CN111421567B - 一种齿轮差动式欠驱动三关节机械手指结构及其操作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种齿轮差动式欠驱动三关节机械手指结构及其操作方法，包括三个三关节手指；三个三关节手指呈120°设置，每个三关节手指包括下指节、中指节和上指节；下指节、中指节和上指节之间通过齿轮啮合连接，下指节、中指节和上指节关节处的关节轴上分别设置有实现欠驱动的解耦装置，三个三关节手指的下指节分别通过齿轮与锥齿传动系统连接，锥齿传动系统由四个分锥角为30°的锥齿轮啮合组成传动系统，锥齿传动系统与步进电机连接，通过步进电机驱动锥齿传动系统实现对三个三关节手指的运动控制。本发明结构简单、驱动元件少、能够自适应被抓物体的表面形状，进而实现无损且可靠的抓取。

Description

一种齿轮差动式欠驱动三关节机械手指结构及其操作方法

技术领域

本发明属于机械生产技术领域，具体涉及一种齿轮差动式欠驱动三关节机械手指结构及其操作方法。

背景技术

随着社会发展和科技进步，机器人被广泛地用于制造业，而且，在强调最小维护要求的空间探索中，使用机器人更加具有吸引力。机械手即末端执行器是机器人的重要构成部件，最初采用单自由度夹持器完成一些简单的操作，如焊接、喷漆、装配等，这类夹持器虽然结构简单、控制方便、负载能力强、可靠性高，但是这类夹持器的功能单一、缺少灵活性，只能针对特定的任务进行工作，一旦任务改变，需要更换末端执行器。在这种情况下，出于拟人化的想象，多关节多手指的灵巧手成为机器人末端执行器的发展趋势，这种多关节多指手具有形状适应能力强的优点，能适应多种不同任务的需要，但是由于采用大量的串联关节，导致结构复杂、控制困难、负载能力差、可靠性低等缺点。因此，研制一种结构简单、驱动元件少、能够自适应夹持物体形状的抓取机构是很有必要的。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种齿轮差动式欠驱动三关节机械手指结构及其操作方法，结构简单、驱动元件少、能够自适应被抓物体的表面形状，进而实现无损且可靠的抓取。

本发明采用以下技术方案：

一种齿轮差动式欠驱动三关节机械手指结构，包括三个三关节手指，三个三关节手指呈120°设置，每个三关节手指包括上指节、中指节和下指节，上指节、中指节和下指节之间通过齿轮啮合连接；上指节、中指节和下指节的关节轴上分别设置有作为欠驱动机构的解耦装置；三个三关节手指的下指节分别通过驱动传递圆柱齿轮连接锥齿传动系统，锥齿传动系统由四个分锥角为30°的锥齿轮啮合组成传动系统，锥齿传动系统与步进电机连接，通过步进电机驱动锥齿传动系统实现对三个三关节手指的运动传递与控制。

具体的，上指节和中指节的关节处设置有上指节驱动齿轮，中指节和下指节的关节处设置有中指节驱动齿轮，下指节另一端与基指支座固定连接，通过下指节驱动齿轮和驱动传递圆柱齿轮与锥齿传动系统连接。

进一步的，下指节驱动齿轮、中指节驱动齿轮和上指节驱动齿轮对应的下指节、中指节和上指节的关节轴上分别设置有一个解耦装置。

更进一步的，下指节处的解耦装置上设置有下指节限位装置，中指节处的解耦装置上设置有中指节限位装置，上指节处的解耦装置上设置有上指节限位装置。

进一步的，中指节内设置有中指节传递齿轮，上指节驱动齿轮通过中指节传递齿轮与中指节驱动齿轮啮合连接，下指节内依次设置有三个下指节传递齿轮，下指节驱动齿轮依次通过三个下指节传递齿轮与中指节驱动齿轮啮合连接。

具体的，锥齿传动系统包括第一锥齿轮、第二锥齿轮、第三锥齿轮和第四锥齿轮；第二锥齿轮和第三锥齿轮平行设置，第二锥齿轮和第一锥齿轮啮合连接，第三锥齿轮和第四锥齿轮啮合连接；第二锥齿轮和第一锥齿轮之间、第一锥齿轮和第四锥齿轮之间以及第四锥齿轮和第三锥齿轮之间的角度均为120°。

进一步的，步进电机的输入轴与第一锥齿轮连接，输入轴与第一锥齿轮之间设置有一个驱动圆柱齿轮，第二锥齿轮和第三锥齿轮之间通过连接轴连接，连接轴上设置有第二个驱动圆柱齿轮，第四锥齿轮通过连接轴连接第三个驱动圆柱齿轮，每个驱动圆柱齿轮分别再经一个驱动传递圆柱齿轮与三个三关节手指上设置的下指节驱动齿轮对应连接。

具体的，解耦装置包括两个相互接触的摩擦片，摩擦片的一面与三关节手指的外壳连接，另一面通过弹簧与调整螺钉连接。

具体的，步进电机设置在电机支座上，锥齿传动系统设置在三个支撑板上，电机支座和支撑板均固定在固定板上，支撑板的上方设置有保持板，保持板上间隔设置有三个基指支座，基指支座分别连接对应的三关节手指。

本发明的另一个技术方案是，一种齿轮差动式欠驱动三关节机械手指结构的操作方法，步进电机驱动锥齿传动系统转动，锥齿传动系统通过三个驱动传递圆柱齿轮分别于对应三关节手指下指节处的下指节驱动齿轮啮合连接，三个下指节驱动齿轮转动带动对应的下指节解耦装置转动，通过解耦装置带动下指节转动从而实现整个手指绕轴转动，当下指节触碰到物体之后，下指节停止绕轴转动，下指节驱动齿轮继续转动带动下指节内的三个下指节传递齿轮转动，通过下指节传递齿轮带动中指节和下指节关节连接处的中指节驱动齿轮转动，中指节驱动齿轮转动带动中指节关节处的解耦装置转动，解耦装置带动中指节绕轴转动，当中指节触碰到物体后，停止绕轴转动；中指节驱动齿轮继续转动带动中指节内的中指节传递齿轮转动，通过中指节传递齿轮带动中指节和上指节关节连接处的上指节驱动齿轮转动，上指节驱动齿轮转动带动上指节关节处的解耦装置转动，解耦装置带动上指节绕轴转动，至整个手指包络住物体；

当需要放开抓持物体时，步进电机反转，动力传递到下指节驱动齿轮实现反转，下指节驱动齿轮带动对应的解耦装置反向转动，解耦装置带动下指节转动，下指节和整个手指开始绕此轴张开，当下指节触碰到下指节限位装置后，下指节停止绕轴转动；然后下指节驱动齿轮把动力传递给中指节驱动齿轮；中指节驱动齿轮带动中指节张开，当中指节触碰到中指节限位装置后，中指节停止绕轴转动；然后中指节驱动齿轮把动力传递给上指节驱动齿轮；上指节驱动齿轮带动上指节张开，机械手指恢复到初始张开状态。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

本发明一种齿轮差动式欠驱动三关节机械手指结构，由于一般手指仅需三个关节指节就可以抓取物体，因此采用三个三关节手指，并且分布120°有利于整个机械手受力均匀。关节处的解耦装置的设置，能够避免整个手指在弯曲和伸直过程中运动的无序状态。传动系统由4个锥齿轮啮合组成，传递动力同时也改变动力方向。

进一步的，三关节手指结构的设置是为了在满足抓取物体时需要的最少手指关节，能更好地像人的手指一样抓取物体。

进一步的，解耦装置是在整个机械手的结构设计下所设置的一个完成欠驱动作用的核心装置。它能够在前一根手指受到一定作用力不动的情况下，将动力传给下一个关节继续运动。

进一步的，关节之间采用的是差动齿轮的结构，在达到传动精确的情况下，还能满足一定的减速效果。因此，在靠后的关节处能够克服解耦装置的摩擦力以外，还能得到较大力矩。

进一步的，传动系统用四个锥齿轮根据一定空间结构设置。主要是为了将动力传递给120°分布的3个三关节手指。四个锥齿轮同时装有动力传递圆柱齿轮。整个锥齿轮传动系统结构布置，不仅能满足动力源的输入，还能通过传动和改变运动方向，通过其上的3个动力传递圆柱齿轮将运动传递给3个机械手指。

进一步的，解耦装置结构设计的目的是实现欠驱动结构的核心装置，且结构简单。两个摩擦片在调整螺钉的压力下所产生的摩擦力是每一个关节转动需要克服的预紧力，能够实现在抓取物体时关节手指按顺序转动。

进一步的，整个机械手各个支架的设置不仅能够满足锥齿轮传动系统空间位置的分布，同时还能满足电机的安装位置以及三关节手指120°分布的安装，在满足结构要求的同时，也尽可能地是整个结构中的支架结构简单。

本发明还公开了齿轮差动式欠驱动三关节机械手指结构的操作方法，锥齿轮传动系统在步进电机的动力输入下，发生转动，同时改变动力方向，通过动力传递圆柱齿轮将动力传递给三关节手指。同时，在限位装置和解耦装置的辅助下三关节手指通过差动齿轮传递运动的情况下实现张开、闭合的动作。整个系统结构紧凑，操作方法简便。

综上所述，本发明不仅实现了机械手功能以外，还设计出了新颖的传动系统结构，以及手指发生转动的差动齿轮传动系统。将不同的装置以及结构组装起来，设计出了新型的欠驱动机械手结构。不仅满足了实际情况的需要，还在机械手结构的设计中提出了新的设计理念和设计方式。有利于整个机械手行业的发展，并且能够推动机器人结构的发展。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明去掉底座外壳之后的手指模型；

图3为本发明手指结构示意图；

图4为本发明转动装置示意图；

图5为本发明齿轮传动结构图；

图6为本发明齿轮传动结构侧视图；

图7为本发明锥齿轮空间分布位置示意图；

图8为本发明解耦装置示意图；

图9为本发明一种手指展开示意图；

图10为本发明自适应抓取过程示意图，其中，(a)为初始位置，(b)为下指节接触物体，(c)为中指节接触物体，(d)为上指节接触物体。

其中：1.电机支座；2.步进电机；3.基指支座；4.三关节手指；5.保持板；6.支撑板；7.固定板；8.输入轴；9.锥齿传动系统；10.驱动传递圆柱齿轮；11.解耦装置；12.下指关节轴；13.下指节；14.中指关节轴；15.中指节；16.上指关节轴；17.上指节；18-1.下指节驱动齿轮；18-2.中指节驱动齿轮；18-3.上指节驱动齿轮；19.中指节传递齿轮；20.下指节传递齿轮；23.第一锥齿轮；24.第二锥齿轮；25.第三锥齿轮；26.第四锥齿轮；27.驱动圆柱齿轮；28.摩擦片；29.弹簧；30.调整螺钉。

具体实施方式

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“一侧”、“一端”、“一边”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是可动连接，固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

请参阅图1和图2，本发明一种齿轮差动式欠驱动三关节机械手指结构，采用齿轮传动，采用解耦装置为欠驱动机构，通过三个三关节手指4进行抓取，抓取方式为手指内侧接触抓取，整个机械手指结构尺寸小，控制简便，满足抓取和微细操作。包括：

电机支座1、步进电机2、基指支座3、三关节手指4、保持板5、支撑板6和固定板7。电机支座1和三个支撑板6分别设置在固定板7上，步进电机2设置在电机支座1上，三个支撑板6内设置有锥齿传动系统9，锥齿传动系统9中包含有四个分度圆锥角为30°的锥齿轮啮合组成传动系统；步进电机2通过输入轴8与锥齿传动系统9连接；支撑板6的上方设置有保持板5，三个基指支座3间隔设置在保持板5上，用于固定三个三关节手指4；锥齿传动系统9通过解耦装置11分别与三个三关节手指4连接，步进电机2经锥齿传动系统9控制三个三关节手指4进行抓取操作。

请参阅图3，三关节手指4包括上指节17、中指节15和下指节13。下指节13的一端设置在基指支座3上，通过下指节驱动齿轮18-1与锥齿传动系统9连接，另一端通过中指节驱动齿轮18-2与中指节15的一端连接，中指节15的另一端通过上指节驱动齿轮18-3与上指节17连接，中指节15内设置有一个中指节传递齿轮19，上指节驱动齿轮18-3通过中指节传递齿轮19与中指节驱动齿轮18-2啮合连接，下指节13内依次设置有三个下指节传递齿轮20，下指节驱动齿轮18-1通过三个下指节传递齿轮20与中指节驱动齿轮18-2啮合连接；下指节驱动齿轮18-1和下指节13与下指关节轴12连接，中指节驱动齿轮18-2和中指节15与中指关节轴14连接，上指节驱动齿轮18-3和上指节17与上指关节轴16连接；三个三关节手指4对应的下指节驱动齿轮18-1分别通过一个驱动传递圆柱齿轮10与锥齿传动系统9啮合连接，利用锥齿轮传动，将三个三关节手指4位置布局分开；为避免整个手指在弯曲和伸直过程中运动的无序状态，在手指关节处装有解耦装置，下指关节轴12、中指关节轴14和上指关节轴16处分别设置有解耦装置11。

该手指具有一定的抓取形状适应性。手指零件采用硬铝合金，强度高、刚度好、重量轻，转动的销轴采用不锈钢材料制作。手指的定位孔内均安装有黄铜套，黄铜套能减轻运动过程中的摩擦阻力。

请参阅图4，三个基指支座3按120度均匀分布设置在保持板5上，分别与一个三关节手指4连接，欠驱动机械手的三个三关节手指4均可以绕对应的基指支座3做相对转动，能够转过90度，使三手指从三指向心相对状态转动到触碰到所要抓持物体的状态。三个基指支座3相互贴合构成空间120度的三个夹角，配合120度锥齿轮传动系统实现三个三关节手指4的运动和顺序控制。

请参阅图5和图6，锥齿传动系统9包括第一锥齿轮23、第二锥齿轮24、第三锥齿轮25、第四锥齿轮26和驱动圆柱齿轮27；第二锥齿轮24和第三锥齿轮25平行设置在同一轴上；第一锥齿轮23和第二锥齿轮24啮合连接，第三锥齿轮25和第四锥齿轮26啮合连接；第二锥齿轮24和第一锥齿轮23之间、第一锥齿轮23和第四锥齿轮26之间以及第四锥齿轮26和第三锥齿轮25之间的角度均为120°，实现三关节手指的同步运动，并且使三个三关节手指4在空间布局呈120°。三个圆锥齿轮轴上均分别设置有圆柱齿轮27，与圆锥齿轮一起转动。

每个三关节手指4与锥齿传动系统9上对应的驱动圆柱齿轮27之间均设置有驱动传递圆柱齿轮10，驱动圆柱齿轮27与驱动传递圆柱齿轮10啮合连接，三个三关节手指4上的下指节驱动齿轮18-1依次通过驱动传递圆柱齿轮10、驱动圆柱齿轮27分别与第一锥齿轮23、第二锥齿轮24和第三锥齿轮25、第四锥齿轮26连接。

步进电机2的输入轴8与第一锥齿轮23连接，输入轴8与第一锥齿轮23之间设置有一个驱动圆柱齿轮27，第二锥齿轮24和第三锥齿轮25之间通过连接轴连接，连接轴上设置有第二个驱动圆柱齿轮27，第四锥齿轮26通过连接轴连接第三个驱动圆柱齿轮27；三个驱动圆柱齿轮27均匀呈120°分布，每个驱动圆柱齿轮27分别再经一个驱动传递圆柱齿轮10与三个三关节手指4上设置的下指节驱动齿轮18-1对应啮合传动连接。采用四个120度传动锥齿轮，锥齿轮与对应的驱动圆柱齿轮27固定在一起，能随着锥齿轮间的转动而同轴转动。

请参阅图6和图7，步进电机2固定在电机支座1上，输入轴8转动后，带动第一锥齿轮23和与其固定在同一轴上的驱动圆柱齿轮27转动，由于第一锥齿轮23和第二锥齿轮24相啮合，所以第二锥齿轮24随第一锥齿轮23同时转动；再因为第一锥齿轮23和第二锥齿轮24分锥角各为30°，所以它们两轴的交角为60°。第二锥齿轮24和第三锥齿轮25在同一轴上，所以第三锥齿轮25随第二锥齿轮24同轴转动，第四锥齿轮26与第三锥齿轮25相啮合，第四锥齿轮26也开始转动。因此，第一锥齿轮23、第二锥齿轮24、第三锥齿轮25、第四锥齿轮26将运动通过三个驱动圆柱齿轮27传递给三个三关节手指4，使其发生转动。

请参阅图8，解耦装置11包括摩擦片28、弹簧29和调整螺钉30；摩擦片28的一侧与三关节手指的外壳接触连接，另一侧通过弹簧29与调整螺钉30连接，调整螺钉30压缩弹簧29，使弹簧29产生预紧力；弹簧29压住摩擦片28，使其与指节外壳固定压紧。三个驱动传递圆柱齿轮10将运动分别传向三个对应的下指节驱动齿轮18-1，与下指节驱动齿轮18-1固定同一关节轴上的解耦装置11随轴转动，因为解耦装置中的摩擦片与下指节13外壳之间有摩擦力作用，下指节13随着关节轴12、解耦装置11可同时转动，带动下指节13转动，下指节13带动整个手指转动。

请参阅图3和图9，当下指节驱动齿轮18-1转动，带动对应的解耦装置11转动，对应的解耦装置11带动下指节13转动，下指节13和整个手指开始绕此轴转动，当下指节触碰到物体之后，解耦装置11中的摩擦力不足以克服物体对下指节的阻碍力，所以下指节13停止绕轴转动，而下指节驱动齿轮18-1仍然可以继续转动，带动三个下指节传递齿轮20转动，进而带动中指节驱动齿轮18-2转动；中指节驱动齿轮18-2转动带动中指关节处的解耦装置11转动，中指节关节处的解耦装置11与中指节15外壳中的摩擦力带动中指节15转动，中指节15和上指节开始绕轴转动，当中指节触碰到物体之后，对应解耦装置11中的摩擦力不足以克服物体对中指节的阻碍力，中指节15停止绕轴转动；同理推动上指节的运动，直至整个手指包络住物体。其余两个三关节手指4采用相同原理实现工作。三个三关节手指4也是欠驱动，彼此之间的运动互不干扰，能够抓取各种不规则的异型物体。

当抓住物体之后，步进电机2继续工作，齿轮继续旋转，相当于此时齿轮处于空转。当抓住物体之后，电机出现故障或者停止供电，由于各个关节有摩擦力作用，所以也不会导致手指自动松开。

当需要放开抓持物体时，步进电机2反转，当动力传递到下指节驱动齿轮18-1时，它与刚才的旋转方向相反，下指节驱动齿轮18-1带动对应的解耦装置11转动，解耦装置11带动下指节13转动，下指节13和整个手指开始绕此轴张开，当下指节触碰到下指节限位块之后，解耦装置11中的摩擦力不足以克服限位块对下指节的阻碍力，所以下指节13停止绕轴转动；然后下指节驱动齿轮18-1把动力通过三个下指节传递齿轮20传递给中指节驱动齿轮18-2；中指节驱动齿轮18-2带动中指节，上指节张开；当中指节触碰到中指节限位块后，中指节停止绕轴转动；之后将动力通过中指节传递齿轮19传递到上指节，同理，上指节张开，机械手指恢复到初始张开状态。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中的描述和所示的本发明实施例的组件可以通过各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图10，为机械手抓持放置于手掌上球体时自适应抓取过程的分析模型。三个三关节手指4相对球体的初始位置如图10(a)所示。三个三关节手指4开始运动，当下指节碰触到球体后，球体对下指节的阻碍力达到解耦装置中弹簧产生的摩擦阻尼力时下指节停止运动，如图10(b)所示，由于中指节和上指节解耦装置摩擦片中有摩擦力，所以使中指节和上指节继续运动，当中指节碰触到球体后也停止运动，如图10(c)所示。上指关节解耦装置摩擦片中有摩擦力，上指节继续运动，直到碰触到球体为止，整个手指保持抓持姿势不动，这时机械手和球体的位置关系如图10(d)所示。

三个手指之间的运动彼此也是相互独立的。三个手指都没有接触到物体时，三个三手指都会同时运动，当某一手指因触碰到物体有阻碍力而停止运动时，另外两个手指继续运动；当另一手指因触碰到物体有阻碍力而停止运动时，第三个手指继续运动；当第三个手指因触碰到物体有阻碍力而停止运动时，三个手指均已接触到抓持物体。当继续运动时，三个手的指节分别开始独立运动，这样就可以抓取各种不同几何外形的异形物体。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种齿轮差动式欠驱动三关节机械手指结构，其特征在于，包括三个三关节手指（4），三个三关节手指（4）呈120°设置，每个三关节手指（4）包括上指节（17）、中指节（15）和下指节（13），上指节（17）、中指节（15）和下指节（13）之间通过齿轮啮合连接；上指节（17）、中指节（15）和下指节（13）的关节轴上分别设置有作为欠驱动机构的解耦装置（11）；三个三关节手指（4）的下指节分别通过驱动传递圆柱齿轮（10）连接锥齿传动系统（9），锥齿传动系统（9）由四个分锥角为30°的锥齿轮啮合组成传动系统，锥齿传动系统（9）与步进电机（2）连接，通过步进电机（2）驱动锥齿传动系统（9）实现对三个三关节手指（4）的运动传递与控制；

锥齿传动系统（9）包括第一锥齿轮（23）、第二锥齿轮（24）、第三锥齿轮（25）和第四锥齿轮（26）；第二锥齿轮（24）和第三锥齿轮（25）平行设置，第二锥齿轮（24）和第一锥齿轮（23）啮合连接，第三锥齿轮（25）和第四锥齿轮（26）啮合连接；第二锥齿轮（24）和第一锥齿轮（23）之间、第一锥齿轮（23）和第四锥齿轮（26）之间以及第四锥齿轮（26）和第三锥齿轮（25）之间的角度均为120°，步进电机（2）的输入轴（8）与第一锥齿轮（23）连接，输入轴（8）与第一锥齿轮（23）之间设置有一个驱动圆柱齿轮（27），第二锥齿轮（24）和第三锥齿轮（25）之间通过连接轴连接，连接轴上设置有第二个驱动圆柱齿轮（27），第四锥齿轮（26）通过连接轴连接第三个驱动圆柱齿轮（27），每个驱动圆柱齿轮（27）分别再经一个驱动传递圆柱齿轮（10）与三个三关节手指（4）上设置的下指节驱动齿轮（18-1）对应连接；

解耦装置（11）包括两个相互接触的摩擦片（28），摩擦片（28）的一面与三关节手指（4）的外壳连接，另一面通过弹簧（29）与调整螺钉（30）连接。

2.根据权利要求1所述的齿轮差动式欠驱动三关节机械手指结构，其特征在于，上指节（17）和中指节（15）的关节处设置有上指节驱动齿轮（18-3），中指节（15）和下指节（13）的关节处设置有中指节驱动齿轮（18-2），下指节（13）另一端与基指支座（3）固定连接，通过下指节驱动齿轮（18-1）和驱动传递圆柱齿轮（10）与锥齿传动系统（9）连接。

3.根据权利要求2所述的齿轮差动式欠驱动三关节机械手指结构，其特征在于，下指节驱动齿轮（18-1）、中指节驱动齿轮（18-2）和上指节驱动齿轮（18-3）对应的下指节（13）、中指节（15）和上指节（17）的关节轴上分别设置有一个解耦装置（11）。

4.根据权利要求3所述的齿轮差动式欠驱动三关节机械手指结构，其特征在于，下指节（13）处的解耦装置（11）上设置有下指关节轴（12），中指节（15）处的解耦装置（11）上设置有中指关节轴（14），上指节（17）处的解耦装置（11）上设置有上指关节轴（16）。

5.根据权利要求2所述的齿轮差动式欠驱动三关节机械手指结构，其特征在于，中指节（15）内设置有中指节传递齿轮（19），上指节驱动齿轮（18-3）通过中指节传递齿轮（19）与中指节驱动齿轮（18-2）啮合连接，下指节（13）内依次设置有三个下指节传递齿轮（20），下指节驱动齿轮（18-1）依次通过三个下指节传递齿轮（20）与中指节驱动齿轮（18-2）啮合连接。

6.根据权利要求1所述的齿轮差动式欠驱动三关节机械手指结构，其特征在于，步进电机（2）设置在电机支座（1）上，锥齿传动系统（9）设置在三个支撑板（6）上，电机支座（1）和支撑板（6）均固定在固定板（7）上，支撑板（6）的上方设置有保持板（5），保持板（5）上间隔设置有三个基指支座（3），基指支座（3）分别连接对应的三关节手指（4）。

7.根据权利要求1所述齿轮差动式欠驱动三关节机械手指结构的操作方法，其特征在于，步进电机驱动锥齿传动系统转动，锥齿传动系统通过三个驱动传递圆柱齿轮分别于对应三关节手指下指节处的下指节驱动齿轮啮合连接，三个下指节驱动齿轮转动带动对应的下指节解耦装置转动，通过解耦装置带动下指节转动从而实现整个手指绕轴转动，当下指节触碰到物体之后，下指节停止绕轴转动，下指节驱动齿轮继续转动带动下指节内的三个下指节传递齿轮转动，通过下指节传递齿轮带动中指节和下指节关节连接处的中指节驱动齿轮转动，中指节驱动齿轮转动带动中指节关节处的解耦装置转动，解耦装置带动中指节绕轴转动，当中指节触碰到物体后，停止绕轴转动；中指节驱动齿轮继续转动带动中指节内的中指节传递齿轮转动，通过中指节传递齿轮带动中指节和上指节关节连接处的上指节驱动齿轮转动，上指节驱动齿轮转动带动上指节关节处的解耦装置转动，解耦装置带动上指节绕轴转动，至整个手指包络住物体；

当需要放开抓持物体时，步进电机反转，动力传递到下指节驱动齿轮实现反转，下指节驱动齿轮带动对应的解耦装置反向转动，解耦装置带动下指节转动，下指节和整个手指开始绕此轴张开，当下指节触碰到下指关节轴后，下指节停止绕轴转动；然后下指节驱动齿轮把动力传递给中指节驱动齿轮；中指节驱动齿轮带动中指节张开，当中指节触碰到中指关节轴后，中指节停止绕轴转动；然后中指节驱动齿轮把动力传递给上指节驱动齿轮；上指节驱动齿轮带动上指节张开，机械手指恢复到初始张开状态。