差动锥齿轮齿条式复合欠驱动机器人手指装置.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN102284957A*(12)发明专利申请(10)申请公布号CN102284957A(43)申请公布日2011.12.21(21)申请号201110210336.7(22)申请日2011.07.26(71)申请人清华大学地址100084北京市海淀区北京市100084信箱82分箱清华大学专利办公室(72)发明人张文增王智(74)专利代理机构北京鸿元知识产权代理有限公司11327代理人邸更岩(51)Int.Cl.B25J15/08(2006.01)权利要求书1页说明书4页附图3页(54)发明名称差动锥齿轮齿条式复合欠驱动机器人手指装置(57)摘要差动锥齿轮齿条式复合欠驱动机器人手指装置，属于仿人机器人手技术领域，包括基座、电机、减速器、近关节轴、中部指段、远关节轴、末端指段、齿条和簧件。本发明装置采用单个电机、多轴多路相异传动比的传动机构及簧件等综合实现了复合欠驱动抓取效果：手指先耦合转动抓向物体然后再自适应抓取物体；抓取过程拟人，动作灵巧，抓取物体稳定，可自动适应抓取不同尺寸、形状的物体，对控制系统要求低，操控容易；同时结构简单、紧凑，能量损耗小，传动效率高，成本低廉，装配维护便利，且外形与人手指相近，适用于仿人机器手。CN10284957ACCNN110228495702284966A权利要求书1/1页1.一种差动锥齿轮齿条式复合欠驱动机器人手指装置，包括基座(1)、电机(2)、减速器(21)、近关节轴(3)、中部指段(4)、远关节轴(5)和末端指段(6)；所述电机和减速器均固接在基座上，电机的输出轴与减速器的输入轴相连；所述近关节轴活动套设于基座中，所述远关节轴活动套设于中部指段中，所述中部指段套固在近关节轴上；所述末端指段套固在远关节轴上，近关节轴与远关节轴平行；其特征在于：该差动锥齿轮齿条式复合欠驱动机器人手指装置还包括第一锥齿轮(71)、第二锥齿轮(72)、第三锥齿轮(73)、第一直齿轮(81)、第二直齿轮(82)、齿条(83)和簧件(9)；所述第一锥齿轮固接在减速器的输出轴上，所述第二锥齿轮活动套接在近关节轴上，所述第三锥齿轮活动套接在近关节轴上；所述第一锥齿轮和第二锥齿轮啮合，第一锥齿轮和第三锥齿轮啮合；所述第一直齿轮活动套接在近关节轴上且与第三锥齿轮固接，所述第二直齿轮套固在远关节轴上；所述齿条镶嵌在中部指段中，齿条的下部和上部分别与第一直齿轮和第二直齿轮啮合，齿条的下部和上部的齿分别位于齿条的两侧；设齿条的下部与第一直齿轮的啮合点为A，齿条的上部与第二直齿轮的啮合点为B，第一直齿轮的中心点为O1，第二直齿轮的中心点为O2，则AB连线与O1O2连线交叉成“X”形，AB连线和O1O2连线的交点位于O1和O2之间；所述簧件两端分别连接第二锥齿轮和近关节轴。2.如权利要求1所述的差动锥齿轮齿条式复合欠驱动机器人手指装置，其特征在于：所述簧件采用拉簧、扭簧、压簧、片簧或弹性绳。2CCNN110228495702284966A说明书1/4页差动锥齿轮齿条式复合欠驱动机器人手指装置技术领域[0001]本发明属于仿人机器人手技术领域，特别涉及一种差动锥齿轮齿条式复合欠驱动机器人手指装置的结构设计。背景技术[0002]手对人来说是非常重要的器官，在仿人机器人领域，增强机器人手的机能具有非常重要的意义。一方面，通过增加关节数目、驱动数目可以使机器手动作更多样精确，但同时这样又会使机构复杂繁琐；另一方面，如果过分追求机构精简，则势必对机器手的灵活性及抓取动作的精确性产生负面影响。同时，机器人手要求同时保证小巧灵活与足够的抓取力。目前在这一领域仍存在着许多技术难题。[0003]欠驱动机构是指该机构的驱动器数目少于关节自由度数目。诸多的仿人灵巧手也可以归类为欠驱动手，广义的欠驱动手指包括耦合欠驱动手指和自适应欠驱动手指。耦合欠驱动手指常称为耦合手指，自适应欠驱动手指简称为自适应手指或欠驱动手指。[0004]欠驱动机构的核心优势在于引入了自适应抓取的动作模式。这种自适应抓取模式的引入，使机器手在保证拟人化动作的同时，大大地降低了对于手部实时控制和传感系统的要求，使机器手具有结构简单、控制稳定、外观拟人和造价低廉等的优点。由于自适应欠驱动机器手的优点，近十年来引起了国内外研究人员的广泛兴趣，使自适应欠驱动机器手领域飞速发展。[0005]自适应欠驱动手存在如下较大的不足：[0006]1)该手指初始构形是固定(伸直或呈某个弯曲角度)，这与人手抓取方式有较大不同，不够拟人化，不便于对某些尺寸、形状的物体进行稳定抓取。人手一般不会在抓取物体时采用类似这样非常别扭的动作。[0007]2)欠驱动手的抓取方式主要为握持方式，难实现较好的末端捏持抓取效果；不能做到没有物体抓取时，类似人手的握拳动作；也难以做到末端指