一种柔性仿人机械手制造技术

本发明专利技术公开了一种柔性仿人机械手，包括机械手掌、机械手指和牵引机构。其中，机械手掌包括手掌支架、电机和拇指旋转轴支撑座，电机和拇指旋转轴支撑座固定在手掌支架上，电机的旋转轴上固定有绞线盘；机械手指包括固定在手掌支架掌心的四个转座一、固定在手掌支架掌背的转座二、四个手指单元以及一个拇指单元；牵引机构包括钢线、钢线固定座、弹性绳和弹性绳固定座，钢线的一端固定在所述绞线盘上，另一端固定在钢线固定座上；弹性绳的两端固定在弹性绳固定座上；钢线固定座和弹性绳固定座设置在指节处。本发明专利技术机械手的仿生程度高，一共有12个可控自由度，具有更高的灵活度。

A Flexible Humanoid Robot

The invention discloses a flexible humanoid manipulator, which comprises a manipulator palm, a mechanical finger and a traction mechanism. Among them, the palm of the manipulator includes palm bracket, motor and thumb rotating shaft support, motor and thumb rotating shaft support are fixed on the palm bracket, and winch is fixed on the rotating axis of the motor; the mechanical finger includes four pivots fixed on the palm of the palm bracket, two or four finger units fixed on the palm back of the palm bracket, and a thumb unit; The utility model comprises a steel wire, a steel wire fixing seat, an elastic rope and an elastic rope fixing seat. One end of the steel wire is fixed on the winch and the other end is fixed on the steel wire fixing seat; the two ends of the elastic rope are fixed on the elastic rope fixing seat; the steel wire fixing seat and the elastic rope fixing seat are arranged at the finger joint. The manipulator of the invention has high bionic degree, a total of 12 controllable degrees of freedom, and higher flexibility.

【技术实现步骤摘要】
一种柔性仿人机械手
本专利技术涉及仿生机械手的
，特别涉及一种柔性仿人机械手。
技术介绍
随着机器人应用技术的不断发展，机械手作为末端执行器有着广泛的应用。为了适应不同的工作任务，制造出能够像人手一样灵活的柔性机械手来代替人类去完成工作，具有广阔的市场前景。但是，当前机器人抓手装置存在三个明显的不足：1、通用程度不高，大部分机器人抓手都是针对特定的作业对象设计的，当作业对象变更，则需要马上设计、更换机器人抓手；2、绝大部分机械手可控自由度不够，不能灵活完成操作任务；3、机器人的抓取力与自重比不高，抓手的重量占用机器人一半的额定负载。申请号为CN201710392167.0的专利公开了一种基于3D打印的五指仿人机械手，其使用了3D打印技术和一体成型结构并使用绳牵组件作为传动装置，它具有结构简单、体积小、柔软度高的特点；但是由于它结构过于简单，每根手指的关节相互耦合可控自由度少，四指没有实现外展内收的运动关节，并且不能够准确地获取各关节的旋转角度，所以适用范围不大。专利技术目的针对现有技术中存在的不足，本专利技术的目的旨在提供一种柔性仿人机械手，该机械手仿生程度高，具有足够的可控自由度和精确的位置、力度反馈，能自主调整抓取力度和抓取姿势，并且抓取力与自重比高，降低对机器人本体负载的要求。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种柔性仿人机械手，包括机械手掌、机械手指和牵引机构，所述机械手掌包括手掌支架、电机和拇指旋转轴支撑座，电机和拇指旋转轴支撑座固定在手掌支架上，电机的旋转轴上固定有绞线盘；所述机械手指包括固定在手掌支架掌心的四个转座一、固定在手掌支架掌背的转座二、四个手指单元以及一个拇指单元；手指单元以及拇指单元均包括顺序设置的四个指节，紧邻手掌支架的第一指节、第二指节和第三指节分别设有指节前端转座和指节后端转座，第四指节设有指节前端转座，相邻指节的指节前端转座和指节后端转座通过手指关节进行枢接；四个手指单元的第一个指节的指节后端转座通过四个无动力铰链关节一分别与四个转座一相连接；拇指单元的拇指根指节的指节后端转座的转轴通过无动力铰链关节二与转座二枢接；所述手指关节、关节一和关节二处均设置旋转电位器，所述旋转电位器的主体固定在所述指节前端转座上，且所述旋转电位器的旋转轴固定在指节后端转座的转轴上；拇指根指节的指节后端转座的转轴固定在所述转座二上；所述牵引机构包括钢线、钢线固定座、弹性绳和弹性绳固定座，其中，钢线的一端固定在所述绞线盘上，另一端固定在钢线固定座上；弹性绳的两端固定在弹性绳固定座上；所述钢线固定座和弹性绳固定座设置在指节处。进一步地，所述电机包括：位于手掌心靠近四指端的四个电机一、位于手掌背靠近四指端的四个电机二、位于手掌心靠近手掌底端的电机三和电机四、位于手掌背靠近手掌底端的电机五和电机六、以及电机固定座；所述电机固定座将十二个电机固定在所述手掌支架上。进一步地，每个手指单元的第一个手指关节的运动与电机一、钢线一、钢线固定座一、弹性绳一和两个弹性绳固定座对应；钢线一的一端固定在电机一的绞线盘上，另一端固定在钢线固定座一上，钢线固定座一设置在手指单元的第二个指节的指肚一侧；弹性绳一的两端分别固定在弹性绳固定座一和弹性绳固定座二上，弹性绳固定座一设置在手指单元的第一个指节上，并位于指背一侧，弹性绳固定座二设置在手指单元的第二个指节的指节前端转座上，并位于指背一侧。进一步地，每个手指单元的第二个手指关节和第三个手指关节之间的运动为相互耦合的，对应于电机二、钢线二、钢线固定座二、弹性绳二、弹性绳三、弹性绳固定座三、弹性绳固定座四和弹性绳固定座五；钢线二的一端固定在电机二的绞线盘上，另一端固定在钢线固定座二上，钢线固定座二设置在手指单元的第四个指节的指肚一侧；弹性绳二的两端分别固定在弹性绳固定座三和弹性绳固定座四上，弹性绳固定座三设置在手指单元的第二个指节的指节后端转座上，并位于指背一侧；弹性绳固定座四设置在手指单元的第三个指节上，并位于指背一侧；弹性绳三的两端分别固定在所述弹性绳固定座二和弹性绳固定座五上，弹性绳固定座五设置在手指单元的第四个指节上，并位于指背一侧。进一步地，拇指单元的第一个手指关节的运动对应电机三、钢线三和钢线固定座，钢线三的一端固定在电机三的绞线盘上，另一端固定在钢线固定座上。进一步地，所述关节二的运动对应电机六、钢线五、钢线固定座三、弹性绳四和两个拇指旋转弹性绳固定座；钢线五的一端固定在电机六的绞线盘上，另一端固定在钢线固定座三上，所述钢线固定座三位于拇指根指节的表面；所述弹性绳四的两端分别固定在拇指旋转弹性绳固定座一和拇指旋转弹性绳固定座二上，所述拇指旋转弹性绳固定座一设置在所述拇指根指节的表面，所述拇指旋转弹性绳固定座二设置在所述手掌支架上。进一步地，所述关节一的运动对应电机五、钢线六、钢线七、钢线八、两个旋转钢线固定座、弹性绳五、弹性绳六和四个旋转弹性绳固定座；所述钢线六的一端固定在所述电机五的绞线盘上，另一端与钢线七的一端以及钢线八的一端连接在一起，所述钢线七的另一端固定在旋转钢线固定座一上，所述钢线固定座一设置在食指的第一个指节上，所述钢线八的另一端固定在旋转钢线固定座二上，所述旋转钢线固定座二设置在小指的第一个指节上；所述弹性绳五的两端固定在旋转弹性绳固定座一和旋转弹性绳固定座二上，所述旋转弹性绳固定座一设置在所述手掌支架的正面，并位于食指的转座一的外侧，所述旋转弹性绳固定座二设置在食指的第一个指节上，并位于和所述旋转弹性绳固定座一相接近的指节一侧；所述弹性绳六的两端固定在旋转弹性绳固定座三和旋转弹性绳固定座四上，所述旋转弹性绳固定座三设置在所述手掌支架的正面，并位于小指的转座一的外侧；所述旋转弹性绳固定座四设置在小指的第一个指节上，并位于和所述旋转弹性绳固定座三相接近的指节一侧。进一步地，所述牵引机构还包括导向环，所述钢线穿过所述导向环。进一步地，手指单元以及拇指单元的指端均设置有压力传感器。进一步地，所述机械手还包括控制系统，控制系统包括信号采集处理模块、单片机控制中枢和信号输出模块，信号采集处理模块、单片机控制中枢和信号输出模块依次信号连通，信号输出模块与电机信号连通。本专利技术的有益效果在于：（1）仿生程度高，包括紧凑连接的机械手掌和五个机械手指，每个机械手指包括由三个手指关节连接的四个指节，每个手指的最后两个手指关节为运动耦合的，这与人手的运动特征相符，减少了驱动器数量；（2）小指、食指和拇指与手掌连接处设置有可控关节；本专利技术一共有12个可控自由度，为机械手具有足够高的灵活度提供可能；（3）指节内侧设置有旋转电位器，手指末端设置有压力传感器，通过单片机控制系统进行控制可以使机械手具有很高灵活度和智能化程度；（4）采用树脂材料的导向环和钢绳的传动系统，并且通过导向环和导向柱进行导向，保障了较高的抓取力与自重比，降低了对机器人本体负载的要求，有利于提高机器人系统的使用质量和延长使用寿命。附图说明图1为本专利技术掌心侧的结构示意图。图2为本专利技术掌背侧的结构示意图。图3为本专利技术的手指剖视图。图4为本专利技术的拇指根关节结构图，（a）整体图，（b）剖面图。图5是本专利技术控制系统的结构框图。图中：1、手掌支架；2、手指单元；3、拇指单元；11、电机一；12、电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种柔性仿人机械手，包括机械手掌、机械手指和牵引机构，其特征在于，所述机械手掌包括手掌支架、电机和拇指旋转轴支撑座，电机和拇指旋转轴支撑座固定在手掌支架上，电机的旋转轴上固定有绞线盘；所述机械手指包括固定在手掌支架掌心的四个转座一、固定在手掌支架掌背的转座二、四个手指单元以及一个拇指单元；手指单元以及拇指单元均包括顺序设置的四个指节，紧邻手掌支架的第一指节、第二指节和第三指节分别设有指节前端转座和指节后端转座，第四指节设有指节前端转座，相邻指节的指节前端转座和指节后端转座通过手指关节进行枢接；四个手指单元的第一个指节的指节后端转座通过四个无动力铰链关节一分别与四个转座一相连接；拇指单元的拇指根指节的指节后端转座的转轴通过无动力铰链关节二与转座二枢接；所述手指关节、关节一和关节二处均设置旋转电位器，所述旋转电位器的主体固定在所述指节前端转座上，且所述旋转电位器的旋转轴固定在指节后端转座的转轴上；拇指根指节的指节后端转座的转轴固定在所述转座二上；所述牵引机构包括钢线、钢线固定座、弹性绳和弹性绳固定座，其中，钢线的一端固定在所述绞线盘上，另一端固定在钢线固定座上；弹性绳的两端固定在弹性绳固定座上；所述钢线固定座和弹性绳固定座设置在指节处。...

【技术特征摘要】
1.一种柔性仿人机械手，包括机械手掌、机械手指和牵引机构，其特征在于，所述机械手掌包括手掌支架、电机和拇指旋转轴支撑座，电机和拇指旋转轴支撑座固定在手掌支架上，电机的旋转轴上固定有绞线盘；所述机械手指包括固定在手掌支架掌心的四个转座一、固定在手掌支架掌背的转座二、四个手指单元以及一个拇指单元；手指单元以及拇指单元均包括顺序设置的四个指节，紧邻手掌支架的第一指节、第二指节和第三指节分别设有指节前端转座和指节后端转座，第四指节设有指节前端转座，相邻指节的指节前端转座和指节后端转座通过手指关节进行枢接；四个手指单元的第一个指节的指节后端转座通过四个无动力铰链关节一分别与四个转座一相连接；拇指单元的拇指根指节的指节后端转座的转轴通过无动力铰链关节二与转座二枢接；所述手指关节、关节一和关节二处均设置旋转电位器，所述旋转电位器的主体固定在所述指节前端转座上，且所述旋转电位器的旋转轴固定在指节后端转座的转轴上；拇指根指节的指节后端转座的转轴固定在所述转座二上；所述牵引机构包括钢线、钢线固定座、弹性绳和弹性绳固定座，其中，钢线的一端固定在所述绞线盘上，另一端固定在钢线固定座上；弹性绳的两端固定在弹性绳固定座上；所述钢线固定座和弹性绳固定座设置在指节处。2.根据权利要求1所述的一种柔性仿人机械手，其特征在于，所述电机包括：位于手掌心靠近四指端的四个电机一、位于手掌背靠近四指端的四个电机二、位于手掌心靠近手掌底端的电机三和电机四、位于手掌背靠近手掌底端的电机五和电机六、以及电机固定座；所述电机固定座将十二个电机固定在所述手掌支架上。3.根据权利要求2所述的一种柔性仿人机械手，其特征在于，每个手指单元的第一个手指关节的运动与电机一、钢线一、钢线固定座一、弹性绳一和两个弹性绳固定座对应；钢线一的一端固定在电机一的绞线盘上，另一端固定在钢线固定座一上，钢线固定座一设置在手指单元的第二个指节的指肚一侧；弹性绳一的两端分别固定在弹性绳固定座一和弹性绳固定座二上，弹性绳固定座一设置在手指单元的第一个指节上，并位于指背一侧，弹性绳固定座二设置在手指单元的第二个指节的指节前端转座上，并位于指背一侧。4.根据权利要求3所述的一种柔性仿人机械手，其特征在于，每个手指单元的第二个手指关节和第三个手指关节之间的运动为相互耦合的，对应于电机二、钢线二、钢线固定座二、弹性绳二、弹性绳三、弹性绳固定座三、弹性绳固定座四和弹性绳固定座五；钢线二的一端固定在电机二的绞线盘上，另一端固定在钢线固定座二上，钢线固定座二设置在手指单元的第四个指节的指肚一侧；弹性绳二的两端分别固定在弹性绳固定座三和弹性绳固定座四上，弹性绳固...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹汛，戚杭州，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32