CN202241303U - 齿条式耦合机器人手指装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种齿条式耦合机器人手指装置，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、第一传动机构、第二传动机构和第一簧件；电机和减速器与基座固接，减速器的输出轴与近关节轴相连，近关节轴套设在基座中，中部指段套接在近关节轴上，远关节轴套设在中部指段中，末端指段套固在远关节轴上，远关节轴和近关节轴平行；第一传动机构一端与减速器相连，另一端与近关节轴相连；第二传动机构一端与近关节轴相连，另一端与远关节轴相连；第一簧件的两端分别连接近关节轴和中部指段。该装置无过渡轴，结构简单；传动件无变形，不用预紧，传动过程精确，适合作为拟人机器人手的手指。

Description

齿条式耦合机器人手指装置

技术领域

本实用新型涉及一种拟人机器人手指装置，特别是涉及一种齿条式耦合机器人手指装置。

背景技术

在我们的日常生活和工作学习中，手部对我们来说是极其重要的。和我们类似，机器人手部在其日常工作和生产中也是极重要的。机器人在日常工作过程中使用机械手进行各种动作，完成工作任务。由于机械手存在体积小、结构精巧、出力要求大和控制难度高等特点，目前机械手研发制造领域存在很多热点和难点问题。

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。该类耦合抓取式机械手指装置的不足之处为：各关节均以固定比例角度的转动，没有任意比例角度的转动，在抓取物体时一般以捏持方式抓持物体，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抓取，完全不具备抓取物体时对不同尺寸物体的自适应性，所以这类手指的抓取效果不好。

实用新型内容

(一)要解决的技术问题

本实用新型要解决的技术问题是提供一种抓取效果良好的耦合机器人手指装置。

(二)技术方案

为解决上述技术问题，本实用新型采用的齿条式耦合机器人手指装置，包括基座、电机、减速器、近关节轴、中部指段、远关节轴和末端指段；所述的电机、减速器与基座固接，减速器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；所述的齿条式耦合机器人手指装置还包括第一传动机构、第二传动机构和第一簧件。第一传动机构一端与减速器相连，另一端与近关节轴相连；第二传动机构一端与近关节轴相连，另一端与远关节轴相连；第一簧件的两端分别连接近关节轴和中部指段。

第一传动机构包括第一锥齿轮和第二锥齿轮；减速器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。

第二传动机构包括括第一齿轮、第二齿轮和第一齿条；所述的第一齿轮套接在近关节轴上，第一齿轮与基座固接；所述的第二齿轮套接在远关节轴上，所述的第一齿条两端分别与第一齿轮和第二齿轮啮合，令第一齿条与第一齿轮的啮合点为A，第一齿条与第二齿轮的啮合点为B，第一齿轮的中心点为O₁，第二齿轮的中心点为O₂，线段O₁A、AB、BO₂和O₂O₁构成“8”字形，线段AB和O₁O₂相交且交点在O₁O₂上，所述的第一齿条镶嵌在中部指段中。

作为本实用新型的进一步改进，齿条式耦合机器人手指装置还包括第三传动机构、第二簧件和第三簧件。第三传动机构的一端与近关节轴相连，另一端与远关节轴相连；第二簧件的两端分别连接远关节轴和第二齿轮；第三簧件的两端分别连接远关节轴和所述第四齿轮。

第三传动机构包括第三齿轮、第四齿轮和第二齿条；所述的第三齿轮固接在近关节轴上，所述的第四齿轮套接在远关节轴上，所述的第二齿条的两端分别与第三齿轮和第四齿轮啮合，令第二齿条与第三齿轮的啮合点为M，第二齿条与第四齿轮的啮合点为N，第三齿轮的中心点为P，第四齿轮的中心点为Q，线段PM、MN、NQ和QP构成四边形，线段MN和PQ不相交，所述的第二齿条镶嵌在中部指段中。

(三)有益效果

本实用新型的优点在于：该装置无过渡轴，结构简单；传动件无变形，不用预紧，传动过程精确，外形与人的手指相似，适合作为拟人机器人手的手指使用。

附图说明

图1是本实用新型齿条式耦合机器人手指装置的侧视图。

图2是齿条式耦合机器人手指装置的第一齿条的安装示意图。

图3是齿条式耦合机器人手指装置的第二齿条的安装示意图。

图4是齿条式耦合机器人手指装置第一种实施方式的正面剖视图。

图5是齿条式耦合机器人手指装置第二种实施方式的正面剖视图。

图6、图7、图8、图9、图10和图11是齿条式耦合机器人手指装置的抓握物体过程的几个关键位置侧面外观示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

如图1、图4和图5所示，本实用新型包括基座1、电机2、减速器7、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和减速器7与基座1固接，减速器7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；所述的齿条式耦合机器人手指装置还包括第一传动机构、第二传动机构和第一簧件41。

第一传动机构包括第一锥齿轮11和第二锥齿轮12；减速器7的输出轴与第一锥齿轮11固接，第一锥齿轮11与第二锥齿轮12相啮合，第二锥齿轮12套固在近关节轴3上。

第二传动机构包括括第一齿轮21、第二齿轮23和第一齿条22；所述的第一齿轮21套接在近关节轴3上，第一齿轮21与基座1固接；所述的第二齿轮23套接在远关节轴5上，所述的第一齿条22两端分别与第一齿轮21和第二齿轮23啮合，令第一齿条22与第一齿轮21的啮合点为A，第一齿条22与第二齿轮23的啮合点为B，第一齿轮21的中心点为O₁，第二齿轮23的中心点为O₂，线段O₁A、AB、BO₂和O₂O₁构成“8”字形，线段AB和O₁O₂相交且交点在O₁O₂上，所述的第一齿条22镶嵌在中部指段4中。

第一簧件41的两端分别连接近关节轴3和中部指段4。

该装置还设有3个凸台：第一凸台51镶嵌固定在基座1和第一齿轮上；第二凸台52镶嵌固定在中部指段中，用于第一齿条22的定位；第三凸台53连接第一簧件21一端并镶嵌固定在中部指段4上。

以上是第一种实施方式的结构形式，第二种实施方式的结构形式在第一种实施方式的结构形式的基础上，该机器人手指装置还设有第三传动机构、第二簧件42和第三簧件43。

第三传动机构包括第三齿轮31、第四齿轮33和第二齿条32；所述的第三齿轮31固接在近关节轴3上，所述的第四齿轮33套接在远关节轴5上，所述的第二齿条32的两端分别与第三齿轮31和第四齿轮33啮合，令第二齿条32与第三齿轮31的啮合点为M，第二齿条32与第四齿轮33的啮合点为N，第三齿轮31的中心点为P，第四齿轮33的中心点为Q，线段PM、MN、NQ和QP构成四边形，线段MN和PQ不相交，所述的第二齿条32镶嵌在中部指段4中。

第二簧件42的两端分别连接远关节轴5和第二齿轮23；第三簧件43的两端分别连接远关节轴5和第四齿轮33。

在第一种实施方式的基础上，该装置还设有2个凸台。第四凸台54连接第二簧件42一端并镶嵌固定在第二齿轮23上；第五凸台55连接第三簧件43一端并镶嵌固定在第四齿轮33上；第二凸台52还用于第二齿条32的定位。

以上所述的第一簧件41、第二簧件42和第三簧件43可以采用扭簧、拉簧、压簧、片簧或弹性绳。

本实施例的工作原理，如图6、图7、图8、图9、图10和图11所示，叙述如下：

该装置的初始位置如图6所示，此时中部指段4和末端指段6与基座1呈手指伸直的状态。当使用本实施例的机器人手指抓取物体8时，电机2的输出轴转动，通过第一锥齿轮11带动固接有第二锥齿轮12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。

由于第一齿轮21固接在基座1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，由于第一齿条22的下端与第一齿轮21啮合，故而中部指段4的转动会让第一齿条22推动与其另一端啮合的第二齿轮23绕远关节轴5的中心线转动同样一个角度α，第一齿轮和第二齿轮大小一致时，两关节的耦合转动角度为1∶1，当然第一齿轮和第二齿轮也可以设计为不同大小，则将获得不同的耦合效果，由于第二簧件42的约束作用，第二齿轮23仿佛和远关节轴5固接在一起，使得第二齿轮23通过第二簧件42带动远关节轴5绕自身轴线转动角度α。

电机2的输出轴转动，通过第一锥齿轮11带动固接有第三齿轮31的近关节轴3转动，第三齿轮31推动第二齿条32，使得第四齿轮33绕远关节轴5转动角度α。由于此时中部指段4也绕着近关节轴3转动了角度α，故第四齿轮33相对于中部指段4的位置没有改变，因此连接远关节轴5和第四齿轮33的第三簧件43产生一定的变形量。

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7所示。此过程直到中部指段4碰到物体8，中部指段4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8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8，则完成抓持，采用的是捏持方式抓取物体，如图11所示。

此时，如果末端指段6还未接触物体8，如图8所示。电机2的输出轴继续转动，通过第一锥齿轮11带动固接有第二锥齿轮12的近关节轴3转动。

由于这时中部指段4已经接触物体8，中部指段4不能继续绕近关节轴3转动，第一簧件41的继续变形将使中部指段4以越来越大的抓取力紧靠物体7，第一齿轮21也不再继续转动。

电机2的输出轴继续转动，第三齿轮31将推动第二齿条32，使得第四齿轮33转动。由于第四齿轮33的转动，第三簧件43的变形量将逐渐减小到零。接着第四齿轮33继续转动，第三簧件43将发生与先前相反的变形，由于簧件43的约束作用，第四齿轮33和远关节轴5仿佛固接在一起，因此会带动固接于远关节轴5上的末端指段6转动，如图9所示。此时连接在第二齿轮23和远关节轴5的第二簧件42会发生变形，从而使得不再转动的第二齿轮不会阻碍末端指段6的继续转动。这一过程直到末端指段6接触到物体，完成抓持动作，如图10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。

以上所述仅为本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (5)

1.一种齿条式耦合机器人手指装置，包括基座(1)、电机(2)、减速器(7)、近关节轴(3)、中部指段(4)、远关节轴(5)和末端指段(6)；所述电机(2)和所述减速器(7)与所述基座(1)固接，所述减速器(7)的输出轴与所述近关节轴(3)相连，所述近关节轴(3)套设在所述基座(1)中，所述中部指段(4)套接在所述近关节轴(3)上，所述远关节轴(5)套设在所述中部指段(4)中，所述末端指段(6)套固在所述远关节轴(5)上，所述远关节轴(5)和所述近关节轴(3)平行；其特征在于：所述手指装置还包括第一传动机构、第二传动机构和第一簧件(41)；所述第一传动机构一端与所述减速器(7)相连，另一端与所述近关节轴(3)相连；所述第二传动机构一端与所述近关节轴(3)相连，另一端与所述远关节轴(5)相连；第一簧件(41)的两端分别连接所述近关节轴(3)和所述中部指段(4)。

2.根据权利要求1所述的手指装置，其特征在于：所述第一传动机构包括第一锥齿轮(11)和第二锥齿轮(12)；所述减速器(7)的输出轴与所述第一锥齿轮(11)固接，所述第一锥齿轮(11)与所述第二锥齿轮(12)相啮合，所述第二锥齿轮(12)套固在所述近关节轴(3)上。

3.根据权利要求1所述的手指装置，其特征在于：所述第二传动机构包括第一齿轮(21)、第二齿轮(23)和第一齿条(22)；所述第一齿轮(21)套接在所述近关节轴(3)上，所述第一齿轮(21)与所述基座(1)固接；所述第二齿轮(23)套接在所述远关节轴(5)上，所述第一齿条(22)两端分别与所述第一齿轮(21)和所述第二齿轮(23)啮合，令所述第一齿条(22)与所述第一齿轮(21)的啮合点为A，所述第一齿条(22)与所述第二齿轮(23)的啮合点为B，所述第一齿轮(21)的中心点为O₁，所述第二齿轮(23)的中心点为O₂，线段O₁A、AB、BO₂和O₂O₁构成“8”字形，线段AB和O₁O₂相交且交点在O₁O₂上，所述第一齿条(22)镶嵌在所述中部指段(4)中。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的手指装置，其特征在于：该手指装置还包括第三传动机构、第二簧件(42)和第三簧件(43)；所述第三传动机构的一端与所述近关节轴(3)相连，另一端与所述远关节轴(5)相连；所述第二簧件(42)的两端分别连接所述远关节轴(5)和所述第二齿轮(23)；所述第三簧件(43)的两端分别连接所述远关节轴(5)和所述第四齿轮(33)。

5.根据根据权利要求4所述的齿条式耦合机器人手指装置，其特征在于：所述第三传动机构包括第三齿轮(31)、第四齿轮(33)和第二齿条(32)；所述第三齿轮(31)固接在所述近关节轴(3)上，所述第四齿轮(33)套接在所述远关节轴(5)上，所述第二齿条(32)的两端分别与所述第三齿轮(31)和所述第四齿轮(33)啮合，令所述第二齿条(32)与所述第三齿轮(31)的啮合点为M，所述第二齿条(32)与所述第四齿轮(33)的啮合点为N，所述第三齿轮(31)的中心点为P，所述第四齿轮(33)的中心点为Q，线段PM、MN、NQ和QP构成四边形，线段MN和PQ不相交，所述第二齿条(32)镶嵌在所述中部指段(4)中。

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