一种单通道输入多功能运动输出的传动机构及夹持执行机构

本发明属于传动机构，具体涉及一种单通道输入多功能运动输出的传动机构及夹持执行机构。

背景技术：

1、机器人技术是目前科学发展的重要趋势之一，而令机器人末端夹持器仿人手开展各项工作是机器人研究中重要的一环。

2、近年来，对工业机器人加持器的研究更多趋向于灵活、多自由度的设计，最终目标则是像人体的手指那样可以灵巧操作。考虑到机器人末端空间有限，以及降低控制的复杂度，因此有必要通过结构改进，降低电机数量。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种单通道输入多功能运动输出的传动机构及夹持执行机构，通过单电机驱动实现多功能运动输出，进一步提升驱动系统的动力密度。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种单通道输入多功能运动输出的传动机构，包括依次传动连接的动力电机、齿轮减速模块、棘轮定向模块和往复丝杆动力执行模块；所述往复丝杆动力执行模块包括第一往复丝杆动力执行单元和第二往复丝杆动力执行单元；

3、所述棘轮定向模块包括第一棘轮单元和第二棘轮单元；所述第一棘轮单元包括第一直齿轮、与所述第一直齿轮固定连接的第一棘轮、与所述第一棘轮通过轴承连接的第一棘轮输出半轴以及与所述第一棘轮输出半轴连接的带轮传动部件，所述第一棘轮输出半轴上活动连接有与所述第一棘轮的齿部相抵靠的第一棘爪；所述带轮传动部件与所述第二往复丝杆动力执行单元连接；

4、第二棘轮单元包括与所述齿轮减速模块齿轮连接的第二直齿轮、与所述第二直齿轮固定连接的第二棘轮、与所述第二棘轮通过轴承连接的第二棘轮输出半轴，所述第二棘轮输出半轴上活动连接有与所述第二棘轮的齿部相抵靠的第二棘爪；所述第二棘轮输出半轴与所述第一往复丝杆动力执行单元连接；

5、所述第二直齿轮与所述第一直齿轮啮合；所述第一棘轮单元和第二棘轮单元的设置满足所述第一棘轮与第一棘爪处于相对滑动的空转状态时，所述第二棘轮与所述第二棘爪处于啮合传动状态，进而驱动所述第一往复丝杆动力执行单元；当所述第二棘轮与所述第二棘爪处于相对滑动的空转状态时，所述第一棘轮与第一棘爪处于啮合传动状态，进而驱动所述第二往复丝杆动力执行单元。

6、进一步地，所述第二往复丝杆动力执行单元包括第一手指滑块和第二手指滑块、以及与所述带轮传动部件连接的第二往复传动丝杆；所述第一手指滑块和第二手指滑块通过月牙分别与所述第二往复传动丝杆的两端啮合传动，所述第二往复传动丝杆的中间设有平滑部，所述第一手指滑块和第二手指滑块分别连接有第一执行器和第二执行器，用于驱动所述第一执行器和第二执行器的第一自由度运动。

7、进一步地，所述第一往复丝杆动力执行单元包括与所述第二棘轮输出半轴通过联轴器连接的第一往复传动丝杆，以及与所述第一往复传动丝杆通过月牙啮合传动的主传动滑块；所述主传动滑块上通过轴承连接有主传动中心齿轮，所述主传动中心齿轮通过若干级第一传动单元分别与所述第一执行器和第二执行器连接，用于驱动所述第一执行器和第二执行器的第二自由度运动。

8、进一步地，所述若干级第一传动单元包括与所述主传动中心齿轮啮合的第一双面直齿条、与所述第一双面直齿条另一面齿条啮合的第一直齿轮、与所述第一直齿轮啮合的第一斜齿轮、与所述第一斜齿轮啮合的第二斜齿轮，所述第二斜齿轮固定连接有第一手指驱动半轴和第二手指驱动半轴，所述第一手指驱动半轴和第二手指驱动半轴分别与所述第一执行器和第二执行器连接，用于驱动所述第一执行器和第二执行器的第二自由度运动。

9、进一步地，所述第一执行器和第二执行器均包括支撑部件和抓握部件，所述支撑部件分别与所述第一手指滑块和第二手指滑块连接，所述抓握部件分别与所述第一手指驱动半轴和第二手指驱动半轴通过摇杆连接。

10、进一步地，所述主传动中心齿轮还通过若干级第二传动单元连接有第三执行器和第四执行器；所述若干级第二传动单元包括与所述主传动中心齿轮的另一侧啮合的第二双面直齿条、与所述第二双面直齿条另一面齿条啮合的第二直齿轮、与所述第二直齿轮啮合的第三斜齿轮、与所述第三斜齿轮啮合的第四斜齿轮，所述第四斜齿轮固定连接有第三手指驱动半轴和第四手指驱动半轴，所述第三手指驱动半轴和第四手指驱动半轴分别与所述第三执行器和第四执行器连接，用于驱动所述第三执行器和第四执行器的抓握运动。

11、进一步地，所述带轮传动部件包括与所述第一棘轮输出半轴固定连接的第一带轮以及与所述第一带轮通过传动皮带连接的第二带轮；所述第二带轮与所述第二往复传动丝杆传动连接。

12、进一步地，所述传动机构还包括阻力过载模块，所述阻力过载模块包括第一阻力轴和第二阻力轴；所述第一阻力轴和第二阻力轴分别通过联轴器与第一往复传动丝杆及第一带轮连接，用于当外部阻力矩大于阻力轴的扭矩阈值时，所述棘轮定向模块的动力输出端与所述往复丝杆执行模块的动力输入端之间发生相对滑移，实现动作中断的功能。

13、进一步地，所述齿轮减速模块包括与所述动力电机连接的第一减速齿轮、与所述第一减速齿轮啮合的第二减速齿轮与所述第二减速齿轮同轴传动的第三减速齿轮，所述第三减速齿轮与所述啮合。

14、本发明还提供一种夹持执行机构，包括以上任一项所述的单通道输入多功能运动输出的传动机构。

15、总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：

16、1.单电机实现多功能运动输出：本发明通过齿轮减速、两个棘轮定向单元和两个往复丝杆动力执行单元等机构的协同作用，使得两种传输路线通过齿轮机构耦合在一起，在单通道动力输入条件下实现多条动力传输路线和多个运动功能输出，无需为不同运动功能分别配置独立驱动电机，有利于减少驱动器数量并降低系统复杂度。

17、2.实现不同运动模式的快速切换：本发明利用两组镜像棘轮机构，将动力电机的正、反旋转运动转换为不同动力输出端的单向运动，从而通过动力输入方向的改变实现不同运动模式之间的快速切换，适用于多自由度四指执行器的不同抓取工况。

18、3.单向旋转实现往复运动：本发明采用往复丝杆动力执行模块，使单向旋转动力即可转换为执行端的往复直线运动，避免传统往复运动需要频繁进行电机换向，能够简化控制过程并提高运动稳定性。

19、4.具有过载保护功能：本发明设置阻力过载模块，当执行端受到超过预设阈值的外部阻力时，阻力轴发生相对滑移并中断动力传输，从而避免过大载荷继续传递至执行机构，实现对机构及目标物体的保护。

20、5.具有较好的动力传输稳定性：本发明通过棘轮机构和往复丝杆的机械特性，使动力传输具有单向性和一定的自锁能力，能够降低外部载荷造成执行机构反向运动的可能性，提高多自由度执行器抓取和操作过程中的稳定性。

1.一种单通道输入多功能运动输出的传动机构，其特征在于，包括依次传动连接的动力电机（18）、齿轮减速模块、棘轮定向模块和往复丝杆动力执行模块；所述往复丝杆动力执行模块包括第一往复丝杆动力执行单元和第二往复丝杆动力执行单元；

2.根据权利要求1所述的单通道输入多功能运动输出的传动机构，其特征在于，所述第二往复丝杆动力执行单元包括第一手指滑块（19）和第二手指滑块（5）、以及与所述带轮传动部件连接的第二往复传动丝杆（11）；所述第一手指滑块（19）和第二手指滑块（5）通过月牙分别与所述第二往复传动丝杆（11）的两端啮合传动，所述第二往复传动丝杆（11）的中间设有平滑部，所述第一手指滑块（19）和第二手指滑块（5）分别连接有第一执行器和第二执行器，用于驱动所述第一执行器和第二执行器的第一自由度运动。

3.根据权利要求2所述的单通道输入多功能运动输出的传动机构，其特征在于，所述第一往复丝杆动力执行单元包括与所述第二棘轮输出半轴（25）通过联轴器（12）连接的第一往复传动丝杆（6），以及与所述第一往复传动丝杆（6）通过月牙啮合传动的主传动滑块（10）；所述主传动滑块（10）上通过轴承连接有主传动中心齿轮（9），所述主传动中心齿轮（9）通过若干级第一传动单元分别与所述第一执行器和第二执行器连接，用于驱动所述第一执行器和第二执行器的第二自由度运动。

4.根据权利要求3所述的单通道输入多功能运动输出的传动机构，其特征在于，所述若干级第一传动单元包括与所述主传动中心齿轮（9）啮合的第一双面直齿条（36）、与所述第一双面直齿条（36）另一面齿条啮合的第一直齿轮（37）、与所述第一直齿轮（37）啮合的第一斜齿轮、与所述第一斜齿轮啮合的第二斜齿轮（38），所述第二斜齿轮（38）固定连接有第一手指驱动半轴（23）和第二手指驱动半轴（22），所述第一手指驱动半轴（23）和第二手指驱动半轴（22）分别与所述第一执行器和第二执行器连接，用于驱动所述第一执行器和第二执行器的第二自由度运动。

5.根据权利要求4所述的单通道输入多功能运动输出的传动机构，其特征在于，所述第一执行器和第二执行器均包括支撑部件和抓握部件，所述支撑部件分别与所述第一手指滑块（19）和第二手指滑块（5）连接，所述抓握部件分别与所述第一手指驱动半轴（23）和第二手指驱动半轴（22）通过摇杆（42）连接。

6.根据权利要求3-5任一项所述的单通道输入多功能运动输出的传动机构，其特征在于，所述主传动中心齿轮（9）还通过若干级第二传动单元连接有第三执行器和第四执行器；所述若干级第二传动单元包括与所述主传动中心齿轮（9）的另一侧啮合的第二双面直齿条（39）、与所述第二双面直齿条（39）另一面齿条啮合的第二直齿轮（40）、与所述第二直齿轮（40）啮合的第三斜齿轮、与所述第三斜齿轮啮合的第四斜齿轮（41），所述第四斜齿轮（38）固定连接有第三手指驱动半轴和第四手指驱动半轴，所述第三手指驱动半轴和第四手指驱动半轴分别与所述第三执行器和第四执行器连接，用于驱动所述第三执行器和第四执行器的抓握运动。

7.根据权利要求1-5任一项所述的单通道输入多功能运动输出的传动机构，其特征在于，所述带轮传动部件包括与所述第一棘轮输出半轴（15）固定连接的第一带轮（16）以及与所述第一带轮（16）通过传动皮带（17）连接的第二带轮（45）；所述第二带轮（45）与所述第二往复传动丝杆（11）传动连接。

8.根据权利要求7所述的单通道输入多功能运动输出的传动机构，其特征在于，所述传动机构还包括阻力过载模块，所述阻力过载模块包括第一阻力轴（30）和第二阻力轴（24）；所述第一阻力轴（30）和第二阻力轴（24）分别通过联轴器与第一往复传动丝杆（6）及第一带轮（16）连接，用于当外部阻力矩大于阻力轴的扭矩阈值时，所述棘轮定向模块的动力输出端与所述往复丝杆执行模块的动力输入端之间发生相对滑移，实现动作中断的功能。

9.根据权利要求1-5任一项所述的单通道输入多功能运动输出的传动机构，其特征在于，所述齿轮减速模块包括与所述动力电机（18）连接的第一减速齿轮（33）、与所述第一减速齿轮（33）啮合的第二减速齿轮（34）与所述第二减速齿轮（34）同轴传动的第三减速齿轮（35），所述第三减速齿轮（35）与所述（28）啮合。

10.一种夹持执行机构，其特征在于，包括权利要求1-9任一项所述的单通道输入多功能运动输出的传动机构。