CN103009398B - 一种欠驱动精巧传动结构的仿人手 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种欠驱动精巧传动结构的仿人手，该手有五个手指，大拇指由两个关节组成，其它手指均由三个关节组成。拇指之外的手指主要由冠状齿轮，圆柱齿轮，冠状齿轮连接轴及其相关部分组成，其各关节是紧密联系在一起的整体，通过一个电机即可实现每个手指的转动：首先由电机带动第一个圆柱齿轮，使与之相啮合的左右两个冠状齿轮向相反方向转动，实现指节转动的同时，带动与之啮合的另一圆柱齿轮转动，从而将传动传到下一指节；下两个关节的传动方式与之类似。本精巧传动机构的仿人手结构简单紧凑，传递精度高，安装方便，质量轻，体积小，所需电机少，适合作为仿人手或机械臂上使用。

Description

一种欠驱动精巧传动结构的仿人手
技术领域
本发明属于仿人机器人技术领域，特别涉及一种欠驱动精巧传动机构的仿人手的机构设计。
背景技术
仿人机器人是与人类最接近的一种机器人，与传统的轮式机器人或履带机器人相比，仿人机器人更接近人类日常生活环境，同时更便于使用为人类发明设计的各种工具，因此，仿人机器人具有广阔的发展前景。
与人类类似，仿人机器人的很多功能都要通过手部操作来实现，因此机器人手是机器人不可或缺的一部分,相对于机器人的其它部分,仿人手具有自由度多,体积小,非常灵巧,控制复杂等特点与难点。目前现有的灵巧手虽然控制灵活，但是结构非常复杂，质量过重，控制难度相当大，制造和维护成本很高，这些因素阻碍了灵巧手在仿人机器人上的广泛推广应用。
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，使手指过于粗大。
中国发明专利CN 101941205 A，柔性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，还包括传动轮、滑块、簧件、及柔性件等。将耦合传动与欠驱动传动结合起来，利用滑块活接触方式使手指弯曲抓起物体。该装置不足之处仍为结构较复杂，总体尺寸也比人手打大很多。
发明内容
本发明的目的是针对上述现有技术中仿人手及机械臂机构的不足之处，提供一种欠驱动精巧传动机构的仿人手装置，该装置结构简单紧凑，传递精度高，安装方便，质量轻，体积小，所需电机少，和普通人手差不多大小，适合作为仿人机器人手或机械臂手使用。
本发明解决技术问题采取的技术方案如下：
本发明所述的一种欠驱动精巧传动机构的仿人手装置，包括手掌、五根手指；其中，手指包括第一指节、第二指节、第三指节、第四指节、传动关节、圆柱齿轮，冠状齿轮，圆柱齿轮传动轴、冠状齿轮连接轴、关节定位柱、电机及减速器等。所述的第一指节上固定有减速器，所述的减速器下边连接有电机，同时减速器连接一级圆柱齿轮，所述的一级圆柱齿轮与第一关节中的一对冠状齿轮啮合；所述的一对冠状齿轮中间通过冠状齿轮连接轴连接，外侧分别与第二指节的左右两端连接，其中左边冠齿轮与根指关节固定连接，而右边冠齿轮只取介轮作用，与第二指节不固定；与所述的一级圆柱齿轮相对的一端，二级圆柱齿轮与所述冠状齿轮啮合，此圆柱齿轮与第二指节圆柱齿轮传动轴连接；所述的第二指节圆柱齿轮传动轴装在第二指节关节定位柱上；所述关节定位柱固定在第二指节关节中心；第三指节和第四指节结构均与第二指节类似，但在第三指节，冠状齿轮中的介轮位置跟第二指节介轮位置不同。三关节串联平行排列。
本发明所述的一种欠驱动精巧传动机构的仿人手手指装置，其特征在于：所述传动关节中的圆柱齿轮和冠状齿轮可换成圆锥齿轮；
本发明所述的一种欠驱动精巧传动机构的仿人手手指装置，其特征在于：所述的二级圆柱齿轮和可动冠状齿轮啮合的位置开一小口，以免齿轮相互之间卡死，使运动传递更流畅。
本发明所述的一种欠驱动精巧传动机构的仿人手手指装置，其特征在于：通过调节冠状齿轮与圆柱齿轮之间的传动比和改变指节的长度可实现不同角度，不同幅度的弯曲转动。
本发明的有益效果及优点是：
本精巧传动机构的仿人手结构简单紧凑，传递精度高，安装方便，质量轻，体积小，所需电机少，且能根据需要调节所述冠状齿轮与圆柱齿轮之间的传动比和改变各指节的长度实现不同角度的偏转，适合作为仿人机器人手和机械臂手使用。
附图说明
图1是本发明提供的一种欠驱动精巧传动机构的仿人手的正面整体外观图。
图2是本实施例的手指的正面外观图。
图3是图2的A-A向剖视图。
图4是本实施例指关节运动的原理图。
图5是本实施例的手指关节定位柱(13)的等轴测视图。
图中：1第一指节，2第二指节，3第三指节，4第四节，5一级圆柱齿轮，6固定冠状齿轮，7可动冠状齿轮，8二级圆柱齿轮，9冠状齿轮连接轴，10减速器，11电机，12圆柱齿轮连接轴，13关节定位柱，14手掌，15拇指，16食指，17中指，18无名指，19小指。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为对本发明的限定。
参见图1，一种欠驱动精巧传动机构的仿人手装置，总体上由手掌(14)、拇指(15)、食指(16)、中指(17)、无名指(18)、小指(19)组成；其中所述手指包括第一指节(1)、第二指节(2)、第三指节(3)、第四指节(4)、一级圆柱齿轮(5)，固定冠状齿轮(6)，固定冠状齿轮(7)，二级圆柱齿轮(8)，圆柱齿轮传动轴(12)、冠状齿轮连接轴(9)、电机(11)、减速器(10)及关节定位柱(13)。所述的第一指节(1)上固定有减速器(10)，所述的减速器(10)下边连接有电机(11)，同时减速器连接一级圆柱齿轮(5)，所述的一级圆柱齿轮(5)与第一关节中的一对冠状齿轮(6、7)啮合；所述的一对冠状齿轮(6、7)中间通过冠状齿轮连接轴(9)连接，外侧分别与第二指节(2)的左右两端连接，其中固定冠齿轮(6)与第二指节(2)左边固定连接，而可动冠齿轮(7)只起介轮作用，安装在冠状齿轮连接轴(9)上；与所述的一级圆柱齿轮(5)相对的一端，二级圆柱齿轮(8)与所述冠状齿轮(6、7)啮合，此二级圆柱齿轮(8)与第二指节圆柱齿轮传动轴(12)连接，所述的第二指节圆柱齿轮传动轴(12)由第二指节定位柱(13)定位；所述的第二指节定位柱(13)固定在第二指节(2)中心；第三指节(3)和第四指节(4)均与第二指节(2)类似，但在第三指节，冠状齿轮中的介轮位置跟第二指节(2)中介轮位置不同；三关节串联平行排列；所述的各手指通过第一指节与手掌(14)固定。
本实施例的工作原理，如图2所示，现叙述如下：
电机(11)通过减速器(10)带动一级圆柱齿轮(5)转动，如图2假设按图示方向转动，则与之啮合的固定冠状齿轮(6)随之转动，固定冠状齿轮(6)的转动一方面带动第二指节(2)绕冠状齿轮连接轴(9)转动，另一方面带动与之啮合的二级圆柱齿轮(8)绕如图所示方向转动，从而实现第二指节(2)转动的同时，又能将转动传到下一级；第三指节(3)和第四指节(4)运动方式与之类似；每个手指的运动也类似，均由一个电机驱动，实现该仿人手抓取物体。
以上所述的实施例，只是本发明较优选的具体实施方式的一种，本领域的技术人员在本发明技术方案范围内进行的变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。

Claims (1)

1.一种欠驱动精巧传动结构的仿人手，包括手掌(14)、拇指(15)、食指(16)、中指(17)、无名指(18)和小指(19)，其特征在于：
所述食指(16)、中指(17)、无名指(18)、小指(19)均包括第一指节(1)、第二指节(2)、第三指节(3)及第四指节(4)，通过三个传动关节相连；
所述拇指(15)包括第一指节(1)、第三指节(3)、第四指节(4)，通过两个传动关节相连；
各个手指通过各自的第一指节(1)固定在所述手掌(14)上；
所述食指(16)、中指(17)、无名指(18)、小指(19)的四个手指指节(1、2、3、4)均为矩形结构；
各个所述传动关节分别包括一级圆柱齿轮(5)、固定冠状齿轮(6)、可动冠状齿轮(7)、二级圆柱齿轮(8)，以及冠状齿轮连接轴(9)；
各所述第一指节(1)上分别固定有减速器(10)，各所述减速器下边分别连接电机(11)；
所述各指节中心固定有关节定位柱(13),所述关节定位柱(13)中心通过圆柱传动轴(12)；
所述一级圆柱齿轮(5)和所述固定冠状齿轮(6)及可动冠状齿轮(7)啮合，所述固定冠状齿轮(6)及可动冠状齿轮(7)还与二级圆柱齿轮(8)啮合；由此将转动传到所述第二指节(2)，再传到所述第三指节(3)及第四指节(4)；
所述第二指节(2)，通过与所述固定冠状齿轮(6)固定实现自身的转动，而所述可动冠状齿轮(7)不与第二指节(2)固定；
所述的二级圆柱齿轮(8)和可动冠状齿轮(7)啮合的位置开一小口，以免齿轮相互之间卡死，使传递运动更流畅；
电机(11)通过减速器(10)带动一级圆柱齿轮(5)转动，则与之啮合的固定冠状齿轮(6)随之转动，固定冠状齿轮(6)的转动一方面带动第二指节(2)绕冠状齿轮连接轴(9)转动，另一方面带动与之啮合的二级圆柱齿轮(8)转动，从而实现第二指节(2)转动的同时，又能将转动传到下一级；第三指节(3)和第四指节(4)运动方式与之类似；每个手指的运动也类似，均由一个电机驱动，实现该仿人手抓取物体；
所述仿人手可通过调节冠状齿轮与圆柱齿轮之间的传动比和改变各指节(2、3、4)的长度可实现不同角度，不同幅度的弯曲转动。
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