机器人灵巧手手指关节齿轮耦合传动机构的制作方法

本发明涉及一种机器人手指的传动机构。

背景技术：

机器人灵巧手技术作为机器人技术的一个重要分支，经过几十年的发展，取得了很好的成绩，也相继诞生了一些有代表性的灵巧手，这些灵巧手的进步主要体现在机械结构、驱动、传感、集成度以及控制等方面。目前已研制成功的灵巧手大多采用类似人手的手指自由度布置：四个关节、三个自由度。手指根部有两个关节(合称为基关节)、两个自由度，实现手指的弯曲和侧摆运动；手指部分有两个关节、一个自由度，手指部分两个关节通过机构耦合运动。但现有的机器人灵巧手手指关节的耦合传动机构，如连杆、钢丝等实现耦合运动的结构，存在着结构复杂、可靠性差、手指弯曲时的运动协调性差、易于出现耦合传动间隙等问题。

技术实现要素：

本发明为了解决现有的耦合传动机构存在结构复杂、可靠性差、手指弯曲时的运动协调性差、易于出现耦合间隙的问题，进而提供了一种机器人灵巧手手指关节齿轮耦合传动机构。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案是：本发明所述齿轮耦合传动机构由固定直齿轮、中间齿轮、从动直齿轮、中间齿轮支撑轴组成，所述固定直齿轮、中间齿轮与从动直齿轮的模数相同，固定直齿轮与从动直齿轮的齿数相同，中间齿轮分别与固定直齿轮和从动直齿轮同时啮合；固定直齿轮套装在谐波减速器的柔轮上，谐波减速器的柔轮与位于中间指节内的传动件固接，固定直齿轮与谐波减速器的刚轮和第一指节右侧壁三者固接在一起，固定直齿轮与中间关节同轴，中间齿轮支撑轴位于中间指节内且其两端分别安装在中间指节左侧壁和中间指节右侧壁上，中间齿轮安装在中间齿轮支撑轴上，中间齿轮支撑轴穿过中间指节传动件，从动直齿轮安装在指尖一维力矩传感器上，从动直齿轮与末端关节同轴。

本发明具有以下有益效果：本发明实现了中间关节和末端关节的同向精确1∶1角度的耦合运动，具有结构简单、可靠性好、手指弯曲时的运动协调性好、能够传递大力矩、耦合运动间隙小的优点，在机器人灵巧手手指中应用本发明将大大提高机器人灵巧手运动精度、抓握准确性。由于采用齿轮的啮合来完成手指两关节的耦合运动，使得本发明具有结构紧凑、运动平稳、噪音小的优点，而且成本较低，易于实现。

附图说明

图1是将本发明应用在手指关节上的立体图，图2是将本发明应用在手指关节上的主剖视图，图3是齿轮耦合传动原理的结构示意图(原始状态)，图4是齿轮耦合传动原理的结构示意图(中间关节和末端关节的同向1∶1角度的耦合运动后)。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

具体实施方式一：如图1～4所示，本实施方式所述的机器人灵巧手手指关节齿轮耦合传动机构由固定直齿轮10、中间齿轮11、从动直齿轮12、中间齿轮支撑轴15组成，所述固定直齿轮10、中间齿轮11与从动直齿轮12的模数相同，固定直齿轮10与从动直齿轮12的齿数相同，中间齿轮11分别与固定直齿轮10和从动直齿轮12同时啮合；固定直齿轮10套装在谐波减速器3的柔轮3-1上，固定直齿轮10与谐波减速器3的刚轮3-3和第一指节右侧壁5-2三者固接在一起，固定直齿轮10与中间关节8同轴(所述轴是指中间关节转动轴13)，中间齿轮支撑轴15位于中间指节6内且其两端分别安装在中间指节左侧壁6-1和中间指节右侧壁6-2上，中间齿轮11安装在中间齿轮支撑轴15上，中间齿轮支撑轴15穿过中间指节传动件4，从动直齿轮12安装在指尖一维力矩传感器21上，从动直齿轮12与末端关节9同轴(所述轴是指末端关节轴14)。

所述中间指节6为主动杆，由驱动电机1通过传动伞齿轮2、谐波减速器3等驱动，中间指节6带动中间齿轮11、中间齿轮支撑轴15和末端关节9(装有从动直齿轮12的末端关节轴14)一同绕中间关节8和固定直齿轮10转动。

具体实施方式二：如图1～4所示，本实施方式所述固定直齿轮10和中间齿轮11的轴线距离与从动直齿轮12和中间齿轮11的轴线距离相同，均等于中间指节6长度的1/2。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：如图1～4所示，本实施方式是将本发明所述的手指关节齿轮耦合传动机构安装在机器人灵巧手手指内的一个实施例：

安装本发明后的机器人灵巧手手指主要包括齿轮耦合传动机构(本发明)、第一指节5、中间指节6、末端指节7、中间关节8、末端关节9、驱动电机1、传动伞齿轮副2、谐波减速器3、中间指节传动件4、指尖一维力矩传感器21，所述传动伞齿轮副2由小传动伞齿轮2-1和大传动伞齿轮2-2组成，所述齿轮耦合传动机构由固定直齿轮10、中间齿轮11、从动直齿轮12、中间齿轮支撑轴15组成，所述固定直齿轮10、中间齿轮11与从动直齿轮12的模数相同，固定直齿轮10与从动直齿轮12的齿数相同；所述第一指节5与中间指节6通过中间关节8内的中间关节转动轴13转动连接，中间指节6与末端指节7通过末端关节9内的末端关节轴14转动连接，所述的驱动电机1置于第一指节5内且与第一指节左侧壁5-1固接，小传动伞齿轮2-1安装在驱动电机1的输出轴上，小传动伞齿轮2-1与大传动伞齿轮2-2啮合，大传动伞齿轮2-2安装在中间关节8内的中间关节转动轴13上，谐波减速器3安装在中间关节转动轴13上，谐波减速器3的刚轮3-3与第一指节右侧壁5-2固接(柔轮3-1输出)，中间指节传动件4安装在谐波减速器3上，谐波减速器3的柔轮3-1与位于中间指节6内的传动件4固接；固定直齿轮10套装在谐波减速器3的柔轮3-1上，固定直齿轮10通过销钉20与谐波减速器3的刚轮3-3和第一指节右侧壁5-2三者固接在一起，中间齿轮支撑轴15位于中间指节6内且其两端分别安装在中间指节左侧壁6-1和中间指节右侧壁6-2上，中间齿轮11通过第一轴承18和第二轴承19安装在中间齿轮支撑轴15上，中间齿轮支撑轴15穿过中间指节传动件4，末端关节轴14安装在中间指节左侧壁6-1和中间指节右侧壁6-2上，末端关节轴14穿过中间指节传动件4，位于末端关节9内指尖一维力矩传感器21通过第三轴承16和第四轴承17安装在末端关节轴14上，从动直齿轮12安装在指尖一维力矩传感器21上；中间齿轮11分别与固定直齿轮10和从动直齿轮12同时啮合。

工作原理：

本发明所述的手指关节齿轮耦合传动机构应用于手指部分有两个关节(中间关节8和末端关节9)和一个自由度的灵巧手手指上，可实现两个关节(中间关节8和末端关节9)的同向转动角度为1∶1的耦合运动，即中间指节6与末端指节7的转动角度相同。驱动电机1带动传动伞齿轮副2转动，传动伞齿轮副2将动力传递给中间关节转动轴13，中间关节转动轴13带动谐波减速器3的波发生器3-2转动进而使谐波减速器的柔轮3-1通过中间指节传动件4带动中间指节6绕中间关节转动轴13转动(中间关节转动轴13与中间齿轮支撑轴15同时绕中间关节转动轴13转动)，与此同时，中间齿轮11沿固定直齿轮10向前转动，从动直齿轮12沿中间齿轮11向前转动，中间齿轮11带动指尖一维力矩传感器21向前转动进而带动末端指节7绕末端关节轴14向前转动，实现手指的弯曲，由于所述固定直齿轮10、中间齿轮11与从动直齿轮12的模数相同，固定直齿轮10与从动直齿轮12的齿数相同；根据三个齿轮的啮合原理，当中间关节8(中间关节转动轴13)转动角度a时，由于中间齿轮11的啮合作用，从动直齿轮12绕末端关节9(末端关节轴14)转动相同的角度a，从而实现手指两个关节同向1∶1的耦合运动(参见图1～4)。