分立式三電機協同復合抓取機器人手指裝置，屬于機器人手技術領域，包括基座、三個電機及減速器、中部指段、末端指段、近關節軸、遠關節軸、錐齒輪系傳動機構、三個單向傳動機構、主動輪、從動輪、傳動件和簧件等。本發明專利技術裝置采用分散存放的三電機、主動輪、從動輪、傳動件、三個單向傳動機構、活動套接的中部指段和簧件等綜合實現了先耦合抓取與后自適應抓取相結合的復合欠驅動抓取模式；耦合運動時簧件變形小，手指可以自然停留在耦合運動的任一中間位置，能耗小；三個電機協同作用于兩個關節，使得手指能夠提供較大范圍的抓持力；結構緊湊，成本低、控制容易。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于機器人手
，特別涉及一種分立式三電機協同復合抓取機器人手指裝置的結構設計。
技術介紹
手是人最重要的器官之一，在擬人機器人領域，機器人手同樣是至關重要的環節，其結構設計與功能改進是機器人領域的關鍵技術之一。一方面，機器人手需要完成抓取、搬運等復雜動作，因此需要較為精確的控制機制；另一方面，機器人手的擬人要求決定了其體積小、重量輕等特點。現有的靈巧手有足夠的關節數及驅動數以完成精確動作，但其不足之處為非常復雜、昂貴。目前在機器人手領域還存在許多技術難題。欠驅動手在一定程度上解決了這一矛盾。耦合型欠驅動手指采用多關節同時彎曲的耦合抓取模式，由一個驅動器驅動多個關節按一定比例同時轉動。這一模式與人手抓取物體動作類似，擬人性較好，抓取過程較穩定。耦合型手指的不足之處在于動作模式較為固定，無法適應不同形狀的物體，一般以捏持方式抓取物體，對于大尺寸物體很難實現握持抓取方式，抓取效果不好。自適應欠驅動手指采用自適應抓取的動作模式，由一個驅動器驅動一個關節，其余關節在手指與物體接觸后才開始轉動。這種手指可以根據物體的不同形狀改變抓取角度，從而達到握持抓取方式，結構簡單且控制穩定。自適應欠驅動手指的不足之處在于未接觸物體時手指呈固定形態，擬人效果較差；需要在接觸物體的過程中產生對遠端指節的驅動力，可能導致近端指節受力過大，不利于抓取；對于小尺寸物體無法實現捏持抓取方式，抓取效果受到限制。針對耦合型手指與自適應欠驅動手指各自的不足之處，一種將兩者結合起來的新型復合型欠驅動抓取模式被提出來，該抓取模式為手指碰到物體之前先按照耦合模式運動，接觸物體之后近端指節的運動被物體限制，此時遠端指節繼續以自適應模式抓取物體，直至各指節完全接觸物體。已有的一種錐齒輪柔性件復合抓取機器人手指裝置，如中國專利技術專利CN106166753A，主要由基座、電機、減速器、近關節軸、中部指段、遠關節軸、末端指段、三個錐齒輪、主動輪、從動輪、兩個傳動件和簧件構成。該裝置可以實現復合欠驅動抓取過程，其不足之處在于1)只采用一個電機，目前同體積下電機的功率有限，因而限制了手指的抓取力；2)由于電機僅放置在基座(手掌)中，并沒有充分利用中部指段較空曠的空間，空間利用率低。在抓取力方面，手指對物體一般需要有較大的抓持力。人的手指所提供的力量非常大，例如人手能夠將易拉罐握扁，目前尺寸與人手指相接近的機器人手指難以有較大的出力，原因是尺寸能夠藏入手中的電機往往功率不夠大，電機的體積和功率之間的這個矛盾一直存在，影響了機器人手的發展
技術實現思路
本專利技術的目的是針對已有技術的不足之處，提供一種分立式三電機協同復合抓取機器人手指裝置，該裝置可實現先耦合抓取與后自適應抓取相結合的復合欠驅動抓取模式；充分利用手掌空間、中部指段空間和末端指段空間；末端指段能夠提供較大范圍的抓持力；該裝置結構簡單，成本低能量損耗小，控制容易。本專利技術的技術方案如下本專利技術所述的分立式三電機協同復合抓取機器人手指裝置，包括基座、中部指段、第一電機、第一減速器、末端指段、近關節軸和遠關節軸；所述近關節軸活動套接于基座中，所述中部指段活動套接在近關節軸上，所述遠關節軸活動套接于中部指段中；所述末端指段固定套接在遠關節軸上；所述近關節軸和遠關節軸平行；所述第一電機的輸出軸與第一減速器的輸入軸相連；其特征在于該分立式三電機協同復合抓取機器人手指裝置還包括第二電機、第二減速器、第三電機、第三減速器、第一錐齒輪、第二錐齒輪、第三錐齒輪、第四錐齒輪、第五錐齒輪、主動輪、從動輪、傳動件、第一單向傳動機構、第二單向傳動機構、第三單向傳動機構和簧件；所述第一電機和第一減速器均固接在中部指段中，所述第二電機和第二減速器均固接在基座上，所述第三電機和第三減速器均固接在末端指段中，第二電機的輸出軸與第二減速器的輸入軸相連，第三電機的輸出軸與第三減速器的輸入軸相連；所述第一錐齒輪固定套接在第一減速器的輸出軸上，所述第二錐齒輪固定套接在遠關節軸上，第一錐齒輪與第二錐齒輪相嚙合；所述第三錐齒輪固定套接在第三減速器的輸出軸上，第二錐齒輪與第三錐齒輪相嚙合；所述第四錐齒輪固定套接在第二減速器的輸出軸上，所述第五錐齒輪固定套接在近關節軸，第四錐齒輪與第五錐齒輪相嚙合；所述第一單向傳動機構設置在第一減速器輸出軸、第一錐齒輪、第二錐齒輪和遠關節軸四者的傳動鏈上；所述第二單向傳動機構設置在第三減速器輸出軸、第二錐齒輪、第三錐齒輪和遠關節軸四者的傳動鏈上；所述第三單向傳動機構設置在第二減速器輸出軸、第四錐齒輪、第五錐齒輪和近關節軸四者的傳動鏈上；所述的主動輪與從動輪通過傳動件相連，主動輪轉動方向與從動輪轉動方向相反；所述的主動輪固定套接在近關節軸上，所述的從動輪固定套接在遠關節軸上；所述的簧件的兩端分別連接基座和近關節軸；所述的簧件采用拉簧、壓簧或扭簧。本專利技術所述的分立式三電機協同復合抓取機器人手指裝置，其特征在于所述的第一單向傳動機構采用扭矩限制器；所述的第二單向傳動機構采用扭矩限制器；所述的第三單向傳動機構采用扭矩限制器。 本專利技術所述的分立式三電機協同復合抓取機器人手指裝置，其特征在于所述的第一單向傳動機構采用超越離合器；所述的第二單向傳動機構采用超越離合器；所述的第三單向傳動機構采用超越離合器。本專利技術所述的分立式三電機協同復合抓取機器人手指裝置，其特征在于所述的傳動件采用傳動帶或腱繩，所述的主動輪采用帶輪或繩輪，所述的從動輪采用帶輪或繩輪；所述的傳動件、主動輪和從動輪三者能夠配合形成傳動關系；所述的傳動件纏繞在主動輪和從動輪上并形成“8”字形。本專利技術所述的分立式三電機協同復合抓取機器人手指裝置，其特征在于所述的傳動件包括第一子傳動件和第二子傳動件；所述的第一子傳動件纏繞在主動輪和從動輪上并形成“S”字形，第一子傳動件的兩端分別與主動輪、從動輪固接；所述的第二子傳動件纏繞在主動輪和從動輪上并形成“Z”字形，第二子傳動件的兩端分別與主動輪、從動輪固接，第一子傳動件和第二子傳動件交叉成“8”字形；所述的第一子傳動件采用傳動帶、腱繩或鏈條，所述的第二子傳動件采用傳動帶、腱繩或鏈條，所述的主動輪采用帶輪、繩輪或鏈輪，所述的從動輪采用帶輪、繩輪或鏈輪；所述的第一子傳動件、第二子傳動件、主動輪和從動輪四者能夠配合形成傳動關系。本專利技術與現有技術相比，具有以下優點和突出性效果本專利技術裝置采用分散存放的三個電機、主動輪、從動輪、傳動件、三個單向傳動機構、活動套 接的中部指段和簧件等綜合實現了先耦合抓取與后自適應抓取相結合的復合欠驅動抓取模式，該裝置在抓取過程中既可以多關節聯動，產生較好的擬人效果；又可以適應不同形狀、尺寸的物體，產生較好的自適應抓取效果；可實現握持、捏持等多種抓取模式；耦合運動時簧件變形小，手指可以自然停留在耦合運動的任一中間位置，因此能耗小；在該裝置中，驅動器分散存放三個電機分別放置在基座、中部指段和末段指段中，充分利用手掌空間、中部指段空間和末段指段空間；三個電機協同作用于兩個關節，使得手指能夠提供較大范圍的抓持力，達到更好的穩定抓持目的，使得采用該裝置的機器人手具有更大范圍的抓取適應能力，適用于非結構化未知復雜環境的穩定抓取；三個電機之間無內部干涉和能量損耗；且該裝置結構緊湊、簡潔，成本低、控制容易。附圖說本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種分立式三電機協同復合抓取機器人手指裝置，包括基座（11）、中部指段（12）、第一電機（51）、第一減速器（52）、末端指段（13）、近關節軸（31）和遠關節軸（32）；所述近關節軸（31）活動套接于基座（11）中，所述中部指段（12）活動套接在近關節軸（31）上，所述遠關節軸（32）活動套接于中部指段（12）中；所述末端指段（13）固定套接在遠關節軸（32）上；所述近關節軸（31）和遠關節軸（32）平行；所述第一電機（51）的輸出軸與第一減速器（52）的輸入軸相連；其特征在于：該分立式三電機協同復合抓取機器人手指裝置還包括第二電機（53）、第二減速器（54）、第三電機（55）、第三減速器（56）、第一錐齒輪（61）、第二錐齒輪（62）、第三錐齒輪（63）、第四錐齒輪（64）、第五錐齒輪（65）、主動輪（41）、從動輪（42）、傳動件（43）、第一單向傳動機構、第二單向傳動機構、第三單向傳動機構和簧件（2）；所述第一電機（51）和第一減速器（52）均固接在中部指段（12）中，所述第二電機（53）和第二減速器（54）均固接在基座（11）上，所述第三電機（55）和第三減速器（56）均固接在末端指段（13）中，第二電機（53）的輸出軸與第二減速器（54）的輸入軸相連，第三電機（55）的輸出軸與第三減速器（56）的輸入軸相連；所述第一錐齒輪（61）固定套接在第一減速器（52）的輸出軸上，所述第二錐齒輪（62）固定套接在遠關節軸（32）上，第一錐齒輪（61）與第二錐齒輪（62）相嚙合；所述第三錐齒輪（63）固定套接在第三減速器（56）的輸出軸上，第二錐齒輪（62）與第三錐齒輪（63）相嚙合；所述第四錐齒輪（64）固定套接在第二減速器（54）的輸出軸上，所述第五錐齒輪（65）固定套接在近關節軸（32），第四錐齒輪（64）與第五錐齒輪（65）相嚙合；所述第一單向傳動機構設置在第一減速器（52）輸出軸、第一錐齒輪（61）、第二錐齒輪（62）和遠關節軸（32）四者的傳動鏈上；所述第二單向傳動機構設置在第三減速器（56）輸出軸、第二錐齒輪（62）、第三錐齒輪（63）和遠關節軸（32）四者的傳動鏈上；所述第三單向傳動機構設置在第二減速器（54）輸出軸、第四錐齒輪（64）、第五錐齒輪（65）和近關節軸（31）四者的傳動鏈上；所述的主動輪（41）與從動輪（42）通過傳動件（43）相連，主動輪（41）轉動方向與從動輪（42）轉動方向相反；所述的主動輪（41）固定套接在近關節軸（31）上，所述的從動輪（42）固定套接在遠關節軸（32）上；所述的簧件（2）的兩端分別連接基座（11）和近關節軸（31）；所述的簧件（2）采用拉簧、壓簧或扭簧。...
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：黎琦，張文增，
申請(專利權)人：清華大學，
類型：發明
國別省市：
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