CN2492352Y - 两自由度关节机构 - Google Patents

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张玉茹
郭卫东
刘博�
张�浩
李继婷
关琪
李磊等
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本实用新型涉及一种应用于机器人灵巧手近指节的关节机构。它由电机、齿轮和十字轴组成,近指节与掌骨节以十字轴连接,十字轴的两交叉轴分别由侧摆轴和屈曲轴组成,侧摆轴的两端与掌骨节之间分别以两个轴承连接,屈曲轴的两端与近指节之间分别以两个轴承连接,侧摆轴的两端各设置一个齿轮,一个齿轮与侧摆轴固连,另一个齿轮经轴承与侧摆轴连接;屈曲轴固连的齿轮与侧摆轴上的齿轮啮合,组成齿轮副。本实用新型能够在近指节关节同时实现屈曲和侧摆两个自由度,十字轴结构用以实现侧摆运动,且连接强度高,维护周期长;两个驱动电机立放于掌骨节内,直接驱动齿轮,结构更紧凑,运动性能更优越;研制费用低,加工和安装方便;本实用新型还适用于工业机器人的腰关节、肩关节、腕关节等。

Description

两自由度关节机构
本实用新型涉及一种应用于机器人灵巧手近指节的关节机构。
背景技术：机器人灵巧手传动方式有多种，常见的有：连杆类、钢丝绳类、齿轮齿形带类、齿轮类等。采用齿轮类传动的灵巧手不断增多，德国宇航中心dlr’s hand II型灵巧手的结构为：四个齿轮构成两对齿轮副，其中，一对是斜锥齿轮，另一对是锥齿轮。两个自制直流电机卧放(轴线在水平面内)于基指节内(掌骨节)，通过齿形带传动到基指节(掌骨节)关节齿轮。两电机同时逆向转动实现关节的屈曲运动，两电机同时同向转动实现指的侧摆运动，近指节于基指节(掌骨节)连接方式为单轴镶嵌式结构。此种结构虽然能在近指关节同时实现屈曲和侧摆两个自由度，但是，使得近指关节的连接强度较弱，外形尺寸较大，传动方式和制造、装配及控制较为复杂，制造成本也较高。
发明内容：为了使灵巧手在近指节关节同时实现屈曲和侧摆两个自由度，减小近指关节的外形尺寸，并降低制造成本，本实用新型结构为：近指节与掌骨节以十字轴连接，十字轴的两交叉轴分别由侧摆轴和屈曲轴组成，侧摆轴的两端与掌骨节之间分别以两个轴承连接，屈曲轴的两端与近指节之间分别以两个轴承连接，侧摆轴的两端各设置一个齿轮，一个齿轮与侧摆轴固连，另一个齿轮经轴承与侧摆轴连接；屈曲轴固连的齿轮与侧摆轴上的齿轮啮合，组成齿轮副。本实用新型能够在近指节关节同时实现屈曲和侧摆两个自由度，其中，以十字轴结构实现侧摆运动，可使指的连接强度高，维护周期长；两个驱动电机立放于掌骨节内，直接驱动齿轮，结构更紧凑，运动性能更优越；电机可以直接购得，节约研制费用；轮系全部由标准锥齿轮组成，方便加工和安装。上述十字轴混合轮系机构，还适用于工业机器人的腰关节、肩关节、腕关节等。
图1为手掌布局示意图；
图2为近指节关节示意图；
图3为近指节关节俯视示意图。
为了在灵巧手近指节处同时实现屈曲和侧摆两个自由度，可采用十字轴连接、锥齿轮传动的方式。
如附图2、3所示，近指节5与掌骨节8之间由屈曲关节6和侧摆关节7连接，近指节5与掌骨节8以十字轴连接，十字轴的两交叉轴分别命名为侧摆轴21和屈曲轴20。侧摆轴21与掌骨节8以轴承10、16连接，屈曲轴20与近指节5以轴承19、23连接。侧摆轴21两端各置一个齿轮9、14，其中侧摆轴21与齿轮9以半月键26作连接，并装在掌骨节(8)上，齿轮9与侧摆轴21固连，另一个齿轮14以轴承15与侧摆轴21连接。屈曲轴20仅在一端固连一个齿轮13，与侧摆轴21上的动齿轮14啮合，组成齿轮副。活动耳片22装在侧摆轴21的一端，活动耳片25装在屈曲轴20的一端，每个端面由四个端盖24分别固定。
电机2(18)工作时，由电机齿轮17通过惰轮—齿轮14驱动齿轮13，齿轮13与近指节5固连，一同绕屈曲轴20转动，实现指的屈曲运动。电机12工作时，十字轴上的三个齿轮—齿轮9、齿轮14、齿轮13构成类似周转轮系的关系，电机齿轮11驱动齿轮9，带动近指节5绕侧摆轴21进行侧摆运动。
由结构可知，近指节摆动会引发指的屈曲运动，电机12、电机18协同工作，可控制手指仅发生摆动或屈曲。实际操作中，电机12、电机18同时工作，可使指端到达工作空间的任何位置。
图1中的1—远指节；2—远指节关节；3—中指节；4—中指节关节。

Claims (1)

1.一种由齿轮和十字轴组成的灵巧手近指节关节机构，其特征是，近指节与掌骨节以十字轴连接，十字轴的两交叉轴分别由侧摆轴和屈曲轴组成，侧摆轴的两端与掌骨节之间分别以两个轴承连接，屈曲轴的两端与近指节之间分别以两个轴承连接，侧摆轴的两端各设置一个齿轮，一个齿轮与侧摆轴固连，另一个齿轮经轴承与侧摆轴连接；屈曲轴固连的齿轮与侧摆轴上的齿轮啮合。
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