CN202241307U - 连杆滑块式欠驱动仿生机器人手装置 - Google Patents

连杆滑块式欠驱动仿生机器人手装置 Download PDF

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CN202241307U CN2011204132158U CN201120413215U CN202241307U CN 202241307 U CN202241307 U CN 202241307U CN 2011204132158 U CN2011204132158 U CN 2011204132158U CN 201120413215 U CN201120413215 U CN 201120413215U CN 202241307 U CN202241307 U CN 202241307U
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Abstract

本实用新型公开了一种连杆滑块式欠驱动仿生机器人手装置,包括拇指、食指、中指、无名指、小指、手掌;拇指采用双关节连杆滑块式结构形式,通过拇指基座与手掌连接板固接;食指、中指、无名指和小指采用三关节连杆滑块式结构形式,分别通过各自的基座与手掌骨架固接,且结构相同,仅尺寸大小不同。该装置具有的5个独立控制的手指和15个关节自由度,仅由6个电机驱动,实现了高度模仿人手的外观和抓取动作,适用于拟人机器人。该装置出力大,抓取动作稳定,抓取对象范围广,对控制系统要求低,结构简单,适合长期使用。

Description

连杆滑块式欠驱动仿生机器人手装置
技术领域
[0001] 本实用新型涉及拟人机器人手技术领域,特别涉及一种连杆滑块式欠驱动仿生机器人手装置的结构设计。
背景技术
[0002] 已有多种技术用于实现仿生手机构。但是在目前的研究中,存在一些技术难点。如为了实现多自由度灵巧手,需要较多的电机提供动力。但是,电机数量的增加不仅会导致控制系统复杂,更会使得整个仿生手机构庞大,破坏其拟人性。欠驱动技术是一个能够较好解决此矛盾的方案之一。
[0003] 目前现有的美国发明专利US5762390A,属于直接欠驱动机械手,采用持续加力抓取方式。采用持续保持抓取力的驱动源——液压缸,但是这样存在油压密封问题,而且成本昂贵、制造维修不便。另外,由于采用多套四连杆机构将驱动源的动力传递到多个关节处, 为了达到末端手指转动较大角度和较大的出力,必须设置体积相当庞大的手指机构,整个机械手外观失去了拟人性。
[0004] 多数考虑了变抓取力功能的手指采用的是腱绳驱动,如美国发明专利US4946380。 所述的装置使用钢丝绳驱动的变抓力机构。虽然外观基本拟人化,但是钢丝绳承受力较小, 导致手指出力小,另外多套钢丝绳和绳轮机构相当复杂。钢丝绳如果拉得不紧起不到较精确的控制驱动要求,如果拉得过紧会导致寿命不长,容易崩断,维修费时费力。若采用高性能钢丝绳或特殊材料腱绳则成本非常昂贵。
实用新型内容
[0005](一)要解决的技术问题
[0006] 本实用新型要解决的技术问题是提供一种具有抓取物体稳定、自适应性强、成本低的连杆滑块式欠驱动仿生机器人手装置。
[0007] ( 二 )技术方案
[0008] 为解决上述技术问题,本实用新型采用的连杆滑块式欠驱动仿生机器人手装置, 包括拇指、食指、中指、无名指、小指和手掌;手掌包括手掌骨架、手掌电机、手掌关节轴、手掌减速器、手掌连接板;手掌电机、手掌减速器与手掌骨架固接,手掌电机设有手掌编码器, 其输出轴与手掌减速器的输入轴相连,手掌减速器的输出轴与手掌关节轴相连,手掌关节轴套设在手掌骨架中,手掌连接板套固在手掌关节轴上;其中拇指采用双关节连杆滑块式手指装置,通过拇指基座与手掌连接板固接;食指、中指、无名指和小指采用三关节连杆滑块式手指装置,分别通过各自的基座与手掌骨架固接,且结构相同,仅尺寸大小不同。
[0009] 本实用新型所述的拇指采用双关节连杆滑块式结构形式,该手指装置包括基座、 第一指段、第二指段、近关节轴、远关节轴、减速器、电机、第一连杆、第一轴、第二连杆、第二轴、第一滑块、第二滑块、第三轴、第三连杆、第四轴、第一簧件和第二簧件。电机与基座固接,电机上设有编码器,其输出轴与减速器的输入轴相连,减速器的输出轴与近关节轴相连;近关节轴套设在基座中,远关节轴套设在所述的第一指段中;第一指段套接在近关节轴上,第二指段套接在远关节轴上;近关节轴和远关节轴的轴线相互平行;第一连杆的一端套固在近关节轴上;第二连杆一端通过第一轴与第一连杆的另一端铰接,其另一端通过第二轴与第一滑块铰接;第三连杆一端通过第三轴与第二滑块铰接,第二指段通过第四轴与第三连杆的另一端铰接;第一滑块和第二滑块镶嵌在第一指段中,两者的滑动方向相同; 第一簧件的两端分别连接第一滑块和第一指段,第二簧件的两端分别连接第一滑块和第二滑块;第一轴、第二轴、第三轴、第四轴和近关节轴的轴线相互平行。
[0010] 食指、中指、无名指和小指采用三关节连杆滑块式结构,该手指装置包括基座、第一指段、第二指段、末端指段、近关节轴、中关节轴、远关节轴、减速器、电机、第一连杆、第一轴、第二连杆、第二铰接轴、第一滑块、第二滑块、第三轴、第三连杆、第四轴、第四连杆、第五轴、第五连杆、第六轴、第三滑块、第六连杆、第七轴、第一簧件、第二簧件和第三簧件。电机与基座固接,电机上设有编码器,其输出轴与所述的减速器的输入轴相连,减速器的输出轴与近关节轴相连;近关节轴套设在基座中,中关节轴套设在第一指段中,远关节轴套设在第二指段中;第一指段套接在近关节轴上,第二指段套接在中关节轴上;近关节轴、中关节轴和远关节轴的轴线相互平行;第一连杆的一端套固在近关节轴上,第二连杆一端通过第一轴与第一连杆铰接,其另一端通过第二轴与第一滑块铰接;第三连杆一端通过第三轴与第二滑块铰接,第四连杆的一端套接在中关节轴上,第三连杆另一端通过第四轴与第四连杆的中部铰接,第四连杆的另一端通过第五轴与第五连杆一端铰接,第五连杆的另一端通过第六轴与第三滑块铰接;第六连杆一端通过第六轴与第三滑块铰接,套接在远关节轴上的末端指段通过第七轴与第六连杆另一端铰接;第一滑块和第二滑块镶嵌在第一指段中,第三滑块镶嵌在第二指段中,第一滑块与第二滑块的滑动方向相同;第一簧件的两端分别连接第一滑块和第一指段,第二簧件的两端分别连接第三滑块和第二指段,第三簧件的两端分别连接第一滑块和第二滑块;第一轴、第二轴、第三轴、第四轴、第五轴、第六轴、第七轴和近关节轴的轴线相互平行。
[0011](三)有益效果
[0012] 该装置具有的5个独立控制的手指和15个关节自由度,仅由6个电机驱动,实现了模仿人手的外观和抓取动作,适用于拟人机器人。该装置的食指、中指、无名指和小指结构相同,这种模块化设计使得零件通用性强和制造维修成本低。该装置的手指利用连杆机构、滑块移动副、套接指段及簧件综合实现了多关节手指直接欠驱动自适应和可变抓取力的特殊效果。该装置既具有变抓取力抓取功能,抓取力大,能抓牢物体,抓取稳定,适应抓取对象范围广;同时具有多关节欠驱动自适应抓取效果,自动适应所抓物体的大小和形状,降低了对控制系统的控制要求。
附图说明
[0013] 图1是本实用新型提供的连杆滑块式欠驱动仿生机器人手装置的正面阶梯剖视图,此时拇指位于手掌侧面。
[0014] 图2是该机器人手装置的俯视外观图,此时拇指位于手掌的侧面。
[0015] 图3是该机器人手装置的侧面外观图,此时拇指位于手掌的正对面。
[0016] 图4是该机器人手装置的俯视外观图,此时拇指位于手掌的正对面。[0017] 图5是本实用新型所述拇指的正面剖视图。
[0018] 图6是拇指的左侧面剖视图。
[0019] 图7是拇指的左侧面剖视图(此时第一指段和第二指段均被所抓物体阻挡且到达极限位置)。
[0020] 图8是本实用新型提供的食指(其余四手指结构相同,故以食指为例)的正面剖视图。
[0021] 图9是食指的左侧面剖视图。
[0022] 图10是食指的左侧面剖视图(此时第一指段和第二指段均被所抓物体阻挡时,末端指段绕着远关节轴转动且到达极限位置)。
[0023] 图11、图12、图13、图14和图15是拇指以两个指段完全握持方式抓取物体过程示意图。
[0024] 图16是拇指以第二指段23碰触物体的示意图。
[0025] 图17、图18、图19、图20、图21、图22和图23是食指以三个指段完全握持方式抓
取物体过程示意图。
[0026] 图24、图25和图沈是食指以第二指段33和末端指段34握持方式抓取物体过程示意图。
[0027] 图27是食指以末端指段34碰触物体的示意图。
[0028] 图28是该人手装置抓取圆柱状物体的正面外观示意图。
[0029] 图四是该人手装置抓取圆柱状物体的侧面外观示意图。
[0030] 图30是该人手装置抓取圆柱状物体的等轴测外观示意图。
具体实施方式
[0031] 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。
[0032] 如图1所示,本实用新型采用的连杆滑块式欠驱动仿生机器人手装置包括拇指2、 食指3、中指4、无名指5、小指6和手掌;手掌包括手掌骨架1、手掌电机11、手掌关节轴12、 手掌减速器15、手掌连接板17 ;手掌电机11和手掌减速器15与手掌骨架1固接,手掌电机 11上设有手掌编码器16,其输出轴与手掌减速器15的输入轴相连,手掌减速器15的输出轴与手掌关节轴12相连,手掌关节轴12套设在手掌骨架1中,手掌连接板17套固在手掌关节轴上12 ;其中拇指2采用双关节连杆滑块式手指装置,通过拇指基座21与手掌连接板 17固接;食指3、中指4、无名指5和小指6采用三关节连杆滑块式手指装置,分别通过各自的基座与手掌骨架1固接,且结构相同,仅尺寸大小不同。
[0033] 该仿生机器人手掌装置还设有手掌扭簧14,手掌扭簧14的两端分别连接手掌关节轴12和手掌骨架1。
[0034] 手掌减速器15与手掌关节轴12之间设有手掌传动机构13,手掌减速器15的输出轴通过所说的手掌传动机构13与手掌关节轴12相连。该手掌传动机构13可以采用齿轮传动机构。
[0035] 如图5、图6和图7所示,拇指2采用的双关节连杆滑块式结构包括基座21、第一指段22、第二指段23、近关节轴对、远关节轴25、电机27、减速器219、第一连杆观、第一轴29、第二连杆210、第二轴211、第一滑块212、第二滑块213、第三轴214、第三连杆215、第四轴216、第一簧件217和第二簧件218。
[0036] 该双关节连杆滑块式手指装置(拇指)的电机27与基座21固接,电机27上设有编码器220,其输出轴与减速器219的输入轴相连,减速器219的输出轴与近关节轴M相连,近关节轴M套设在基座21中,远关节轴25套设在第一指段22中;第一指段22套接在近关节轴M上,第二指段23套接在远关节轴25上;近关节轴M和远关节轴25的轴线相互平行;第一连杆观的一端套固在近关节轴M上;第二连杆210 —端通过第一轴四与第一连杆观的另一端铰接,第二连杆210的另一端通过第二轴211与第一滑块212铰接;第三连杆215 —端通过第三轴214与第二滑块213铰接,第二指段23通过第四轴216与第三连杆215的另一端铰接;第一滑块212和第二滑块213镶嵌在第一指段22中,两者的滑动方向相同;第一簧件217的两端分别连接第一滑块212和第一指段22,第二簧件218的两端分别连接第一滑块212和第二滑块213 ;第一轴四、第二轴211、第三轴214、第四轴216 和近关节轴M的轴线相互平行。
[0037] 以上所述的近关节轴对、远关节轴25、第一轴四、第二轴211、第三轴214、第一滑块212和第二滑块213符合如下关系:设近关节轴M的轴线与远关节轴25的轴线所在平面为P平面,则第一轴四的轴线、第二轴211的轴线和第三轴214的轴线在P平面的同侧; 第一滑块212和第二滑块213的滑动方向均平行于P平面。
[0038] 该双关节连杆滑块式手指装置(拇指)的减速器219与近关节轴M之间设有传动机构沈,减速器219的输出轴通过传动机构沈与近关节轴M相连。该传动机构沈可以采用齿轮传动机构。
[0039] 该双关节连杆滑块式手指装置(拇指)的第一指段22和基座21的后背上设有凸台。
[0040] 本实用新型所述的食指3、中指4、无名指5和小指6的结构形式,即采用三关节连杆滑块式结构。以下以食指3为例,详细介绍本实用新型的结构形式,如图8、图9和图10 所示。该三关节连杆滑块式手指装置包括基座31、第一指段32、第二指段33、末端指段34、 近关节轴35、中关节轴36、远关节轴37、电机324、减速器325、第一连杆38、第一轴39、第二连杆310、第二铰接轴311、第一滑块312、第二滑块330、第三轴313、第三连杆314、第四轴 315、第四连杆316、第五轴317、第五连杆318、第六轴319、第三滑块320、第六连杆321、第七轴327、第一簧件322、第二簧件323和第三簧件329。
[0041] 该三关节连杆滑块式手指装置(食指、中指、无名指、小指)的电机3M与基座31 固接,电机3M上设有编码器326,其输出轴与减速器325的输入轴相连,减速器325的输出轴与近关节轴35相连,近关节轴35套设在基座31中,中关节轴36套设在第一指段32中, 远关节轴37套设在第二指段33中;第一指段32套接在近关节轴35上,第二指段33套接在中关节轴36上,末端指段34套接在远关节轴37上;近关节轴35、中关节轴36和远关节轴37的轴线相互平行。第一连杆38的一端套固在近关节轴35上,第二连杆310的一端通过第一轴39与第一连杆38铰接,第二连杆310的另一端通过第二轴311与第一滑块312 铰接;第三连杆314 —端通过第三轴313与第二滑块330铰接,第四连杆316的一端套接在中关节轴36上,第三连杆314另一端通过第四轴315与第四连杆316的中部铰接,第四连杆316的另一端通过第五轴317与第五连杆318 —端铰接,第五连杆318的另一端通过第六轴319与第三滑块320铰接;第六连杆321 —端通过第六轴319与第三滑块320铰接,末端指段34通过第七轴327与第六连杆321另一端铰接;第一滑块312和第二滑块330镶嵌在第一指段32中,第三滑块320镶嵌在第二指段33中,第一滑块312与第二滑块330的滑动方向相同;第一簧件322的两端分别连接第一滑块312和第一指段32,第二簧件323的两端分别连接第三滑块320和第二指段33,第三簧件329的两端分别连接第一滑块312和第二滑块330 ;第一轴39、第二轴311、第三轴313、第四轴315、第五轴317、第六轴319、第七轴327和近关节轴35的轴线相互平行。
[0042] 以上所述的近关节轴35、中关节轴36、远关节轴37、第一轴39、第二轴311、第三轴313、第四轴315、第五轴317、第六轴319、第一滑块312、第二滑块330和第三滑块320符合如下关系:设近关节轴35的轴线与中关节轴36的轴线所在平面为Pl平面,则第一轴39 的轴线、第二轴311的轴线和第三轴313的轴线在Pl平面的同侧;设中关节轴36的轴线与远关节轴37的轴线所在平面为P2平面,则第四轴315的轴线、第五轴317的轴线和第六轴 319的轴线在P2平面的同侧;第一滑块312和第二滑块330的滑动方向均平行于所说的Pl 平面,第三滑块320的滑动方向平行于P2平面。
[0043] 该三关节连杆滑块式手指装置(食指、中指、无名指、小指)的减速器325与近关节轴35之间设有传动机构328,减速器325的输出轴通过传动机构328与近关节轴35相连。该传动机构3¾可以采用齿轮传动机构。
[0044] 该三关节连杆滑块式手指装置(食指、中指、无名指、小指)的第一指段32和第二指段33的后背上设有凸台。
[0045] 以上所述的簧件可以采用扭簧、拉簧、压簧、片簧、板簧、发条或弹性绳。
[0046] 下面结合附图详细介绍本实用新型的工作原理。
[0047] (a)手掌关节轴12转动的工作原理,如图2、图3、图4,叙述如下:
[0048] 手掌电机11转动,带动手掌减速器15转动,通过手掌传动机构13使手掌关节轴 12转动,于是带动手掌连接板17转动,拇指2随着手掌连接板17整体绕着手掌关节轴12 的轴线转动,实现了拇指2在手掌1侧面和正对面的反复侧向摆动。当需要抓取物体时,先将拇指2摆动到手掌1正对面,如图3和图4所示。不需要抓取物体时,将拇指2摆动到手掌1侧面,如图2所示拇指位置。
[0049] (b)拇指2的工作原理,如图11、图12、图13、图14、图15和图16,叙述如下:
[0050] 拇指2的初始状态如图11所示,类似人的手指伸直状态。
[0051] 当拇指2抓取物体时,电机27转动,通过减速器219、齿轮传动机构沈带动近关节轴M转动,近关节轴M带动与之固接的第一连杆洲转动,由于第一簧件217和第二簧件218的共同限制作用,第一滑块212和第二滑块213不发生滑动,第一连杆观、第二连杆 210和第三连杆215相对位置关系不变,第一指段22和第二指段23仿佛一个“刚体”,因此近关节轴M的转动将通过第一连杆观带动第一指段22和第二指段23作为一个整体绕近关节轴M的轴线转动,如图12所示。此时会遇到以下两种情况:
[0052] (bl)第二指段23碰到物体,受限制无法运动,此时第一连杆观在近关节轴M的带动下继续转动,依次通过第一轴四、第二连杆210、第二轴211驱动第一滑块212克服第一簧件217和第二簧件218的变形弹力在第一指段22内滑动,第二滑块213由于第二指段 23被限制并不滑动,随着第二簧件218变形的增加,第二指段23上的抓取力逐渐增大,直到第二簧件218不再变形为止,抓取结束,如图16所示。
[0053] (b2)第一指段22碰到物体,如图13所示,受限制无法运动,此时第一连杆观在近关节轴M的带动下继续转动,依次通过第一轴四、第二连杆210、第二轴11驱动第一滑块 212克服第一簧件217的变形弹力在第一指段22内滑动,此时第一簧件217发生变形,而第二簧件218由于第二指段23没有限制不发生变形,在第二簧件218的作用下,第一滑块 212驱动第二滑块213在第一指段22内滑动,第二滑块213通过第三轴214、第三连杆215 和第四轴216推动第二指段23绕远关节轴5轴线转动,如图14所示。直到第二指段23接触到物体,此时第一连杆观在近关节轴M的带动下继续转动,依次通过第一轴四、第二连杆210、第二轴211继续驱动第一滑块212克服第一簧件217和第二簧件218的变形弹力在第一指段22内滑动,第二滑块213由于第二指段23被限制并不滑动,随着第二簧件218变形的增加,第一指段22和第二指段23上的抓取力逐渐增大,直到第二簧件218不再变形为止,抓取结束,如图15所示。
[0054] 当放开物体时,电机27反转,通过减速器219、齿轮传动机构沈带动近关节轴M 反转,第一连杆观在近关节轴M带动下反转,第一连杆观依次通过第一轴四、第二连杆 210、第二轴211拉动第一滑块212运动,此时第一簧件217和第二簧件218的变形逐渐减小,第二滑块213并不滑动,第一指段22和第二指段23上的抓取力逐渐减小,直到第二簧件218完全恢复到未变形状态,继而第一滑块212通过第二簧件218拉动第二滑块213运动,第二簧件218不再发生变形,第二滑块拇指13通过第三轴214、第三连杆215、第四轴 216拉动第二指段23绕远关节轴25轴线反转。由于在第一指段22的后背上方有凸台,此凸台将第二指段23反转时超过其相对于第一指段22的初始伸直位置,起到限位作用,因此第二指段23将受到第一指段22的阻挡不能再反向转动,此时第二指段23已经反转到手指伸直的位置,如图13所示。同时,第一连杆观将继续反转,拉动处于伸直状态的第一指段 22和第二指段23作为一个整体一起绕近关节轴25轴线反转。由于在基座21的后背上方有凸台,此凸台将限制第一指段22反转时超过其相对于基座21的初始伸直位置,起到限位作用,因此第一指段22将受到基座21的阻挡不能再反向转动,直到手指装置完全恢复到初始的伸直位置,如图11所示。
[0055] (c)食指3、中指4、无名指5、小指6结构和工作原理相同,所不同的仅是尺寸大小,以食指3为例,其工作原理,如图17、图18、图19、图20、图21、图22、图23、图24、图25、 图沈和图27,叙述如下:
[0056] 食指3的初始状态如图17所示,类似人的手指伸直状态。
[0057] 当食指3抓取物体时,电机32转动,通过减速器325、齿轮传动机构3¾带动近关节轴35转动,近关节轴35带动与之固接的第一连杆38转动,由于第一簧件322、第二簧件 323和第三簧件329的共同限制作用,第一滑块312、第二滑块330、第三滑块320不发生滑动,第一连杆38、第二连杆310、第三连杆314、第四连杆316、第五连杆318、第六连杆321相对位置关系不变,第一指段32、第二指段33和末端指段34仿佛一个“刚体”,因此近关节轴 35的转动将通过第一连杆38带动第一指段32、第二指段33和末端指段34作为一个整体绕近关节轴35的轴线转动。此时会遇到以下三种情况:
[0058] (cl)末端指段34碰到物体,而受限制无法运动,此时第一连杆38在近关节轴35 的带动下继续转动,依次通过第一轴39、第二连杆310、第二轴311驱动第一滑块312克服第一簧件322和第三簧件329的变形弹力在第一指段32内滑动,第二滑块330并不滑动, 随着第三簧件变形的3¾增加,末端指段34上的抓取力逐渐增大,直到第三簧件3¾不再变形为止,抓取结束,如图27所示。
[0059] (c2)第二指段33碰到物体,如图25所示,而受限制无法运动,此时第一连杆38在近关节轴35的带动下继续转动,依次通过第一轴39、第二连杆310、第二轴311驱动第一滑块312克服第一簧件322的变形弹力在第一指段32内滑动,此时第一簧件322发生变形, 第三簧件3¾不发生变形,继而第一滑块312通过第三簧件3¾驱动第二滑块330在第一指段32内滑动,第二滑块330通过第三轴313、第三连杆314、第四轴315、第四连杆316、 第五轴317、第五连杆318、第六轴319驱动第三滑块320克服第二簧件323的变形弹力在第二指段33内滑动,此时第二簧件323发生变形,第三滑块320通过第六轴319、第六连杆 321、第七轴327推动末端指段34绕远关节轴37轴线转动,直到末端指段34接触到物体, 此时第一连杆38在近关节轴35的带动下继续转动,依次通过第一轴39、第二连杆310、第二轴311继续驱动第一滑块312克服第一簧件322和第三簧件329的变形弹力在第一指段 32内滑动,第二滑块330并不滑动,随着第三簧件变形的3¾增加,第二指段33和末端指段 34上的抓取力逐渐增大,直到第三簧件3¾不再变形为止,抓取结束,如图沈所示。
[0060] (c3)第一指段32碰到物体,如图19所示,而受限制无法运动,此时第一连杆38在近关节轴35的带动下继续转动,依次通过第一轴39、第二连杆310、第二轴311驱动第一滑块312克服第一簧件322的变形弹力在第一指段32内滑动,此时第一簧件322发生变形,第三簧件3¾不发生变形,继而第一滑块312通过第三簧件3¾驱动第二滑块330在第一指段32内滑动,第二滑块330通过第三轴313、第三连杆314、第四轴315驱动第四连杆316转动,由于第二簧件323的限制作用,第三滑块320不发生滑动,第四连杆316、第五连杆318、 第六连杆321相对位置关系不变,第二指段33和末端指段34仿佛一个“刚体”,因此第四连杆316的转动将带动第二指段33和末端指段34作为一个整体绕中关节轴36的轴线转动,直到第二指段33接触到物体,如图21所示,第二指段33受限制无法运动,此时第四连杆316继续转动,通过第五轴317、第五连杆318、第六轴319驱动第三滑块320克服第二簧件323的变形弹力在第二指段33内滑动,此时第二簧件323发生变形,第三滑块320通过第六轴319、第六连杆321、第七轴327推动末端指段34绕远关节轴37轴线转动,直到末端指段34接触到物体,此时第一连杆38在近关节轴35的带动下继续转动,依次通过第一轴 39、第二连杆310、第二轴311继续驱动第一滑块312克服第一簧件322和第三簧件329的变形弹力在第一指段32内滑动,第二滑块330并不滑动,随着第三簧件变形的3¾增加,第一指段32、第二指段33和末端指段34上的抓取力逐渐增大,直到第三簧件3¾不再变形为止,抓取结束,如图23所示。
[0061] 当放开物体时,电机324反转,通过减速器325、传动齿轮传动机构3¾带动近关节轴35反转,第一连杆38在近关节轴35带动下反转,第一连杆38依次通过第一轴39、第二连杆310、第二轴311拉动第一滑块312运动,此时第一簧件322和第三簧件329的变形逐渐减小,第二滑块330并不滑动,第一指段32、第二指段33、末端指段34上的抓取力逐渐减小,直到第三簧件3¾完全恢复到未变形状态,继而第一滑块312通过第三簧件3¾拉动第二滑块330运动,第三簧件3¾不再发生变形,第二滑块330通过第三轴313、第三连杆 314、第四轴315、第四连杆316、第五轴317、第五连杆318、第六轴319拉动第三滑块320运动,此时第二簧件323的变形逐渐减小,第三滑块320又通过第六轴319、第六连杆321、第七轴327拉动末端指段34绕远关节轴37轴线反转。由于在第二指段33的后背上方有凸台,此凸台将限制末端指段34反转时超过其相对于第二指段33的初始伸直位置,起到限位作用,因此末端指段34将受到第二指段33的阻挡不能再反向转动,此时末端指段34已经反转到手指伸直的位置,如图21所示。同时,第四连杆316将继续反转,拉动处于伸直状态的第二指段33和末端指段34作为一个整体一起绕中关节轴36轴线反转,由于在第一指段 32的后背上方有凸台,此凸台将限制第二指段33反转时超过其相对于第一指段32的初始伸直位置,起到限位作用,因此第二指段33将受到第一指段32的阻挡不能再反向转动,此时第二指段33已经反转到手指伸直的位置,如图19所示。同时,第一连杆38将继续反转, 拉动处于伸直状态的第一指段32、第二指段33、末端指段34作为一个整体一起绕近关节轴 35轴线反转,直到食指3完全恢复到最开始的伸直位置,如图17所示。 [0062] 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 (6)

1. 一种连杆滑块式欠驱动仿生机器人手装置,包括拇指、食指、中指、无名指、小指和手掌;所述手掌包括手掌骨架、手掌电机、手掌关节轴、手掌减速器、手掌连接板;所述手掌电机、所述手掌减速器与所述手掌骨架固接,所述手掌电机上设有手掌编码器,其输出轴与所述手掌减速器的输入轴相连,所述手掌减速器的输出轴与所述手掌关节轴相连,所述手掌关节轴套设在所述手掌骨架中,所述手掌连接板套固在所述手掌关节轴上;其特征在于: 所述拇指采用双关节连杆滑块式手指装置,通过基座与所述手掌连接板固接;所述食指、所述中指、所述无名指和所述小指采用三关节连杆滑块式手指装置,分别通过各自的基座与所述手掌骨架固接,且结构相同,仅尺寸大小不同。
2.根据权利要求1所述的机器人手装置;其特征在于:该机器人手装置还设有手掌扭簧,所述手掌扭簧两端分别连接所述手掌关节轴和所述手掌骨架。
3.根据权利要求1所述的机器人手装置;其特征在于:所述双关节连杆滑块式手指装置包括基座、第一指段、第二指段、近关节轴、远关节轴、减速器、电机、第一连杆、第一轴、第二连杆、第二轴、第一滑块、第二滑块、第三轴、第三连杆、第四轴、第一簧件和第二簧件;所述电机与所述基座固接,所述电机上设有编码器,其输出轴与所述减速器的输入轴相连,所述减速器的输出轴与所述近关节轴相连;所述近关节轴套设在所述基座中,所述远关节轴套设在所述第一指段中;所述第一指段套接在所述近关节轴上,所述第二指段套接在所述远关节轴上;所述近关节轴和所述远关节轴的轴线相互平行;所述第一连杆的一端套固在所述近关节轴上;所述第二连杆一端通过所述第一轴与所述第一连杆的另一端铰接,其另一端通过所述第二轴与所述第一滑块铰接;所述第三连杆一端通过所述第三轴与所述第二滑块铰接,所述第二指段通过所述第四轴与所述第三连杆的另一端铰接;所述第一滑块和所述第二滑块镶嵌在所述第一指段中,两者的滑动方向相同;所述第一簧件的两端分别连接所述第一滑块和所述第一指段,所述第二簧件的两端分别连接所述第一滑块和所述第二滑块;所述第一轴、所述第二轴、所述第三轴、所述第四轴和所述近关节轴的轴线相互平行。
4.根据权利要求3所述的机器人手装置,其特征在于:所述第一指段和所述基座的后背上设有凸台。
5.根据权利要求1所述的机器人手装置,其特征在于:所述三关节连杆滑块式手指装置,包括基座、第一指段、第二指段、末端指段、近关节轴、中关节轴、远关节轴、减速器、电机、第一连杆、第一轴、第二连杆、第二铰接轴、第一滑块、第二滑块、第三轴、第三连杆、第四轴、第四连杆、第五轴、第五连杆、第六轴、第三滑块、第六连杆、第七轴、第一簧件、第二簧件和第三簧件;所述电机与所述基座固接,所述电机上设有编码器,其输出轴与所述减速器的输入轴相连,所述减速器的输出轴与所述近关节轴相连;所述近关节轴套设在所述基座中,所述中关节轴套设在所述第一指段中,所述远关节轴套设在所述第二指段中;所述第一指段套接在所述近关节轴上,所述第二指段套接在所述中关节轴上;所述近关节轴、所述中关节轴和所述远关节轴的轴线相互平行;所述第一连杆的一端套固在所述近关节轴上,所述第二连杆一端通过所述第一轴与所述第一连杆铰接,其另一端通过所述第二轴与所述第一滑块铰接;所述第三连杆一端通过所述第三轴与所述第二滑块铰接,所述第四连杆的一端套接在所述中关节轴上,所述第三连杆另一端通过所述第四轴与所述第四连杆的中部铰接,所述第四连杆的另一端通过所述第五轴与所述第五连杆一端铰接,所述第五连杆的另一端通过所述第六轴与所述第三滑块铰接,所述第六连杆一端通过所述第六轴与所述第三滑块铰接,套接在所述远关节轴上的末端指段通过所述第七轴与所述第六连杆另一端铰接;所述第一滑块和所述第二滑块镶嵌在所述第一指段中,所述第三滑块镶嵌在所述第二指段中,所述第一滑块与所述第二滑块的滑动方向相同;所述第一簧件的两端分别连接所述第一滑块和所述第一指段,所述第二簧件的两端分别连接所述第三滑块和所述第二指段,所述第三簧件的两端分别连接所述第一滑块和所述第二滑块;所述第一轴、所述第二轴、所述第三轴、所述第四轴、所述第五轴、所述第六轴、所述第七轴和所述近关节轴的轴线相互平行。
6.根据权利要求5所述的机器人手装置,其特征在于:所述第一指段和所述第二指段的后背上设有凸台。
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