CN101774177B - 楔块换挡式并联耦合欠驱动仿生手指装置 - Google Patents
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Abstract
楔块换挡式并联耦合欠驱动仿生手指装置，属于拟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、耦合传动机构、欠驱动传动机构、换挡机构和多个簧件。该装置采用电机、耦合传动机构、欠驱动传动机构、换挡机构和多个簧件综合实现了耦合抓取效果与自适应欠驱动抓取效果的融合，当手指碰触物体前就呈现多关节耦合转动的效果，非常拟人化，同时也有助于捏持方式抓取物体；当手指碰触物体后就采用一种多关节欠驱动方式转动的效果，具有对所抓取物体的大小尺寸自动适应的好处，同时有助于握持方式抓取物体；另外，该装置成本低，控制容易，外观和动作与人手相似，适用于拟人机器人手。
Description
技术领域
本发明属于拟人机器人手技术领域，特别涉及一种楔块换挡式并联耦合欠驱动仿生手指装置的结构设计。
背景技术
在机器人的设计中，把拟人机器人作为机器人研究的最高境界。与人类似，拟人机器人的多数功能要通过手部操作来实现，而手部机构的设计基础是手指装置，其设计是拟人机器人的关键技术之一。先进的灵巧手的主要优点是可以灵活主动的抓取物体，并有很好的抓取稳定性，其不足是不能实现抓取物体时对物体的形状和尺寸自动适应，造成对传感及控制系统要求高，系统复杂、成本高、可靠性低，并需要较高技术水平的人来操作，操作门槛很高。所以近些年来，耦合型机械手和欠驱动机械手成为研究热点。
自适应欠驱动手可以同时实现多关节自由度、较少的驱动器数目以及抓取不同尺寸、形状物体时的自适应要求这三个目标。一般来说，采用欠驱动方式的机器人手指装置，其末端欠驱动关节只有当中部指端受力才能转动末端指端。与自适应欠驱动手指装置不同，耦合式机器人手指装置在抓取物体时，将同时弯曲各关节且各关节转动角度成一定比例，很好的模仿了人手在抓取常见物体时一般情况下是同时弯曲多个手指关节去抓取物体这一特点。
已有的一种耦合式两关节机器人手指装置(中国发明专利CN101100064A)，主要包括基座、电机、第一指段、第二指段和“8”字形钢丝绳和滑轮式传动机构。该装置采用一个电机、“8”字形钢丝绳和滑轮式传动机构实现了手指上两个关节的同向1∶1角度的耦合运动。
已有的一种耦合式多关节机器人手指装置(日本发明专利JP2004-130405A)，包括基座、第一指段、第二指段、第三指段、电机、第一齿轮传动机构、第一带轮传动机构、第二齿轮传动机构和第二带轮传动机构等。该装置采用齿轮和带轮传动机构实现了由一个电机驱动多个关节耦合转动的效果。
该类耦合抓取式机械手指装置的不足之处为：各关节以固定角度比例转动，不能有自由的角度比例转动，在抓取物体时一般以捏持方式，很难以恰好适应物体表面大小尺寸的方式实现握持抓取方式，完全不具备抓取物体时对不同尺寸物体的自动适应性，抓取效果不好。
已有的一种具有形状自适应的欠驱动机械手指装置(中国发明专利CN1215926C)，包括第一指节、第二指节、主动滑块、关节齿轮轴、齿条、弹簧等。该装置实现了欠驱动手指弯曲抓取物体的特殊效果，具有自适应性。
该类欠驱动机械手指装置的不足之处为：手指在未碰触物体前始终呈现伸直状态，动作和外观与人手有较大差别，拟人化不够；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；也难以做到末端指段捏持物体时各关节呈自然弯曲状态。
综合可知，现有的耦合型机械手指和欠驱动机械手指均存在较大的不足。
发明内容
本发明的目的是针对已有技术的不足之处，提供一种楔块换挡式并联耦合欠驱动仿生手指装置，该装置同时实现耦合抓取效果与自适应欠驱动抓取效果，即：当手指碰触物体前就呈现多关节耦合转动的效果，非常拟人化，同时也有助于捏持方式抓取物体；当手指碰触物体后就采用一种多关节欠驱动方式转动的效果，具有对所抓取物体的大小尺寸自动适应的好处，同时有助于握持方式抓取物体；另外，该装置成本低，控制容易，外观和动作与人手相似，适用于拟人机器人手。
本发明的技术方案如下：
本发明所述的一种楔块换挡式并联耦合欠驱动仿生手指装置，包括基座、电机、近关节轴、中部指段、远关节轴和末端指段；所述的电机与基座固接，电机的输出轴与近关节轴相连，所述的近关节轴套设在基座中，所述的中部指段套接在近关节轴上，所述的远关节轴套设在中部指段中，所述的末端指段套固在远关节轴上，远关节轴和近关节轴平行；
其特征在于：
该楔块换挡式并联耦合欠驱动仿生手指装置还包括主动轮、从动轮、第一传动件、第二传动件、双联齿轮、直齿条、主动滑块、圆锥套筒、第三齿轮、楔块、第一簧件、第二簧件和第三簧件；
所述的主动轮套接在近关节轴上，并与基座固接；所述的从动轮和第三齿轮套接在远关节轴上，所述的从动轮靠近圆锥套筒一侧与第三齿轮固接；所述的第一传动件缠绕在主动轮和从动轮上并形成“Z”字形，第一传动件的两端分别与主动轮和从动轮固接；所述的第二传动件缠绕在主动轮和从动轮上并形成“S”字形，第二传动件的两端分别与主动轮和从动轮固接，第一传动件和第二传动件交叉成“8”字形；所述的第一传动件采用传动带、腱绳或链条，所述的第二传动件采用传动带、腱绳或链条，所述的第一传动件、第二传动件、主动轮和从动轮四者能够配合形成传动关系；所述的双联齿轮包括第一齿轮和第二齿轮，所述的第一齿轮和第二齿轮固接且同轴；
所述的主动滑块镶嵌在所述的中部指段中，远关节轴的中心线和近关节轴的中心线构成平面P，主动滑块的滑动方向垂直于平面P，所述的楔块固接在主动滑块上；
所述的双联齿轮套接在远关节轴上，所述的直齿条固接在主动滑块上；所述的第一齿轮与直齿条啮合，二者能够配合形成传动关系；
所述的圆锥套筒8由圆柱和圆台两部分组成，圆锥套筒的内部含有第一内齿圈71、第二内齿圈72和带键孔的滑套，所述的圆锥套筒通过滑套和键套接在远关节轴5上，使圆锥套筒8在远关节轴5上沿轴向滑动。圆锥套筒套接在远关节轴上，圆锥套筒在远关节轴上的周向相对位置是固定的，圆锥套筒在远关节轴上的轴向相对位置不固定，圆锥套筒可以在远关节轴上沿轴向滑动；所述的从动轮靠近圆锥套筒一侧与第三齿轮固接且同轴；所述的圆锥套筒通过第二内齿圈与第三齿轮啮合，或者圆锥套筒通过第一内齿圈与双联齿轮的第二齿轮啮合；所述圆锥外表面与所述的楔块相配合构成传动关系，使得楔块沿垂直远关节轴方向运动会导致圆锥套筒沿远关节轴方向运动；
所述的第一簧件的两端分别连接近关节轴和中部指段；所述的第二簧件的两端分别连接远关节轴和中部指段；所述的第三簧件一端接触圆锥套筒，另一端接触在固定板上；所述的固定板与末端指段固接。
本发明所述的楔块换挡式并联耦合欠驱动仿生手指装置，其特征在于：所述的第二齿轮的轮齿偏向双联齿轮外侧的那一端为尖头状，所述的第三齿轮的轮齿偏向从动轮外侧的那一端为尖头状，所述的圆锥套筒的第一内齿圈的轮齿偏向双联齿轮的那一端为尖头状，所述的圆锥套筒的第二内齿圈的轮齿偏向从动轮的那一端为尖头状。
本发明所述的楔块换挡式并联耦合欠驱动仿生手指装置，其特征在于：所述的圆锥套筒通过滑套和花键与远关节轴的轮毂构成传动关系。
本发明所述的楔块换挡式并联耦合欠驱动仿生手指装置，其特征在于：还包括传动机构，所述的电机输出轴通过传动机构与近关节轴相连。
本发明所述的楔块换挡式并联耦合欠驱动仿生手指装置，其特征在于：所述的传动机构包括第一锥齿轮和第二锥齿轮；所述的电机的输出轴与第一锥齿轮固接，第一锥齿轮与第二锥齿轮相啮合，第二锥齿轮套固在近关节轴上。
本发明所述的楔块换挡式并联耦合欠驱动仿生手指装置，其特征在于：第一传动件两端分别固接有第一端块和第二端块；第二传动件两端分别固接有第三端块和第四端块；所述的第一端块镶嵌固定在主动轮的槽内，所述的第二端块镶嵌固定在从动轮的槽内；所述的第三端块镶嵌固定在主动轮的槽内，所述的第四端块镶嵌固定在从动轮的槽内。
本发明所述的楔块换挡式并联耦合欠驱动仿生手指装置，其特征在于：所述的第一簧件、第二簧件采用扭簧、拉簧、压簧、片簧或弹性绳；第三簧件采用压簧。
本发明所述的楔块换挡式并联耦合欠驱动仿生手指装置，其特征在于：还包括减速器，所述的电机的输出轴通过减速器与第一锥齿轮固接。
本发明与现有技术相比，具有以下优点和突出性效果：
该装置采用电机、耦合传动机构、欠驱动传动机构以及一套换挡装置和多个簧件综合实现了耦合抓取效果与自适应欠驱动抓取效果的融合，即：当手指碰触物体前就呈现多关节耦合转动的效果，非常拟人化，同时也有助于捏持方式抓取物体；当手指碰触物体后就采用一种多关节欠驱动方式转动的效果，具有对所抓取物体的大小尺寸自动适应的好处，同时有助于握持方式抓取物体；另外，该装置成本低，控制容易，外观和动作与人手相似，适用于拟人机器人手。
附图说明
图1是本发明提供的楔块换挡式并联耦合欠驱动仿生手指装置实施例的正面外观图。
图2是本实施例的侧视图，也是图1的左侧视图。
图3是本实施例的正面剖视图，也是图1的剖视图。
图4是图3的B-B剖视图。
图5是图3的A-A剖视图。
图6是本实例的双联齿轮零件图。
图7、图8、图9、图10是本实施例中圆锥套筒和楔块空间位置关系的三视图和外观立体图。
图11是本实施例的正面局部剖视图。
图12是本实施例的圆锥套筒的局部剖视图。
图13、图14、图15、图16、图17和图18是本实施例抓握物体过程的几个关键位置侧面外观示意图。
图19、图20和图21是本发明所述的尖头齿轮的轮齿外形示意图。
在图1至图21中：
1-基座， 2-电机， 3-近关节轴， 4-中部指段，
5-远关节轴， 6-末端指段， 7-物体， 8-圆锥套筒，
9-楔块， 10-双联齿轮， 11-直齿条， 12-主动滑块，
13-滑块表面罩， 14-滑块表面板，15-轴套， 16-限位挡板，
17-固定板， 21-主动轮， 22-从动轮， 23-第一传动件，
24-第二传动件， 25-第三齿轮， 31-第一簧件， 32-第二簧件，
33-第三簧件， 41-第一端块， 42-第二端块， 43-第三端块，
44-第四端块， 51-第一锥齿轮，52-第二锥齿轮， 61-第一凸台，
62-第二凸台， 71-第一内齿圈，72-第二内齿圈， 73-滑套，
74-圆锥外表面， 81-第一齿轮， 82-第二齿轮， 83-尖头轮齿，
84-退刀槽。
具体实施方式
下面结合附图及实施例进一步详细介绍本发明的具体结构、工作原理的内容。
本发明设计的楔块换挡式并联耦合欠驱动仿生手指装置的一种实施例，如图1至图12所示，包括基座1、电机2、近关节轴3、中部指段4、远关节轴5和末端指段6；所述的电机2与基座1固接，电机2的输出轴与近关节轴3相连，所述的近关节轴3套设在基座1中，所述的中部指段4套接在近关节轴3上，所述的远关节轴5套设在中部指段4中，所述的末端指段6套固在远关节轴5上，远关节轴5和近关节轴3平行。
该楔块换挡式并联耦合欠驱动仿生手指装置还包括主动轮21、从动轮22、第一传动件23、第二传动件24、双联齿轮10、直齿条11、主动滑块12、圆锥套筒8、第三齿轮25、楔块9、第一簧件31、第二簧件32和第三簧件33。
所述的主动轮21套接在近关节轴3上，主动轮21与基座1固接；所述的从动轮22套接在远关节轴5上，所述的第一传动件23缠绕在主动轮21和从动轮22上并形成“Z”字形，第一传动件23的两端分别与主动轮21、从动轮固接22；所述的第二传动件24缠绕在主动轮21和从动轮22上并形成“S”字形，第二传动件24的两端分别与主动轮21、从动轮22固接，第一传动件23和第二传动件24交叉成“8”字形。
本发明所述的第一传动件采用传动带、腱绳或链条，所述的第二传动件采用传动带、腱绳或链条，所述的主动轮采用带轮、绳轮或链轮，所述的从动轮采用带轮、绳轮或链轮；所述的第一传动件、第二传动件、主动轮和从动轮四者能够配合形成传动关系；所述的双联齿轮包括第一齿轮和第二齿轮，所述的第一齿轮和第二齿轮固接且同轴。
本实施例中，所述的第一传动23件采用腱绳(钢丝绳)，所述的第二传动件24采用腱绳(钢丝绳)，所述的主动轮21采用绳轮，所述的从动轮22采用绳轮；所述的第一传动件23、第二传动件24、主动轮21和从动轮22四者能够配合形成传动关系。
本发明所述的主动滑块12镶嵌在所述的中部指段4中，远关节轴5的中心线和近关节轴3的中心线构成平面P，主动滑块12的滑动方向垂直于平面P，所述的楔块9固接在主动滑块12上。本实施中，所述的楔块9的楔角λ在15°至25°之间，如图9中所示。
本发明所述的双联齿轮10套接在远关节轴5上，所述的直齿条11固接在主动滑块12上；所述的第一齿轮82与直齿条11啮合，二者能够配合形成传动关系。
所述的圆锥套筒8由圆柱和圆台两部分组成，圆锥套筒的内部含有第一内齿圈71、第二内齿圈72和带键孔的滑套，所述的圆锥套筒通过滑套套接在远关节轴5上，使圆锥套筒8在远关节轴上沿轴向滑动。所述的圆锥套筒套接在远关节轴5上，圆锥套筒在远关节轴5上的周向相对位置是固定的，圆锥套筒在远关节轴5上的轴向相对位置不固定，圆锥套筒可以在远关节轴5上沿轴向滑动；所述的从动轮22靠近圆锥套筒8一侧与第三齿轮25固接且同轴；所述的圆锥套筒8通过第二内齿圈72与第三齿轮25啮合，或者圆锥套筒8通过第一内齿圈71与双联齿轮10的第二齿轮82啮合；所述圆锥外表面74与所述的楔块9相配合构成传动关系，使得楔块9沿垂直远关节轴5方向运动会导致圆锥套筒8沿远关节轴5方向运动。
所述的第一簧件31的两端分别连接近关节轴3和中部指段4；所述的第二簧件32的两端分别连接远关节轴5和中部指段4；所述的第三簧件33一端接触圆锥套筒8，另一端接触在固定板17上；所述的固定板17与末端指段6固接。
本实施例中，所述的第二齿轮82的轮齿偏向双联齿轮10外侧的那一端为尖头状，所述的第三齿轮25的轮齿偏向从动轮22外侧的那一端为尖头状，所述的圆锥套筒8的第一内齿圈71的轮齿偏向双联齿轮10的那一端为尖头状，所述的圆锥套筒8的第二内齿圈72的轮齿偏向从动轮22的那一端为尖头状。
本发明所述的尖头齿轮83的轮齿外形如图19、图20、图21所示。本实施例中所述的尖头齿轮的轮齿外形如图19中所示。
本实施例中，圆锥套筒8通过花键与远关节轴5的轮毂构成传动关系。
本实施例中，还包括传动机构，所述的电机2输出轴通过传动机构与近关节轴3相连。
本实施例中，所述的传动机构包括第一锥齿轮51和第二锥齿轮52；所述的电机2的输出轴与第一锥齿轮81固接，第一锥齿轮51与第二锥齿轮52相啮合，第二锥齿轮52套固在近关节轴3上。
本实施例中，第一传动件23两端分别固接有第一端块41和第二端块42；第二传动件24两端分别固接有第三端块43和第四端块44；所述的第一端块41镶嵌固定在主动轮21的槽内，所述的第二端块42镶嵌固定在从动轮22的槽内；所述的第三端块43镶嵌固定在主动轮21的槽内，所述的第四端块44镶嵌固定在从动轮22的槽内。
本发明所述的楔块换挡式并联耦合欠驱动仿生手指装置，其特征在于：所述的第一簧件、第二簧件采用扭簧、拉簧、压簧、片簧或弹性绳；第三簧件采用压簧。本实施例中，所述的第一簧件31、第二簧件32采用扭簧；第三簧件33采用压簧。
本实施例还包括减速器，所述的电机2的输出轴通过减速器与第一锥齿轮51相连。
本实施例的工作原理，如图13、图14、图15、图16、图17和图18，叙述如下：
该装置的初始位置如图13所示，此时中部指段4和末端指段6与基座1呈手指伸直状态。当使用本实施例的机器人手抓取物体时，电机2的输出轴转动，通过第一锥齿轮51带动固接有第二锥齿轮52的近关节轴3转动。由于第一簧件31的约束作用，中部指段4和近关节轴3仿佛固接在一起，中部指段4将绕着近关节轴3转动角度α。
中部指段4与末端指段6无相对转动时，圆锥套筒8的第二内齿圈72与第三齿轮25啮合，远关节轴5、圆锥套筒8及从动轮22构成传动关系；当圆锥套筒8沿远关节轴5滑动使得第一内齿圈71与双联齿轮10的第二齿轮82啮合时，远关节轴5、圆锥套筒8及双联齿轮10构成传动关系。
由于主动轮21固接在基座上，在中部指段4转动过程中，远关节轴5相对于近关节轴3的位置将改变，由于第一传动件23的下端与主动轮21固接，故而中部指段4的转动会让第一传动件23拉动与其另一端固接的从动轮22绕远关节轴5的中心线转动同样一个角度α，主动轮21和从动轮22大小一致时，两关节的耦合转动角度为1∶1，当然主动轮21和从动轮22也可以设计为不同大小，则将获得不同的耦合效果。由于此时远关节轴5通过花键毂与圆锥套筒8中部的花键相配合，圆锥套筒8的第二内齿圈72与第三齿轮25相啮合，因此远关节轴5、圆锥套筒8、从动轮22构成传动关系，从动轮22仿佛和远关节轴5固接在一起，使得从动轮22通过圆锥套筒8带动远关节轴5绕自身轴线转动角度α。在此过程中，第二簧件32变形，产生一定的扭矩。
此时，由于末端指段6套固在远关节轴5上，末端指段6也随之绕远关节轴5的中心线转动角度α，如图14所示。此过程直到中部指段4碰到物体，中部指段绕近关节轴3转动了角度β，末端指段6也绕远关节轴5的中心线转动了角度β，如图15所示。上述过程均为两关节采用耦合方式转动。
此时，如果末端指段6接触物体，则完成抓持，采用的是捏持方式抓取物体。如图18所示。
此时，如果末端指段6还未接触物体，如图15所示。电机2的输出轴继续转动，通过第一锥齿轮51带动固接有第二锥齿轮52的近关节轴3转动。
由于这时中部指段4已经接触物体，随着中部指段4继续绕近关节轴3转动，镶嵌在中部指段4的主动滑块12沿垂直远关节轴5的方向，向中部指段4内部滑动。直齿条11与主动滑块12固接，随着主动滑块12的运动而运动。套固在远关节轴5的双联齿轮10的第一齿轮81与直齿条11啮合，因此，随着直齿条11垂直远关节轴5的运动，双联齿轮10绕着自身轴线空转。
同时，楔块9固接在主动滑块12上，随着主动滑块12的运动而沿垂直远关节轴5的方向运动。圆锥套筒8的外表面与换挡楔快9构成传动关系，即当楔块9沿垂直平面p(远关节轴和近关节轴所构成的平面)的方向运动时，圆锥套筒8沿远关节轴的方向运动。其空间位置关系如图7、图8、图9和图10所示。
随着中部指段4继续绕近关节轴3转动，主动滑块12进一步沿垂直远关节轴5的方向向中部指段4内部滑动，圆锥套筒8克服第三簧件33的阻力，进一步沿远关节轴5的方向滑动，直到圆锥套筒8的第二内齿圈72刚好与从动轮的第三齿轮25脱离。通过设计合适的换挡行程，使得圆锥套筒的第二内齿圈72与从动轮的第三齿轮25刚好脱离时，圆锥套筒的第一内齿圈71与双联齿轮10的第二齿轮82刚好开始结合。
圆锥套筒的第一内齿圈81与双联齿轮10的第二齿轮82结合以后，随着中部指段4继续绕近关节轴3转动，主动滑块12继续滑动，直齿条11随着主动滑块12的运动而继续运动，从而带动双联齿轮10绕着自身轴线转动。由于此时圆锥套筒8与双联齿轮10构成传动关系，圆锥套筒8又通过花键与远关节轴5构成传动关系，因此双联齿轮10仿佛和远关节轴5固接在一起。由于末端指段6套固在远关节轴5上，末端指段6也随之绕远关节轴5的中心线转动角度Φ，如图16所示。这一过程直到末端指段6接触到物体，完成抓持动作，如图17所示。此过程使得该装置能够自动适应抓取不同形状和尺寸大小的物体。
此时，如果末端指段接触物体，则完成抓持，采用的是捏持方式抓取物体。如图18所示。
该装置采用电机、耦合传动机构、欠驱动传动机构、一套换挡机构和多个簧件综合实现了耦合抓取效果与自适应欠驱动抓取效果的融合，即：当手指碰触物体前就呈现多关节耦合转动的效果，非常拟人化，同时也有助于捏持方式抓取物体；当手指碰触物体后就采用一种多关节欠驱动方式转动的效果，具有对所抓取物体的大小尺寸自动适应的好处，同时有助于握持方式抓取物体；另外，该装置成本低，控制容易，外观和动作与人手相似，适用于拟人机器人手。
Claims (8)
1.一种楔块换挡式并联耦合欠驱动仿生手指装置，包括基座(1)、电机(2)、近关节轴(3)、中部指段(4)、远关节轴(5)和末端指段(6)；所述的电机(2)与基座(1)固接，电机(2)的输出轴与近关节轴(3)相连，所述的近关节轴(3)套设在基座中，所述的中部指段(4)套接在近关节轴(3)上，所述的远关节轴(5)套设在中部指段(4)中，所述的末端指段(6)套固在远关节轴(5)上，远关节轴(5)和近关节轴(3)平行；
其特征在于：
该楔块换挡式并联耦合欠驱动仿生手指装置还包括主动轮(21)、从动轮(22)、第一传动件(23)、第二传动件(24)、双联齿轮(10)、直齿条(11)、主动滑块(12)、圆锥套筒(8)、第三齿轮(25)、楔块(9)、第一簧件(31)、第二簧件(32)和第三簧件(33)；
所述的主动轮(21)套接在近关节轴(3)上，并与基座(1)固接；所述的从动轮(22)和第三齿轮(25)套接在远关节轴(5)上，所述的从动轮(22)靠近圆锥套筒(8)一侧与第三齿轮(25)固接；所述的第一传动件(23)缠绕在主动轮(21)和从动轮(22)上并形成“Z”字形，第一传动件(23)的两端分别与主动轮(21)和从动轮(22)固接；所述的第二传动件(24)缠绕在主动轮(21)和从动轮(22)上并形成“S”字形，第二传动件(24)的两端分别与主动轮(21)和从动轮(22)固接，第一传动件(23)和第二传动件(24)交叉成“8”字形；所述的第一传动件(23)采用传动带、腱绳或链条，所述的第二传动件(24)采用传动带、腱绳或链条，所述的第一传动件(23)、第二传动件(24)、主动轮(21)和从动轮(22)四者能够配合形成传动关系；所述的双联齿轮(10)包括第一齿轮(81)和第二齿轮(82)，所述的第一齿轮(81)和第二齿轮(82)固接且同轴；
所述的主动滑块(12)镶嵌在所述的中部指段(4)中，远关节轴(5)的中心线和近关节轴(3)的中心线构成平面P，主动滑块(12)的滑动方向垂直于平面P，所述的楔块(9)固接在主动滑块(12)上；
所述的双联齿轮(10)套接在远关节轴(5)上，所述的直齿条(11)固接在主动滑块(12)上；所述的第一齿轮(81)与直齿条(11)啮合；
所述的圆锥套筒(8)由圆柱和圆台两部分组成，圆锥套筒的内部含有第一内齿圈(71)、第二内齿圈(72)和带键孔的滑套，所述的圆锥套筒通过滑套和键套接在远关节轴(5)上，使圆锥套筒(8)在远关节轴(5)上沿轴向滑动；当圆锥套筒(8)移动到右端时通过第二内齿圈(72)与第三齿轮(25)啮合，当圆锥套筒(8)移动到左端时通过第一内齿圈(71)与双联齿轮的第二齿轮(82)啮合；圆锥套筒(8)的圆锥外表面与所述的楔块(9)相配合构成传动关系，使得楔块(9)沿垂直远关节轴(5)方向运动，从而使圆锥套筒(8)沿远关节轴(5)方向运动；
所述的第一簧件(31)的两端分别连接近关节轴(3)和中部指段(4)；所述的第二簧件(32)的两端分别连接远关节轴(5)和中部指段(4)；所述的第三簧件(33)一端接触圆锥套筒(8)，另一端接触在固定板(17)上；所述的固定板(17)与末端指段(6)固接。
2.如权利要求1所述的楔块换挡式并联耦合欠驱动仿生手指装置，其特征在于：所述的第二齿轮(82)的轮齿偏向双联齿轮外侧的那一端为尖头状，所述的第三齿轮(25)的轮齿偏向从动轮外侧的那一端为尖头状，所述的圆锥套筒(8)的第一内齿圈的轮齿偏向双联齿轮(10)的那一端为尖头状，所述的圆锥套筒(8)的第二内齿圈(72)的轮齿偏向从动轮的那一端为尖头状。
3.如权利要求1所述的楔块换挡式并联耦合欠驱动仿生手指装置，其特征在于：所述的圆锥套筒(8)通过滑套和花键与远关节轴(5)套接。
4.如权利要求1所述的楔块换挡式并联耦合欠驱动仿生手指装置，其特征在于：所述的第一传动件(23)两端分别固接有第一端块(41)和第二端块(42)；第二传动件(24)两端分别固接有第三端块(43)和第四端块(44)；所述的第一端块(41)镶嵌并固定在主动轮(21)的槽内，所述的第二端块(42)镶嵌并固定在从动轮(22)的槽内；所述的第三端块(43)镶嵌并固定在主动轮(21)的槽内，所述的第四端块(44)镶嵌并固定在从动轮(22)的槽内。
5.如权利要求1所述的楔块换挡式并联耦合欠驱动仿生手指装置，其特征在于：所述的楔块换挡式并联耦合欠驱动仿生手指装置还包括传动机构，所述的电机(2)输出轴通过传动机构与近关节轴(3)相连。
6.如权利要求5所述的楔块换挡式并联耦合欠驱动仿生手指装置，其特征在于：所述的传动机构包括第一锥齿轮(51)和第二锥齿轮(52)；所述的电机(2)的输出轴与第一锥齿轮(51)固接，第一锥齿轮(51)与第二锥齿轮(52)相啮合，第二锥齿轮(52)套固在近关节轴(3)上。
7.如权利要求6所述的楔块换挡式并联耦合欠驱动仿生手指装置，其特征在于：该装置还包括减速器，所述的电机(2)的输出轴通过减速器与传动机构的第一锥齿轮(51)固接。
8.如权利要求1所述的楔块换挡式并联耦合欠驱动仿生手指装置，其特征在于：所述的第一簧件(31)、第二簧件(32)采用扭簧、拉簧、压簧、片簧或弹性绳；第三簧件(33)采用压簧。
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