[發明專利]齒條耦合式靈巧機器人手指裝置

無效

• 申請號: 201110439731.2
• 申請日: 2011-12-23
• 公開（公告）號: CN102514012A
• 公開（公告）日: 2012-06-27
• 發明（設計）人: 方波浪;張文增
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: B25J15/00
• 分類號: B25J15/00;B25J17/02
• 代理公司: 北京鴻元知識產權代理有限公司 11327
• 代理人: 邸更巖

技術領域

本發明屬于擬人手機器人技術領域，特別涉及一種齒條耦合式靈巧機器人手指裝置的結構設計。

背景技術

隨著工業化進程迅猛的發展，越來越多的生產使用機器人或者部分使用機器人。擬人機器人最重要的功能之一是抓取物體，是目前研究的熱點。人手具有20個以上的自由度，主要分布在5個手指的多個關節上，如果全部采用電機來驅動控制，其實時控制的要求很高，即使抓取一個簡單的物體也需要復雜的傳感和控制。為了減輕控制的難度，一種方法是降低同時控制電機的數量，這樣抓取物體的實時性能夠更容易保證，但是帶來一個問題：如何讓較少的電機驅動較多的關節(即欠驅動抓取)，并且動作過程擬人化效果好，抓取物體仍然穩定可靠。

通常有兩種方式可以實現欠驅動抓取，一種是自適應欠驅動手指機構，經常簡稱為自適應手指或欠驅動手指，另一種是耦合欠驅動手指機構，經常簡稱為耦合手指。自適應手指雖然被動的實現了自動適應物體的形狀和尺寸，但是存在一種不穩定抓取現象：靠近根部的指段會發生擠跑物體或破壞物體；還存在另一種不穩定現象：在自適應抓取達到之后，如果抓持力過大也會進一步導致物體被推開；此外，該手指的抓取過程不擬人，也無法實現自彎曲(握拳)等手勢。耦合手指雖然抓取過程比較擬人化，能夠自彎曲，且抓取較為穩定，但是不具有自適應性，實現捏持較好，對多數物體難以實現較好的握持效果。

已有的一種耦合雙關節機器人手指裝置(中國發明專利CN101653940)，包括基座、電機、減速器、中部指段、末端指段、齒條、齒輪等。電機通過減速器帶動中部指段繞近關節軸轉動，末端指段會同時轉動一個角度，達到近關節軸和遠關節軸同時轉動的耦合轉動效果。該裝置不足之處是在抓取物體的過程中，近關節軸和遠關節軸的轉動是同時的，當中部指段接觸物體被阻擋不能再繼續轉動時，末端指段即使沒有接觸物體也無法再進一步轉動，因此抓取效果不好。較好的抓取方式應該是中部指段和末端指段都能接觸到物體并施加抓持力。

發明內容

本發明的目的是針對已有技術的不足之處，提供一種齒條耦合式靈巧機器人手指裝置，該裝置具有兩個自由度，能實現多種抓取模式，包括：1)雙關節耦合轉動抓取模式；2)雙關節獨立轉動抓取模式；3)雙關節先耦合轉動，之后再獨立轉動的抓取模式；4)雙關節先獨立轉動，之后再耦合轉動的抓取模式。

本發明的技術方案如下：

一種齒條耦合式靈巧機器人手指裝置，包括基座、中部指段、末端指段、近關節軸和遠關節軸；所述的近關節軸套設在基座中，中部指段套固在近關節軸上，所述的遠關節軸套設在中部指段中，近關節軸和遠關節軸平行，末端指段套固在遠關節軸上；其特征在于：該齒條耦合式靈巧機器人手指裝置還包括第一電機、第一減速器、第二電機、第二減速器、第一齒輪、雙聯齒條和第二齒輪；所述的第一電機和第一減速器均與基座固接，第一電機的輸出軸與第一減速器的輸入軸相連，第一減速器的輸出軸與近關節軸相連；所述的第二電機和第二減速器均與基座固接，第二電機的輸出軸與第二減速器的輸入軸相連，第二減速器的輸出軸與第一齒輪相連；所述的雙聯齒條包括固接在一起的上齒段和下齒段；所述的第一齒輪套接在近關節軸上，所述的第二齒輪套固在遠關節軸上并與末端指段固接；所述的雙聯齒條鑲嵌在中部指段中，所述雙聯齒條的下齒段與第一齒輪嚙合，所述雙聯齒條的上齒段與第二齒輪嚙合；令雙聯齒條的下齒段與第一齒輪的嚙合點為A，雙聯齒條的上齒段與第二齒輪的嚙合點為B，第一齒輪的中心點為O₁，第二齒輪的中心點為O₂，線段O₁A、AB、BO₂和O₂O₁構成“8”字形，線段AB和O₁O₂的交點位于O₁和O₂之間。

本發明所述的齒條耦合式靈巧機器人手指裝置，其特征在于：第一減速器的輸出軸通過第一傳動機構與近關節軸相連。

本發明所述的齒條耦合式靈巧機器人手指裝置，其特征在于：第二減速器的輸出軸通過第二傳動機構與第一齒輪相連。

本發明所述的齒條耦合式靈巧機器人手指裝置，其特征在于：所述的第一傳動機構包括第一帶輪、第一傳動帶、第三帶輪；所述的第一帶輪套固在第一減速器的輸出軸上，第三帶輪套固在近關節軸上，第一帶輪與第三帶輪之間通過第一傳動帶連接且三者形成帶傳動關系。