CN102303317A - 螺纹连杆式双自由度机器人拇指根部关节装置 - Google Patents

螺纹连杆式双自由度机器人拇指根部关节装置 Download PDF

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    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J15/00—Gripping heads and other end effectors
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Abstract

螺纹连杆式双自由度机器人拇指根部关节装置，属于仿人机器手技术领域。该装置包括手掌基座、拇指、关节轴、拇指摆动机构和拇指张合机构；拇指摆动机构包括第一减速器、第一锥齿轮和第二锥齿轮；所述拇指张合机构包括第二减速器、第三锥齿轮、第四锥齿轮、丝杆、螺母、套筒、套环、张合连杆和拇指连杆。本发明采用双电机与丝杆螺母、套筒套环和人字连杆机构等，综合实现了拇指根部的独立摆动和张合两自由度灵巧动作，摆动与张合两关节自由度垂直相交，同时结构简单、紧凑、成本低，容易控制，传动平稳，传动链短，传动间隙小，传动效率高，适用于拟人机器人手；增强机器人手抓取物体的灵巧性、稳定性，使机器人手可以实现更多的手势，更加拟人化。

Description

螺纹连杆式双自由度机器人拇指根部关节装置
技术领域
本发明属于仿人机器手技术领域，特别涉及一种螺纹连杆式双自由度机器人拇指根部关节装置的结构设计。
背景技术
随着社会的发展，机械手的应用已经从工业生产需求逐步向拟人机器人转化。在此改革的过程中人们便面临着设计小型化和更加灵活控制的手指运动关节，能够很好的实现人类手指的多自由度灵活运动。
而在人类手指中又以拇指根部关节的运动最为复杂和灵活。其主要需要实现拇指从手掌侧面到正面的摆动运动以及拇指贴合手掌和张开的张合运动；且由于人指关节的原因，此两自由度正交。因而高效，精巧的模拟出人类拇指的运动特性是拟人机器手技术领域的关键。
在实现拇指根部关节运动的机构中，主要有并联和串联两种形式。其中串联形式具有结构简单，运行范围较大等优点；但同时也带来了操纵不够简单、直接，控制系统复杂，运动件质量较多、较大的缺点。因而对于拇指根部关节而言，并联机构具有控制简单，运动部件少、尺寸小等优点。而在并联机构中，现今主要以差动轮系为主要结构形式。其具有运动精度高等特点，但存在装配、维修要求高，零部件加工成本高等不足。
一种拇指两自由度根部关节装置，如中国发明专利CN101570024B，采用双电机、主动拨盘、多个连杆、套环和套筒等来实现拇指根部的摆动和张合两自由度动作，存在以下不足：其中的拇指张合机构采用了主动拨盘和多个连杆，导致张合动作的传动间隙大、传动不平稳、传动不精确、传动比为非线性、控制死区大且位置控制非线性；传动件多，传动链长，传动效率低，机构较复杂，安装维修难；机构空间占用率大，质量大。
发明内容
本发明的目的是为克服已有技术的不足之处，设计出一种螺纹连杆式双自由度机器人拇指根部关节装置，该装置可以实现机器人手的拇指根部具有独立的摆动和张合两个自由度的灵巧动作，同时结构简单、紧凑、成本低，容易控制，传动平稳精确，传动链短，传动间隙小，传动效率高，适用于拟人机器人手，增强机器人手抓取物体的灵巧性、稳定性，使机器人手可以实现更多的手势，更加拟人化。
本发明采用如下技术方案：
本发明提供的一种螺纹连杆式双自由度机器人拇指根部关节装置，包括手掌基座、拇指、关节轴、第一电机、第二电机、拇指摆动机构和拇指张合机构；所述关节轴活动套设在手掌基座中；所述拇指摆动机构包括第一减速器、第一锥齿轮和第二锥齿轮；所述第一电机固接在手掌基座上，所述第一电机的输出轴与第一减速器的输入轴固接，所述第一锥齿轮套固在第一减速器的输出轴上，所述第二锥齿轮与第一锥齿轮相啮合；其特征在于：所述第二锥齿轮套接在关节轴上；所述拇指张合机构包括第二减速器、第三锥齿轮、第四锥齿轮、丝杆、螺母、螺母挡板、套筒、套环、张合连杆和拇指连杆；所述拇指连杆的一端与关节轴通过第一连接轴铰接，拇指连杆的另一端与拇指固接；所述第二电机固接在手掌基座上；所述第二电机的输出轴与第二减速器的输入轴固接，所述第三锥齿轮套固在第二减速器的输出轴上，所述第三锥齿轮与第四锥齿轮相啮合；所述丝杆套固在关节轴上，并与第四锥齿轮固接；所述螺母挡板固接在手掌基座中；所述螺母与丝杆螺纹连接形成螺纹传动关系，螺母的外侧面与螺母挡板滑动固接；所述套筒活动套接在关节轴上，套筒与螺母固接；所述套环活动套接在套筒上；所述张合连杆的一端与套环通过第二连接轴铰接，张合连杆的另一端与拇指连杆的中部通过第三连接轴铰接；第一连接轴的中心线与关节轴中心线垂直相交；第二连接轴的中心线与关节轴中心线垂直相交；所述第一连接轴、第二连接轴和第三连接轴的中心线相互平行。
本发明具有以下优点及突出性效果：
本发明装置采用双电机与丝杆螺母、套筒套环和人字连杆机构等，综合实现了拇指根部的独立摆动和张合两自由度灵巧动作，摆动与张合两关节自由度垂直相交，同时具有结构简单、紧凑、成本低、容易控制、传动平稳精确、传动链短、传动间隙小以及传动效率高等优点，适用于拟人机器人手，增强机器人手抓取物体的灵巧性和稳定性，使机器人手可以实现更多的手势，更加拟人化。
附图说明
图1是本发明提供的螺纹连杆式双自由度机器人拇指根部关节装置的正视图。
图2是本实施例核心机构的局部剖视图。
图3是图2中圆形区域部分以2∶1比例放大后的正视图。
图4是本实施例核心机构的侧面剖视图。
图5是本实施例核心机构的外观立体图。
在图1至图5中：
1-手掌基座，           11-下支承板，          12-上支承板，
13-第一电机支承板，    14-第二电机支撑板，    2-拇指，
31-第一电机，          32-第一减速器，        33-第一锥齿轮，
34-第二锥齿轮，        35-拇指连杆，          41-第二电机，
42-第二减速器，        43-第三锥齿轮，        44-第四锥齿轮，
451-丝杆，             452-螺母，             453-螺母挡板，
46-套筒，              47-套环，              48-张合连杆，
5-关节轴，             61-第一连接轴，        62-第二连接轴，
63-第三连接轴，        71-第一轴承、          72-第二轴承。
具体实施方式
下面结合附图及实施例进一步详细说明本发明具体结构、工作原理的内容。
本发明所述的螺纹连杆式双自由度机器人拇指根部关节装置一种实施例，如图1所示，包括手掌基座1、拇指2、关节轴5、第一电机31、第二电机41、拇指摆动机构和拇指张合机构。
所述手掌基座包括下支承板11、上支承板12、第一电机支承板13、第二电机支承板14；所述关节轴5活动套设在手掌基座1中；所述拇指摆动机构包括第一减速器32、第一锥齿轮33和第二锥齿轮34；所述第一电机31通过第一电机支承板13固接在手掌基座1上，所述第一电机31的输出轴与第一减速器32的输入轴固接，所述第一锥齿轮33套固在第一减速器32的输出轴上，所述第一锥齿轮33与第二锥齿轮34相啮合；所述第二锥齿轮34通过第一轴承71活动套接在关节轴5上；第一电机31转动，通过第一减速器32带动第一锥齿轮33转动，通过啮合带动第二锥齿轮34转动，带动固连在第二锥齿轮34上的拇指连杆35转动，从而实现拇指2摆动。所述拇指张合机构包括第二减速器42、第三锥齿轮43、第四锥齿轮44、丝杆451、螺母452、螺母挡板463、套筒46、套环47、张合连杆48和拇指连杆35；所述拇指连杆35的一端与关节轴5通过第一连接轴61铰接，拇指连杆35的另一端与拇指2固接；所述第二电机41通过第二电机支承板固接在手掌基座1上；所述第二电机41的输出轴与第二减速器42的输入轴固接，所述第三锥齿轮43套固在第二减速器42的输出轴上，所述第三锥齿轮43与第四锥齿轮44相啮合；第四锥齿轮44通过轴承73套接在关节轴5上；所述丝杆45套固在关节轴5上，并与第四锥齿轮44固接；所述螺母挡板453固接在手掌基座1中；所述螺母452与丝杆451螺纹连接形成螺纹传动关系，螺母452的外侧面与螺母挡板453滑动固接；所述套筒46活动套接在关节轴上，套筒46与螺母452固接；所述套环47活动套接在套筒46上；所述张合连杆48的一端与套环47通过第二连接轴62铰接，张合连杆48的另一端与拇指连杆35通过第三连接轴63铰接；第一连接轴61的中心线与关节轴5中心线垂直相交；第二连接轴61的中心线与关节轴5中心线垂直相交；所述第一连接轴61、第二连接轴62和第三连接轴63的中心线相互平行。第二电机输出轴转动，通过减速器，带动第三锥齿轮转动，第三锥齿轮通过第四锥齿轮带动丝杆451转动转动，由于螺母452的侧平面与螺母挡板453的相互作用使螺母452不可绕轴转动，而是上下运动，从而带动套筒46上下运动。套筒46通过带动套环47的上下运动带动张合连杆48和拇指连杆35组成的人字连杆运动，带动拇指2运动，从而实现拇指2的张合。
下面结合图1叙述本实施例的工作原理。
机器人手的拇指2需要摆动时，第一电机31转动，通过第一减速器32带动第一锥齿轮33转动，通过啮合带动第二锥齿轮34转动，带动固连在第二锥齿轮34上的拇指连杆35转动，从而实现拇指2摆动，此时，张合连杆48带动套环47在套筒46上转动并无阻碍。
机器人手的拇指2需要张合运动时，第二电机41转动，通过第二减速器42带动第三锥齿轮43转动，通过啮合带动第四锥齿轮44转动，第四锥齿轮44带动固连在其上的丝杆451转动，当第四锥齿轮44带动丝杆451转动时，该装置通过一个与丝杆451啮合的且不可转动的螺母452将转动转变为螺母452的上下平动，螺母452通过带动固连在螺母452上的套筒46上下平动而带动活动套接在套筒46上的套环47上下平动，套环47带动固连在其上的张合连杆48运动，通过人字杆结构实现拇指2的张合。
本发明装置采用双电机与丝杆螺母、套筒套环和人字连杆机构等，综合实现了拇指根部的独立摆动和张合两自由度灵巧动作，摆动与张合两关节自由度垂直相交，同时结构简单、紧凑、成本低，容易控制，传动平稳精确，传动链短，传动间隙小，传动效率高，适用于拟人机器人手，增强机器人手抓取物体的灵巧性、稳定性，使机器人手可以实现更多的手势，更加拟人化。

Claims (1)

1.一种螺纹连杆式双自由度机器人拇指根部关节装置，包括手掌基座(1)、拇指(2)、关节轴(5)、第一电机(31)、第二电机(41)、拇指摆动机构和拇指张合机构；所述关节轴(5)活动套设在手掌基座(1)中；所述拇指摆动机构包括第一减速器(32)、第一锥齿轮(33)和第二锥齿轮(34)；所述第一电机(31)固接在手掌基座(1)上，所述第一电机(31)的输出轴与第一减速器(32)的输入轴固接，所述第一锥齿轮(33)套固在第一减速器(32)的输出轴上，所述第一锥齿轮(33)与第二锥齿轮(34)相啮合；
其特征在于：所述第二锥齿轮(34)活动套接在关节轴(5)上；所述拇指张合机构包括第二减速器(42)、第三锥齿轮(43)、第四锥齿轮(44)、丝杆(451)、螺母(452)、螺母挡板(453)、套筒(46)、套环(47)、张合连杆(48)和拇指连杆(35)；所述拇指连杆(35)的一端与关节轴(5)通过第一连接轴(61)铰接，拇指连杆(35)的另一端与拇指(2)固接；所述第二电机(41)固接在手掌基座(1)上；所述第二电机(41)的输出轴与第二减速器(42)的输入轴固接，所述第三锥齿轮(43)套固在第二减速器(42)的输出轴上，所述第三锥齿轮(43)与第四锥齿轮(44)相啮合；所述丝杆(451)套固在关节轴(5)上，并与第四锥齿轮(44)固接；所述螺母挡板(453)固接在手掌基座(1)上；所述螺母(452)与丝杆(451)螺纹连接形成螺纹传动关系，螺母(452)的外侧面与螺母挡板(453)滑动固接；所述套筒(46)活动套接在关节轴(5)上，套筒(46)与螺母(462)固接；所述套环(47)活动套接在套筒(46)上；所述张合连杆(48)的一端与套环(47)通过第二连接轴(62)铰接，张合连杆(48)的另一端与拇指连杆(35)通过第三连接轴(63)铰接；第一连接轴(61)的中心线与关节轴(5)中心线垂直相交；第二连接轴(61)的中心线与关节轴(5)中心线垂直相交；所述第一连接轴(61)、第二连接轴(62)和第三连接轴(63)的中心线相互平行。
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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102922532A (zh) * 2012-10-30 2013-02-13 清华大学 连杆式协同驱动机器人手指装置
CN104085695A (zh) * 2014-07-25 2014-10-08 岑溪市东正动力科技开发有限公司 一种丝杠型码垛机械臂
CN105108759A (zh) * 2015-10-09 2015-12-02 新昌县泽宇智能科技有限公司 智能洗发机器人揉搓部
JP2017164831A (ja) * 2016-03-14 2017-09-21 Thk株式会社 ハンド機構
CN108573583A (zh) * 2018-03-08 2018-09-25 深圳市奈士迪技术研发有限公司 一种具有防水和挡光功能的智能pos机
CN108972515A (zh) * 2018-09-10 2018-12-11 安阳市翔宇医疗设备有限责任公司 一种仿生运动功能上肢
CN114274181A (zh) * 2022-01-18 2022-04-05 华中科技大学 一种三自由度假肢手腕

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005066803A (ja) * 2003-08-27 2005-03-17 Nara Institute Of Science & Technology ロボットハンド
CN101214660A (zh) * 2008-01-18 2008-07-09 清华大学 交叉腱绳欠驱动模块化拟人机器人手装置
CN101570024A (zh) * 2009-06-16 2009-11-04 清华大学 拇指两自由度根部关节装置
CN101972526A (zh) * 2010-11-17 2011-02-16 三峡大学 小径深井救援装置
CN201823995U (zh) * 2010-09-21 2011-05-11 无锡中盈实业有限公司 可加工轨迹为曲线的球面体零件的刀具

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005066803A (ja) * 2003-08-27 2005-03-17 Nara Institute Of Science & Technology ロボットハンド
CN101214660A (zh) * 2008-01-18 2008-07-09 清华大学 交叉腱绳欠驱动模块化拟人机器人手装置
CN101570024A (zh) * 2009-06-16 2009-11-04 清华大学 拇指两自由度根部关节装置
CN201823995U (zh) * 2010-09-21 2011-05-11 无锡中盈实业有限公司 可加工轨迹为曲线的球面体零件的刀具
CN101972526A (zh) * 2010-11-17 2011-02-16 三峡大学 小径深井救援装置

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102922532A (zh) * 2012-10-30 2013-02-13 清华大学 连杆式协同驱动机器人手指装置
CN102922532B (zh) * 2012-10-30 2015-07-22 清华大学 连杆式协同驱动机器人手指装置
CN104085695A (zh) * 2014-07-25 2014-10-08 岑溪市东正动力科技开发有限公司 一种丝杠型码垛机械臂
CN104085695B (zh) * 2014-07-25 2016-05-25 河南科技大学 一种丝杠型码垛机械臂
CN105108759A (zh) * 2015-10-09 2015-12-02 新昌县泽宇智能科技有限公司 智能洗发机器人揉搓部
WO2017159504A1 (ja) * 2016-03-14 2017-09-21 Thk株式会社 ハンド機構
JP2017164831A (ja) * 2016-03-14 2017-09-21 Thk株式会社 ハンド機構
CN108573583A (zh) * 2018-03-08 2018-09-25 深圳市奈士迪技术研发有限公司 一种具有防水和挡光功能的智能pos机
CN108573583B (zh) * 2018-03-08 2021-01-29 陈静 一种具有防水和挡光功能的智能pos机
CN108972515A (zh) * 2018-09-10 2018-12-11 安阳市翔宇医疗设备有限责任公司 一种仿生运动功能上肢
CN108972515B (zh) * 2018-09-10 2024-02-06 河南翔宇医疗设备股份有限公司 一种仿生运动功能上肢
CN114274181A (zh) * 2022-01-18 2022-04-05 华中科技大学 一种三自由度假肢手腕
CN114274181B (zh) * 2022-01-18 2023-07-04 华中科技大学 一种三自由度假肢手腕

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