一种基于齿轮传动的多自由度机械手的制作方法
【专利说明】
所属技术领域
[0001]本发明属于机械手驱动技术领域，尤其涉及一种基于齿轮传动的多自由度机械手。
【背景技术】
[0002]目前机械手的驱动方式多使用伺服电机驱动、钢丝驱动、液压驱动等，少部分使用人造肌肉驱动；其中伺服电机驱动和钢丝驱动需要使用与机械手自由度数目相同的驱动电机数目，造成机构较为复杂，当然成本是最低的；液压驱动需要强大的动力来对液压油增压驱动，将会增加了设备的重量和对技术成熟度要求较高，所以成本较高，对于人造肌肉驱动，虽然驱动的方式先进，但是制造成本目前是最高的，导致一般的机械手使用人造肌肉驱动很不划算。所以设计一款成本较低和结构简单的驱动方式是非常具有必要的。另外，针对所设计的驱动方式如何利用这种驱动方式驱动机械手也是具有设计意义的。
[0003]本发明设计一种基于齿轮传动的多自由度机械手解决如上问题。
【发明内容】
[0004]为解决现有技术中的上述缺陷，本发明公开一种基于齿轮传动的多自由度机械手，它是采用以下技术方案来实现的。
[0005]—种基于齿轮传动的多自由度机械手，其特征在于:它包括第二副指、动力驱动机构、第二副指支撑、第一副指、第一副指支撑、第三支撑板、主指、机械手固定结构、副指固定结构、第一支撑板、第二支撑板，其中第一副指通过副指固定结构安装在第一副指支撑上，第二副指通过副指固定结构安装在第二副指支撑上，第一副指支撑和第二副指支撑并列安装在第三支撑板上；主指安装在第三支撑板上，第一支撑板安装在第三支撑板上，第二支撑板安装在第一支撑板上，动力驱动机构安装在第一支撑板和第二支撑板上；机械手固定机构安装在第一支撑板上，机械手固定结构用来固定整个机械手。本发明设计了三根手指，模仿拇指、食指、中指，基本能够完成大部分人手能够完成的动作，即结构简单又能尽可能完成人手的行为仿真。
[0006]上述第一副指和第二副指具有相同的结构，对于任意一个副指，它包括第二驱动齿轮、副指驱动齿轮固定结构、副指驱动锥齿、手指运动齿轮、副指第一支架、副指第二支架、副指第四齿轮、副指第三支架、副指第四支架、副指第一齿轮、副指第八齿轮、副指第二齿轮、副指第九齿轮、副指第十齿轮、副指第三齿轮、副指第七齿轮、副指第六齿轮、副指第五齿轮、副指第i^一齿轮、手指运动齿轮固定结构，其中第二驱动齿轮和副指驱动锥齿通过转轴安装在副指驱动齿轮固定结构上，副指第一支架通过副指固定结构安装在副指支撑上，副指第二支架通过固定在副指第一支架上的圆柱销安装在副指第一支架上，副指第三支架通过固定在副指第三支架上的圆柱销安装在副指第二支架上，副指第四支架通过固定在副指第四支架上的圆柱销安装在副指第三支架上；手指运动齿轮固定结构为一空心圆柱体，安装在副指第二支架侧面，且空心圆柱体轴线与副指第一支架和副指第二支架连接的圆柱销的轴线重合，手指运动齿轮安装在手指运动齿轮固定结构上，手指运动齿轮与副指驱动锥齿啮合；副指第一齿轮和副指第八齿轮固定在副指第一支架的圆柱销上，副指第二齿轮和副指第九齿轮安装在副指第二支架上的靠近副指第一支架的转轴上，副指第三齿轮、副指第四齿轮和副指第十齿轮安装在副指第二支架上的靠近副指第三支架的转轴上，副指第五齿轮安装在副指第三支架上的圆柱销上且能够相对于圆柱销转动，副指第十一齿轮固定在副指第三支架上的圆柱销上，副指第六齿轮安装在副指第三支架上的转轴上，副指第七齿轮固定在副指第四支架上的圆柱销上；副指第一齿轮、副指第二齿轮、副指第三齿轮依次相互啮合，副指第四齿轮、副指第五齿轮、副指第六齿轮、副指第七齿轮依次相互啮合，副指第三齿轮和副指第四齿轮相互固定在一起，副指第八齿轮、副指第九齿轮、副指第十齿轮、副指第十一齿轮依次相互啮合；副指第三齿轮直径小于副指第四齿轮直径。直径关系的设计目的在于:为了让机械手的运动更像人的手臂运动方式，副指第二支架、副指第三支架、副指第四支架之间必须相对转动，当手指运动齿轮带动副指第二支架转动时，通过运动齿轮传动带动副指第十一齿轮转动进而带动副指第三支架相对于副指第二支架转动一定角度；若副指第五齿轮与副指第十一齿轮转动角度相同，那么副指第四支架相对于副指第三支架将不会有相对转动，要想让副指第四支架相对于副指第三支架相对转动，必须使副指第五齿轮转角大于副指第十一齿轮，所以设计副指第三齿轮和副指第四齿轮改变一下齿轮传动的传动比，进而使副指第五齿轮转角大于副指第十一齿轮。
[0007]上述主指包括主指第一支架、主指第一齿轮、主指第二齿轮、主指第三齿轮、主指第二支架、主指第四齿轮、主指第三支架、主指传动齿轮、第一传动轴固定结构、第一传动轴、第三驱动齿轮、第三驱动齿轮固定结构、第二传动轴固定结构、第二传动轴、锥齿组合、手指运动齿轮、手指运动齿轮固定结构，其中主指第一支架安装在第三支撑板上，主指第二支架通过固定在主指第一支架上的圆柱销安装在主指第一支架上，主指第三支架通过固定在主指第三支架上的圆柱销安装在主指第二支架上，手指运动齿轮通过手指运动齿轮固定结构安装在主指第二支架侧面，手指运动齿轮固定结构为一空心圆柱体，空心圆柱体轴线与主指第一支架和主指第二支架连接的圆柱销的轴线重合；主指传动齿轮安装在第一传动轴上，并且与手指运动齿轮啮合，第一传动轴通过第一传动轴固定结构安装在第三支撑板上，第二传动轴通过第二传动轴固定结构安装在第三支撑板上，第一传动轴与第二传动轴之间通过锥齿组连接，第三驱动齿轮通过转轴安装在第三驱动齿轮固定结构上，第三驱动齿轮固定结构安装在第三支撑板上，第二传动轴与第三驱动齿轮转轴通过锥齿组传动；
上述动力驱动机构包括往复驱动电机、拨盘、槽轮支撑轮、摇杆、第一支耳、滑动套、导轨支撑、导轨、齿轮驱动电机支撑、齿轮驱动电机、齿轮驱动电机固定环、齿轮驱动机构、槽轮、槽轮转轴、圆柱销、转臂、齿轮驱动电机卡轴、导电块、齿轮驱动电机转轴，其中往复驱动电机安装在第一支撑板上，拨盘安装在往复驱动电机转轴上，转臂一端安装在拨盘中心且转臂指向为拨盘径向方向，槽轮安装在槽轮支撑轮上，槽轮通过槽轮转轴安装在第一支撑板上，圆柱销一端安装在转臂端头，另一端与槽轮的槽配合；摇杆一端通过销安装在槽轮支撑轮侧面且非圆心处，摇杆另一端通过转轴安装在第一支耳上，第一支耳安装在滑动套一端，导轨一端安装在滑动套内部，导轨另一端安装在导轨支撑上，导轨支撑安装在第一支撑板上；齿轮驱动电机安装在齿轮驱动电机固定环内，固定环通过齿轮驱动电机支撑安装在滑动套外圆柱面上；齿轮驱动电机转轴为圆柱体，齿轮驱动电机卡轴为非圆柱体，一段齿轮驱动电机转轴与两段齿轮驱动电机卡轴组成电机轴；三个齿轮驱动机构安装在第二支撑板上；齿轮驱动电机卡轴两侧分别安装有导电块。第一支撑板安装在第二支撑板上。齿轮驱动电机与固定环固定，随着滑套间隙往复运动，会出现运动中在某几个位置停留一段时间；上述齿轮驱动机构包括电磁铁、第一驱动齿轮、驱动齿轮中心孔、驱动齿轮空心转轴、电磁铁卡孔、电磁铁空心转轴、电磁铁支撑、电磁铁转轴套、驱动齿轮转轴套、驱动齿轮支撑、导电线圈、电磁铁导电片，其中电磁铁中心开有电磁铁卡孔，电磁铁空心转轴安装在电磁铁一侧中心，电磁铁空心转轴安装在电磁铁转轴套内，电磁铁转轴套安装在电磁铁支撑上，电磁铁支撑安装在第二支撑板上；第一驱动齿轮中心开有驱动齿轮中心孔，驱动齿轮空心转轴安装在第一驱动齿轮一侧中心，驱动齿轮空心转轴安装在驱动齿轮转轴套内，驱动齿轮转轴套安装在驱动齿轮支撑上，驱动齿轮支撑安装在第二支撑板上；导电线圈缠绕在电磁铁上，电磁铁导电片安装在电磁铁卡孔内表面，并且与导电块配合；电磁铁卡孔横截面与齿轮驱动电机卡轴横截面相同，第一驱动齿轮中心孔大于齿轮驱动电机卡轴最大外缘尺寸。
[0008]设计齿轮驱动机构目的在于:将齿轮驱动电机卡轴扭矩传动到齿轮上，通过齿轮传动，将电机卡轴扭矩传导到机械手的关节上。本发明意在设计一款一个驱动电机能够驱动多个齿轮的驱动机构，发明利用槽轮间隙机构，驱动摇杆，使得驱动电机能够在往复运动的同时在某些位置处具有停留时间，在这里的某些位置处，将设计的齿轮驱动机构安装在转轴往复经过的停留位置上；齿轮驱动电机转轴为卡轴，为非圆柱形，电磁铁的卡孔截面与卡轴相似，卡孔套在卡轴上，卡轴能够带动具有卡孔的电磁铁转动；齿轮的中心孔远大于卡轴，所以卡轴转动不带动齿轮转动，并且所设计的没有通电的电磁铁转动时是无法带动齿轮转动的，当电机转轴到达停留位置，通过卡轴上的导电块与电磁铁接触，导致电磁铁通电产生磁性，吸住齿轮表面，进而带动齿轮运动，在停留位置的停留的短暂时间内，控制驱动电机转角和转速从而控制机械手关节的运动幅度，每个停留点均设置一个齿轮驱动机构，驱动不同的机械手关节。
[0009]作为本技术的进一步改进，上述导电块包括第一导电块和第二导电块，上述电磁铁导电片包括第一电磁铁导电片和第二电磁铁导电片，上述齿轮驱动电机包括第一电刷、第二电刷、第一导电环和第二导电环，其中第一导电环和第