CN103101055A - 一种腱式欠驱动自适应多指手装置 - Google Patents

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Abstract

腱式欠驱动自适应多指手装置，属于拟人机器人技术领域。本发明食指（2）、中指（3）、无名指（4）的驱动机构相同，尺寸不同；拇指（1）的驱动原理与各指相同，设计了能模拟人手拇指运动的机构；腱（37）固定于各指末指节，通过指节上滑轮导向（32）；各指关节安装有左右两个扭转弹簧；各指的一端固定连接于掌部（6）；掌部设有腱槽和导向滑轮（7），将腱导向到手臂的驱动单元中；每个指节上装有橡胶片（5）。本发明驱动器少，每个手指只需要一个电机驱动，结构简单，控制难度低，可实现对物体的自适应包络抓取。

Description

一种腱式欠驱动自适应多指手装置
技术领域
本发明涉及一种机器人手，具体涉及一种模拟人手的、可用于科学研究、航空航天、残疾人假肢的多指机械手装置，属于仿生机器人领域。
背景技术
随着科学技术的巨大发展，机器人的应用越来越广泛，市场前景逐渐显现。机器人的末端执行机构直接影响着机器人执行任务的效果，因而对机器人末端执行机构的研究非常重要。同时由于人手的灵巧特点，使仿人机械手研究吸引了大量的研究者。仿人机械手的应用前景更加广阔，它可以作为残疾人的假肢，或进入高危地区进行较复杂的作业，或代替人类进行工业生产等等。虽然目前已经研究出各种仿人灵巧手模型，但其存在做多的缺点，使其不能达到实际应用的阶段，缺点如下：（1）驱动器过多，每个关节都有一个驱动器驱动，使得控制过程非常复杂，并造成体积庞大，造价昂贵；（2）抓持力小，可使用范围比较小。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种腱式欠驱动多指手，其通用性强，具有负载能力强、驱动元件少、结构简单、体积小、控制简单、抓取物体具有自适应性的装置。
本发明采用如下技术方案实现。
本发明包括腱、拇指、食指、中指、无名指和掌部，每一指的端部与掌部固连，所述每个手指都包括三个依次铰接在一起的指节，形成一体。
所述每个铰接处安装有扭转弹簧，形成弹性铰接。
所述食指、中指和无名指指节的转轴轴线相互平行。
所述拇指的末指节关节和中指节关节转轴轴向相互平行，近指节关节转轴轴线成135°。
所述腱固定于各指末指节，通过各指节处的滑轮导向到掌部的导向槽或导向滑轮。
所述掌部设有导向腱槽和导向滑轮，将腱导向到手臂的驱动单元中，手臂中的电机通过伞齿轮组传动，实现拉动腱和释放腱的运动。
所述各指节处的传动装置为滑轮和腱，构成手指的欠驱动机构。
所述各指关节为弹性铰接。
所述各指节由左右侧板、左右关节轴和弹簧组成，指节侧板安装于关节轴伸出板上，通过螺钉连接，关节轴通过轴承与相邻指节连接，形成铰接。
所述弹性铰接，指节与相邻指节间加工有扭转弹簧槽，将扭转弹簧安装于关节轴和弹簧槽上，扭转弹簧具有初始转矩，使手指出于常开状态。
扭转弹簧的刚度从近指节关节到末指关节依次增大。
所述食指、中指和无名指的各指节处滑轮在关节轴中间安装，关节轴伸出板上也安装滑轮，在伸直状态下，手指上所有滑轮中心共线。
所述拇指末指节、中指节与食指的相同，腱通过拇指近指节处斜导向滑轮导向，后经掌部导向滑轮导向到手臂驱动单元。
本发明中腱式欠驱动自适应多指手的有益效果是：
本发明结构简单，重量轻，驱动单元少，造价低，负载能力强，控制简单，抓取物体具有自适应性的特点。
附图说明
图1为本发明中腱式欠驱动自适应多指手装置的三维平面视图。
图2为本发明中食指的三维结构视图。
图3为本发明中食指的三维零件***视图。
图4为本发明中拇指的三维结构视图。
图中：
1-拇指        2-食指      3-中指      4-无名指      5-橡胶片      6-手掌部分      
7-导向滑轮    8-末指指节      9-中指指节      10-近指指节      11-端指节     
12-螺钉      13-末指节侧板A      14-中指节侧板A      15-近指节侧板A
16-端指节侧板A      17-末指节夹板      18-末指关节轴A      19-末指关节轴B
20-末指关节扭簧A      21-末指关节扭簧B      22-中指关节轴A      23-中指关节轴B
24-中指关节扭簧A      25-中指关节扭簧B      26-近指关节扭簧A      27-近指关节扭簧B
28-近指关节轴A      29-近指关节轴B      30-小轴A      31-小轴B     32-滑轮
33-末指节侧板B      34-中指节侧板B      35-近指节侧板B     36-端指节侧板B  
37-腱（钢丝绳）      38-拇指近指节侧板A      39-斜导向滑轮      40-拇指端指节轴A
41-拇指端指节侧板A      42-拇指端指节侧板B      43-拇指端指节轴B      44-拇指端指节侧板C
45-拇指端指节侧板D      46-拇指端指节轴C      47-拇指近指节侧板B
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
如图1所示，本发明包括腱（37）、拇指（1）、食指（2）、中指（3）、无名指（4）和掌部（6），每一指的端部与掌部固连，每个手指都包括三个依次铰接在一起的指节，形成一体；每个铰接处安装有扭转弹簧，形成弹性铰接；食指、中指和无名指指节的转轴轴线相互平行；拇指（1）的末指节关节和中指节关节转轴轴向相互平行，近指节关节转轴轴线成135°；腱固定于各指末指节，通过各指节处的滑轮导向到掌部的导向槽或导向滑轮；掌部设有导向腱槽和导向滑轮，将腱导向到手臂的驱动单元中，手臂中的电机通过伞齿轮组传动，实现拉动腱和释放腱的运动；手指各指节处装上橡胶片，能起到增大摩擦的作用，使抓取问题更稳定。
如图2、3所示，本发明各指节处的传动装置为滑轮和腱，构成手指的欠驱动机构；各指关节为弹性铰接；各指节由左右侧板、左右关节轴和弹簧组成，指节侧板安装于关节轴伸出板上，通过螺钉连接，关节轴通过轴承与相邻指节连接，形成铰接；弹性铰接，指节与相邻指节间加工有扭转弹簧槽，将扭转弹簧安装于关节轴和弹簧槽上，扭转弹簧具有初始转矩，使手指出于常开状态；扭转弹簧的刚度从近指节关节到末指关节依次增大；食指、中指和无名指的各指节处滑轮在关节轴中间安装，关节轴伸出板上也安装滑轮，在伸直状态下，手指上所有滑轮中心共线。
如图4所示，拇指末指节、中指节与食指的相同，腱通过拇指近指节处斜导向滑轮导向，后经掌部导向滑轮导向到手臂驱动单元。
本发明的工作过程如下：
电机拉动腱，由于手指关节处弹簧刚度是由小到大排列的，手指近指关节先转动，转动到一定程度后中指关节转动，之后末指关节转动，各关节的转动范围为90°。在抓取物体时，手指近指关节先于物体接触，形成力封闭，近指关节停止转动，之后中指关节与末指关节转动，至于物体接触。在抓取不同形状物体时，在弹簧刚度选取合适的情况下，总是近指关节、中指关节、末指关节依次与物体接触，形成包络抓取。

Claims (5)

1.一种腱式欠驱动自适应多指手装置，其特征在于：其包括腱（37）、拇指（1）、食指（2）、中指（3）、无名指（4）和掌部（6），每一指的端部（11）与掌部（6）固连，所述每个手指都包括三个依次铰接在一起的指节，形成一体；所述每个铰接处安装有扭转弹簧，形成弹性铰接；所述食指（2）、中指（3）和无名指（4）指节的转轴轴线相互平行；所述拇指（1）的末指节关节和中指节关节转轴轴向相互平行，近指节关节转轴轴线成135°；所述腱固定于各指末指节，通过各指节处的滑轮（32）导向到掌部（6）的导向槽或导向滑轮；所述掌部设有导向腱槽和导向滑轮，将腱导向到手臂的驱动单元中，手臂中的电机通过伞齿轮组传动，实现拉动腱和释放腱的运动。
2.根据权利要求1所述的一种腱式欠驱动自适应多指手装置，其特征在于：所述各指节处的传动装置为滑轮（32）和腱（37），构成手指的欠驱动机构。
3.根据权利要求1所述的一种腱式欠驱动自适应多指手装置，其特征在于：所述各指节处的连接为弹性铰接；
所述各指节由左右侧板、左右关节轴和弹簧组成，指节侧板安装于关节轴伸出板上，通过螺钉（12）连接，关节轴通过轴承与相邻指节连接，形成铰接；
所述弹性铰接，指节与相邻指节间加工有扭转弹簧槽，将扭转弹簧安装于关节轴和弹簧槽上，扭转弹簧具有初始转矩，使手指出于常开状态。
4.根据权利要求1所述的一种腱式欠驱动自适应多指手装置，其特征在于：扭转弹簧的刚度从近指节关节到末指关节依次增大。
5.根据权利要求1所述的一种腱式欠驱动自适应多指手装置，其特征在于：所述食指（2）、中指（3）和无名指（4）的各指节处滑轮（32）在关节轴中间安装，关节轴伸出板上也安装滑轮，在伸直状态下，手指上所有滑轮中心共线。
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