適合捏持和握持的機器人手指裝置的制作方法

本發明屬于機器人手技術領域，特別涉及一種適合捏持和握持的機器人手指裝置的結構設計。

背景技術：

機器人手是一個重要的終端部件，用于抓取物體和操作物體，它一般具有多個手指和手掌，核心是如何更好地抓取物體。現有的欠驅動機器人手技術主要是采用少量電機驅動多個關節，分為兩種主要的方法：當關節同時轉動時可以獲得穩定的末端捏持抓取，這種驅動是精確抓取模式，也稱為耦合轉動模式；當需要較大力量時，一般需要多個指段接觸包絡物體，這種驅動是力量型抓取模式，也稱為自適應抓取模式。這兩種抓取模式各有優缺點，都能夠實現一個電機驅動兩個關節，減少控制難度，降低了對系統的傳感與控制需求，成本較低，機器人手的重量小，體積小，便于應用在許多領域。

技術實現要素：

本發明的目的是為了克服已有技術的不足之處，提供一種適合捏持和握持的機器人手指裝置。該裝置能夠實現捏持和握持兩種功能，既能夠采用手指末端去捏持物體，也適合用兩個指段在沒有傳感器的情況下去自適應包絡抓取不同形狀、尺寸的物體。

本發明的技術方案如下：

本發明設計的一種適合捏持和握持的機器人手指裝置，包括基座、第一指段、第二指段、近關節軸、遠關節軸、電機、減速器和傳動機構，所述近關節軸活動套設在基座中；所述第一指段活動套接在近關節軸上；所述遠關節軸套設在第一指段中；所述第二指段套接在遠關節軸上；所述電機設置在基座中；所述電機的輸出軸與減速器的輸入軸相連，所述減速器與基座固接，所述傳動機構設置在基座中；所述近關節軸的中心線與遠關節軸的中心線平行；其特征在于：所述適合捏持和握持的機器人手指裝置還包括蝸桿、蝸輪、傳動軸、第一齒輪、第二齒輪、第三齒輪、第四齒輪、第五齒輪、第六齒輪、第一中間軸、第二中間軸、第一齒條、第二齒條、第三齒條、第一撥桿、第二撥桿、第一簧件、第二簧件、第一凸塊和第二凸塊；所述蝸桿套固在減速器的輸出軸上，所述蝸桿與蝸輪嚙合，所述蝸輪套固在傳動軸上，所述傳動軸套設在基座中，所述傳動軸與傳動機構的輸入端相連，所述傳動機構的輸出端與第一齒輪相連，所述第一齒輪套接在近關節軸上，所述第一齒輪與第二齒輪嚙合，所述第二齒輪套接在第一中間軸上，所述第一中間軸、第二中間軸分別套設在第一指段中，所述第一中間軸的中心線、第二中間軸的中心線與近關節軸的中心線平行；所述第三齒輪套接在近關節軸上，所述第三齒輪與第四齒輪嚙合，所述第四齒輪套接在第一中間軸上，所述第五齒輪套接在第二中間軸上，所述第六齒輪套接在遠關節軸上，所述第五齒輪與第六齒輪嚙合，所述第六齒輪與第二指段固接；所述第一齒條、第二齒條分別滑動鑲嵌在第一指段中；第一齒條、第二齒條各自在第一指段中的滑動方向相同，該方向與近關節軸的中心線垂直；所述第一齒條與第二齒輪嚙合，所述第二齒條與第四齒輪嚙合，所述第三齒條與第五齒輪嚙合；所述第二齒條與第三齒條固接；設所述第一齒條與第二齒輪的嚙合點為a點，所述第二齒條與第四齒輪的嚙合點為b點，第三齒條與第五齒輪的嚙合點為c點，第一中間軸的中心點為m點，第二中間軸的中心點為n點，線段mb、bc、cn、nm構成平行四邊形；設第一中間軸的中心線與第二中間軸的中心線構成平面u，a點、b點位于平面u的同一側；設從所述第三齒輪到第四齒輪的傳動比為i，從所述第五齒輪到第六齒輪的傳動比為j，i與j的乘積為1；所述第三齒輪、第四齒輪、第五齒輪和第六齒輪的模數相等；所述第一齒輪、第二齒輪的模數相等；所述第一凸塊與基座固接，所述第二凸塊與第三齒輪固接；所述第一撥桿與第一齒條固接，所述第二撥桿與第二齒條固接；所述第一凸塊與第二凸塊接觸或離開一段距離，所述第一撥桿與第二撥桿接觸或離開一段距離；所述第一簧件的兩端分別連接第一齒輪和第一指段，所述第二簧件的兩端分別連接基座和第三齒輪，第二簧件使第二凸塊靠向第一凸塊。

本發明所述的適合捏持和握持的機器人手指裝置，其特征在于：所述第一簧件采用扭簧。

本發明所述的適合捏持和握持的機器人手指裝置，其特征在于：所述第二簧件采用拉簧。

本發明所述的適合捏持和握持的機器人手指裝置，其特征在于：所述傳動機構包括第一過渡齒輪、第二過渡齒輪和過渡軸；所述第一過渡齒輪套固在傳動軸上，所述第一過渡齒輪與第二過渡齒輪嚙合，所述第二過渡齒輪套接在過渡軸上，所述過渡軸套設在基座中，所述第二過渡齒輪與第一齒輪嚙合。

本發明與現有技術相比，具有以下優點和突出性效果：

本發明裝置利用電機、蝸輪蝸桿、齒輪齒條、簧件、撥桿和凸塊等綜合實現了一種機器人手指，該手指能夠實現捏持和握持兩種功能，既能夠采用手指末端去捏持物體，也適合用兩個指段在沒有傳感器的情況下去自適應包絡抓取不同形狀、尺寸的物體；該裝置傳動精確平穩，抓取穩定可靠；僅利用一個電機驅動兩個關節，無需復雜的傳感和實時控制系統；結構簡單、體積小、重量輕，成本低，適用于通用抓取的機器人。

附圖說明

圖1是本發明設計的適合捏持和握持的機器人手指裝置的一種實施例的立體外觀圖。

圖2是圖1所示實施例的正視圖。

圖3是圖1所示實施例的側視圖(圖2的左視圖)。

圖4是圖1所示實施例的正視圖(未畫出基座前板、第一指段前板)。

圖5是圖1所示實施例中的一個角度的立體外觀圖(未畫出部分零件)。

圖6是圖1所示實施例中的另一個角度的立體外觀圖(未畫出部分零件)。

圖7是圖1所示實施例的剖視圖。

圖8至圖11是圖1所示實施例在以自適應包絡抓取方式握持物體的動作過程示意圖。

圖12至圖15是圖1所示實施例在以單純平行夾持方式捏持物體的動作過程示意圖。

在圖1至圖15中：

1－基座，11－電機，12－減速器，13－蝸桿，

14－蝸輪，15－傳動軸，16－第一凸塊，17－第一過渡齒輪，

18－第二過渡齒輪，19－過渡軸，

2－第一指段，3－第二指段，4－近關節軸，5－遠關節軸，

61－第一齒輪，62－第二齒輪，63－第三齒輪，631－第二凸塊，

64－第四齒輪，65－第五齒輪，66－第六齒輪，

71－第一中間軸，72－第二中間軸，

81－第一齒條，811－第一撥桿，82－第二齒條，821－第二撥桿，

91－第一簧件，92－第二簧件，

99－物體。

具體實施方式

下面結合附圖及實施例進一步詳細介紹本發明的具體結構、工作原理的內容。

本發明設計的適合捏持和握持的機器人手指裝置的一種實施例，如圖1至圖7所示，包括基座1、第一指段2、第二指段3、近關節軸4、遠關節軸5、電機11、減速器12和傳動機構，所述近關節軸4活動套設在基座1中；所述第一指段2活動套接在近關節軸4上；所述遠關節軸5套設在第一指段2中；所述第二指段3套接在遠關節軸5上；所述電機11設置在基座1中；所述電機11的輸出軸與減速器12的輸入軸相連，所述減速器12與基座1固接，所述傳動機構設置在基座1中；所述近關節軸4的中心線與遠關節軸5的中心線平行；所述適合捏持和握持的機器人手指裝置還包括蝸桿13、蝸輪14、傳動軸15、第一齒輪61、第二齒輪62、第三齒輪63、第四齒輪64、第五齒輪65、第六齒輪66、第一中間軸71、第二中間軸72、第一齒條81、第二齒條82、第三齒條83、第一撥桿811、第二撥桿821、第一簧件91、第二簧件92、第一凸塊16和第二凸塊631；所述蝸桿13套固在減速器12的輸出軸上，所述蝸桿13與蝸輪14嚙合，所述蝸輪14套固在傳動軸15上，所述傳動軸15套設在基座1中，所述傳動軸15與傳動機構的輸入端相連，所述傳動機構的輸出端與第一齒輪61相連，所述第一齒輪61套接在近關節軸4上，所述第一齒輪61與第二齒輪62嚙合，所述第二齒輪62套接在第一中間軸71上，所述第一中間軸71、第二中間軸72分別套設在第一指段2中，所述第一中間軸71的中心線、第二中間軸72的中心線與近關節軸4的中心線平行；所述第三齒輪63套接在近關節軸4上，所述第三齒輪63與第四齒輪64嚙合，所述第四齒輪64套接在第一中間軸71上，所述第五齒輪65套接在第二中間軸72上，所述第六齒輪66套接在遠關節軸5上，所述第五齒輪65與第六齒輪66嚙合，所述第六齒輪66與第二指段3固接；所述第一齒條81、第二齒條82分別滑動鑲嵌在第一指段2中；第一齒條81、第二齒條82各自在第一指段2中的滑動方向相同，該方向與近關節軸的中心線垂直；所述第一齒條81與第二齒輪62嚙合，所述第二齒條82與第四齒輪64嚙合，所述第三齒條83與第五齒輪65嚙合；所述第二齒條82與第三齒條83固接；設所述第一齒條81與第二齒輪62的嚙合點為a點，所述第二齒條82與第四齒輪64的嚙合點為b點，第三齒條83與第五齒輪65的嚙合點為c點，第一中間軸71的中心點為m點，第二中間軸72的中心點為n點，線段mb、bc、cn、nm構成平行四邊形；設第一中間軸71的中心線與第二中間軸72的中心線構成平面u，a點、b點位于平面u的同一側；設從所述第三齒輪63到第四齒輪64的傳動比為i，從所述第五齒輪65到第六齒輪66的傳動比為j，i與j的乘積為1；所述第三齒輪63、第四齒輪64、第五齒輪65和第六齒輪66的模數相等；所述第一齒輪61、第二齒輪62的模數相等；所述第一凸塊16與基座1固接，所述第二凸塊631與第三齒輪63固接；所述第一撥桿811與第一齒條81固接，所述第二撥桿821與第二齒條82固接；所述第一凸塊16與第二凸塊631接觸或離開一段距離，所述第一撥桿811與第二撥桿821接觸或離開一段距離；所述第一簧件91的兩端分別連接第一齒輪61和第一指段2，所述第二簧件92的兩端分別連接基座1和第三齒輪63，第二簧件使第二凸塊631靠向第一凸塊16。

本實施例中，所述第一簧件91采用扭簧。

本實施例中，所述第二簧件92采用拉簧。

本實施例中，所述傳動機構包括第一過渡齒輪17、第二過渡齒輪18和過渡軸19；所述第一過渡齒輪17套固在傳動軸15上，所述第一過渡齒輪17與第二過渡齒輪18嚙合，所述第二過渡齒輪18套接在過渡軸19上，所述過渡軸19套設在基座1中，所述第二過渡齒輪18與第一齒輪61嚙合。

本實施例中，所述基座包括基座左側板、基座右側板、基座前板、基座后板和基座底板。

本實施例中，所述第一指段包括第一指段左側板、第一指段右側板、第一指段前板、第一指段后板和中間蓋板。

本實施例的工作原理，結合附圖敘述如下：

初始狀態時，如圖12所示，電機11正轉，通過減速器12帶動蝸桿13轉動，蝸輪14轉動，第一過渡齒輪17轉動，第二過渡齒輪18轉動，第一齒輪61轉動，通過第一簧件91拉動第一指段2繞近關節軸4正轉，第一指段2轉動靠向抓取物體99。

此過程中，由于第二簧件92的作用，第三齒輪63上的第二凸塊631緊靠在與基座1固接的第一凸塊16上，第三齒輪63相對于基座1的姿態不變；同時，當第一指段2正轉時，第四齒輪64被第三齒輪63撥動正轉，第二齒條82向下運動，通過第一齒條81拉動第五齒輪65正轉，使得第六齒輪66反轉，第二指段3反轉，且第二指段3的反轉角度等于第一指段2的正轉角度；當第一指段2接觸物體99被阻擋不能再繼續正轉時，如圖13所示，電機11繼續轉動，第一簧件91發生變形，第一齒輪61繼續正轉，此時第二齒輪62被第一齒輪61撥動反轉，第一齒條81向上運動，通過一段空程距離后與第一齒條81固接的第一撥桿811接觸第二撥桿821，從而推動第二撥桿821，推動第二齒條82向上運動，第二簧件92發生變形，第二指段2正轉，如圖14所示，直到第二指段2也接觸物體99為止。從而達到了自適應抓取效果，抓取結束，如圖15所示。

如果在上述過程中第二指段3先于第一指段2接觸物體99，則達到了捏持物體的效果，抓取結束，抓取過程如圖8至圖11所示。

該裝置釋放物體時，電機反轉，后續過程與上述過程剛好相反，不再贅述。

本發明裝置利用電機、蝸輪蝸桿、齒輪齒條、簧件、撥桿和凸塊等綜合實現了一種機器人手指，該手指能夠實現捏持和握持兩種功能，既能夠采用手指末端去捏持物體，也適合用兩個指段在沒有傳感器的情況下去自適應包絡抓取不同形狀、尺寸的物體；該裝置傳動精確平穩，抓取穩定可靠；僅利用一個電機驅動兩個關節，無需復雜的傳感和實時控制系統；結構簡單、體積小、重量輕，成本低，適用于通用抓取的機器人。