CN102794772A - 电机中置复合欠驱动抓取机器人手指装置 - Google Patents
电机中置复合欠驱动抓取机器人手指装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN102794772A CN102794772A CN2012102814700A CN201210281470A CN102794772A CN 102794772 A CN102794772 A CN 102794772A CN 2012102814700 A CN2012102814700 A CN 2012102814700A CN 201210281470 A CN201210281470 A CN 201210281470A CN 102794772 A CN102794772 A CN 102794772A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- driven pulley
- driving wheel
- joint shaft
- driving member
- motor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Manipulator (AREA)
Abstract
电机中置复合欠驱动抓取机器人手指装置,属于机器人手技术领域,包括基座、中部指段、末端指段、近关节轴、远关节轴、电机、减速器、主动轮、从动轮、传动件和簧件等。该装置采用设置在中部指段的电机、反向传动机构、活动套接的中部指段和簧件综合实现了耦合与自适应复合型欠驱动抓取模式;可实现握持、捏持等多种抓取模式。该装置是采用一个电机驱动两个关节的欠驱动手指装置,控制容易;该装置各运动形式之间没有过多干涉,耦合运动时簧件变形小,手指可以自然停留在耦合运动的任一中间位置,因此能耗小;该装置将驱动器置于中部指段中,充分利用了手指空间,布局紧凑;解放了手掌空间,使得更加复杂的控制机构得以安放在手掌中。
Description
技术领域
本发明属于机器人手技术领域,特别涉及一种电机中置复合欠驱动抓取机器人手指装置的结构设计。
背景技术
手是人最重要的器官之一,在拟人机器人领域,机器人手同样是至关重要的环节,其结构设计与功能改进是机器人领域的关键技术之一。一方面,机器人手需要完成抓取、搬运等复杂动作,因此需要较为精确的控制机制;另一方面,机器人手的拟人要求决定了其体积小、重量轻等特点。现有的灵巧手有足够的关节数及驱动数以完成精确动作,但非常复杂、昂贵。目前在机器人手领域还存在许多技术难题。欠驱动手在一定程度上解决了这一矛盾。
耦合型欠驱动手指采用多关节同时弯曲的耦合抓取模式,由一个驱动器驱动多个关节按一定比例同时转动。这一模式与人手抓取物体动作类似,拟人性较好,抓取过程较稳定。耦合型手指的不足之处在于:动作模式较为固定,无法适应不同形状的物体,一般以捏持方式抓取物体,对于大尺寸物体很难实现握持抓取方式,抓取效果不好。
自适应欠驱动手指采用自适应抓取的动作模式,由一个驱动器驱动一个关节,其余关节在手指与物体接触后才开始转动。这种手指可以根据物体的不同形状改变抓取角度,从而达到握持抓取方式,结构简单且控制稳定。自适应欠驱动手指的不足之处在于:未接触物体时手指呈固定形态,拟人效果较差;需要在接触物体的过程中产生对远端指节的驱动力,可能导致近端指节受力过大,不利于抓取;对于小尺寸物体无法实现捏持抓取方式,抓取效果受到限制。
针对耦合型手指与自适应欠驱动手指各自的不足之处,一种将两者结合起来的新型复合型欠驱动抓取模式被提出来,该抓取模式为:手指碰到物体之前先按照耦合模式运动,接触物体之后近端指节的运动被物体限制,此时远端指节继续以自适应模式抓取物体,直至各指节完全接触物体。
已有的一种双关节并联欠驱动机器人手指装置,如中国发明专利CN101633171A,主要由基座、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、欠驱动传动机构和多个簧件构成。该装置可以实现复合欠驱动抓取过程,其不足之处在于:耦合传动机构与欠驱动传动机构之间有运动干涉,使用了多个簧件解除约束,造成耦合运动过程中产生很多不必要的能量消耗;耦合机构与自适应机构并联,结构复杂;电机只能放置在基座(手掌)中,手掌空间无法充分利用,没有充分利用指段空间。
已有的一种锥齿轮柔性件复合抓取机器人手指装置,如中国发明专利CN102166753A,主要由基座、电机、减速器、近关节轴、中部指段、远关节轴、末端指段、三个锥齿轮、主动轮、从动轮、两个传动件和簧件构成。该装置可以实现复合欠驱动抓取过程,其不足之处在于:采用三个相啮合的锥齿轮,由锥齿轮机构达到驱动器分两路输出的目的,要求两侧的锥齿轮完全对称,成本高;锥齿轮传动要求装配精度高,在制造和装配精度低时的传动损耗大;电机只能放置在基座(手掌)中,手掌空间无法充分利用,没有充分利用中部指段的空间。
发明内容
本发明的目的是针对已有技术的不足之处,提供一种电机中置复合欠驱动抓取机器人手指装置,该装置可实现耦合抓取与自适应抓取相结合的复合欠驱动抓取模式,且该装置结构简单,成本低;电机放置在指段中,解放手掌空间;仅用一个驱动器驱动两个关节;传动能量损耗小。
本发明的技术方案如下:
本发明所述的电机中置复合欠驱动抓取机器人手指装置,包括基座、电机、减速器、中部指段、末端指段、近关节轴和远关节轴;所述的近关节轴活动套接于基座中,所述的远关节轴活动套接于中部指段中,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;所述电机的输出轴与减速器的输入轴相连;其特征在于:该装置还包括主动轮、从动轮和簧件;所述的电机和减速器设置在中部指段中,所述的电机和减速器与中部指段固接,所述的减速器的输出轴与远关节轴相连,所述的中部指段活动套接在近关节轴上;所述的主动轮与从动轮直接相连或通过传动件相连,主动轮转动方向与从动轮转动方向相反;所述的从动轮固定套接在近关节轴上;所述簧件的两端分别连接基座和近关节轴,所述的主动轮固定套接在远关节轴上;所述的簧件采用扭簧、拉簧、压簧或片簧。
本发明所述的电机中置复合欠驱动抓取机器人手指装置,包括基座、电机、减速器、中部指段、末端指段、近关节轴和远关节轴;所述的近关节轴活动套接于基座中,所述的远关节轴活动套接于中部指段中,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;所述电机的输出轴与减速器的输入轴相连;其特征在于:该装置还包括主动轮、从动轮和簧件;所述的电机和减速器设置在中部指段中,所述的电机和减速器与中部指段固接,所述的减速器的输出轴与远关节轴相连,所述的中部指段活动套接在近关节轴上;所述的主动轮与从动轮直接相连或通过传动件相连,主动轮转动方向与从动轮转动方向相反;所述的从动轮活动套接在近关节轴上并与基座固接;所述簧件的两端分别连接主动轮和远关节轴,所述的主动轮活动套接在远关节轴上;所述的簧件采用扭簧、拉簧、压簧或片簧。
本发明所述的电机中置复合欠驱动抓取机器人手指装置,其特征在于:所述的主动轮、从动轮均采用齿轮,所述的主动轮与从动轮相啮合。
本发明所述的电机中置复合欠驱动抓取机器人手指装置,其特征在于:所述的传动件采用传动带或腱绳,所述的主动轮采用带轮或绳轮,所述的从动轮采用带轮或绳轮;所述的传动件、主动轮和从动轮三者能够配合形成传动关系;所述的传动件缠绕在主动轮和从动轮上并形成“8”字形。
本发明所述的电机中置复合欠驱动抓取机器人手指装置,其特征在于:所述的传动件采用齿条,所述的主动轮、从动轮均采用齿轮;所述的齿条分别与主动轮、从动轮啮合;令齿条与主动轮的啮合点为A,齿条与从动轮的啮合点为B,主动轮的中心点为O1,从动轮的中心点为O2,线段O1A、AB、BO2和O2O1构成“8”字形,AB和O1O2的交点位于O1和O2之间,所述的齿条镶嵌在中部指段中。
本发明所述的电机中置复合欠驱动抓取机器人手指装置,其特征在于:所述的传动件采用连杆,所述的连杆的两端分别与主动轮、从动轮铰接;令连杆与主动轮的铰接点为C,连杆与从动轮的铰接点为D,主动轮的中心点为O1,从动轮的中心点为O2,线段O1C、CD、DO2和O2O1构成“8”字形,CD和O1O2的交点位于O1和O2之间。
本发明所述的电机中置复合欠驱动抓取机器人手指装置,其特征在于:所述的传动件包括第一子传动件、第二子传动件;所述的第一子传动件缠绕在主动轮和从动轮上并形成“S”字形,第一子传动件的两端分别与主动轮、从动轮固接;所述的第二子传动件缠绕在主动轮和从动轮上并形成“Z”字形,第二子传动件的两端分别与主动轮、从动轮固接,第一子传动件和第二子传动件交叉成“8”字形;所述的第一子传动件采用传动带、腱绳或链条,所述的第二子传动件采用传动带、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;所述的第一子传动件、第二子传动件、主动轮和从动轮四者能够配合形成传动关系。
本发明所述的电机中置复合欠驱动抓取机器人手指装置,其特征在于:所述的传动件包括第1传动齿轮、第2传动齿轮、……、第2n-1传动齿轮、第2n传动齿轮、第1过渡轴、第2过渡轴、……、第2n-1过渡轴和第2n过渡轴;所述的主动轮、从动轮均采用齿轮;所述的主动轮与第1传动齿轮相啮合,第k传动齿轮与第k+1传动齿轮相啮合,第2n传动齿轮与从动轮相啮合;所有的过渡轴均分别活动套接于中部指段中,所有的过渡轴与近关节轴平行;第k传动齿轮活动套接在第k过渡轴上,第2n传动齿轮活动套接在第2n过渡轴上,其中,k为1、2、……、2n-1,n为自然数。
本发明所述的电机中置复合欠驱动抓取机器人手指装置,其特征在于:还包括第一锥齿轮和第二锥齿轮;所述第一锥齿轮固定套接在减速器的输出轴上,第一锥齿轮与第二锥齿轮相啮合,第二锥齿轮固定套接在远关节轴上。
本发明与现有技术相比,具有以下优点和突出性效果:
本发明装置采用设置在中部指段的电机、反向传动机构、活动套接的中部指段和簧件综合实现了耦合与自适应复合型欠驱动抓取模式,该装置在抓取过程中既可以多关节联动,产生较好的拟人效果;又可以适应不同形状、尺寸的物体,产生较好的自适应抓取效果;可实现握持、捏持等多种抓取模式。该装置是采用一个电机驱动两个关节的欠驱动手指装置,控制容易;该装置各运动形式之间没有过多干涉,耦合运动时簧件变形小,手指可以自然停留在耦合运动的任一中间位置,因此能耗小;该装置将驱动器置于中部指段中,充分利用了手指空间,布局紧凑;解放了手掌空间,使得更加复杂的控制机构得以安放在手掌中;该装置结构简单、制造成本低、维护方便。
附图说明
图1是本发明的电机中置复合欠驱动抓取机器人手指装置第一种实施例立体图(不含中部前板)。
图2是图1所示实施例的正面外观图(不含中部前板)。
图3是图1所示实施例的正面外观图。
图4是图1所示实施例的左侧外观图。
图5是图1所示实施例的正面剖视图,也是图4的A-A剖视图。
图6是图1所示实施例的侧面剖视图,也是图5的B-B剖视图。
图7是本发明提供的第三种实施例(采用一级齿轮传动机构)的主动轮和从动轮示意。
图8是本发明提供的第四种实施例(采用柔性件机构)的主动轮、从动轮和传动件示意。
图9是本发明提供的第五种实施例(采用齿条机构)的主动轮、从动轮和传动件示意。
图10是图9所示实施例的几个关键点的位置关系示意。
图11是本发明提供的第六种实施例(采用连杆机构)的主动轮、从动轮和传动件示意。
图12是图11所示实施例的几个关键点的位置关系示意。
图13是本发明提供的第七种实施例(采用多级齿轮机构)的主动轮、从动轮和多个传动件示意。
图14是本发明提供的第八种实施例(采用两级柔性件传动机构)的主动轮、从动轮和多个传动件示意。
图15是图14所示实施例的V-V剖视图。
图16是本发明提供的第九种实施例(采用柔性件和齿轮两级传动机构)的主动轮、从动轮和多个传动件示意。
图17是图16所示实施例的Q-Q剖视图。
图18是本发明提供的第十种实施例(采用齿条两级传动机构)的主动轮、从动轮和多个传动件示意。
图19是图18所示实施例的N-N剖视图。
图20是本发明提供的第十一种实施例(采用锥齿轮两级传动机构)的主动轮、从动轮和传动件示意。
图21、图22、图23和图24是图1所示实施例抓握物体过程示意。
图25是本发明的电机中置复合欠驱动抓取机器人手指装置第二种实施例正面剖视图,也是图4的A-A剖视图
图26是图25所示实施例的C-C剖视图。
在图1至图24中:
1-基座, 11-中部指段, 12-末端指段,
2-电机, 21-减速器,
31-近关节轴, 32-远关节轴, 41-主动轮,
42-从动轮, 43-传动件, 44-第一子传动件,
45-第二子传动件, 5-簧件, 61-第一锥齿轮,
62-第二锥齿轮, 71-第一端块, 72-第二端块,
73-第三端块, 74-第四端块, 81-第1传动齿轮,
82-第2传动齿轮, 83-第1过渡轴, 84-第2过渡轴,
91-中间轴, 92-中间主动轮, 93-中间从动轮,
94-第一中间传动件,95-第二中间传动件,96-双联锥齿轮,10-物体。
具体实施方式
下面结合附图及多个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。
本发明设计的电机中置复合欠驱动抓取机器人手指装置的第一种实施例,如图1、图2、图3、图4、图5和图6所示,包括基座1、电机2、减速器21、中部指段11、末端指段12、近关节轴31和远关节轴32;所述的近关节轴31活动套接于基座1中,所述的远关节轴32活动套接于中部指段11中,所述的末端指段12套固在远关节轴32上;远关节轴32和近关节轴31平行;所述电机2的输出轴与减速器21的输入轴相连;该装置还包括主动轮41、从动轮42和簧件5;所述的电机2和减速器21设置在中部指段11中,所述的电机2和减速器21与中部指段11固接,所述的减速器21的输出轴与远关节轴32相连,所述的中部指段11活动套接在近关节轴31上;所述的主动轮41与从动轮42直接相连或通过传动件相连,主动轮41转动方向与从动轮42转动方向相反;所述的从动轮42固定套接在近关节轴31上;所述簧件5的两端分别连接基座1和近关节轴31,所述的主动轮41固定套接在远关节轴32上;本发明所述的簧件采用扭簧、拉簧、压簧或片簧。本实施例中,所述的簧件5采用扭簧。
本实施例中,所述的传动件包括第一子传动件44、第二子传动件45;所述的第一子传动件44缠绕在主动轮41和从动轮42上并形成“S”字形,第一子传动件44的两端分别与主动轮41、从动轮42固接;所述的第二子传动件45缠绕在主动轮41和从动轮42上并形成“Z”字形,第二子传动件45的两端分别与主动轮41、从动轮42固接,第一子传动件44和第二子传动件45交叉成“8”字形。
本发明中,所述的第一子传动件采用传动带、腱绳或链条,所述的第二子传动件采用传动带、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;所述的第一子传动件、第二子传动件、主动轮和从动轮四者能够配合形成传动关系。
本实施例中,所述的第一子传动件44采用腱绳(钢丝绳),所述的第二子传动件45采用腱绳(钢丝绳),所述的主动轮41采用绳轮,所述的从动轮42采用绳轮;所述的第一子传动件44、第二子传动件45、主动轮41和从动轮42四者能够配合形成传动关系。
本实施例中,所述的第一子传动件44两端分别固接有第一端块71和第二端块72;第二子传动件45两端分别固接有第三端块73和第四端块74;所述的第一端块71镶嵌固定在第一主动轮41的槽内,所述的第二端块72镶嵌固定在第一从动轮42的槽内;所述的第三端块73镶嵌固定在第一主动轮41的槽内,所述的第四端块74镶嵌固定在第一从动轮42的槽内。
本实施例还包括第一锥齿轮61和第二锥齿轮62;所述第一锥齿轮61固定套接在减速器21的输出轴上,第一锥齿轮61与第二锥齿轮62相啮合,第二锥齿轮62固定套接在远关节轴32上。
本发明设计的电机中置复合欠驱动抓取机器人手指装置的第二种实施例,如图25、26所示,包括基座1、电机2、减速器21、中部指段11、末端指段12、近关节轴31和远关节轴32;所述的近关节轴31活动套接于基座1中,所述的远关节轴32活动套接于中部指段11中,所述的末端指段12套固在远关节轴32上;远关节轴32和近关节轴31平行;所述电机2的输出轴与减速器21的输入轴相连;该装置还包括主动轮41、从动轮42和簧件5;所述的电机2和减速器21设置在中部指段11中,所述的电机2和减速器21与中部指段11固接,所述的减速器21的输出轴与远关节轴32相连,所述的中部指段11活动套接在近关节轴31上;所述的主动轮41与从动轮42直接相连或通过传动件相连,主动轮41转动方向与从动轮42转动方向相反;所述的从动轮42活动套接在近关节轴31上并与基座固接;所述簧件5的两端分别连接主动轮41和远关节轴32,所述的主动轮41活动套接在远关节轴32上;所述的簧件采用扭簧、拉簧、压簧或片簧。本实施例中,所述的簧件5采用扭簧。
本实施例中,所述的传动件包括第一子传动件44、第二子传动件45;所述的第一子传动件44缠绕在主动轮41和从动轮42上并形成“S”字形,第一子传动件44的两端分别与主动轮41、从动轮42固接;所述的第二子传动件45缠绕在主动轮41和从动轮42上并形成“Z”字形,第二子传动件45的两端分别与主动轮41、从动轮42固接,第一子传动件44和第二子传动件45交叉成“8”字形。
本发明中,所述的第一子传动件采用传动带、腱绳或链条,所述的第二子传动件采用传动带、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;所述的第一子传动件、第二子传动件、主动轮和从动轮四者能够配合形成传动关系。
本实施例中,所述的第一子传动件44采用腱绳(钢丝绳),所述的第二子传动件45采用腱绳(钢丝绳),所述的主动轮41采用绳轮,所述的从动轮42采用绳轮;所述的第一子传动件44、第二子传动件45、主动轮41和从动轮42四者能够配合形成传动关系。
本实施例中,所述的第一子传动件44两端分别固接有第一端块71和第二端块72;第二子传动件45两端分别固接有第三端块73和第四端块74;所述的第一端块71镶嵌固定在第一主动轮41的槽内,所述的第二端块72镶嵌固定在第一从动轮42的槽内;所述的第三端块73镶嵌固定在第一主动轮41的槽内,所述的第四端块74镶嵌固定在第一从动轮42的槽内。
本实施例还包括第一锥齿轮61和第二锥齿轮62;所述第一锥齿轮61固定套接在减速器21的输出轴上,第一锥齿轮61与第二锥齿轮62相啮合,第二锥齿轮62固定套接在远关节轴32上。
本发明设计的电机中置复合欠驱动抓取机器人手指装置的第三种实施例,如图7所示,所述的主动轮41、从动轮42均采用齿轮,所述的主动轮41与从动轮42相啮合。
本发明设计的电机中置复合欠驱动抓取机器人手指装置的第四种实施例,如图8所示,所述的传动件采用传动带或腱绳,所述的主动轮采用带轮或绳轮,所述的从动轮采用带轮或绳轮;所述的传动件、主动轮和从动轮三者能够配合形成传动关系;所述的传动件缠绕在主动轮和从动轮上并形成“8”字形。
本实施例中,所述的传动件43采用腱绳(钢丝绳),所述的主动轮41采用绳轮,所述的从动轮42采用绳轮;所述的传动件43、主动轮41和从动轮42三者能够配合形成传动关系;所述的传动件43缠绕在主动轮41和从动轮42上并形成“8”字形。
本发明设计的电机中置复合欠驱动抓取机器人手指装置的第五种实施例,如图9和图10所示,所述的传动件43采用齿条,所述的主动轮41、从动轮42均采用齿轮;所述的齿条分别与主动轮41、从动轮42啮合;令齿条与主动轮41的啮合点为A,齿条与从动轮42的啮合点为B,主动轮41的中心点为O1,从动轮42的中心点为O2,线段O1A、AB、BO2和O2O1构成“8”字形,AB和O1O2的交点位于O1和O2之间,所述的齿条镶嵌在中部指段中。
本发明设计的电机中置复合欠驱动抓取机器人手指装置的第六种实施例,如图11和图12所示,所述的传动件43采用连杆,所述的连杆的两端分别与主动轮41、从动轮42铰接;令连杆与主动轮41的铰接点为C,连杆与从动轮42的铰接点为D,主动轮41的中心点为O1,从动轮42的中心点为O2,线段O1C、CD、DO2和O2O1构成“8”字形,CD和O1O2的交点位于O1和O2之间。
本发明设计的电机中置复合欠驱动抓取机器人手指装置的第七种实施例,如图13所示,所述的传动件包括第1传动齿轮、第2传动齿轮、……、第2n-1传动齿轮、第2n传动齿轮、第1过渡轴、第2过渡轴、……、第2n-1过渡轴和第2n过渡轴;所述的主动轮、从动轮均采用齿轮;所述的主动轮与第1传动齿轮相啮合,第k传动齿轮与第k+1传动齿轮相啮合,第2n传动齿轮与从动轮相啮合;所有的过渡轴均分别活动套接于中部指段中,所有的过渡轴与近关节轴平行;第k传动齿轮活动套接在第k过渡轴上,第2n传动齿轮活动套接在第2n过渡轴上,其中,k为1、2、……、2n-1,n为自然数。
本实施例中,所述的传动件包括第1传动齿轮81、第2传动齿轮82、第1过渡轴83、第2过渡轴84;所述的主动轮41、从动轮42均采用齿轮;所述的主动轮41与第1传动齿轮81相啮合,第1传动齿轮81与第2传动齿轮82相啮合,第2传动齿轮82与从动轮42相啮合;第1过渡轴83和第2过渡轴84分别活动套接于中部指段11中并近关节轴31平行;第1传动齿轮81活动套接在第1过渡轴83上,第2传动齿轮82活动套接在第2过渡轴84上。
本发明设计的电机中置复合欠驱动抓取机器人手指装置的第八种实施例,如图14和图15所示,所述的主动轮41和传动轮42之间采用两级传动方式连接,所述的传动件包括中间轴91、中间主动轮92、中间从动轮93、第一中间传动件94和第二中间传动件95;所述的中间轴91活动套接于中部指段11中,中间轴91与近关节轴31平行;所述的中间主动轮92和中间从动轮93套固在中间轴91上;所述的主动轮41和中间从动轮93通过第一中间传动件94相连,所述的中间主动轮92和从动轮42通过第二中间传动件95相连;所述的第一中间传动件和第二中间传动件采用传动带或腱绳,所述的主动轮、从动轮、中间主动轮和中间从动轮采用带轮或绳轮,所述的主动轮、中间从动轮和第一中间传动件三者能够配合形成传动关系,所述的中间主动轮、从动轮和第二中间传动件三者能够配合形成传动关系;本实施例中,所述的第一中间传动件94和第二中间传动件95采用腱绳(钢丝绳),所述的主动轮41、从动轮42、中间主动轮92和中间从动轮93采用带轮;所述的第一中间传动件94缠绕在主动轮41和中间从动轮93上并形成“O”字形;所述的第二中间传动件95缠绕在中间主动轮92和从动轮42上并形成“8”字形。
本发明设计的电机中置复合欠驱动抓取机器人手指装置的第九种实施例,如图16和图17所示,所述的主动轮41和传动轮42之间采用两级传动方式连接,所述的传动件包括中间轴91、中间主动轮92、中间从动轮93和第一中间传动件94;所述的中间轴91活动套接于中部指段11中,中间轴91与近关节轴31平行;所述的中间主动轮92和中间从动轮93套固在中间轴91上;所述的主动轮41和中间从动轮93相啮合,所述的中间主动轮92和从动轮42通过第一中间传动件94相连;所述的主动轮41和中间从动轮93均采用齿轮,所述的第一中间传动件采用传动带或腱绳,所述的从动轮和中间主动轮采用带轮或绳轮,所述的中间主动轮、从动轮和第一中间传动件三者能够配合形成传动关系;本实施例中,所述的第一中间传动件94采用腱绳(钢丝绳),所述的从动轮42和中间主动轮92采用带轮;所述的第一中间传动件94缠绕在中间主动轮92和从动轮42上并形成“O”字形。
本发明设计的电机中置复合欠驱动抓取机器人手指装置的第十种实施例,如图18和图19所示,所述的主动轮41和传动轮42之间采用两级传动方式连接,所述的传动件包括中间轴91、中间主动轮92、中间从动轮93、第一中间传动件94和第二中间传动件95;所述的中间轴91活动套接于中部指段11中,中间轴91与近关节轴31平行;所述的中间主动轮92和中间从动轮93套固在中间轴91上;所述的主动轮41和中间从动轮93均采用齿轮,所述的第一中间传动件94采用齿条,第一中间传动件94分别与主动轮41和中间从动轮93相啮合,两个啮合点分别位于主动轮41中心和中间从动轮93中心连线的两侧;所述的中间主动轮92和从动轮42均采用齿轮,所述的第二中间传动件95采用齿条,第二中间传动件95分别与中间主动轮92和从动轮42相啮合,两个啮合点位于主动轮41中心和中间从动轮93中心连线的同侧;所述的齿条均镶嵌在中部指段中。
本发明设计的电机中置复合欠驱动抓取机器人手指装置的第十一种实施例,如图20所示,所述的传动件为双联锥齿轮96;所述的双联锥齿轮96活动套设在中部指段中,其中心线与近关节轴31的中心线、远关节轴32的中心线位于平面内,双联锥齿轮96的中心线近关节轴31的中心线相垂直;所述的主动轮41和主动轮42均采用锥齿轮,双联锥齿轮96一端的锥齿轮与主动轮41相啮合,另一端的锥齿轮与从动轮42相啮合。
以图1所示的第一种实施例为例介绍本发明装置的工作原理,结合图21、图22、图23和图24,叙述如下:
该装置的初始位置如图21所示,此时中部指段11、末端指段12和基座1呈伸直状态。当使用本实施例的机器人手抓取物体10时,电机2带动减速器21的输出轴转动,带动固定套接在减速器21输出轴上的第一锥齿轮61转动,第一锥齿轮61与第二锥齿轮62啮合,带动远关节轴32和固定套接在远关节轴32上的主动轮41转动;由于簧件5的约束作用,基座1与近关节轴31仿佛固接在一起,电机2将带动自身所在的中部指段11转动角度α。
由于主动轮41固接在远关节轴32上,在中部指段11转动过程中,远关节轴32相对于近关节轴31的位置将改变,此时主动轮41通过传动件43带动从动轮42绕远关节轴32的中心线转过角度α,改变主动轮41和从动轮42的相对大小可以获得不同的耦合效果;远关节轴32的转动使得与其固接的末端指段12同样转过角度α,从而达到耦合效果;本实施例的传动件43中第一子传动件44一端与主动轮41固接,另一端与从动轮42固接,主动轮41通过第一子传动件44带动从动轮42绕近关节轴31的中心线转过角度α,从而实现了耦合过程,达到较好的拟人效果。
假设中部指段11与末端指段12均转过α角后碰到物体10,此时可能出现以下两种情况:
1)中部指段11先接触物体10,如图22所示。此时中部指段11由于物体10的阻挡不会继续转动,电机2继续运行,簧件5将发生变形,使得从动轮42得以独立于基座1继续转动;主动轮41通过传动件43带动从动轮42绕近关节轴31继续转动,使得末端指段继续转动β角,直至末端指段12都与物体表面接触;此后由于末端指段12被物体阻挡而无法继续绕远关节轴32的中心线转动,从而完成抓取过程,达到握持效果,如图23所示;本实施例的传动件43中第一子传动件44一端与主动轮41固接,另一端与从动轮42固接,主动轮41通过第一子传动件44带动从动轮42绕近关节轴31的中心线转过角度β。
2)末端指段12先接触物体10而中部指段11尚未接触物体10,如图24所示。此时近关节轴31无法继续转动,使得远关节轴32也无法转动,从而完成抓取过程,达到捏持效果;本实施例的传动件43中第一子传动件44一端与主动轮41固接,另一端与从动轮42固接。
图25、图26所示的第二种实施例的工作原理与前一种实施例基本相同,区别在于:由于簧件5的两端分别连接主动轮41和远关节轴32,主动轮41活动套接在远关节轴32上;所述从动轮与基座固接,在实现自适应抓取时电机2继续运行,簧件5发生变形,使得远关节轴32继续转动β角,直至末端指段12都与物体表面接触。
本发明装置采用设置在中部指段的电机、反向传动机构、活动套接的中部指段和簧件综合实现了耦合与自适应复合型欠驱动抓取模式,该装置在抓取过程中既可以多关节联动,产生较好的拟人效果;又可以适应不同形状、尺寸的物体,产生较好的自适应抓取效果;可实现握持、捏持等多种抓取模式。该装置是采用一个电机驱动两个关节的欠驱动手指装置,控制容易;该装置各运动形式之间没有过多干涉,耦合运动时簧件变形小,手指可以自然停留在耦合运动的任一中间位置,因此能耗小;该装置将驱动器置于中部指段中,充分利用了手指空间,布局紧凑;解放了手掌空间,使得更加复杂的控制机构得以安放在手掌中;该装置结构简单、制造成本低、维护方便。
Claims (9)
1.一种电机中置复合欠驱动抓取机器人手指装置,包括基座(1)、电机(2)、减速器(21)、中部指段(11)、末端指段(12)、近关节轴(31)和远关节轴(32);所述的近关节轴(31)活动套接于基座(1)中,所述的远关节轴(32)活动套接于中部指段(11)中,所述的末端指段(12)套固在远关节轴(32)上;远关节轴(32)和近关节轴(31)平行;所述电机(2)的输出轴与减速器(21)的输入轴相连;其特征在于:该装置还包括主动轮(41)、从动轮(42)和簧件(5);所述的电机(2)和减速器(21)设置在中部指段(11)中,所述的电机(2)和减速器(21)与中部指段(11)固接,所述的减速器(21)的输出轴与远关节轴(32)相连,所述的中部指段(11)活动套接在近关节轴(31)上;所述的主动轮(41)与从动轮(42)直接相连或通过传动件(43)相连,主动轮(41)转动方向与从动轮(42)转动方向相反;所述的从动轮(42)固定套接在近关节轴(31)上;所述簧件(5)的两端分别连接基座(1)和近关节轴(31),所述的主动轮(41)固定套接在远关节轴(32)上;所述的簧件(5)采用扭簧、拉簧、压簧或片簧。
2.一种电机中置复合欠驱动抓取机器人手指装置,包括基座(1)、电机(2)、减速器(21)、中部指段(11)、末端指段(12)、近关节轴(31)和远关节轴(32);所述的近关节轴(31)活动套接于基座(1)中,所述的远关节轴(32)活动套接于中部指段(11)中,所述的末端指段(12)套固在远关节轴(32)上;远关节轴(32)和近关节轴(31)平行;所述电机(2)的输出轴与减速器(21)的输入轴相连;其特征在于:该装置还包括主动轮(41)、从动轮(42)和簧件(5);所述的电机(2)和减速器(21)设置在中部指段(11)中,所述的电机(2)和减速器(21)与中部指段(11)固接,所述的减速器(21)的输出轴与远关节轴(32)相连,所述的中部指段(11)活动套接在近关节轴(31)上;所述的主动轮(41)与从动轮(42)直接相连或通过传动件(43)相连,主动轮(41)转动方向与从动轮(42)转动方向相反;所述的从动轮(42)活动套接在近关节轴(31)上并与基座固接;所述簧件(5)的两端分别连接主动轮(41)和远关节轴(32),所述的主动轮(41)活动套接在远关节轴(32)上;所述的簧件(5)采用扭簧、拉簧、压簧或片簧。
3.如权利要求1或2所述的电机中置复合欠驱动抓取机器人手指装置,其特征在于:所述的主动轮(41)和从动轮(42)均采用齿轮,所述的主动轮(41)与从动轮(42)相啮合。
4.如权利要求1或2所述的电机中置复合欠驱动抓取机器人手指装置,其特征在于:所述的传动件(43)采用传动带或腱绳,所述的主动轮(41)采用带轮或绳轮,所述的从动轮(42)采用带轮或绳轮;所述的传动件(43)、主动轮(41)和从动轮(42)三者能够配合形成传动关系;所述的传动件(43)缠绕在主动轮(41)和从动轮(42)上并形成“8”字形。
5.如权利要求1或2所述的电机中置复合欠驱动抓取机器人手指装置,其特征在于:所述的传动件(43)采用齿条,所述的主动轮(41)、从动轮(42)均采用齿轮;所述的齿条分别与主动轮(41)和从动轮(42)啮合;令齿条与主动轮(41)的啮合点为A,齿条与从动轮(42)的啮合点为B,主动轮(41)的中心点为O1,从动轮(42)的中心点为O2,线段O1A、线段AB、线段BO2和线段O2O1构成“8”字形,线段AB和线段O1O2的交点位于O1和O2之间,所述的齿条镶嵌在中部指段中。
6.如权利要求1或2所述的电机中置复合欠驱动抓取机器人手指装置,其特征在于:所述的传动件(43)采用连杆,所述的连杆的两端分别与主动轮(41)和从动轮(42)铰接;令连杆与主动轮(41)的铰接点为C,连杆与从动轮(42)的铰接点为D,主动轮(41)的中心点为O1,从动轮(42)的中心点为O2,线段O1C、线段CD、线段DO2和线段O2O1构成“8”字形,线段CD和线段O1O2的交点位于O1和O2之间。
7.如权利要求1或2所述的电机中置复合欠驱动抓取机器人手指装置,其特征在于:所述的传动件包括第一子传动件(44)和第二子传动件(45);所述的第一子传动件(44)缠绕在主动轮(41)和从动轮(42)上并形成“S”字形,第一子传动件(44)的两端分别与主动轮(41)和从动轮(42)固接;所述的第二子传动件(45)缠绕在主动轮(41)和从动轮(42)上并形成“Z”字形,第二子传动件(45)的两端分别与主动轮(41)和从动轮(42)固接,第一子传动件(44)和第二子传动件(45)交叉成“8”字形;所述的第一子传动件(44)采用传动带、腱绳或链条,所述的第二子传动件(45)采用传动带、腱绳或链条,所述的主动轮(41)采用带轮、绳轮或链轮,所述的从动轮(42)采用带轮、绳轮或链轮;所述的第一子传动件(44)、第二子传动件(45)、主动轮(41)和从动轮(42)四者能够配合形成传动关系。
8.如权利要求1或2所述的电机中置复合欠驱动抓取机器人手指装置,其特征在于:所述的传动件包括第1传动齿轮、第2传动齿轮、……、第2n-1传动齿轮、第2n传动齿轮、第1过渡轴、第2过渡轴、……、第2n-1过渡轴和第2n过渡轴;所述的主动轮(41)和从动轮(42)均采用齿轮;所述的主动轮(41)与第1传动齿轮相啮合,第k传动齿轮与第k+1传动齿轮相啮合,第2n传动齿轮与从动轮(42)相啮合;所有的过渡轴均分别活动套接于中部指段(11)中,所有的过渡轴与近关节轴(31)平行;第k传动齿轮活动套接在第k过渡轴上,第2n传动齿轮活动套接在第2n过渡轴上,其中,k为1、2、……、2n-1,n为自然数。
9.如权利要求1或2所述的电机中置复合欠驱动抓取机器人手指装置,其特征在于:该机器人手指装置还包括第一锥齿轮(61)和第二锥齿轮(62);所述第一锥齿轮(61)固定套接在减速器(21)的输出轴上,第一锥齿轮(61)与第二锥齿轮(62)相啮合,第二锥齿轮(62)固定套接在远关节轴(32)上。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN2012102814700A CN102794772A (zh) | 2012-08-08 | 2012-08-08 | 电机中置复合欠驱动抓取机器人手指装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN2012102814700A CN102794772A (zh) | 2012-08-08 | 2012-08-08 | 电机中置复合欠驱动抓取机器人手指装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN102794772A true CN102794772A (zh) | 2012-11-28 |
Family
ID=47194198
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN2012102814700A Pending CN102794772A (zh) | 2012-08-08 | 2012-08-08 | 电机中置复合欠驱动抓取机器人手指装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN102794772A (zh) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106476023A (zh) * | 2016-08-31 | 2017-03-08 | 清华大学 | 七轮空程电机中置平夹自适应机器人手指装置 |
Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6420993A (en) * | 1987-07-15 | 1989-01-24 | Fanuc Ltd | Joint structure of industrial robot |
CN101214652A (zh) * | 2008-01-04 | 2008-07-09 | 清华大学 | 齿轮带轮过渡欠驱动机器人手指装置 |
CN101214659A (zh) * | 2008-01-18 | 2008-07-09 | 清华大学 | 腱绳齿轮欠驱动机器人手指装置 |
CN101214655A (zh) * | 2008-01-11 | 2008-07-09 | 清华大学 | 齿条欠驱动机器人手指装置 |
CN101234489A (zh) * | 2008-01-04 | 2008-08-06 | 清华大学 | 带轮欠驱动机器人手指装置 |
CN101536934A (zh) * | 2009-04-30 | 2009-09-23 | 哈尔滨工业大学 | 电机内置式假手指 |
CN101653940A (zh) * | 2009-09-11 | 2010-02-24 | 清华大学 | 双关节齿条耦合机器人手指装置 |
CN102166753A (zh) * | 2011-05-20 | 2011-08-31 | 清华大学 | 锥齿轮柔性件复合抓取机器人手指装置 |
CN102328316A (zh) * | 2011-08-30 | 2012-01-25 | 清华大学 | 双关节斜带式传动复合欠驱动机器人手指装置 |
-
2012
- 2012-08-08 CN CN2012102814700A patent/CN102794772A/zh active Pending
Patent Citations (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6420993A (en) * | 1987-07-15 | 1989-01-24 | Fanuc Ltd | Joint structure of industrial robot |
CN101214652A (zh) * | 2008-01-04 | 2008-07-09 | 清华大学 | 齿轮带轮过渡欠驱动机器人手指装置 |
CN101234489A (zh) * | 2008-01-04 | 2008-08-06 | 清华大学 | 带轮欠驱动机器人手指装置 |
CN101214655A (zh) * | 2008-01-11 | 2008-07-09 | 清华大学 | 齿条欠驱动机器人手指装置 |
CN101214659A (zh) * | 2008-01-18 | 2008-07-09 | 清华大学 | 腱绳齿轮欠驱动机器人手指装置 |
CN100551640C (zh) * | 2008-01-18 | 2009-10-21 | 清华大学 | 腱绳齿轮欠驱动机器人手指装置 |
CN101536934A (zh) * | 2009-04-30 | 2009-09-23 | 哈尔滨工业大学 | 电机内置式假手指 |
CN101653940A (zh) * | 2009-09-11 | 2010-02-24 | 清华大学 | 双关节齿条耦合机器人手指装置 |
CN102166753A (zh) * | 2011-05-20 | 2011-08-31 | 清华大学 | 锥齿轮柔性件复合抓取机器人手指装置 |
CN102328316A (zh) * | 2011-08-30 | 2012-01-25 | 清华大学 | 双关节斜带式传动复合欠驱动机器人手指装置 |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106476023A (zh) * | 2016-08-31 | 2017-03-08 | 清华大学 | 七轮空程电机中置平夹自适应机器人手指装置 |
CN106476023B (zh) * | 2016-08-31 | 2018-11-09 | 清华大学 | 七轮空程电机中置平夹自适应机器人手指装置 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN102825610A (zh) | 双电机协同复合抓取机器人手指装置 | |
CN101234489B (zh) | 带轮欠驱动机器人手指装置 | |
CN102806561A (zh) | 分轴式双电机协同复合抓取机器人手指装置 | |
CN101214649B (zh) | 带轮多关节高欠驱动机器人手指装置 | |
CN102161204B (zh) | 双关节同向传动复合欠驱动机器人手指装置 | |
CN101474794B (zh) | 仿生机器人欠驱动灵巧手装置 | |
CN100551640C (zh) | 腱绳齿轮欠驱动机器人手指装置 | |
CN102814819A (zh) | 锥齿轮系电机倒置复合欠驱动机器人手指装置 | |
CN203077298U (zh) | 欠驱动五指机械手 | |
CN101774175B (zh) | 双关节轮式并联耦合欠驱动仿生机械手指装置 | |
CN102310411B (zh) | 三轴齿轮齿条复合欠驱动双关节机器人手指装置 | |
CN101653941B (zh) | 变抓力的滑块式直接欠驱动仿生手装置 | |
CN102909727A (zh) | 分立式三电机协同复合抓取机器人手指装置 | |
CN101633170B (zh) | 耦合式三关节机器人手指装置 | |
CN202241307U (zh) | 连杆滑块式欠驱动仿生机器人手装置 | |
CN100581756C (zh) | 双联锥齿轮欠驱动机器人手指 | |
CN100551637C (zh) | 齿条欠驱动机器人手指装置 | |
CN100551642C (zh) | 交叉腱绳欠驱动机器人手指装置 | |
CN102284957A (zh) | 差动锥齿轮齿条式复合欠驱动机器人手指装置 | |
CN102642210A (zh) | 双关节电机倒置复合欠驱动抓取机器人手指装置 | |
CN102179817B (zh) | 双柔性件复合欠驱动双关节机器人手指装置 | |
CN106799742A (zh) | 精确平夹自适应与耦合自适应模式切换机器人手指装置 | |
CN100551639C (zh) | 齿条多关节高欠驱动机器人手指装置 | |
CN101633171A (zh) | 双关节并联欠驱动机器人手指装置 | |
CN102328316B (zh) | 双关节斜带式传动复合欠驱动机器人手指装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20121128 |