CN109834719A - 一种测量仿人灵巧手指指尖应力的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种测量仿人灵巧手指指尖应力的方法，采用连杆机构对称结构的欠驱动仿人手指，欠驱动仿人手指设有上指节和与其分别通过转动副连接的左指节、右指节和指节连杆，左指节和右指节关于指节连杆对称布置；在指节连杆或左指节或右指节上安装有一个应变片传感器，应变片传感器与信号接收器连接。本发明基于反平行四边形机构，将机器人灵巧手指尖正反面受到的应力的变化转化为连杆机构中某一个连杆应变的变化，只需要一个应变片传感器即可测量出构件伸缩两种应变，对应机器人灵巧手指尖正反两个方向的指尖力。同时手指的连杆机构采用对称结构，减少了手指正反面受压时中指节连杆受的横向剪应力产生的应变，提高了测量的精确度。
Description
技术领域
本发明涉及机器人手技术领域，特别是一种测量仿人灵巧手指指尖应力的方法。
背景技术
机器人灵巧手已经成为机器人领域的一个重要研究方向，自20世纪80年代起，各国研究人员相继发明很多具有代表性的灵巧手。机器人灵巧手相对于简单的末端操作器，能进行更精细、更复杂的操作，并且具有优秀的感知能力。广泛应用于服务机器人、遥控操作、远程医疗等领域。
机器人灵巧手手指的驱动方式分为完全驱动和欠驱动，完全驱动手指自由度多但成本高，内部结构复杂。欠驱动手指因为其更易于操控，成本更低故而在实际应用中更为普遍。
仿人灵巧手能够像人手一样灵活抓取物体，指尖力的反馈十分重要。目前机器人指尖力反馈的常见方式是在手指指尖处装压力传感器。一个传感器只能获得一个方向的压力。若想要获得指尖正反向的压力，则需要在手指指尖的正反面各安装一个压力传感器。若想同时获得指尖截平面上四个方向的力则需要在指尖的四个侧面各安装一个压力传感器。这种获取指尖力的方法成本较高，安装复杂。
发明内容
本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种测量仿人灵巧手指指尖应力的方法，采用该方法能够较为方便地测量仿人机器人灵巧手在抓取物体时指尖受到的作用力。
本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种测量仿人灵巧手指指尖应力的方法，采用连杆机构对称结构的欠驱动仿人手指，所述欠驱动仿人手指设有上指节和与其分别通过转动副连接的左指节、右指节和指节连杆，所述左指节和所述右指节关于所述指节连杆对称布置；在所述指节连杆或所述左指节或所述右指节上安装有一个所述应变片传感器，所述应变片传感器与信号接收器连接。
在上述方案的基础上，本发明还做了如下改进：
在所述指节连杆的中间位置或所述左指节的中间位置或所述右指节的中间位置安装有一个所述应变片传感器。
所述欠驱动仿人手指为三节手指，所述左指节为左中指节，所述右指节为右中指节，所述指节连杆为中指节连杆，所述左中指节的下端和所述右中指节的下端分别通过转动副与下指节连杆的上端、左下指节的上端和右下指节的上端连接，所述中指节连杆的下端与所述右下指节的上端和所述左下指节的上端分别通过转动副连接，所述下指节连杆的下端、所述右下指节的下端和所述左下指节的下端分别通过转动副与基座连接，所述右下指节和所述左下指节关于所述下指节连杆对称布置；所述中指节连杆和所述下指节连杆都安装在中轴线上。
所述欠驱动仿人手指为二节手指，所述左指节为左下指节，所述右指节为右下指节，所述指节连杆为下指节连杆，所述下指节连杆的下端、所述右下指节的下端和所述左下指节的下端分别通过转动副与基座连接。
本发明具有的优点和积极效果是：基于反平行四边形机构，将机器人灵巧手指尖正反面受到的应力的变化转化为连杆机构中某一个连杆应变的变化，只需要一个应变片传感器即可测量出构件伸缩两种应变，对应机器人灵巧手指尖正反两个方向的指尖力。同时手指的连杆机构采用对称结构，减少了手指正反面受压时中指节连杆受的横向剪应力产生的应变，提高了测量的精确度，并且提高了手指的可靠性。相对于传统方法，将使用传感器的个数缩小了一半，节约了成本，简化了安装。
附图说明
图1为应用本发明的实施例1的结构示意图；
图2为图1的侧视图；
图3为本发明的测量原理图；
图4为应用本发明的实施例2的结构示意图。
图中：101、上指节，102、上指节外侧，103、上指节内侧，201、右中指节，301、左中指节，401、中指节连杆，501、应变片传感器，601、右下指节，701、左下指节，801、下指节连杆，901、基座。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
请参阅图1～图4，一种测量仿人灵巧手指指尖应力的方法，采用连杆机构对称结构的欠驱动仿人手指，所述欠驱动仿人手指设有上指节101和与其分别通过转动副连接的左指节、右指节和指节连杆，所述左指节和所述右指节关于所述指节连杆对称布置，在所述指节连杆或所述左指节或所述右指节上安装有一个所述应变片传感器501，所述应变片传感器501与信号接收器连接。
本发明推荐在所述指节连杆的中间位置或所述左指节的中间位置或所述右指节的中间位置安装有一个所述应变片传感器501，以方便测量。
上述仿人灵巧手手指具有一个自由度。
本发明基于反平行四边形机构，将机器人灵巧手指尖正反面受到的应力的变化转化为连杆机构中某一个连杆应变的变化。只需要一个应变片传感器即可测量出构件伸缩两种应变，对应机器人灵巧手指尖正反两个方向的指尖力。同时手指的连杆机构采用对称结构，减少了手指正反面受压时中指节连杆受的横向剪应力产生的应变，提高了测量的精确度，并且提高了手指的可靠性；同时将使用传感器的个数缩小了一半，节约了成本，减少了传感器安装的工作量。
实施例1：
请参阅图1～图3，本发明应用的欠驱动仿人手指是除拇指之外的三节手指，所述左指节为左中指节301，所述右指节为右中指节201，所述指节连杆为中指节连杆401，所述左中指节301的下端和所述右中指节201的下端分别通过转动副与下指节连杆801的上端、左下指节701的上端和右下指节601的上端连接，所述中指节连杆401的下端与所述右下指节701的上端和所述左下指节601的上端分别通过转动副连接，所述下指节连杆801的下端、所述右下指节601的下端和所述左下指节701的下端分别通过转动副与基座901连接，所述右下指节601和所述左下指节701关于所述下指节连杆801对称布置。中指节连杆401和下指节连杆801都安装在中轴线上。应变片传感器501安装在所述右中指节201的中间位置或左中指节301的中间位置或中指节连杆401的中间位置。本实施例推荐应变片传感器501安装在中指节连杆401的中间位置，测量方便。
请参阅图3，当上述三节仿人灵巧手手指运动时，驱动构件可以是左下指节701和右下指节601或者下指节连杆801。当灵巧手弯曲时上指节101受到来自上指节内侧103的应力时，中指节连杆401产生微小压缩形变，可被中指节连杆401中间位置安装的小型应变片传感器501检测出。当灵巧手弯曲时上指节101受到来自上指节外侧102的应力时，中指节连杆401产生微小拉伸形变，可被中指节连杆401中间位置安装的小型应变片传感器501检测出。
实施例2：
请参阅图4，本发明应用的欠驱动仿人手指是拇指形二节手指，所述左指节为左下指节701，所述右指节为右下指节601，所述指节连杆为下指节连杆801，所述下指节连杆801的下端、所述右下指节601的下端和所述左下指节701的下端分别通过转动副与基座901连接。应变片传感器501安装在所述右下指节601的中间位置或左下指节701的中间位置或下指节连杆401的中间位置。本实施例推荐应变片传感器501安装在下指节连杆801的中间位置，测量方便。
本实施例的测量原理与实施例1相同。
尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种测量仿人灵巧手指指尖应力的方法，其特征在于，采用连杆机构对称结构的欠驱动仿人手指，所述欠驱动仿人手指设有上指节和与其分别通过转动副连接的左指节、右指节和指节连杆，所述左指节和所述右指节关于所述指节连杆对称布置；在所述指节连杆或所述左指节或所述右指节上安装有一个所述应变片传感器，所述应变片传感器与信号接收器连接。
2.根据权利要求1所述的测量仿人灵巧手指指尖应力的方法，其特征在于，在所述指节连杆的中间位置或所述左指节的中间位置或所述右指节的中间位置安装有一个所述应变片传感器。
3.根据权利要求2所述的测量仿人灵巧手指指尖应力的方法，其特征在于，所述欠驱动仿人手指为三节手指，所述左指节为左中指节，所述右指节为右中指节，所述指节连杆为中指节连杆，所述左中指节的下端和所述右中指节的下端分别通过转动副与下指节连杆的上端、左下指节的上端和右下指节的上端连接，所述中指节连杆的下端与所述右下指节的上端和所述左下指节的上端分别通过转动副连接，所述下指节连杆的下端、所述右下指节的下端和所述左下指节的下端分别通过转动副与基座连接，所述右下指节和所述左下指节关于所述下指节连杆对称布置；所述中指节连杆和所述下指节连杆都安装在中轴线上。
4.根据权利要求2所述的测量仿人灵巧手指指尖应力的方法，其特征在于，所述欠驱动仿人手指为二节手指，所述左指节为左下指节，所述右指节为右下指节，所述指节连杆为下指节连杆，所述下指节连杆的下端、所述右下指节的下端和所述左下指节的下端分别通过转动副与基座连接。
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