[发明专利]锥齿轮-带轮耦合欠驱动两关节机器人手指装置

说明书

技术领域

本发明属于拟人机器人手技术领域，特别涉及一种锥齿轮-带轮耦合欠驱动两关节机器人手指装置的结构设计。

背景技术

在我们的日常生活和工作学习中，手部对我们来说是极其重要的。和我们类似，机器人手部在其日常工作和生产中也是极重要的。随着社会的进步和科学技术的大力发展，随着人民生活水平的逐渐提高，形态各异功能各异的机器人进入人了人类的生产、学习和工作，逐渐地成为了我们生活的一部分，为我们的日常生活带来了极大的便利，同时也大大提高了人类生产工作的效率。在很多地方我们都可以看到，多数的机器人是通过其手部来抓取工件，开展工作，可以说没有设计优良功能完备的机器人手，机器人几乎不可能很好地完成多种形式的工作。所以说，机器人手部对于机器人来说是必不可少的。由于以上的原因，目前机器人手的设计制造得到了科学和工业生产各个部门的广泛关注。而又由于手部的关节自由度多，体积小和出力要求大等特点，给机器人手设计制造领域带来了很多技术难题，目前机器人手的设计已经逐步成为机器人相关技术研究的重点、热点和难点。

首先，来简单地介绍一下机械手“耦合”抓取物体的模式。日常生活中，手部在抓取物体时一般是同时弯曲多个手指关节实现抓取的。比方说，当人手从侧面横向抓取一个比较小的竖放的圆柱形物体时候，食指、中指和无名指都呈现出上面所说得的弯曲特点，每个手指的第一、二、三关节均有一定程度的弯曲转动，并且三个关节同时同向弯曲转动。这种同时弯曲各关节的动作模式称为“耦合”抓取模式。耦合抓取效果在人手多数抓取过程是很常见的，现在有很多的机械手所实现的就是这种耦合抓取效果。

已有的一种耦合式两关节机器人手指装置(中国发明专利CN101100064A)，主要包括基座、电机、第一指段、第二指段和“8”字形钢丝绳和滑轮式传动机构。该装置采用一个电机、“8”字形钢丝绳和滑轮式传动机构实现了手指上两个关节的同向1∶1角度的耦合运动。

该类耦合抓取式机械手指装置的不足之处为：各关节均以固定比例角度的转动，没有任意比例角度的转动，在抓取物体时一般以捏持方式抓持物体，很难以恰好适应物体表面大小尺寸的方式实现握持抓取方式抓取，完全不具备抓取物体时对不同尺寸物体的自适应性，所以这类手指的抓取效果不好。

其次，来介绍一下“解耦”欠驱动抓取的模式。为了克服前面所说的耦合抓取模式存在的不能自动适应物体大小和形状的缺点，一种具有“解耦”效果的欠驱动抓取模式应运而生。一般我们简单地将“解耦”欠驱动手指称为欠驱动手指。所谓欠驱动机构是指驱动器个数比被驱动的关节自由度数目少的机构。在欠驱动机构中，多个关节的转动角度无固定比例，开始时电机会驱动整个手指(包括第一指段、第二指段)呈伸直状态绕近关节轴转动，当第一指段(最靠近手指根部的指段)碰触物体而被阻挡不能再转动时，电机的驱动力会自动转向驱动下一个关节转动，从而使第二指段再绕远关节轴转动，实现了两个关节顺序转动的方式。该机构最大的优点就是能够自动适应物体大小，非常有利于稳定抓取。

已有一种欠驱动两关节机器人手指装置(中国发明专利CN101288954A)，包括括基座、电机、中部指段、远关节轴、末端指段、主动锥齿轮、从动锥齿轮和双联锥齿轮等。

该类欠驱动机械手指装置的不足之处为：手指在未碰触物体前始终呈现伸直状态，动作和外观与人手有较大差别，拟人化程度不够；抓取方式主要为握持方式，难以实现末端捏持抓取物体；不能做到没有物体抓取时，类似人手的握拳动作；也难以做到末端指段捏持物体时各关节呈自然弯曲状态。

综合可知，现有的耦合型机械手指和欠驱动机械手指均存在较大的不足。

发明内容

本发明的目的是针对已有技术的不足之处，提供一种锥齿轮-带轮耦合欠驱动两关节机器人手指装置，实现了耦合抓取效果与自适应欠驱动抓取效果两者简单有效地融合。该装置无过渡轴，结构简单；手指的外形与抓取物体的动作与人手指很相似，适合作为拟人机器人手的手指。

本发明的技术方案如下：

本发明所述的一种锥齿轮-带轮耦合欠驱动两关节机器人手指装置，包括基座、电机、减速器、近关节轴、中部指段、远关节轴和末端指段；所述的电机和减速器与基座固接，减速器的输出轴与近关节轴相连，所述的近关节轴套设在基座中，所述的中部指段套接在近关节轴上，所述的远关节轴套设在中部指段中，所述的末端指段套固在远关节轴上，远关节轴和近关节轴平行；

其特征在于：