專利名稱：多關節聯動多指靈巧手的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種夾持裝置，更具體地說，涉及一種可用于科學實驗、航空航
天、工業、娛樂等多個領域的多關節聯動多指靈巧手，屬于機器人領域。
背景技術：
隨著科技的發展，機器人得到了越來越廣泛的應用，而機器人中的靈巧手或機器 人夾持器是機器人完成操作的基本工具。盡管目前已經有各種各樣的靈巧手或夾持器出 現，但通常夾持器是由剛性的指部組合而成，從而造成夾持器功能單一、適應性差，抓持不 同的物體需要更換不同的夾持器，不僅使用不方便，而且成本增加；機器人靈巧手雖然由多 個關節的指部構成，適應性很強，但指部的每一關節均需由一電機驅動，從而導致整個靈巧 手的控制裝置復雜、價格昂貴，而且在抓持操作時一般采用指端夾持的方式，抓持不穩定， 難以得到廣泛應用。 為此，本實用新型提出一種結構簡單、成本低、抓持適應性強及可對物體進行包絡 抓持的多關節聯動多指靈巧手。

發明內容本實用新型的主要目的在于解決現有夾持器由于指部的剛性特性而導致抓持適 應性差的問題，以及機器人靈巧手由于需要多個電機驅動而存在控制復雜、成本高的問題。 本實用新型中的多關節聯動多指靈巧手包括有一掌部，及多個用于抓持物件的 指部，每一指部的一端通過轉軸與所述掌部樞接；所述每一指部均包括有多個通過轉軸依 序樞接成一體的指桿，所有指桿上的轉軸的軸線互相平行，即每個指部只能做平面內的轉 動，每一指桿的有效長度(即一個指桿上的兩個轉軸之間的距離)皆相等，指桿的數量為n 個，n = 2，3，4...，相鄰指桿之間及與掌部樞接的指桿與掌部平面之間的夾角皆等于180n/ (n+l)度，各指桿之間設置有聯動的傳動裝置，如鏈條、鏈輪、帶輪等，傳動比為l : l，該傳 動裝置與設在所述掌部內的驅動裝置聯結。指部的數量可以為兩個、三個、四個、五個或更 多，所有指部呈交錯分布在掌部的兩側，如果指部的數量為偶數則兩側的數量相等，如果指 部的數量為奇數則一側的數量比另一側的多一個。 一側指部的安裝位置要與另一側的指部 位置錯開，這樣可保證一側的指部運動不會與另一側的指部發生干涉，而且在所有的指部 運動到一起時可保證兩側的指部交錯在一起，但不發生干涉，這樣的布局主要是為了提高 抓持物體時指部與被抓持物體之間接觸點的對稱性，使抓持更可靠。同一側所有指部與掌 部樞接的轉軸在同一條直線上，且兩側指部與掌部樞接轉軸之間的距離與指桿的有效長度 相同，即掌部可假想成一個指桿。在靈巧手的每一個指部運動過程中，相鄰指桿之間及與掌 部樞接的指桿與掌部平面之間的夾角皆相等，即可保證位于掌部兩側的指部上的所有指桿 的中心點包絡成一圓形，而這個內包絡圓的直徑會隨著指部的運動而發生變化，這樣的話 當驅動該靈巧手的指部運動時即可實現對不同大小物體的包絡抓持。所有的指部只用一個 電機即可驅動，驅動電機通過齒輪或同步帶等運動傳遞裝置等傳動比地將運動傳遞到各個指部與掌部相連的轉軸處。 另外，所述掌部也可包括有一殼體，該殼體內部設置有多個電機，該每一電機通過 齒輪組等傳動裝置分別與所述各個指部內的傳動裝置聯結。 本發明中的多關節聯動多指靈巧手借助于指部間的傳動裝置和指桿間的聯動裝 置，可以減少驅動裝置，從而簡化控制裝置，降低成本。 本發明中的多關節聯動多指靈巧手進一步借助于指部關節及呈交錯布置于掌部 兩側的指部且內部可形成不同直徑大小的包絡圓，使得靈巧手可以抓持不同形狀的物體， 如圓柱體、長方體、球狀體及彈性物體等等。 本實用新型中的多關節聯動多指靈巧靈巧手具有下述優點 1.本實用新型中的靈巧手采用指桿有效尺寸相同和相鄰指桿夾角相同的指部結
構，且指部交錯布置在掌部的兩側，每個指部采用i : i的同速傳動方式，可保證靈巧手的
所有指桿在運動過程中指桿的中點構成一個直徑變化的包絡圓，使得該靈巧手可實現對不
同直徑的圓形、球形或矩形物體的包絡抓持，且由于接觸點數量多，抓持比較可靠； 2.本實用新型中的靈巧手在抓持物體時每個指部的所有關節聯動，可像人手一樣 對物體進行包絡抓持，只用一個電機即可驅動所有的指部，也可使每個指部由一獨立的電 機驅動，使得控制結構相對簡單。

圖1是本實用新型中多關節聯動多指靈巧手的立體外觀示意圖； 圖2是本實用新型中指桿的尺寸、兩側掌部樞接指部的轉軸之間的距離、指桿之
間的夾角、第一指桿與掌部的夾角及內包絡圓圖； 圖3是本實用新型中三指桿間的傳動示意圖； 圖4本實用新型中掌部內的驅動裝置及傳動主視圖； 圖5是本實用新型中掌部內的驅動裝置及傳動側視圖。圖中l-指部A2_指部B3_指部C4-掌部20-指桿A21-指桿B22-指桿C30-指桿D31-指桿E32-指桿F101-凸耳F201-凸耳G202-導向輪A203-鋼絲A204-樞軸A205-導向輪B206-凸耳D207-導向輪C208-凸耳B209-鋼絲B210-樞軸B211-凸耳E212-導向輪D213-凸耳C301-凸耳H401-電機402-齒輪A403-齒輪B404-齒輪D405-軸A406-軸B407-帶輪A408-同步帶409-帶輪B410-齒輪C
具體實施方式下面將結合附圖對本實用新型中的具體實施例作進一步詳細說明。 如圖1所示，本實用新型以設置有三個指部及每一指部均設置有三個關節的多關
節聯動多指靈巧手為實施例，當然，指部與關節的數量可以根據不同需求而隨時改變，并且
4兩者的數量也不一定相同。即指部的數量可以是兩個、三個、四個或五個，甚至五個以上；而
且關節的數量也可以是兩個、三個、四個、五個、六個甚至六個以上。本實用新型中的指部呈
交錯狀分布在掌部的兩側，以防止靈巧手在夾持小物體時各指部發生互相碰撞。 如圖1和圖2所示，本實用新型中的多關節聯動多指靈巧手包括有一可安裝在機
器人上的掌部4、三個呈相互交錯設置的指部A1、B2、C3、設在掌部4內的驅動裝置及與該驅
動裝置聯結用于聯動指部A1、 B2、 C3的傳動裝置。掌部4包括有一方形殼體，該殼體也可
呈其它便于安裝與放置的形狀，并不局限于此，該殼體于其內部設置有一驅動裝置，該驅動
裝置為一電機401，如圖5。指部B2包括指桿A20、 B21、 C22，所有指桿A20、 B21、 C22的有
效長度、掌部4的有效長度與指桿的有效長度相等，且指桿A20、指桿B21、指桿C22之間及
指桿A20與掌部4之間的夾角也相等，這樣的話指桿A20、指桿B21、指桿C22、指桿D30、指
桿E31、指桿F32、掌部4的中點可構成一內包絡圓。由于每個指部的相鄰指桿之間傳動比
為l : 1且相鄰指桿之間及指桿A20與掌部平面之間的夾角皆相等，因此所有指桿的轉動
速度相同，在指桿運動的過程中，指桿A20、指桿B21、指桿C22、掌部4所構成的內包絡圓的
直徑也會發生變化，由此可實現對不同直徑物體的包絡抓持。由于接觸點的數量比較多，所
以抓持會比較可靠穩定。 如圖3所示，指部B2均包括有三個呈中空狀的指桿A20、指桿B21、指桿C22，指桿 20、指桿B21、指桿C22的一端于中間位置分別設置有一凸耳A201、凸耳B208、凸耳C213，凸 耳B208、凸耳C213分別通過鍵與樞軸A204、樞軸B210固定連接。指桿A20、指桿B21的另 一端在其兩側各設置有一對稱的凸耳D206、凸耳E211，該凸耳D206、凸耳E211上各設置有 同軸心的圓孔，圓孔中裝有軸承以支撐樞軸A204、樞軸B210，通過樞軸樞軸A204、樞軸B210 與凸耳A201、凸耳B208、凸耳C213、凸耳D206、凸耳E211將指桿A20與指桿B21、指桿B21 與指桿C22依序樞接構成一指部B2。指部B2內部設置有一聯動的傳動裝置，該聯動的傳 動裝置包括有通過鍵與樞軸A204、樞軸B210固定連接的導向輪A202、導向輪B205、導向輪 C207、導向輪D212及與導向輪A202、導向輪B205纏繞的鋼絲A203和與導向輪C207、導向 輪D212纏繞的鋼絲B209。所有導向輪的直徑相同，可保證指桿A20、指桿B21、指桿C22之 間的傳動比為l : 1 : 1，即指桿C22相對于B21、指桿B21相對于指桿A20、指桿A20相對 于掌部4的轉角皆相同。這樣利用驅動裝置、傳動裝置可以帶動指部2做抓持動作。但在 此需強調一點，傳動裝置也可以由其他具有相同功能的結構來替換，如鏈條、鏈輪、帶輪等， 并不局限本實施例所舉的結構，只要傳動比為1 : l即可。 如圖4和圖5所示，殼體內部設置有一電機401，該電機的輸出軸通過齒輪A402、 齒輪B403、齒輪C410將運動傳遞給齒輪D404和軸A405，指部A1的凸耳FIOI與指部B2的 凸耳G201與軸A405通過鍵固聯在一起，軸C411的一端固定的同步帶輪A407通過同步帶 408將運動1 : 1地傳遞到同步帶輪B409和軸B406，同步帶輪B409通過鍵固聯在軸B406 上，軸B406通過鍵與指部C3的凸耳H301固聯，這樣的話可保證電機401的運動等速地傳 遞給了指部A1 、指部B2 、指部C3 ，使其運動同步。 另，在殼體內部也可以設置多個電機，該電機的數量與指部的數量相同，即一電機 分別帶動一指部，每個指部可獨立運動，可以提高整個靈巧手的獨立自由度和靈活性，可以 抓持形狀復雜的物體。
權利要求一種多關節聯動多指靈巧手，其特征在于其包括有一掌部及多個用于抓持物件的指部，每一指部的一端通過轉軸與所述掌部樞接，所述每一指部均包括有多個通過轉軸依序樞接成一體的指桿，所有指桿的轉軸軸線相互平行，所有指桿的有效長度相等；所述每一指部各相鄰指桿之間設置有傳動裝置，傳動比為1∶1，該傳動裝置與設在所述掌部內的驅動裝置聯接；所有指部呈交錯分布在掌部的兩側，即一側指部在運動的過程中不會與另一側的指部發生干涉或碰撞，同一側所有指部與掌部樞接的轉軸在同一條直線上，且兩側指部與掌部樞接轉軸之間的距離與指桿的有效長度相同；掌部內的電機通過齒輪組或齒形帶等裝置將電機的轉動等傳動比地傳遞給各指部的傳動裝置，所有的指部只用一個電機驅動。
2. 根據權利要求1中所述的多關節聯動多指靈巧手，其特征在于所述各指桿間的傳 動裝置為鋼絲與導向輪。
3. 根據權利要求1中所述的多關節聯動多指靈巧手，其特征在于所述各指桿間的傳 動裝置為多組相互嚙合傳動的齒形帶與帶輪。
4. 根據權利要求1中所述的多關節聯動多指靈巧手，其特征在于所述各指桿間的傳 動裝置為多組相互嚙合傳動的鏈條與鏈輪。
5. 根據權利要求1中所述的多關節聯動多指靈巧手，其特征在于所述指部的數量為 兩個、三個、四個或五個，且所述指部呈交錯狀設于掌部的兩側。
6. 根據權利要求l中所述的多關節聯動多指靈巧手，其特征在于所述指桿的數量為n 個，n = 2，3，4...，相鄰指桿之間及與掌部樞接的指桿與掌部平面之間的夾角皆等于180n/ (n+l)度。
專利摘要本實用新型公開了一種多關節聯動多指靈巧手，其包括有一掌部及多個用于抓持物件的指部，每一指部的一端與所述掌部樞接；所述每一指部均包括有多個依序樞接成一體的指桿，并在各指桿之間設置有傳動裝置，該傳動裝置與設在所述掌部內的驅動裝置聯結。該靈巧手可只用一個電機驅動，也可使每個指部由一獨立的電機驅動，使得控制結構相對簡單。該靈巧手可在抓持物體時像人手一樣對物體進行包絡抓持，提高了抓持的穩定性。
文檔編號B25J15/08GK201519961SQ20092022260
公開日2010年7月7日 申請日期2009年9月9日 優先權日2009年9月9日
發明者戰強, 楊雙龍, 楊睿, 蔡堯 申請人:北京航空航天大學