CN108247627A - 一种微型离合结构及具有该离合结构的机械手 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种微型离合结构及具有该离合结构的机械手，其中，所述微型离合结构包括；第一螺纹连接件，其具有外螺纹；第二螺纹连接件，其具有内螺纹，并与所述第一螺纹连接件处于螺纹连接状态；弹簧，其一端抵靠所述第一螺纹连接件，另一端抵靠所述第二螺纹连接；且所述弹簧处于压缩状态；所述机械手包括所述微型离合结构。通过螺纹副的形式实现离合效果，结构简单，损耗小，加工方便，且使用寿命长；体积小，且提供的离合效果强；在抓握物体时，简单方便，适应性强。

Description

一种微型离合结构及具有该离合结构的机械手

技术领域

本发明涉及机械手技术领域，具体涉及一种一种微型离合结构及具有该离合结构的机械手。

背景技术

机械手作为机械臂系统与外部操作对象的执行部件，其功能和性能直接影响甚至决定了整个机器人系统的性能。随着我国机械臂工业的崛起，尤其是以UR为代表的协作机器人被迅速推广应用后，对于能执行复杂功能的灵巧机械手的需求将出现增长态势。目前国内外能执行复杂功能的灵巧机械手却因价格不菲，多用在科研、国防领域，使机械手应用范围受限。国内部分单位也在开发更实用化的三指灵巧手，如中国科学院自动化研究所的三指仿生机械手，该手基于Barrett三指手外形，采用多连杆机构实现了手指包络运动，由于对机构进行简化设计，使成本有所降低，但最大的问题是该型手指不具备欠驱动能力，即手指末端只能按照固定轨迹运动，当手指近端收到阻力后，手指端部随之停止运动，不能实现对目标的有效包络抓取。

另外，为了使机械手指具备欠驱动能力，则需要一种体积小，离合效果强的离合结构，但目前的各种欠驱动结构体积均比较大，很难应用到机械手上来。

上述缺陷，本发明创作者经过长时间的研究和实践终于获得了本发明。

发明内容

为解决上述技术缺陷，本发明采用的技术方案在于，首先提供一种微型离合结构，其包括；

第一螺纹连接件，其具有外螺纹；

第二螺纹连接件，其具有内螺纹，并与所述第一螺纹连接件处于螺纹连接状态；

弹簧，其一端抵靠所述第一螺纹连接件，另一端抵靠所述第二螺纹连接；且所述弹簧处于压缩状态。

较佳的，所述第一螺纹连接件为螺纹杆，其上设置有抵靠部，所述第二螺纹连接件为螺纹帽，所述弹簧套设在所述螺纹杆上，一端抵靠在所述抵靠部，另一端抵靠在所述螺纹帽的侧边。

较佳的，所述弹簧为碟簧，所述微型离合结构还包括第一碟簧挡板和第二碟簧挡板，其分别与所述碟簧的两端固定，所述碟簧通过所述第一碟簧挡板和所述第二碟簧挡板抵靠在所述第一螺纹连接件和所述第二螺纹连接件上。

其次提供一种具有上述所述的微型离合结构的机械手，其还包括：

基座，

机械手指，其安装在所述基座上，用于夹持物体；

机械手掌，其紧贴所述机械手指近端，并与所述基座结合，将所述机械手指夹持在所述基座上；

所述机械手指包括固定部和活动部，所述固定部被夹持在所述机械手掌和所述基座之间，进行固定；

所述第二螺纹连接件与所述固定部连接，在所述固定部的驱动下进行旋转；

所述第一螺纹连接件与所述活动部连接，带动所述活动部进行夹持动作。

较佳的，所述机械手指的数量为多个，分别为：

中指，其与所述基座固定连接；

左指和右指，其分别位于所述中指的两侧，与所述基座及所述机械手掌通过旋转机构连接。

较佳的，所述基座内设置有构型驱动电机，其对所述左指3和右指2进行驱动。

较佳的，置在所述中指两侧。

较佳的，所述左指、右指上分别设置有基座转轴，所述左指、右指通过所述基座转轴与所述基座及所述机械手掌连接。

较佳的，所述所述机械手掌内设置有构型驱动齿轮组，所述构型驱动电机通过所述构型驱动齿轮组驱动所述左指和所述右指转动。

较佳的，所述构型驱动齿轮组包括第一齿轮和第二齿轮，所述构型驱动电机与所述第一齿轮啮合，所述第一齿轮与所述第二齿轮啮合，所述机械手掌内设置有构型驱动齿轮组，所述构型驱动电机通过所述构型驱动齿轮组驱动所述左指和所述右指转动。

较佳的，所述机械手指具有末端臂杆，所述末端臂杆与所述机械手指可拆卸连接。

较佳的，所述所述活动部包括：

近端臂杆，用于夹持物体；

基关节，其设置在所述固定部与所述近端臂杆的连接处，将所述固定部与所述近端臂杆活动连接起来；

所述末端臂杆，

远端关节，其设置在所述近端臂杆和所述末端臂杆的连接处，将所述近端臂杆与所述末端臂杆活动连接。

较佳的，所述固定部内设置有依次连接的伺服电机、减速器齿轮组和输出齿轮轴，所述输出齿轮轴与所述第二螺纹连接件连接，将伺服电机的输出传递给所述第二螺纹连接件。

较佳的，所述基关节包括：

基关节转动轴，其设置在所述近端臂杆上；

近端关节蜗轮，其设置在所述基关节转动轴上，与所述第一螺纹连接件连接，在所述第一螺纹连接件的驱动下进行转动；

其中，所述近端关节蜗轮与所述近端臂杆刚性连接。

较佳的，所述所述第一螺纹连接件为近端关节蜗杆，其与所述近端关节蜗轮配合。

较佳的，所述第二螺纹连接件为近端关节直齿轮；所述近端关节蜗杆靠近所述近端关节直齿轮的一端具有外螺纹，所述近端关节直齿轮具有内螺纹，以与所述近端关节蜗杆螺纹连接，且所述近端关节直齿轮与第一碟簧挡板抵靠，第二碟簧挡板抵靠在所述近端关节蜗杆上，碟簧套设在所述近端关节蜗杆上，并分别与第一碟簧挡板和第二碟簧挡板的另一面抵靠。

较佳的，所述近端关节蜗杆上设置有轴向挡圈，对所述近端关节直齿轮的轴向移动进行限定。

较佳的，所述所述基关节还包括远端关节蜗轮，其与所述近端关节蜗轮同轴设置，并与所述远端关节通过钢丝绳连接。

较佳的，所述基关节还包括：

远端关节蜗杆，其与所述远端关节蜗轮连接，对其进行驱动；

远端关节直齿轮，其固定在所述远端关节蜗杆上，并与所述基关节转动轴啮合，在所述伺服电机的驱动下进行转动，并带动所述远端关节蜗杆同步旋转。

较佳的，所述近端臂杆上设置有张力滑轮，所述钢丝绳与所述张力滑轮的上下两端贴合。

与现有技术比较本发明的有益效果在于：可以通过反向阻力/驱动力达到良好的离合效果，结构简单，效果好，反应灵敏；另外可以通过弹簧的压缩量控制离合的临界点，简单实用，可控性强，另外，通过螺纹副的形式实现离合效果，结构简单，损耗小，加工方便，且使用寿命长；体积小，且提供的离合效果强；通过很小的体积，就可以设定很强的反向阻力/驱动力才可以达到离合的效果，这样可以实现微型化的相关应用；这样，在抓握物体时，使手指活动部在达到预定抓握力矩时可自动与驱动剥离，防止了机械手的握力过大给物体造成的损伤，且抓握力矩可根据实际情况设定调整，简单方便，适应性强。

附图说明

为了更清楚地说明本发明各实施例中的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1是本发明微型离合结构的结构图；

图2是本发明机械手的结构图；

图3是本发明机械手中指的结构图；

图4是本发明机械手左指、右指的结构图；

图5是本发明机械手中指的连接结构图；

图6a、6b、6c、6d、6e是本发明机械手不同构型的示意图；

图7a、7b、7c是本发明机械手不同末端臂杆的结构图；

图8是本发明机械手的手指传动结构图一；

图9是本发明机械手的手指传动结构图二；

图10是本发明机械手末端手指驱动的结构图；

图11是本发明机械手欠驱动离合结构的结构图；

图12是本发明机械手基座的结构图；

图13是本发明机械手的构型驱动的结构图；

图14是本发明机械手底视图的结构图。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。

本申请中，将螺纹副的旋紧称之为正向旋拧，将螺纹副对应的内螺纹和外螺纹松动，称之为反向旋拧。

实施例1

如图1所示，其为；其中，所述微型离合结构，包括：

第一螺纹连接件6，其具有外螺纹；

第二螺纹连接件7，其具有内螺纹，并与所述第一螺纹连接件处于螺纹连接状态；

弹簧8，其一端抵靠所述第一螺纹连接件，另一端抵靠所述第二螺纹连接件；且所述弹簧处于压缩状态。

这样，处于压缩状态的弹簧会给予抵靠的第一螺纹连接件和第二螺纹连接件一定的力矩(第一螺纹连接件和第二螺纹连接件通过抵靠的方式对弹簧进行一定的压缩)，使得第一螺纹连接件和第二螺纹连接件很难通过旋拧分离开(旋拧实质上是互相接触的螺纹表面进行的摩擦运动，在所述第一螺纹连接件和第二螺纹连接件受到轴向的力矩时，该摩擦运动就需要一定的驱动力才可以进行，也就是说需要在反向旋拧时施加一定的驱动力，才可以产生力矩，以抵消弹簧施加的力矩，此时才可以使得螺纹连接状态松动，如果施加的驱动力较小，无法抵消弹簧施加的力矩，则无法使得螺纹连接状态松动)；这样，在旋转第一螺纹连接件/第二螺纹连接件时，由于弹簧的作用，第二螺纹连接件/第一螺纹连接件会随着发生转动；此时，若随动的第二螺纹连接件/第一螺纹连接件受到外界的反向阻力/驱动力，则会随着反向阻力/驱动力的大小发生不同的变化：若反向阻力/驱动力产生的反向力矩小于等于弹簧施加的，则随动的第二螺纹连接件/第一螺纹连接件继续跟随转动；若反向阻力/驱动力产生的反向力矩大于弹簧施加的，则随动的第二螺纹连接件/第一螺纹连接件不再继续跟随转动(或由于惯性原因，跟随转动的速度变慢)，此时，旋转的第一螺纹连接件/第二螺纹连接件继续按照之前进行动作，与随动的第二螺纹连接件/第一螺纹连接件松开，不再带动随动的第二螺纹连接件/第一螺纹连接件运动，从而达到分离的目的，这样，通过向随动的第二螺纹连接件/第一螺纹连接件施加不同的反向阻力/驱动力，从而控制旋转的第一螺纹连接件/第二螺纹连接件是否带动随动的第二螺纹连接件/第一螺纹连接件运动的离合效果。

这样，可以通过反向阻力/驱动力达到良好的离合效果，结构简单，效果好，反应灵敏；另外可以通过弹簧的压缩量控制离合的临界点，简单实用，可控性强，另外，通过螺纹副的形式实现离合效果，结构简单，损耗小，加工方便，且使用寿命长；体积小，且提供的离合效果强；通过很小的体积，就可以设定很强的反向阻力/驱动力才可以达到离合的效果，这样可以实现微型化的相关应用。

实施例2

如上述所述的微型离合结构，本实施例与其不同之处在于，所述第一螺纹连接件为螺纹杆，其上设置有抵靠部，所述第二螺纹连接件为螺纹帽，所述弹簧套设在所述螺纹杆上，一端抵靠在所述抵靠部，另一端抵靠在所述螺纹帽的侧边。

这样，螺纹帽通过旋拧螺纹固定在螺纹杆上；可以通过旋转螺纹帽驱动螺纹杆转动，且在所述螺纹杆受到一定的阻力之后脱离所述螺纹帽的驱动；简单方便；另外，通过螺纹副和弹簧的结合，可以使得其产生很大的驱动力矩，这样，可以通过微型螺纹副和弹簧即可产生大驱动力矩的离合结构，从而增大离合结构的适用范围，比如可以应用到机械手等领域。

其中，如果需要设定好特定的驱动力矩，则可以先(在其他结构和材质一定的情况下，弹簧的压缩程度和驱动力矩应该是线性关系)压缩弹簧至对应的压缩量(或者更大的压缩量)后，旋拧螺纹帽到与抵靠部的一定距离上(该距离与弹簧的上述压缩量对应)后，将弹簧两端抵靠，从而使得抵靠后的弹簧产生所述特定的驱动力矩；也可以确定好特定的驱动力矩对应的螺纹帽到与抵靠部的距离后，将螺纹帽旋拧到该位置，然后将弹簧两端抵靠。

实施例3

如上述所述的微型离合结构，本实施例与其不同之处在于，所述第一螺纹连接件为螺纹杆，所述第二螺纹连接件为中空的螺纹柱，所述弹簧套设在所述螺纹柱上；所述螺纹杆上设有抵靠部，所述螺纹柱上设有抵靠凸起，所述弹簧一端抵靠在所述抵靠部，另一端抵靠在所述抵靠凸起。

这样，螺纹杆和螺纹柱的螺纹接触更多，其螺纹更不容易损坏，从而提高其使用寿命。

实施例4

如上述所述的微型离合结构，本实施例与其不同之处在于，所述弹簧为碟簧，这样，相同的压缩量可以提供更大的弹力，且压缩或释放过程中不会产生周向运动，进一步增加了微型离合结构可以克服的力矩和使用寿命，避免了弹簧的周向运动带来的弹力分布不均等后果。

其中，所述微型离合结构还包括第一碟簧挡板2-20和第二碟簧挡板2-18，其分别与碟簧的两端固定，碟簧通过第一碟簧挡板2-20和第二碟簧挡板2-18抵靠在第一螺纹连接件和第二螺纹连接件上；这样，便于对碟簧进行压缩，且可以消除第一螺纹连接件和第二螺纹连接件旋转分离时对压缩的碟簧产生的旋拧力及由此导致的后果。

实施例5

本实施例为一种机械手，如图2所示，其中，所述机械手包括：

基座5，

机械手指，其安装在所述基座上，用于夹持物体；

机械手掌4，其紧贴所述机械手指近端，并与所述基座结合，将所述机械手指夹持在所述基座上。

这样，可以通过机械手指的运动，将物体抓握住，且抓握紧密，结合稳固。

实施例6

如上述所述的机械手，本实施例与其不同之处在于，结合图3、图4所示，所述机械手指包括固定部2-5和活动部，所述固定部被夹持在所述机械手掌和所述基座之间，进行固定；

所述第二螺纹连接件与所述固定部连接，在所述固定部的驱动下进行旋转；

所述第一螺纹连接件与所述活动部连接，带动所述活动部进行夹持动作。

这样，在抓取物体时，固定部驱动所述第二螺纹连接件进行旋转，进而带动所述第一螺纹连接件进行同步旋转；所述第一螺纹连接件带动所述活动部向内动作，对物体进行夹持；当所述活动部接触到物体表面时，会产生相互作用力，该相互作用力会阻碍所述活动部向物体继续运动，该阻力作用于活动部，活动部受到该阻力的作用后，会将阻力传递到第一螺纹连接件上，形成阻碍所述第一螺纹连接件继续转动的反向阻力；在所述活动部与所述物体刚刚接触时，产生的所述反向阻力较小，所述第一螺纹连接件仍随所述第二螺纹连接件同步旋转；随着活动部的进一步夹持，相互作用力变大，所述反向阻力也变大，直至超过临界阈值(该临界阈值通过调整弹簧的压缩量来确定)，此时，第一螺纹连接件与第二螺纹连接件保持相对静止的摩擦力被反向阻力抵消，第一螺纹连接件与第二螺纹连接件开始反向旋拧松动，第一螺纹连接件不再随第二螺纹连接件同步旋转(逐渐变慢，直至停止旋转)，同时，活动部自动停止进一步的动作，保持夹持。这样，在对物体进行夹持时，所述机械手的机械手指会在到达一定夹持力量(最终由临界阈值决定)时自动停止，达到夹持稳固，智能停止的效果，防止进一步夹持夹坏物体。

这样，在抓握物体时，使手指活动部在达到预定抓握力矩时可自动与驱动剥离，防止了机械手的握力过大给物体造成的损伤，且抓握力矩可根据实际情况设定调整，简单方便，适应性强。

实施例7

如上述所述的机械手，本实施例与其不同之处在于，所述机械手指的数量为多个，分别为：

中指1，其与所述基座固定连接；

左指3和右指2，其分别位于所述中指的两侧，与所述基座及所述机械手掌通过旋转机构连接。

这样，可以根据实际情况，对三个手指的分布情况进行调整，以方便抓握不同的物体，达到更好的抓取效果。

结合图5所示，其中，所述基座内设置有构型驱动电机5-2，其对所述左指3和右指2进行驱动；这样，通过一个电机即可驱动两根手指的转动，结构简单，方便。

其中，所述构型驱动电机5-2，驱动所述左指和所述右指进行同步反向转动，这样，可以实现通过一个电机即可驱动两根手指的转动，且通过同步转动，同时对两根手指的角度进行调整，从而实现机械手的不同构型。

其中，所述左指和所述右指对称设置在所述中指两侧，这样形成对称结构，在夹持物体时施力均匀，便于夹持物体。

其中，所述左指、右指上分别设置有基座转轴，所述左指、右指通过所述基座转轴与所述基座及所述机械手掌连接。

所述机械手掌内设置有构型驱动齿轮组5-3，所述构型驱动电机通过所述构型驱动齿轮组驱动所述左指和所述右指转动。

所述构型驱动齿轮组5-3包括第一齿轮1-7和第二齿轮1-6，所述构型驱动电机与所述第一齿轮啮合，所述第一齿轮与所述第二齿轮啮合，这样，所述第一齿轮和第二齿轮同步反向旋转。

右指、左指的基座转轴外部设置有齿轮，分别与所述第一齿轮、第二齿轮啮合，这样，使得所述左指和所述右指同步反向旋转。

其中，所述构型驱动齿轮组也可以为其他结构，如包含一个齿轮，右指、左指的基座转轴分别与该齿轮及构型驱动齿轮啮合，这样，也可以实现左指和所述右指同步反向旋转；也可以包含多个齿轮，该多个齿轮可以不依次啮合，右指、左指只要分别与处于啮合状态的两个齿轮分别啮合，即可实现左指和所述右指同步反向旋转；因此，所述构型驱动齿轮组也可以为其他结构，只要其能够实现左指和所述右指同步反向旋转即可。

其中，所述基座5还包括：手掌基座5-1、控制电路板5-4和外部电气接口5-5。

实施例8

如上述所述的机械手，本实施例与其不同之处在于，所述机械手指的数量可以为多个，其中，至少有一个是固定手指(如实施例7中的中指)，其固定在基座上，至少有一个活动手指(如实施例7中的左指、右指)，其与所述基座及所述机械手掌通过旋转机构连接；这样，通过固定手指和活动手指，能够将所述机械手指设置为不同的构型，从而可以抓取不同的物体。

其中，也可以将所有手指均设置为活动手指，这样，为机械手指设置构型时会更加灵活。

实施例9

如实施例7所述的机械手，本实施例与其不同之处在于，通过驱动所述机械手掌内的齿轮组合，可以实现左右手指的同步反向转动，从而实现机械手不同构型的在线控制。

机械手典型构型如图6所示，其中图6a为均布构型(严格意义上的均布，为三个手指呈120度角分布)，适用于对球形等目标抓取；图6b为近似均布构型(近似均布构型，是指90度至180度之间的分布)，适用于椭球形等目标的抓取；图6c为对指构型；适用于柱形等目标的抓取；图6d为同侧构型，适用于执行开门等动作；图6e为垂向构型，适用于桌面抓取等。以上抓取构型是根据目标对象的外形特点进行的构型设计，可以实现更简单、方便、稳固的物体抓取。

实施例10

如上述所述的机械手，本实施例与其不同之处在于，所述机械手指具有末端臂杆，所述末端臂杆与所述机械手指可拆卸连接。这样，提高了适用范围，可以根据不同的需要，更换不同的末端臂杆，以达到更好的效果。

所述末端臂杆可以为如图7a、7b、7c所示的末端臂杆：如图7a为基本型末端臂杆，可为不同类型材质，图7b为多功能型末端臂杆，内部可嵌入多感知传感单元或具有图像处理功能的摄像头等，这样便于采集抓取数据和抓取的实时图像；如图7c为柔性末端臂杆，其与所述机械手指结合，实现刚柔结合的抓取方式。

其中，所述末端臂杆可以采用但不限于上图所示的几种类型，可以为根据其他要求设置的末端臂杆，只要其可以达到抓取更好的抓取效果即可。

实施例11

如上述所述的机械手，本实施例与其不同之处在于，所述活动部包括：

近端臂杆2-3，用于夹持物体；

基关节2-4，其设置在所述固定部与所述近端臂杆的连接处，将所述固定部与所述近端臂杆活动连接起来；

所述末端臂杆2-1，

远端关节2-2，其设置在所述近端臂杆和所述末端臂杆的连接处，将所述近端臂杆与所述末端臂杆活动连接。

这样，所述活动部中，所述近端臂杆与所述固定部活动连接，所述末端臂杆与所述近端臂杆活动连接，这样夹持物体时，通过两个可活动的部分进行夹持，更加方便、稳固。

其中，所述固定部也可以称为手指基座。

实施例12

如上述所述的机械手，本实施例与其不同之处在于，本实施例为对本申请的部分阐述进行解说，其中，所述机械手指包括：固定部和活动部，所述活动部包括近端臂杆、基关节、末端臂杆和远端关节；另外，所述机械手指分别为：中指、左指和右指。这样表述，其实质上的含义为：机械手上设置有三个机械手指，即中指、左指和右指，他们具有相似的结构，都包括：固定部和活动部，所述活动部包括近端臂杆、基关节、末端臂杆和远端关节。

也即是说，所述左指具有固定部和活动部，所述活动部包括近端臂杆、基关节、末端臂杆和远端关节；所述中指具有固定部和活动部，所述活动部包括近端臂杆、基关节、末端臂杆和远端关节；所述右指也具有固定部和活动部，所述活动部包括近端臂杆、基关节、末端臂杆和远端关节。

实施例13

如上述所述的机械手，本实施例与其不同之处在于，结合图8、图9、图10、图11所示，所述固定部内设置有伺服电机2-8，用于输出驱动动作。

其中，所述固定部内还设置有减速器齿轮组2-9，其与所述伺服电机的输出轴连接，对伺服电机的输出进行减速；

其中，所述固定部内还设置有输出齿轮轴2-10，其一端与所述减速器齿轮组连接，另一端与所述第二螺纹连接件连接，将减速后的伺服电机的输出传递给所述第二螺纹连接件。

这样，固定部内，伺服电机旋转产生驱动动作；减速器齿轮组将该旋转驱动动作的转速降低，输出齿轮轴将转速降低后的旋转驱动动作传递给第二螺纹连接件，从而使得第二螺纹连接件在固定部的驱动下做出相应动作。

其中，所述第二螺纹连接件为近端关节直齿轮2-17，其与所述输出齿轮轴啮合。

实施例14

如上述所述的机械手，本实施例与其不同之处在于，所述基关节包括：

基关节转动轴2-24，其设置在所述近端臂杆上；

近端关节蜗轮2-25，其设置在所述基关节转动轴上，与所述第一螺纹连接件连接，在所述第一螺纹连接件的驱动下进行转动；

其中，所述近端关节蜗轮与所述近端臂杆刚性连接。

这样，近端关节蜗轮转动后，会带动与其刚性连接的近端臂杆转动，从而达到驱动近端臂杆的目的。

其中，所述第一螺纹连接件为近端关节蜗杆2-22，其与所述近端关节蜗轮配合，形成蜗轮蜗杆传动结构，进行传动；这样，这种蜗轮蜗杆传动结构，具有自锁功能，可以防止反转。

其中，所述基关节还包括：近端关节电位计板2-23，其设置在所述近端关节蜗轮上并与所述近端关节蜗轮贴合。

实施例15

如上述所述的机械手，本实施例与其不同之处在于，所述近端关节蜗杆靠近所述近端关节直齿轮的一端具有外螺纹，所述近端关节直齿轮具有内螺纹，以与所述近端关节蜗杆螺纹连接，且所述近端关节直齿轮与第一碟簧挡板2-20抵靠，第二碟簧挡板2-18抵靠在所述近端关节蜗杆上，碟簧2-19套设在所述近端关节蜗杆上，并分别与第一碟簧挡板2-20和第二碟簧挡板2-19的另一面抵靠。

其中，所述近端关节蜗杆上设置有轴向挡圈2-12，对所述近端关节直齿轮的轴向移动进行限定，防止所述近端关节直齿轮滑出所述近端关节蜗杆。

实施例16

如上述所述的机械手，本实施例与其不同之处在于，所述固定部包括：

电机座2-15，用于安装所述伺服电机。

其中，所述固定部还包括手指机械限位2-30，对所述近端臂杆的最大张开角度进行限定。

实施例17

如上述所述的机械手，本实施例与其不同之处在于，所述远端关节2-2与所述末端臂杆2-1刚性连接，使得所述末端臂杆随所述远端关节的转动而产生动作。

其中，所述基关节还包括远端关节蜗轮2-26，其与所述近端关节蜗轮同轴设置，并与所述远端关节通过钢丝绳2-28连接；这样，可以对远端关节进行驱动，使得所述末端臂杆的运动与所述近端臂杆的运动分解开来(如近端臂杆停止运动后，末端臂杆仍然可以正常运动)，从而达到更好的抓取效果。

其中，所述基关节还包括：

远端关节蜗杆2-21，其与所述远端关节蜗轮连接，对其进行驱动；

远端关节直齿轮2-16，其固定在所述远端关节蜗杆上，并与所述基关节转动轴啮合，在所述伺服电机的驱动下进行转动，并带动所述远端关节蜗杆同步旋转。

这样，通过双蜗轮蜗杆的精巧设置，使得一个伺服电机可以驱动近端关节和远端关节的运动，节省了资源，减少了零件，使得结构更紧凑，体积更小且使用方便；通过微型离合结构的设置，使得可以实现欠驱动的驱动方式，且在近端关节停止运动后，远端关节仍然继续运动，从而与待抓取物体的结合更紧密，抓取更牢固。

所述钢丝绳呈环状，分别套设所述远端关节蜗轮、远端关节上，将所述远端关节蜗轮的驱动传递给所述远端关节。

其中，所述近端臂杆上设置有张力滑轮2-29，所述钢丝绳与所述张力滑轮的上下两端贴合，这样，通过张力滑轮对钢丝绳进行支撑，便于进行驱动的传递。

实施例18

如上述所述的机械手，本实施例与其不同之处在于，结合图12、图13、图14所示，所述机械手掌4位于中指1、右指2、左指3中间部位，通过螺钉与中指1的中指的所述固定部实现固连。

其中，中指1通过紧固件与手掌基座5-1的实现刚性连接；右指2下部的基座转轴通过轴承等方式与手掌基座5-1的右指接口5-1-1连接，右指2上部的基座转轴通过轴承等方式与手掌4链接；左指3以同样的方式与手掌基座5-1的左指接口5-1-2和手掌4连接；构型驱动齿轮组5-3安装于手掌4内部，通过第二齿轮1-6和第一齿轮1-7与中指1的中指手指基座1-5连接，通过侧基座转轴与右指2连接，与左指3采用相同的连接方式；构型驱动电机5-2安装于手掌基座5-1内侧，穿过手掌基座5-1的中指接口5-1-3与中指1实现固连，通过驱动安装于手掌4内部的构型驱动齿轮组5-3，使右指2、左指3实现同步反向转动，转动范围为0°～180°。通过控制构型驱动电机5-2的转动角度，将机械手的三指在线调整为同侧、对指或圆周均布的构型，以适应不同目标对象的抓取操作，提高了通用化能力。

其中，伺服电机2-8通过减速器齿轮组2-9与输出齿轮轴2-10连接，输出齿轮轴2-10同时驱动近端关节直齿轮2-17和远端关节直齿轮2-16；近端关节直齿轮2-17通过螺纹副与近端关节蜗杆2-22连接，根据第二碟簧挡板2-18、第一碟簧挡板2-20对碟簧2-19施加的预设驱动力矩，(预设驱动力矩的含义是在手爪抓取前，通过张开手爪，手指与手指机械限位2-30接触后，在电机驱动力作用下，近端关节直齿轮2-17压缩碟簧，碟簧受压后，使近端关节直齿轮2-17与近端关节蜗杆2-22之间的螺纹副的摩擦力增大，通过螺纹副摩擦力控制力矩；碟簧的作用是通过被压缩提供螺纹副摩擦的轴向力)驱动近端关节蜗杆2-22转动，近端关节蜗杆2-22带动近端关节蜗轮2-25绕基关节转动轴2-24转动，由于近端臂杆2-3与近端关节蜗轮2-25为刚性连接，因此带动近端臂杆2-3转动，实现了近端臂杆2-3、远端关节2-2、末端臂杆2-1的转动；另一方面，远端关节直齿轮2-16与远端关节蜗杆2-21为同轴固连，远端关节直齿轮2-16的转动带动远端关节蜗杆2-21转动，远端关节蜗杆2-21带动远端关节蜗轮2-26绕基关节转动轴2-24转动，由于钢丝绳2-28的一端与远端关节蜗轮2-26的内环刚性连接，钢丝绳2-28的另一端与远端关节2-2连接，远端关节蜗轮2-26的转动通过钢丝绳2-28传递至远端关节2-2，实现远端关节2-2的同步转动，因此输出齿轮轴2-10同时驱动了近端臂杆2-3、远端关节2-2的转动，且远端关节2-2的转动叠加了近端臂杆主梁2-3绕基关节转动轴2-24转动。轴端限位块2-11和轴向挡圈2-12分别位于远端关节蜗杆2-21和近端关节蜗杆2-22的末端，起固定保护作用，对远端关节直齿轮2-16和近端关节直齿轮2-17进行轴向限位。

通过调整输出齿轮轴2-10、近端关节直齿轮2-17、远端关节直齿轮2-16的传动比，以及近端关节蜗杆2-22与近端关节蜗轮2-25的传动比，和远端关节蜗杆2-21与远端关节蜗轮2-26的传动比，调整近端臂杆2-3绕基关节转动轴2-24转动角速度与远端关节2-2转动角速度之比，实现手指的封闭性包络运动，完成基本的抓取动作。

实施例19

如上述所述的机械手，本实施例与其不同之处在于，所述机械手手指欠驱动离合机构的实现方式为：近端关节直齿轮2-17与近端关节蜗杆2-22通过螺纹副连接，且手指初始状态为张开状态时，近端关节直齿轮2-17紧贴第二碟簧挡板2-18，输出齿轮轴2-10同时驱动近端关节直齿轮2-17和远端关节直齿轮2-16反向转动，手指张开运动，近端臂杆2-3接触到手指机械限位2-30后，近端臂杆2-3停止运动，此时近端关节直齿轮2-17在伺服电机2-8的驱动力作用下压缩第二碟簧挡板2-18向第一碟簧挡板2-20运动，即压缩碟簧2-19，伺服电机2-8的驱动力越大，碟簧2-19的压缩力即越大，即近端关节直齿轮2-17与近端关节蜗杆2-22间的摩擦力越大。手指闭合运动时，输出齿轮轴2-10同时驱动近端关节直齿轮2-17和远端关节直齿轮2-16正向转动(这里定义反向运动时手指向张开方向运动，正向运动时手指向闭合方向运动)，当抓取目标时近端臂杆2-3承受的反向力矩小于折合至近端关节蜗杆2-22处近端关节直齿轮2-17与近端关节蜗杆2-22间的摩擦力矩时，输出齿轮轴2-10同时驱动近端关节直齿轮2-17和远端关节直齿轮2-16正向转动，末端臂杆2-1端部按照固定的封闭型包络抓取运动，当近端臂杆2-3承受的反向力矩小于折合至近端关节蜗杆2-22处近端关节直齿轮2-17与近端关节蜗杆2-22间的摩擦力矩时(在这整个过程中，摩擦力矩是之前已经预设的，手爪闭合运动时，即保持不变，抓取目标时，目标会对手指产生一个反作用力，抓得越近，反作用力越大，近端臂杆2-3承受的反向力矩就越大)，近端关节直齿轮2-17与近端关节蜗杆2-22间的螺纹副解锁，近端关节直齿轮2-17在伺服电机2-8的驱动力下沿近端关节蜗杆2-22间的螺纹副反向运动(螺纹克服了摩擦力矩，螺母(即近端关节直齿轮2-17)就会往旋松反向转动)，即近端臂杆2-3停止运动，而远端关节蜗轮2-26在伺服电机2-8的驱动力下带动远端关节2-2继续向抓取方向运动，直至达到预设的抓取力，从而实现了手指的欠驱动抓取。欠驱动抓取的最大优点是对抓取目标外形及尺寸有较强的适应能力，能实现类似人手的抓取效果，大大提高机械手的实际应用能力。

实施例20

如上述所述的机械手，本实施例与其不同之处在于，所述控制电路板5-4安装于手掌基座5-1内部，实现对中指1、右指2、左指3和构型驱动电机5-2的协同控制，能够实现伺服电机2-8的电流、速度及位置闭环控制。外部电气接口5-5位于控制电路板5-4的下侧，与通用机械臂系统的电气接口连接。伺服电机2-8自带霍尔传感器，能实现伺服电机2-8的相对位置测量，近端关节电位计板2-23与基关节2-4固连，测量近端臂杆2-3绕基关节转动轴2-24的绝对转动角度。初始时，通过将所述机械手张开至手指机械限位2-30位置，作为位置零位，手指运动时控制电路板5-4通过对伺服电机2-8的霍尔传感器以及关节电位计板2-23的位置融合计算，获得手指各关节的绝对位置信息，通过测量伺服电机2-8的驱动电流值，实现对抓取力的控制调节。另一方面，钢丝绳2-28的受力会张紧拉力，对张力滑轮2-29进行向下侧的作用力，张力滑轮2-29与末端力感知变形梁2-13固连(其中，末端力感知变形梁2-13的前端与指近端臂杆主梁2-27通过过盈配合连接，后端悬空，钢丝绳2-28的受力会张紧拉力,，对张力滑轮2-29进行向下侧的作用力，相当于悬臂梁应变变形)，末端力感知变形梁2-13受力变形通过应变测量反馈出侧指末端臂杆2-1的受力状态，该受力信息控制电路板5-4进行采集控制。

本申请采用三个模块化欠驱动手指，其中中指固定于手掌中间位置，两其余两手指位于中指两侧，通过集成于手掌内部的同步反向驱动机构，使两侧手指能够绕各自指座旋转轴同步反向转动，将机械手抓取构型调整为同侧构型、对指构型以及均布构型等不同形状，以适应不同形状、不同尺寸物体的抓取；采用微型离合机构，实现了手指欠驱动抓取，即手指指尖不是简单地按照固定轨迹运动，而是当手指近端关节达到预定抓握力矩后，通过微型离合机构实现与电机输出轴的分离，手指远端关节可继续向抓取方向运动，利用机构原理而不是控制就能实现对非合作目标的封闭式包络抓取效果；此外，由于采用了欠驱动设计，使用4个电机实现了7个自由度的运动控制，降低控制系统复杂度，在保持灵巧性能的同时，大幅降低了机械手的成本。

另外，本申请机械手构型的重构采用了直齿轮组的方式，且安装于机械手手掌内部，基于本发明机械手的设计内容，采用同步齿形带、蜗轮蜗杆以及钢丝绳驱动等方式实现的同步反向转动，以及同步反向转动的安装位置若放置于机手掌基座内部等，也应在本申请保护范围之内；

本申请采用电位计方式实现了机械手手指关节位置测量，在相同位置采用磁码盘、磁钢、旋转变压器用来实现手指关节位置融合测量的改进，也应在本申请保护范围之内；

本申请采用钢丝绳耦合传动实现手指远端关节的耦合转动，基于本发明其余机械手设计内容，通过同步带或其他材料的绳式或带式传动来实现手指远端关节的耦合传动方式的，也应在本申请保护范围之内。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，对本发明而言仅仅是说明性的，而非限制性的。本专业技术人员理解，在本发明权利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多改变，修改，甚至等效，但都将落入本发明的保护范围内。

Claims (20)

1.一种微型离合结构，其特征在于，包括；

第一螺纹连接件，其具有外螺纹；

第二螺纹连接件，其具有内螺纹，并与所述第一螺纹连接件处于螺纹连接状态；

弹簧，其一端抵靠所述第一螺纹连接件，另一端抵靠所述第二螺纹连接；且所述弹簧处于压缩状态。

2.如权利要求1所述的微型离合结构，其特征在于，所述第一螺纹连接件为螺纹杆，其上设置有抵靠部，所述第二螺纹连接件为螺纹帽，所述弹簧套设在所述螺纹杆上，一端抵靠在所述抵靠部，另一端抵靠在所述螺纹帽的侧边。

3.如权利要求1所述的微型离合结构，其特征在于，所述弹簧为碟簧，所述微型离合结构还包括第一碟簧挡板和第二碟簧挡板，其分别与所述碟簧的两端固定，所述碟簧通过所述第一碟簧挡板和所述第二碟簧挡板抵靠在所述第一螺纹连接件和所述第二螺纹连接件上。

4.一种具有权利要求1或2或3所述的微型离合结构的机械手，其特征在于，所述机械手还包括：

基座，

机械手指，其安装在所述基座上，用于夹持物体；

机械手掌，其紧贴所述机械手指近端，并与所述基座结合，将所述机械手指夹持在所述基座上；

所述机械手指包括固定部和活动部，所述固定部被夹持在所述机械手掌和所述基座之间，进行固定；

所述第二螺纹连接件与所述固定部连接，在所述固定部的驱动下进行旋转；

所述第一螺纹连接件与所述活动部连接，带动所述活动部进行夹持动作。

5.如权利要求4所述的机械手，其特征在于，所述机械手指的数量为多个，分别为：

中指，其与所述基座固定连接；

左指和右指，其分别位于所述中指的两侧，与所述基座及所述机械手掌通过旋转机构连接。

6.如权利要求5所述的机械手，其特征在于，所述基座内设置有构型驱动电机，其对所述左指和右指进行驱动。

7.如权利要求6所述的机械手，其特征在于，所述左指和所述右指对称设置在所述中指两侧。

8.如权利要求7所述的机械手，其特征在于，所述左指、右指上分别设置有基座转轴，所述左指、右指通过所述基座转轴与所述基座及所述机械手掌连接。

9.如权利要求8所述的机械手，其特征在于，所述机械手掌内设置有构型驱动齿轮组，所述构型驱动电机通过所述构型驱动齿轮组驱动所述左指和所述右指转动。

10.如权利要求9所述的机械手，其特征在于，所述构型驱动齿轮组包括第一齿轮和第二齿轮，所述构型驱动电机与所述第一齿轮啮合，所述第一齿轮与所述第二齿轮啮合；所述右指、左指的基座转轴外部设置有齿轮，分别与所述第一齿轮、第二齿轮啮合。

11.如权利要求4所述的机械手，其特征在于，所述机械手指具有末端臂杆，所述末端臂杆与所述机械手指可拆卸连接。

12.如权利要求4所述的机械手，其特征在于，所述活动部包括：

近端臂杆，用于夹持物体；

基关节，其设置在所述固定部与所述近端臂杆的连接处，将所述固定部与所述近端臂杆活动连接起来；

所述末端臂杆，

远端关节，其设置在所述近端臂杆和所述末端臂杆的连接处，将所述近端臂杆与所述末端臂杆活动连接。

13.如权利要求12所述的机械手，其特征在于，所述固定部内设置有依次连接的伺服电机、减速器齿轮组和输出齿轮轴，所述输出齿轮轴与所述第二螺纹连接件连接，将所述伺服电机的输出传递给所述第二螺纹连接件。

14.如权利要求13所述的机械手，其特征在于，所述基关节包括：

基关节转动轴，其设置在所述近端臂杆上；

近端关节蜗轮，其设置在所述基关节转动轴上，与所述第一螺纹连接件连接，在所述第一螺纹连接件的驱动下进行转动；

其中，所述近端关节蜗轮与所述近端臂杆刚性连接。

15.如权利要求14所述的机械手，其特征在于，所述第一螺纹连接件为近端关节蜗杆，其与所述近端关节蜗轮配合。

16.如权利要求15所述的机械手，其特征在于，所述第二螺纹连接件为近端关节直齿轮；所述近端关节蜗杆靠近所述近端关节直齿轮的一端具有外螺纹，所述近端关节直齿轮具有内螺纹，以与所述近端关节蜗杆螺纹连接，且所述近端关节直齿轮与所述第一碟簧挡板抵靠，所述第二碟簧挡板抵靠在所述近端关节蜗杆上，所述碟簧套设在所述近端关节蜗杆上，并分别与所述第一碟簧挡板和所述第二碟簧挡板的另一面抵靠。

17.如权利要求15所述的机械手，其特征在于，所述近端关节蜗杆上设置有轴向挡圈，对所述近端关节直齿轮的轴向移动进行限定。

18.如权利要求16所述的机械手，其特征在于，所述基关节还包括远端关节蜗轮，其与所述近端关节蜗轮同轴设置，并与所述远端关节通过钢丝绳连接。

19.如权利要求18所述的机械手，其特征在于，所述基关节还包括：

远端关节蜗杆，其与所述远端关节蜗轮连接，对其进行驱动；

远端关节直齿轮，其固定在所述远端关节蜗杆上，并与所述基关节转动轴啮合，在所述伺服电机的驱动下进行转动，并带动所述远端关节蜗杆同步旋转。

20.如权利要求18所述的机械手，其特征在于，所述近端臂杆上设置有张力滑轮，所述钢丝绳与所述张力滑轮的上下两端贴合。