专利名称:自适应机械手的制作方法
本发明属机械手装置。
目前国内外现有的机械手或假手的手部机构大多数是连杆式的，如贝尔格莱德假手、上海交通大学的JDS肌电控制的前臂假手以及日本的TDH51-1全电动式假手等。也有索轮式的，如Standford/JPLHand，它是十二台电动机控制的三指九关节机械手。由连杆构成的手部机构，因其传动角较小等原因，使其传动效率较低，而且由一台电机驱动的机械手或假手，不能抓取任意形状的物体。由索轮式构成的手部机构，因柔性件在传动过程中变形等原因，使其传动效率较低，而且抓取力有限，如果想要机械手或假手具有抓取任意形状物体的功能，现有的大多数采用多电机或多个驱动件驱动，因而使得手部结构复杂和重量增大。
为了弥补现有的机械手或假手存在的不足之处，特提出本发明。
本发明的自适应机械手，是由二个以上每指各有一个关节的手指组成。由一台驱动件驱动(驱动件可以是电动机，气动、液压马达)。由圆锥齿轮差动轮系(以下简称轮系)和传动链构成。它的轮系个数是根据手指关节数的多少来确定的，即轮系个数等于各手指关节数总和减一的关系。对于有两个关节以上的手指，其关节轴线互相平行。传动链保证手指与手指、手指关节之间的转向确定。
如图一所示的二指每指一关节的机械手的结构原理图。以箭头表示传动链，方框表示轮系，圆圈表示驱动件(以下各图均相同)驱动件〔1〕经传动链驱动轮系〔2〕的系杆转动，系杆经行星轮带动两中心轮与系杆同向转动。一中心轮通过传动链或直接驱动一个手指关节〔11〕转动另一个中心轮经传动链驱动另一个手指关节〔12〕相向关节〔11〕转动。
根据圆锥齿轮差动轮系的工作原理，可知轮系的两中心轮所受的驱动力矩之和等于系杆的驱动力矩。在抓握物体时，两手指在驱动力矩作用下，转向物体。当一指先与物体接触时，其转速降低或者停止转动，但始终与物体接触，另一手指快速接触物体。两指抓握物体並抓紧后，轮系〔2〕的系杆停止转动，驱动件制动並维持抓握力。松开手指依靠驱动件的反向运动即可。
图一二指各一关节自适应机械手的结构原理框图。
图二二指各二关节自适应机械手的结构原理框图。
图三三指各二关节自适应机械手的结构原理框图。
图四五指各三关节自适应机械手的结构原理框图。
下面是本发明的实施例，通过对实施例描述及结合附图给出本发明的细节。
如图一所示的二指各一关节的机械手的轮系〔2〕的两输出端加二个轮系〔3〕、〔4〕，如图二所示，驱动件〔1〕经传动链驱动轮系〔2〕的系杆转动系杆所获得的驱动力矩，经行星轮带动两中心轮同向转动，其中一中心轮经传动链驱动轮系〔3〕的系杆转动，另一中心轮经传动链驱动轮系〔4〕的系杆转动。轮系〔3〕的两中心轮经传动链分别驱动手指关节〔13〕和〔14〕同向转动。轮系〔4〕的两中心轮经传动链分别驱动手指关节〔15〕和〔16〕同向转动且两手指经传动链保证相向转动。
如图二所示的二指各二关节的机械手的轮系〔4〕的两输出端加两个轮系〔5〕和〔6〕，如图三所示，轮系〔4〕的系杆获得的驱动力矩，经行星轮带动两中心轮同向转动，一中心轮经传动链驱动轮系〔5〕的系杆转动，另一中心轮经传动链驱动轮系〔6〕的系杆转动。轮系〔5〕的两中心轮经传动链分别驱动手指关节〔18〕和〔17〕同向转动，轮系〔6〕的两中心轮经传动链分别驱动手指关节〔20〕和〔19〕转动。
轮系的个数等于手指关节数总和减一的关系，或者说轮系的个数等于机械手的自由度数减一的关系，手指的数目和手指关节数目，按相同的工作原理，根据使用要求来确定。
以下是由母指A、食指B、中指C、无名指D和小指E组成的五指各三关节的机械手，如图四所示，以该手的中指C为例，介绍它的抓握原理。
中指C的三个关节是轮系〔9〕和〔10〕以及中间传动链组成。轮系〔9〕的系杆将获得的驱动力矩经行星轮分解给两中心轮。轮系〔9〕的两中心轮，一个经传动链或直接驱动下关节〔22〕转动，另一个经传动链带动轮系〔10〕的系杆转动。轮系〔10〕的两中心轮，一个经传动链或直接驱动中关节〔23〕转动，另一个经传动链驱动尖关节〔24〕转动，且保证与下关节〔22〕的转向一致。在抓握物体时，如果是下关节〔22〕首先与物体接触，则随阻力矩的增大，下关节〔22〕停止转动，但始终与物体接触;而中关节〔23〕和尖关节〔24〕则快速与物体接触，当关节〔22〕、〔23〕和〔24〕均与物体接触时，轮系〔9〕的系杆停止转动。如果是尖节〔24〕首先与物体接触则因它随中关节〔23〕和下关节〔24〕一起公转，尖关节随阻力矩增大而反转，但始终接触物体。此时中关节〔23〕和下关节〔22〕快速与物体接触，若中关节〔23〕比下关节〔24〕先与物体接触，则因它随下关节〔22〕一起公转，故在阻力矩作用下反转，但始终与物体接触。可能因物体形状凹凸不一，使得手指关节有可能其中一个或二个或整个手指不与物体接触，这一点可以通过机械手手指关节到位来解决，所谓到位是指手指各关节的正反向最大转角的机械限位结构。
同上道理，当其他四指均与物体接触或者到位，並抓握紧物体后，轮系〔2〕的系杆停止转动，驱动件制动並维持抓握力。这样就实现了抓握任意形状的物体的目的。松开物体仅依靠驱动件的反向运转即可。抓握力的大小取决于驱动件的输出功率。
本发明的效果是，由于采用了一台驱动件，通过圆锥齿轮差动轮系和传动链组成，提高了传动效率，具有机械自适应，手指数目和手指关节数目，按使用要求设置，抓握力大，结构简单，能抓握任意形状的物体，不仅可以装在工业机器人手上，如选用轻质材料制成，且可装在前臂断肢上作假手。
权利要求
1.一种自适应机械手，由二个以上每指各有一个关节的手指组成，本发明的特征是，所述的手指，由一台驱动件[1]驱动，经传动链驱动圆锥齿轮差动轮系[2](以下简称轮系)的系杆转动，轮系[2]的系杆经行星轮带动两中心轮与系杆同向转动，一中心轮通过传动链或直接驱动一个手指关节[11]转动，另一中心轮经传动链反向驱动相向的另一手指关节[12]转动。
2.根据权利要求
1所述的自适应机械手，其特征是，在轮系〔2〕的二输出端加二个差动轮系〔3〕、〔4〕，轮系〔2〕的系杆获得的驱动力矩，经行星轮带动两中心轮同向转动，一中心轮经传动链驱动轮系〔3〕的系杆转动，另一中心轮经传动链驱动轮系〔4〕的系杆转动，轮系〔3〕的两中心轮经传动链分别驱动手指关节〔13〕、〔14〕同向转动，轮系〔4〕的两中心轮经传动链分别驱动手指关节〔15〕、〔16〕同向转动。
3.根据权利要求
2所述的自适应机械手，其特征是，在轮系〔4〕的二输出端加二个轮系〔5〕、〔6〕，轮系〔4〕的系杆获得的驱动力矩，经行星轮带动两中心轮同向转动，一中心轮经传动链驱动轮系〔5〕的系杆传动，另一中心轮经传动链驱动轮系〔6〕的系杆转动，轮系〔5〕的两中心轮经传动链分别驱动手指关节〔17〕、〔18〕同向转动，轮系〔6〕的两中心轮经传动链分别驱动手指关节〔19〕、〔20〕同向转动。
4.根据权利要求
1所述的自适应机械手，其特征是，轮系的个数等于手指自由度数减一的关系，手指的数目和手指关节的数目，按相同工作原理，並根据使用要求确定。
5.根据权利要求
1所述的自适应机械手，其特征是，可安装在工业机器人上或前臂断肢上作假手。
专利摘要
本发明的自适应机械手，是属于机械手装置，由二个以上各有一个关节的手指组成。由一台驱动件驱动，由圆锥齿轮差动轮系和传动链组合而成。圆锥齿轮差动轮系的个数是根据机械手的手指关节数总和来确定。手指数和关节数的多少，按使用要求来设置。该手具有机械自适应，能抓握任意形状的物体，抓握力大，传动效率高，结构简单，不仅可以装在工业机器人手上，如果选用轻质材料制成，且装在前臂断肢上作假手。
文档编号A61F2/50GK87103848SQ87103848
公开日1988年12月14日 申请日期1987年5月24日
发明者厉春元, 徐振华, 石永刚 申请人:浙江大学导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan