专利名称：柔性件滑块式并联耦合欠驱动机器人手指装置的制作方法
技术领域：
本发明属于拟人机器人手技术领域，特别涉及一种柔性件滑块式并联耦合欠驱动 机器人手指装置的结构设计。
背景技术：
机器人手作为机器人不可或缺的一部分，相对于机器人的其它部分，机器人手具 有关节自由度多、体积小，非常灵巧、控制复杂等特点与难点。机器人手主要用于对物体的 抓持和空间移动以及作手势等其它手部动作。目前现有的灵巧手虽然控制灵活，但是电机 数量多，结构非常复杂，控制难度相当大，制造和维护成本非常高，这些因素阻碍了灵巧手 型机器人手在现实生活中的广泛推广应用。近年来快速发展的耦合抓取型机器人手和欠驱 动抓取型机器人手虽然不具备灵巧手的高灵活度，但是电机数量少，结构简单，控制容易， 大大降低了制造和使用成本，并且能较好抓取常见物体，成为发展和研究的热点。已有的一种双关节并联欠驱动机器人手指装置，如中国发明专利CN 101633171A, 包括基座、电机、近关节轴、远关节轴和末端指段，还包括分别实现耦合和欠驱动转动的传 动机构以及多个簧件解耦装置等。当手指碰触物体前实现多关节耦合转动的效果，当手指 碰触物体后采用多关节欠驱动方式抓取物体。该装置的不足之处为该装置由于采用了两 套传动机构分别实现耦合和欠驱动抓取，使得整个手指结构复杂，制造加工成本高；该装置 耦合传动机构和欠驱动传动机构相互影响，虽然采用了三个簧件来解耦，但内耗了电机的 功率；该装置的两套传动机构平行排列，再加上多个簧件在关节轴上安装，致使手指过于粗 大，增加了制造、安装和维护成本和难度。
发明内容
本发明的目的是为了克服已有技术的不足之处，提供一种柔性件滑块式并联耦合 欠驱动机器人手指装置，该装置能实现耦合转动与欠驱动转动相结合的效果，能耦合拟人 化抓取，且具备欠驱动自适应功能，结构紧凑，制造、维护成本低，外形与人手指相似，适用 于拟人机器人手。本发明采用如下技术方案本发明所述的一种柔性件滑块式并联耦合欠驱动机器人手指装置，包括基座、近 关节轴、第一指段、远关节轴、第二指段和电机，所述的电机设置在基座中，电机的输出轴与 近关节轴相连；所述的近关节轴套设在所述的基座中，所述的远关节轴套设在第一指段中， 所述的第二指段套固在所述的远关节轴上；其特征在于该柔性件滑块式并联耦合欠驱动 机器人手指装置还包括第一传动轮、第二传动轮、第一滑块、第二滑块、第一簧件、第二簧 件、第一柔性件和第二柔性件；所述的第一指段套固在近关节轴上；所述的第一传动轮套 设在近关节轴上，第一传动轮与基座固接；所述的第二传动轮套固在远关节轴上，第二传动 轮与第二指段固接；所述的第二柔性件一端与第二指段的末端固接，第二柔性件另一端从 第一指段上部穿过与第一指段的中部或下部固接，第二柔性件和第二滑块相接触；所述的第一柔性件一端与基座固接，第一柔性件另一端从第一指段下部穿过与第一指段的中部或 上部固接，第一柔性件和第一滑块相接触；所述的第一滑块镶嵌在第一指段的第一滑槽中， 且与所述的第一柔性件接触，抓取物体时沿垂直于第一柔性件方向滑动；第二滑块镶嵌在 第一指段的第二槽中，且与所述的第二柔性件接触，抓取物体时沿垂直于第二柔性件方向 滑动；所述的第一槽和第二槽平行，第一滑块与第二滑块活接触；所述的第一簧件设置在 第一指段中，第一簧件的一端与第一指段相连，另一端与第一滑块相连；所述的第二簧件设 置在第一指段中并且第二簧件的两端分别与第一指段和第二指段相连。本发明所述的一种柔性件滑块式并联耦合欠驱动机器人手指装置，包括基座、近 关节轴、第一指段、远关节轴、第二指段和电机，所述的电机设置在基座中，电机的输出轴与 近关节轴相连；所述的近关节轴套设在所述的基座中，所述的远关节轴套设在第一指段中， 所述的第二指段套固在所述的远关节轴上；其特征在于该柔性件滑块式并联耦合欠驱动 机器人手指装置还包括第一传动轮、第二传动轮、第一滑块、第二滑块、第一簧件、第一簧 件、第三簧件第一柔性件和第二柔性件；所述的第一指段套接在近关节轴上；所述的第三 簧件的两端分别连接第一指段和近关节轴；所述的第一传动轮套设在近关节轴上，第一传 动轮与基座固接；所述的第二传动轮套固在远关节轴上，第二传动轮与第二指段固接；所 述的第二柔性件一端与第二指段的末端固接，第二柔性件另一端从第一指段上部穿过与第 一指段的中部或下部固接，第二柔性件和第二滑块相接触；所述的第一柔性件一端与基座 固接，第一柔性件另一端从第一指段下部穿过与第一指段的中部或上部固接，第一柔性件 和第一滑块相接触；所述的第一滑块镶嵌在第一指段的第一槽中，且与所述的第一柔性件 接触，抓取物体时沿垂直于第一柔性件方向滑动；第二滑块镶嵌在第一指段的第二槽中，且 与所述的第二柔性件接触，抓取物体时沿垂直于第二柔性件方向滑动；所述的第一槽和第 二槽平行，第一滑块与第二滑块活接触；所述的第一簧件设置在第一指段中，第一簧件的一 端与第一指段相连，另一端与第一滑块相连；所述的第二簧件设置在第一指段中并且第二 簧件的两端分别与第一指段和第二指段相连。本发明所述的柔性件滑块式并联耦合欠驱动机器人手指装置，其特征在于在所 述的第一滑块上设有与第一柔性件平行的第一滑槽或通孔，所述的第一柔性件穿过第一滑 块上的通孔或槽与第一滑块相接触；在所述的第二滑块上设有与第二柔性件平行的第二滑 槽或通孔，所述的第二柔性件穿过第二滑块上的通孔或槽与第二滑块相接触。本发明所述的柔性件滑块式并联耦合欠驱动机器人手指装置，其特征在于所述 的第一柔性件和第二柔性件采用平带、齿形带、腱绳或链条，所述的第一传动轮采用带轮、 齿轮、绳轮或链轮，第一柔性件和第一传动轮形成传动关系，第二柔性件和第二传动轮形成 传动关系。本发明所述的柔性件滑块式并联耦合欠驱动机器人手指装置，其特征在于所述 的第一滑块与第二滑块的活接触方式采用第一滑块与第二滑块单面接触，所述的第一滑块 推动第二滑块向手指内滑移。本发明所述的柔性件滑块式并联耦合欠驱动机器人手指装置，其特征在于所述 的第一滑块与第二滑块的活接触方式采用绳连接，所述的第一滑块拉动第二滑块向手指内 滑移。本发明所述的柔性件滑块式并联耦合欠驱动机器人手指装置，其特征在于所述
5的第一簧件采用拉簧、压簧或弹性绳，所述的第二簧件采用扭簧、拉簧或压簧。本发明所述的柔性件滑块式并联耦合欠驱动机器人手指装置，其特征在于还包 括传动机构，所述的传动机构包括减速器、第一齿轮和第二齿轮；所述的电机的输出轴与减 速器的输入轴相连，所述的第一齿轮套固在减速器的输出轴上，所述的第二齿轮套固在近 关节轴上，所述的第一齿轮与第二齿轮啮合。本发明所述的柔性件滑块式并联耦合欠驱动机器人手指装置，其特征在于所述 的第二滑块表面覆盖有第二滑块表面板。本发明所述的柔性件滑块式并联耦合欠驱动机器人手指装置，其特征在于所述 的近关节轴与基座之间设置有轴承，所述的近关节轴与第一传动轮之间设置有轴承。本发明与现有技术相比，具有以下优点和突出性效果本发明装置利用双柔性件、双滑块和簧件综合实现了耦合转动与欠驱动转动紧密 结合的传动效果，不仅能够耦合转动更拟人化地抓取物体，而且具备欠驱动功能，自适应抓 取不同形状、大小的物体；该装置结构简洁紧凑，安装容易，制造加工成本低；该装置耦合 传动机构和欠驱动传动机构有机融合，不相互影响，利用滑块活接触的多种方式实现了自 然解耦，此解耦不消耗电机功率，能量利用率高；外形与人手手指相似，可以作为拟人机器 人手的一个手指或手指的一部分，也可以用多个这样的基于柔性件的并联耦合欠驱动手指 组合成为机器人手，用以达到拟人机器人手高关节自由度、高自适应性的优良效果。
图1是本发明提供的柔性件滑块式并联耦合欠驱动机器人手指装置的一种实施 例的侧剖视图。图2是图1所示实施例的正剖视图(也是图1的左侧剖视图)。图3是本发明又一种实施例(第一滑块和第二滑块之间的活接触采用绳连接的实 施例)的侧剖视图。图4是本发明又一种实施例(具有变抓取力效果实施例)的正剖视图。图5是图1所示实施例外观的侧视图。图6是图1所示实施例外观的正视图。图7是图1所示实施例外观的立体图。图8是图1所示实施例的部分零件的立体图。图9是图1所示实施例的部分零件的正视图。图10是图1所示实施例的三维爆炸图。图11、12、13、14是图1所示实施例中实现耦合抓取过程的侧面外观示意图。图15、16、17、18是图1所示实施例中实现耦合抓取以及欠驱动自适应抓取过程的 侧面外观示意图。图19、20、21、22是图1所示实施例中实现先耦合后自适应欠驱动的抓取方式过程 的侧面外观示意图。在图1至图22中1-基座，11-基座架，12-基座背板，121-第一凸块，13-基座前板，14-基座右支承板，
15-基座连接板，2-电机，4-第一指段，41-第一指段架，421-第二凸块，43-第一指段右支承板，6-第二指段，71-第一传动轮，73-第一滑块，74-第一滑槽，75-第二滑块，76-第二滑槽，78-第二传动轮，81-第一簧件，83-第三簧件，91-减速器，93-第二齿轮，94-套筒，96-第一柔性件，97-第二柔性件，
3-近关节轴， 42-第一指段背板，
77-第四滑槽， 82-第二簧件， 92-第一齿轮， 95-销，
-
8 9
5-远关节轴， 72-第三滑槽，
751-滑块表面板，99-物体。
具体实施例方式下面结合附图及实施例进一步详细说明本发明的具体结构、工作原理及工作过程。本发明设计的一种柔性件滑块式并联耦合欠驱动机器人手指装置的实施例，剖视 图如图1、2所示，外观如图5、6所示，立体外观如图7所示，部分零件如图8、9所示，三维爆 炸图如图10所示，动作原理如图11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22所示。本实施例 包括基座1、近关节轴3、第一指段4、远关节轴5、第二指段6和电机2，所述的电机2设置在 基座1中，电机2的输出轴与近关节轴3相连；所述的近关节轴3套设在所述的基座1中， 所述的远关节轴5套设在第一指段4中，所述的第二指段6套固在所述的远关节轴5上；其 特征在于该柔性件滑块式并联耦合欠驱动机器人手指装置还包括第一传动轮71、第二传 动轮78、第一滑块73、第二滑块75、第一簧件81、第二簧件82、第一柔性件96和第二柔性件 97 ；所述的第一指段4套固在近关节轴3上；所述的第一传动轮71套设在近关节轴3上，第 一传动轮71与基座1固接；所述的第二传动轮78套固在远关节轴5上，第二传动轮78与 第二指段6固接；所述的第二柔性件97 —端与第二指段6的末端固接，第二柔性件97另一 端从第一指段4上部穿过与第一指段4的中部或下部固接，第二柔性件97和第二滑块75 相接触；所述的第一柔性件96 —端与基座1固接，第一柔性件96另一端从第一指段4下部 穿过与第一指段4的中部或上部固接，第一柔性件96和第一滑块73相接触；所述的第一滑 块73镶嵌在第一指段4的第一滑槽中，且与所述的第一柔性件96接触，抓取物体时沿垂直 于第一柔性件96方向滑动；第二滑块75镶嵌在第一指段4的第二槽中，且与所述的第二柔 性件97接触，抓取物体时沿垂直于第二柔性件97方向滑动；所述的第一槽和第二槽平行， 第一滑块73与第二滑块75活接触；所述的第一簧件81设置在第一指段4中，第一簧件81 的一端与第一指段4相连，另一端与第一滑块73相连；所述的第二簧件82设置在第一指段 4中并且第二簧件82的两端分别与第一指段4和第二指段6相连。本实施例中，在所述的第一滑块73上设有与第一柔性件96平行的第一滑槽74或 通孔，所述的第一柔性件96穿过第一滑块73上的通孔或槽与第一滑块73相接触；在所述 的第二滑块75上设有与第二柔性件97平行的第二滑槽76或通孔，所述的第二柔性件97 穿过第二滑块75上的通孔或槽与第二滑块75相接触。
本实施例中，所述的第一柔性件96和第二柔性件97采用平带、齿形带、腱绳或链 条，所述的第一传动轮71采用带轮、齿轮、绳轮或链轮，所述的第一传动轮71采用带轮、齿 轮、绳轮或链轮，第一柔性件96和第一传动轮71形成传动关系，第二柔性件97和第二传动 轮78形成传动关系。本实施例中，所述的第一滑块73与第二滑块75的活接触方式采用第一滑块73与 第二滑块75单面接触，当第一滑块73向手指里移动时，第一滑块73推动第二滑块75向手 指里滑移。当第一指段4碰到物体，第二滑块75向手指里移动时，第二滑块75不会对第一 滑块73产生影响，实现了自然解耦。本实施例中，所述的第一簧件81采用拉簧，也可以采用压簧或弹性绳，所述的第 一簧件81的两端分别连接第一滑块73和第一指段4，所述的第二簧件82采用扭簧，也可以 采用拉簧或压簧。本实施例中，还包括传动机构；所述的传动机构包括减速器91、第一齿轮92和第 二齿轮93 ；所述的电机2的输出轴与减速器91的输入轴相连，所述的第一齿轮92套固在 减速器91的输出轴上，所述的第二齿轮93套固在近关节轴3上，所述的第一齿轮92与第 二齿轮93啮合。本实施例中，所述的第二滑块75表面覆盖有第二滑块表面板751。滑块表面板751 表面还可以覆盖有适当弹性的工业橡皮材料。这样在抓取物体时，手指表面与物体之间将 形成软指面接触，一方面增加了手指对物体的约束程度，另一方面也可以增加摩擦力，从而 增加抓取物体的稳定性。所述的近关节轴3和第一指段4采用销固接，远关节轴5和第二指段6采用销固接。本实施例中，所述的近关节轴3与基座1之间设置有轴承，所述的近关节轴3与第 一传动轮71之间设置有轴承。本发明还提供的一种可变抓取力的柔性件滑块式并联耦合欠驱动机器人手指装 置的实施例，其剖视图如图4所示。本实施例包括基座1、近关节轴3、第一指段4、远关节 轴5、第二指段6和电机2，所述的电机2设置在基座1中，电机2的输出轴与近关节轴3相 连；所述的近关节轴3套设在所述的基座1中，所述的远关节轴5套设在第一指段4中，所 述的第二指段6套固在所述的远关节轴5上；其特征在于该柔性件滑块式并联耦合欠驱 动机器人手指装置还包括第一传动轮71、第二传动轮78、第一滑块73、第二滑块75、第一簧 件81、第一簧件82、第三簧件83第一柔性件96和第二柔性件97 ；所述的第一指段4套接在 近关节轴3上；所述的第三簧件83的两端分别连接第一指段4和近关节轴3 ；所述的第一 传动轮71套设在近关节轴3上，第一传动轮71与基座1固接；所述的第二传动轮78套固 在远关节轴5上，第二传动轮78与第二指段6固接；所述的第二柔性件97 —端与第二指段 6的末端固接，第二柔性件97另一端从第一指段4上部穿过与第一指段4的中部或下部固 接，第二柔性件97和第二滑块75相接触；所述的第一柔性件96 —端与基座1固接，第一柔 性件96另一端从第一指段4下部穿过与第一指段4的中部或上部固接，第一柔性件96和 第一滑块73相接触；所述的第一滑块73镶嵌在第一指段4的第一槽中，且与所述的第一柔 性件96接触，抓取物体时沿垂直于第一柔性件96方向滑动；第二滑块75镶嵌在第一指段 4的第二槽中，且与所述的第二柔性件97接触，抓取物体时沿垂直于第二柔性件97方向滑动；所述的第一槽和第二槽平行，第一滑块73与第二滑块75活接触；所述的第一簧件81设 置在第一指段4中，第一簧件81的一端与第一指段4相连，另一端与第一滑块73相连；所 述的第二簧件82设置在第一指段4中并且第二簧件82的两端分别与第一指段4和第二指 段6相连。所述的第三簧件83的功能是，当电机2带动近关节轴3转动时，套接在近关节轴 3上的第三簧件83产生形变，可带动第一指段4转动本发明还提供的一种柔性件滑块式并联耦合欠驱动机器人手指装置的实施例，其 剖视图如图3所示。第一滑块73与第二滑块75的活接触方式采用采用绳98连接，当第一 滑块73向手指里移动时，第一滑块73拉动第二滑块75向手指里滑移。当第一指段4碰到 物体，第二滑块75向手指里移动时，第二滑块75对第一滑块73不会产生影响，实现了自然 解耦。下面结合附图介绍图1所示的柔性件滑块式并联耦合欠驱动机器人手指装置的 实施例的工作原理。机器人手指的初始状态如图10所示，电机2停转时，其内部的转动惯量较大，会发 生软自锁，所以第一柔性件96不会在第一簧件81 (第一簧件81采用的是拉簧)的作用下 向手指内部移动，此时第一指段4相对于基座1处于伸直状态(第一凸块121顶着第一指 段4使手指不致于反向弯曲)；第二簧件82采用的是扭簧，该扭簧迫使第二指段6与第一 指段4之间保持伸直的初始状态，即远关节轴5不发生转动(第二凸块421顶着第二指段 6)，此时整个手指保持伸直状态。本实施例的抓取方式有两种，分别叙述如下(a)耦合抓取过程当机器人手指抓取物体99时，电机2正转，通过减速器91带动第一齿轮92转动， 驱动第二齿轮93转动，使近关节轴3正转，带动第一指段4绕近关节轴3的中心线正转(此 正转方向是指第一指段4逐渐迎向需要抓取的物体)。由于第一传动轮71套接在近关节 轴3上且与基座1固接，于是镶嵌在第一指段4中的第一滑块73在拉簧的作用下，向手指 内部平移运动，同时把第一柔性件96压向手指里。因为第二滑块75与第一滑块73单面接 触，第一滑块73会带动第二滑块75向第一指段4里滑移，第二滑块75把第二柔性件97压 向手指里，带动远关节轴5正转，第二指段6正转迎向需要抓取的物体，直到手指接触物体。本实施例的第一传动轮71和固接与第二指段6的第二传动轮78分度圆直径相 等，所以第一指段4相对于基座1转动的角度与第二指段6相对于第一指段4转动的角度 相同，即实现了 1 1的耦合传动。综上所述，本实施例在物体不动的情况下实现了耦合抓 取的功能。具体运动过程如图11、12、13、14所示。放开物体的过程与上述抓取物体的过程相同，电机2反转，将带动第一指段4和第 二指段6同时反向转动，实现放开物体，最终回复到手指初始的伸直状态。(b)欠驱动抓取过程有两种欠驱动抓取过程1)第一种欠驱动抓取过程其他手指和外力直接挤压物体，物体挤压第二滑块触 发欠驱动抓取，最终第二指段快速扣住物体。具体来说，当第一指段4上可滑动的第二滑块 与物体99接触，第二指段6未与物体接触，物体在其它手指或外力作用下向手指内推动第二滑块75时，第二滑块75向手指里滑移，因为第二滑块75与第一滑块73单面接触，所以 不会对第一滑块73产生影响，实现了自然解耦(图3所示实施例采用绳连接方式实现了自 然解耦，原理与此相同，不再赘述)。第二滑块75的滑移会把第二柔性件97压向手指里，带 动远关节轴5正转，使第二指段6正转直到接触物体实现了抓取，且能够自动适应物体的大 小形状，是一种无需电机工作的自适应欠驱动抓取方式。具体运动过程如图15、16、17、18 所示。2)第二种欠驱动抓取过程物体固定不动(被手掌或其他手指、外力约束)，此时 本实施例继续转动致使第二滑块因物体阻挡而被压入第一指段中从而触发了欠驱动抓取， 最终第二指段快速扣住物体。具体来说，当第一指段4上可滑动的第二滑块与物体99接 触，第二指段6未与物体接触，此时由于物体被手掌或其他手指约束住固定不动，第二滑块 被物体阻挡，此时第一指段还可以转动一个很小的角度δ，此转动将产生一个第二指段相 对于第一指段1 1的耦合转动角度S (原因见前述的耦合抓取过程)，而此时由于第二滑 块已经相对于第一指段向手指内部滑动了一段较小的距离Δ d，因此该变化的距离将使得 第二柔性件97被压向手指内部，从而带动第二指段转动一个较大的角度θ，由于物体与第 二滑块表面的接触点到近关节轴中心线的距离h大于第一传动轮的分度圆半径通过下 面的计算可知，θ会大于α，从而实现第二指段转过的角度是一个较大的角度Θ，不再是 耦合转动的角度α0计算分析如下此时第一滑块在第一指段的较小角度δ的转动过程 中会移动一个较小的距离屯，Cl1 = 1/2· δ ·Γι。而第二滑块在第一指段的较小角度δ的 转动过程中会移动一个较大的距离d2，d2 = δ *h，由于h大于Γι，因此d2大于屯。此时第 二滑块与第一滑块脱开，实现了自然解耦，第二滑块平移一个距离d2，导致第二指段快速扣 向物体，此过程直到第二指段紧紧扣住物体，从而实现了欠驱动抓取过程。此欠驱动抓取实 现了对不同形状大小物体的抓取，具有自适应性，减轻了对控制系统的要求。第二种欠驱动 抓取过程如图19、20、21、22所示。综合(a)和(b)耦合和自适应抓取过程可知，本实施例实现了一种特殊的先耦合 后自适应欠驱动的抓取方式，解耦方式自然，无需损耗电机功率。本发明装置利用双柔性件、双滑块和簧件综合实现了耦合转动与欠驱动转动紧密 结合的传动效果，不仅能够耦合转动更拟人化地抓取物体，而且具备欠驱动功能，自适应抓 取不同形状、大小的物体；该装置结构简洁紧凑，安装容易，制造加工成本低；该装置耦合 传动机构和欠驱动传动机构有机融合，不相互影响，利用滑块活接触的多种方式实现了自 然解耦，此解耦不消耗电机功率，能量利用率高；外形与人手手指相似，可以作为拟人机器 人手的一个手指或手指的一部分，也可以用多个这样的双齿条滑块式并联耦合欠驱动手指 组合成为机器人手，用以达到拟人机器人手高关节自由度、高自适应性的优良效果。
权利要求
一种柔性件滑块式并联耦合欠驱动机器人手指装置，包括基座(1)、近关节轴(3)、第一指段(4)、远关节轴(5)、第二指段(6)和电机(2)，所述的电机(2)设置在基座(1)中，电机(2)的输出轴与近关节轴(3)相连；所述的近关节轴(3)套设在所述的基座(1)中，所述的远关节轴(5)套设在第一指段(4)中，所述的第二指段(6)套固在所述的远关节轴(5)上；其特征在于该柔性件滑块式并联耦合欠驱动机器人手指装置还包括第一传动轮(71)、第二传动轮(78)、第一滑块(73)、第二滑块(75)、第一簧件(81)、第二簧件(82)、第一柔性件(96)和第二柔性件(97)；所述的第一指段(4)套固在近关节轴(3)上；所述的第一传动轮(71)套设在近关节轴(3)上，第一传动轮(71)与基座(1)固接；所述的第二传动轮(78)套固在远关节轴(5)上，第二传动轮(78)与第二指段(6)固接；所述的第二柔性件(97)一端与第二指段(6)的末端固接，第二柔性件(97)另一端从第一指段(4)上部穿过与第一指段(4)的中部或下部固接，第二柔性件(97)和第二滑块(75)相接触；所述的第一柔性件(96)一端与基座(1)固接，第一柔性件(96)另一端从第一指段(4)下部穿过与第一指段(4)的中部或上部固接，第一柔性件(96)和第一滑块(73)相接触；所述的第一滑块(73)镶嵌在第一指段(4)的第一滑槽中，且与所述的第一柔性件(96)接触，抓取物体时沿垂直于第一柔性件(96)方向滑动；第二滑块(75)镶嵌在第一指段(4)的第二槽中，且与所述的第二柔性件(97)接触，抓取物体时沿垂直于第二柔性件(97)方向滑动；所述的第一槽和第二槽平行，第一滑块(73)与第二滑块(75)活接触；所述的第一簧件(81)设置在第一指段(4)中，第一簧件(81)的一端与第一指段(4)相连，另一端与第一滑块(73)相连；所述的第二簧件(82)设置在第一指段(4)中并且第二簧件(82)的两端分别与第一指段(4)和第二指段(6)相连。
2.一种柔性件滑块式并联耦合欠驱动机器人手指装置，包括基座(1)、近关节轴(3)、 第一指段⑷、远关节轴(5)、第二指段(6)和电机(2)，所述的电机⑵设置在基座⑴中， 电机(2)的输出轴与近关节轴(3)相连；所述的近关节轴(3)套设在所述的基座(1)中， 所述的远关节轴(5)套设在第一指段⑷中，所述的第二指段(6)套固在所述的远关节轴 (5)上；其特征在于该柔性件滑块式并联耦合欠驱动机器人手指装置还包括第一传动轮 (71)、第二传动轮(78)、第一滑块(73)、第二滑块(75)、第一簧件(81)、第一簧件(82)、第三 簧件(83)第一柔性件(96)和第二柔性件(97)；所述的第一指段(4)套接在近关节轴(3) 上；所述的第三簧件(83)的两端分别连接第一指段(4)和近关节轴(3)；所述的第一传动 轮(71)套设在近关节轴(3)上，第一传动轮(71)与基座(1)固接；所述的第二传动轮(78) 套固在远关节轴(5)上，第二传动轮(78)与第二指段(6)固接；所述的第二柔性件(97) — 端与第二指段(6)的末端固接，第二柔性件(97)另一端从第一指段(4)上部穿过与第一指 段(4)的中部或下部固接，第二柔性件(97)和第二滑块(75)相接触；所述的第一柔性件 (96) 一端与基座(1)固接，第一柔性件(96)另一端从第一指段(4)下部穿过与第一指段 (4)的中部或上部固接，第一柔性件(96)和第一滑块(73)相接触；所述的第一滑块(73)镶 嵌在第一指段(4)的第一槽中，且与所述的第一柔性件(96)接触，抓取物体时沿垂直于第 一柔性件(96)方向滑动；第二滑块(75)镶嵌在第一指段(4)的第二槽中，且与所述的第二 柔性件(97)接触，抓取物体时沿垂直于第二柔性件(97)方向滑动；所述的第一槽和第二槽 平行，第一滑块(73)与第二滑块(75)活接触；所述的第一簧件(81)设置在第一指段(4) 中，第一簧件(81)的一端与第一指段(4)相连，另一端与第一滑块(73)相连；所述的第二簧件(82)设置在第一指段(4)中并且第二簧件(82)的两端分别与第一指段(4)和第二指 段(6)相连。
3.如权利要求1或2所述的柔性件滑块式并联耦合欠驱动机器人手指装置，其特征在 于在所述的第一滑块(73)上设有与第一柔性件(96)平行的第一滑槽(74)或通孔，所述 的第一柔性件(96)穿过第一滑块(73)上的通孔或槽与第一滑块(73)相接触；在所述的 第二滑块(75)上设有与第二柔性件(97)平行的第二滑槽(76)或通孔，所述的第二柔性件 (97)穿过第二滑块(75)上的通孔或槽与第二滑块(75)相接触。
4.如权利要求1或2所述的柔性件滑块式并联耦合欠驱动机器人手指装置，其特征在 于所述的第一柔性件(96)和第二柔性件(97)采用平带、齿形带、腱绳或链条，所述的第一 传动轮(71)采用带轮、齿轮、绳轮或链轮，第一柔性件(96)和第一传动轮(71)形成传动关 系，第二柔性件(97)和第二传动轮(78)形成传动关系。
5.如权利要求1或2所述的柔性件滑块式并联耦合欠驱动机器人手指装置，其特征在 于所述的第一滑块(73)与第二滑块(75)的活接触方式采用第一滑块(73)与第二滑块 (75)单面接触，所述的第一滑块(73)推动第二滑块(74)向手指内滑移。
6.如权利要求1或2所述的柔性件滑块式并联耦合欠驱动机器人手指装置，其特征在 于所述的第一滑块(73)与第二滑块(75)的活接触方式采用绳(98)连接，所述的第一滑 块(73)拉动第二滑块(75)向手指内滑移。
7.如权利要求1或2所述的柔性件滑块式并联耦合欠驱动机器人手指装置，其特征在 于所述的第一簧件(81)采用拉簧、压簧或弹性绳，所述的第二簧件(82)采用扭簧、拉簧或 压簧。
8.如权利要求1或2所述的柔性件滑块式并联耦合欠驱动机器人手指装置，其特征在 于还包括传动机构，所述的传动机构包括减速器(91)、第一齿轮(92)和第二齿轮(93)； 所述的电机(2)的输出轴与减速器(91)的输入轴相连，所述的第一齿轮(92)套固在减速 器(91)的输出轴上，所述的第二齿轮(93)套固在近关节轴(3)上，所述的第一齿轮(92) 与第二齿轮(93)啮合。
9.如权利要求1或2所述的柔性件滑块式并联耦合欠驱动机器人手指装置，其特征在 于所述的第二滑块(75)表面覆盖有第二滑块表面板(751)。
10.如权利要求1或2所述的柔性件滑块式并联耦合欠驱动机器人手指装置，其特征 在于所述的近关节轴(3)与基座(1)之间设置有轴承，所述的近关节轴(3)与第一传动轮 (71)之间设置有轴承。
全文摘要
柔性件滑块式并联耦合欠驱动机器人手指装置，属于拟人机器人手技术领域。该装置包括基座、近关节轴、第一指段、远关节轴、第二指段、电机、双柔性件和簧件。该装置实现了耦合转动与欠驱动转动紧密结合的传动效果，能耦合拟人化抓取，且具备欠驱动自适应功能。整个手指结构简洁，制造加工成本低；将耦合传动与欠驱动传动有机融合起来，利用滑块活接触方式实现自然解耦，此解耦不消耗电机功率，能量利用率高。该装置外形与人手指相似，可以作为机器人手的一个手指或手指的一部分，也可以用多个手指组合成为机器人手，用以达到拟人机器人手高关节自由度、高自适应性的优良效果。
文档编号B25J17/00GK101941205SQ20101012496
公开日2011年1月12日 申请日期2010年3月12日 优先权日2010年3月12日
发明者孙杰, 张文增 申请人:清华大学