一種基于蝸輪蝸桿機構的五指靈巧手指節運動模塊的制作方法
【專利摘要】本
【發明內容】
設計了一種基于蝸輪蝸桿機構結構特點和運動特性的五指靈巧手指節運動模塊，在滿足各手指運動功能的同時，能夠最大程度的優化指節的空間結構，同時因所用蝸輪蝸桿機構具有自鎖功能，所設計的五指靈巧手指節運動模塊還能夠起到斷電自鎖功能，提高了該靈巧手的抓取能力，更加有利于五指靈巧手的運動與抓取要求。蝸輪蝸桿減速裝置作為關節模塊驅動單元，其基本結構主要由蝸輪蝸桿、齒輪、軸、軸承、箱體及附件構成，并可分為三個基本結構部，即箱體、蝸輪蝸桿齒輪組、軸承與軸組合。箱體是蝸輪蝸桿機構中所有零件的基座，是支承并固定軸系部件、保證各傳動件正確位置并支撐作用在減速機上荷載的重要部分；蝸輪蝸桿齒輪組用來傳遞電機輸出動力，并改變輸出力的方向；軸承與軸組合主要作用是傳遞動力、支撐運轉并提高效率。
【專利說明】
一種基于蝸輪蝸桿機構的五指靈巧手指節運動模塊
技術領域
[0001]本發明屬于機械靈巧手技術領域，具體涉及蝸輪蝸桿機構在仿人五指靈巧手中的具體應用，提出了一種新型的指節運動模塊，優化了整個手指的結構。
【背景技術】
[0002]隨著科技水平的不斷進步和新興交叉學科的不斷涌現，太空探索、核能開發、醫療器械等領域都對機器人技術提出了更高的要求，但傳統的工業機器人末端夾持器存在一些突出的缺點，如靈活性差、感知力低、位置與力的控制精度不高等。近年來，由于工程應用的迫切需要，多指靈巧手的研究工作得到了迅速的發展，已逐漸成為一個專門的研究領域，涵蓋從空間探索到醫療器械等領域中的一些重大課題。由于多指靈巧手涉及機構學、材料科學、機器人學、計算機圖形學、自動控制等學科，很多國家都已成立了專門的多指靈巧手實驗室或研究中心，大力發展這一高新技術。此外，國外在核能開發的惡劣環境下和微創手術的醫療器械中，也都開始應用靈巧手。因此，無論是從理論上還是從工程應用上看，大力加強多指靈巧手的研究，都顯得格外迫切。但是，目前國內外的仿人靈巧手最大的難關在于手指指節的設計，如何在狹小的空間內合理布局，使其完成預定的目標是人們亟待解決的重要難題。
【發明內容】
[0003]本
【發明內容】
設計了一種基于蝸輪蝸桿機構結構特點和運動特性的五指靈巧手指節運動模塊，在滿足各手指運動功能的同時，能夠最大程度的優化指節的空間結構，同時因所用蝸輪蝸桿機構具有自鎖功能，所設計的五指靈巧手指節運動模塊還能夠起到斷電自鎖功能，提高了該靈巧手的抓取能力，更加有利于五指靈巧手的運動與抓取要求。蝸輪蝸桿減速裝置作為關節模塊驅動單元，其基本結構主要由蝸輪蝸桿、齒輪、軸、軸承、箱體及附件構成，并可分為三個基本結構部，即箱體、蝸輪蝸桿齒輪組、軸承與軸組合。箱體是蝸輪蝸桿機構中所有零件的基座，是支承并固定軸系部件、保證各傳動件正確位置并支撐作用在減速機上荷載的重要部分;蝸輪蝸桿齒輪組用來傳遞電機輸出動力，并改變輸出力的方向；軸承與軸組合主要作用是傳遞動力、支撐運轉并提高效率。
[0004]技術實現
[0005]為了實現上述發明目的，我們基于蝸輪蝸桿機構的結構特點與運動特性，設計了五指靈巧手的指節運動模塊，在保證其力矩的同時，充分減小了指節模塊的空間體積。
[0006]蝸輪蝸桿減速箱主體部分為三個鈑金外殼，鈑金外殼-1、鈑金外殼_2、鈑金外殼-3形成了整個手指模塊的空間布局，其中的鈑金外殼-1和鈑金外殼-2均為U形結構，鈑金外殼-3為定位件，鈑金外殼-2包覆鈑金外殼-1和鈑金外殼-3，通過螺栓固定3個鈑金外殼件。鈑金外殼-1上固定電機，將電機軸伸入鈑金外殼-1的U形結構，并在輸出軸連接電機輸出齒輪，在鈑金外殼-1和鈑金外殼-2上由蝸桿D軸固定蝸桿和齒輪件，蝸桿與齒輪固定在一起形成蝸桿和齒輪件，鈑金外殼-1和鈑金外殼-2側面再由蝸輪D軸固定蝸輪、電位計，蝸桿通過齒輪與電機輸出齒輪組成連接，實現了輸出軸的位置偏移傳動，最終將電機的橫向轉速轉變為縱向轉速，改變輸出力的方向，實現單個指節的彎曲。在蝸輪D軸兩側添加法蘭軸承和軸承，傳遞動力并提高傳遞效率。
[0007]兩節手指指節通過兩個連接件連接構成，連接件一端與電機相連，采用包圍形式，通過螺栓螺母鎖緊，可調節其連接距離，進而調節單個指節的長度，以適應不同的人手結構。連接件另一端有D形槽口，與蝸輪D軸兩側連接，傳動上一指節傳輸的力矩，實現兩個指節的相對彎曲運動。每一根手指都由三個關節構成，每一關節單獨控制，并增加電位計和壓力貼片，實現了手指的位置反饋和示教功能，加強了整個手指的靈活程度和抓取能力，讓它更像人類的手指。
[0008]本發明優點在于:
[0009](I)機械結構緊湊、體積外形輕巧、小型高效；
[0010](2)運行平穩、噪音小、經久耐用；
[0011](3)具有斷電自鎖功能，可控性能好；
[0012](4)具有位置反饋功能和示教模式，可編程性強。
【附圖說明】
[0013]附圖1為基于蝸輪蝸桿機構的五指靈巧手手指的整體示意圖；
[0014]附圖2為蝸輪蝸桿機構模塊的爆炸示意圖；
[0015]附圖3為電機與鈑金外殼連接示意圖；
[0016]附圖4為蝸輪蝸桿布局示意圖；
[0017]附圖5為蝸輪與蝸輪D軸的裝配示意圖；
[0018]附圖6為鈑金外殼裝配示意圖；
[0019]附圖7為輸出軸偏移傳動示意圖；
[0020]附圖8為兩個蝸輪蝸桿機構模塊連接形成彎曲運動的示意圖；
[0021 ]附圖9為連接件連接蝸輪D軸的示意圖；
[0022]附圖中:1一蝸桿和齒輪件，2—蝸桿D軸，3—電機輸出齒輪，4一電位計，5—法蘭軸承，6—飯金外殼_1，7 一電機，8 一軸承，9 一蝸輪D軸，10—蝸輪，11 一飯金外殼_2，12 一飯金外殼-3，13—連接件-1，14一連接件-2。
【具體實施方式】
[0023]附圖2為蝸輪蝸桿機構模塊的爆炸示意圖；主要包括蝸桿和齒輪件(I)、蝸桿D軸
(2)、電機輸出齒輪(3)、電位計(4)、法蘭軸承(5)、鈑金外殼-1(6)、電機(7)、軸承(8)、蝸輪D軸(9)、蝸輪(10)、鈑金外殼-2(11)、鈑金外殼-3(12)。
[0024]附圖3為電機與鈑金外殼連接示意圖。鈑金外殼-1(6)上固定電機(7)，將電機(7)軸伸入鈑金外殼-1 (6)的U形結構，并在輸出軸連接電機輸出齒輪(3)。
[0025]附圖4為蝸輪蝸桿布局示意圖。蝸桿和齒輪件(I)分別與電機輸出軸齒輪(3)和蝸輪(1)連接在一起，布局緊湊，將電機輸出扭力方向轉變。
[0026]附圖5為蝸輪與蝸輪D軸的裝配示意圖。法蘭軸承(5)、蝸輪(10)、電位計(4)、軸承
(8)依次固定在蝸輪D軸(2)上。
[0027]附圖6為鈑金外殼裝配不意圖。鈑金外殼-2(11)包覆鈑金外殼-1 (6)和鈑金外殼-3
(12)，通過螺栓固定3個鈑金外殼件，鈑金外殼-3(12)為定位件。
[0028]附圖8為兩個蝸輪蝸桿機構模塊連接形成彎曲運動的示意圖。連接件一端與電機
(7)相連，采用包圍形式，通過螺栓螺母鎖緊，可調節其連接距離;連接件另一端有D形槽口，與蝸輪D軸(9)兩側連接。
【主權項】
1.一種基于蝸輪蝸桿機構的五指靈巧手指節運動模塊，其特征在于依據蝸輪蝸桿機構的結構特點和運動特性，將蝸輪蝸桿合理放置在狹窄的手指模塊空間結構中，并將電機豎直方向的扭矩轉變為水平方向的扭矩，最大程度地優化了五指靈巧手指節的空間結構，實現了結構緊湊、工作可靠的設計目標。整個靈巧手擁有20個自由度，蝸桿D軸固定有電位計，可以反饋位置信息，兩個模塊通過連接件連接在一起，通過調整連接件的位置即可靈活調節單個指節的長度。2.根據權利要求1，基于蝸輪蝸桿機構的五指靈巧手指節運動模塊其特征在于蝸桿和齒輪固定在一起，蝸桿的固定齒輪與電機輸出齒輪連接，蝸桿與蝸輪連接，將電機的輸出扭矩傳遞給蝸輪，節省了布局空間。3.根據權利要求1，基于蝸輪蝸桿機構的五指靈巧手指節運動模塊，其特征在于兩個指節之間的相對連接模塊，指節連接件一端固定在一個指節的電機上，采用包覆形式，可調節指節長度，另一端通過D形槽口與另一個指節的蝸輪D軸連接。4.根據權利要求1，基于蝸輪蝸桿機構的五指靈巧手指節運動模塊，其特征在于指節運動模塊蝸輪蝸桿D軸空間布局，指節由三個箱體構成，I箱體與2箱體均為U形結構，交叉在一起，二者的D形槽確定了蝸輪的位置，圓形槽口固定法蘭軸承，放置蝸輪的D軸。5.根據權利要求1，基于蝸輪蝸桿機構的五指靈巧手指節運動模塊，其特征在于電機固定位置在I箱體的U形面，將輸出軸伸入U形箱體，電機外露在外側，充當手指指節。6.根據權利要求1，基于蝸輪蝸桿機構的五指靈巧手指節運動模塊，其特征在于電位計與蝸輪D軸固定，用3箱體包涵在U形箱體內部，反饋蝸輪轉動角度，即反饋指節的彎曲角度。
【文檔編號】B25J15/00GK105881536SQ201610371317
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年5月30日
【發明人】羅慶生, 孫堯, 汪常進, 徐佳鋒, 劉星棟, 周信兵
【申請人】北京理工大學