[發(fā)明專利]齒條止回自適應(yīng)欠驅(qū)動機(jī)器人手指裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310613111.5
• 申請日: 2013-11-27
• 公開（公告）號: CN103846922A
• 公開（公告）日: 2014-06-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉魯瀛;張文增;孫振國;都東;陳強(qiáng)
• 申請（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號: B25J15/08
• 分類號: B25J15/08
• 代理公司: 北京鴻元知識產(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)明屬于機(jī)器人手技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種齒條止回自適應(yīng)欠驅(qū)動機(jī)器人手指裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。?

背景技術(shù)

與人類似，擬人機(jī)器人的多數(shù)功能要通過手部操作來實(shí)現(xiàn)，因而手部結(jié)構(gòu)是擬人機(jī)器人的重要組成部分，其設(shè)計(jì)是擬人機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù)之一。為了增加手部的擬人化，手部要設(shè)計(jì)較多的關(guān)節(jié)自由度，然而，為了減輕擬人機(jī)器人手部的控制難度，以及減小手部的體積、重量，需要減少驅(qū)動器數(shù)目，這兩者有一定的矛盾，另外，為了更好地抓取物體，還需要手指在抓取物體時具有一定的自適應(yīng)性。欠驅(qū)動手指能夠更好的實(shí)現(xiàn)較多關(guān)節(jié)自由度、較少驅(qū)動器數(shù)目、抓取不同形狀、尺寸的物體時的較強(qiáng)的自適應(yīng)性這三個目標(biāo)。?

已有的一種齒條欠驅(qū)動機(jī)器人手指裝置，如中國發(fā)明專利CN100551637C，包括基座、電機(jī)、減速器、第一齒輪、第二齒輪、近關(guān)節(jié)軸、中部指段、遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸、末端指段、主動齒輪、齒條、從動齒輪和簧件；中部指段套接在近關(guān)節(jié)軸上，簧件的兩端分別連接中部指段和末端指段。該裝置能夠?qū)崿F(xiàn)自適應(yīng)欠驅(qū)動功能。?

該裝置的不足之處為：該裝置在物體不擠壓中部指段時，末端指段將回復(fù)伸直的初始狀態(tài)，因此該裝置無法實(shí)施在抓取過程中反作用面撤銷的物體抓取。例如一個物體放置在桌面上，當(dāng)安裝在機(jī)械臂上的手指靠向物體，電機(jī)驅(qū)動第一關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動，物體會阻擋和擠壓中部指段，從而齒條機(jī)構(gòu)會導(dǎo)致手指的第二關(guān)節(jié)彎曲，但是當(dāng)機(jī)械臂離開桌面時，此時物體不再擠壓中部指段，末端指段將回復(fù)伸直的初始狀態(tài)，手指的彎曲不能保持，于是物體脫落，抓取失敗。另一方面該裝置在抓取物體時雖然達(dá)到了外形上的一種自適應(yīng)包絡(luò)效果，但是沒有產(chǎn)生抓持力，從而并未實(shí)現(xiàn)力封閉穩(wěn)定抓取，只有同時具有形狀封閉和力封閉兩種包絡(luò)才能達(dá)到穩(wěn)定的抓持。在只有形狀封閉時，如果遇到振動干擾，物體在某時刻對中部指段的擠壓力突然減小，就會導(dǎo)致末端指段迅速放開物體，產(chǎn)生失穩(wěn)現(xiàn)象。?

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對已有技術(shù)的不足之處，提供一種齒條止回自適應(yīng)欠驅(qū)動機(jī)器人手指裝置。該裝置可以安裝到機(jī)械臂上，配合機(jī)械臂的主動運(yùn)動實(shí)施反作用面撤離的物體抓取，具有對所抓物體的形狀、大小的自適應(yīng)能力，抓取物體達(dá)到形狀封閉和力封閉的穩(wěn)定抓取，防止在抓取過程中因?yàn)檎駝痈蓴_導(dǎo)致關(guān)節(jié)回復(fù)的失穩(wěn)現(xiàn)象，該裝置結(jié)構(gòu)簡單，體積小，質(zhì)量小，制造和維護(hù)成本低，與人手的手指相似。?

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：?

本發(fā)明提供的一種齒條止回自適應(yīng)欠驅(qū)動機(jī)器人手指裝置，包括基座、電機(jī)、第一傳動機(jī)構(gòu)、近關(guān)節(jié)軸、中部指段、主動齒輪、齒條、從動齒輪、遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸、末端指段和第一簧件；?所述電機(jī)與基座固接，電機(jī)的輸出軸與第一傳動機(jī)構(gòu)的輸入軸相連，第一傳動機(jī)構(gòu)的輸出軸與近關(guān)節(jié)軸相連，所述近關(guān)節(jié)軸活動套設(shè)在基座中，所述遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸活動套設(shè)在中部指段中，所述中部指段活動套接在近關(guān)節(jié)軸上，所述末端指段套固在遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸上；所述齒條鑲嵌在中部指段中，所述齒條與主動齒輪嚙合，所述齒條與從動齒輪嚙合，所述第一簧件的兩端分別連接中部指段和末端指段；其特征在于：該裝置還包括第二傳動機(jī)構(gòu)、棘爪、棘爪軸、棘輪、第二簧件、第三簧件和第四簧件；所述主動齒輪活動套接在近關(guān)節(jié)軸上；所述從動齒輪活動套接在遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸上，所述近關(guān)節(jié)軸與第二傳動機(jī)構(gòu)的輸入端相連，第二傳動機(jī)構(gòu)的輸出端與棘爪相連，所述棘爪活動套接在棘爪軸上，棘爪軸固定套設(shè)在中部指段中，所述棘輪活動套接在遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸上，所述棘輪與從動齒輪固接，第二簧件的兩端分別連接中部指段和棘爪，所述第三簧件的兩端分別連接棘輪和末端指段，所述第四簧件的兩端分別連接近關(guān)節(jié)軸和主動齒輪。?

本發(fā)明所述的齒條止回自適應(yīng)欠驅(qū)動機(jī)器人手指裝置，其特征在于：所述第二傳動機(jī)構(gòu)包括套筒和柔性件；所述套筒套固在近關(guān)節(jié)軸上；所述柔性件的一端連接在套筒上，另一端連接在棘爪上。?

本發(fā)明所述的齒條止回自適應(yīng)欠驅(qū)動機(jī)器人手指裝置，其特征在于：所述第二傳動機(jī)構(gòu)包括擺桿、連桿、第一銷軸和第二銷軸，所述擺桿固定套接在近關(guān)節(jié)軸上，所述擺桿上設(shè)有長槽；所述連桿的一端套接在第一銷軸上，另一端套接在第二銷軸上；所述第一銷軸插入擺桿的長槽中，第二銷軸套設(shè)在棘爪的末端。?

本發(fā)明所述的齒條止回自適應(yīng)欠驅(qū)動機(jī)器人手指裝置，其特征在于：所述第一簧件采用扭簧、拉簧、壓簧、片簧或彈性繩；所述第二簧件采用扭簧、拉簧、壓簧、片簧或彈性繩；所述第三簧件采用扭簧、拉簧、壓簧、片簧或彈性繩；所述第四簧件采用扭簧、拉簧、壓簧、片簧或彈性繩。?

本發(fā)明所述的齒條止回自適應(yīng)欠驅(qū)動機(jī)器人手指裝置，其特征在于：所述第一傳動機(jī)構(gòu)包括減速器、第一齒輪和第二齒輪。?