一种欠驱动的仿人灵巧手制造技术

本发明专利技术公开了一种欠驱动仿人灵巧手，该灵巧手由拇指、食指、中指、无名指、小指以及手掌组成。灵巧手五个手指相互独立，共有17个关节自由度，由12个微型电机驱动。除拇指有4个自由度以外，其余每个手指有3个自由度，且灵巧手整体可由电机驱动进行旋转。每个手指拥有两个耦合关节，拇指由三个微型电机驱动，其余四个手指均有两个微型电机驱动。本发明专利技术所述仿人灵巧手灵活度高，结构简单、紧凑，能有效实现不同大小、形状物体的自适应抓取。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于仿生机器人领域，是一种欠驱动的仿人灵巧手。
技术介绍
随着人类对自然的不断探索求知，工作空间越来越复杂、危险，而简单的机械手无法完全代替人完成复杂、精密的操作，因此希望出现一种仿人的机械手能够完成人手所能完成的所有工作。所以灵活度高、结构简单、可操作性强、适应各种抓取任务的仿人灵巧手成为了机器人领域研究热点之一。传统的末端执行器通用性差，自由度少，灵活性低，无法对多形状、多尺寸的物体进行灵活性抓取。仿人灵巧手是末端执行器的先进代表，现代意义机械手是集传感技术、控制技术等多项技术于一身的多关节，多自由度，高灵活度的末端执行器。目前，对仿人灵巧手的研究，已经取得了一定的成果有SHADOW公司推出的Shadow手、Elumotion公司的Elu-2Hand、加州理工学院的Harada手、哈尔滨工业大学的HIT/DLR手等。一种已有的仿人灵巧手装置，如中国专利技术专利CN103128744，包括手掌、拇指、食指、中指、无名指和小指。除拇指外四指均采用相同结构，每个手指设置三个关节由三组四连杆机构耦合，由一个电机驱动。其不足之处为该装置除拇指外四指三个关节按1:1:1的运动速率按固定角度同时弯曲，关节不能单独驱动，灵巧性和人手差别较大，抓取时对不同形状的物体自适应性较差。另一种已有的仿人灵巧手，如中国专利技术专利CN1283429C，包括手掌和五个手指，共12个关节自由度，其手指欠驱动关节的弯曲伸直由多级齿轮传动系统实现，所涉及的齿轮传动系统具有自解耦效果，其中主动驱动的关节仅有三个，并且除拇指、食指外的三个手指采用一个电机进行驱动，单独手指不能进行主动弯曲，与人手差别较大，灵巧性不高。目前，仿人灵巧手的研究主要难点以及关键技术集中在结构设计，驱动，传感器，以及控制上。简单可靠传动机构以及合理的布局是灵活度的关键；驱动主要问题是无法在尺寸和力矩上同时满足要求，小尺寸、大力矩驱动成为缩小仿人灵巧手尺寸的关键；传感器是仿人灵巧手至关重要的技术，仿人类触觉传感器技术的滞后限制了机械手功能发挥。在控制上，模型复杂，控制算法不成熟以及操作对象的多样性和不确定性也是其研究难点。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种欠驱动仿人灵巧手，该仿人灵巧手尺寸与人手大小相当，结构简单、可靠、多自由度、多关节，能实现多形状、多尺寸物体自适应抓取。适合作为各类机械手臂末端执行器用，可以配合机械臂完成抓取任务，也可用于助老、助残、送餐等服务机器人。本专利技术一种欠驱动的仿人灵巧手装置，所述的仿人灵巧手，包含有一个手掌和五个手指，五个手指包括拇指、食指、中指、无名指、小指。拇指在伸直状态下，与手掌安装面成一定角度安装，除拇指外的其余四个手指按合适的位置分布在手掌上。手掌上有安装电路板、手指和电机的安装凹槽。除拇指以外的其余四个手指结构布局相同，四个手指主体都由四个部分组成，把四个部分分别命名为手指基座、手指指根、手指指节、手指指尖；四个部分通过三个轴相连，按离手掌由近到远分别命名为手指轴一、手指轴二、手指轴三，三个旋转轴轴线平行，手指轴一连接手指基座和手指指根，手指轴二连接手指指根和手指指节，手指轴三连接手指指节和手指指尖。拇指包含四部分，四个部分分别命名为拇指基座、拇指指根、拇指指节、拇指指尖。拇指单元四部分通过四个轴相连，在拇指伸直的方向，按离手掌由近到远分别命名为拇指轴一、拇指轴二、拇指轴三、拇指轴四。其中拇指轴三和拇指轴四轴线相互平行；拇指轴二与拇指轴三、四的轴线相互垂直；拇指轴一轴线与手掌安装面成一定角度，并且与拇指伸直方向平行。拇指轴一连接拇指基座和手掌，拇指轴二连接拇指基座和拇指指根，拇指轴三连接拇指指根和拇指指节，拇指轴四连接拇指指节和拇指指尖。五个手指和手掌上都安装有力传感器，可对灵巧手在抓取过程中进行力反馈。本专利技术所述的手掌，手掌主体由手心、手背、手掌旋转机构三部分组合而成，手心部分包括有电机、减速器和手指安装凹槽，内部安装有电机一和减速器一；另外手心部分还包括相互啮合圆柱齿轮一和圆柱齿轮二。所述的电机一和减速器一安装在手掌电机减速器安装槽内，电机轴方向与手掌安装面成一定角度，圆柱齿轮一安装在减速器一输出轴上，圆柱齿轮一与圆柱齿轮二啮合，电机一动力通过减速器一和啮合的两个圆柱齿轮，带动拇指基座绕轴一旋转，最终驱动拇指绕手掌旋转。手背部分有电路板和手指安装槽，信号采集、驱动、控制电路安装在电路板安装槽内；手掌和手背有四组半圆手指安装槽，每个半圆槽内都有限位块，每组半圆槽可相互组合为一圆形孔，通过限位块和手指基座上限位槽的配合把除拇指以外的四个手指手指固定安装在手掌上。手心、手背、旋转机构三部分固定连接。本专利技术所述的手掌旋转机构，手掌旋转机构包括电机二、减速器二、编码器、轴承、固定部分、带有内齿轮的旋转部分、一组圆柱齿轮。电机固定部分与旋转部分通过轴承连接，手掌固定连接在旋转部分上；电机二、减速器二、编码器固定安装在固定部分上；圆柱齿轮三与旋转部分的内齿轮内啮合，电机通过该组内啮合的齿轮，驱动旋转部分以及整个手掌绕固定部分中心旋转；圆柱齿轮三与编码器上圆柱齿轮四啮合，编码器可进行位置反馈。本专利技术所述的除拇指以外的其余四个手指结构布局相同，四个手指主体都包括手指基座、手指指根、手指指节、手指指尖四部分。手指轴一连接手指基座和手指指根，手指轴二连接手指指根和手指指节；手指轴三连接手指指节和手指指尖。手指包含三个可旋转的关节，由两个电机驱动。其中电机三和减速器三安装在手指基座内部，电机三通过一组啮合的锥齿轮把动力传递给手指指根，使手指指根能相对于手指基座绕手指轴一旋转，手指基座外部限位槽可与手掌限位块的配合，使整个手指固定在手掌上。另外电机四和减速器四安装在手指指根内部，电机四驱动“收_放”线齿轮组工作，“收_放”线齿轮组由锥齿轮三、锥齿轮四、锥齿轮五组成。由电机四驱动的“收_放”线齿轮组利用齿轮传动特点，对通过手指指尖与手指指节内部的两条拉线同步进行绕线、放线动作，其中拉线一通过手指指节内弹簧滑块机构，并与滑块固定连接，使滑块能随拉线移动，拉线一端固定在手指指尖，通过滑轮导向支撑后，另一端固定在锥齿轮四上。拉线二一端固定在手指指尖，通过滑轮变导向支撑后固定在锥齿轮五上。“收_放”线齿轮组配合拉线、弹簧滑块机构实现手指指尖、手指指节正向弯曲、复位、反向弯曲。本专利技术所述的拇指主体包含拇指基座、拇指指根、拇指指节、拇指指尖四部分。拇指轴一连接拇指基座和手掌，拇指轴二连接拇指基座和拇指指根，拇指轴三连接拇指指根和拇指指节，拇指轴四本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种欠驱动的仿人灵巧手，其特征在于：所述的仿人灵巧手与人类似，包含有一个手掌(6)和五个手指，五个手指单元为拇指(1)、食指(2)、手指(3)、无名指(4)、小指(5)；拇指在伸直状态下，与手掌安装面(7)成一定角度安装在掌上，除拇指外的其余四个手指按手掌位置分布，手心表面以及五个手指在靠近手心侧表面上都安装有力传感器，力传感器在灵巧手对物体进行抓取时可反馈与被作用物体接触面的力信息；所有电机以及控制电路安装在手掌或者手指内部；所述的手掌主体由手心(61)、手背(62)、旋转机构(63)三部分组合而成，手心(61)部分有电机一(611)和减速器一(612)，一组啮合的齿轮以及拇指轴一(15)；所述的电机一(611)和减速器一(612)在电机轴方向上与手掌安装面(7)成一定角度安装在手掌内；电机一(611)动力通过减速器一(612)和啮合的一组齿轮，带动拇指基座绕拇指轴一(15)旋转，从而带动拇指(1)绕手掌旋转；手背(62)部分有电路板和手指安装槽，信号采集、驱动、控制电路安装在电路板安装槽内；手掌(61)和手背(62)有四组半圆手指安装槽，每个半圆槽内都有限位块，每组半圆槽相互组合为一圆形孔，通过限位块和手指基座上两个凹槽的配合把除拇指以外的四个手指固定安装在手掌上；旋转机构(63)，实现整个手掌在安装面(7)上进行旋转，手心(61)、手背(62)、旋转机构(63)三部分固定连接。...

【技术特征摘要】
1.一种欠驱动的仿人灵巧手，其特征在于：所述的仿人灵巧手与人类似，包含有一个手掌(6)
和五个手指，五个手指单元为拇指(1)、食指(2)、手指(3)、无名指(4)、小指(5)；拇
指在伸直状态下，与手掌安装面(7)成一定角度安装在掌上，除拇指外的其余四个手指按手
掌位置分布，手心表面以及五个手指在靠近手心侧表面上都安装有力传感器，力传感器在灵
巧手对物体进行抓取时可反馈与被作用物体接触面的力信息；所有电机以及控制电路安装在
手掌或者手指内部；
所述的手掌主体由手心(61)、手背(62)、旋转机构(63)三部分组合而成，手心(61)
部分有电机一(611)和减速器一(612)，一组啮合的齿轮以及拇指轴一(15)；所述的电机
一(611)和减速器一(612)在电机轴方向上与手掌安装面(7)成一定角度安装在手掌内；
电机一(611)动力通过减速器一(612)和啮合的一组齿轮，带动拇指基座绕拇指轴一(15)
旋转，从而带动拇指(1)绕手掌旋转；手背(62)部分有电路板和手指安装槽，信号采集、
驱动、控制电路安装在电路板安装槽内；手掌(61)和手背(62)有四组半圆手指安装槽，
每个半圆槽内都有限位块，每组半圆槽相互组合为一圆形孔，通过限位块和手指基座上两个
凹槽的配合把除拇指以外的四个手指固定安装在手掌上；旋转机构(63)，实现整个手掌在安
装面(7)上进行旋转，手心(61)、手背(62)、旋转机构(63)三部分固定连接。
2.根据权利要求1所述的一种欠驱动的仿人灵巧手，其特征在于：所述的除拇指以外，其余
四个手指结构都包括手指基座(31)、手指指根(32)、手指指节(33)、手指指尖(34)四部
分，手指四部分通过三个轴进行连接，三个轴为手指轴一(35)、手指轴二(36)、手指轴三
(37)，三个旋转轴轴线平行，手指轴一(35)连接手指基座(31)和手指指根(32)，手指
轴二(36)连接手指指根(32)和手指指节(33)，手指轴三(37)连接手指指节(33)和手
指指尖(34)；手指基座(31)内部安装有一组电机三(311)和减速器三(312)，电机三(331)
通过一组啮合的锥齿轮使手指指根(32)相对于手指基座(31)绕手指轴一(35)转动，手
指基座外部有限位槽，外部限位槽与手掌限位块的配合，使手指能固定连接在手掌上；一组
电机四(322)和减速器四(323)安装在手指指根(32)内部，手指指根(32)内部安装有
可同步对手指指尖(34)和手指指节(33)内部两条拉线进行收线、放线功能的齿轮组，电
机四通过带动该齿轮组实现两条拉线的缠绕和回放；另外手指指节(33)中安装有一个弹簧
滑块机构(331)，拉线一(343)的一端固定在手指指尖上，拉线一(343)通过弹簧滑块内
部与滑块固定连接，使滑块能够随拉线一(343)一起移动，通过滑轮导向和支撑，拉线一(343)
另一端绕在齿轮组中的齿轮上；拉线二(344)一端固定在手指指尖，通过滑轮导向和支撑，
拉线二(344)另一端绕在齿轮组中的齿轮上。
3.根据权利要求1或2所述的一种欠驱动的仿人灵巧手，其特征在于：拇指(1)包括拇指基

\t座(11)、拇指指根(12)、拇指指节(13)、拇指指尖(14)；拇指(1)四部分通过旋转轴相
连，拇指轴一(15)、拇指轴二(16)、拇指轴三(17)、拇指轴四(18)；其中拇指轴三(17)
和拇指轴四(18)旋转轴线相互平行；拇指轴二(16)与...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜宇，温礼刚，丛明，
申请(专利权)人：杜宇，
类型：发明
国别省市：辽宁;21