[实用新型]耦合欠驱动机器人手指装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种拟人机器人手指装置。

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。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。

已有的一种“耦合”抓取物体的模式是指手指的各个关节均有一定程度的弯曲转动，并且各个关节同时同向弯曲转动。根据此模式所生成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。

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。根据此抓取模式所生成的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。但该类欠驱动机械手指装置还存在的不足之处为：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。

实用新型内容

(一)要解决的技术问题

本实用新型要解决的技术问题是提供一种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。

(二)技术方案

为解决上述技术问题，本实用新型采用的耦合欠驱动机器人手指装置，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，近关节轴套设在基座中，中部指段套接在近关节轴上，远关节轴套设在中部指段中，末端指段套固在远关节轴上，远关节轴和近关节轴平行；所述的耦合欠驱动机器人手指装还包括第一传动机构、第二传动机构、第三传动机构、第一簧件、第二簧件和第三簧件。

第一传动机构包括第二锥齿轮、第三锥齿轮和双锥齿轮；所述的第二锥齿轮套固在远关节轴上，第三锥齿轮套固在近关节轴上；双锥齿轮由双锥齿轮轴、下锥齿轮和上锥齿轮组成，上锥齿轮与第二锥齿轮啮合，下锥齿轮与第三锥齿轮啮合。第二传动机构包括第一齿轮和第二齿轮；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，第二齿轮套固在近关节轴上。

作为本实用新型的一种优选方案，第三传动机构包括第一主动轮、第一从动轮；所述的第一主动轮固接在近关节轴上，第一从动轮套接在远关节轴上，第一传动件连接第一主动轮和第一从动轮；第一传动件采用平带、齿形带、腱绳或链条，第一主动轮采用传动轮、绳轮或链轮，第一从动轮采用传动轮、绳轮或链轮，第一传动件、第一主动轮和第一从动轮三者之间能够配合形成传动关系。第一簧件的两端分别连接近关节轴和中部指段；第二簧件的两端分别连接基座和第一锥齿轮；第三簧件的两端分连接远关节轴和第一从动轮。

作为本实用新型的另一种优选方案，第三传动机构包括第一锥齿轮、第二锥齿轮和双锥齿轮；第一锥齿轮套接在近关节轴上，双锥齿轮的上锥齿轮与第二锥齿轮啮合，下锥齿轮与第一锥齿轮啮合。第一簧件的两端分别连接近关节轴和中部指段；第二簧件的两端分别连接基座和第一锥齿轮；第三簧件的两端分别连接近关节轴和第三锥齿轮，第二簧件的劲度系数大于第三簧件的劲度系数。