一種基于冠齒輪的機器人靈巧手拇指轉動機構的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種機器人靈巧手拇指轉動機構。
【背景技術】
[0002]隨著社會的進步和人類對未知領域探索的不斷深入，如太空環(huán)境、核環(huán)境等，傳統(tǒng)的機器人末端執(zhí)行器由于抓取方式單一、缺少靈活性等缺點，已經(jīng)不能滿足面對復雜環(huán)境和任務的需求。多指機器人靈巧手具有多自由度和多感知功能，面對復雜環(huán)境和任務具有良好的抓取和操作性能，其研究越來越受到重視，但對于拇指機構的研究并不多。而事實上，人手之所以既能實現(xiàn)強力抓取又能實現(xiàn)精確操作，正是得益于拇指。拇指與其余四指之間的對掌運動【movement of opposit1n】是上述功能實現(xiàn)的必要保證。然而由于目前技術的限制，人手生物系統(tǒng)的機械復制是幾乎不可能，也是沒有必要的，因為設計者的目標是獲得一個功能性的拇指。但是在現(xiàn)有的靈巧手設計中，大多只是將拇指同其它手指一起做模塊化處理，并將其簡單地置于其他手指的對面。這種設計很難實現(xiàn)對掌運動或者只能部分實現(xiàn)對掌運動的功能。

【發(fā)明內容】

[0003]本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有的機器人靈巧手拇指機構難以實現(xiàn)人手對掌運動的功能的問題，從而提出了一種基于冠齒輪的機器人靈巧手拇指轉動機構。
[0004]本發(fā)明為解決上述問題采取的技術方案是:
[0005]—種基于冠齒輪的機器人靈巧手拇指轉動機構，它包括動力輸入裝置、手掌板框架、絕對位置傳感器和運動輸出裝置，所述動力輸入裝置設置在手掌板框架的一側，所述運動輸出裝置位于手掌板框架的另一側，所述手掌板框架上設置有絕對位置傳感器；
[0006]所述動力輸入裝置包括電機、波發(fā)生器、剛輪、柔輪、固定基座、殼體、動力輸出軸和小齒輪，所述電機的輸出軸與動力輸出軸同軸并列設置，所述電機固定安裝在固定基座上，所述波發(fā)生器套裝在電機的輸出軸上，所述柔輪設置在電機的輸出軸與動力輸出軸之間，所述柔輪的小口端固定套裝在動力輸出軸上，所述柔輪的大口端套裝在波發(fā)生器外，所述動力輸出軸外套裝有殼體，所述小齒輪位于殼體內且套裝在動力輸出軸上，所述剛輪位于固定基座內且套裝在柔輪外；
[0007]所述運動輸出裝置包括冠齒輪、運動輸出軸、拇指支撐座、箱體和輔助基座，所述運動輸出軸穿設在拇指支撐座上，所述箱體套裝在運動輸出軸的一端且其外壁固定連接在手掌板框架上，所述冠齒輪位于箱體內且套裝在運動輸出軸上，所述輔助基座套裝在運動輸出軸的另一端且其外壁固定連接在手掌板框架上，所述絕對位置傳感器包括電位和電路板，所述電路板設置在輔助基座上，所述電位計固定連接在電路板上；所述殼體穿過手掌板框架與箱體可拆卸連接，所述小齒輪與冠齒輪相嚙合。
[0008]本發(fā)明的具有以下有益效果:
[0009]1、本發(fā)明基于機電一體化設計的設計思想，將驅動、傳動、傳感完全集成在一起，結構緊湊，具有集成度高、可靠度高、易于維護的優(yōu)點。
[0010]2、本發(fā)明通過動力輸入裝置、絕對位置傳感器和運動輸出裝置之間的相互配合實現(xiàn)拇指的運動，通過冠齒輪、運動輸出軸、拇指支撐座、箱體和輔助基座之間的相互配合實現(xiàn)拇指的外展內收運動，有效地實現(xiàn)了人手拇指的對掌運動的功能。
[0011]3、本發(fā)明具有體積小以及傳遞扭矩大的特點，其中動力輸入裝置可以布置在36mmX 23mmX 51mm的空間內，本發(fā)明傳遞的最大扭矩可達2.5Nm,可以保證機器人靈巧手拇指機構在動態(tài)抓取時具有最大15N的指尖輸出力。
【附圖說明】
[0012]圖1是本發(fā)明的立體結構示意圖；
[0013]圖2是本發(fā)明與機器人靈巧手拇指機構5之間的使用狀態(tài)圖；
[0014]圖3是動力輸入裝置1的主視結構示意圖；
[0015]圖4是圖3中A-A處的剖面圖；
[0016]圖5是運動輸出裝置4的主視結構示意圖；
[0017]圖6是圖5中B-B處的剖面圖；
[0018]圖7為電機1-1與固定基座1-4之間連接關系的立體結構示意圖；
[0019]圖8為電機1-1與波發(fā)生器1-2之間連接關系的立體結構示意圖；
[0020]圖9為剛輪1-5與固定基座1-4之間連接關系的立體結構示意圖；
[0021]圖10為柔輪1-8與動力輸出軸1-12之間的裝配圖；
[0022]圖11為殼體1-6與固定基座1-4之間的裝配圖；
[0023]圖12為冠齒輪4-6與運動輸出軸4-10之間的裝配圖；
[0024]圖13為拇指支撐座4-9與運動輸出軸4-10之間的裝配圖；
[0025]圖14為殼體1-6與箱體4-4之間連接關系的立體結構示意圖；
[0026]圖15為運動輸出裝置4安裝在手掌板框架2上的立體結構示意圖。
【具體實施方式】
[0027]【具體實施方式】一:結合圖1?圖15具體說明本實施方式，本實施方式包括動力輸入裝置1、手掌板框架2、絕對位置傳感器3和運動輸出裝置4，所述動力輸入裝置1設置在手掌板框架2的一側，所述運動輸出裝置4位于手掌板框架2的另一側，所述手掌板框架2上設置有絕對位置傳感器3 ;
[0028]所述動力輸入裝置1包括電機1-1、波發(fā)生器1-2、剛輪1-5、柔輪1_8、固定基座1-4、殼體1-6、動力輸出軸1-12和小齒輪1-11，所述電機1-1的輸出軸與動力輸出軸1_12同軸并列設置，所述電機1-1固定安裝在固定基座1-4上，所述波發(fā)生器1-2套裝在電機1-1的輸出軸上，所述柔輪1-8設置在電機1-1的輸出軸與動力輸出軸1-12之間，所述柔輪1-8的小口端固定套裝在動力輸出軸1-12上，所述柔輪1-8的大口端套裝在波發(fā)生器1-2夕卜，所述動力輸出軸1-12外套裝有殼體1-6，所述小齒輪1-11位于殼體1-6內且套裝在動力輸出軸1-12上，所述剛輪1-5位于固定基座1-4內且套裝在柔輪1-8外；
[0029]所述運動輸出裝置4包括冠齒輪4-6、運動輸出軸4-10、拇指支撐座4_9、箱體4_4和輔助基座4-13，所述運動輸出軸4-10穿設在拇指支撐座4-9上，所述箱體4-4套裝在運動輸出軸4-10的一端且其外壁固定連接在手掌板框架2上，所述冠齒輪4-6位于箱體4-4內且套裝在運動輸出軸4-10上，所述輔助基座4-13套裝在運動輸出軸4-10的另一端且其外壁固定連接在手掌板框架2上，所述絕對位置傳感器3包括電位計3-2和電路板3-1，所述電路板3-1設置在輔助基座4-13上，所述電位計3-2固定連接在電路板3-1上；所述殼體1-6穿過手掌板框架2與箱體4-4可拆卸連接，所述小齒輪1-11與冠齒輪4-6相嚙合。
[0030]本發(fā)明具有結構緊湊合理，傳動平穩(wěn)、準確的優(yōu)點，可以有效地實現(xiàn)人手拇指的對掌運動功能，冠齒輪傳動機構具有體積小、傳遞扭矩大的優(yōu)點，可以保證機器人靈巧手拇指機構5在動態(tài)抓取時具有最大15N的指尖輸出力。本發(fā)明中波發(fā)生器1-2、剛輪1-5和柔輪1-8為成套搭配的構件，不同型號的波發(fā)生器1-2配置有對應的剛輪1-5和柔輪1-8。柔輪1-8的外形為階梯形。波發(fā)生器1-2包括前部套體和筒形套體，前部套體與筒形套體的前端固定連接在制為一體，前部套體用于與電機1-1的輸出軸相配設置，筒形套體的后端固定連接有剛輪1-5，柔輪1-8套裝在筒形套體外并與筒形套體的外壁相貼緊。波發(fā)生器1-2、剛輪1-5和柔輪1-8如此設置能夠實現(xiàn)動力輸入裝置1的軸向尺寸不超過51mm，保證結構緊湊。
[0031]本發(fā)明是為了配合機器人靈巧手拇指機構5實現(xiàn)人手對掌運動，人手對掌運動是指拇指的指尖和其他各指的指尖相互接觸的運動，是人手所特有的運動，是人手作為勞動器官所特有的功能。機器人靈巧手拇指機構5的具體結構在名稱為機器人靈巧手模塊化手指，專利號為CN2007100725881中已作出詳細介紹。機器人靈巧手拇指機構5包括基關節(jié)殼體、基關節(jié)主電路板、雙驅驅動機構、基關節(jié)連接電路板、基關節(jié)差動機構、U形連接頭、基關節(jié)二維力矩傳感器、基關節(jié)絕對位置傳感裝置、第一指節(jié)殼體、驅動機構、第一指電路板、中間指節(jié)殼體、耦合鋼絲傳動機構、末端指節(jié)殼體、手指關節(jié)一維位置傳感器和一維力矩傳感器。本發(fā)明中的拇指支撐座4-9通過銷釘與機器人靈巧手拇指機構5中基關節(jié)殼體可拆卸連接，進而帶動機器人靈巧手拇指機構5，實現(xiàn)其外展內收運動。
[0032]本發(fā)明中電機1-1由maxon瑞士公司制造，型號為EC20盤式，功率5W，供電電壓為12V，連續(xù)輸出轉矩為7.59mNm。
[0033]本發(fā)明中柔輪1-8包括大套體和小套體，大套體和小套體同軸設置且二者固定連接制為一體，大套體和小套體之間內徑之比為5:1，大套體套裝在波發(fā)生器1-2上，小套體套裝在動力輸出軸1-12上。
[0034]本發(fā)明中電機1-1通過三個M2的沉頭螺釘固定安裝在固定基座1-4上。箱體4_4通過一面兩銷完全定位的方式固定安裝在手掌板框架2上，通過兩個M2.5的沉頭螺釘夾緊，輔助基座4-13通過一個平面的不完全定位的方式固定安裝在手掌板框架2上，通過兩個M2.5的沉頭螺釘夾緊。如此設置，可以確保機器人靈巧手拇指機構5外展內收自由度軸線的準確度，輔助基座4-13處的不完全定位可以提高運動輸出軸4-10的剛度，同時避免過定位的情況出現(xiàn)。
[0035]【具體實施方式】二:結合圖4、圖7、圖8、圖9、圖10和圖11具體說明本實施方式，本實施方式中所述動力輸入裝置1還包括緊定螺釘1-3、大軸套1-7、壓緊螺釘1-9、第一軸承1-10和第二軸承1-14，所述波發(fā)生器1-2套裝在電機1-1的輸出軸上且其通過緊定螺釘1-3固定連接在電機1-1的輸出軸上；所述柔輪1-8的小口端通過壓緊螺釘1-9固定套裝在動力輸出軸