專利名稱：仿人形機器人手指機構的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種具有三個關節的仿人形機器人手指機構。
背景技術：
人類研究手及手功能開始于醫學外科領域的殘疾人義肢研制和傷殘程度評定。隨著現代科技的發展，各種類型的夾持器、機械手不斷涌現。十九世紀六十年代初，南斯拉夫Tomovic和Boni開發了第一只機械手，它有五個手指和五個自由度。七十年代末產生了多種夾持器的設計方案。此后，機械手向著兩個方向發展其一是機器人靈巧手，此種手自由度多，常常在九個以上；其二是仿人形機器手，此種手自由度少，通常少于五個。
近年來，仿人形機器人得到國際上有關研究機構的重視，所開發的仿人形機器人也越來越多。設計仿人形機器手的一個主要要求是使用較少數目的電機，實現較多數目的關節運動。為此，有多種可能的傳動方案可以采納，用來實現手指各關節的運動。較常見的是采用鋼絲繩傳動，另外，還有連桿傳動、齒形帶傳動、齒輪傳動等。這些傳動方式各有優缺點鋼絲繩傳動靈活性好，有利于長距離傳動，但需要解決鋼絲繩張緊問題；連桿傳動結構簡單，傳動精度較高，但運動連續性較差；齒形帶傳動精度較高，有利于長距離傳動，但對于帶輪尺寸有限制；齒輪傳動精度高，維護周期長，但不利于長距離傳動。因此，設計出功能全面、結構簡單、安全可靠的仿人機器手成為一個重要課題。

發明內容
本實用新型的目的是提供一種具有三個關節的仿人形機器人手指機構。該手指的傳動方式采用三組定軸齒輪系來完成指節間的運動關系，近指節關節軸處安裝有解耦裝置，當手指近指節接觸物體受阻時，中指節和遠指節仍然可以繼續運動，完成對物體的包絡抓持。
本實用新型是一種仿人形機器人手指機構，由遠指節、中指節、近指節、分配軸構成，遠指節通過遠指節關節軸連接在中指節上，中指節通過中指節關節軸連接在近指節上，近指節通過近指節關節軸連接在仿人形機器人手掌上，分配軸與軸承安裝于手掌上；所述的遠指節關節軸、中指節關節軸、近指節關節軸和分配軸上安裝有齒輪。
所述的仿人形機器人手指機構，其手指關節軸上的齒輪組成三組定軸齒輪系，由同一電機驅動手指運動。
所述的仿人形機器人手指機構，其手指的遠指節關節軸和近指節關節軸運動耦合，近指節關節軸處設置有運動解耦裝置，共結構是通過螺釘將近指節壓緊在近指節關節軸上，形成摩擦連接，當外力小于摩擦力時，近指節與近指節關節軸保持固定連接，當外力大于摩擦力時產生滑動，從而，當手指近指節接觸物體受阻時，其他指節仍可繼續運動，完成對物體的包絡抓持。
所述的仿人形機器人手指機構，其遠指節為 形結構，中指節為 形結構，近指節為 形結構。
本實用新型仿人形機器人手指機構的優點針對仿人形機器手的結構特點，本設計采用齒輪傳動方案，以達到傳動精度較高、機構尺寸較小、結構簡單、維護周期長等的要求。本實用新型結構為手指各指節間以轉軸相連接，轉軸上裝有齒輪，各轉軸間通過傳動齒輪組成多組輪系，手掌中內置一個電機，驅動多組輪系實現各指節的運動，同時，為了使手指對物體形狀具有適應性，在手指與手掌的連接軸處安裝有解耦裝置，當手指近指節接觸物體受阻時，中指節和遠指節仍然可以繼續運動，完成對物體的包絡抓持。本實用新型利用一個電機實現手指的三個關節運動，傳動精度高，維護周期長，結構緊湊，方便加工和安裝。


圖1是本實用新型手指結構剖視圖。
圖2是本實用新型手指指節結構示意圖。
圖中 201.遠指節 202.中指節 203.近指節204.電機 205.電機主動輪 206.分配軸 207.近指節關節軸208.齒輪心軸 209.中指節關節軸 210.遠指節關節軸211.第一齒輪 212.第二齒輪 213.第三齒輪214.第四齒輪215.第五齒輪 216.第六齒輪 217.第七齒輪218.第八齒輪219.第九齒輪 220.第十齒輪 221.第十一齒輪222.第十二齒輪 223.第十三齒輪 224.第十四齒輪具體實施方式
下面將結合附圖對本實用新型作進一步的詳細說明。
本實用新型是一種仿人形機器人手指機構，具有三個指節，即遠指節、中指節、近指節，能夠完成類似人手的功能。由遠指節201、中指節202、近指節203、分配軸206構成，遠指節201通過遠指節關節軸210連接在中指節202上，中指節202通過中指節關節軸209連接在近指節203上，近指節203通過近指節關節軸207連接在仿人形機器人手掌6上，分配軸206與軸承安裝于手掌6上；各指節的連接，是通過設在各指節上的軸孔801與軸(遠指節關節軸、中指切關節軸、近指節關節軸)實現的，備軸穿過各指節上的軸孔801。所述的遠指節關節軸210、中指節關節軸209、近指節關節軸207和分配軸206上安裝有多個齒輪，齒輪之間的傳遞通過同一電機204驅動。指節的關節軸上設有多個齒輪組成三組定軸齒輪系。
本實用新型仿人形機器人手指機構，其手指的遠指節關節軸210和近指節關節軸207運動耦合，近指節關節軸207處設置有運動解耦裝置，其結構是通過螺釘將近指節203壓緊在近指節關節軸207上，形成摩擦連接，當外力小于摩擦力時，近指節203與近指節關節軸207保持固定連接，當外力大于摩擦力時產生滑動，從而，當手指近指節接觸物體受阻時，其他指節仍可繼續運動，完成對物體的包絡抓持。
請參見圖1、2所示，電機204固定于仿人形機器人手掌6內，電機主動輪205以緊頂螺釘與電機204的輸出軸固連，電機主動輪205通過第一齒輪211傳動于第二齒輪212，第二齒輪212、第三齒輪213、第四齒輪214及分配軸206通過銷釘相固連，分配軸206以軸承安裝于手掌6上。第二齒輪212的運動分別通過第三齒輪213傳遞給第七齒輪217，通過第四齒輪214、第五齒輪215傳遞給第六齒輪216。第六齒輪216通過銷釘與近指節203、近指節關節軸207相固連，近指節關節軸207以軸承安裝于手掌6上，近指節203的一個安裝架以軸承與近指節關節軸207聯接，另一個安裝架以緊頂螺釘與近指節關節軸207形成摩擦聯接，調節緊頂螺釘可以改變近指節203與近指節關節軸207間的摩擦力值。當近指節203不受外阻力時，近指節203在摩擦力矩作用下與第六齒輪216、近指節關節軸207一同運動，當近指節203受到外阻力，且阻力矩大于摩擦力矩時，近指節203與近指節關節軸207間發生相對運動，近指節203受阻停止運動，近指節關節軸207可以繼續轉動，從而，允許中指節202、遠指節201繼續運動，形成對物體的包絡抓持。由此，電機主動輪205、第一齒輪211、第二齒輪212、第四齒輪214及第六齒輪216形成一組定軸輪系，實現近指節203相對手掌6的運動，并通過近指節203與近指節關節軸207的摩擦聯接，實現近指節203相對手掌6的運動離合。第三齒輪213傳動第七齒輪217，第七齒輪217以近指節關節軸207為心軸，通過第八齒輪218傳動于第九齒輪219，第九齒輪219與第十齒輪220固連，并通過第十齒輪220傳動于第十一齒輪221，第十一齒輪221與中指節關節軸209、中指節202以銷釘相固連，中指節關節軸209以軸承安裝于近指節203上，第十一齒輪221運動時帶動中指節202一同運動。由此，電機主動輪205、第一齒輪211、第二齒輪212、第三齒輪213、第七齒輪217、第八齒輪218、第九齒輪219、第十齒輪220及第十一齒輪221形成一組定軸輪系，實現中指節202相對近指節203的運動。第九齒輪219傳動于第十二齒輪222，第十二齒輪222以中指節關節軸209為心軸，通過第十三齒輪223傳動于第十四齒輪224，第十四齒輪224、遠指節關節軸210、遠指節201通過銷釘相固連，第十四齒輪224運動時帶動遠指節201一同運動。由此，電機主動輪205、第一齒輪211、第二齒輪212、第三齒輪213、第七齒輪217、第八齒輪218、第九齒輪219、第十二齒輪222、第十三齒輪223及第十四齒輪224形成一組定軸輪系，實現遠指節201相對中指節202的運動。中指節202、遠指節201運動耦合，即當其中一個指節受到外阻力停止運動時，另一個指節也將停止運動。在本實用新型中，手指的遠指節關節軸210、中指節關節軸209和近指節關節軸207運動耦合，近指節關節軸207處設置有運動解耦裝置，其結構是通過螺釘將近指節203壓緊在近指節關節軸207上，形成摩擦連接，當外力小于摩擦力時，近指節203與近指節關節軸207保持固定連接，當外力大于摩擦力時產生滑動，從而，當手指近指節接觸物體受阻時，其他指節仍可繼續運動，完成對物體的包絡抓持。
在本實用新型中，手指的遠指節201為 形結構，中指節202為 形結構，近指節203為 形結構。各指節的形狀規范，設計精度高。
本實用新型是一種應用于仿人形機器人的手指機構。手指各指節間以轉軸相連接，轉軸上裝有齒輪，各轉軸間通過傳動齒輪組成多組輪系，手掌中內置一個電機，驅動多組輪系實現各指節的運動，同時，為了使手指對物體形狀具有適應性，在手指與手掌的連接軸處安裝有解耦裝置，當手指近指節接觸物體受阻時，中指節和遠指節仍然可以繼續運動，完成對物體的包絡抓持。本實用新型利用一個電機實現手指的三個關節運動，傳動精度高，維護周期長，結構緊湊，方便加工和安裝。
權利要求1.一種仿人形機器人手指機構，其特征是由遠指節(201)、中指節(202)、近指節(203)、分配軸(206)構成，遠指節(201)通過遠指節關節軸(210)連接在中指節(202)上，中指節(202)通過中指節關節軸(209)連接在近指節(203)上，近指節(203)通過近指節關節軸(207)連接在仿人形機器人手掌(6)上，分配軸(206)與軸承安裝于手掌(6)上；所述的遠指節關節軸(210)、中指節關節軸(209)、近指節關節軸(207)和分配軸(206)上安裝有齒輪。
2.根據權利要求1所述的仿人形機器人手指機構，其特征是手指關節軸上的齒輪組成三組定軸齒輪系，由同一電機驅動手指運動。
3.根據權利要求1所述的仿人形機器人手指機構，其特征是手指的遠指節關節軸(210)和近指節關節軸(207)運動耦合，近指節關節軸(207)處設置有運動解耦裝置，其結構是通過螺釘將近指節(203)壓緊在近指節關節軸(207)上，形成摩擦連接，當外力小于摩擦力時，近指節(203)與近指節關節軸(207)保持固定連接，當外力大于摩擦力時產生滑動，從而，當手指近指節接觸物體受阻時，其他指節仍可繼續運動，完成對物體的包絡抓持。
4.根據權利要求1所述的仿人形機器人手指機構，其特征是遠指節(201)為 形結構，中指節(202)為 形結構，近指節(203)為 形結構。
專利摘要本實用新型公開了一種應用于仿人形機器人手指機構，它由遠指節、中指節、近指節構成，手指各指節間以關節軸相連接，關節軸上裝有齒輪，各關節軸間通過傳動齒輪組成多組輪系，同一個電機驅動多組輪系實現各指節的運動。為了使手指對被抓持物體形狀具有適應性，在手指近指節關節軸處安裝有解耦裝置，當手指近指節接觸物體受阻時，中指節和遠指節仍然可以繼續運動，完成對物體的包絡抓持。本實用新型利用一個電機實現手指的三個指節運動，傳動精度高，維護周期長，結構緊湊，方便加工和安裝。
文檔編號B25J15/10GK2761380SQ20042012058
公開日2006年3月1日 申請日期2004年12月28日 優先權日2004年12月28日
發明者郭衛東, 劉博 , 張玉茹, 李久振, 劉軍傳, 李繼婷 申請人:北京航空航天大學