齿轮带轮欠驱动拟人机器人手装置的制作方法

专利名称：齿轮带轮欠驱动拟人机器人手装置的制作方法
技术领域：
本发明属于拟人机器人技术领域，特别涉及一种齿轮带轮欠驱动拟人机器人手装置的结 构设计。
技术背景人们在对智能机器人的研究中，把拟人机器人作为机器人研究的最高境界，也一直把实 现类人的行为作为梦寐以求的目标。与人类似，拟人机器人的多数功能要通过手部操作来实 现，因而手部结构是拟人机器人的重要组成部分，其设计是拟人机器人的关键技术之一。拟 人机器人的电源系统、驱动系统、信息处理系统和控制系统等完全由自身携带，因而对其手 部的设计提出了非常严格的要求，要求手部装置的重量要小、体积要小，并为了减轻控制的 难度，要求在满足一定功能和实现较高的拟人化的前提下，适当减少手部的驱动器数目。一种已有的欠驱动拟人机器人手装置，如中国发明专利CN1231332，包括一个手掌、拇 指、食指、中指、无名指、小指、拇指根部关节体、四指根部关节体，具有5个手指，11个 关节自由度，其中主动关节仅有2个拇指根部关节和四指根部关节，其余9个为结构相同 的一种由所抓物体和齿轮齿条共同驱动的欠驱动关节。其不足之处为该装置的食指、中指、 无名指、小指的四指根部共同由一个电机驱动，与人手差别过大(人手的四个手指的根部关 节是可以分别独立转动的)，灵巧性不够；该装置的拇指上仅有2个关节根部侧摆转动和末 端欠驱动关节，这与人手拇指的3个关节有差别；另外该装置的四指根部关节上采用食指片 簧、中指片簧、无名指片簧、小指片簧占地空间大，影响手指美观。一种已有的欠驱动拟人机器人多指手装置，如中国发明专利CN1292712C，有5个手指， 14个关节自由度，其中主动关节仅有3个拇指中部转动关节、食指根部转动关节、三指根 部转动关节(中指、无名指、小指)其余为模块化(即相同结构)的连杆传动欠驱动关节。 另一种已有的欠驱动模块化拟人机器人多指手，如中国发明专利CN1283429C，有5个手指， 12个关节自由度，其中主动关节仅3个，关节布置与前述专利类似。其欠驱动关节采用了一 种模块化的具有自解耦效果的多级齿轮传动机构实现。这两个专利的不足之处为这两个装置 的中指、无名指、小指三个手指的根部采用同样一个电机驱动，不能分别独立转动，与人手 差别过大，灵巧性不够；拇指固定安装在手掌上的四指正对面，拇指不能在手掌侧方和正对 面来回转动，这也与人手差别较大。 发明内容本发明的目的是为克服己有技术的不足之处，设计出一种齿轮带轮欠驱动拟人机器人手 装置。该装置具有多个可以主动驱动和独立控制的手指、关节自由度多、电机、传动机构全 部藏入手内，尽量采用相似的模块化结构，降低成本且便于维修，结构简单、控制容易，外观、尺寸和动作均更加模仿人手，具有对不同形状、尺寸的物体自动包络抓取的功能，适合 安装在拟人机器人上使用。本发明采用如下技术方案一种齿轮带轮欠驱动拟人机器人手装置，包括拇指、食指、中指、无名指、小指、手掌；所说的拇指包括拇指基座、拇指电机、拇指减速器、拇指第一齿轮、拇指第二齿轮、拇 指近关节轴、拇指中部指段、拇指远关节轴、拇指末端指段，所说的拇指电机和拇指减速器 与拇指基座固接，拇指电机的输出轴与拇指减速器的输入轴相连，拇指减速器的输出轴与拇 指第一齿轮固接，拇指第一齿轮与拇指第二齿轮啮合，拇指第二齿轮套固在拇指近关节轴上， 所说的拇指近关节轴套设在拇指基座中，所说的拇指远关节轴套设在拇指中部指段中，所说 的拇指末端指段套固在拇指远关节轴上；所说的食指包括食指基座、食指电机、食指减速器、食指第一齿轮、食指第二齿轮、食 指近关节轴、食指第一中部指段、食指第二中部指段、食指中关节轴、食指远关节轴、食指 末端指段，所说的食指电机和食指减速器与食指基座固接，食指电机的输出轴与食指减速器 的输入轴相连，食指减速器的输出轴与食指第一齿轮固接，食指第一齿轮与食指第二齿轮啮 合，食指第二齿轮套固在食指近关节轴上，所说的食指近关节轴套设在食指基座中，所说的 食指中关节轴套设在食指第一中部指段中，所说的食指远关节轴套设在食指第二中部指段中， 所说的食指末端指段套固在食指远关节轴上；所说的无名指与中指结构相同，仅尺寸大小不同，所说的小指与食指结构相同，仅尺寸 大小不同；所说的手掌包括手掌骨架、手掌电机、手掌减速器、手掌第一齿轮、手掌第二齿 轮、手掌关节轴；所说的手掌电机和手掌减速器与手掌骨架固接，手掌电机的输出轴与手掌 减速器的输入轴相连，手掌减速器的输出轴与手掌第一齿轮固接，手掌第一齿轮与手掌第二 齿轮啮合，手掌第二齿轮套固在手掌关节轴上，手掌关节轴套设在手掌骨架中，拇指基座套 固在手掌关节轴上；所说的食指通过食指基座与手掌骨架固接，所说的中指通过中指基座与手掌骨架固接， 所说的无名指、小指分别与手掌骨架固接，连接方式分别同中指、食指一致；所说的食指、 中指、无名指、小指、拇指和手掌之间的相对位置模仿人手各手指和手掌的相对位置；其特征在于a、拇指包括拇指主动齿轮、拇指第一过渡齿轮、拇指主动轮、拇指传动件、拇指从动轮、 拇指第二过渡齿轮、拇指从动齿轮、拇指簧件、拇指第一过渡轴、拇指第二过渡轴；所说的 拇指中部指段套接在拇指近关节轴上，所说的拇指第一过渡轴套设在拇指中部指段中，所说 的第二过渡轴套设在拇指中部指段中，所说的拇指主动齿轮套固在拇指近关节轴上，所说的 拇指第一过渡齿轮套固在拇指第一过渡轴上，所说的拇指主动轮套固在拇指第一过渡轴上， 所说的拇指从动轮套固在第二过渡轴上，拇指传动件连接拇指主动轮与拇指从动轮，所说的 拇指第二过渡齿轮套固在拇指第二过渡轴上，所说的拇指从动齿轮套固在拇指远关节轴上， 所说的拇指主动齿轮和拇指第一过渡齿轮啮合，所说的拇指第二过渡齿轮和拇指从动齿轮啮合，所说的拇指簧件的两端分别连接拇指中部指段和拇指末端指段；b、 食指包括食指第一主动齿轮、食指第二主动齿轮、食指第一近过渡齿轮、食指第一远 过渡齿轮、食指主动轮、食指传动件、食指从动轮、食指第二过渡齿轮、食指从动齿轮、食 指第一簧件、食指第二簧件、食指第一近过渡轴、食指第一远过渡轴、食指第二过渡轴；食 指第一中部指段套接在近关节轴上，食指第二中部指段套接在中关节轴上；所说的食指第一 近过渡轴、食指第一远过渡轴套设在食指第一中部指段中，食指第二过渡轴套设在食指第二 中部指段中；所说的食指第一主动齿轮套固在食指近关节轴上，所说的食指第二主动齿轮套 固在食指中关节轴上；所说的食指第一近过渡齿轮套固在食指第一近过渡轴上，食指第二过 渡齿轮套固在食指第二过渡轴上；所说的食指主动轮套固在食指第一近过渡轴上，所说的食 指从动轮套固在食指第一远过渡轴上，所说的食指传动件连接食指主动轮和食指从动轮，所 说的食指第一远过渡齿轮套固在食指第一远过渡轴上，食指从动齿轮套固在食指远关节轴上； 所说的食指第一主动齿轮和食指第一近过渡齿轮啮合，食指第二主动齿轮和食指第二过渡齿 轮啮合；所说的食指第一远过渡齿轮和食指第二主动齿轮啮合，所说的食指第二过渡齿轮和 食指从动齿轮啮合；食指第一簧件的两端分别连接食指第一中部指段和食指第二个中部指段； 食指第二簧件的两端分别连接食指第二中部指段和食指末端指段；c、 中指包括中指第一主动齿轮、中指第二主动齿轮、中指第一近过渡齿轮、中指第二近 过渡齿轮、中指第一主动轮、中指第二主动轮、中指第一传动件、中指第二传动件、中指第 一从动轮、中指第二从动轮、中指第一远过渡齿轮、中指第二远过渡齿轮、中指从动齿轮、 中指第一簧件、中指第二簧件、中指第一近过渡轴、中指第二近过渡轴、中指第一远过渡轴、 中指第二远过渡轴；中指第一中部指段套接在中指近关节轴上，中指第二中部指段套接在中 指中关节轴上；所说的中指第一近过渡轴、中指第一远过渡轴套设在中指第一中部指段中， 中指第二近过渡轴、中指第二远过渡轴套设在中指第二中部指段中；所说的中指第一主动齿 轮套固在中指近关节轴上，所说的中指第二主动齿轮套固在中指中关节轴上；所说的中指第 一近过渡齿轮套固在中指第一近过渡轴上，所说的中指第二近过渡齿轮套固在中指第二近过 渡轴上；所说的中指第一主动轮套固在中指第一近过渡轴上，中指第二主动轮套固在中指第 二近过渡轴上；所说的中指第一从动轮套固在中指第一远过渡轴上，所说的中指第二从动轮 套固在中指第二远过渡轴上；所说的中指第一传动件连接中指第一主动轮和中指第一从动轮， 所说的中指第二传动件连接中指第二主动轮和中指第二从动轮；所说的中指第一远过渡齿轮 套固在中指第一远过渡轴上，所说的中指第二远过渡齿轮套固在中指第二远过渡轴上；中指 从动齿轮套固在中指远关节轴上；所说的中指第一主动齿轮和中指第一近过渡齿轮啮合，所 说的中指第二主动齿轮和中指第二近过渡齿轮啮合；所说的中指第一远过渡齿轮和中指第二 主动齿轮啮合，所说的中指第二远过渡齿轮和中指从动齿轮啮合；中指第一簧件的两端分别 连接中指第一中部指段和中指第二中部指段，中指第一簧件的一端插入中指第一中部指段中， 另一端插入中指第二中部指段中；中指第二簧件的两端分别连接中指第二中部指段和中指末 端指段，中指第二簧件的一端插入中指第二中部指段中，另一端插入中指末端指段中。本发明所述的齿轮带轮欠驱动拟人机器人手装置，其特征在于所说的拇指传动件、食 指传动件、中指第一传动件、中指第二传动件采用平带、齿形带、腱绳或链条，所说的拇指 主动轮、食指主动轮、中指第一主动轮、中指第二主动轮采用带轮、齿轮、绳轮和链轮中的 分别能够与拇指传动件、食指传动件、中指第一传动件、中指第二传动件相配合的那一种， 所说的拇指从动轮、食指从动轮、中指第一从动轮、中指第二从动轮采用带轮、齿轮、绳轮 和链轮中的分别与拇指主动轮、食指主动轮、中指第一主动轮、中指第二主动轮相同类型的 那一种。本发明所述的齿轮带轮欠驱动拟人机器人手装置，其特征在于所说的拇指簧件、食指 第一簧件、食指第二簧件、中指第一簧件、中指第二簧件采用扭簧、拉簧、压簧、片簧、板 簧、发条、皮筋或弹性绳。本发明所述的齿轮带轮欠驱动拟人机器人手装置，其特征在于所说的食指、中指、无 名指、小指的第二簧件的弹力限制作用分别强于该手指的第一簧件的弹力限制作用。本发明具有以下优点及突出性效果该装置具有5个可以主动驱动和独立控制的拟人手指，各手指均可以独立运动；具有15个关节自由度，其中包括6个电机驱动的主动关节和9个欠驱动关节；各手指的欠驱动关节均采用结构相同或近似的齿轮带轮机构，既降低了成本也便于维修，电机、传动机构全部藏入手内，结构简单、控制容易、集成度高；整个装置外观、尺寸和动作模仿人手，具有对不同形状、尺寸的物体自动包络抓取的功能，适合安装在拟人机器人上使用。


图1是本发明的一种齿轮带轮欠驱动拟人机器人手装置的实施例正面外观图，此时拇指 已摆动到手掌侧面。图2是本实施例齿轮带轮欠驱动拟人机器人手装置的侧面外观图，此时拇指已摆动到手 掌的正对面。图3是本实施例齿轮带轮欠驱动拟人机器人手装置的俯视外观图，此时拇指已摆动到手 掌的正对面。(虚线部分表示转到手掌侧面的拇指。)图4是本实施例齿轮带轮欠驱动拟人机器人手装置的正面局部剖视图，此时拇指已摆动 到与手掌侧面。图5是本实施例齿轮带轮欠驱动拟人机器人手装置的拇指的正面外观图，未完整画出拇 指基座。图6是本实施例齿轮带轮欠驱动拟人机器人手装置的拇指的侧面外观图，未完整画出拇 指基座。图7是本实施例齿轮带轮欠驱动拟人机器人手装置的拇指正面剖视图，未完整画出拇指 基座。图8是本实施例齿轮带轮欠驱动拟人机器人手装置的拇指侧面剖视图，未完整画出拇指 基座。图9是本实施例齿轮带轮欠驱动拟人机器人手装置的拇指簧件、拇指远关节轴、拇指末 端指段和拇指中部指段之间的相对位置和连接示意。图10是本实施例齿轮带轮欠驱动拟人机器人手装置的食指的正面外观图。图11是本实施例齿轮带轮欠驱动拟人机器人手装置的食指的侧面外观图。图12是本实施例齿轮带轮欠驱动拟人机器人手装置的食指的正面剖视图。 图13是本实施例齿轮带轮欠驱动拟人机器人手装置的食指的侧面剖视图。 图14是本实施例齿轮带轮欠驱动拟人机器人手装置的食指第一簧件、食指中关节轴、食 指第一中部指段和食指第二中部指段之间的相对位置和连接示意。图15是本实施例齿轮带轮欠驱动拟人机器人手装置的食指第二簧件、食指远关节轴、食 指第二中部指段和食指末端指段之间的相对位置和连接示意。图16是本实施例齿轮带轮欠驱动拟人机器人手装置的中指的正面外观图。 图17是本实施例齿轮带轮欠驱动拟人机器人手装置的中指的侧面外观图。 图18是本实施例齿轮带轮欠驱动拟人机器人手装置的中指的正面剖视图。 图19是本实施例齿轮带轮欠驱动拟人机器人手装置的中指的侧面剖视图。 图20是本实施例齿轮带轮欠驱动拟人机器人手装置的中指第一簧件、中指中关节轴、中 指第一中部指段和中指第二中部指段之间的相对位置和连接示意。图21是本实施例齿轮带轮欠驱动拟人机器人手装置的中指第二簧件、中指远关节轴、中 指第二中部指段和中指末端指段之间的相对位置和连接示意。图22、图23、图24、图28是拇指在抓取物体过程中的几个关键位置的示意图。 图25、图26、图27是拇指在抓取物体过程中的几个关键位置的侧面剖视示意图，也分 别对应于图22、图23、图24。图29、图30、图31、图32是食指在抓取物体过程中的几个关键位置的侧面剖视示意图。图36是中指在抓取物体过程中的几个关键位置的侧面剖视示意图。图33、图34、图35、 在图1至图36中 1_手掌， 4一中指， ll一手掌电机， 14—手掌扭簧， 17—手掌骨架， 21 —拇指基座， 24—拇指中部指段， 27—拇指主动齿轮， 210—拇指簧件， 213 —拇指第二齿轮， 216—拇指近过渡齿轮，2—拇指，5 —无名指，12 —手掌关节轴，15—减速器，22—拇指电机，25 —拇指远关节轴，28 —拇指传动件，211—拇指减速器，214—拇指近过渡轴，217 —拇指主动轮，3—食指 6_小指13 —手掌第一齿轮， 16 —手掌第二齿轮，23 —拇指近关节轴， 26—拇指末端指段， 29—拇指从动齿轮， 212—拇指第一齿轮， 215 —拇指远过渡轴， 218 —拇指从动轮，219 —拇指远过渡齿轮， 231—拇指第一销钉， 234—拇指第四销钉， 31—食指基座， 34—食指第一中部指段， 37—食指远关节轴， 310—食指第一传动件， 315—食指从动齿轮， 318 —食指第一齿轮， 321—食指第一销钉， 324—食指第四销钉， 331—食指第一近过渡轴， 334—食指主动轮， 337—食指第二过渡轴， 41一中指基座， 44一中指第一中部指段， 47 —中指远关节轴， 410—中指第一传动件， 414一中指第二传动件， 417—中指减速器， 421 —中指第一销钉， 424—中指第四销钉， 426—中指第六销钉， 431 —中指第一近过渡轴， 433 —中指第一近过渡齿轮，434—中指第一主动轮， 435 —中指第一从动轮， 436—中指第一远过渡齿轮，437—中指第二近过渡轴，438 —中指第二远过渡轴， 439—中指第二近过渡齿轮，440—中指第二主动轮， 441一中指第二从动轮， 442—中指第二远过渡齿轮。
具体实施方式
下面结合附图及实施例进一步详细说明本发明具体结构、工作原理的内容。 本发明设计的一种齿轮带轮欠驱动拟人机器人手装置实施例外观如图1、图2、图3所示， 包括手掌l、拇指2、食指3、中指4、无名指5、小指6。本实施例的正面的局部剖视图如图 4所示。本实施例的拇指外观及剖视图如图5、图6、图7、图8、图9所示(未完整画出拇 指基座)。本实施例的食指外观及剖视图如图10、图ll、图12、图13、图14、图15所示。 本实施例的中指外观及剖视图如图16、图17、图18、图19、图20、图21所示。本实施例10232 —拇指第二销钉，233 —拇指第三销钉，32—食指电机， 33 —食指近关节轴，35 —食指中关节轴，36—食指第二中部指段， 38—食指末端指段，39—食指第一主动齿轮， 311—食指第二主动齿轮，312—食指第一簧件， 316—食指第二簧件，317—食指减速器， 319—食指第二齿轮，322—食指第二销钉， 323 —食指第三销钉， 325—食指第五销钉， 326—食指第六销钉，332—食指第一远过渡轴，333—食指第一近过渡齿轮， 335—食指从动轮， 336—食指第一远过渡齿轮， 339—食指第二过渡齿轮， 42—中指电机， 43 —中指近关节轴，45 —中指中关节轴，46—中指第二中部指段， 48 —中指末端指段，49一中指第一主动齿轮， 411一中指第二主动齿轮，412—中指第一簧件， 415 —中指从动齿轮，416—中指第二簧件， 418—中指第一齿轮，419一中指第二齿轮， 422—中指第二销钉，423 —第三销钉， 425 —中指第五销钉， 427—中指第七销钉，432—中指第一远过渡轴，的拇指抓取物体过程中几个关键位置的外观示意如图22、图23、图24、图28所示。本实施 例的拇指抓取物体过程中几个关键位置的剖视示意如图25、图26、图27所示。本实施例的 食指抓取物体过程中几个关键位置的剖视示意如图29、图30、图31、图32所示。本实施例 的中指抓取物体过程中几个关键位置的剖视示意如图33、图34、图35、图36所示。本实施 例的无名指与中指结构相同，所不同的只是大小尺寸，工作原理也一致。本实施例的小指与 食指结构相同，所不同的只是大小尺寸，工作原理也一致。本实施例中，所说的拇指2包括拇指基座21、拇指电机22、拇指减速器211、拇指第一 齿轮212、拇指第二齿轮213、拇指近关节轴23、拇指中部指段24、拇指远关节轴25、拇指 末端指段26;所说的拇指电机22和拇指减速器211与拇指基座21固接，拇指电机22的输 出轴与拇指减速器211的输入轴相连，拇指减速器211的输出轴与拇指第一齿轮212固接， 拇指第一齿轮212与拇指第二齿轮213啮合，拇指第二齿轮213套固在拇指近关节轴23上， 所说的拇指近关节轴23套设在拇指基座21中，所说的拇指远关节轴25套设在拇指中部指段 24中，所说的拇指末端指段26套固在拇指远关节轴25上；本实施例中，所说的食指3包括食指基座31、食指电机32、食指减速器317、食指第一 齿轮318、食指第二齿轮319、食指近关节轴33、食指第一中部指段34、食指中关节轴35、 食指第二中部指段36、食指远关节轴37、食指末端指段38，所说的食指电机32和食指减速 器317与食指基座31固接，食指电机32的输出轴与食指减速器317的输入轴相连，食指减 速器317的输出轴与食指第一齿轮318固接，食指第一齿轮318与食指第二齿轮319啮合， 食指第二齿轮319套固在食指近关节轴33上，所说的食指近关节轴33套设在食指基座31中， 所说的食指中关节轴35套设在食指第一中部指段34中，所说的食指远关节轴37套设在食指 第二中部指段36中，所说的食指末端指段38套固在食指远关节轴37上；本实施例中，所说的中指包括中指基座41、中指电机42、中指减速器417、中指第一齿 轮418、中指第二齿轮419、中指近关节轴43、中指第一中部指段44、中指第二中部指段46、 中指中关节轴45、中指远关节轴47、中指末端指段48;所说的中指电机42和中指减速器417 与中指基座41固接，中指电机42的输出轴与中指减速器417的输入轴相连，中指减速器417 的输出轴与中指第一齿轮418固接，中指第一齿轮418与中指第二齿轮419啮合，中指第二 齿轮419与中指近关节轴43固接，中指近关节轴43套设在中指基座41中，所说的中指中关 节轴45套设在中指第一中部指段44中，所说的中指远关节轴47套设在中指第二中部指段 46，所说的中指末端指段48套固在远关节轴47上；本实施例中，所说的无名指5与中指4结构相同，仅尺寸大小不同，所说的小指6与食 指3结构相同，仅尺寸大小不同；所说的手掌1包括手掌骨架17、手掌电机ll、手掌减速器 15、手掌第一齿轮13、手掌第二齿轮16、手掌关节轴12;所说的手掌电机ll和手掌减速器 15与手掌骨架17固接，手掌电机11的输出轴与手掌减速器15的输入轴相连，手掌减速器 15的输出轴与手掌第一齿轮13固接，手掌第一齿轮13与手掌第二齿轮16啮合，手掌第二 齿轮16套固在手掌关节轴12上，手掌关节轴12套设在手掌骨架17中，拇指基座21套固在手掌关节轴12上；本实施例中，所说的食指3通过食指基座31与手掌骨架17固接，所说的中指4通过中 指基座41与手掌骨架17固接，所说的无名指5、小指6分别与手掌骨架17固接，连接方式 分别同中指4、食指3—致；所说的食指3、中指4、无名指5、小指6、拇指2和手掌1之 间的相对位置模仿人手各手指和手掌的相对位置；本实施例中，拇指2包括拇指主动齿轮27、拇指第一过渡齿轮216、拇指主动轮217、拇 指传动件28、拇指从动轮218、拇指第二过渡齿轮219、拇指从动齿轮29、拇指簧件210、 拇指第一过渡轴214、拇指第二过渡轴215;所说的拇指中部指段24套接在拇指近关节轴23 上，所说的拇指第一过渡轴214套设在拇指中部指段24中，所说的第二过渡轴215套设在拇 指中部指段24中，所说的拇指主动齿轮27套固在拇指近关节轴23上，所说的拇指第一过渡 齿轮216套固在拇指第一过渡轴214上，所说的拇指主动轮217套固在拇指第一过渡轴214 上，所说的拇指从动轮218套固在第二过渡轴214上，拇指传动件28连接拇指主动轮217与 拇指从动轮218，所说的拇指第二过渡齿轮219套固在拇指第二过渡轴215上，所说的拇指 从动齿轮29套固在拇指远关节轴25上，所说的拇指主动齿轮27和拇指第一过渡齿轮216啮 合，所说的拇指第二过渡齿轮219和拇指从动齿轮29啮合，所说的拇指簧件210的两端分别 连接拇指中部指段24和拇指末端指段26;本实施例中，食指3包括食指第一主动齿轮39、食指第二主动齿轮311、食指第一近过 渡齿轮333、食指第一远过渡齿轮336、食指主动轮334、食指传动件310、食指从动轮335、 食指第二过渡齿轮339、食指从动齿轮315、食指第一簧件312、食指第二簧件316、食指第 一近过渡轴331、食指第一远过渡轴332、食指第二过渡轴337;食指第一中部指段34套接 在近关节轴33上，食指第二中部指段36套接在中关节轴35上；所说的食指第一近过渡轴 331、食指第一远过渡轴332套设在食指第一中部指段34中，食指第二过渡轴337套设在食 指第二中部指段36中；所说的食指第一主动齿轮39套固在食指近关节轴33上，所说的食指 第二主动齿轮311套固在食指中关节轴35上；所说的食指第一近过渡齿轮333套固在食指第 一近过渡轴331上，食指第二过渡齿轮339套固在食指第二过渡轴337上；所说的食指主动 轮334套固在食指第一近过渡轴331上，所说的食指从动轮335套固在食指第一远过渡轴332 上，所说的食指传动件310连接食指主动轮334和食指从动轮335，所说的食指第一远过渡 齿轮336套固在食指第一远过渡轴332上，食指从动齿轮315套固在食指远关节轴37上；所 说的食指第一主动齿轮39和食指第一近过渡齿轮333啮合，食指第二主动齿轮311和食指第 二过渡齿轮339啮合；所说的食指第一远过渡齿轮336和食指第二主动齿轮311啮合，所说 的食指第二过渡齿轮339和食指从动齿轮315啮合；食指第一簧件312的两端分别连接食指 第一中部指段34和食指第二个中部指段36;食指第二簧件316的两端分别连接食指第二中 部指段36和食指末端指段38;本实施例中，中指包括中指第一主动齿轮49、中指第二主动齿轮411、中指第一近过渡 齿轮433、中指第二近过渡齿轮439、中指第一主动轮434、中指第二主动轮440、中指第一传动件410、中指第二传动件414、中指第一从动轮435、中指第二从动轮441、中指第一远 过渡齿轮436、中指第二远过渡齿轮442、中指从动齿轮415、中指第一簧件412、中指第二 簧件416、中指第一近过渡轴431、中指第二近过渡轴437、中指第一远过渡轴432、中指第 二远过渡轴438;中指第一中部指段44套接在中指近关节轴43上，中指第二中部指段46套 接在中指中关节轴45上；所说的中指第一近过渡轴431、中指第一远过渡轴432套设在中指 第一中部指段44中，中指第二近过渡轴437、中指第二远过渡轴438套设在中指第二中部指 段46中；所说的中指第一主动齿轮49套固在中指近关节轴43上，所说的中指第二主动齿轮 411套固在中指中关节轴45上;所说的中指第一近过渡齿轮433套固在中指第一近过渡轴431 上，所说的中指第二近过渡齿轮439套固在中指第二近过渡轴437上；所说的中指第一主动 轮434套固在中指第一近过渡轴431上，中指第二主动轮440套固在中指第二近过渡轴437 上；所说的中指第一从动轮435套固在中指第一远过渡轴432上，所说的中指第二从动轮441 套固在中指第二远过渡轴438上；所说的中指第一传动件410连接中指第一主动轮434和中 指第一从动轮435，所说的中指第二传动件414连接中指第二主动轮440和中指第二从动轮 441;所说的中指第一远过渡齿轮436套固在中指第一远过渡轴432上，所说的中指第二远过 渡齿轮442套固在中指第二远过渡轴438上；中指从动齿轮415套固在中指远关节轴47上； 所说的中指第一主动齿轮49和中指第一近过渡齿轮433啮合，所说的中指第二主动齿轮411 和中指第二近过渡齿轮439啮合；所说的中指第一远过渡齿轮436和中指第二主动齿轮411 啮合，所说的中指第二远过渡齿轮442和中指从动齿轮415啮合；中指第一簧件412的两端 分别连接中指第一中部指段44和中指第二中部指段46，中指第一簧件412的一端插入中指 第一中部指段44中，另一端插入中指第二中部指段46中；中指第二簧件416的两端分别连 接中指第二中部指段46和中指末端指段48，中指第二簧件416的一端插入中指第二中部指 段46中，另一端插入中指末端指段48中。本实施例还包括手掌扭簧14，所说的手掌扭簧14的一端连接手掌关节轴12，另一端连 接手掌骨架17。本发明所述的齿轮带轮欠驱动拟人机器人手装置，所说的拇指传动件28、食指传动件310、 中指第一传动件410、中指第二传动件414采用平带、齿形带、腱绳或链条，所说的拇指主 动轮217、食指主动轮334、中指第一主动轮434、中指第二主动轮440采用带轮、齿轮、绳 轮和链轮中的分别能够与拇指传动件28、食指传动件310、中指第一传动件410、中指第二 传动件414相配合的那一种，所说的拇指从动轮218、食指从动轮335、中指第一从动轮435、 中指第二从动轮441釆用带轮、齿轮、绳轮和链轮中的分别与拇指主动轮217、食指主动轮 334、中指第一主动轮434、中指第二主动轮440相同类型的那一种。本实施例中，所说的拇指传动件28、食指传动件310、中指第一传动件410、中指第二传 动件414釆用平带，所说的拇指主动轮217、食指主动轮334、中指第一主动轮434、中指第 二主动轮440采用带轮，所说的拇指从动轮218、食指从动轮335、中指第一从动轮435、中 指第二从动轮441采用带轮。本发明所述的齿轮带轮欠驱动拟人机器人手装置，所说的拇指簧件210、食指第一簧件 312、食指第二簧件316、中指第一簧件412、中指第二簧件416采用扭簧、拉簧、压簧、片 簧、板簧、发条、皮筋或弹性绳。本实施例中，所说的拇指簧件210、食指第一簧件312、食指第二簧件316、中指第一簧 件412、中指第二簧件416采用扭簧。本实施例中，所说的食指3、中指4、无名指5、小指6的第二簧件的弹力限制作用分别 强于该手指的第一簧件的弹力限制作用。下面介绍该装置的工作原理。a、 手掌关节轴12转动的工作原理为-手掌电机ll转动，带动手掌减速器15转动，手掌第一齿轮13转动，使手掌第二齿轮16 转动，使手掌关节轴12转动，于是带动拇指2整体绕着手掌关节轴12的轴线转动，实现了 拇指2在手掌l侧面和正对面的来回侧向摆动。当需要抓取物体时，先将拇指2摆动到手掌 l正对面，如图l、 3、 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及 图3的虚线所示拇指位置所示。b、 拇指2工作原理为拇指2的初始伸直位置如图22、图25所示，此时拇指中部指段24和拇指末端指段26与 拇指基座21呈一直线，即相当于人手的手指伸直的状态。拇指2抓取物体时，拇指电机22 的输出轴转动，带动拇指减速器211转动，通过拇指第一齿轮212带动固接有拇指第二齿轮 213的拇指近关节轴23转动，使拇指主动齿轮27转动。由于拇指簧件210的约束作用，拇 指中部指段24与拇指末端指段26仿佛固接在一起，因此拇指主动齿轮27的转动将优先使得 拇指中部指段24和拇指末端指段26 —起绕着拇指近关节轴23转动。此过程直到拇指中部指 段24碰到物体，此时如图23、图26所示。当拇指中部指段24碰到物体被阻挡而无法继续旋转时，此时拇指主动齿轮27继续转动， 将带动与其啮合的拇指第一过渡齿轮216转动，使拇指第一过渡轴214转动，使拇指主动轮 217转动，拉动拇指传动件28，使拇指从动轮218转动，拇指第二过渡轴215转动，拇指第 二过渡齿轮219转动，于是使拇指从动齿轮29转动，使得拇指远关节轴25转动，从而使拇 指末端指段26克服拇指簧件210的弹力而转动，同时拇指簧件210变形量增大。此过程直到 拇指末端指段26也碰到物体，如图24、图27所示。至此，拇指抓紧了物体，拇指抓取结束。即使物体形状大小不同，拇指也能顺利包络物体。如果拇指中部指段24和拇指末端指段 26同时旋转时，拇指末端指段26优先于拇指中部指段24接触到物体表面，如图28所示， 由于拇指末端指段26受到拇指中部指段24的阻挡而难以反转，因此拇指将不再运动，拇指 抓取结束。当拇指放开物体时，拇指电机22反向转动，带动拇指近关节轴23反转，带动拇指主动 齿轮27反转，使拇指第一过渡齿轮216反转，拇指第一过渡轴214反转，拇指主动轮217反 转，通过拇指传动件28拉动拇指从动轮218反转，使拇指第二过渡轴215反转，拇指第二过渡齿轮219反转，从而使拇指从动齿轮27反转，此时拇指簧件210的变形量逐渐减小，拇指 末端指段26绕拇指远关节轴25的轴线反转而离开物体表面。直到拇指末端指段26已到达伸 直状态，如图23、 26所示。由于拇指末端指段26被拇指中部指段24阻挡而不能再继续反转， 此时拇指电机22继续反向转动，将带动整个拇指中部指段24、拇指末端指段26—起绕着拇 指近关节轴23的轴线反向转动，拇指中部指段24离开物体表面。直到恢复到初始拇指伸直 的位置，如图22、图25所示。拇指装置利用所设计带轮和齿轮传动机构、套接活动的中部指段及簧件所具有的解耦作 用综合实现了双关节欠驱动手指弯曲抓取物体的特殊效果。c、食指3和小指6的结构和工作原理相同，所不同的仅是尺寸大小的不同，结合图29、 图30、图31、图32，以食指3为例介绍其工作原理如下食指3的初始状态如图29所示，类似人的手指伸直状态。当食指3抓取物体时，食指电机32转动，带动食指减速器317转动，通过食指第一齿轮 318带动与之啮合的食指第二齿轮319转动，与食指第二齿轮固接的食指近关节轴33转动， 带动与其固接的食指第一主动齿轮39转动。由于食指第一簧件312、食指第二簧件316的共 同限制作用，食指第一中部指段34、食指第二中部指段36和食指末端指段38仿佛一个"刚 体"，因此食指第一主动齿轮39的转动将通过食指第一近过渡齿轮333、食指第一近过渡轴 331的转动传动，拉动食指第一中部指段34、食指第二中部指段36和食指末端指段38作为 一个整体绕食指近关节轴33的轴线转动。此时会遇到三种情况(cl)食指末端指段38碰到物体，食指抓取结束。(c2)食指第二中部指段36碰到物体，此时食指第一主动齿轮39继续转动，依次通过食指 第一近过渡齿轮333、食指第一近过渡轴331、食指主动轮334、食指传动件310、食指从动 轮335、食指第一远过渡轴332、食指第一远过渡齿轮336、食指第二主动齿轮311、食指第 二过渡齿轮339、食指从动齿轮315、食指远关节轴37的转动传动，将拉动食指末端指段38 克服食指第二簧件316的变形弹力绕食指远关节轴37的轴线转动，此时食指第二簧件316发 生变形，直到食指末端指段38接触到物体，食指抓取结束。(c3)食指第一中部指段34碰到物体，如图30所示，由于食指第二簧件316的弹力限制作 用强于食指第一簧件312的弹力限制作用，此时食指第一主动齿轮39继续转动，依次通过食 指第一近过渡齿轮333、食指第一近过渡轴331、食指主动轮334、食指传动件310、食指从 动轮335、食指第一远过渡轴332、食指第一远过渡齿轮336、食指第二主动齿轮311、食指 第二过渡齿轮339的转动传动，拉动食指第二中部指段36、食指末端指段38作为一个整体 克服食指第一簧件312的变形弹力绕食指中关节轴35的轴线转动。若食指末端指段38碰到 物体，则食指抓取结束；否则若食指第二中部指段36碰到物体，如图31所示。此时食指第 一主动齿轮39继续转动，依次通过食指第一近过渡齿轮333、食指第一近过渡轴331、食指 主动轮334、食指传动件310、食指从动轮335、食指第一远过渡轴332、食指第一远过渡齿 轮336、食指第二主动齿轮311、食指第二过渡齿轮339、食指从动齿轮315、食指远关节轴37的转动传动，将拉动食指末端指段38克服食指第二簧件316的变形弹力绕食指远关节轴 37的轴线转动，此时食指第二簧件316发生变形，直到食指末端指段38接触到物体，如图 32所示，抓取结束。当食指放开物体时，食指电机32反转，带动食指减速器317反转，食指第一齿轮318反 转，带动食指第二齿轮319、食指近关节轴33和食指第一主动齿轮39反转。依次通过食指 第一近过渡齿轮333、食指第一近过渡轴331、食指主动轮334、食指传动件310、食指从动 轮335、食指第一远过渡轴332、食指第一远过渡齿轮336、食指第二主动齿轮311、食指第 二过渡齿轮339、食指从动齿轮315、食指远关节轴37的转动传动，食指末端指段38反转， 同时食指第二簧件316的变形随之逐渐减小，此时食指末端指段38己经反转到其相对于食指 第二中部指段36的初始伸直位置，如图31所示。由于在食指第二中部指段36的后背上方有 凸台，此凸台将限制食指末端指段38反转时超过手指伸直的位置，起到一个限位作用，因此 食指末端指段38受到食指第二中部指段36的阻挡不能再反向转动。此时食指第一主动齿轮 39继续反转，依次通过食指第一近过渡齿轮333、食指第一近过渡轴331、食指主动轮334、 食指传动件310、食指从动轮335、食指第一远过渡轴332、食指第一远过渡齿轮336、食指 第二主动齿轮311、食指第二过渡齿轮339的转动传动，将拉动己经伸直的食指第二中部指 段36和食指末端指段38作为一个整体一起绕食指中关节轴35的轴线反转，同时食指第一簧 件312的变形随之逐渐减小，此时食指第二中部指段36巳经反向转动到其相对于食指第一中 部指段34的初始伸直位置，如图30所示。由于在食指第一中部指段34的后背上方有凸台， 此凸台将限制食指第二中部指段36反转时超过手指伸直的位置，起到一个限位作用，因此食 指第二中部指段36受到食指第一中部指段34的阻挡不能再反向转动。此时食指第一主动齿 轮39继续反转，依次通过食指第一近过渡齿轮333、食指第一近过渡轴331的转动传动，将 拉动己经伸直的食指第一中部指段34、食指第二中部指段36、食指末端指段38作为一个整 体一起绕食指近关节轴33的轴线反向转动，直到装置完全恢复到最开始的伸直位置，如图 29所示。食指3的装置利用所设计的齿轮带轮传动机构、套接活动的二个中部指段及二个簧件所 具有的解耦作用综合实现了三关节欠驱动手指弯曲抓取物体的特殊效果。 小指6的抓取原理与食指3完全相同，不再赘述。d、中指4和无名指5的结构和工作原理相同，所不同的仅是尺寸大小的不同，结合图33、 图34、图35、图36，以中指4为例介绍其工作原理如下 中指4的初始状态如图33所示，类似人的手指伸直状态。当中指4抓取物体时，中指电机42转动，带动中指减速器417转动，通过中指第一齿轮 418带动与之啮合的中指第二齿轮419转动，与中指第二齿轮固接的中指近关节轴43转动， 带动与其固接的中指第一主动齿轮49转动。由于中指第一簧件412、中指第二簧件416的共 同限制作用，中指第一中部指段44、中指第二中部指段46和中指末端指段48仿佛一个"刚 体"，因此中指第一主动齿轮49的转动将通过中指第一近过渡齿轮433、中指第一近过渡轴431的转动传动，拉动中指第一中部指段44、中指第二中部指段46和中指末端指段48作为 一个整体绕中指近关节轴43的轴线转动。此时会遇到三种情况 (dl)中指末端指段48碰到物体，中指抓取结束。(d2)中指第二中部指段46碰到物体，此时中指第一主动齿轮49继续转动，依次通过中 指第一近过渡齿轮433、中指第一近过渡轴431、中指第一主动轮434、中指第一传动件410、 中指第一从动轮435、中指第一远过渡轴432、中指第一远过渡齿轮436、中指第二主动齿轮 411、中指第二近过渡齿轮439、中指第二近过渡轴437、中指第二主动轮440、中指第二传 动件414、中指第二从动轮441、中指第二远过渡轴438、中指第二远过渡齿轮442、中指从 动齿轮415、中指远关节轴47的传动，将拉动中指末端指段48克服中指第二簧件416的变 形弹力绕中指远关节轴47轴线转动，此时中指第二簧件416发生变形，直到中指末端指段 48接触到物体，中指抓取结束。(d3)中指第一中部指段44碰到物体，如图34所示，由于中指第二簧件416的弹力限制 作用强于中指第一簧件412的弹力限制作用，此时中指第一主动齿轮49继续转动，依次通过 中指第一近过渡齿轮433、中指第一近过渡轴431 、中指第一主动轮434、中指第一传动件410、 中指第一从动轮435、中指第一远过渡轴432、中指第一远过渡齿轮436、中指第二主动齿轮 411、中指第二近过渡齿轮439、中指第二近过渡轴437的转动传动，拉动中指第二中部指段 46、中指末端指段48作为一个整体克服中指第一簧件412的变形弹力绕中指中关节轴45的 轴线转动。若中指末端指段48碰到物体，则中指抓取结束；否则若中指第二中部指段46碰 到物体，如图35所示。此时中指第一主动齿轮49继续转动，依次通过中指第一近过渡齿轮 433、中指第一近过渡轴431、中指第一主动轮434、中指第一传动件410、中指第一从动轮 435、中指第一远过渡轴432、中指第一远过渡齿轮436、中指第二主动齿轮411、中指第二 近过渡齿轮439、中指第二近过渡轴437、中指第二主动轮440、中指第二传动件414、中指 第二从动轮441、中指第二远过渡轴438、中指第二远过渡齿轮442、中指从动齿轮415、中 指远关节轴47的转动传动，将拉动中指末端指段48克服中指第二簧件416的变形弹力绕中 指远关节轴47的轴线转动，此时中指第二簧件416发生变形，直到中指末端指段48接触到 物体，如图36所示，中指抓取结束。当中指放开物体时，中指电机42反转，带动中指减速器417反转，中指第一齿轮418反 转，带动中指第二齿轮419、中指近关节轴43和中指第一主动齿轮49反转。依次通过中指 第一近过渡齿轮433、中指第一近过渡轴431、中指第一主动轮434、中指第一传动件410、 中指第一从动轮435、中指第一远过渡轴432、中指第一远过渡齿轮436、中指第二主动齿轮 411、中指第二近过渡齿轮439、中指第二近过渡轴437、中指第二主动轮440、中指第二传 动件414、中指第二从动轮441、中指第二远过渡轴438、中指第二远过渡齿轮442、中指从 动齿轮415、中指远关节轴47的转动传动，中指末端指段48反转，同时中指第二簧件416 的变形随之逐渐减小，此时中指末端指段48已经反转到其相对于中指第二中部指段46的初 始伸直位置，如图35所示。由于在中指第二中部指段46的后背上方有凸台，此凸台将限制中指末端指段48反转时超过手指伸直的位置，起到一个限位作用，因此中指末端指段48受 到中指第二中部指段46的阻挡不能再反向转动。此时中指第一主动齿轮49继续反转，依次 通过中指第一近过渡齿轮433、中指第一近过渡轴431、中指第一主动轮434、中指第一传动 件410、中指第一从动轮435、中指第一远过渡轴432、中指第一远过渡齿轮436、中指第二 主动齿轮411、中指第二近过渡齿轮439、中指第二近过渡轴437的转动传动，将拉动己经伸 直的中指第二中部指段46和中指末端指段48作为一个整体一起绕中指中关节轴45的轴线反 转，同时中指第一簧件412的变形随之逐渐减小，此时中指第二中部指段46已经反向转动到 其相对于中指第一中部指段44的初始伸直位置，如图34所示。由于在中指第一中部指段44 的后背上方有凸台，此凸台将限制中指第二中部指段46反转时超过手指伸直的位置，起到一 个限位作用，因此中指第二中部指段46受到中指第一中部指段44的阻挡不能再反向转动。 此时中指第一主动齿轮49继续反转，依次通过中指第一近过渡齿轮433、中指第一近过渡轴 431的转动传动，将拉动已经伸直的中指第一中部指段44、中指第二中部指段46、中指末端 指段48作为一个整体一起绕中指近关节轴43的轴线反向转动，直到装置完全恢复到最开始 的伸直位置，如图33所示。中指4的装置利用所设计的齿轮带轮传动机构、套接活动的多个中部指段及多个簧件所 具有的解耦作用综合实现了多关节高欠驱动手指弯曲抓取物体的特殊效果。无名指5的抓取原理与中指4完全相同，不再赘述。
权利要求
1、一种齿轮带轮欠驱动拟人机器人手装置，包括拇指、食指、中指、无名指、小指和手掌； 所说的拇指(2)包括拇指基座(21)、拇指电机(22)、拇指减速器(211)、拇指第一齿轮(212)、拇指第二齿轮(213)、拇指近关节轴(23)、拇指中部指段(24)、拇指远关节轴(25)和拇指末端指段(26)；所说的拇指电机(22)和拇指减速器(211)与拇指基座(21)固接，拇指电机(22)的输出轴与拇指减速器(211)的输入轴相连，拇指减速器(211)的输出轴与拇指第一齿轮(212)固接，拇指第一齿轮(212)与拇指第二齿轮(213)啮合，拇指第二齿轮(213)套固在拇指近关节轴(23)上，所说的拇指近关节轴(23)套设在拇指基座(21)中，所说的拇指远关节轴(25)套设在拇指中部指段(24)中，所说的拇指末端指段(26)套固在拇指远关节轴(25)上；所说的食指(3)包括食指基座(31)、食指电机(32)、食指减速器(317)、食指第一齿轮(318)、食指第二齿轮(319)、食指近关节轴(33)、食指第一中部指段(34)、食指第二中部指段(36)、食指中关节轴(35)、食指远关节轴(37)和食指末端指段(38)；所说的食指电机(32)和食指减速器(317)与食指基座(31)固接，食指电机(32)的输出轴与食指减速器(317)的输入轴相连，食指减速器(317)的输出轴与所说的食指第一齿轮(318)固接，食指第一齿轮(318)与所说的食指第二齿轮(319)啮合，食指第二齿轮(319)套固在所说的食指近关节轴(33)上，食指近关节轴(33)套设在食指基座(31)中，所说的食指中关节轴(35)套设在食指第一中部指段(34)中，所说的食指远关节轴(37)套设在食指第二中部指段(36)中，所说的食指末端指段(38)套固在食指远关节轴(37)上；所说的中指包括中指基座(41)、中指电机(42)、中指减速器(417)、中指第一齿轮(418)、中指第二齿轮(419)、中指近关节轴(43)、中指第一中部指段(44)、中指第二中部指段(46)、中指中关节轴(45)、中指远关节轴(47)和中指末端指段(48)；所说的中指电机(42)和中指减速器(417)与中指基座(41)固接，中指电机(42)的输出轴与中指减速器(417)的输入轴相连，中指减速器(417)的输出轴与中指第一齿轮(418)固接，中指第一齿轮(418)与中指第二齿轮(419)啮合，中指第二齿轮(419)与中指近关节轴(43)固接，中指近关节轴(43)套设在中指基座(41)中，所说的中指中关节轴(45)套设在中指第一中部指段(44)中，所说的中指远关节轴(47)套设在中指第二中部指段(46)，所说的中指末端指段(48)套固在远关节轴(47)上；所说的无名指(5)与中指(4)结构相同，所说的小指(6)与食指(3)结构相同；所说的手掌(1)包括手掌骨架(17)、手掌电机(11)、手掌减速器(15)、手掌第一齿轮(13)、手掌第二齿轮(16)、手掌关节轴(12)；所说的手掌电机(11)和手掌减速器(15)与手掌骨架(17)固接，手掌电机(11)的输出轴与手掌减速器(1 5)的输入轴相连，手掌减速器(15)的输出轴与手掌第一齿轮(13)固接，手掌第一齿轮(13)与手掌第二齿轮(16)啮合，手掌第二齿轮(16)套固在手掌关节轴(12)上，手掌关节轴(12)套设在手掌骨架(17)中，拇指基座(21)套固在手掌关节轴(12)上；所说的食指(3)通过食指基座(31)与手掌骨架(17)固接，所说的中指(4)通过中指基座(41)与手掌骨架(17)固接，所说的无名指(5)、小指(6)分别与手掌骨架(17)固接，连接方式分别同中指(4)、食指(3)一致；所说的食指(3)、中指(4)、无名指(5)、小指(6)、拇指(2)和手掌(1)之间的相对位置模仿人手各手指和手掌的相对位置；其特征在于a、拇指(2)包括拇指主动齿轮(27)、拇指第一过渡齿轮(216)、拇指主动轮(217)、拇指传动件(28)、拇指从动轮(218)、拇指第二过渡齿轮(219)、拇指从动齿轮(29)、拇指簧件(210)、拇指第一过渡轴(214)和拇指第二过渡轴(215)；所说的拇指中部指段(24)套接在拇指近关节轴(23)上，所说的拇指第一过渡轴(214)套设在拇指中部指段(24)中，所说的第二过渡轴(215)套设在拇指中部指段(24)中，所说的拇指主动齿轮(27)套固在拇指近关节轴(23)上，所说的拇指第一过渡齿轮(216)套固在拇指第一过渡轴(214)上，所说的拇指主动轮(217)套固在拇指第一过渡轴(214)上，所说的拇指从动轮(218)套固在第二过渡轴(214)上，拇指传动件(28)连接拇指主动轮(217)与拇指从动轮(218)，所说的拇指第二过渡齿轮(219)套固在拇指第二过渡轴(215)上，所说的拇指从动齿轮(29)套固在拇指远关节轴(25)上，所说的拇指主动齿轮(27)和拇指第一过渡齿轮(216)啮合，所说的拇指第二过渡齿轮(219)和拇指从动齿轮(29)啮合，所说的拇指簧件(210)的两端分别连接拇指中部指段(24)和拇指末端指段(26)；b、食指(3)包括食指第一主动齿轮(39)、食指第二主动齿轮(311)、食指第一近过渡齿轮(333)、食指第一远过渡齿轮(336)、食指主动轮(334)、食指传动件(310)、食指从动轮(335)、食指第二过渡齿轮(339)、食指从动齿轮(315)、食指第一簧件(312)、食指第二簧件(316)、食指第一近过渡轴(331)、食指第一远过渡轴(332)和食指第二过渡轴(337)；食指第一中部指段(34)套接在近关节轴(33)上，食指第二中部指段(36)套接在中关节轴(35)上；所说的食指第一近过渡轴(331)、食指第一远过渡轴(332)套设在食指第一中部指段(34)中，食指第二过渡轴(337)套设在食指第二中部指段(36)中；所说的食指第一主动齿轮(39)套固在食指近关节轴(33)上，所说的食指第二主动齿轮(311)套固在食指中关节轴(35)上；所说的食指第一近过渡齿轮(333)套固在食指第一近过渡轴(331)上，食指第二过渡齿轮(339)套固在食指第二过渡轴(337)上；所说的食指主动轮(334)套固在食指第一近过渡轴(331)上，所说的食指从动轮(335)套固在食指第一远过渡轴(332)上，所说的食指传动件(310)连接食指主动轮(334)和食指从动轮(335)，所说的食指第一远过渡齿轮(336)套固在食指第一远过渡轴(332)上，食指从动齿轮(315)套固在食指远关节轴(37)上；所说的食指第一主动齿轮(39)和食指第一近过渡齿轮(333)啮合，食指第二主动齿轮(311)和食指第二过渡齿轮(339)啮合；所说的食指第一远过渡齿轮(336)和食指第二主动齿轮(311)啮合，所说的食指第二过渡齿轮(339)和食指从动齿轮(315)啮合；食指第一簧件(312)的两端分别连接食指第一中部指段(34)和食指第二个中部指段(36)；食指第二簧件(316)的两端分别连接食指第二中部指段(36)和食指末端指段(38)；c、中指包括中指第一主动齿轮(49)、中指第二主动齿轮(411)、中指第一近过渡齿轮(433)、中指第二近过渡齿轮(439)、中指第一主动轮(434)、中指第二主动轮(440)、中指第一传动件(410)、中指第二传动件(414)、中指第一从动轮(435)、中指第二从动轮(441)、中指第一远过渡齿轮(436)、中指第二远过渡齿轮(442)、中指从动齿轮(415)、中指第一簧件(412)、中指第二簧件(416)、中指第一近过渡轴(431)、中指第二近过渡轴(437)、中指第一远过渡轴(432)和中指第二远过渡轴(438)；中指第一中部指段(44)套接在中指近关节轴(43)上，中指第二中部指段(46)套接在中指中关节轴(45)上；所说的中指第一近过渡轴(431)、中指第一远过渡轴(432)套设在中指第一中部指段(44)中，中指第二近过渡轴(437)、中指第二远过渡轴(438)套设在中指第二中部指段(46)中；所说的中指第一主动齿轮(49)套固在中指近关节轴(43)上，所说的中指第二主动齿轮(411)套固在中指中关节轴(45)上；所说的中指第一近过渡齿轮(433)套固在中指第一近过渡轴(431)上，所说的中指第二近过渡齿轮(439)套固在中指第二近过渡轴(437)上；所说的中指第一主动轮(434)套固在中指第一近过渡轴(431)上，中指第二主动轮(440)套固在中指第二近过渡轴(437)上；所说的中指第一从动轮(435)套固在中指第一远过渡轴(432)上，所说的中指第二从动轮(441)套固在中指第二远过渡轴(438)上；所说的中指第一传动件(410)连接中指第一主动轮(434)和中指第一从动轮(435)，所说的中指第二传动件(414)连接中指第二主动轮(440)和中指第二从动轮(441)；所说的中指第一远过渡齿轮(436)套固在中指第一远过渡轴(432)上，所说的中指第二远过渡齿轮(442)套固在中指第二远过渡轴(438)上；中指从动齿轮(415)套固在中指远关节轴(47)上；所说的中指第一主动齿轮(49)和中指第一近过渡齿轮(433)啮合，所说的中指第二主动齿轮(411)和中指第二近过渡齿轮(439)啮合；所说的中指第一远过渡齿轮(436)和中指第二主动齿轮(411)啮合，所说的中指第二远过渡齿轮(442)和中指从动齿轮(415)啮合；中指第一簧件(412)的两端分别连接中指第一中部指段(44)和中指第二中部指段(46)，中指第一簧件(412)的一端插入中指第一中部指段(44)中，另一端插入中指第二中部指段(46)中；中指第二簧件(416)的两端分别连接中指第二中部指段(46)和中指末端指段(48)，中指第二簧件(416)的一端插入中指第二中部指段(46)中，另一端插入中指末端指段(48)中。
2、 如权利要求1所述的齿轮带轮欠驱动拟人机器人手装置，其特征在于所说的拇指传 动件(28)、食指传动件(310)、中指第一传动件(410)、中指第二传动件(414)采用平带、齿形带、 腱绳或链条，所说的拇指主动轮(217)、食指主动轮(334)、中指第一主动轮(434)、中指第二主 动轮(440)采用带轮、齿轮、绳轮和链轮中的分别能够与拇指传动件(28)、食指传动件(310)、 中指第一传动件(410)、中指第二传动件(414)相配合的那一种，所说的拇指从动轮(218)、食指 从动轮(335)、中指第一从动轮(435)、中指第二从动轮(441)采用带轮、齿轮、绳轮和链轮中的 分别与拇指主动轮(217)、食指主动轮(334)、中指第一主动轮(434)、中指第二主动轮(440)相 同类型的那一种。
3、 如权利要求1所述的齿轮带轮欠驱动拟人机器人手装置，其特征在于所说的拇指簧 件(210)、食指第一簧件(312)、食指第二簧件(316)、中指第一簧件(412)、中指第二簧件(416) 采用扭簧、拉簧、压簧、片簧、板簧、发条、皮筋或弹性绳。
4、 如权利要求1或3所述的齿轮带轮欠驱动拟人机器人手装置，其特征在于所说的食 指、中指、无名指、小指的第二簧件的弹力限制作用分别强于该手指的第一簧件的弹力限制 作用。
全文摘要
齿轮带轮欠驱动拟人机器人手装置，属于拟人机器人技术领域，包括拇指、食指、中指、无名指、小指和手掌；中指与无名指结构相同，小指与食指结构相同，各采用1个电机驱动3个关节转动；手掌采用1个电机驱动拇指根部的侧摆转动，拇指采用1个电机驱动2个关节转动。该装置具有5个独立控制的手指、15个关节自由度，包括6个主动关节和9个欠驱动关节；各手指的欠驱动关节均采用结构相同或近似的齿轮带轮机构，既降低了成本也便于维修，电机、传动机构藏入手内，结构简单、控制容易、集成度高；整个装置外观、尺寸和动作模仿人手，具有对不同形状、尺寸的物体自动包络抓取的功能，适合安装在拟人机器人上使用。
文档编号B25J15/00GK101214654SQ20081005589
公开日2008年7月9日 申请日期2008年1月11日 优先权日2008年1月11日
发明者张文增 申请人:清华大学