处为：该装置采用齿轮齿条传动，装置比较复杂，手指的质量较大，能耗较高。为了实现良好的欠驱动效果，即实现第二指段较大角度的转动，所采用的齿轮半径必须很小，加工难度大、成本高。且齿轮齿条机构需要良好的润滑和密封，使用成本较高。

已有的一种连杆欠驱动机械手指装置，如中国发明专利CN 100450732C，含有第一指段、第二指段和设置在两者之间的欠驱动关节。欠驱动关节包括关节轴、主动滑块、连杆机构、扭簧；连杆机构包括主动杆、从动杆，主动杆一端与第一指段铰接，另一端与从动杆一端铰接，从动杆的另一端与第二指段铰接；主动滑块镶嵌在第一指段中，且与主动杆相接触；扭簧套设在关节轴上，一端与第一指段固接，另一端与第二指段固接。外力驱动主动滑块在第一指段中滑动，主动滑块推动主动连杆，通过从动连杆，带动第二指段绕关节轴转动并扣紧物体。

该装置的不足之处为：该装置采用多个连杆传动，传动件多，传动链长，装置比较复杂，且主动滑块与主动连杆之间为线接触，机械冲击大，接触应力大，易磨损，可靠性差。

发明内容

本发明的目的是为了克服已有技术的不足之处，提出一种曲柄滑块式欠驱动机器人手指装置。该装置能够配合其他主动驱动的手指或手指上的其他主动驱动关节实现抓取物体，并具有对所抓物体的形状大小的自适应功能，该装置传动件少，传动链短，结构简单，体积小，从而进一步降低加工难度和维护成本，使机械手指的外形与人手手指更相似。

本发明采用如下技术方案：

本发明所述的一种曲柄滑块式欠驱动机器人单关节手指装置，包括第一指段、第二指段和设置在两者之间的欠驱动关节，所述的欠驱动关节包括主动滑块、关节轴和弹簧；所述的关节轴套设在第一指段中，所述的第二指段套固在关节轴上，所述的弹簧设置在第一指段中，弹簧的两端分别连接第一指段和主动滑块；其特征在于：所述的欠驱动关节还包括第一轴、连杆、第二轴和拨盘；所述的连杆的一端与主动滑块通过第一轴铰接，另一端与拨盘通过第二轴铰接；拨盘套固在关节轴上；第一轴的中心线、第二轴的中心线与关节轴的中心线平行；所述的主动滑块镶嵌在第一指段中。

本发明所述的曲柄滑块式欠驱动机器人单关节手指装置，其特征在于：所述欠驱动关节的各部分的结构参数符合以下关系：设连杆长度为L，关节轴的中心线到第二轴的中心线的距离为R，则：L∶R＝2.5～3.5∶1。

本发明所述的曲柄滑块式欠驱动机器人单关节手指装置，其特征在于：所述的关节轴由左关节半轴和右关节半轴组成，所述的左关节半轴和右关节半轴共轴套设在第一指段中。

本发明还提供了一种采用所述曲柄滑块式欠驱动机器人单关节手指装置的曲柄滑块式欠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个所述的欠驱动关节，其中n为大于2的整数。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和突出性效果：