一種欠驅(qū)動(dòng)的仿人靈巧手的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種欠驅(qū)動(dòng)仿人靈巧手，該靈巧手由拇指、食指、中指、無(wú)名指、小指以及手掌組成。靈巧手五個(gè)手指相互獨(dú)立，共有17個(gè)關(guān)節(jié)自由度，由12個(gè)微型電機(jī)驅(qū)動(dòng)。除拇指有4個(gè)自由度以外，其余每個(gè)手指有3個(gè)自由度，且靈巧手整體可由電機(jī)驅(qū)動(dòng)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。每個(gè)手指擁有兩個(gè)耦合關(guān)節(jié)，拇指由三個(gè)微型電機(jī)驅(qū)動(dòng)，其余四個(gè)手指均有兩個(gè)微型電機(jī)驅(qū)動(dòng)。本實(shí)用新型所述仿人靈巧手靈活度高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，能有效實(shí)現(xiàn)不同大小、形狀物體的自適應(yīng)抓取。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種欠驅(qū)動(dòng)的仿人靈巧手
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型屬于仿生機(jī)器人領(lǐng)域，是一種欠驅(qū)動(dòng)的仿人靈巧手。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著人類(lèi)對(duì)自然的不斷探索求知，工作空間越來(lái)越復(fù)雜、危險(xiǎn)，而簡(jiǎn)單的機(jī)械手無(wú)法完全代替人完成復(fù)雜、精密的操作，因此希望出現(xiàn)一種仿人的機(jī)械手能夠完成人手所能完成的所有工作。所以靈活度高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可操作性強(qiáng)、適應(yīng)各種抓取任務(wù)的仿人靈巧手成為了機(jī)器人領(lǐng)域研究熱點(diǎn)之一。
[0003]傳統(tǒng)的末端執(zhí)行器通用性差，自由度少，靈活性低，無(wú)法對(duì)多形狀、多尺寸的物體進(jìn)行靈活性抓取。仿人靈巧手是末端執(zhí)行器的先進(jìn)代表，現(xiàn)代意義機(jī)械手是集傳感技術(shù)、控制技術(shù)等多項(xiàng)技術(shù)于一身的多關(guān)節(jié)，多自由度，高靈活度的末端執(zhí)行器。目前，對(duì)仿人靈巧手的研究，已經(jīng)取得了一定的成果有SHADOW公司推出的Shadow手、Elumot1n公司的Elu-2Hand、加州理工學(xué)院的Harada手、哈爾濱工業(yè)大學(xué)的HIT/DLR手等。
[0004]—種已有的仿人靈巧手裝置，如中國(guó)實(shí)用新型專(zhuān)利CN103128744，包括手掌、拇指、食指、中指、無(wú)名指和小指。除拇指外四指均采用相同結(jié)構(gòu)，每個(gè)手指設(shè)置三個(gè)關(guān)節(jié)由三組四連桿機(jī)構(gòu)耦合，由一個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)。其不足之處為該裝置除拇指外四指三個(gè)關(guān)節(jié)按1:1:1的運(yùn)動(dòng)速率按固定角度同時(shí)彎曲，關(guān)節(jié)不能單獨(dú)驅(qū)動(dòng)，靈巧性和人手差別較大，抓取時(shí)對(duì)不同形狀的物體自適應(yīng)性較差。另一種已有的仿人靈巧手，如中國(guó)實(shí)用新型專(zhuān)利CN1283429C，包括手掌和五個(gè)手指，共12個(gè)關(guān)節(jié)自由度，其手指欠驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)的彎曲伸直由多級(jí)齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，所涉及的齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)具有自解耦效果，其中主動(dòng)驅(qū)動(dòng)的關(guān)節(jié)僅有三個(gè)，并且除拇指、食指外的三個(gè)手指采用一個(gè)電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，單獨(dú)手指不能進(jìn)行主動(dòng)彎曲，與人手差別較大，靈巧性不尚。
[0005]目前，仿人靈巧手的研究主要難點(diǎn)以及關(guān)鍵技術(shù)集中在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，驅(qū)動(dòng)，傳感器，以及控制上。簡(jiǎn)單可靠傳動(dòng)機(jī)構(gòu)以及合理的布局是靈活度的關(guān)鍵;驅(qū)動(dòng)主要問(wèn)題是無(wú)法在尺寸和力矩上同時(shí)滿足要求，小尺寸、大力矩驅(qū)動(dòng)成為縮小仿人靈巧手尺寸的關(guān)鍵;傳感器是仿人靈巧手至關(guān)重要的技術(shù)，仿人類(lèi)觸覺(jué)傳感器技術(shù)的滯后限制了機(jī)械手功能發(fā)揮。在控制上，模型復(fù)雜，控制算法不成熟以及操作對(duì)象的多樣性和不確定性也是其研究難點(diǎn)。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0006]本實(shí)用新型目的在于提供一種欠驅(qū)動(dòng)仿人靈巧手，該仿人靈巧手尺寸與人手大小相當(dāng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠、多自由度、多關(guān)節(jié)，能實(shí)現(xiàn)多形狀、多尺寸物體自適應(yīng)抓取。適合作為各類(lèi)機(jī)械手臂末端執(zhí)行器用，可以配合機(jī)械臂完成抓取任務(wù)，也可用于助老、助殘、送餐等服務(wù)機(jī)器人。
[0007]本實(shí)用新型一種欠驅(qū)動(dòng)的仿人靈巧手裝置，所述的仿人靈巧手，包含有一個(gè)手掌和五個(gè)手指，五個(gè)手指包括拇指、食指、中指、無(wú)名指、小指。拇指在伸直狀態(tài)下，與手掌安裝面成一定角度安裝，除拇指外的其余四個(gè)手指按合適的位置分布在手掌上。手掌上有安裝電路板、手指和電機(jī)的安裝凹槽。除拇指以外的其余四個(gè)手指結(jié)構(gòu)布局相同，四個(gè)手指主體都由四個(gè)部分組成，把四個(gè)部分分別命名為手指基座、手指指根、手指指節(jié)、手指指尖；四個(gè)部分通過(guò)三個(gè)軸相連，按離手掌由近到遠(yuǎn)分別命名為手指軸一、手指軸二、手指軸三，三個(gè)旋轉(zhuǎn)軸軸線平行，手指軸一連接手指基座和手指指根，手指軸二連接手指指根和手指指節(jié)，手指軸三連接手指指節(jié)和手指指尖。拇指包含四部分，四個(gè)部分分別命名為拇指基座、拇指指根、拇指指節(jié)、拇指指尖。拇指單元四部分通過(guò)四個(gè)軸相連，在拇指伸直的方向，按離手掌由近到遠(yuǎn)分別命名為拇指軸一、拇指軸二、拇指軸三、拇指軸四。其中拇指軸三和拇指軸四軸線相互平行;拇指軸二與拇指軸三、四的軸線相互垂直;拇指軸一軸線與手掌安裝面成一定角度，并且與拇指伸直方向平行。拇指軸一連接拇指基座和手掌，拇指軸二連接拇指基座和拇指指根，拇指軸三連接拇指指根和拇指指節(jié)，拇指軸四連接拇指指節(jié)和拇指指尖。五個(gè)手指和手掌上都安裝有力傳感器，可對(duì)靈巧手在抓取過(guò)程中進(jìn)行力反饋。
[0008]本實(shí)用新型所述的手掌，手掌主體由手心、手背、手掌旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)三部分組合而成，手心部分包括有電機(jī)、減速器和手指安裝凹槽，內(nèi)部安裝有電機(jī)一和減速器一;另外手心部分還包括相互嗤合圓柱齒輪一和圓柱齒輪二。所述的電機(jī)一和減速器一安裝在手掌電機(jī)減速器安裝槽內(nèi)，電機(jī)軸方向與手掌安裝面成一定角度，圓柱齒輪一安裝在減速器一輸出軸上，圓柱齒輪一與圓柱齒輪二嚙合，電機(jī)一動(dòng)力通過(guò)減速器一和嚙合的兩個(gè)圓柱齒輪，帶動(dòng)拇指基座繞軸一旋轉(zhuǎn)，最終驅(qū)動(dòng)拇指繞手掌旋轉(zhuǎn)。手背部分有電路板和手指安裝槽，信號(hào)采集、驅(qū)動(dòng)、控制電路安裝在電路板安裝槽內(nèi)；手掌和手背有四組半圓手指安裝槽，每個(gè)半圓槽內(nèi)都有限位塊，每組半圓槽可相互組合為一圓形孔，通過(guò)限位塊和手指基座上限位槽的配合把除拇指以外的四個(gè)手指手指固定安裝在手掌上。手心、手背、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)三部分固定連接。
[0009]本實(shí)用新型所述的手掌旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，手掌旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)包括電機(jī)二、減速器二、編碼器、軸承、固定部分、帶有內(nèi)齒輪的旋轉(zhuǎn)部分、一組圓柱齒輪。電機(jī)固定部分與旋轉(zhuǎn)部分通過(guò)軸承連接，手掌固定連接在旋轉(zhuǎn)部分上；電機(jī)二、減速器二、編碼器固定安裝在固定部分上；圓柱齒輪三與旋轉(zhuǎn)部分的內(nèi)齒輪內(nèi)嚙合，電機(jī)通過(guò)該組內(nèi)嚙合的齒輪，驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)部分以及整個(gè)手掌繞固定部分中心旋轉(zhuǎn)；圓柱齒輪三與編碼器上圓柱齒輪四嚙合，編碼器可進(jìn)行位置反饋。
[0010]本實(shí)用新型所述的除拇指以外的其余四個(gè)手指結(jié)構(gòu)布局相同，四個(gè)手指主體都包括手指基座、手指指根、手指指節(jié)、手指指尖四部分。手指軸一連接手指基座和手指指根，手指軸二連接手指指根和手指指節(jié);手指軸三連接手指指節(jié)和手指指尖。手指包含三個(gè)可旋轉(zhuǎn)的關(guān)節(jié)，由兩個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)。其中電機(jī)三和減速器三安裝在手指基座內(nèi)部，電機(jī)三通過(guò)一組嚙合的錐齒輪把動(dòng)力傳遞給手指指根，使手指指根能相對(duì)于手指基座繞手指軸一旋轉(zhuǎn)，手指基座外部限位槽可與手掌限位塊的配合，使整個(gè)手指固定在手掌上。另外電機(jī)四和減速器四安裝在手指指根內(nèi)部，電機(jī)四驅(qū)動(dòng)“收_放”線齒輪組工作，“收_放”線齒輪組由錐齒輪三、錐齒輪四、錐齒輪五組成。由電機(jī)四驅(qū)動(dòng)的“收_放”線齒輪組利用齒輪傳動(dòng)特點(diǎn)，對(duì)通過(guò)手指指尖與手指指節(jié)內(nèi)部的兩條拉線同步進(jìn)行繞線、放線動(dòng)作，其中拉線一通過(guò)手指指節(jié)內(nèi)彈簧滑塊機(jī)構(gòu)，并與滑塊固定連接，使滑塊能隨拉線移動(dòng)，拉線一端固定在手指指尖，通過(guò)滑輪導(dǎo)向支撐后，另一端固定在錐齒輪四上。拉線二一端固定在手指指尖，通過(guò)滑輪變導(dǎo)向支撐后固定在錐齒輪五上?！笆誣放”線齒輪組配合拉線、彈簧滑塊機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)手指指尖、手指指節(jié)正向彎曲、復(fù)位、反向彎曲。
[0011]本實(shí)用新型所述的拇指主體包含拇指基座、拇指指根、拇指指節(jié)、拇指指尖四部分。拇指軸一連接拇指基座和手掌，拇指軸二連接拇指基座和拇指指根，拇指軸三連接拇指指根和拇指指節(jié)，拇指軸四連接拇指指節(jié)和拇指指尖。拇指包含四個(gè)可轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)，由三個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)。電機(jī)一和減速器一安裝在手心內(nèi)，動(dòng)力通過(guò)一組嚙合圓柱齒輪，驅(qū)動(dòng)拇指整體繞拇指軸一轉(zhuǎn)動(dòng)。電機(jī)五和減速器五安裝在拇指基座內(nèi)，減速器五上安裝有繞線輪，繞線輪與拇指指根底部之間繞有兩條交叉分布的拉線，電機(jī)通過(guò)拉線帶動(dòng)拇指指根相對(duì)于拇指基座繞拇指軸二進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng);拇指指根內(nèi)部裝有電機(jī)六和減速器六，以及由錐齒輪六、錐齒輪七、錐齒輪八組成的“收_放”線齒輪組，由電機(jī)六驅(qū)動(dòng)的“收_放”線齒輪組利用齒輪傳動(dòng)特點(diǎn)，對(duì)通過(guò)拇指指尖與拇指指節(jié)內(nèi)部的兩條拉線同步進(jìn)行繞線、放線動(dòng)作。拉線三通過(guò)拇指指節(jié)內(nèi)彈簧滑塊機(jī)構(gòu)，并于滑塊固定連接，使滑塊能隨拉線移動(dòng)，拉線三一端固定在拇指指尖，另一端固定在錐齒輪七繞上。拉線四一端固定在拇指指尖，通過(guò)滑輪變向后固定在錐齒輪八上。“收_放”線齒輪組配合拉線和彈簧滑塊機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)拇指指尖、拇指指節(jié)正向彎曲、復(fù)位、反向彎曲。
[0012]拇指結(jié)構(gòu)與其余四指結(jié)構(gòu)中所述的彈簧滑塊機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)相同，整體形狀為一個(gè)圓柱形彈簧滑塊機(jī)構(gòu)包括一個(gè)外殼，一個(gè)滑塊，彈簧一，彈簧二，封堵一，封堵二，端蓋一，端蓋二。封堵一，封堵二，滑塊，可在外殼內(nèi)腔里滑動(dòng)。彈簧一，彈簧二被壓縮一定量分別放置在封堵一與端蓋一，封堵二與端蓋一之間，并且兩彈簧能被自由壓縮。拉線通過(guò)彈簧滑塊機(jī)構(gòu)內(nèi)部，并與滑塊固定連接，左右端拉線的移動(dòng)可帶動(dòng)滑塊在相應(yīng)方向移動(dòng)，并壓縮相應(yīng)方向的彈簧。放置在拇指指節(jié)和手指指節(jié)安裝槽內(nèi)，其位置沿拉線方向，彈簧一在遠(yuǎn)手掌端，彈簧二在近手掌端。
[0013]本實(shí)用新型的效果與益處:
[0014]本實(shí)用新型一種欠驅(qū)動(dòng)仿人靈巧手，該機(jī)械手與人手類(lèi)似，由拇指、食指、中指、無(wú)名指、小指以及手掌組成。該機(jī)械手共有17個(gè)自由度，由12個(gè)微型電機(jī)提供動(dòng)力。其中，每個(gè)手指遠(yuǎn)端兩個(gè)關(guān)節(jié)為耦合關(guān)節(jié)，拇指有4個(gè)自由度，由3個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)；除拇指以外的其余4個(gè)手指結(jié)構(gòu)類(lèi)似，每個(gè)手指有3個(gè)自由度，由兩個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)；另外由一個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的手掌根部旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)可實(shí)現(xiàn)機(jī)械手整體旋轉(zhuǎn)。本實(shí)用新型手指含有欠驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)形式，靈活度高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，總量輕，易安裝，能夠有效實(shí)施對(duì)不同形狀、大小物體的自適應(yīng)抓取。
【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1為本實(shí)用新型整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖2為本實(shí)用新型手掌結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖3為本實(shí)用新型手心結(jié)構(gòu)不意圖。
[0018]圖4為本實(shí)用新型手背結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖5為手掌旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖6為本實(shí)用新型手指結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖7為本實(shí)用新型手指左側(cè)內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖8為本實(shí)用新型手指右側(cè)內(nèi)部結(jié)構(gòu)不意圖。
[0023]圖9為本實(shí)用新型拇指結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖10為本實(shí)用新型拇指左側(cè)內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖11為本實(shí)用新型拇指右側(cè)內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]圖12為彈簧滑塊機(jī)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027]下面將結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的具體結(jié)構(gòu)和工作原理作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0028]下文所述關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)角度均以各手指伸直，且拇指與其余手指在同一平面內(nèi)時(shí)，手指的相對(duì)位置為關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)零點(diǎn)。
[0029]本實(shí)用新型一種欠驅(qū)動(dòng)的仿人靈巧手裝置，如圖1所示，所述的仿人靈巧手，包含有一個(gè)手掌6和五個(gè)手指，五個(gè)手指單元包括拇指1、食指2、中指3、無(wú)名指4、小指5。拇指在伸直狀態(tài)下，與手掌安裝面7成一定角度安裝在手掌上，除拇指外的其余四個(gè)手指按合適的位置分布在手掌上;手心表面以及五個(gè)手指在靠近手心側(cè)表面上都安裝有力傳感器，圖1中陰影部分表示為力傳感器，力傳感器在靈巧手對(duì)物體進(jìn)行抓取時(shí)可反饋與被作用物體接觸面的力信息。
[0030]所述手掌，如圖2、3、4所示，手掌主體由手心61、手背62、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)63三部分組合而成，手心61部分上有電機(jī)一611和減速器一612，圓柱齒輪一613，圓柱齒輪二614以及拇指軸一 15。所述的電機(jī)一611和減速器一612安裝在手掌電機(jī)減速器安裝槽內(nèi)，電機(jī)軸方向與手掌安裝面7成合適角度，圓柱齒輪二614與圓柱齒輪一613嗤合，電機(jī)611動(dòng)力通過(guò)減速器一612和嚙合的兩個(gè)圓柱齒輪，帶動(dòng)與圓柱齒輪二 614固定連接的拇指基座繞拇指軸一 15旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)拇指I繞手掌旋轉(zhuǎn)。手背62部分有電路板和手指安裝槽，信號(hào)采集、驅(qū)動(dòng)、控制電路安裝在電路板安裝槽內(nèi)；手掌61和手背62有四組半圓手指安裝槽，每個(gè)半圓槽內(nèi)都有限位塊，每組半圓槽可相互組合為一圓形孔，通過(guò)限位塊和手指基座上兩個(gè)凹槽的配合把除拇指以外的四個(gè)手指固定安裝在手掌上。旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)63，可實(shí)現(xiàn)整個(gè)手掌在安裝面7上進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，手心61、手背62、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)63三部分部分固定連接。
[0031]所述手掌旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，如圖5所示，手掌旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)包括電機(jī)、減速器、編碼器、軸承633、固定部分631、帶有內(nèi)齒輪的旋轉(zhuǎn)部分632、一組嚙合圓柱齒輪。電機(jī)固定部分與旋轉(zhuǎn)部分通過(guò)軸承633連接，手掌固定連接在旋轉(zhuǎn)部分632上，電機(jī)、減速器與編碼器安裝在固定部分631上，電機(jī)二動(dòng)力通過(guò)減速器二驅(qū)動(dòng)圓柱齒輪三634與旋轉(zhuǎn)部分632上的內(nèi)齒輪嚙合，使與旋轉(zhuǎn)部分固定連接的手掌轉(zhuǎn)動(dòng)。另外圓柱齒輪四635固定安裝在編碼器軸上，并與圓柱齒輪三634嚙合，編碼器能對(duì)旋轉(zhuǎn)位置進(jìn)行反饋，以此實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)部分以及整個(gè)手掌繞固定部分中心精確旋轉(zhuǎn)。
[0032]所述除拇指以外的其余四個(gè)手指結(jié)構(gòu)布局相同，如圖6、7、8所示，四個(gè)手指主體都包括手指基座31、手指指根32、手指指節(jié)33、手指指尖34四部分。手指軸一 35連接手指基座31和手指指根32，手指軸二 36連接手指指根32和手指指節(jié)33;手指軸三37連接手指指節(jié)33和手指指尖34。手指軸一、手指軸二、手指軸三所在的關(guān)節(jié)，類(lèi)人手的都能實(shí)現(xiàn)-15°?+90°范圍的轉(zhuǎn)動(dòng)。手指指尖34與手指指節(jié)33由手指指根32內(nèi)部的電機(jī)四322進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，手指指根32電機(jī)四322動(dòng)力通過(guò)減速器四323輸出給“收_放”線齒輪組，“收_放”線齒輪組通過(guò)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)可以分別對(duì)手指指尖和手指指節(jié)內(nèi)部?jī)蓷l拉線進(jìn)行纏繞和回放。拉線一 343的一端與手指指尖34固定，另一端固定在錐齒輪四325繞線槽上，中間由滑輪332、341進(jìn)行支撐和導(dǎo)向；拉線一 343從彈簧滑塊機(jī)構(gòu)內(nèi)部通過(guò)，滑塊被固定在拉線上，能隨拉線的運(yùn)動(dòng)而滑動(dòng)。拉線二344的一端與手指指尖固定，另一端固定在錐齒輪五326上，中間只由滑輪342、334、333支撐和導(dǎo)向。當(dāng)電機(jī)四322帶動(dòng)“收_放”線齒輪組中錐齒輪四325、錐齒輪五326轉(zhuǎn)動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)拉線一 343收線而拉線二 344放線，或者拉線一 343放線而拉線二 344收線，兩個(gè)動(dòng)作同步進(jìn)行。兩條拉線“收-放” “放-收”的兩種狀態(tài)，配合手指指節(jié)33上的彈簧滑塊機(jī)構(gòu)331，使手指指尖34和手指指節(jié)33實(shí)現(xiàn)正向彎曲、復(fù)位、反向彎曲。并且手指指節(jié)33與手指指尖34的運(yùn)動(dòng)為欠驅(qū)動(dòng)形式，手指指節(jié)在沒(méi)接觸物體時(shí)，手指指尖34不相對(duì)手指指節(jié)33運(yùn)動(dòng)，當(dāng)碰到物體后手指指尖34才繞手指軸三37相對(duì)手指指節(jié)33轉(zhuǎn)動(dòng)。手指基座內(nèi)部電機(jī)三311通過(guò)相互嚙合的錐齒輪一 313和嚙合的錐齒輪二 321，驅(qū)動(dòng)整個(gè)手指繞手指軸一 35旋轉(zhuǎn);手指基座31外部限位槽，可與手掌限位塊的配合，使整個(gè)手指固定在手掌上。
[0033]所述拇指結(jié)構(gòu)，如圖9、10、11所示，拇指主體包含拇指基座11、拇指指根12、拇指指節(jié)13、拇指指尖15四部分。拇指軸一 15連接拇指基座11和手掌6，拇指軸二 16連接拇指基座11和拇指指根12，拇指軸三17連接拇指指根12和拇指指節(jié)13，拇指軸四18連接拇指指節(jié)13和拇指指尖14。拇指軸一所在關(guān)節(jié)能實(shí)現(xiàn)0°?120°范圍轉(zhuǎn)動(dòng)，拇指軸二所在關(guān)節(jié)能實(shí)現(xiàn)-90°?+90°范圍轉(zhuǎn)動(dòng)，拇指軸三與拇指軸四所在關(guān)節(jié)能實(shí)現(xiàn)-15°?+90°范圍轉(zhuǎn)動(dòng)。拇指指根12內(nèi)部裝有電機(jī)六121和減速器六122，以及由錐齒輪六123、錐齒輪七124、錐齒輪八125組成的“收_放”線齒輪組，電機(jī)六121帶動(dòng)“收_放”線齒輪組工作可以分別對(duì)兩條拉線同步進(jìn)行纏繞和回放。拉線三143的一端與拇指指尖14固定，另一端固定在錐齒輪七124上，中間由滑輪132、141進(jìn)行支撐和導(dǎo)向；拉線三143從彈簧滑塊機(jī)構(gòu)內(nèi)部通過(guò)，滑塊1314被固定在拉線三143上，并能隨拉線三143的運(yùn)動(dòng)而滑動(dòng)。拉線四144的一端與拇指指尖14固定，另一端固定在錐齒輪八125上，中間由滑輪133、134、142支撐和導(dǎo)向。當(dāng)電機(jī)121帶動(dòng)“收_放”線齒輪組中錐齒輪七124、錐齒輪八125轉(zhuǎn)動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)拉線三143收線而拉線四144放線，或者拉線三143放線而拉線四144收線，兩個(gè)動(dòng)作同步進(jìn)行。兩條拉線“收-放”和“放-收”的兩種狀態(tài)，配合拇指指節(jié)13上的彈簧滑塊機(jī)構(gòu)131，使手指指尖14和手指指節(jié)13正向彎曲、復(fù)位、反向彎曲。并且手指指節(jié)13與手指指尖14的運(yùn)動(dòng)為欠驅(qū)動(dòng)形式，使在沒(méi)接觸物體時(shí)，手指指尖14不相對(duì)手指指節(jié)13運(yùn)動(dòng)，當(dāng)碰到物體后手指指尖14才繞手指軸四18相對(duì)手指指節(jié)13轉(zhuǎn)動(dòng)。拇指基座11內(nèi)安裝有一組電機(jī)五111和減速器五112，減速器五112上安裝有繞線輪113，繞線輪與拇指指根之間繞有兩條拉線，兩條拉線按交叉的方式一頭固定在拇指指根根部側(cè)面，另一頭固定在繞線輪113上，電機(jī)五通過(guò)繞線輪驅(qū)動(dòng)兩條拉線實(shí)現(xiàn)拇指指根繞拇指軸二16轉(zhuǎn)動(dòng);拇指基座11固定安裝在手掌的圓柱齒輪二 614上，拇指基座11可隨圓柱齒輪二 614繞拇指軸一 15旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)拇指I繞手掌6轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0034]拇指結(jié)構(gòu)與其余四指結(jié)構(gòu)中所述的彈簧滑塊機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)相同，如圖12所示，整體形狀為一個(gè)圓柱形，包括一個(gè)外殼1311，一個(gè)滑塊1314，彈簧一 1315，彈簧二 1316，封堵一1312，封堵二 1333，端蓋一 1317，端蓋二 1318。封堵一 1312，封堵二 1333，滑塊1314，可在外殼內(nèi)腔里滑動(dòng)。彈簧一1315和彈簧二 1316被壓縮一定量分別放置在封堵一 1312與端蓋一1317，封堵二 1333與端蓋一 1318之間，并且兩彈簧能被自由壓縮。拉線143通過(guò)彈簧滑塊機(jī)構(gòu)內(nèi)部，并與滑塊固定連接，左右端拉線的移動(dòng)可帶動(dòng)滑塊在相應(yīng)方向上滑動(dòng)，并壓縮相應(yīng)方向的彈簧，彈簧滑塊機(jī)構(gòu)放置在拇指指節(jié)和手指指節(jié)安裝槽內(nèi)，其位置沿拉線方向，彈簧一在遠(yuǎn)手掌端，彈簧二在近手掌端。
[0035]所述欠驅(qū)動(dòng)實(shí)施方式，由于拇指與其余四個(gè)手實(shí)現(xiàn)欠驅(qū)動(dòng)方式相同，所以選取如圖6、7、8所示手指結(jié)構(gòu)進(jìn)行說(shuō)明。手指分為4個(gè)部分，手指基座31、手指指根32、手指指節(jié)33、手指指尖34。由手指基座31、手指指根32、手指軸一35組成的手指關(guān)節(jié)，由電機(jī)二311驅(qū)動(dòng)，且手指指根32可相對(duì)于手指基座31在-15°?+90°范圍轉(zhuǎn)動(dòng)；由手指指根32、手指指節(jié)33、手指軸二 36組成的手指關(guān)節(jié)和由手指指節(jié)33、手指指尖34、手指軸三37組成的手指關(guān)節(jié)相互耦合，由電機(jī)三311驅(qū)動(dòng)，且手指指節(jié)33可相對(duì)于手指指根32在-15°?+90°范圍轉(zhuǎn)動(dòng)，手指指尖34可相對(duì)于手指指節(jié)33在-15°?+90°范圍轉(zhuǎn)動(dòng)。欠驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)主要由手指指尖34、手指指節(jié)33、手指指根34三部分組成實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)欠驅(qū)動(dòng)主要部件有手指指節(jié)33中的彈簧滑塊機(jī)構(gòu)331，手指指根32的“收_放”繞線齒輪組以及存在于手指指尖與手指指節(jié)中的兩組拉線滑輪組合。下面是工作原理:1、當(dāng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)錐齒輪四325繞線，同時(shí)錐齒輪五326放線，由于彈簧滑塊機(jī)構(gòu)中彈簧有一定預(yù)緊力，所以拉線一 143帶動(dòng)手指指節(jié)與手指指尖一起轉(zhuǎn)動(dòng)，且手指指尖不與手指指節(jié)發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)手指指節(jié)33碰到抓取物體時(shí)，手指指節(jié)33位置被限制，錐齒輪四325繼續(xù)繞線，同步的錐齒輪五326繼續(xù)放線，當(dāng)有拉線一 143作用在滑塊上的力大于彈簧二 1316預(yù)緊力時(shí)，拉線143拉動(dòng)滑塊壓縮彈簧1316，并把位移與力通過(guò)拉線傳遞手指指尖34，拉動(dòng)手指指尖34相對(duì)于手指指節(jié)33轉(zhuǎn)動(dòng)，最終把力作用于別抓取物體上。2、當(dāng)電機(jī)三311驅(qū)動(dòng)錐齒輪四325放線，同時(shí)錐齒輪五326繞線時(shí)，拉線二344帶動(dòng)手指指尖34與手指指節(jié)33回到伸直狀態(tài)，當(dāng)錐齒輪四325繼續(xù)放線線，同時(shí)錐齒輪五326繼續(xù)繞線，拉線二344與原理I所述拉線一 343相同，拉線二 344先帶動(dòng)手指指節(jié)33相對(duì)手指指根32轉(zhuǎn)動(dòng)，到達(dá)極限位置后，再帶動(dòng)滑塊1314在拉線一 143作用下壓縮彈簧1315，并實(shí)現(xiàn)手指指尖34相對(duì)手指指節(jié)33轉(zhuǎn)動(dòng)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種欠驅(qū)動(dòng)的仿人靈巧手，其特征在于:所述的仿人靈巧手與人類(lèi)似，包含有一個(gè)手掌(6)和五個(gè)手指，五個(gè)手指單元為拇指(I)、食指(2)、手指(3)、無(wú)名指(4)、小指(5);拇指在伸直狀態(tài)下，與手掌安裝面(7)成一定角度安裝在掌上，除拇指外的其余四個(gè)手指按手掌位置分布，手心表面以及五個(gè)手指在靠近手心側(cè)表面上都安裝有力傳感器，力傳感器在靈巧手對(duì)物體進(jìn)行抓取時(shí)可反饋與被作用物體接觸面的力信息;所有電機(jī)以及控制電路安裝在手掌或者手指內(nèi)部； 所述的手掌主體由手心(61)、手背(62)、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(63)三部分組合而成，手心(61)部分有電機(jī)一(611)和減速器一(612)，一組嗤合的齒輪以及拇指軸一(15);所述的電機(jī)一(611)和減速器一(612)在電機(jī)軸方向上與手掌安裝面(7)成一定角度安裝在手掌內(nèi)；電機(jī)一(611)動(dòng)力通過(guò)減速器一 (612)和嚙合的一組齒輪，帶動(dòng)拇指基座繞拇指軸一(15)旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)拇指(I)繞手掌旋轉(zhuǎn);手背(62)部分有電路板和手指安裝槽，信號(hào)采集、驅(qū)動(dòng)、控制電路安裝在電路板安裝槽內(nèi)；手掌(61)和手背(62)有四組半圓手指安裝槽，每個(gè)半圓槽內(nèi)都有限位塊，每組半圓槽相互組合為一圓形孔，通過(guò)限位塊和手指基座上兩個(gè)凹槽的配合把除拇指以外的四個(gè)手指固定安裝在手掌上;旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(63)，實(shí)現(xiàn)整個(gè)手掌在安裝面(7)上進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，手心(61)、手背(62)、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(63)三部分固定連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種欠驅(qū)動(dòng)的仿人靈巧手，其特征在于:所述的除拇指以外，其余四個(gè)手指結(jié)構(gòu)都包括手指基座(31)、手指指根(32)、手指指節(jié)(33)、手指指尖(34)四部分，手指四部分通過(guò)三個(gè)軸進(jìn)行連接，三個(gè)軸為手指軸一(35)、手指軸二(36)、手指軸三(37)，三個(gè)旋轉(zhuǎn)軸軸線平行，手指軸一(35)連接手指基座(31)和手指指根(32)，手指軸二(36)連接手指指根(32)和手指指節(jié)(33)，手指軸三(37)連接手指指節(jié)(33)和手指指尖(34);手指基座(31)內(nèi)部安裝有一組電機(jī)三(311)和減速器三(312)，電機(jī)三(331)通過(guò)一組嚙合的錐齒輪使手指指根(32)相對(duì)于手指基座(31)繞手指軸一 (35)轉(zhuǎn)動(dòng)，手指基座外部有限位槽，外部限位槽與手掌限位塊的配合，使手指能固定連接在手掌上;一組電機(jī)四(322)和減速器四(323)安裝在手指指根(32)內(nèi)部，手指指根(32)內(nèi)部安裝有可同步對(duì)手指指尖(34)和手指指節(jié)(33)內(nèi)部?jī)蓷l拉線進(jìn)行收線、放線功能的齒輪組，電機(jī)四通過(guò)帶動(dòng)該齒輪組實(shí)現(xiàn)兩條拉線的纏繞和回放;另外手指指節(jié)(33)中安裝有一個(gè)彈簧滑塊機(jī)構(gòu)(331)，拉線一 (343)的一端固定在手指指尖上，拉線一(343)通過(guò)彈簧滑塊內(nèi)部與滑塊固定連接，使滑塊能夠隨拉線一 (343) —起移動(dòng)，通過(guò)滑輪導(dǎo)向和支撐，拉線一 (343)另一端繞在齒輪組中的齒輪上;拉線二 (344)—端固定在手指指尖，通過(guò)滑輪導(dǎo)向和支撐，拉線二 (344)另一端繞在齒輪組中的齒輪上。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種欠驅(qū)動(dòng)的仿人靈巧手，其特征在于:拇指(I)包括拇指基座(U)、拇指指根(12)、拇指指節(jié)(13)、拇指指尖(14);拇指(I)四部分通過(guò)旋轉(zhuǎn)軸相連，拇指軸一(15)、拇指軸二(16)、拇指軸三(17)、拇指軸四(18);其中拇指軸三(17)和拇指軸四(18)旋轉(zhuǎn)軸線相互平行;拇指軸二(16)與拇指軸三(16)、拇指軸四(17)的旋轉(zhuǎn)軸線相互垂直;拇指軸一(15)旋轉(zhuǎn)軸線與手掌安裝面(7)成一定角度，并且與拇指伸直方向平行;拇指軸一(15)連接拇指基座(11)和手掌(6)，拇指軸二(16)連接拇指基座(11)和拇指指根，拇指軸三(17)連接拇指指根(12)和拇指指節(jié)(13)，拇指軸四(18)連接拇指指節(jié)(13)和拇指指尖(14);拇指基座(11)內(nèi)安裝有一組電機(jī)五(111)和減速器五(112)，減速器(112)上安裝有繞線輪(113)，電機(jī)五(111)通過(guò)繞線輪(113)帶動(dòng)兩條拉線運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)拇指指根(12)繞拇指關(guān)節(jié)二(16)轉(zhuǎn)動(dòng)；電機(jī)一(611)通過(guò)一組嗤合圓柱齒輪帶動(dòng)拇指繞拇指軸一(15)旋轉(zhuǎn);拇指指根(12)內(nèi)部裝有一組電機(jī)六(121)和減速器六(122)，以及一個(gè)實(shí)現(xiàn)繞線功能齒輪組，電機(jī)五通過(guò)該齒輪組帶動(dòng)通過(guò)拇指指尖(14)和拇指指節(jié)(13)內(nèi)部的兩組拉線滑輪組合工作，拇指指節(jié)(33)中安裝有一個(gè)彈簧滑塊機(jī)構(gòu)(331)，其中拉線三的一端固定在拇指指尖，拉線三通過(guò)彈簧滑塊內(nèi)部與滑塊固定鏈接，使滑塊能夠隨拉線三起移動(dòng)，通過(guò)滑輪導(dǎo)向和支撐，拉線三另一端繞齒輪組的齒輪上;拉線四的一端固定在拇指指尖，通過(guò)滑輪導(dǎo)向和支撐，纏繞齒輪組的齒輪上。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種欠驅(qū)動(dòng)的仿人靈巧手，其特征在于:所述的手掌旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)包括電機(jī)二、減速器二、編碼器、軸承(633)、固定部分(631)、帶有內(nèi)齒輪的旋轉(zhuǎn)部分(632)、一組嚙合圓柱齒輪;電機(jī)固定部分與旋轉(zhuǎn)部分通過(guò)軸承(633)連接，手掌固定連接在旋轉(zhuǎn)部分(632)上，電機(jī)、減速器與編碼器安裝在固定部分(631)上，圓柱齒輪三(634)與旋轉(zhuǎn)部分(632)上的內(nèi)齒輪內(nèi)嚙合，電機(jī)二動(dòng)力通過(guò)減速器二驅(qū)動(dòng)內(nèi)嚙合的圓柱齒輪三(634)與旋轉(zhuǎn)部分(632)上的圓柱齒輪、使與旋轉(zhuǎn)部分固定連接的手掌轉(zhuǎn)動(dòng)；另外圓柱齒輪四(635)固定安裝在編碼器軸上，并與圓柱齒輪三(634)嚙合，編碼器能對(duì)旋轉(zhuǎn)位置進(jìn)行反饋，實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)部分以及整個(gè)手掌繞固定部分中心精確旋轉(zhuǎn)。5.根據(jù)權(quán)利要求2或4所述的一種欠驅(qū)動(dòng)的仿人靈巧手，其特征在于:所述彈簧滑塊機(jī)構(gòu)，主要由彈簧一(1315)和彈簧二(1316)、滑塊(1314)、以及外殼組成;彈簧一(1315)和彈簧二(1316)、滑塊(1314)都被放置在外殼內(nèi)部空腔內(nèi)，且滑塊放置在兩彈簧中間，能通過(guò)左右移動(dòng)滑塊壓縮相應(yīng)方向上彈簧;拉線(143)通過(guò)彈簧滑塊機(jī)構(gòu)內(nèi)部，并與滑塊固定連接，左右端拉線的移動(dòng)可帶動(dòng)滑塊在相應(yīng)方向上滑動(dòng)，并壓縮相應(yīng)方向的彈簧。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種欠驅(qū)動(dòng)的仿人靈巧手，其特征在于:每個(gè)手指有一個(gè)欠驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)形式，所述的欠驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)形式由手指指尖(34)、手指指節(jié)(33)、手指指根(32)、彈簧滑塊機(jī)構(gòu)(331)、錐齒輪三(324)、錐齒輪四(325)、錐齒輪五(316)、軸二(327)、電機(jī)四(322)、減速器四(323)、拉線一(343)、拉線二(344)以及多個(gè)滑輪組合成的欠驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)形式，該結(jié)構(gòu)形式由電機(jī)驅(qū)動(dòng)錐齒輪三(324)、錐齒輪四(325)、錐齒輪五(316)組成的“收_放”線齒輪組，對(duì)拉線一(343)、拉線二(344)同步進(jìn)行收_放或者放_(tái)收的動(dòng)作，同時(shí)拉線一(343)、拉線二(344)帶動(dòng)彈簧滑塊機(jī)構(gòu)(331)中滑塊滑動(dòng)壓縮彈簧，最終實(shí)現(xiàn)手指的欠驅(qū)動(dòng)。
【文檔編號(hào)】B25J9/12GK205552566SQ201620223760
【公開(kāi)日】2016年9月7日
【申請(qǐng)日】2016年3月18日
【發(fā)明人】杜宇, 溫禮剛, 叢明
【申請(qǐng)人】杜宇