本发明属于拟人机器人技术领域，特别涉及一种具有抓取模式转换功能的两关节机器人手指装置的结构设计。
背景技术：
人们在对智能机器人的研究中，把拟人机器人作为机器人研究的最高境界，也一直把实现类人的行为作为梦寐以求的目标。与人类似，拟人机器人的多数功能要通过手部操作来实现，因而手部结构是拟人机器人的重要组成部分，其设计是拟人机器人的关键技术之一。
近30年来，灵巧手研究取得了丰硕的成果。灵巧手具有3～5个手指，每个手指2～4个关节自由度，绝大多数关节为电机、空气肌肉、液压等驱动的主动关节。灵巧手能做出人手的各种动作，包括抓取和操作两种动作。例如国外研发出来的hitachi手、utah/mit手、stanford/jpl手、shadow公司c5手、dlr手和robonaut手，国内哈工大研发的hit灵巧手和北航研发的bh灵巧手。灵巧手的主要优点是可以灵活主动的抓取物体，并有很好的抓取稳定性。但手指抓取模式单一，只具有单一的抓取模式。
欠驱动机械手指可以克服灵巧手的纯主动驱动多关节手指的一些不足，以此为主设计实现高欠驱动的机器人手在近十年来得到越来越多的重视。例如，以具有一个电机、两个转动关节的欠驱动手指为例，该手指装置包括基座、近关节、中间指段、远关节、末端指段，初始时刻，手指为伸直状态，此时电机转动，整个手指绕其近关节转动，当中间指段碰触到物体被阻挡不动后，电机继续驱动远关节和末端指段转动，从而实现一个电机依次驱动两个关节转动的欠驱动目的。欠驱动机械手指的优点是能够自动适应物体形状和尺寸的大小，达到自适应抓取的目的，降低了对传感及控制系统的要求。但是欠驱动机械手指的不足为：其手指初始构形是固定(伸直或呈某个弯曲角度)，这与人手抓取方式有较大不同，不够拟人化，不便于对某些尺寸、形状的物体进行稳定抓取。人手抓持不同尺寸物体时，手指在还未碰触物体前就需要事先弯曲到某个角度，只有这样才能更好的抓取。例如，在人手在捏持小尺寸物体之前，四指(即食指、中指、无名指和小指)中间关节要事先弯曲较大角度，直到四指末端与拇指末端相接近，之后再进行抓取。而且手指所弯曲的角度对于不同尺寸的物体是需要调节的。而传统的欠驱动手指没法实现在碰触物体之前的这种中间关节的转动，因而难以实现更加拟人化抓取动作和更加稳定地抓持物体效果。另外，当没有所抓物体而执行单纯的握拳动作时，整个手指只能呈伸直状态绕近关节轴转动，这与人手的可以绕中间关节弯曲的握拳动作想去甚远，影响了机器人手的拟人化动作效果。
目前清华大学提出变位的概念，即一个电机以欠驱动模式驱动手指，另一电机驱动抓取模式的转换实现变位功能，清华大学已申请专利“cn810239815.x、cn910000947.1、cn910009476.0”等，在清华大学研究的基础上，对变位机器人手指再次进行了研究。
技术实现要素：
针对现有技术存在的不足，本发明的目的就在于提供了针对现有技术的不足提供了一种具有抓取模式转换功能的两关节机器人手指，能够灵活的转换手指的抓取模式，使机器人手指的控制范围和灵活性。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是这样的：一种具有抓取模式转换功能的两关节机器人手指，其特点是，包括基座，所述基座的内部设有一号电机，所述一号电机的输出端与传动件一与传动件二连接，所述的传动件一另一端与一号轴连接，所述基座的内部还设有二号电机，所述二号电机5的输出端与传动件三连接，所述的传动件三另一端与一号轴连接，在该基座的上部通过一号轴连接至近指节段，所述的一号轴包括轴段一、轴段二、轴段三，所述的轴段一与轴段二之间为轴承连接，所述的轴段二与轴段三之间为轴承连接，所述的轴段一上设置有套轮所述的套轮与所述的轴段一为轴承连接，所述的传动件二另一端与所述的套轮连接，所述的近指节段还设有二号轴、三号轴、四号轴、五号轴，所述的二号轴上设有一号轮组，所述的三号轴上设有轴承轮，所述的四号轴上设有二号轮组，所述的一号轴、二号轴、三号轴、四号轴、五号轴的中心轴线在同一平面上，所述的三号轴的中心轴线与所述的一号轮组、二号轮组1外轮廓母线平行，所述的五号轴上设有固定轮，所述的二号轴与所述的一号轴通过传动件四连接，所述的四号轴与五号轴通过传动件六连接，所述的一号轮组包括大锥轮、传动轮一、传动轮二、传动轮三、小锥轮，所述的二号轮组包括大锥轮、传动轮四、传动轮五、传动轮六、小锥轮，所述的轴承轮由外轮、内轮组成，所述的内轮设有沿轴孔对称分布的滑槽，所述的滑块安装在所述的所述的滑槽里，所述的滑块与所述的滑槽形状相匹配，所述的滑块能够沿着所述的滑槽上下灵活滑动，所述的滑块与所述的绳索固定连接，所述的绳索为封闭连接，所述的绳索穿过轴承轮与滑台，所述的绳索与所述的滑台为固定连接，所述的滑台上穿过所述的丝杆，所述的滑台能够带动绳索沿丝杆运动，所述的丝杆设置在所述的近指节段上，所述的丝杆靠近传动件三的一端与所述的一号轴通过传动件五连接，所述的基座与所述的一号轴的连接位置在所述的轴段二上且连接方式为固定连接，所述的五号轴包括左轴段、右轴段，所述的左轴段、右轴段分别与所述的远指节段1固定连接，
作为一种优选方案，所述的传动件三21与一号轴6的连接位置在所述的轴段三63上
作为一种优选方案，所述的传动件二201与一号轴6的连接位置在所述的轴段一61上
作为一种优选方案，
所述的外轮101与内轮102连接方式为轴承连接方式，
作为一种优选方案，所述的大锥轮81、传动轮一82、传动轮二83、小锥轮85与所述的二号轴7固定连接
作为一种优选方案，所述的传动轮三84与所述的二号轴7固定连接
作为一种优选方案，所述的大锥轮151、传动轮五153、传动轮六154、小锥轮155与所述的四号轴16固定连接
作为一种优选方案，所述的传动轮四152与所述的四号轴16轴承连接
作为一种优选方案，所述的内轮上的轴孔与所述的三号轴为间隙配合
作为一种优选方案，所述的固定轮与所述的五号轴为固定连接
作为一种优选方案，所述的传动轮一、传动轮二、传动轮三、传动轮四、传动轮五、传动轮六、轴承轮的直径是相等的。
作为一种优选方案，所述的传动件一与轴段一的配合直径与所述的传动件二与所述的套轮的配合直径相同。
作为一种优选方案，所述一号轮组与所述一号轮组是相同的。
作为一种优选方案，所述的大锥轮与所述的小锥轮高度相同。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
1、本设计采用变位原理能够转换机械人手指的抓取模式，分别为不完全包络模式、平夹模式、无级耦合模式。
2、在抓取物体时，机器人手指为欠驱动模式，具有欠驱动机器人手指的优点。
3、无级耦合模式状态的机器人手指，能够根据实际需要，改变手指的耦合程度，主动适应物体形状与大小。
4、平夹模式的状态的机器人手指能够稳定抓取桌面扁长的物体，扩大了物体抓取范围与适用性。
附图说明
图1：该发明的机械手指张开的等轴测示意图。
图2：该发明的机械手指内部结构示意图。
图3：该发明的机械手指内部结构放大示意图。
图4：该发明的机械手指一号轴6处部分安装示意图。
图5：该发明的机械手指剖面a-a示意图。
图6：该发明的机械手指剖面a-a放大示意图。
图7：该发明的机械手指的轴承轮10正视图。
图8：该发明的机械手指平夹模式示意图
图9：该发明的机械手指不完全包络示意图
图10：该发明的机械手指无级耦合示意图
远指节段1、近指节段2、基座3、一号电机4、二号电机5、一号轴6、二号轴7、一号轮组8、绳索9、轴承轮10、三号轴12、滑台13、传动件五14、二号轮组15、四号轴16、固定轮17、五号轴18、丝杆19、套轮20、传动件一200、传动件二201、传动件三21、滑块22、传动件六23
一号轴6：轴段一61、轴段二62、轴段三63、
一号轮组8：大锥轮81、传动轮一82、传动轮二83、传动轮三84、小锥轮85
轴承轮10：外轮101、内轮102、轴孔104、滑槽103
二号轮组15：大锥轮151、传动轮四152、传动轮五153、传动轮六154、小锥轮155
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1、结合图2～7所示，一种具有抓取模式转换功能的两关节机器人手指，其特点是，包括基座3，所述基座3的内部设有一号电机4，所述一号电机4的输出端与传动件一200与传动件二201连接，所述的传动件一200另一端与一号轴6连接，所述基座3的内部还设有二号电机5，所述二号电机5的输出端与传动件三21连接，所述的传动件三21另一端与一号轴6连接，在该基座3的上部通过一号轴6连接至近指节段2，所述的一号轴6包括轴段一61、轴段二62、轴段三63，所述的轴段一61与轴段二62之间为轴承连接，所述的轴段二62与轴段三63之间为轴承连接，所述的轴段一61上设置有套轮20所述的套轮20与所述的轴段一61为轴承连接，所述的传动件二201另一端与所述的套轮20连接，所述的近指节段2还设有二号轴7、三号轴12、四号轴16、五号轴18，所述的二号轴7上设有一号轮组8，所述的三号轴12上设有轴承轮10，所述的四号轴16上设有二号轮组15，所述的一号轴6、二号轴7、三号轴12、四号轴16、五号轴18的中心轴线在同一平面上，所述的三号轴12的中心轴线与所述的一号轮组8、二号轮组15外轮廓母线平行，所述的五号轴18上设有固定轮17，所述的二号轴7与所述的一号轴6通过传动件四11连接，所述的四号轴16与五号轴18通过传动件六23连接，所述的一号轮组8包括大锥轮81、传动轮一82、传动轮二83、传动轮三84、小锥轮85，所述的二号轮组15包括大锥轮151、传动轮四152、传动轮五153、传动轮六154、小锥轮155，所述的轴承轮10由外轮101、内轮102组成，所述的内轮102设有沿轴孔104对称分布的滑槽103，所述的滑块22安装在所述的所述的滑槽103里，所述的滑块22与所述的滑槽103形状相匹配，所述的滑块22能够沿着所述的滑槽103上下灵活滑动，所述的滑块22与所述的绳索9固定连接，所述的绳索9为封闭连接，所述的绳索9穿过轴承轮10与滑台13，所述的绳索9与所述的滑台13为固定连接，所述的滑台13上穿过所述的丝杆19，所述的滑台能够带动绳索9沿丝杆19运动，所述的丝杆19设置在所述的近指节段2上，所述的丝杆19靠近传动件三21的一端与所述的一号轴6通过传动件五14连接，所述的基座3与所述的一号轴6的连接位置在所述的轴段二62上且连接方式为固定连接，所述的五号轴18包括左轴段181、右轴段182，所述的左轴段181、右轴段182分别与所述的远指节段1固定连接，
作为优选的是所述的传动件三21与一号轴6的连接位置在所述的轴段三63上。
作为优选的是所述的传动件二201与一号轴6的连接位置在所述的轴段一61上。
作为优选的是所述的传动件六23与五号轴18的连接位置在所述的左轴段181上。
作为优选的是所述的外轮101与内轮102连接方式为轴承连接方式。
作为优选的是所述的大锥轮81、传动轮一82、传动轮二83、小锥轮85与所述的二号轴7固定连接。
作为优选的是所述的传动轮三84与所述的二号轴7固定连接。
作为优选的是所述的大锥轮151、传动轮五153、传动轮六154、小锥轮155与所述的四号轴16固定连接。
作为优选的是所述的传动轮四152与所述的四号轴16轴承连接。
作为优选的是所述的内轮102上的轴孔104与所述的三号轴12为间隙配合。
作为优选的是所述的固定轮17与所述的五号轴18为固定连接。
作为优选的是所述的传动轮一82、传动轮二83、传动轮三84、传动轮四152、传动轮五153、传动轮六154、轴承轮10的直径是相等的。
作为优选的是所述的一号轮组8与所述一号轮组15是相同的。
作为优选的是所述的传动件一200与轴段一61的配合直径与所述的传动件二201与所述的套轮的配合直径相同。
作为优选的是所述的传动件一200与轴段一61的配合直径与所述的传动件二201与所述的套轮的配合直径相同保证了传递的角速度是相同的。
作为优选的是所述的传动件一200可以是带、齿轮、绳、链条或其中一种或几种的组合。
作为优选的是所述的传动件二201可以是带、齿轮、绳、链条或其中一种或几种的组合。
作为优选的是所述的传动件三21可以是带、齿轮、绳、链条或其中一种或几种的组合。
作为优选的是所述的传动件四11可以是带、齿轮、绳、链条或其中一种或几种的组合。
作为优选的是所述的传动件五14可以是带、齿轮、绳、链条或其中一种或几种的组合。
以本实施例为例，本发明的发明原理为一号电机4通过传动件驱动指节段旋转包络物体，二号电机5通过传动件驱动丝杆19，从而驱动滑台13在丝杆19上运动，滑台13上固定着穿过的绳索9，带动绳索9运动，绳索9固定在轴承轮10上的滑块22上，滑块22在滑动的同时带动轴承轮10在三号轴12上移动，从而改变机器人手指的抓取模式，当轴承轮10移动到传动轮82与传动轮154之间时，该手指的抓取模式如图10，此时远指节跟近指节不发生相对运动，称为不完全包络模式，当轴承轮10移动到传动轮83与传动轮153之间时，该手指的抓取模式如图9，此时基座与远指节保持相对平衡，为平夹模式，当轴承轮10移动到大锥轮155与小锥轮81或者大锥轮85与小锥轮151之间，此时远指节绕近指节的角度与近指节绕基座的角度成比例关系，轴承轮10处于锥轮的不同位置，比例关系不同，称为无级耦合模式。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
技术特征：
1.一种具有抓取模式转换功能的两关节机器人手指，其特点在于，包括基座（3），所述基座（3）的内部设有一号电机（4），所述一号电机（4）的输出端与传动件一(200)与传动件二(201)连接，所述的传动件一(200)另一端与一号轴(6)连接，所述基座(3)的内部还设有二号电机(5)，所述二号电机(5)的输出端与传动件三(21)连接，所述的传动件三(21)另一端与一号轴(6)连接，在该基座(3）的上部通过一号轴(6)连接至近指节段(2)，所述的一号轴(6)包括轴段一(61)、轴段二(62)、轴段三(63)，所述的轴段一(61)与轴段二(62)之间为轴承连接，所述的轴段二(62)与轴段三(63)之间为轴承连接，所述的轴段一(61)上设置有套轮(21)所述的套轮(21)与所述的轴段一(61)为轴承连接，所述的传动件二(201)另一端与所述的套轮(21)连接，所述的近指节段(2)还设有二号轴(7)、三号轴(12)、四号轴(16)、五号轴(18)，所述的二号轴(7)上设有一号轮组(8)，所述的三号轴(12)上设有轴承轮(10)，所述的四号轴(16)上设有二号轮组(15)，所述的一号轴(6)、二号轴(7)、三号轴(12)、四号轴(16)、五号轴(18)的中心轴线在同一平面上，所述的三号轴(12)的中心轴线与所述的一号轮组(8)、二号轮组(15)外轮廓母线平行，所述的五号轴(18)上设有固定轮(17)，所述的二号轴(7)与所述的一号轴(6)通过传动件四(11)连接，所述的四号轴(16)与五号轴(18)通过传动件六(23)连接，所述的一号轮组(8)包括大锥轮(81)、传动轮一(82)、传动轮二(83)、传动轮三(84)、小锥轮(85)，所述的二号轮组(15)包括大锥轮(151)、传动轮四(152)、传动轮五(153)、传动轮六(154)、小锥轮(155)，所述的轴承轮(10)由外轮(101)、内轮(102)组成，所述的内轮(102)设有沿轴孔(104)对称分布的滑槽(103)，所述的滑块(22)安装在所述的所述的滑槽(103)里，所述的滑块(22)与所述的滑槽(103)形状相匹配，所述的滑块(22)能够沿着所述的滑槽(103)上下灵活滑动，所述的滑块(22)与所述的绳索(9)固定连接，所述的绳索(9)为封闭连接，所述的绳索(9)穿过轴承轮(10)与滑台(13)，所述的绳索(9)与所述的滑台(13)为固定连接，所述的滑台(13)上穿过所述的丝杆(19)，所述的滑台(13)能够带动绳索(9)沿丝杆(19)运动，所述的丝杆(19)设置在所述的近指节段(2)上，所述的丝杆(19)靠近传动件三(21)的一端与所述的一号轴(6)通过传动件五(14)连接，所述的基座(3)与所述的一号轴(6)的连接位置在所述的轴段二(62)上且连接方式为固定连接，所述的五号轴(18)包括左轴段(181)、右轴段(182)，所述的左轴段(181)、右轴段(182)分别与所述的远指节段(1)固定连接，所述的传动件三(21)与一号轴(6)的连接位置在所述的轴段三(63)上；所述的传动件二(201)与一号轴(6)的连接位置在所述的轴段一(61)上，所述的传动件六(23)与五号轴(18)的连接位置在所述的左轴段(181)上，所述的外轮(101)与内轮(102)连接方式为轴承连接方式，所述的大锥轮(81)、传动轮一(82)、传动轮二(83)、小锥轮(85)与所述的二号轴(7)固定连接，所述的传动轮三(84)与所述的二号轴(7)固定连接，所述的大锥轮(151)、传动轮五(153)、传动轮六(154)、小锥轮(155)与所述的四号轴(16)固定连接，所述的传动轮四(152)与所述的四号轴(16)轴承连接。
2.根据权利要求1所述的一种具有抓取模式转换功能的两关节机器人手指，其特征在于：所述的固定轮(17)与所述的五号轴(18)为固定连接。
3.根据权利要求1所述的一种具有抓取模式转换功能的两关节机器人手指，其特征在于：所述的传动轮一(82)、传动轮二(83)、传动轮三(84)、传动轮四(152)、传动轮五(153)、传动轮六(154)、轴承轮(10)的直径是相等的。
4.根据权利要求1所述的一种具有抓取模式转换功能的两关节机器人手指，其特征在于：所述的一号轮组(8)与所述一号轮组(15)是相同的。
5.根据权利要求1所述的一种具有抓取模式转换功能的两关节机器人手指，其特征在于：所述的传动件一(200)与轴段一(61)的配合直径与所述的传动件二(201)与所述的套轮的配合直径相同。
6.根据权利要求1所述的一种具有抓取模式转换功能的两关节机器人手指，其特征在于：所述的传动件一(200)、传动件二(201)、所述的传动件三(21)、传动件四(11)、传动件五(14)可以是带、齿轮、绳、链条其中一种或几种的组合。
技术总结
本发明公开了一种具有抓取模式转换功能的两关节机器人手指，属于拟人机器人技术领域，其特点在于，包括远指节段、近指节段、基座、一号电机、二号电机、一号轴、二号轴、一号轮组、绳索、轴承轮、三号轴、滑台、传动件五、二号轮组、四号轴、固定轮、五号轴、丝杆、套轮、传动件一、传动件二、传动件三、滑块、传动件六；本设计采用变位原理能够转换机械人手指的抓取模式，分别为不完全包络模式、平夹模式、无级耦合模式；在抓取物体时，机器人手指为欠驱动模式，具有欠驱动机器人手指的优点；无级耦合模式状态的机器人手指，能够根据实际需要，改变手指的耦合程度，主动适应物体形状与大小；平夹模式的状态的机器人手指能够稳定抓取桌面扁长的物体，扩大了手指抓取范围。
技术研发人员：冷护基;余林凤;朱安童;金炟岐
受保护的技术使用者：马鞍山市翔宇机械自动化科技有限公司
技术研发日：.12.20
技术公布日：.02.07
