CN109664322B - 一种基于连杆传动的自适应欠驱动手指装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于连杆传动的自适应欠驱动手指装置，包括依次布置且铰接相连的近指组件、中指组件及远指组件，所述的近指组件包括近指节外壳、近指节连杆、固定在灵巧手手掌上的基关节支架、与基关节支架滑动连接的连杆、与直流伺服电机相连的驱动锥齿轮、角度传感器以及齿轮齿条自适应机构，所述的中指组件包括中指节外壳及中指节连杆，所述的远指组件包括远指节外壳、远指节上端盖及远指节连杆，远指节外壳的底部设有薄膜触力传感器。由上述技术方案可知，本发明的末端抓取能力强，具有自适应性好、结构简单、重量轻、控制简单、成本低等优点，可以满足灵巧手的稳定抓取和灵巧操作。

Description

一种基于连杆传动的自适应欠驱动手指装置

技术领域

本发明涉及机器人领域，具体涉及一种基于连杆传动的自适应欠驱动手指装置。

背景技术

随着智能技术和制造业的发展，机器人的应用领域越来越广泛。传统的工业机器手广泛应用于制造业，但是在非制造业领域，如海洋开发、医疗、服务、娱乐等行业中，操作环境往往具有多样性和复杂性，这就要求机器配置更加强大、灵巧性和适应性的末端执行器，从而促使了学者们开展对于仿人灵巧手的研究。

目前仿人灵巧手多为全驱动的多指灵巧手，如Robonaut 手、Shadow DexterousHand、UBV等虽然能够对实现物体的抓取和部分操作任务，但是控制***复杂、成本高昂、质量体积大，极大地限制了其实际的应用空间。相比之下仿人欠驱动灵巧手具有机构简单、质量小、体积小、控制简单、可靠性高、操作灵活的特点。

欠驱动多指灵巧手按工作方式分类，主要分为耦合欠驱动灵巧手和自适应欠驱动灵巧手。耦合灵欠驱动巧手，如：Belgrade/USC Hand通过耦合机构使手指各关节的运动耦合，减少了手指自由度，使指尖具有确定的运动，其运动精确、控制简单、抓取力大，但是不能适应不同物体的形状；而自适应欠驱动灵巧手，如：DSUA Hand，能够适应不同物体的形状，但是由于关节指尖通过弹簧连接，指尖刚度非常低，只适合于手掌包络抓取，指尖抓取能力很弱。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于连杆传动的自适应欠驱动手指装置，该装置的末端抓取能力强，具有自适应性好、结构简单、重量轻、控制简单、成本低等优点，可以满足灵巧手的稳定抓取和灵巧操作。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：包括依次布置且铰接相连的近指组件、中指组件及远指组件，所述的近指组件包括近指节外壳、近指节连杆、固定在灵巧手手掌上的基关节支架、与基关节支架滑动连接的连杆、与直流伺服电机相连的驱动锥齿轮、角度传感器以及齿轮齿条自适应机构，所述的中指组件包括中指节外壳及中指节连杆，所述的远指组件包括远指节外壳、远指节上端盖及远指节连杆，远指节外壳的底部设有薄膜触力传感器；所述近指节外壳与近指节连杆的两端分别通过第一转轴及第二转轴连接，所述的驱动锥齿轮、基关节支架及角度传感器与第一转轴同轴设置，所述齿轮齿条自适应机构中的直齿轮与第二转轴同轴设置，所述连杆的一端与基关节支架形成滑动配合，连杆的另一端固定在第二转轴上，所述中指节外壳的两端分别通过第二转轴及第一销轴连接，所述远指节外壳及远指节上端盖的两端分别通过第一销轴及第二销轴连接，所述中指节连杆的一端固定在第二转轴上，所述中指节连杆的另一端固定在第一销轴上，所述远指节连杆的一端与第二销轴相连，远指节连杆的另一端与近指节连杆形成滑动配合，远指节连杆的中部与第一销轴相连，所述的齿轮齿条自适应机构包括近指节滑块本体、设置在近指节滑块本体上的齿条以及固定在第二转轴上且与齿条相配合的直齿轮，所述近指节滑块本体的底面为与手指同宽的矩形平面，近指节滑块本体上开设有竖直方向布置的第二腰形槽口，所述的齿轮齿条自适应机构还包括呈上下方向布置且垂直贯穿第三耳板与第四耳板的第一圆头销及第二圆头销，所述的第一圆头销及第二圆头销上分别设有第一微型轴承及第二微型轴承，所述的第一微型轴承及第二微型轴承位于第二腰形槽口中，且近指节滑块本体可沿第二腰形槽口限定的方向在第一微型轴承及第二微型轴承上滑动。

所述的基关节支架包括与近指节连杆相平行的第一支架板及第二支架板，所述第一支架板与第二支架板的底部设有连接两者的底座，所述底座的一端与第一支架板的端面相平齐，且底座的长度大于第一支架板与第二支架板之间的间距，所述的第一支架板位于驱动锥齿轮与第一耳板之间，所述的第二支架板位于第二耳板及角度传感器之间，所述的第二支架板向左延伸有与连杆相连的板体，所述的板体及第二支架板为一体结构，且板体的端部设有第一外螺纹圆柱销，第一外螺纹圆柱销上设有第一轴承，所述连杆的一端设有与第一轴承相配合的第一腰形槽口，所述的第一轴承在第一腰形槽口限定的范围内滑动，所述连杆的另一端与第二转轴铰接。

所述的近指节外壳与近指节连杆平行设置，所述的驱动锥齿轮位于近指节连杆右端形成的第一耳板及第二耳板之间；所述的齿轮齿条自适应机构设置在近指节连杆左端形成的第三耳板及第四耳板之间，且第三耳板及第四耳板之间形成与齿轮齿条自适应机构形状相吻合的通槽，所述第四耳板的端部向左下方向延伸有与远指节连杆形成滑动配合的延伸板，所述的延伸板上开设有第三腰形槽口；所述的中指节外壳包括铅垂方向平行设置的第一肋板及第二肋板，第一肋板及第二肋板的底部通过底板连接，所述的远指节外壳包括平行设置的第三肋板及第四肋板，所述第三肋板与第四肋板的前侧及底侧包围有连接板，所述的远指节上端盖包括平行设置的第五肋板与第六肋板，所述第五肋板及第六肋板的上板面设有连接两者的顶板，所述的第五肋板及第六肋板分别位于第三肋板及第四肋板的外侧，所述的远指节连杆置于第三肋板与第四肋板之间。

所述的第一转轴包括依次布置且为一体结构的第一轴段、第二轴段、第三轴段及第四轴段，其中：第一轴段与第一耳板及第一支架板相配合，第二轴段与驱动锥齿轮及第二支架板相配合，第三轴段与角度传感器相配合，第四轴段与近指节外壳相配合，所述的第二轴段与驱动锥齿轮相配合的部位及第三轴段均为D型轴，所述第一轴段及第四轴段的端部设有轴用弹性挡圈，所述的第一转轴依次连接第一耳板、第一支架板、驱动锥齿轮、第二耳板、第二支架板、角度传感器及近指节外壳。

所述的第二转轴包括依次布置且为一体结构的第五轴段、第六轴段及第七轴段，所述的第五轴段与第三耳板、中指节外壳的第一肋板、直齿轮相配合，所述的第六轴段与第四耳板及中指节连杆相配合，所述的第七轴段与连杆、中指节外壳的第二肋板及近指节外壳相配合，其中：第五轴段与中指节外壳的第一肋板及直齿轮相配合的部位为D型轴，所述第六轴段与中指节连杆相配合的部位为D型轴，所述的第二转轴依次连接第三耳板、中指节外壳的第一肋板、直齿轮、第四耳板、中指节连杆、连杆、中指节外壳的第二肋板及近指节外壳，且第二转轴靠近近指节外壳的一端设有轴用弹性挡圈。

所述的连杆靠近中指节外壳的第二肋板的端面上设有用于安装扭簧的柱状凸台，扭簧的一端与第二肋板上设置的第一卡槽相固定，所述扭簧的另一端与连杆上设置的第二卡槽相固定；所述的连杆与中指节连杆相靠近的端面上分别设有120度的环状凸台，两个环状凸台的轴向安装位置相错开，初始状态下，中指节连杆与连杆的轴向贴合在一起，且中指节连杆在环状凸台的限位下相对于连杆无法进行顺时针方向的转动。

所述的远指节连杆包括水平杆以及沿水平杆的端部向右下方向延伸的斜杆，所述的水平杆与斜杆为整体结构，所述水平杆两端分别与第二销轴及第一销轴相连，所述斜杆的端部设有第二外螺纹圆柱销，第二外螺纹圆柱销上设有第二轴承，所述的第二轴承与第三腰形槽口形成滑动配合。

还包括传感***，所述的传感***包括电流传感器、固定在第一转轴上的角度传感器以及粘贴于远指节外壳下侧的薄膜触力传感器，所述的传感***与控制板相连，控制板采集传感器信号用以控制直流伺服电机的位置和力矩。

所述的角度传感器采用R24HS机器人关节角度传感器，其中心转轴为中空结构，所述的薄膜触力传感器为FSR402薄膜压力传感器，所述的电流传感器为WCS2801电流检测传感器。

本发明的有益效果在于：1）本发明采用连杆传动，可以提供较好的传力效果，避免了绳索传动精度低、需要预紧的缺点；2）本发明不仅具有良好的指尖抓取的能力，而且能够适应不同物体的形状进行抓握操作，应用性较强；3）本发明配置了角度传感器、触力传感器、电流传感器、直流伺服电机，可以有效地控制手指的运动和抓取力，灵巧手的复杂操作提供了可能；4）本发明采用直流伺服电机的欠驱动方式，有效地降低了控制难度，其控制比较简单，尤其是自适应抓取，能够有效地降低成本，拓宽其应用领域。

附图说明

图1是本发明的立体结构示意图一；

图2是本发明的立体结构示意图二；

图3是本发明的分解结构示意图；

图4是本发明的俯视图；

图5是本发明的内部结构示意图一；

图6是本发明的内部结构示意图二；

图7是本发明基关节支架的结构示意图；

图8是本发明连杆的结构示意图；

图9是本发明近指节连杆的结构示意图；

图10是本发明齿轮齿条自适应机构的结构示意图；

图11是本发明第一转轴的结构示意图；

图12是本发明第二转轴的结构示意图；

图13是本发明执行弯曲动作的示意图；

图14是本发明的控制示意图。

上述附图的附图标记为：

近指组件1、近指节外壳11、近指节连杆12、第一耳板121、第二耳板122、第三耳板123、第四耳板124、延伸板125、第三腰形槽口126、通槽127、基关节支架13、第一支架板131、第二支架板132、底座133、板体134、连杆14、第一腰形槽口141、扭簧142、柱状凸台143、第一卡槽144、第二卡槽145、环状凸台146、驱动锥齿轮15、角度传感器16、齿轮齿条自适应机构17、近指节滑块本体171、齿条172、直齿轮173、矩形平面174、第二腰形槽口175、第一圆头销176、第二圆头销177、第一微型轴承178、第二微型轴承179、第一外螺纹圆柱销18、第一轴承181、中指组件2、中指节外壳21、第一肋板211、第二肋板212、底板213、中指节连杆22、远指组件3、远指节外壳31、第三肋板311、第四肋板312、连接板313、远指节上端盖32、第五肋板321、第六肋板322、顶板323、远指节连杆33、水平杆331、斜杆332、第二外螺纹圆柱销34、第二轴承341、薄膜触力传感器4、第一转轴51、第一轴段511、第二轴段512、第三轴段513、第四轴段514、第二转轴52、第五轴段521、第六轴段522、第七轴段523、第一销轴53、第二销轴54、电流传感器6、控制板7、直流伺服电机8。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明：

如图1、图2、图3、图4所示的一种基于连杆传动的自适应欠驱动手指装置，包括依次布置且铰接相连的近指组件1、中指组件2及远指组件3，本实施例为灵巧手上单根手指的结构示意图，近指组件1、中指组件2及远指组件3分别对应人手指的近指节、中指节及远指节。

进一步的，近指组件1包括近指节外壳11、近指节连杆12、固定在灵巧手手掌上的基关节支架13、与基关节支架13滑动连接的连杆14、与直流伺服电机相连的驱动锥齿轮15、角度传感器16以及齿轮齿条自适应机构17。

其中：如图7所示，基关节支架13包括与近指节连杆12相平行的第一支架板131及第二支架板132，第一支架板131与第二支架板132的底部设有连接两者的底座133，底座133与灵巧手的手掌相固定；底座133的一端与第一支架板131的端面相平齐，且底座133的长度大于第一支架板131与第二支架板132之间的间距，即底座133的另一端位于第二支架板132的外侧面；第一支架板131位于驱动锥齿轮15与第一耳板121之间，第二支架板132位于第二耳板122及角度传感器16之间，第二支架板132向左延伸有与连杆14相连的板体134，板体134及第二支架板132为一体结构，且板体134的端部设有第一外螺纹圆柱销18，第一外螺纹圆柱销18上设有第一轴承181，即第一外螺纹圆柱销18与板体134螺纹连接，第一轴承181的内圈安装在第一外螺纹圆柱销18的光滑端，如图8所示，连杆14的一端设有与第一轴承181相配合的第一腰形槽口141，第一轴承181在第一腰形槽口141限定的范围内滑动，连杆14的另一端与第二转轴52铰接。近指节连杆12、板体134、第一轴承181、连杆14形成第一组滑块连杆机构，当近指节连杆12转一定角度时，连杆14转动一个对应的角度，实现近指节连杆12与连杆14的运动耦合。

如图9所示，近指节外壳11与近指节连杆12平行设置，驱动锥齿轮15位于近指节连杆12右端形成的第一耳板121及第二耳板122之间；齿轮齿条自适应机构17设置在近指节连杆12左端形成的第三耳板123及第四耳板124之间，且第三耳板123及第四耳板124之间形成与齿轮齿条自适应机构17形状相吻合的通槽127，第四耳板124的端部向左下方向延伸有与远指节连杆33形成滑动配合的延伸板125，延伸板125上开设有第三腰形槽口126。

进一步的，如图10所示，齿轮齿条自适应机构17包括近指节滑块本体171、设置在近指节滑块本体171上的齿条172以及固定在第二转轴52上且与齿条172相配合的直齿轮173，近指节滑块本体171的底面为与手指同宽的矩形平面174，近指节滑块本体171上开设有竖直方向布置的第二腰形槽口175，齿轮齿条自适应机构17还包括呈上下方向布置且垂直贯穿第三耳板123与第四耳板124的第一圆头销176及第二圆头销177，第一圆头销176及第二圆头销177上分别设有第一微型轴承178及第二微型轴承179，第一微型轴承178及第二微型轴承179位于第二腰形槽口175中，且近指节滑块本体171可沿第二腰形槽口175限定的方向在第一微型轴承178及第二微型轴承179上滑动。当近指节滑块本体171接触物体时，近指节滑块本体171向上滑动，会引起直齿轮173、第二转轴52和中指节连杆22一起转动，从而带动远指节连杆33的转动，即实现被动的适应性运动。第一微型轴承178及第二微型轴承179的作用是减小摩擦力，并使近指节滑块本体171相对于近指节连杆12沿第二腰形槽口175滑动。

进一步的，近指节外壳11与近指节连杆12的两端分别通过第一转轴51及第二转轴52连接，驱动锥齿轮15、基关节支架13及角度传感器16与第一转轴51同轴设置，齿轮齿条自适应机构17中的直齿轮173与第二转轴52同轴设置，连杆14的一端与基关节支架13形成滑动配合，连杆14的另一端固定在第二转轴52上。

具体的，如图11所示，第一转轴51包括依次布置且为一体结构的第一轴段511、第二轴段512、第三轴段513及第四轴段514，其中：第一轴段511与第一耳板121及第一支架板131相配合，第二轴段512与驱动锥齿轮15及第二支架板132相配合，第三轴段513与角度传感器16相配合，第四轴段514与近指节外壳11相配合，第二轴段512与驱动锥齿轮15相配合的部位及第三轴段513均为D型轴，第一轴段511及第四轴段514的端部设有轴用弹性挡圈，第一转轴51依次连接第一耳板121、第一支架板131、驱动锥齿轮15、第二耳板122、第二支架板132、角度传感器16及近指节外壳11。

具体的，如图12所示，第二转轴52包括依次布置且为一体结构的第五轴段521、第六轴段522及第七轴段523，第五轴段521与第三耳板123、中指节外壳21的第一肋板211、直齿轮173相配合，第六轴段522与第四耳板124及中指节连杆22相配合，第七轴段523与连杆14、中指节外壳21的第二肋板212及近指节外壳11相配合，其中：第五轴段521与中指节外壳21的第一肋板211及直齿轮173相配合的部位为D型轴，第六轴段522与中指节连杆22相配合的部位为D型轴，第二转轴52依次连接第三耳板123、中指节外壳的第一肋板211、直齿轮173、第四耳板124、中指节连杆22、连杆14、中指节外壳的第二肋板212及近指节外壳11，且第二转轴52靠近近指节外壳11的一端设有轴用弹性挡圈。

进一步的，如图8所示，连杆14靠近中指节外壳的第二肋板212的端面上设有用于安装扭簧142的柱状凸台143，扭簧142的一端与第二肋板212上设置的第一卡槽144相固定，扭簧142的另一端与连杆14上设置的第二卡槽145相固定；即扭簧142安装在连杆14左端的柱状凸台143上，扭簧142的两个活动端分别固定在连杆14上的第二卡槽145和中指节外壳21上的第一卡槽144上；连杆14与中指节连杆22相靠近的端面上分别设有120度的环状凸台146，两个环状凸台146的轴向安装位置相错开，初始状态下，中指节连杆22与连杆14的轴向贴合在一起，且中指节连杆22在环状凸台146的限位下相对于连杆14无法进行顺时针方向的转动。也就是安装的初始位置是中指节连杆22由于环状凸台146的限位作用，无法绕第二转轴52相对于连杆14的顺时针方向转动，扭簧142的作用是将连杆14和中指节连杆22在初始位置的轴向贴合在一起，并提供初始的预紧力，即初始位置上，中指节连杆22相对于连杆14无法进行顺时针转动，逆时针转动时需克服扭簧142的阻力。

进一步的，中指组件2包括中指节外壳21及中指节连杆22，中指节外壳21的两端分别通过第二转轴52及第一销轴53连接，中指节外壳21包括铅垂方向平行设置的第一肋板211及第二肋板212，第一肋板211及第二肋板212的底部通过底板213连接，

进一步的，远指组件3包括远指节外壳31、远指节上端盖32及远指节连杆33，远指节外壳31的底部设有薄膜触力传感器4；远指节外壳31包括平行设置的第三肋板311及第四肋板312，第三肋板311与第四肋板312的前侧及底侧包围有连接板313，远指节上端盖32包括平行设置的第五肋板321与第六肋板322，第五肋板321及第六肋板322的上板面设有连接两者的顶板323，第五肋板321及第六肋板322分别位于第三肋板311及第四肋板312的外侧，远指节连杆33置于第三肋板311与第四肋板312之间。

进一步的，远指节外壳31及远指节上端盖32的两端分别通过第一销轴53及第二销轴54连接，中指节连杆22的一端固定在第二转轴52上，中指节连杆22的另一端固定在第一销轴53上，远指节连杆33的一端与第二销轴54相连，远指节连杆33的另一端与近指节连杆12形成滑动配合，远指节连杆33的中部与第一销轴53相连。

进一步的，远指节连杆33包括水平杆331以及沿水平杆331的端部向右下方向延伸的斜杆332，水平杆331与斜杆332为整体结构，水平杆331两端分别与第二销轴54及第一销轴53相连，斜杆332的端部设有第二外螺纹圆柱销34，第二外螺纹圆柱销34上设有第二轴承341，第二轴承341与第三腰形槽口126形成滑动配合。中指节连杆22、板体134、第二轴承341、远指节连杆的斜杆332形成第二组滑块连杆机构，当中指节连杆22转动一定角度时，远指节连杆33转动一个相应的角度，即实现中指节连杆22和远指节连杆33的运动耦合。

进一步的，如图14所示，还包括传感***，传感***包括电流传感器6、固定在第一转轴51上的角度传感器16以及粘贴于远指节外壳31下侧的薄膜触力传感器4，传感***与控制板7相连，控制板7采集传感器信号用以控制直流伺服电机8的位置和力矩。

进一步的，角度传感器16采用R24HS机器人关节角度传感器，其中心转轴为中空结构，安装时其内芯转子通过D型轴固定在第一转轴上，外壳固定在基关节支架上；薄膜触力传感器4为FSR402薄膜压力传感器，电流传感器6为WCS2801电流检测传感器，用于检测直流伺服电机的电流，控制电机力矩。

如图6所示，近指节连杆12、基关节支架13的板体134、第一轴承和连杆14组成第一组滑块连杆机构，近指节连杆12和连杆14的运动耦合，转动角度有近似线性的关系；中指节连杆22、近指节连杆12的延伸板、第二轴承和远指节连杆33的斜杆组成第二组连杆滑块机构，中指节连杆22和远指节连杆33的运动耦合，转动角度有近似线性的关系；由于连杆14和中指节连杆22由于相对转动被限位，并用扭簧142预紧，当手指***或者前端受力时，连杆14和中指节连杆22无法相对转动，相当于一根杆，即近指节连杆12、中指节连杆22、连杆14、远指节连杆33的运动耦合，从而实现了手指的近指节、中指节、远指节的连续耦合运动。

如图5所示，当近指组件1中的近指节滑块本体171先接触物体时，近指节滑块本体171受到压力，带动齿条172向上运动，使直齿轮173逆时针转动，由于第二转轴52、直齿轮173、中指节连杆22固定在一起，所以中指节连杆22继续向下转动，远指节连杆33也向下耦合运动，上述的抓取方法为自适应抓握，可以适应不同形状的物体；自适应抓握过程中，连杆14和中指节连杆22相对转动，扭簧142压缩，中指节、远指节运动耦合，近指节、中指节运动相互独立，近指节在直流伺服电机的作用下小幅度转动，中指节由于近指节滑块本体171和近指节连杆12的相对滑动呈较大幅度的转动，直到抓紧物体；

如图13所示，直流伺服电机带动驱动锥齿轮15转动，从而使近指节连杆12运动，通过滑块连杆传动机构或齿轮齿条自适应结构，将运动传递给中指节和远指节；

本发明包括两种抓取操作模式：

一是指尖抓取。具体为：向Arduino控制板烧录相关的程序，对直流伺服电机驱动模块发出指令，驱动直流伺服电机，直流伺服电机前端安装有小锥齿轮，带动驱动锥齿轮、第一转轴、近指节连杆一起转动，由于两组滑块连杆机构的耦合运动以及连杆和中指节连杆的限位，中指节连杆、远指节连杆也相应的转动，即灵巧手手指各指节做耦合运动；角度传感器用于测量近指节的旋转角度，配合直流伺服电机上的霍尔编码器，控制直流伺服电机的位置和转速；当指尖接触物体时，电流传感器可以测得通过电机的电流，通过控制电机的电流可以控制直流伺服电机的力矩，薄膜触力传感器测得指尖与物体的接触力，通过薄膜触力传感器的信号反馈，进行指尖力的控制。

二是自适应抓取。具体为：向Arduino控制板烧录相关的程序，对直流伺服电机驱动模块发出指令，驱动直流伺服电机，直流伺服电机前端安装有小锥齿轮，带动驱动锥齿轮、第一转轴、近指节连杆一起转动，此时为包络抓取，近指节滑块本体先接触物体，近指节滑块本体相对与近指节连杆向上运动，齿条带动直齿轮、第二转轴、中指节连杆逆时针转动，扭簧被压缩，中指节连杆相对与连杆转动，此时灵巧手手指近指节由于物体阻挡基本不转动，中指节、远指节继续转动，直到抓住物体，本过程可以适应不同物体的形状，即自适应抓取操作；自适应抓取控制，只需控制直流伺服电机的力矩即可。

本发明的有益效果在于：1）本发明采用连杆传动，可以提供较好的传力效果，避免了绳索传动精度低、需要预紧的缺点；2）本发明不仅具有良好的指尖抓取的能力，而且能够适应不同物体的形状进行抓握操作，应用性较强；3）本发明配置了角度传感器、触力传感器、电流传感器、直流伺服电机，可以有效地控制手指的运动和抓取力，灵巧手的复杂操作提供了可能；4）本发明采用直流伺服电机的欠驱动方式，有效地降低了控制难度，其控制比较简单，尤其是自适应抓取，能够有效地降低成本，拓宽其应用领域。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (9)

1.一种基于连杆传动的自适应欠驱动手指装置，其特征在于：包括依次布置且铰接相连的近指组件（1）、中指组件（2）及远指组件（3），所述的近指组件（1）包括近指节外壳（11）、近指节连杆（12）、固定在灵巧手手掌上的基关节支架（13）、与基关节支架（13）滑动连接的连杆（14）、与直流伺服电机相连的驱动锥齿轮（15）、角度传感器（16）以及齿轮齿条自适应机构（17），所述的中指组件（2）包括中指节外壳（21）及中指节连杆（22），所述的远指组件（3）包括远指节外壳（31）、远指节上端盖（32）及远指节连杆（33），远指节外壳（31）的底部设有薄膜触力传感器（4）；所述近指节外壳（11）与近指节连杆（12）的两端分别通过第一转轴（51）及第二转轴（52）连接，所述的驱动锥齿轮（15）、基关节支架（13）及角度传感器（16）与第一转轴（51）同轴设置，所述齿轮齿条自适应机构（17）中的直齿轮与第二转轴（52）同轴设置，所述连杆（14）的一端与基关节支架（13）形成滑动配合，连杆（14）的另一端固定在第二转轴（52）上，所述中指节外壳（21）的两端分别通过第二转轴（52）及第一销轴（53）连接，所述远指节外壳（31）及远指节上端盖（32）的两端分别通过第一销轴（53）及第二销轴（54）连接，所述中指节连杆（22）的一端固定在第二转轴（52）上，所述中指节连杆（22）的另一端固定在第一销轴（53）上，所述远指节连杆（33）的一端与第二销轴（54）相连，远指节连杆（33）的另一端与近指节连杆（12）形成滑动配合，远指节连杆（33）的中部与第一销轴（53）相连，所述的齿轮齿条自适应机构（17）包括近指节滑块本体（171）、设置在近指节滑块本体（171）上的齿条（172）以及固定在第二转轴（52）上且与齿条（172）相配合的直齿轮（173），所述近指节滑块本体（171）的底面为与手指同宽的矩形平面（174），近指节滑块本体（171）上开设有竖直方向布置的第二腰形槽口（175），所述的齿轮齿条自适应机构（17）还包括呈上下方向布置且垂直贯穿第三耳板（123）与第四耳板（124）的第一圆头销（176）及第二圆头销（177），所述的第一圆头销（176）及第二圆头销（177）上分别设有第一微型轴承（178）及第二微型轴承（179），所述的第一微型轴承（178）及第二微型轴承（179）位于第二腰形槽口（175）中，且近指节滑块本体（171）可沿第二腰形槽口（175）限定的方向在第一微型轴承（178）及第二微型轴承（179）上滑动。

2.根据权利要求1所述的基于连杆传动的自适应欠驱动手指装置，其特征在于：所述的基关节支架（13）包括与近指节连杆（12）相平行的第一支架板（131）及第二支架板（132），所述第一支架板（131）与第二支架板（132）的底部设有连接两者的底座（133），所述底座（133）的一端与第一支架板（131）的端面相平齐，且底座（133）的长度大于第一支架板（131）与第二支架板（132）之间的间距，所述的第一支架板（131）位于驱动锥齿轮（15）与第一耳板之间，所述的第二支架板（132）位于第二耳板及角度传感器（16）之间，所述的第二支架板（132）向左延伸有与连杆（14）相连的板体（134），所述的板体（134）及第二支架板（132）为一体结构，且板体（134）的端部设有第一外螺纹圆柱销（18），第一外螺纹圆柱销（18）上设有第一轴承（181），所述连杆（14）的一端设有与第一轴承（181）相配合的第一腰形槽口（141），所述的第一轴承（181）在第一腰形槽口（141）限定的范围内滑动，所述连杆（14）的另一端与第二转轴（52）铰接。

3.根据权利要求1所述的基于连杆传动的自适应欠驱动手指装置，其特征在于：所述的近指节外壳（11）与近指节连杆（12）平行设置，所述的驱动锥齿轮（15）位于近指节连杆（12）右端形成的第一耳板（121）及第二耳板（122）之间；所述的齿轮齿条自适应机构（17）设置在近指节连杆（12）左端形成的第三耳板（123）及第四耳板（124）之间，且第三耳板（123）及第四耳板（124）之间形成与齿轮齿条自适应机构（17）形状相吻合的通槽（127），所述第四耳板（124）的端部向左下方向延伸有与远指节连杆（33）形成滑动配合的延伸板（125），所述的延伸板（125）上开设有第三腰形槽口（126）；所述的中指节外壳（21）包括铅垂方向平行设置的第一肋板（211）及第二肋板（212），第一肋板（211）及第二肋板（212）的底部通过底板（213）连接，所述的远指节外壳（31）包括平行设置的第三肋板（311）及第四肋板（312），所述第三肋板（311）与第四肋板（312）的前侧及底侧包围有连接板（313），所述的远指节上端盖（32）包括平行设置的第五肋板（321）与第六肋板（322），所述第五肋板（321）及第六肋板（322）的上板面设有连接两者的顶板（323），所述的第五肋板（321）及第六肋板（322）分别位于第三肋板（311）及第四肋板（312）的外侧，所述的远指节连杆（33）置于第三肋板（311）与第四肋板（312）之间。

4.根据权利要求1所述的基于连杆传动的自适应欠驱动手指装置，其特征在于：所述的第一转轴（51）包括依次布置且为一体结构的第一轴段（511）、第二轴段（512）、第三轴段（513）及第四轴段（514），其中：第一轴段（511）与第一耳板（121）及第一支架板（131）相配合，第二轴段（512）与驱动锥齿轮（15）及第二支架板（132）相配合，第三轴段（513）与角度传感器（16）相配合，第四轴段（514）与近指节外壳（11）相配合，所述的第二轴段（512）与驱动锥齿轮（15）相配合的部位及第三轴段（513）均为D型轴，所述第一轴段（511）及第四轴段（514）的端部设有轴用弹性挡圈，所述的第一转轴（51）依次连接第一耳板（121）、第一支架板（131）、驱动锥齿轮（15）、第二耳板（122）、第二支架板（132）、角度传感器（16）及近指节外壳（11）。

5.根据权利要求1所述的基于连杆传动的自适应欠驱动手指装置，其特征在于：所述的第二转轴（52）包括依次布置且为一体结构的第五轴段（521）、第六轴段（522）及第七轴段（523），所述的第五轴段（521）与第三耳板（123）、中指节外壳（21）的第一肋板（211）、直齿轮（173）相配合，所述的第六轴段（522）与第四耳板（124）及中指节连杆（22）相配合，所述的第七轴段（523）与连杆（14）、中指节外壳（21）的第二肋板（212）及近指节外壳（11）相配合，其中：第五轴段（521）与中指节外壳（21）的第一肋板（211）及直齿轮（173）相配合的部位为D型轴，所述第六轴段（522）与中指节连杆（22）相配合的部位为D型轴，所述的第二转轴（52）依次连接第三耳板（123）、中指节外壳的第一肋板（211）、直齿轮（173）、第四耳板（124）、中指节连杆（22）、连杆（14）、中指节外壳的第二肋板（212）及近指节外壳（11），且第二转轴（52）靠近近指节外壳（11）的一端设有轴用弹性挡圈。

6.根据权利要求1所述的基于连杆传动的自适应欠驱动手指装置，其特征在于：所述的连杆（14）靠近中指节外壳的第二肋板（212）的端面上设有用于安装扭簧（142）的柱状凸台（143），扭簧（142）的一端与第二肋板（212）上设置的第一卡槽（144）相固定，所述扭簧（142）的另一端与连杆（14）上设置的第二卡槽（145）相固定；所述的连杆（14）与中指节连杆（22）相靠近的端面上分别设有120度的环状凸台（146），两个环状凸台（146）的轴向安装位置相错开，初始状态下，中指节连杆（22）与连杆（14）的轴向贴合在一起，且中指节连杆（22）在环状凸台（146）的限位下相对于连杆（14）无法进行顺时针方向的转动。

7.根据权利要求1所述的基于连杆传动的自适应欠驱动手指装置，其特征在于：所述的远指节连杆（33）包括水平杆（331）以及沿水平杆（331）的端部向右下方向延伸的斜杆（332），所述的水平杆（331）与斜杆（332）为整体结构，所述水平杆（331）两端分别与第二销轴（54）及第一销轴（53）相连，所述斜杆（332）的端部设有第二外螺纹圆柱销（34），第二外螺纹圆柱销（34）上设有第二轴承（341），所述的第二轴承（341）与第三腰形槽口（126）形成滑动配合。

8.根据权利要求1所述的基于连杆传动的自适应欠驱动手指装置，其特征在于：还包括传感***，所述的传感***包括电流传感器（6）、固定在第一转轴（51）上的角度传感器（16）以及粘贴于远指节外壳（31）下侧的薄膜触力传感器（4），所述的传感***与控制板（7）相连，控制板（7）采集传感器信号用以控制直流伺服电机（8）的位置和力矩。

9.根据权利要求8所述的基于连杆传动的自适应欠驱动手指装置，其特征在于：所述的角度传感器（16）采用R24HS机器人关节角度传感器，其中心转轴为中空结构，所述的薄膜触力传感器（4）为FSR402薄膜压力传感器，所述的电流传感器（6）为WCS2801电流检测传感器。

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