专利名称：多关节联动多指灵巧手的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种夹持装置，更具体地说，涉及一种可用于科学实验、航空航天、工业、娱乐等多个领域的多关节联动多指灵巧手，属于机器人领域。
背景技术：
随着科技的发展，机器人得到了越来越广泛的应用，而机器人中的灵巧手或机器人夹持器是机器人完成操作的基本工具。尽管目前已经有各种各样的灵巧手或夹持器出现，但通常夹持器是由刚性的指部組合而成，从而造成夹持器功能单一、适应性差，抓持不同的物体需要更换不同的夹持器，不仅使用不方
便，而且成本增加；机器人灵巧手虽然由多个关节的指部构成，适应性很强，但指部的每一关节均需由一电机驱动，从而导致整个灵巧手的控制装置复杂、价格昂贵，而且在抓持操作时一般采用指端夹持的方式，抓持不稳定，难以得到广泛应用。
为此，本发明提出一种结构简单、成本低、抓持适应性强及可对物体进行包络抓持的多关节联动多指灵巧手。
发明内容
本发明的主要目的在于解决现有夹持器由于指部的刚性特性而导致抓持适应性差的问题，以及机器人灵巧手由于需要多个电机驱动而存在控制复杂、成本高的问题。
本发明中的多关节联动多指灵巧手包括有一掌部，及多个用于抓持物件的指部，每一指部的一端通过转轴与所述掌部枢接；所述每一指部均包括有多个通过转轴依序枢^妄成一体的指杆，所有指杆上的转轴的轴线互相平行，即每个指部只能做平面内的转动，每一指杆的有效长度(即一个指杆上的两个转轴之间的距离)皆相等，各指杆之间设置有联动的传动装置，传动比为1: 1，该传动装置与设在所述掌部内的驱动装置联结。指部的数量可以为两个、三个、四个、五个或更多，所有指部呈交错分布在掌部的两侧，如果指部的数量为偶数则两侧的数量相等，如果指部的数量为奇数则一侧的数量比另一侧的多一个。一侧指部的安装位置要与另一侧的指部位置错开，这样可保证一侧的指部运动不会与另一侧的指部发生干涉，而且在所有的指部运动到一起时可保证两侧的指部交错在一起，但不发生干涉，这样的布局主要是为了提高抓持物体时指部与被抓持物体之间接触点的对称性，使抓持更可靠。同一侧所有指部与掌部枢接的转轴在同一条直线上，且两侧指部与掌部枢接转轴之间的距离与指杆的有效长度相同，即掌部可假想成一个指杆。在灵巧手的每一个指部运动过程中，相邻指杆之间及与掌部枢接的指杆与掌部平面之间的夹角皆相等，即可保证位于掌部两侧的指部上的所有指杆的中心点包络成一圆形，而这个内包络圆的直径会随着指部的运动而发生变化，这样的话当驱动该灵巧手的指部运动时即可实现对不同大小物体的包络抓持。所有的指部只用一个电机即可驱动，驱动电机通过齿轮或同步带等运动传递装置等传动比地将运动传递到各个指部与掌部相连的转轴处。
另外，所述掌部也可包括有一壳体，该壳体内部设置有多个电机，该每一电机通过齿轮组等传动装置分别与所述各个指部内的传动装置联结。
本发明中的多关节联动多指灵巧手借助于指部间的传动装置和指杆间的联动装置，可以减少驱动装置，从而简化控制装置，降低成本。
本发明中的多关节联动多指灵巧手进一步借助于指部关节及呈交错布置于掌部两侧的指部且内部可形成不同直径大小的包络圆，使得灵巧手可以抓持不同形状的物体，如圆柱体、长方体、球状体及弹性物体等等。
本发明中的多关节联动多指灵巧灵巧手具有下述优点
1.本发明中的灵巧手采用指杆有效尺寸相同和相邻指杆夹角相同的指部结构，且指部交错布置在掌部的两侧，每个指部采用1: l的同速传动方式，可保证灵巧手的所有指杆在运动过程中指杆的中点构成一个直径变化的包络圓，使 得该灵巧手可实现对不同直径的圓形、球形或矩形物体的包络抓持，且由于接
触点数量多，抓持比较可靠；
2.本发明中的灵巧手在抓持物体时每个指部的所有关节联动，可像人手一 样对物体进行包络抓持，只用一个电机即可驱动所有的指部，也可使每个指部 由一独立的电机驱动，使得控制结构相对简单。
图l是本发明中多关节联动多指灵巧手的立体外观示意图2是本发明中指杆的尺寸、两侧掌部枢接指部的转轴之间的距离、指杆
之间的夹角、第一指杆与掌部的夹角及内包络圆图3是本发明中三指杆间的传动示意图4本发明中掌部内的驱动装置及传动主视图5是本发明中掌部内的驱动装置及传动侧视图。
图中
l-指部A2-指部B3-指部C4-掌部
20-指杆A21-指杆B22-指杆C30-指杆D
31-指杆E32-指杆FIOI-凸耳F201-凸耳G
202-导向轮A203-钢丝A204-枢轴A205-导向轮B
206-凸耳D207-导向轮C208-凸耳B209-钢丝B
210-枢轴B211-凸耳E212-导向轮D213-凸耳C
301-凸耳H401-电机術-齿轮A403-齿轮B
据-齿轮D405-轴A楊-轴B407-带轮A
408-同步带409-带轮B410-齿轮C
具体实施例方式
下面将结合附图对本发明中的具体实施例作进一步详细说明。 如图l所示，本发明以设置有三个指部及每一指部均设置有三个关节的多 关节联动多指灵巧手为实施例，当然，指部与关节的数量可以根据不同需求而 随时改变，并且两者的数量也不一定相同。即指部的数量可以是两个、三个、
四个或五个，甚至五个以上；而且关节的数量也可以是两个、三个、四个、五 个、六个甚至六个以上。本发明中的指部呈交^t普状分布在掌部的两侧，以防止 灵巧手在夹持小物体时各指部发生互相碰撞。
如图1和图2所示，本发明中的多关节联动多指灵巧手包括有一可安装在 机器人上的掌部4、三个呈相互交4ti殳置的指部Al、 B2、 C3、设在掌部4内的 驱动装置及与该驱动装置联结用于联动指部Al、 B2、 C3的传动装置。掌部4 包括有一方形壳体，该壳体也可呈其它便于安装与放置的形状，并不局限于此， 该壳体于其内部设置有一驱动装置，该驱动装置为一电机401，如图5。指部 B2包括指杆A20、 B21、 C22，所有指杆A20、 B21、 C22的有效长度、掌部4的 有效长度与指杆的有效长度相等，且指杆A20、指杆B21、指杆C22之间及指杆 A20与掌部4之间的夹角也相等，这样的话指杆A20、指杆B21、指杆C22、指 杆D30、指杆E31、指杆F32、掌部4的中点可构成一内包络圆。由于每个指部 的相邻指杆之间传动比为1: 1且相邻指杆之间及指杆A20与掌部平面之间的夹 角皆相等，因此所有指杆的转动速度相同，在指杆运动的过程中，指杆A20、 指杆B21、指杆C22、掌部4所构成的内包络圆的直径也会发生变化，由此可实 现对不同直径物体的包络抓持。由于接触点的数量比较多，所以抓持会比较可 靠稳定。
如图3所示，指部B2均包括有三个呈中空状的指杆A20、指杆B21、指杆 C22，指杆20、指杆B21、指杆C22的一端于中间位置分别设置有一凸耳A201、 凸耳B208、凸耳C213，凸耳B208、凸耳C213分别通过键与枢轴A204、枢轴 B210固定连接。指杆A20、指杆B21的另一端在其两侧各设置有一对称的凸耳D206、凸耳E211，该凸耳D206、凸耳E211上各^:置有同轴心的圆孔，圆孔中 装有轴承以支撑枢轴A204、枢轴B210，通过枢轴;f区轴A204、枢轴B210与凸耳 A201、凸耳B208、凸耳C213、凸耳D206、凸耳E211将指杆A20与指杆B21、 指杆B21与指杆C22依序枢接构成一指部B2。指部B2内部设置有一联动的传 动装置，该联动的传动装置包括有通过键与枢轴A204、枢轴B210固定连接的 导向轮A202、导向轮B205、导向轮C207、导向轮D212及与导向轮A202、导向 轮B205缠绕的钢丝A203和与导向轮C207、导向轮D212缠绕的钢丝B209。所 有导向轮的直径相同，可保证指杆A20、指杆B21、指杆C22之间的传动比为1: 1: 1,即指杆C22相对于B21、指杆B21相对于指杆A20、指杆A20相对于掌部 4的转角皆相同。这样利用驱动装置、传动装置可以带动指部2估文4爪持动作。 但在此需强调一点，传动装置也可以由其他具有相同功能的结构来替换，如链 条、链轮、带轮等，并不局限本实施例所举的结构，只要传动比为1: l即可。
如图4和图5所示，壳体内部设置有一电机401，该电机的输出轴通过齿 轮A402、齿轮B403、齿轮C410将运动传递给齿轮D404和轴A405,指部Al的 凸耳FIOI与指部B2的凸耳G201与轴A405通过^I固联在一起，轴C411的一端 固定的同步带轮A407通过同步带408将运动1: 1地传递到同步带轮B409和轴 B406,同步带轮B409通过4建固联在轴B406上，轴B406通过键与指部C3的凸 耳H301固联，这样的话可保证电机401的运动等速地传递给了指部Al、指部 B2、指部C3，使其运动同步。
另，在壳体内部也可以设置多个电机，该电机的数量与指部的数量相同， 即一电机分别带动一指部，每个指部可独立运动，可以提高整个灵巧手的独立 自由度和灵活性，可以抓持形状复杂的物体。
权利要求
1.一种多关节联动多指灵巧手，其特征在于其包括有一掌部及多个用于抓持物件的指部，每一指部的一端通过转轴与所述掌部枢接，所述每一指部均包括有多个通过转轴依序枢接成一体的指杆，所有指杆的转轴轴线相互平行，所有指杆的有效长度相等；所述每一指部各相邻指杆之间设置有传动装置，传动比为1∶1，该传动装置与设在所述掌部内的驱动装置联接；所有指部呈交错分布在掌部的两侧，即一侧指部在运动的过程中不会与另一侧的指部发生干涉或碰撞，同一侧所有指部与掌部枢接的转轴在同一条直线上，且两侧指部与掌部枢接转轴之间的距离与指杆的有效长度相同；掌部内的电机通过齿轮组或齿形带等装置将电机的转动等传动比地传递给各指部的传动装置，所有的指部只用一个电机驱动。
2. 根据权利要求l中所述的多关节联动多指灵巧手，其特征在于所述各指杆间的传动装置为钢丝与导向轮。
3. 根据权利要求l中所述的多关节联动多指灵巧手，其特征在于所述各指杆间的传动装置为多组相互啮合传动的齿形带与带轮。
4. 根据权利要求l中所述的多关节联动多指灵巧手，其特征在于所述各指杆间的传动装置为多组相互啮合传动的链条与链轮。
5. 根据权利要求l中所述的多关节联动多指灵巧手，其特征在于所述指部的数量为两个、三个、四个或五个，且所述指部呈交错状设于掌部的两侧。
6. 根据权利要求l中所述的多关节联动多指灵巧手，其特征在于所述指杆的数量为n个，n-2， 3，4…，相邻指杆之间及与掌部枢接的指杆与掌部平面之间的夹角皆等于180n/ (n+l)度。
全文摘要
本发明公开了一种多关节联动多指灵巧手，其包括有一掌部及多个用于抓持物件的指部，每一指部的一端与所述掌部枢接；所述每一指部均包括有多个依序枢接成一体的指杆，并在各指杆之间设置有传动装置，该传动装置与设在所述掌部内的驱动装置联结。该灵巧手可只用一个电机驱动，也可使每个指部由一独立的电机驱动，使得控制结构相对简单。该灵巧手可在抓持物体时像人手一样对物体进行包络抓持，提高了抓持的稳定性。
文档编号B25J15/08GK101648381SQ20091009241
公开日2010年2月17日 申请日期2009年9月9日 优先权日2009年9月9日
发明者强 战, 睿 杨, 杨双龙, 尧 蔡 申请人:北京航空航天大学