设在基座指段12中；所述左锥齿轮41套固在左半轴23上，所述右锥齿轮42套固在右半轴24上，所述上锥齿轮43与左锥齿轮41啮合，所述上锥齿轮43与右锥齿轮42啮合，所述下锥齿轮44与左锥齿轮41啮合，所述下锥齿轮44与右锥齿轮42啮合;所述上锥齿轮43套固在纵轴14上，所述下锥齿轮44活动套接在纵轴14上;所述纵轴14的一端固接在末端指段13上;所述上锥齿轮43的中心线与左锥齿轮41的中心线垂直，所述左半轴23中心线与右半轴24中心线重合。
[0047]本实施例中，所述末端指段13还包括固接的纵轴连接件131，所述纵轴14的一端固接在纵轴连接件131上。
[0048]本实施例中，所述纵移组件包括支承件(本实施例中由末端指段充当支承件)、纵移驱动器37、辅助传动机构(本实施例中采用直接传动方式)、纵移传动机构和皮肤层54;所述纵移传动机构包括第一传动轮51、第二传动轮52、传动件53、第一横轴61和第二横轴62;所述支承件固接在末端指段13上;所述纵移驱动器37与支承件固接，所述纵移驱动器37的输出轴与辅助传动机构的输入端相连，所述辅助传动机构的输出端与第一横轴61相连;所述第一横轴61、第二横轴62分别套设在支承件上，所述纵轴连接件131套固在第二转轴62上;所述第一横轴61的中心线与第二横轴62的中心线相互平行;所述第一传动轮51套固在第一横轴61上，所述第二传动轮52套接在第二横轴62上，所述传动件53连接第一传动轮51与第二传动轮52，所述第一传动轮51、第二传动轮52和传动件53构成传动关系;所述皮肤层54与传动件53固接，所述皮肤层54位于末端指段13的表面。
[0049]本实施例中，所述第一传动轮51、第二传动轮52和传动件53设计为左右两套，两个传动件53与皮肤层54固接。所述传动件53采用传动带，所述第一传动轮51采用带轮，所述第二传动轮52采用带轮，所述第一传动轮51、第二传动轮52和传动件53构成带轮传动关系。所述基座关节驱动器31采用电机。所述基座关节传动机构32采用锥齿轮与带轮复合传动方式，通过基座过渡轴22传递动力。所述左传动机构34和右传动机构36均采用带轮传动。该实施例中，末端指段的外表面安装有左侧皮肤71和右侧皮肤72，用于辅助抓取和操作。
[0050]本实施例中，纵移驱动器37的输出轴与第一横轴61固接。即纵移驱动器37的输出轴即为第一横轴61。
[0051 ]本发明所述的三自由度表面可动机器人手指单元装置，其特征在于:所述左关节驱动器采用电机、气缸或液压缸。本实施例，所述左关节驱动器33采用电机。
[0052]本发明所述的三自由度表面可动机器人手指单元装置，其特征在于:所述右关节驱动器采用电机、气缸或液压缸。所述右关节驱动器35采用电机。
[0053]本实施例中，所述第一横轴的中心线与纵轴的中心线相互垂直。
[0054]本发明所述的三自由度表面可动机器人手指单元装置，其特征在于:所述纵移驱动器采用电机、气缸或液压缸。所述纵移驱动器37采用电机。
[0055]本发明装置的工作原理，结合图8至图12，叙述如下:
[0056]所述基座关节驱动器31开动，相应的所述基座关节轴21转动，即所述基座指段12和末端指段13绕着基座关节轴21中心线转动;所述左关节驱动器33和右关节驱动器35同时开动，并使所述左半轴23和右半轴24具有相同转速；由于所述左锥齿轮41套固在左半轴23上，所述右锥齿轮42套固在右半轴24上，所述左锥齿轮41与右锥齿轮42也会具有相同转速；若所述左锥齿轮41与右锥齿轮42转向相同，则所述上锥齿轮43与下锥齿轮44会绕着左半轴23的中心线做旋转运动；由于所述上锥齿轮43与纵轴14套固，所述纵轴14与末端指段13固接，因此，所述末端指段13会绕着左半轴23的中心线做旋转运动，从而实现所述末端指段13的弯曲；若所述左锥齿轮41与右锥齿轮42转向相反，则所述上锥齿轮43会绕着其中心线做旋转运动，由于所述上锥齿轮43与纵轴14套固，所述纵轴14末端指段13固接，因此，所述末端指段13会绕着上锥齿轮43的中心线做旋转运动，即实现了所述末端指段13的自转运动。所述纵移驱动器37开动，使带轮传动机构转动，由于所述皮肤层54与带轮传动机构的传动件53固接，从而实现了所述皮肤层54和传动件53的共同沿手指根部方向或者反向的运动。
[0057]该装置的初始位置如图7所示时，钥匙81和该装置皮肤层54接触，所述钥匙81需要旋转一个角度才能正确实现与对应锁柜82的匹配。此时所述纵移驱动器37通过减速机构带动第一横轴61转动，从而带动带轮传动机构，实现所述皮肤层54的运动，在所述钥匙81和皮肤层54的摩擦力的作用下，所述钥匙81产生旋转，从而实现所述钥匙81与对应所述锁柜82的正确匹配;开动所述左关节驱动器33和右关节驱动器35，分别通过所述左传动机构34和右传动机构36的传动作用，使所述左半轴23和右半轴24具有相同的转速和相反的转向，SP所述左锥齿轮41和右锥齿轮42具有相同的转速和相反的转向，从而使所述末端指段13绕着上锥齿轮43的中心线做旋转运动，在末端指段13旋转过程中，末端指段13会对钥匙81产生向下的摩擦力，使钥匙81向下运动，从而能够将钥匙81插入对应锁柜82当中，如图8所示。
[0058]该装置的初始位置如图9所示，所述纵移驱动器37通过减速机构带动所述第一横轴61转动，带动带轮传动机构，使所述皮肤层54运动，从而对与其接触的布条83产生摩擦力，使所述布条83产生较大变形，如图10所示;在所述布条83产生变形的同时，所述基座关节驱动器31开动，通过所述基座关节传动机构32的传动作用，使所述基座关节轴21转动，使所述基座指段12和末端指段13绕着基座关节轴21中心线转动，从而实现抓取。
[0059]本发明装置利用双驱动器、传动机构、正交布置的四个锥齿轮、左半轴、右半轴和纵轴等综合实现了绕关节轴弯曲和绕纵轴自转的关节双自由度正交转动功能;该装置利用驱动器、传动件、主从传动轮、两个横轴和皮肤层等综合实现了表面纵移功能；该装置具有可以多维移动的手指表面，适合从桌面上拾取物体，适合对所抓取物体进行位置和姿态的调整操作。该装置适合安装在机器人手指上使用，扩展了拟人机器人手指的功能，而且在运动过程中相邻手指不会发生干涉。该装置利用表面的运动对所抓取物体产生摩擦力，使物体相对手指运动或者发生变形，手指带动物体运动，达到操作物体的目的；该装置结合其他手指或其他关节，方便拾取物体，特别适合拾取扁平状物体和可变形物体等，如橡皮，硬币，纸张和布条。该装置结构紧凑、体积小，控制容易，适合安装在机器人手上使用。
【主权项】
1.一种三自由度表面可动机器人手指单元装置，其特征在于:包括基座指段、末端指段、左锥齿轮、右锥齿轮、上锥齿轮、下锥齿轮、左半轴、左关节驱动器、左传动机构、右半轴、右关节驱动器、右传动机构、纵轴和纵移组件;所述左关节驱动器安装在基座指段中，所述左关节驱动器的输出轴与左传动机构的输入端相连，所述左传动机构的输出端与左半轴相连，所述左半轴套设在基座指段中；所述右关节驱动器安装在基座指段中，所述右关节驱动器的输出轴与右传动机构的输入端相连，所述右传动机构的输出端与右半轴相连，所述右半轴套设在基座指段中；所述左锥齿轮套固在左半轴上，所述右锥齿轮套固在右半轴上，所述上锥齿轮与左锥齿轮啮合，所述上锥齿轮与右锥齿轮啮合，所述下锥齿轮与左锥齿轮啮合，所述下锥齿轮与右锥齿轮啮合;所述上锥齿轮套固在纵轴上，所述下锥齿轮活动套接在纵轴上;所述纵轴的一端固接在末端指段上;所述上锥齿轮的中心线与左锥齿轮的中心线垂直，所述左半轴中心线与右半轴中心线重合;所述纵移组件安装在末端指段上;所述纵移组件包括支承件、纵移驱动器、辅助传动机构、纵移传动机构和皮肤层;所述纵移传动机构包括第一传动轮、第二传动轮、传动件、第一横轴和第二横轴;所述支承件固接在末端指段上;所述纵移驱动器与支承件固接，所述纵移驱动器的输出轴与辅助传动机构的输入端相连，所述辅助传动机构的输出端与第一横轴相连;所述第一横轴、第二横轴分别套设在支承件上;所述第一横轴的中心线与第二横轴的中心线相互平行;所述第一传动轮套固在第一横轴上，所述第二传动轮套接在第二横轴上，所述传动件连接第一传动轮与第二传动轮，所述第一传动轮、第二传动轮和传动件构成传动关系;所述皮肤层与传动件固接，所述皮肤层位于末端指段的表面。2.如权利要求1所述的三自由度表面可动机器人手指单元装置，其特征在于:所述左关节驱动器采用电机、气缸或液压缸。3.如权利要求1所述的三自由度表面可动机器人手指单元装置，其特征在于:所述右关节驱动器采用电机、气缸或液压缸。4.如权利要求1所述的三自由度表面可动机器人手指单元装置，其特征在于:所述第一横轴的中心线与纵轴的中心线相互垂直。5.如权利要求1所述的三自由度表面可动机器人手指单元装置，其特征在于:所述纵移驱动器采用电机、气缸或液压缸。
【专利摘要】三自由度表面可动机器人手指单元装置，属于机器人手技术领域，包括两个指段、四个锥齿轮、左右两个半轴、左右两个关节驱动器、左右两个关节传动机构、纵轴、纵移驱动器、纵移传动机构和皮肤层等。本发明装置实现了绕关节轴弯曲和绕纵轴自转的关节双自由度正交转动功能，且具有表面纵移功能。该装置适合安装在机器人手指上使用，扩展了拟人机器人手指的功能，而且在运动过程中相邻手指不会发生干涉。该装置具有可以多维移动的手指表面，利用表面的运动可使物体相对运动或者变形，适合拾取物体，特别适合拾取扁平状物体和可变形物体，并可对所抓物体进行位置和姿态的调整操作。该装置结构紧凑、体积小，控制容易，适合安装在机器人手上使用。
【IPC分类】B25J15/00, B25J17/00
【公开号】CN105666509
【申请号】CN201610152957
【发明人】胡奎, 张文增
【申请人】清华大学
【公开日】2016年6月15日
【申请日】2016年3月17日