[发明专利]机器人灵巧手手指基关节机构

说明书

技术领域

本发明涉及一种机器人灵巧手手指。

背景技术

机器人灵巧手技术作为机器人技术的一个重要分支，经过几十年的发展取得了很好的成绩，也相继诞生了一些有代表性的灵巧手，比如Stanford/JPL(斯坦福研制的灵巧手)、Utan/M.I.T(麻省理工研制的灵巧手)、DLR(德国宇航中心研制的灵巧手)、NASA(美国宇航局研制的灵巧手)等等。上述这些灵巧手的进步之处主要体现在机械结构、驱动、传感、集成度以及控制等方面。但由于受到电机技术、电子产品制造技术等的限制，以往的灵巧手在集成度方面还没有达到令人满意的程度，比如Stanford/JPL手、Utan/M.I.T手以及商品化的Shadow手等，将驱动器等置于灵巧手的外部(如前臂内)，此时传递力的空间距离较远且路径不规则，通过腱(绳索)来实现传动。另一种传动方式，是通过齿轮、齿形皮带等的直接传动。直接传动方式具有腱传动无法比拟的优点，集成度高、可靠性高、迟滞小等。直接传动方式对驱动、减速机构与转动关节的空间位置有较高的要求，要求将电机、减速机构、传感以及电气等集成在手指或手掌内部。

目前已研制成功的灵巧手大多采用类似人手的自由度布置：4个关节、3个自由度。手指根部有2个关节(合称为基关节)、2个自由度，实现手指的弯曲和侧摆运动；手指部分有2个关节、1个自由度，两个关节通过机构耦合运动。有两个自由度的基关节主要有3种实现方式：两个垂直、但不交叉的轴，由两个驱动器分别独立的运动，结构简单、但降低了关节的灵活性；与人手基关节类似的球/孔结构，关节转动灵活、但实现难度大；

发明内容

本发明的目的是提供一种机器人灵巧手手指基关节机构，它可解决现有的机器人灵巧手手指基关节采用两个垂直、但不交叉的轴，并由两个驱动器分别独立驱动的运动方式，存在基关节的灵活性差及采用与人手基关节类似的球/孔结构存在实现关节转动难度大的问题。

本发明由框架、差动机构、二维力矩传感器、两套驱动系统、关节轴、关节轴承、电气控制板、连接电路板、绝对位置传感器组成；所述两套驱动系统相对框架的纵向中心线对称设置在框架内，所述差动机构设置在框架内并置于两套驱动系统中间，两套驱动系统由第一驱动系统和第二驱动系统组成，差动机构由两个主动锥齿轮和两个从动锥齿轮组成，所述两个主动锥齿轮由第一主动锥齿轮和第二主动锥齿轮组成，所述两个从动锥齿轮由第一从动锥齿轮和第二从动锥齿轮组成，所述关节轴由长轴和两个半轴组成，所述两个半轴对称设置在长轴的两侧，且两个半轴的轴线与长轴的轴线垂直并相交，所述两个主动锥齿轮相对设置并装在长轴上，两个从动锥齿轮相对设置并分别装在相应的半轴上，且两个主动锥齿轮分别与两个从动锥齿轮啮合，所述长轴的两端通过关节轴承装在框架上，所述两个半轴分别与二维力矩传感器固接，所述第一驱动系统通过第一主动锥齿轮将动力传递给第一从动锥齿轮，所述第二驱动系统通过第二主动锥齿轮将动力传递给第二从动锥齿轮，第一从动锥齿轮与所述二维力矩传感器传动连接，所述电气控制板固定装在框架的下端，所述连接电路板固定装在框架的一侧端面上，所述绝对位置传感器固定装在框架上。

本发明具有以下有益效果：本发明的手指基关节机构有两个自由度，通过两个电机驱动高速齿形皮带、谐波减速器、低速齿形皮带和四个锥齿轮组成的差动机构实现手指的翘曲和侧摆运动，手指基关节两个自由度的运动通过差动机构的主动锥齿轮的运动合成实现。为了便于皮带的选择，两套驱动系统的电机、减速、传动结构相同，两个电机并排置于框架的底部，两个谐波减速器并排置于两个电机的上方。手指基关节的输出力矩是由两套驱动系统合成的，从而在相同的关节输出力矩下，有利于采用更小的驱动系统，最大限度地减小体积、降低重量，使结构更加紧凑，加工、装配更加容易。

附图说明