[發(fā)明專利]球鉸連桿式雙自由度拇指根部關(guān)節(jié)裝置

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110263577.8
• 申請(qǐng)日: 2011-09-07
• 公開（公告）號(hào): CN102357889A
• 公開（公告）日: 2012-02-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張文增;許家晨;陳強(qiáng);都東;孫振國(guó)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號(hào): B25J15/08
• 分類號(hào): B25J15/08
• 代理公司: 北京鴻元知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11327
• 代理人: 邸更巖

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于仿人機(jī)器手技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種球鉸連桿式雙自由度拇指根部關(guān)節(jié)裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。?

背景技術(shù)

隨著社會(huì)的發(fā)展，機(jī)械手的應(yīng)用已經(jīng)從工業(yè)生產(chǎn)需求逐步向擬人機(jī)器人轉(zhuǎn)化。在此改革的過程中人們便面臨著設(shè)計(jì)小型化和更加靈活控制的手指運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)，能夠很好的實(shí)現(xiàn)人類手指的多自由度靈活運(yùn)動(dòng)。?

而在人類手指中又以拇指根部關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)最為復(fù)雜和靈活。其主要需要實(shí)現(xiàn)拇指從手掌側(cè)面到正面的擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)以及拇指貼合手掌和張開的張合運(yùn)動(dòng)；且由于人指關(guān)節(jié)的原因，此兩自由度正交。因而高效，精巧的模擬出人類拇指的運(yùn)動(dòng)特性是擬人機(jī)器手技術(shù)領(lǐng)域的關(guān)鍵。?

在實(shí)現(xiàn)拇指根部關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)中，主要有并聯(lián)和串聯(lián)兩種形式。其中串聯(lián)形式具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行范圍較大等優(yōu)點(diǎn)；但同時(shí)也帶來了操縱不夠簡(jiǎn)單、直接，控制系統(tǒng)復(fù)雜，運(yùn)動(dòng)件質(zhì)量較多、較大的缺點(diǎn)。因而對(duì)于拇指根部關(guān)節(jié)而言，并聯(lián)機(jī)構(gòu)具有控制簡(jiǎn)單，運(yùn)動(dòng)部件少、尺寸小等優(yōu)點(diǎn)。而在并聯(lián)機(jī)構(gòu)中，現(xiàn)今主要以差動(dòng)輪系為主要結(jié)構(gòu)形式。其具有運(yùn)動(dòng)精度高等特點(diǎn)，但存在裝配、維修要求高，零部件加工成本高等不足。?

一種拇指兩自由度根部關(guān)節(jié)裝置，如中國(guó)發(fā)明專利CN101570024B，采用雙電機(jī)、主動(dòng)撥盤、多個(gè)連桿、套環(huán)和套筒等來實(shí)現(xiàn)拇指根部的擺動(dòng)和張合兩自由度動(dòng)作，存在以下不足：其中的張合機(jī)構(gòu)采用了主動(dòng)撥盤和多個(gè)連桿，導(dǎo)致張合動(dòng)作的傳動(dòng)間隙大、傳動(dòng)不平穩(wěn)、傳動(dòng)不精確、傳動(dòng)比為非線性、控制死區(qū)大且位置控制非線性；傳動(dòng)件多，傳動(dòng)鏈長(zhǎng)，傳動(dòng)效率低，機(jī)構(gòu)較復(fù)雜，安裝維修難；機(jī)構(gòu)空間占用率大，質(zhì)量大。?

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為克服已有技術(shù)的不足之處，設(shè)計(jì)出一種球鉸連桿式雙自由度機(jī)器人拇指根部關(guān)節(jié)裝置，該裝置可以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人手的拇指根部具有獨(dú)立的擺動(dòng)和張合兩個(gè)自由度的靈巧動(dòng)作，同時(shí)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、成本低，容易控制，傳動(dòng)平穩(wěn)精確，傳動(dòng)鏈短，傳動(dòng)間隙小，傳動(dòng)效率高，適用于擬人機(jī)器人手，增強(qiáng)機(jī)器人手抓取物體的靈巧性、穩(wěn)定性，使機(jī)器人手可以實(shí)現(xiàn)更多的手勢(shì)，更加擬人化。?

本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：?

本發(fā)明提供的一種球鉸連桿式雙自由度機(jī)器人拇指根部關(guān)節(jié)裝置，包括手掌基座、拇指、關(guān)節(jié)軸、第一電機(jī)、第二電機(jī)、擺動(dòng)機(jī)構(gòu)和張合機(jī)構(gòu)；所述擺動(dòng)機(jī)構(gòu)包括第一減速器、第一錐齒輪和第二錐齒輪；所述第一電機(jī)固接在手掌基座上，所述第一電機(jī)的輸出軸與第一減速器的輸入軸固接，所述第一錐齒輪套固在第一減速器的輸出軸上，所述第一錐齒輪與第二錐?齒輪相嚙合；所述的第二電機(jī)固接在手掌基座上；所述的第二電機(jī)的輸出軸與第二減速器的輸入軸固接，所述的第三錐齒輪套固在第二減速器的輸出軸上，所述第三錐齒輪與第四錐齒輪相嚙合；其特征在于：所述關(guān)節(jié)軸活動(dòng)套設(shè)在手掌基座中，所述關(guān)節(jié)軸上部設(shè)有外螺紋，下部為光軸；所述第二錐齒輪活動(dòng)套接在關(guān)節(jié)軸下部的光軸上；所述張合機(jī)構(gòu)包括第二減速器、第三錐齒輪、第四錐齒輪、關(guān)節(jié)軸止轉(zhuǎn)滑軌、關(guān)節(jié)軸止轉(zhuǎn)滑塊、球鉸、張合連桿和拇指連桿；所述拇指連桿的一端與第二錐齒輪通過第三連接軸鉸接，拇指連桿的另一端與拇指固接；所述第四錐齒輪內(nèi)部設(shè)有內(nèi)螺紋，第四錐齒輪的內(nèi)螺紋與關(guān)節(jié)軸上部的外螺紋形成螺紋傳動(dòng)關(guān)系；所述關(guān)節(jié)軸止轉(zhuǎn)滑塊通過第一連接軸套固在關(guān)節(jié)軸中部的光軸上，并滑動(dòng)鑲嵌在關(guān)節(jié)軸止轉(zhuǎn)滑軌中，所述關(guān)節(jié)軸止轉(zhuǎn)滑軌固定在手掌基座中；所述第一連接軸中心線與關(guān)節(jié)軸的中心線垂直相交；所述張合連桿的一端與關(guān)節(jié)軸的中部通過球鉸鉸接，張合連桿的另一端與拇指連桿的中部通過第二連接軸鉸接；球鉸中心位于關(guān)節(jié)軸中心線上；第三連接軸的中心線與關(guān)節(jié)軸中心線垂直相交；所述第二連接軸和第三連接軸的中心線相互平行。?

本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)及突出性效果：?

本發(fā)明的球鉸連桿式雙自由度拇指根部關(guān)節(jié)裝置，采用雙電機(jī)與螺旋連接、球鉸鏈和人字連桿等，綜合實(shí)現(xiàn)了拇指根部的獨(dú)立擺動(dòng)和張合兩自由度靈巧動(dòng)作，擺動(dòng)與張合兩關(guān)節(jié)自由度垂直相交，并且由于球鉸鏈的使用大大簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)，同時(shí)結(jié)構(gòu)緊湊、成本低，容易控制，傳動(dòng)平穩(wěn)精確，傳動(dòng)鏈短，傳動(dòng)間隙小，傳動(dòng)效率高，適用于擬人機(jī)器人手，增強(qiáng)機(jī)器人手抓取物體的靈巧性、穩(wěn)定性，使機(jī)器人手可以實(shí)現(xiàn)更多的手勢(shì)，更加擬人化。?

附圖說明

圖1是本發(fā)明提供的球鉸連桿式雙自由度拇指根部關(guān)節(jié)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。?

圖2是圖1的A-A剖視圖。?

在圖1至圖2中：?

1-手掌基座，???????11-支承板，????????12-下支撐板，?

2-拇指，???????????31-第一電機(jī)，?