本發(fā)明屬于機(jī)器人手技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種雙齒條平夾間接自適應(yīng)機(jī)器人手指裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計。

背景技術(shù)：

自適應(yīng)欠驅(qū)動機(jī)器人手采用少量電機(jī)驅(qū)動多個自由度關(guān)節(jié)，由于電機(jī)數(shù)量少，藏入手掌的電機(jī)可以選擇更大的功率和體積，出力大，同時純機(jī)械式的反饋系統(tǒng)無需對環(huán)境敏感也可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定抓取，自動適應(yīng)不同形狀尺寸的物體，沒有實(shí)時電子傳感和閉環(huán)反饋控制的需求，控制簡單方便，降低了制造成本。

在抓取物體時主要有兩種抓取方法，一種是捏持，一種是握持。捏持是用末端手指的指尖部分去夾取物體，采用兩個點(diǎn)或兩個軟指面去接觸物體，主要針對小尺寸物體或具有對立面的較大物體；握持是用手指的多個指段包絡(luò)環(huán)繞物體來實(shí)現(xiàn)多個點(diǎn)的接觸，達(dá)到更穩(wěn)定的形狀包絡(luò)抓取。工業(yè)夾持器一般采用末端平行的夾持方式，難以具有包絡(luò)握持功能，不能適應(yīng)多種形狀物體的穩(wěn)定包絡(luò)抓取；自適應(yīng)欠驅(qū)動手指可以采用自適應(yīng)包絡(luò)物體的方式握持，但是無法實(shí)施末端平行夾持抓取，例如，已有的一種欠驅(qū)動兩關(guān)節(jié)機(jī)器人手指裝置(中國發(fā)明專利CN101234489A)，包括基座、電機(jī)、中部指段、末端指段和平帶輪式傳動機(jī)構(gòu)等。該裝置實(shí)現(xiàn)了雙關(guān)節(jié)欠驅(qū)動手指彎曲抓取物體的特殊效果，具有自適應(yīng)性。該欠驅(qū)動機(jī)械手指裝置的不足之處為：手指在未碰觸物體前始終呈現(xiàn)伸直狀態(tài)，抓取方式主要為握持方式，難實(shí)現(xiàn)較好的末端平行夾持抓取效果。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了克服已有技術(shù)的不足之處，提供一種雙齒條平夾間接自適應(yīng)機(jī)器人手指裝置。該裝置具有多種抓取模式，既能平動第二指段夾持物體，也能先后轉(zhuǎn)動第一指段和第二指段自適應(yīng)包絡(luò)不同形狀、大小的物體；抓取范圍大；無需復(fù)雜的傳感和控制系統(tǒng)。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

本發(fā)明設(shè)計的雙齒條平夾間接自適應(yīng)機(jī)器人手指裝置，包括基座、第一指段、第二指段、近關(guān)節(jié)軸、遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸和電機(jī)；所述電機(jī)與基座固接；所述近關(guān)節(jié)軸活動套設(shè)在基座中；所述遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸活動套設(shè)在第一指段中；所述近關(guān)節(jié)軸的中心線與遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸的中心線平行；其特征在于：該雙齒條平夾間接自適應(yīng)機(jī)器人手指裝置還包括傳動機(jī)構(gòu)、第一齒輪、第二齒輪、第三齒輪、第一齒條、第二齒條、滑塊、凸塊撥盤、簧件和限位凸塊；所述第一指段套固在近關(guān)節(jié)軸上；所述第二指段套固在遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸上；所述傳動機(jī)構(gòu)設(shè)置在基座中；所述電機(jī)的輸出軸與傳動機(jī)構(gòu)的輸入端相連，所述傳動機(jī)構(gòu)的輸出端與近關(guān)節(jié)軸相連；所述第一齒輪活動套接在近關(guān)節(jié)軸上，所述第二齒輪套接在中間軸上，所述第二齒輪與第一齒輪嚙合，所述第二齒輪與第一齒條嚙合，所述第一齒條固接在滑塊的下方，所述第二齒條固接在滑塊的上方，所述第二齒條與第三齒輪嚙合，所述滑塊滑動鑲嵌在第一指段中；所述第三齒輪套固在遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸上，所述第三齒輪與第二指段固接；所述中間軸套設(shè)在第一指段中；所述第一齒輪與凸塊撥盤固接，所述凸塊撥盤活動套接在近關(guān)節(jié)軸上；所述限位凸塊與基座固接；所述凸塊撥盤與限位凸塊相接觸或離開一段距離；所述簧件的兩端分別連接凸塊撥盤和基座；所述第一齒輪與第二齒輪的傳動比為1，所述第二齒輪與第三齒輪的分度圓直徑相等。

本發(fā)明所述的雙齒條平夾間接自適應(yīng)機(jī)器人手指裝置，其特征在于：所述簧件采用拉簧、壓簧、片簧或扭簧。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)和突出性效果：

本發(fā)明裝置利用電機(jī)、齒輪傳動機(jī)構(gòu)、兩個齒條、滑塊、簧件、凸塊撥盤和限位凸塊等綜合實(shí)現(xiàn)了雙關(guān)節(jié)機(jī)器人手指平行夾持及自適應(yīng)抓取的功能，根據(jù)目標(biāo)物體形狀和位置的不同，既能平動第二指段捏持物體或外張撐取物體，也能依次轉(zhuǎn)動第一指段和第二指段包絡(luò)不同形狀、大小的物體；該裝置抓取范圍大；采用欠驅(qū)動的方式，利用一個電機(jī)驅(qū)動兩個關(guān)節(jié)，無需復(fù)雜的傳感和控制系統(tǒng)；該裝置結(jié)構(gòu)緊湊、體積小，制造和維護(hù)成本低，適用于機(jī)器人手。

附圖說明

圖1是本發(fā)明設(shè)計的雙齒條平夾間接自適應(yīng)機(jī)器人手指裝置的一種實(shí)施例的立體外觀圖。

圖2是圖1所示實(shí)施例的正面外觀圖。

圖3是圖1所示實(shí)施例的一個側(cè)面外觀圖(圖2的左視圖)。

圖4是圖1所示實(shí)施例的另一個側(cè)面外觀圖(圖2的右視圖)。

圖5是圖2的A-A剖視圖。

圖6是圖2的B-B剖視圖。

圖7是圖1所示實(shí)施例的立體視圖(未畫出部分零件)。

圖8是圖1所示實(shí)施例的立體視圖(未畫出部分零件)，與圖7的觀察角度不同。

圖9至圖13是圖1所示實(shí)施例在以包絡(luò)握持的方式抓取物體的動作過程示意圖。

圖14至圖16是圖1所示實(shí)施例抓取物體的另一種方式——平行開合用第二指段夾持物體的動作過程示意圖。

圖17至圖19是圖1所示實(shí)施例依次以平行開合及自適應(yīng)包絡(luò)抓取物體的動作過程中幾個關(guān)鍵位置時，凸塊撥盤、簧件與限位凸塊的相對位置的變化情況。

在圖1至圖19中：

1－基座，2－第一指段，21－第一指段表面板，3－第二指段，

4－近關(guān)節(jié)軸，5－遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸，6－第一齒輪，7－第二齒輪，

71－中間軸，8－第三齒輪，9－第一齒條，10－第二齒條，

11－滑塊，12－凸塊撥盤，13－簧件，14－電機(jī)，

141－減速器，142－第一錐齒輪，143－第二錐齒輪，144－過渡軸，

145－第一帶輪，146－第二帶輪，147－傳動帶，17－物體，

18－限位凸塊。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖及實(shí)施例進(jìn)一步詳細(xì)介紹本發(fā)明的具體結(jié)構(gòu)、工作原理的內(nèi)容。

本發(fā)明設(shè)計的雙齒條平夾間接自適應(yīng)機(jī)器人手指裝置的一種實(shí)施例，如圖1至圖8所示，包括基座1、第一指段2、第二指段3、近關(guān)節(jié)軸4、遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸5和電機(jī)14；所述電機(jī)14與基座1固接；所述近關(guān)節(jié)軸4活動套設(shè)在基座1中；所述遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸5活動套設(shè)在第一指段2中；所述近關(guān)節(jié)軸4的中心線與遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸5的中心線平行；該雙齒條平夾間接自適應(yīng)機(jī)器人手指裝置還包括傳動機(jī)構(gòu)、第一齒輪6、第二齒輪7、第三齒輪8、第一齒條9、第二齒條10、滑塊11、凸塊撥盤12、簧件13和限位凸塊18；所述第一指段2套固在近關(guān)節(jié)軸4上；所述第二指段3套固在遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸5上；所述傳動機(jī)構(gòu)設(shè)置在基座1中；所述電機(jī)14的輸出軸與傳動機(jī)構(gòu)的輸入端相連，所述傳動機(jī)構(gòu)的輸出端與近關(guān)節(jié)軸4相連；所述第一齒輪6活動套接在近關(guān)節(jié)軸4上，所述第二齒輪7套接在中間軸71上，所述第二齒輪7與第一齒輪6嚙合，所述第二齒輪7與第一齒條9嚙合，所述第一齒條9固接在滑塊11的下方，所述第二齒條10固接在滑塊11的上方，所述第二齒條10與第三齒輪8嚙合，所述滑塊11滑動鑲嵌在第一指段2中；所述第三齒輪8套固在遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸5上，所述第三齒輪8與第二指段3固接；所述中間軸71套設(shè)在第一指段2中；所述第一齒輪6與凸塊撥盤12固接，所述凸塊撥盤12活動套接在近關(guān)節(jié)軸4上；所述限位凸塊18與基座1固接；所述凸塊撥盤12與限位凸塊18相接觸或離開一段距離；所述簧件13的兩端分別連接凸塊撥盤12和基座1；所述第一齒輪6與第二齒輪7的傳動比為1，所述第二齒輪7與第三齒輪8的分度圓直徑相等。

本發(fā)明所述的雙齒條平夾間接自適應(yīng)機(jī)器人手指裝置，其特征在于：所述簧件采用拉簧、壓簧、片簧或扭簧。本實(shí)施例中，所述簧件13采用拉簧。

本實(shí)施例中，所述傳動機(jī)構(gòu)包括減速器141、第一錐齒輪142、第二錐齒輪143、過渡軸144、第一帶輪145、第二帶輪146和傳動帶147；所述電機(jī)14的輸出軸與減速器141的輸入軸相連，所述第一錐齒輪142套固在減速器141的輸出軸上，所述第二錐齒輪143套固在過渡軸144上，所述第一錐齒輪142與第二錐齒輪143嚙合；所述過渡軸144套設(shè)在基座1中，所述第一帶輪145套固在過渡軸144上，所述第二帶輪146套固在近關(guān)節(jié)軸4上，所述傳動帶147連接第一帶輪145和第二帶輪146，所述傳動帶147、第一帶輪145和第二帶輪146形成帶輪傳動關(guān)系，所述傳動帶呈“O”字形。

本實(shí)施例的工作原理，結(jié)合附圖9至圖19，敘述如下：

本實(shí)施例中，將初始位置設(shè)置為手指伸直的狀態(tài)(如圖9所示)。

本實(shí)施例中，當(dāng)電機(jī)14開始轉(zhuǎn)動，通過第一錐齒輪142和第二錐齒輪143的傳動，帶動第一帶輪145轉(zhuǎn)動，第一帶輪145與第二帶輪146通過傳動帶147相連，由于第二帶輪146固接在近關(guān)節(jié)軸4上，第二帶輪146帶動近關(guān)節(jié)軸4正轉(zhuǎn)，第一指段2繞近關(guān)節(jié)軸正轉(zhuǎn)；由于第一齒輪6與凸塊撥盤12固接，凸塊撥盤12與限位凸塊18分別連接在簧件13的兩端；由于簧件13的拉動，凸塊撥盤12不動，第一齒輪6在第一指段2正轉(zhuǎn)時不會轉(zhuǎn)動，由于第二齒輪7與第一齒輪6呈齒輪嚙合關(guān)系，第二齒輪7會隨第一指段2的正轉(zhuǎn)而正轉(zhuǎn)；由于第二齒輪7與第一齒條9嚙合，第二齒輪7正轉(zhuǎn)會使第一齒條9正向平移(相對于第一指段，第一齒條會發(fā)生向手指外凸出的平動)，由于第一齒條9與第二齒條10分別固接在滑塊11的上下兩側(cè)，當(dāng)?shù)谝积X條9向外(正向)平移時，通過滑塊11的傳遞，第二齒條10同時向外(正向)平移，由于第二齒條10與第三齒輪8嚙合，第三齒輪8會隨第二齒條10的向外(正向)平移而反向轉(zhuǎn)動，由于本實(shí)施例中，第一齒輪6到第三齒輪8的傳動比為1，所以第一齒輪6正向轉(zhuǎn)動的角度與第三齒輪8反向轉(zhuǎn)動的角度相等，所以第二指段3相對于基座1只進(jìn)行平移運(yùn)動而不會旋轉(zhuǎn)，始終保持著原有的姿態(tài)。這是平行夾持的階段(如圖9、圖10、圖11、圖14、圖15、圖16、圖17)。這一階段適合以第二指段3去夾持物體17，或者通過外張的方式用第二指段3去從內(nèi)向外打開的方式外張撐取物體17。例如一個空心圓柱筒的拿取，從該物體的內(nèi)側(cè)向外張開撐住筒壁，從而拿取物體。

當(dāng)?shù)谝恢付伪砻姘?1接觸物體17而被物體17擠壓，滑塊11向手指內(nèi)部收縮時，將進(jìn)入自適應(yīng)包絡(luò)的第二階段(如圖12、圖13、圖18和圖19所示)，這時電機(jī)14通過傳動機(jī)構(gòu)的傳動，帶動近關(guān)節(jié)軸4轉(zhuǎn)動，第一指段2繼續(xù)向物體轉(zhuǎn)動，物體反作用力擠壓第一指段表面板21，第一指段表面板21向手指內(nèi)部收縮，滑塊11向內(nèi)滑動，由于第一齒條9和第二齒條10分別固接在滑塊11上下兩側(cè)，第二齒條10使第三齒輪8繞遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸5正向轉(zhuǎn)動，由于第二指段3與遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸5固接，第二指段3正向轉(zhuǎn)動；通過滑塊11帶動第一齒條9，第一齒條9帶動第二齒輪7反向轉(zhuǎn)動，第二齒輪7與第一齒輪6嚙合，第一齒輪6隨第二齒輪7的反向轉(zhuǎn)動而正向轉(zhuǎn)動，第一齒輪6帶動凸塊撥盤12繞近關(guān)節(jié)軸4轉(zhuǎn)動，簧件13發(fā)生變形(如圖12、圖18所示)，此時第二指段3會繞遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸5的中心線繼續(xù)正向轉(zhuǎn)動，直到第二指段3接觸物體17為止，完成自適應(yīng)包絡(luò)抓取物體的效果。針對不同形狀、大小的物體，本實(shí)施例具有自適應(yīng)性，能夠抓取多種物體。

圖9至圖13是圖1所示實(shí)施例以包絡(luò)握持的方式抓取物體17的動作過程示意圖，其中，圖9為初始狀態(tài)，圖9至圖11為第一指段2接觸到物體17之前的動作過程——平行開合方式動作，圖11為第一指段2剛接觸到物體的情況，圖12至圖13為第一指段2接觸到物體17之后的動作過程——自適應(yīng)包絡(luò)物體，直到第二指段3接觸物體，如圖13所示，抓取結(jié)束。

圖14至圖16是圖1所示實(shí)施例抓取物體17的另一種可能方式——平行捏持物體的典型動作過程，直到第二指段3接觸物體14，如圖16所示，抓取結(jié)束。

圖17至圖19是圖1所示實(shí)施例依次以平行開合及自適應(yīng)包絡(luò)抓取物體的動作過程中的幾個關(guān)鍵位置，展示出凸塊撥盤12與限位凸塊18的相對位置的變化情況：1)圖17所示的情況是圖9、圖10、圖11、圖14、圖15和圖16的凸塊撥盤的位置情況，此時本實(shí)施例處在初始位置或者僅彎曲了第一指段，簧件13使凸塊撥盤12與限位凸塊18相接觸，第二指段3處于相對于基座1的固定姿態(tài)(例如本實(shí)施例中的豎直的初始姿態(tài))，這種情況一直持續(xù)到圖16的夾持抓取結(jié)束，或者持續(xù)到圖11的包絡(luò)抓取開始；2)圖18對應(yīng)于圖12的情況，此時本實(shí)施例的第一指段2已經(jīng)接觸到物體17被阻擋而不能運(yùn)動，在電機(jī)14與被抓取物體反作用力的驅(qū)動作用下，通過傳動機(jī)構(gòu)、第一齒輪6、第二齒輪7、第一齒條9、滑塊11、第二齒條10和第三齒輪8的傳動，第二指段3已經(jīng)繞遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸5正向轉(zhuǎn)動一個角度(相對于基座1轉(zhuǎn)動)，第二指段3已經(jīng)不再保持原來豎直的初始姿態(tài)，通過第二齒輪7、滑塊11、第一齒條9和凸塊撥盤12,，拉動簧件12發(fā)生了變形，凸塊撥盤12離開了原來一直接觸的限位凸塊18；3)圖19對應(yīng)于圖13的凸塊撥盤的位置情況，此時本實(shí)施例完成對物體的兩個指段的接觸——實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)包絡(luò)抓取，對不同形狀尺寸的物體能夠自動包絡(luò)抓取，抓取穩(wěn)定；與圖18的情況相比，圖19中的凸塊撥盤12轉(zhuǎn)動到了更大的角度，離開限位凸塊18更遠(yuǎn)的距離，第二指段3也轉(zhuǎn)動了與凸塊撥盤12的轉(zhuǎn)角相同的角度。

釋放物體17的過程：電機(jī)14反轉(zhuǎn)，后續(xù)過程與上述抓取物體17的過程剛好相反，不再贅述。

本發(fā)明裝置利用電機(jī)、齒輪傳動機(jī)構(gòu)、兩個齒條、滑塊、簧件、凸塊撥盤和限位凸塊等綜合實(shí)現(xiàn)了雙關(guān)節(jié)機(jī)器人手指平行夾持及自適應(yīng)抓取的功能，根據(jù)目標(biāo)物體形狀和位置的不同，既能平動第二指段捏持物體或外張撐取物體，也能依次轉(zhuǎn)動第一指段和第二指段包絡(luò)不同形狀、大小的物體；該裝置抓取范圍大；采用欠驅(qū)動的方式，利用一個電機(jī)驅(qū)動兩個關(guān)節(jié)，無需復(fù)雜的傳感和控制系統(tǒng)；該裝置結(jié)構(gòu)緊湊、體積小，制造和維護(hù)成本低，適用于機(jī)器人手。