专利名称：球铰连杆式双自由度拇指根部关节装置的利记博彩app
技术领域：
本发明属于仿人机器手技术领域，特别涉及一种球铰连杆式双自由度拇指根部关节装置的结构设计。
背景技术：
随着社会的发展，机械手的应用已经从工业生产需求逐步向拟人机器人转化。在此改革的过程中人们便面临着设计小型化和更加灵活控制的手指运动关节，能够很好的实现人类手指的多自由度灵活运动。而在人类手指中又以拇指根部关节的运动最为复杂和灵活。其主要需要实现拇指从手掌侧面到正面的摆动运动以及拇指贴合手掌和张开的张合运动；且由于人指关节的原因，此两自由度正交。因而高效，精巧的模拟出人类拇指的运动特性是拟人机器手技术领域的关键。在实现拇指根部关节运动的机构中，主要有并联和串联两种形式。其中串联形式具有结构简单，运行范围较大等优点；但同时也带来了操纵不够简单、直接，控制系统复杂， 运动件质量较多、较大的缺点。因而对于拇指根部关节而言，并联机构具有控制简单，运动部件少、尺寸小等优点。而在并联机构中，现今主要以差动轮系为主要结构形式。其具有运动精度高等特点，但存在装配、维修要求高，零部件加工成本高等不足。一种拇指两自由度根部关节装置，如中国发明专利CN101570024B，采用双电机、 主动拨盘、多个连杆、套环和套筒等来实现拇指根部的摆动和张合两自由度动作，存在以下不足其中的张合机构采用了主动拨盘和多个连杆，导致张合动作的传动间隙大、传动不平稳、传动不精确、传动比为非线性、控制死区大且位置控制非线性；传动件多，传动链长，传动效率低，机构较复杂，安装维修难；机构空间占用率大，质量大。
发明内容
本发明的目的是为克服已有技术的不足之处，设计出一种球铰连杆式双自由度机器人拇指根部关节装置，该装置可以实现机器人手的拇指根部具有独立的摆动和张合两个自由度的灵巧动作，同时结构简单、紧凑、成本低，容易控制，传动平稳精确，传动链短，传动间隙小，传动效率高，适用于拟人机器人手，增强机器人手抓取物体的灵巧性、稳定性，使机器人手可以实现更多的手势，更加拟人化。本发明采用如下技术方案本发明提供的一种球铰连杆式双自由度机器人拇指根部关节装置，包括手掌基座、拇指、关节轴、第一电机、第二电机、摆动机构和张合机构；所述摆动机构包括第一减速器、第一锥齿轮和第二锥齿轮；所述第一电机固接在手掌基座上，所述第一电机的输出轴与第一减速器的输入轴固接，所述第一锥齿轮套固在第一减速器的输出轴上，所述第一锥齿轮与第二锥齿轮相啮合；所述的第二电机固接在手掌基座上；所述的第二电机的输出轴与第二减速器的输入轴固接，所述的第三锥齿轮套固在第二减速器的输出轴上，所述第三锥齿轮与第四锥齿轮相啮合；其特征在于所述关节轴活动套设在手掌基座中，所述关节轴上部设有外螺纹，下部为光轴；所述第二锥齿轮活动套接在关节轴下部的光轴上；所述张合机构包括第二减速器、第三锥齿轮、第四锥齿轮、关节轴止转滑轨、关节轴止转滑块、球铰、张合连杆和拇指连杆；所述拇指连杆的一端与第二锥齿轮通过第三连接轴铰接，拇指连杆的另一端与拇指固接；所述第四锥齿轮内部设有内螺纹，第四锥齿轮的内螺纹与关节轴上部的外螺纹形成螺纹传动关系；所述关节轴止转滑块通过第一连接轴套固在关节轴中部的光轴上，并滑动镶嵌在关节轴止转滑轨中，所述关节轴止转滑轨固定在手掌基座中；所述第一连接轴中心线与关节轴的中心线垂直相交；所述张合连杆的一端与关节轴的中部通过球铰铰接，张合连杆的另一端与拇指连杆的中部通过第二连接轴铰接；球铰中心位于关节轴中心线上；第三连接轴的中心线与关节轴中心线垂直相交；所述第二连接轴和第三连接轴的中心线相互平行。本发明具有以下优点及突出性效果本发明的球铰连杆式双自由度拇指根部关节装置，采用双电机与螺旋连接、球铰链和人字连杆等，综合实现了拇指根部的独立摆动和张合两自由度灵巧动作，摆动与张合两关节自由度垂直相交，并且由于球铰链的使用大大简化了结构，同时结构紧凑、成本低， 容易控制，传动平稳精确，传动链短，传动间隙小，传动效率高，适用于拟人机器人手，增强机器人手抓取物体的灵巧性、稳定性，使机器人手可以实现更多的手势，更加拟人化。
图1是本发明提供的球铰连杆式双自由度拇指根部关节装置的结构示意图<图2是图1的A-A剖视图。在图1至图2中1-手掌基座，11-支承板，12-下支撑板，2-拇指，31-第一电机，32-第一减速器，33-第一锥齿轮，34-第二锥齿轮，35-拇指连杆，41-第二电机，42-第二减速器，43-第三锥齿轮，44-第四锥齿轮，45-关节轴止转滑轨，46-关节轴止转滑块，47-张合连杆，5-关节轴，61-第一连接轴，62-球铰，63-第二连接轴，64-第三连接轴，71-第一轴承，72-第二轴承，73-第三轴承。
具体实施例方式下面结合附图及实施例进一步详细说明本发明具体结构、工作原理的内容。图1是本发明提供的球铰连杆式双自由度拇指根部关节装置的结构示意图，此时拇指摆到手掌侧面，虎口打开，从手掌正面观察。该拇指根部关节装置包括手掌基座1、拇指2、关节轴5、第一电机31、第二电机41、 摆动机构和张合机构。所述手掌基座包括支撑板11和下支撑板12 ；所述关节轴5活动套设在手掌基座1中，所述关节轴5上部设有外螺纹，下部为光轴；所述摆动机构包括第一减速器32、第一锥齿轮33和第二锥齿轮34 ；所述第一电机31通过支撑板11固接在手掌基座1上，所述第一电机31的输出轴与第一减速器32的输入轴固接，所述第一锥齿轮33套固在第一减速器32 的输出轴上，所述第二锥齿轮34与第一锥齿轮33相啮合；所述第二锥齿轮34通过第二轴承72和第三轴承73活动套接在关节轴5下部的光轴上。第一电机31输出轴转动，带动第一减速器32转动，通过第一锥齿轮33带动第二锥齿轮34转动，使得拇指连杆35带动拇指 2绕关节轴5转动，从而实现拇指2的摆动。所述张合机构包括第二减速器42、第三锥齿轮43、第四锥齿轮44、关节轴止转滑轨45、关节轴止转滑块46、球铰62、张合连杆47和拇指连杆35 ；所述拇指连杆35的一端与第二锥齿轮34通过第三连接轴64铰接，拇指连杆35的另一端与拇指2固接；所述的第二电机41通过支撑板11固接在手掌基座1上；所述第二电机41的输出轴与第二减速器42 的输入轴固接，所述第三锥齿轮43套固在第二减速器42的输出轴上，所述第三锥齿轮43 与第四锥齿轮44相啮合；所述第四锥齿轮44内部设有内螺纹，第四锥齿轮44通过第一轴承71套接在关节轴5上，第四锥齿轮44内螺纹与关节轴5上部外螺纹形成螺纹传动关系； 所述的关节轴止转滑块46通过第一连接轴61套固在关节轴5中部的光轴上，并滑动镶嵌在关节轴止转滑轨45中，所述的关节轴止转滑轨45固定在手掌基座1中。所述第一连接轴61中心线与关节轴5的中心线垂直相交；所述张合连杆47的一端与关节轴5的中部通过球铰62铰接，张合连杆47的另一端与拇指连杆35的中部通过第二连接轴63铰接形成人字连杆机构；球铰62中心位于关节轴5的中心线上；第三连接轴64的中心线与关节轴 5中心线垂直相交；所述第二连接轴63和第三连接轴64的中心线相互平行。第二电机41 输出轴转动，通过第二减速器42，带动第三锥齿轮43转动，第三锥齿轮43带动第四锥齿轮 44转动。由于关节轴5上安装有关节轴止转滑块46和关节轴止转滑轨45，其相互作用使得关节轴5不能绕中心线转动，只能上下运动。第四锥齿轮44通过螺旋传动带动关节轴5 上下运动，并带动张合连杆47和拇指连杆35组成的人字连杆运动，带动拇指2运动，从而实现拇指2的张合。下面结合图1、图2叙述本实施例的工作原理。机器人手的拇指2需要摆动运动时，第一电机31通过第一减速器32带动第一锥齿轮33转动，通过啮合带动第二锥齿轮34转动，使得拇指连杆35带动拇指2绕关节轴5 转动，从而实现拇指2的摆动。由于有球铰62，张合连杆47转动并无阻碍。机器人手的拇指2需要张合运动时，第二电机41通过第二减速器42带动第三锥齿轮43转动，通过啮合带动第四锥齿轮44转动。由于关节轴5上安装有关节轴止转滑块 46和关节轴止转滑轨45，其相互作用使得关节轴5不能绕中心线转动，只能上下运动。故转动的第四锥齿轮44通过螺旋传动带动关节轴5上下运动，并带动张合连杆47和拇指连杆35组成的人字连杆运动，带动拇指2运动，从而实现拇指2的张合。本发明的球铰连杆式双自由度拇指根部关节装置，采用双电机与螺旋连接、球铰链和人字连杆等，综合实现了拇指根部的独立摆动和张合两自由度灵巧动作，摆动与张合两关节自由度垂直相交，并且由于球铰链的使用大大简化了结构，同时结构紧凑、成本低， 容易控制，传动平稳精确，传动链短，传动间隙小，传动效率高，适用于拟人机器人手，增强机器人手抓取物体的灵巧性、稳定性，使机器人手可以实现更多的手势，更加拟人化。
权利要求
1. 一种球铰连杆式双自由度机器人拇指根部关节装置，包括手掌基座(1)、拇指O)、 关节轴(5)、第一电机(31)、第二电机(41)、摆动机构和张合机构；所述摆动机构包括第一减速器(3 、第一锥齿轮(3 和第二锥齿轮(34)；所述第一电机(31)固接在手掌基座(1) 上，所述第一电机(31)的输出轴与第一减速器(3 的输入轴固接，所述第一锥齿轮(33) 套固在第一减速器(3 的输出轴上，所述第一锥齿轮(3 与第二锥齿轮(34)相啮合；所述的第二电机Gl)固接在手掌基座(1)上；所述的第二电机Gl)的输出轴与第二减速器 (42)的输入轴固接，所述的第三锥齿轮套固在第二减速器0 的输出轴上，所述第三锥齿轮^幻与第四锥齿轮G4)相啮合；其特征在于所述关节轴( 活动套设在手掌基座 (1)中，所述关节轴(5)上部设有外螺纹，下部为光轴；所述第二锥齿轮(34)活动套接在关节轴( 下部的光轴上；所述张合机构包括第二减速器0 、第三锥齿轮^幻、第四锥齿轮 (44)、关节轴止转滑轨(45)、关节轴止转滑块(46)、球铰(62)、张合连杆07)和拇指连杆 (35)；所述拇指连杆(3 的一端与第二锥齿轮(34)通过第三连接轴(64)铰接，拇指连杆 (35)的另一端与拇指O)固接；所述第四锥齿轮G4)内部设有内螺纹，第四锥齿轮的内螺纹与关节轴( 上部的外螺纹形成螺纹传动关系；所述关节轴止转滑块G6)通过第一连接轴(61)套固在关节轴( 中部的光轴上，并滑动镶嵌在关节轴止转滑轨0 中，所述关节轴止转滑轨0 固定在手掌基座(1)中；所述第一连接轴(61)中心线与关节轴(5)的中心线垂直相交；所述张合连杆G7)的一端与关节轴( 的中部通过球铰(6 铰接，张合连杆G7)的另一端与拇指连杆(3 的中部通过第二连接轴(6 铰接；球铰(6 中心位于关节轴(5)中心线上；第三连接轴(64)的中心线与关节轴(5)中心线垂直相交；所述第二连接轴(6 和第三连接轴(64)的中心线相互平行。
全文摘要
球铰连杆式双自由度机器人拇指根部关节装置，属于仿人机器手技术领域，手掌基座、拇指、关节轴、第一电机、第二电机、摆动机构和张合机构；摆动机构包括第一减速器、第一锥齿轮和第二锥齿轮；所述张合机构包括第二减速器、第三锥齿轮、第四锥齿轮、关节轴止转滑轨、关节轴止转滑块、球铰、张合连杆和拇指连杆。本发明装置采用双电机与螺纹连接、球铰和人字连杆机构等，综合实现了拇指根部的独立摆动和张合两自由度灵巧动作，摆动与张合两关节自由度垂直相交，同时结构简单、紧凑、成本低，容易控制，传动链短，传动间隙小，传动效率高，适用于拟人机器人手，增强机器人手抓取物体的灵巧性、稳定性，使机器人手可以实现更多的手势，更加拟人化。
文档编号B25J15/08GK102357889SQ20111026357
公开日2012年2月22日 申请日期2011年9月7日 优先权日2011年9月7日
发明者孙振国, 张文增, 许家晨, 都东, 陈强 申请人:清华大学