專利名稱：一種欠驅動精巧傳動結構的仿人手的制作方法
技術領域：
本發明屬于仿人機器人技術領域，特別涉及一種欠驅動精巧傳動機構的仿人手的機構設計。
背景技術：
仿人機器人是與人類最接近的一種機器人，與傳統的輪式機器人或履帶機器人相比，仿人機器人更接近人類日常生活環境，同時更便于使用為人類發明設計的各種工具，因此，仿人機器人具有廣闊的發展前景。與人類類似，仿人機器人的很多功能都要通過手部操作來實現，因此機器人手是機器人不可或缺的一部分，相對于機器人的其它部分，仿人手具有自由度多，體積小，非常靈巧，控制復雜等特點與難點。目前現有的靈巧手雖然控制靈活，但是結構非常復雜，質量過重，控制難度相當大，制造和維護成本很高，這些因素阻礙了靈巧手在仿人機器人上的廣泛推廣應用。中國發明專利CN 101633171A，包括基座、電機、近關節軸、遠關節軸和末端指段，還包括分別實現耦合和欠驅動轉動的傳動機構以及多個簧件解耦裝置等。當手指碰觸物體前實現多關節耦合轉動的效果，當手指碰觸物體后采用多關節欠驅動方式抓取物體。該裝置的不足之處為該裝置由于采用了兩套傳動機構分別實現耦合和欠驅動抓取，使得整個手指結構復雜，制造加工成本高；該裝置的兩套傳動機構平行排列，再加上多個簧件在關節軸上安裝，使手指過于粗大。中國發明專利CN 101941205A，柔性滑塊式并聯耦合欠驅動機器人手指裝置，包括基座、近關節軸、第一指段、遠關節軸、第二指段和電機，還包括傳動輪、滑塊、簧件、及柔性件等。將耦合傳動與欠驅動傳動結合起來，利用滑塊活接觸方式使手指彎曲抓起物體。該裝置不足之處仍為結構較復雜，總體尺寸也比人手打大很多。
發明內容
本發明的目的是針對上述現有技術中仿人手及機械臂機構的不足之處，提供一種欠驅動精巧傳動機構的仿人手裝置，該裝置結構簡單緊湊，傳遞精度高，安裝方便，質量輕，體積小，所需電機少，和普通人手差不多大小，適合作為仿人機器人手或機械臂手使用。本發明解決技術問題采取的技術方案如下本發明所述的一種欠驅動精巧傳動機構的仿人手裝置，包括手掌、五根手指；其中，手指包括第一指節、第二指節、第三指節、第四指節、傳動關節、圓柱齒輪，冠狀齒輪，圓柱齒輪傳動軸、冠狀齒輪連接軸、關節定位柱、電機及減速器等。所述的第一指節上固定有減速器，所述的減速器下邊連接有電機，同時減速器連接一級圓柱齒輪，所述的一級圓柱齒輪與第一關節中的一對冠狀齒輪嚙合；所述的一對冠狀齒輪中間通過冠狀齒輪連接軸連接，外側分別與第二指節的左右兩端連接，其中左邊冠齒輪與根指關節固定連接，而右邊冠齒輪只取介輪作用，與第二指節不固定；與所述的一級圓柱齒輪相對的一端，二級圓柱齒輪與所述冠狀齒輪嚙合，此圓柱齒輪與第二指節圓柱齒輪傳動軸連接；所述的第二指節圓柱齒輪傳動軸裝在第二指節關節定位柱上；所述關節定位柱固定在第二指節關節中心；第三指節和第四指節結構均與第二指節類似，但在第三指節，冠狀齒輪中的介輪位置跟第二指節介輪位置不同。三關節串聯平行排列。本發明所述的一種欠驅動精巧傳動機構的仿人手手指裝置，其特征在于所述傳動關節中的圓柱齒輪和冠狀齒輪可換成圓錐齒輪；本發明所述的一種欠驅動精巧傳動機構的仿人手手指裝置，其特征在于所述的二級圓柱齒輪和可動冠狀齒輪嚙合的位置開一小口，以免齒輪相互之間卡死，使運動傳遞更流暢。本發明所述的一種欠驅動精巧傳動機構的仿人手手指裝置，其特征在于通過調節通過調節冠狀齒輪與圓柱齒輪之間的傳動比和改變指節的長度可實現不同角度，不同幅度的彎曲轉動。本發明的有益效果及優點是本精巧傳動機構的仿人手結構簡單緊湊，傳遞精度高，安裝方便，質量輕，體積小，所需電機少，且能根據需要調節所述冠狀齒輪與圓柱齒輪之間的傳動比和改變各指節的長度實現不同角度的偏轉，適合作為仿人機器人手和機械臂手使用。
圖1是本發明提供的一種欠驅動精巧傳動機構的仿人手的正面整體外觀圖。圖2是本實施例的手指的正面外觀圖。圖3是圖2的A-A向剖視圖。圖4是本實施例指關節運動的原理圖。圖5是本實施例的手指關節定位柱(13)的等軸測視圖。圖中1第一指節，2第二指節，3第三指節，4第四節，5 —級圓柱齒輪，6固定冠狀齒輪，7可動冠狀齒輪，8 二級圓柱齒輪，9冠狀齒輪連接軸，10減速器，11電機，12圓柱齒輪連接軸，13關節定位柱，14手掌，15拇指，16食指，17中指，18無名指，19小指。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步說明，但不作為對本發明的限定。參見圖1，一種欠驅動精巧傳動機構的仿人手裝置，總體上由手掌(14)、拇指
(15)、食指(16)、中指(17)、無名指(18)、小指(19)組成；其中所述手指包括第一指節(I )、第二指節(2)、第三指節(3)、第四指節(4)、一級圓柱齒輪(5)，可動冠狀齒輪(6)，固定冠狀齒輪(7 )，二級圓柱齒輪(8 )，圓柱齒輪傳動軸(12)、冠狀齒輪連接軸(9 )、電機(11)、減速器
(10)及關節定位柱(13)。所述的第一指節(I)上固定有減速器(10)，所述的減速器(10)下邊連接有電機(11)，同時減速器連接一級圓柱齒輪(5)，所述的一級圓柱齒輪(5)與第一關節中的一對冠狀齒輪(6、7 )嚙合；所述的一對冠狀齒輪(6、7 )中間通過冠狀齒輪連接軸(9 )連接，外側分別與第二指節(2)的左右兩端連接，其中固定冠齒輪(6)與第二指節(2)左邊固定連接，而可動冠齒輪(7)只起介輪作用，安裝在冠狀齒輪連接軸(9)上；與所述的一級圓柱齒輪(5)相對的一端，二級圓柱齒輪(8)與所述冠狀齒輪(6、7)嚙合，此二級圓柱齒輪(8)與第二指節圓柱齒輪傳動軸(12)連接，所述的第二指節圓柱齒輪傳動軸(12)由第二指節定位柱(13)定位；所述的第二指節定位柱(13)固定在第二指節(2)中心；第三指節(3)和第四指節(4)均與第二指節(2)類似，但在第三指節，冠狀齒輪中的介輪位置跟第二指節
(2)中介輪位置不同；三關節串聯平行排列；所述的各手指通過第一指節與手掌(14)固定。本實施例的工作原理，如圖2所示，現敘述如下電機(11)通過減速器(10)帶動一級圓柱齒輪(5)轉動，如圖2假設按圖示方向轉動，則與之嚙合的可動冠狀齒輪(6)隨之轉動，可動冠狀齒輪(6)的轉動一方面帶動第二指節(2)繞冠狀齒輪連接軸(9)轉動，另一方面帶動與之嚙合的二級圓柱齒輪(8)繞如圖所示方向轉動，從而實現第二指節(2)轉動的同時，又能將轉動傳到下一級；第三指節(3)和第四指節(4)運動方式與之類似；每個手指的運動也類似，均由一個電機驅動，實現該仿人手抓取物體。以上所述的實施例，只是本發明較優選的具體實施方式
的一種，本領域的技術人員在本發明技術方案范圍內進行的變化和替換都應包含在本發明的保護范圍內。
權利要求
1.一種欠驅動精巧傳動結構的仿人手，包括手掌(14)、拇指(15)、食指(16)、中指(17)、無名指(18)和小指(19)，其特征在于 所述食指(16)、中指(17)、無名指(18)、小指(19)均包括第一指節(I)、第二指節(2)、第三指節(3 )及第四指節(4 )，通過三個傳動關節相連； 所述拇指(15)包括第一指節(I)、第三指節(3)、第四指節(4)，通過兩個傳動關節相連； 各個手指通過各自的第一指節(I)固定在所述手掌(14)上； 所述食指(16)、中指(17)、無名指(18)、小指(19)的四個手指指節(1、2、3、4)均為矩形結構； 各個所述傳動關節分別包括一級圓柱齒輪(5)、固定冠狀齒輪(6)、可動冠狀齒輪(7)、二級圓柱齒輪(8)，以及冠狀齒輪連接軸(9)； 各所述第一指節(I)上分別固定有減速器(10)，各所述減速器下邊分別連接電機(11)； 所述各指節中心固定有關節定位柱(13)，所述關節定位柱(13)中心通過圓柱傳動軸(12)。
2.根據權利要求1所述的仿人手，其特征在于，所述一級圓柱齒輪(5)和所述固定冠狀齒輪(6)及可動冠狀齒輪(7)嚙合，所述固定冠狀齒輪(6)及可動冠狀齒輪(7)還與二級圓柱齒輪(8)嚙合；由此將轉動傳到所述第二指節(2)，再傳到所述第三指節(3)及第四指節(4)。
3.根據權利要求1所述的仿人手，其特征在于，所述第二指節(2)，通過與所述固定冠狀齒輪(6 )固定實現自身的轉動，而所述可動冠狀齒輪(7 )不與第二指節(2 )固定。
4.根據權利要求1所述的仿人手，其特征在于，所述的二級圓柱齒輪(8)和可動冠狀齒輪(7)嚙合的位置開一小口，以免齒輪相互之間卡死，使傳遞運動更流暢。
5.根據權利要求1所述的仿人手，其特征在于，所述仿人手可通過調節冠狀齒輪與圓柱齒輪之間的傳動比和改變各指節(2、3、4)的長度可實現不同角度，不同幅度的彎曲轉動。
全文摘要
本發明公開了一種欠驅動精巧傳動結構的仿人手，該手有五個手指，大拇指由兩個關節組成，其它手指均由三個關節組成。拇指之外的手指主要由冠狀齒輪，圓柱齒輪，冠狀齒輪連接軸及其相關部分組成，其各關節是緊密聯系在一起的整體，通過一個電機即可實現每個手指的轉動首先由電機帶動第一個圓柱齒輪，使與之相嚙合的左右兩個冠狀齒輪向相反方向轉動，實現指節轉動的同時，帶動與之嚙合的另一圓柱齒輪轉動，從而將傳動傳到下一指節；下兩個關節的傳動方式與之類似。本精巧傳動機構的仿人手結構簡單緊湊，傳遞精度高，安裝方便，質量輕，體積小，所需電機少，適合作為仿人手或機械臂上使用。
文檔編號B25J15/10GK103009398SQ201210551850
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月18日 優先權日2012年12月18日
發明者張偉民, 黃強, 陳曉鵬, 黃高 申請人:北京理工大學