一种基于蜗轮蜗杆机构的五指灵巧手指节运动模块的制作方法
【专利摘要】本
【发明内容】
设计了一种基于蜗轮蜗杆机构结构特点和运动特性的五指灵巧手指节运动模块，在满足各手指运动功能的同时，能够最大程度的优化指节的空间结构，同时因所用蜗轮蜗杆机构具有自锁功能，所设计的五指灵巧手指节运动模块还能够起到断电自锁功能，提高了该灵巧手的抓取能力，更加有利于五指灵巧手的运动与抓取要求。蜗轮蜗杆减速装置作为关节模块驱动单元，其基本结构主要由蜗轮蜗杆、齿轮、轴、轴承、箱体及附件构成，并可分为三个基本结构部，即箱体、蜗轮蜗杆齿轮组、轴承与轴组合。箱体是蜗轮蜗杆机构中所有零件的基座，是支承并固定轴系部件、保证各传动件正确位置并支撑作用在减速机上荷载的重要部分；蜗轮蜗杆齿轮组用来传递电机输出动力，并改变输出力的方向；轴承与轴组合主要作用是传递动力、支撑运转并提高效率。
【专利说明】
一种基于蜗轮蜗杆机构的五指灵巧手指节运动模块
技术领域
[0001]本发明属于机械灵巧手技术领域，具体涉及蜗轮蜗杆机构在仿人五指灵巧手中的具体应用，提出了一种新型的指节运动模块，优化了整个手指的结构。
【背景技术】
[0002]随着科技水平的不断进步和新兴交叉学科的不断涌现，太空探索、核能开发、医疗器械等领域都对机器人技术提出了更高的要求，但传统的工业机器人末端夹持器存在一些突出的缺点，如灵活性差、感知力低、位置与力的控制精度不高等。近年来，由于工程应用的迫切需要，多指灵巧手的研究工作得到了迅速的发展，已逐渐成为一个专门的研究领域，涵盖从空间探索到医疗器械等领域中的一些重大课题。由于多指灵巧手涉及机构学、材料科学、机器人学、计算机图形学、自动控制等学科，很多国家都已成立了专门的多指灵巧手实验室或研究中心，大力发展这一高新技术。此外，国外在核能开发的恶劣环境下和微创手术的医疗器械中，也都开始应用灵巧手。因此，无论是从理论上还是从工程应用上看，大力加强多指灵巧手的研究，都显得格外迫切。但是，目前国内外的仿人灵巧手最大的难关在于手指指节的设计，如何在狭小的空间内合理布局，使其完成预定的目标是人们亟待解决的重要难题。
【发明内容】
[0003]本
【发明内容】
设计了一种基于蜗轮蜗杆机构结构特点和运动特性的五指灵巧手指节运动模块，在满足各手指运动功能的同时，能够最大程度的优化指节的空间结构，同时因所用蜗轮蜗杆机构具有自锁功能，所设计的五指灵巧手指节运动模块还能够起到断电自锁功能，提高了该灵巧手的抓取能力，更加有利于五指灵巧手的运动与抓取要求。蜗轮蜗杆减速装置作为关节模块驱动单元，其基本结构主要由蜗轮蜗杆、齿轮、轴、轴承、箱体及附件构成，并可分为三个基本结构部，即箱体、蜗轮蜗杆齿轮组、轴承与轴组合。箱体是蜗轮蜗杆机构中所有零件的基座，是支承并固定轴系部件、保证各传动件正确位置并支撑作用在减速机上荷载的重要部分;蜗轮蜗杆齿轮组用来传递电机输出动力，并改变输出力的方向；轴承与轴组合主要作用是传递动力、支撑运转并提高效率。
[0004]技术实现
[0005]为了实现上述发明目的，我们基于蜗轮蜗杆机构的结构特点与运动特性，设计了五指灵巧手的指节运动模块，在保证其力矩的同时，充分减小了指节模块的空间体积。
[0006]蜗轮蜗杆减速箱主体部分为三个钣金外壳，钣金外壳-1、钣金外壳_2、钣金外壳-3形成了整个手指模块的空间布局，其中的钣金外壳-1和钣金外壳-2均为U形结构，钣金外壳-3为定位件，钣金外壳-2包覆钣金外壳-1和钣金外壳-3，通过螺栓固定3个钣金外壳件。钣金外壳-1上固定电机，将电机轴伸入钣金外壳-1的U形结构，并在输出轴连接电机输出齿轮，在钣金外壳-1和钣金外壳-2上由蜗杆D轴固定蜗杆和齿轮件，蜗杆与齿轮固定在一起形成蜗杆和齿轮件，钣金外壳-1和钣金外壳-2侧面再由蜗轮D轴固定蜗轮、电位计，蜗杆通过齿轮与电机输出齿轮组成连接，实现了输出轴的位置偏移传动，最终将电机的横向转速转变为纵向转速，改变输出力的方向，实现单个指节的弯曲。在蜗轮D轴两侧添加法兰轴承和轴承，传递动力并提高传递效率。
[0007]两节手指指节通过两个连接件连接构成，连接件一端与电机相连，采用包围形式，通过螺栓螺母锁紧，可调节其连接距离，进而调节单个指节的长度，以适应不同的人手结构。连接件另一端有D形槽口，与蜗轮D轴两侧连接，传动上一指节传输的力矩，实现两个指节的相对弯曲运动。每一根手指都由三个关节构成，每一关节单独控制，并增加电位计和压力贴片，实现了手指的位置反馈和示教功能，加强了整个手指的灵活程度和抓取能力，让它更像人类的手指。
[0008]本发明优点在于:
[0009](I)机械结构紧凑、体积外形轻巧、小型高效；
[0010](2)运行平稳、噪音小、经久耐用；
[0011](3)具有断电自锁功能，可控性能好；
[0012](4)具有位置反馈功能和示教模式，可编程性强。
【附图说明】
[0013]附图1为基于蜗轮蜗杆机构的五指灵巧手手指的整体示意图；
[0014]附图2为蜗轮蜗杆机构模块的爆炸示意图；
[0015]附图3为电机与钣金外壳连接示意图；
[0016]附图4为蜗轮蜗杆布局示意图；
[0017]附图5为蜗轮与蜗轮D轴的装配示意图；
[0018]附图6为钣金外壳装配示意图；
[0019]附图7为输出轴偏移传动示意图；
[0020]附图8为两个蜗轮蜗杆机构模块连接形成弯曲运动的示意图；
[0021 ]附图9为连接件连接蜗轮D轴的示意图；
[0022]附图中:1一蜗杆和齿轮件，2—蜗杆D轴，3—电机输出齿轮，4一电位计，5—法兰轴承，6—饭金外壳_1，7 一电机，8 一轴承，9 一蜗轮D轴，10—蜗轮，11 一饭金外壳_2，12 一饭金外壳-3，13—连接件-1，14一连接件-2。
【具体实施方式】
[0023]附图2为蜗轮蜗杆机构模块的爆炸示意图；主要包括蜗杆和齿轮件(I)、蜗杆D轴
(2)、电机输出齿轮(3)、电位计(4)、法兰轴承(5)、钣金外壳-1(6)、电机(7)、轴承(8)、蜗轮D轴(9)、蜗轮(10)、钣金外壳-2(11)、钣金外壳-3(12)。
[0024]附图3为电机与钣金外壳连接示意图。钣金外壳-1(6)上固定电机(7)，将电机(7)轴伸入钣金外壳-1 (6)的U形结构，并在输出轴连接电机输出齿轮(3)。
[0025]附图4为蜗轮蜗杆布局示意图。蜗杆和齿轮件(I)分别与电机输出轴齿轮(3)和蜗轮(1)连接在一起，布局紧凑，将电机输出扭力方向转变。
[0026]附图5为蜗轮与蜗轮D轴的装配示意图。法兰轴承(5)、蜗轮(10)、电位计(4)、轴承
(8)依次固定在蜗轮D轴(2)上。
[0027]附图6为钣金外壳装配不意图。钣金外壳-2(11)包覆钣金外壳-1 (6)和钣金外壳-3
(12)，通过螺栓固定3个钣金外壳件，钣金外壳-3(12)为定位件。
[0028]附图8为两个蜗轮蜗杆机构模块连接形成弯曲运动的示意图。连接件一端与电机
(7)相连，采用包围形式，通过螺栓螺母锁紧，可调节其连接距离;连接件另一端有D形槽口，与蜗轮D轴(9)两侧连接。
【主权项】
1.一种基于蜗轮蜗杆机构的五指灵巧手指节运动模块，其特征在于依据蜗轮蜗杆机构的结构特点和运动特性，将蜗轮蜗杆合理放置在狭窄的手指模块空间结构中，并将电机竖直方向的扭矩转变为水平方向的扭矩，最大程度地优化了五指灵巧手指节的空间结构，实现了结构紧凑、工作可靠的设计目标。整个灵巧手拥有20个自由度，蜗杆D轴固定有电位计，可以反馈位置信息，两个模块通过连接件连接在一起，通过调整连接件的位置即可灵活调节单个指节的长度。2.根据权利要求1，基于蜗轮蜗杆机构的五指灵巧手指节运动模块其特征在于蜗杆和齿轮固定在一起，蜗杆的固定齿轮与电机输出齿轮连接，蜗杆与蜗轮连接，将电机的输出扭矩传递给蜗轮，节省了布局空间。3.根据权利要求1，基于蜗轮蜗杆机构的五指灵巧手指节运动模块，其特征在于两个指节之间的相对连接模块，指节连接件一端固定在一个指节的电机上，采用包覆形式，可调节指节长度，另一端通过D形槽口与另一个指节的蜗轮D轴连接。4.根据权利要求1，基于蜗轮蜗杆机构的五指灵巧手指节运动模块，其特征在于指节运动模块蜗轮蜗杆D轴空间布局，指节由三个箱体构成，I箱体与2箱体均为U形结构，交叉在一起，二者的D形槽确定了蜗轮的位置，圆形槽口固定法兰轴承，放置蜗轮的D轴。5.根据权利要求1，基于蜗轮蜗杆机构的五指灵巧手指节运动模块，其特征在于电机固定位置在I箱体的U形面，将输出轴伸入U形箱体，电机外露在外侧，充当手指指节。6.根据权利要求1，基于蜗轮蜗杆机构的五指灵巧手指节运动模块，其特征在于电位计与蜗轮D轴固定，用3箱体包涵在U形箱体内部，反馈蜗轮转动角度，即反馈指节的弯曲角度。
【文档编号】B25J15/00GK105881536SQ201610371317
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年5月30日
【发明人】罗庆生, 孙尧, 汪常进, 徐佳锋, 刘星栋, 周信兵
【申请人】北京理工大学