本發(fā)明屬于機器人手技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種具有多種抓取力模式的復(fù)合型自適應(yīng)機器人手指裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計。

背景技術(shù)：

自適應(yīng)欠驅(qū)動機器人手采用少量電機驅(qū)動多個自由度關(guān)節(jié)，由于電機數(shù)量少，藏入手掌的電機可以選擇更大的功率和體積，出力大，同時純機械式的反饋系統(tǒng)無需對環(huán)境敏感也可以實現(xiàn)穩(wěn)定抓取，自動適應(yīng)不同形狀尺寸的物體，沒有實時傳感和閉環(huán)反饋控制的需求，控制簡單方便，降低了制造成本。

在抓取物體時主要有兩種抓取方法，一種是捏持，一種是握持。捏持是用末端手指的指尖部分去夾取物體，采用兩個點或兩個軟指面去接觸物體，主要針對小尺寸物體或具有對立面的較大物體；握持是用手指的多個指段包絡(luò)環(huán)繞物體來實現(xiàn)多個點的接觸，達到更穩(wěn)定的形狀包絡(luò)抓取。傳統(tǒng)的純自適應(yīng)欠驅(qū)動手指可以采用自適應(yīng)包絡(luò)物體的方式握持，但是無法實施末端捏持抓取。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了克服已有技術(shù)的不足之處，提供一種具有多種抓取力模式的復(fù)合型自適應(yīng)機器人手指裝置。該裝置將電機放置在手指中部，減小基座空間占用，抓取物體時能夠具有對不同形狀尺寸物體得自適應(yīng)抓取效果，控制簡單，無需復(fù)雜的傳感和控制系統(tǒng)，并且動作擬人度高，能夠捏持小物體，也可以握持重物和大的物體，抓持力可變。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

本發(fā)明設(shè)計的一種具有多種抓取力模式的復(fù)合型自適應(yīng)機器人手指裝置，其特征在于：包括基座、第一指段、第二指段、第三指段、近關(guān)節(jié)軸、中關(guān)節(jié)軸、遠關(guān)節(jié)軸、第一中間軸、第二中間軸、第一電機、第二電機、第一減速器、第二減速器、第一齒輪、第二齒輪、第三齒輪、第四齒輪、第五齒輪、第六齒輪、第七齒輪、第八齒輪、第一簧件、第二簧件、第三簧件、第四簧件、第五簧件、第六簧件、第一撥桿、第二撥桿、第三撥桿、第四撥桿、第一凸塊、第二凸塊、第三凸塊、第四凸塊、第一傳動輪、第二傳動輪、第三傳動輪、第四傳動輪、第一傳動帶和第二傳動帶；所述近關(guān)節(jié)軸活動套設(shè)在基座中；所述第一指段活動套接在近關(guān)節(jié)軸上；所述中關(guān)節(jié)軸活動套設(shè)在第一指段中；所述第二指段活動套接在中關(guān)節(jié)軸上；所述遠關(guān)節(jié)軸套設(shè)在第二指段中；所述第三指段套接在遠關(guān)節(jié)軸上；所述第一中間軸套設(shè)在第一指段中，所述第二中間軸套設(shè)在第二指段中；所述第一電機設(shè)置在第一指段中，所述第一電機與第一指段固接，所述第一電機的輸出軸與第一減速器的輸入軸相連，所述第一齒輪套固在第一減速器的輸出軸上，所述第一齒輪與第二齒輪嚙合，所述第二齒輪活動套接在近關(guān)節(jié)軸上，所述第一簧件的兩端分別連接第二齒輪和基座，所述第一撥桿與第一齒輪固接，所述第二撥桿與第四齒輪固接，所述第一撥桿與第二撥桿在行程范圍內(nèi)活動接觸，所述第三齒輪活動套接在近關(guān)節(jié)軸上，所述第三齒輪與第四齒輪嚙合，所述第四齒輪與第一傳動輪分別套接在第一中間軸上，所述第四齒輪與第一傳動輪固接，所述第一傳動帶呈“o”字形，所述第一傳動帶連接第一傳動輪和第二傳動輪，第一傳動帶、第一傳動輪、第二傳動輪三者配合形成帶輪傳動關(guān)系，所述第二傳動輪活動套接在中關(guān)節(jié)軸上，所述第五簧件的兩端分別連接第二傳動輪和第二指段，所述第一凸塊與基座固接，所述第二凸塊與第三齒輪固接，所述第一凸塊與第二凸塊在行程范圍內(nèi)活動接觸；所述第二電機設(shè)置在第二指段中，所述第二電機與第二指段固接，所述第二電機的輸出軸與第二減速器的輸入軸相連，所述第五齒輪套固在第二減速器的輸出軸上，所述第五齒輪與第六輪嚙合，所述第六齒輪活動套接在中關(guān)節(jié)軸上，所述第三簧件的兩端分別連接第六齒輪和第一指段，所述第三撥桿與第五齒輪固接，所述第四撥桿與第八齒輪固接，所述第三撥桿與第四撥桿在行程范圍內(nèi)活動接觸，所述第七齒輪活動套接在中關(guān)節(jié)軸上，所述第七齒輪與第八齒輪嚙合，所述第八齒輪和第三傳動輪分別活動套接在第二中間軸上，所述第八齒輪與第三傳動輪固接，所述第二傳動帶呈“o”字形，所述第二傳動帶連接第三傳動輪和第四傳動輪，第二傳動帶、第三傳動輪、第四傳動輪三者配合形成帶輪傳動關(guān)系，所述第四傳動輪活動套接在遠關(guān)節(jié)軸上，所述第六簧件的兩端分別連接第四傳動輪和第三指段，所述第三凸塊與第一指段固接，所述第四凸塊與第七齒輪固接，所述第三凸塊與第四凸塊在行程范圍內(nèi)活動接觸；所述第二簧件的兩端分別連接基座和第三齒輪，所述第二簧件使第二凸塊靠向第一凸塊；所述第四簧件的兩端分別連接第一指段和第七齒輪，所述第四簧件使第四凸塊靠向第三凸塊；所述第一齒輪與第二齒輪的模數(shù)相等，所述第三齒輪與第四齒輪的模數(shù)相等，所述第五齒輪與第六齒輪的模數(shù)相等，所述第七齒輪與第八齒輪的模數(shù)相等；所述第一中間軸與第一減速器的輸出軸同軸，所述第二中間軸與第二減速器的輸出軸同軸。

本發(fā)明所述的具有多種抓取力模式的復(fù)合型自適應(yīng)機器人手指裝置，其特征在于：所述第三齒輪的齒數(shù)與第四齒輪的齒數(shù)相等，所述第一傳動輪與第二傳動輪半徑相等，第七齒輪的齒數(shù)與第八齒輪的齒數(shù)相等，所述第三傳動輪與第四傳動輪半徑相等。

本發(fā)明所述的具有多種抓取力模式的復(fù)合型自適應(yīng)機器人手指裝置，其特征在于：所述第一簧件、第三簧件、第五簧件、第六簧件均采用扭簧；第二簧件、第四簧件均采用拉簧。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點和突出性效果：

本發(fā)明裝置利用電機、齒輪組合、帶輪組合、多個簧件、延時撥桿和凸塊約束等綜合實現(xiàn)了驅(qū)動內(nèi)置的變抓力捏持與握持復(fù)合自適應(yīng)抓取功能。該裝置將電機放置在手指中部，減小基座空間占用，抓取物體時能夠具有對不同形狀尺寸物體得自適應(yīng)抓取效果，控制簡單，無需復(fù)雜的傳感和控制系統(tǒng)，并且動作擬人度高，能夠捏持小物體，也可以握持重物和大的物體，抓持力可變。

附圖說明

圖1是本發(fā)明設(shè)計的具有多種抓取力模式的復(fù)合型自適應(yīng)機器人手指裝置的一種實施例的正面剖視圖。

圖2是圖1所示實施例的正視圖。

圖3是圖1所示實施例的側(cè)視圖(圖2的左側(cè)視圖)。

圖4是圖1所示實施例中部分零件的位置關(guān)系圖。

圖5是圖1所示實施例中部分零件的位置關(guān)系圖。

圖6是圖1所示實施例在初始狀態(tài)時，第一齒輪、第一撥桿與第二撥桿的相對位置圖。

圖7是圖1所示實施例在初始狀態(tài)時，第五齒輪、第三撥桿與第四撥桿的相對位置圖。

圖8是圖1所示實施例在抓取過程中第一撥桿接觸第二撥桿的示意圖。

圖9是圖1所示實施例在抓取過程中第一撥桿推動第二撥桿轉(zhuǎn)過一個角度的示意圖。

圖10是圖1所示實施例在抓取過程中第三撥桿接觸第四撥桿的示意圖。

圖11是圖1所示實施例在抓取過程中第三撥桿推動第四撥桿轉(zhuǎn)過一個角度的示意圖。

圖12至圖13是圖1所示實施例抓取物體時，第三指段先接觸物體的情形。

圖14至圖16是圖1所示實施例抓取物體時，第一指段、第二指段先于第三指段接觸物體的情形。

圖17至圖20是圖1所示實施例抓取物體時，第一指段、第二指段和第三指段依次接觸物體的情形。

在圖1至圖20中：

1－基座，21－第一指段，22－第二指段，23－第三指段，

31－近關(guān)節(jié)軸，32－中關(guān)節(jié)軸，33－遠關(guān)節(jié)軸，341－第一中間軸，

342－第二中間軸，41－第一電機，42－第二電機，411－第一減速器，

421－第二減速器，51－第一齒輪，52－第二齒輪，53－第三齒輪，

54－第四齒輪，55－第五齒輪，56－第六齒輪，57－第七齒輪，

58－第八齒輪，71－第一簧件，72－第二簧件，73－第三簧件，

74－第四簧件，75－第五簧件，76－第六簧件，81－第一撥桿，

82－第二撥桿，83－第三撥桿，84－第四撥桿，91－第一凸塊，

92－第二凸塊，93－第三凸塊，94－第四凸塊，99－物體，

101－第一傳動輪，102－第二傳動輪，103－第三傳動輪，104－第四傳動輪，

111－第一傳動帶，112－第二傳動帶。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖及實施例進一步詳細介紹本發(fā)明的具體結(jié)構(gòu)、工作原理的內(nèi)容。

本發(fā)明設(shè)計的具有多種抓取力模式的復(fù)合型自適應(yīng)機器人手指裝置的一種實施例，如圖1至圖7所示，包括基座1、第一指段21、第二指段22、第三指段23、近關(guān)節(jié)軸31、中關(guān)節(jié)軸32、遠關(guān)節(jié)軸33、第一中間軸341、第二中間軸342、第一電機41、第二電機42、第一減速器411、第二減速器412、第一齒輪51、第二齒輪52、第三齒輪53、第四齒輪54、第五齒輪55、第六齒輪56、第七齒輪57、第八齒輪58、第一簧件71、第二簧件72、第三簧件73、第四簧件74、第五簧件75、第六簧件76、第一撥桿81、第二撥桿82、第三撥桿83、第四撥桿84、第一凸塊91、第二凸塊92、第三凸塊93、第四凸塊94、第一傳動輪101、第二傳動輪102、第三傳動輪103、第四傳動輪104、第一傳動帶111和第二傳動帶112；所述近關(guān)節(jié)軸31活動套設(shè)在基座1中；所述第一指段21活動套接在近關(guān)節(jié)軸31上；所述中關(guān)節(jié)軸32活動套設(shè)在第一指段21中；所述第二指段22活動套接在中關(guān)節(jié)軸32上；所述遠關(guān)節(jié)軸33套設(shè)在第二指段22中；所述第三指段23套接在遠關(guān)節(jié)軸33上；所述第一中間軸341套設(shè)在第一指段21中，所述第二中間軸342套設(shè)在第二指段22中；所述第一電機41設(shè)置在第一指段21中，所述第一電機41與第一指段21固接，所述第一電機41的輸出軸與第一減速器411的輸入軸相連，所述第一齒輪51套固在第一減速器411的輸出軸上，所述第一齒輪51與第二齒輪52嚙合，所述第二齒輪52活動套接在近關(guān)節(jié)軸31上，所述第一簧件71的兩端分別連接第二齒輪52和基座1，所述第一撥桿81與第一齒輪51固接，所述第二撥桿82與第四齒輪54固接，所述第一撥桿81與第二撥桿82在行程范圍內(nèi)活動接觸，所述第三齒輪53活動套接在近關(guān)節(jié)軸31上，所述第三齒輪53與第四齒輪54嚙合，所述第四齒輪54與第一傳動輪101分別活動套接在第一中間軸341上，所述第四齒輪54與第一傳動輪101固接，所述第一傳動帶111呈“o”字形，所述第一傳動帶111連接第一傳動輪101和第二傳動輪102，第一傳動帶111、第一傳動輪101、第二傳動輪102三者配合形成帶輪傳動關(guān)系，所述第二傳動輪102活動套接在中關(guān)節(jié)軸32上，所述第五簧件75的兩端分別連接第二傳動輪102和第二指段22，所述第一凸塊91與基座1固接，所述第二凸塊92與第三齒輪53固接，所述第一凸塊91與第二凸塊92在行程范圍內(nèi)活動接觸；所述第二電機42設(shè)置在第二指段22中，所述第二電機42與第二指段22固接，所述第二電機42的輸出軸與第二減速器412的輸入軸相連，所述第五齒輪55套固在第二減速器412的輸出軸上，所述第五齒輪55與第六輪嚙合，所述第六齒輪56活動套接在中關(guān)節(jié)軸32上，所述第三簧件73的兩端分別連接第六齒輪56和第一指段21，所述第三撥桿83與第五齒輪55固接，所述第四撥桿84與第八齒輪58固接，所述第三撥桿83與第四撥桿84在行程范圍內(nèi)活動接觸，所述第七齒輪57活動套接在中關(guān)節(jié)軸32上，所述第七齒輪57與第八齒輪58嚙合，所述第八齒輪58和第三傳動輪103分別活動套接在第二中間軸342上，所述第八齒輪58與第三傳動輪103固接，所述第二傳動帶112呈“o”字形，所述第二傳動帶112連接第三傳動輪103和第四傳動輪104，第二傳動帶112、第三傳動輪103、第四傳動輪104三者配合形成帶輪傳動關(guān)系，所述第四傳動輪104活動套接在遠關(guān)節(jié)軸33上，所述第六簧件76的兩端分別連接第第四傳動輪104和第三指段23，所述第三凸塊93與第一指段21固接，所述第四凸塊94與第七齒輪57固接，所述第三凸塊93與第四凸塊94在行程范圍內(nèi)活動接觸；所述第二簧件72的兩端分別連接基座1和第三齒輪53，所述第二簧件72使第二凸塊92靠向第一凸塊91；所述第四簧件74的兩端分別連接第一指段21和第七齒輪57，所述第四簧件74使第四凸塊94靠向第三凸塊93；所述第一齒輪51與第二齒輪52的模數(shù)相等，所述第三齒輪53與第四齒輪54的模數(shù)相等，所述第五齒輪55與第六齒輪56的模數(shù)相等，所述第七齒輪57與第八齒輪58的模數(shù)相等；所述第一中間軸341與第一減速器411的輸出軸同軸，所述第二中間軸342與第二減速器421的輸出軸同軸。

本實施例中，所述第三齒輪53的齒數(shù)與第四齒輪54的齒數(shù)相等，所述第一傳動輪101與第二傳動輪102半徑相等，第七齒輪57的齒數(shù)與第八齒輪58的齒數(shù)相等，所述第三傳動輪103與第四傳動輪104半徑相等。

本實施例中，所述第一簧件71、第三簧件73、第五簧件75、第六簧件76均采用扭簧；第二簧件72、第四簧件74均采用拉簧。

本實施例的工作原理，結(jié)合附圖敘述如下：

該裝置初始狀態(tài)如圖1、圖2、圖3、圖4、圖5、圖6、圖7所示，此時，第二簧件72使第二凸塊92緊靠第一凸塊91(如圖4所示)，第四簧件74使第四凸塊94緊靠第三凸塊93(如圖5所示)，第一撥桿81與第二撥桿82存在一段角度距離(如圖6所示)，第三撥桿83與第四撥桿84存在一段角度距離(如圖7所示)。

第一電機41轉(zhuǎn)動，通過第一減速器411帶動第一齒輪51，帶動第二齒輪52，由于基座1不動，所以第二齒輪52會通過第一簧件71帶動第一指段21繞近關(guān)節(jié)軸31轉(zhuǎn)動(即第一指段21轉(zhuǎn)動靠向物體99)，由于第二簧件72使第二凸塊92緊靠第一凸塊91，故此時第三齒輪53相對基座1不動，因此第一指段21的轉(zhuǎn)動會導(dǎo)致第四齒輪54相對第一指段21轉(zhuǎn)動，帶動第一傳動輪101，帶動第一傳動帶111，帶動第二傳動輪102，通過第五簧件75帶動第二指段22繞中關(guān)節(jié)軸32轉(zhuǎn)動(即第二指段22轉(zhuǎn)動靠向物體99)，此時，又由于第四簧件74使第四凸塊94緊靠第三凸塊93，故而第七齒輪57相對于第一指段21不動，因此第二指段22的轉(zhuǎn)動會導(dǎo)致第八齒輪58相對于第二指段22轉(zhuǎn)動，帶動第三傳動輪103，帶動第二傳動帶112，帶動第四傳動輪104，通過第六簧件76帶動第三指段23繞遠關(guān)節(jié)軸33轉(zhuǎn)動(即第三指段23轉(zhuǎn)動靠向物體99)，從而實現(xiàn)了三個關(guān)節(jié)的耦合聯(lián)動效果。

此時，可能遇到如下不同的情況：

1)當?shù)谌付?3接觸物體99時，第一電機41再多轉(zhuǎn)一個小角度，第一簧件71、第五簧件75、第六簧件76發(fā)生變形，第一簧件71、第五簧件75、第六簧件76的變形彈力成為抓取物體99的抓持力來源，抓取結(jié)束，這一抓取過程如圖12和圖13所示；

2)當?shù)谝恢付?1接觸物體99時，第一電機41繼續(xù)轉(zhuǎn)動，第一簧件71發(fā)生變形，第一齒輪51上的第一撥桿81經(jīng)過一段時間(即第一延時)的空程轉(zhuǎn)動接觸到第四齒輪54上的第二撥桿82(如圖8所示)，并且第一撥桿81推動第二撥桿82轉(zhuǎn)動一個角度(如圖9所示)，從而轉(zhuǎn)動了第四齒輪54，帶動第一傳動輪101，帶動第一傳動帶111，帶動第二傳動輪102，通過第五簧件75帶動第二指段22繞中關(guān)節(jié)軸32轉(zhuǎn)動，第七齒輪57相對于第一指段21不動，第八齒輪58相對第二指段22轉(zhuǎn)動，帶動第三傳動輪103，帶動第二傳動帶112，帶動第四傳動輪104，通過第六簧件76帶動第三指段23繞遠關(guān)節(jié)軸33轉(zhuǎn)動。

此時，可能遇到如下不同的情況：

a)當?shù)谌付?3接觸物體99時，第一電機41再多轉(zhuǎn)一個小角度，第一簧件71、第五簧件75、第六簧件76發(fā)生變形，第一簧件71、第五簧件75、第六簧件76的變形彈力成為抓取物體99的抓持力來源，抓取結(jié)束；

b)當?shù)诙付?2接觸物體99時，第二電機42再啟動，通過第二減速器421帶動第五齒輪55，帶動第六齒輪56，通過第三簧件73帶動第二指段22繞中關(guān)節(jié)軸32轉(zhuǎn)動，第二指段22靠向物體99，第七齒輪57相對于第一指段21不動，第八齒輪58相對第二指段22轉(zhuǎn)動，帶動第三傳動輪103，帶動第二傳動帶112，帶動第四傳動輪104，通過第六簧件76帶動第三指段23轉(zhuǎn)動。

此時，可能遇到如下不同的情況：

i)當?shù)谌付?3接觸物體99時，第二電機42再多轉(zhuǎn)一個小角度，第三簧件73、第六簧件76發(fā)生變形，第三簧件73和第六簧件76的變形彈力成為抓取物體的抓持力來源，抓取結(jié)束，這一抓取過程如圖14、圖15和圖16所示；

ii)當?shù)诙付?2接觸物體99時，第二電機42繼續(xù)轉(zhuǎn)動，通過第二減速器421帶動第五齒輪55，第五齒輪55上的第三撥桿83經(jīng)過一段時間(即第二延時)的空程轉(zhuǎn)動接觸到第八齒輪58上的第四撥桿84(如圖10所示)，并且第三撥桿83推動第四撥桿84轉(zhuǎn)動了一個角度(如圖11所示)，從而轉(zhuǎn)動了第八齒輪58，帶動第三傳動輪103，帶動第二傳動帶112，帶動第四傳動輪104，通過第六簧件76帶動第三指段23轉(zhuǎn)動，直到第三指段23接觸物體，抓取結(jié)束，這一抓取過程如圖17、圖18、圖19和圖20所示。

該抓取是一種多個關(guān)節(jié)同時轉(zhuǎn)動，同時對于不同形狀尺寸物體能夠很好的適應(yīng)，具有自適應(yīng)性；在需要較小的抓取力時，僅僅需要開動第一電機41，當需要較大的抓取力時，在某個指段(指第一指段21、第二指段22或者第三指段23)接觸物體后，第一電機41繼續(xù)轉(zhuǎn)動一小段時間，可以通過不同的簧件(指第一簧件71、第三簧件73、第五簧件75和第六簧件76)實現(xiàn)變抓取力，當需要特別大的抓取力時，還可以開動第二電機42進行協(xié)同抓取，此時的抓取力由第一電機41、第二電機42共同提供，抓取力增加較多。第一電機41可以帶來三個關(guān)節(jié)(近關(guān)節(jié)、中關(guān)節(jié)和遠關(guān)節(jié))的先耦合而后自適應(yīng)的耦合自適應(yīng)復(fù)合抓取模式，第二電機42可以帶來兩個關(guān)節(jié)(中關(guān)節(jié)和遠關(guān)節(jié))的先耦合而后自適應(yīng)的耦合自適應(yīng)復(fù)合抓取模式。

當中關(guān)節(jié)的自適應(yīng)抓取發(fā)生時，第一指段21接觸物體99并且被物體99阻擋不動，第一撥桿81推動第二撥桿82轉(zhuǎn)動時，第四齒輪54轉(zhuǎn)動，第三齒輪53相對基座1轉(zhuǎn)動，第二簧件72發(fā)生變形；當遠關(guān)節(jié)的自適應(yīng)抓取發(fā)生時，第二指段22接觸物體99并且被物體99阻擋不動，第三撥桿83推動第四撥桿84轉(zhuǎn)動時，第八齒輪58轉(zhuǎn)動，第七齒輪57相對第一指段21轉(zhuǎn)動，第四簧件74發(fā)生變形。

本實施例釋放物體99時，第二電機42反轉(zhuǎn)，第一電機41反轉(zhuǎn)，后續(xù)過程與上述過程相反，不再贅述。

本發(fā)明裝置利用電機、齒輪組合、帶輪組合、多個簧件、延時撥桿和凸塊約束等綜合實現(xiàn)了驅(qū)動內(nèi)置的變抓力捏持與握持復(fù)合自適應(yīng)抓取功能。該裝置將電機放置在手指中部，減小基座空間占用，抓取物體時能夠具有對不同形狀尺寸物體得自適應(yīng)抓取效果，控制簡單，無需復(fù)雜的傳感和控制系統(tǒng)，并且動作擬人度高，能夠捏持小物體，也可以握持重物和大的物體，抓持力可變。