[发明专利]机器人灵巧手手指的手指关节

说明书

技术领域

本发明涉及一种机器人手指的手指关节。

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手、Utan/M.I.T手、DLR手、NASA手等等。一些进步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)，传递力的空间距离较远且路径不规则，这些灵巧手是通过腱(绳索)来实现传动的。腱传动系统的优点是：可以使驱动器与手指本体分离，有利于减小手指的尺寸和重量；腱传动在结构的紧凑性、灵活性、成本等方面具有最好的综合指标；腱传动是一种零回差的柔顺传动方式，因而可以简化力控制器的设计。但腱传动在实现空间布置自由的同时，有其不可避免的缺陷：由于腱的刚度是有限的，所以驱动系统表现出一定的滞后，从而影响位置精度，甚至引起高增益系统的不稳定；必须对腱进行预紧，这就增加了结构的复杂性和装配的难度；同时，预紧程度对驱动系统的性能有很大的影响，较大的预紧力会产生较大的摩擦力，而较小的预紧力会导致腱的松弛，腱的张力和波动如果很大，可能会激发系统的振荡，从而引起腱的不稳定或造成腱的损坏。同时，由于腱连接的路径复杂，端部、磨损等隐患的存在，影响了系统的可靠性、可维护性，当某根腱断裂时，必须进行灵巧手整体的拆卸，工作量大。

发明内容

本发明为了解决现有机器人灵巧手的手指关节存在的可靠性差、驱动系统表现滞后、位置精度差、结构复杂、可维修性差、传递力的空间距离较远的问题，进而提供了一种机器人灵巧手手指。

本发明的技术方案是：机器人灵巧手手指的手指关节包括第一指节外壳、第二指节外壳、末端指节外壳、第一关节轴、第二关节轴、电机；第一指节外壳的上端与第二指节外壳的下端通过第一关节轴转动连接，第二指节外壳的上端与末端指节外壳的下端通过第二关节轴转动连接；它还包括指尖一维力矩传感器、钢丝耦合传动机构、带传动机构、谐波减速器、传动件；所述的电机固定在第一指节外壳内壁上，带传动机构中的第一同步带轮固装在电机的输出轴上，带传动机构中的第二同步带轮固装在第一关节轴上，谐波减速器装在第一关节轴上，传动件装在谐波减速器上并与第二指节外壳的内壁固定连接，指尖一维力矩传感器装在第二关节轴上并与末端指节外壳的内壁固定连接，钢丝耦合传动机构中的第一关节钢丝轮与第一指节外壳的内壁连接，钢丝耦合传动机构中的第二关节钢丝轮装在末端指节外壳内并与指尖一维力矩传感器连接。

本发明具有以下有益效果：本发明的灵巧手手指的手指关节集成了驱动系统、传动系统、传感器系统等，并采用了开放式的设计结构，有效的降低了手指的维护难度和维修成本。本发明的传动方式为直接传动方式，直接传动方式具有集成度高、可靠性高、位置精度高、迟滞小的优点。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。灵巧手手指部分具有两个关节1个自由度，2个耦合关节，第一关节由电机直接驱动，第二关节的转动是通过钢丝结构耦合而成，且传动比为严格的1∶1。指尖的输出力矩达到500mN·m。灵巧手手指的外形完全仿照人手的外形而设计且表面无任何电气系统布置及走线，该手指可做为一个小型机器人系统独立工作。

附图说明

图1是本发明的主视立体图，图2是图1的后视立体图，图3是本发明的主剖视图，图4是本发明的主视立体图(去掉第一指节左侧板1和第二指节左侧板3)，图5是图1的后视立体图(去掉指尖上盖6、第二指节上盖板4、第二指节右侧板10、第一指节上盖板2、第一指节右侧板11)，图6是图3的A-A剖视图；图7是本发明的第二指节左侧板3的后视图，图8是本发明的第二指节右侧板10的后视图，图9是本发明的第一指节左侧板1的主视图，图10是本发明的第一指节右侧板11的主视图，图11是手指弯曲结构示意图。

具体实施方式