一种欠驱动轻质仿人五指灵巧手制造技术

本发明专利技术属于仿生机器人技术领域，具体地说是一种欠驱动轻质仿人五指灵巧手。包括：手掌；五指，包括通过固定座依次安装在手掌上的拇指、食指、中指、无名指及小指；五个手指屈伸驱动机构，分别安装在五个固定座上，分别用于对个手指的屈伸提供动力；五个绳传动机构，分别安装在五个手指内、且与相对应的手指屈伸驱动机构相连接，手指屈伸驱动机构通过绳传动机构驱动手指屈伸，形成欠驱动；拇指旋转驱动机构，安装在手掌内，用于驱动拇指的旋转运动。本发明专利技术结构简单紧凑、质量轻、成本低，模块化设计、易拆卸更换，具有集成度高、自由度多、小巧灵活、大小与人手相仿且稳定性好等特点。

An underactuated light imitation man's five fingered dexterous hand

The invention belongs to the field of bionic robot technology, in particular to an underactuated lightweight humanoid five fingered dexterous hand. Including: palm, five fingers, including the thumb, the index finger, the middle finger, the ring finger and the small finger which are installed on the palm by the fixed seat; the five finger flexion and extension driving mechanism is installed on the five fixed seats to provide power for the flexion and extension of the fingers respectively; the five rope transmission mechanisms are installed in five fingers, respectively. It is connected with the corresponding finger flexion and extension driving mechanism, and the finger flexion and extension mechanism drives the finger flexion and extension through the rope transmission mechanism to form the underactuated, and the thumb rotation drive mechanism is installed in the palm of the hand to drive the rotary motion of the thumb. The invention has the advantages of simple and compact structure, light quality, low cost, modular design, easy disassembly and replacement, and has the characteristics of high integration, high degree of freedom, small and flexible, similar size to human hand and good stability.

【技术实现步骤摘要】
一种欠驱动轻质仿人五指灵巧手
本专利技术属于仿生机器人
，具体地说是一种欠驱动轻质仿人五指灵巧手。
技术介绍
传统的驱动方式有液压驱动、气压驱动和电机驱动。液压驱动方式适用于高精度、负载较大的场合，缺点是成本高、易漏油；气压驱动方式具有安全性好、不污染环境的特点，缺点是功率质量比小，适用于负载小且精度要求不高的场合；电机驱动方式具有结构简单、较大的功率质量比，适合于中等负载；还有一些新型材料驱动方式，研究技术相对不成熟，控制不稳定，可靠性相对不好。对于要求集成度高、轻质简单的仿人灵巧手来说，选择电机是最合适的。而且经过调研，查到的驱动方式中尺寸较小，可以内嵌在仿人灵巧手内部的驱动系统基本只有电机，很适合做集成。现有的仿人灵巧手结构较大、外形笨重、控制复杂，在体积、重量、灵巧度以及柔顺性方面有较大的缺陷。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的在于提供一种欠驱动轻质仿人五指灵巧手，该机构适用于康复系统、假肢研究、控制方法研究等。该专利技术结构简单、质量轻、成本低，模块化设计、易拆卸更换，具有集成度高、自由度多、小巧灵活、大小与人手相仿且稳定性好等特点。为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种欠驱动轻质仿人五指灵巧手，包括：手掌；五指，包括通过固定座依次安装在手掌上的拇指、食指、中指、无名指及小指；五个手指屈伸驱动机构，分别安装在五个固定座上，用于各手指屈伸提供动力；五个绳传动机构，分别安装在五指内、且与相对应的所述手指屈伸驱动机构相连接，所述手指屈伸驱动机构通过绳传动机构驱动手指屈伸，形成欠驱动；拇指旋转驱动机构，安装在手掌内，用于驱动拇指的旋转运动。所述拇指包括拇指近指节基座、拇指近指节、拇指远指节及拇指远指节指尖，其中拇指近指节基座与相对应的拇指固定座可转动地连接，拇指近指节与拇指近指节基座固定连接，拇指近指节与拇指远指节可转动地连接，拇指远指节指尖与拇指远指节固定连接；所述食指、中指、无名指及小指均包括依次转动连接的近指节基座、近指节、中指节I、中指节II及远指节，其中近指节基座与相对应的所述固定座可转动地连接，所述近指节与所述近指节基座固定连接，所述中指节I与近指节可转动地连接，所述中指节II与中指节I固定，所述远指节与中指节II可转动地连接，所述手指屈伸驱动机构设置于所述近指节基座内。所述手指近指关节屈伸机构为涡轮蜗杆机构，包括涡轮、涡轮轴、蜗杆、蜗杆轴及步进电机，其中步进电机和蜗杆轴安装在所述近指节基座上、且步进电机的输出轴与蜗杆轴连接，所述蜗杆与蜗杆轴连接，所述涡轮轴与所述固定座连接，所述涡轮与涡轮轴连接、且与所述蜗杆啮合，所述步进电机驱动蜗杆、涡轮转动，从而驱动所述近指节基座相对于固定座转动。所述绳传动机构包括传动绳及安装在各关节处的绳导向轴，所述传动绳通过各关节处的所述绳导向轴穿过整个手指，其一端与所述手指屈伸驱动机构连接，另一端与远指节连接。各所述手指的关节处均设有弹性复位机构。所述弹性复位包括弹簧固定销和复位弹簧，其中复位弹簧的两端与设置于关节两端的弹簧固定销连接。所述拇指旋转驱动机构包括拇指旋转步进电机、小齿轮轴、小齿轮、大齿轮及拇指旋转固定板，其中小齿轮轴和拇指旋转固定板可转动地安装在所述手掌内，所述小齿轮和大齿轮分别固定在小齿轮轴和拇指旋转固定板上、且相互啮合，与拇指连接的固定座与所述拇指旋转固定板连接。所述手掌包括掌心板及安装在两端的手掌支撑板和手指安装板，所述拇指旋转固定板的一端通过拇指旋转限位座与手指安装板连接，所述拇指旋转限位座限制拇指旋转固定板在0°-90°范围内转动。每个手指的近指节手心面设有凹槽，该凹槽内安装压力传感器。所述手掌内设有控制系统，所述控制系统用于控制拇指旋转驱动机构及五个手指屈伸驱动机构。本专利技术的优点与积极效果为：1、本专利技术结构简单、制造成本低。五指的手指结构类似，关节转动和机械限位一样，都采用绳传动和弹簧复位。手指关节的转动由最小的轴承和质量较好的销支撑转动，不需要很复杂的传动机构。2、本专利技术质量轻、手指灵活轻巧。采用3D打印技术，由高韧性、耐酸碱的高精高韧树脂材料打印而成，表面光滑。除了电机、涡轮蜗杆、齿轮、轴承等零件，其他零件基本由7075铝合金加工，整个仿人手质量较轻。手指关节的转动由最小的轴承支撑，转动摩擦小，由于手指轻巧，复位的弹簧也不需要很大刚度。普通细小的不锈钢弹簧，只要尺寸符合，即可。3、本专利技术采用模块化设计，结构集成度高。五指都可单独拆卸更换，且每个手指可单独由步进电机驱动，之间相对独立。灵巧手在抓握物体时，可适应不同形状的物体。4、本专利技术大小和成年人手接近，且控制集成度高。电机的直径为8mm，内嵌在近指节里，关节处的转动由2×5×2.3mm的轴承(内径2mm，外径5mm，轴承宽度2.3mm)支撑，采用绳传动和弹簧(外径2mm)复位，所有的零件都尽量选择较小的，这样手指的外形尺寸和成年人手基本一样。手掌靠近拇指一侧固定电机，采用齿轮传动，带动拇指内外旋转动。手掌的另一侧可以放置电机驱动器可控制板。步进电机为两相四线，驱动较为简单，6个电机的驱动和控制集成在一起，放置在手掌里。整个灵巧手集成度很高。5、本专利技术手指部分采用欠驱动结构，包络抓握物体，稳定可靠。手指的近指关节由电机通过涡轮蜗杆驱动，中指关节和远指关节(拇指只有远指关节)通过绳传动，形成欠驱动。中指关节的复位弹簧刚度大于远指关节的弹簧刚度，抓握物体时，中指关节先转动，转动到接触物体或极限角度时，远指关节再转动，形成对物体的包络抓握，抓握稳定可靠。附图说明图1为本专利技术的结构示意图；图2为本专利技术的去掉手背外壳的灵巧手结构示意图；图3为本专利技术中拇指的结构示意图；图4为本专利技术中拇指的内部结构示意图；图5为本专利技术中食指的结构示意图；图6为本专利技术中食指的爆炸图；图7为本专利技术中手掌去掉手背外壳的结构示意图；图8为本专利技术中手掌掌心板的结构示意图；图9为本专利技术中拇指旋转固定板的结构示意图；图10为本专利技术中拇指旋转限位座的结构示意图；图11为本专利技术中手背外壳的结构示意图。其中，1为拇指，2为食指，3为中指，4为无名指，5为小指，6为手掌，11为拇指固定座，12为拇指近指节基座，13为拇指近指节，14为拇指远指节，15为拇指远指节指尖，21为食指固定座，22为食指近指节基座，23为食指近指节，24为食指中指节I，25为食指中指节II，26为食指远指节，31为中指固定座，32为中指近指节基座，41为无名指固定座，42为无名指近指节基座，51为小指固定座，52为小指近指节基座，210为涡轮，211为轴用E型扣环，212为轴承，213为挡圈，214为涡轮轴，215为涡轮套筒，220为孔用C型扣环，221为蜗杆轴承套筒，222为蜗杆轴带端盖轴承，223为蜗杆，224为蜗杆轴，225为绳导向轴I，226为蜗杆轴承，227为电机轴向固定套筒，228为手指电机固定板，229为步进电机，230为绳导向轴II，231为中指关节轴销，232为中指关节轴承，233为近指节弹簧固定销，234为中指关节复位弹簧，240为中指节连接销，241为中指节弹簧固定销，242为绳导向轴III，250为远指关节轴销，251为远指关节轴承，260为远指节绳固定销，261为远指节弹簧固定销，262为远指节复位弹簧，60本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种欠驱动轻质仿人五指灵巧手，其特征在于，包括：手掌(6)；五指，包括通过固定座依次安装在手掌(6)上的拇指(1)、食指(2)、中指(3)、无名指(4)及小指(5)；五个手指屈伸驱动机构，分别安装在五个固定座上，用于各手指屈伸提供动力；五个绳传动机构，分别安装在五指内、且与相对应的所述手指屈伸驱动机构相连接，所述手指屈伸驱动机构通过绳传动机构驱动手指屈伸，形成欠驱动；拇指旋转驱动机构，安装在手掌(6)内，用于驱动拇指(1)的旋转运动。

【技术特征摘要】
1.一种欠驱动轻质仿人五指灵巧手，其特征在于，包括：手掌(6)；五指，包括通过固定座依次安装在手掌(6)上的拇指(1)、食指(2)、中指(3)、无名指(4)及小指(5)；五个手指屈伸驱动机构，分别安装在五个固定座上，用于各手指屈伸提供动力；五个绳传动机构，分别安装在五指内、且与相对应的所述手指屈伸驱动机构相连接，所述手指屈伸驱动机构通过绳传动机构驱动手指屈伸，形成欠驱动；拇指旋转驱动机构，安装在手掌(6)内，用于驱动拇指(1)的旋转运动。2.根据权利要求1所述的欠驱动轻质仿人五指灵巧手，其特征在于，所述拇指(1)包括拇指近指节基座(12)、拇指近指节(13)、拇指远指节(14)及拇指远指节指尖(15)，其中拇指近指节基座(12)与相对应的拇指固定座(11)可转动地连接，拇指近指节(13)与拇指近指节基座(12)固定连接，拇指近指节(13)与拇指远指节(14)可转动地连接，拇指远指节指尖(15)与拇指远指节(14)固定连接；所述食指(2)、中指(3)、无名指(4)及小指(5)均包括依次转动连接的近指节基座、近指节、中指节I、中指节II及远指节，其中近指节基座与相对应的所述固定座可转动地连接，所述近指节与所述近指节基座固定连接，所述中指节I与近指节可转动地连接，所述中指节II与中指节I固定，所述远指节与中指节II可转动地连接，所述手指屈伸驱动机构设置于所述近指节基座内。3.根据权利要求2所述的欠驱动轻质仿人五指灵巧手，其特征在于，所述手指近指关节屈伸机构为涡轮蜗杆机构，包括涡轮(210)、涡轮轴(214)、蜗杆(223)、蜗杆轴(224)及步进电机(229)，其中步进电机(229)和蜗杆轴(224)安装在所述近指节基座上、且步进电机(229)的输出轴与蜗杆轴(224)连接，所述蜗杆(223)与蜗杆轴(224)连接，所述涡轮轴(214)与所述固定座连接，所述涡轮(210)与涡轮轴(214)连接、且与所述蜗杆(...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩建达，赵新刚，赵小欢，李自由，林光模，赵明，
申请(专利权)人：中国科学院沈阳自动化研究所，
类型：发明
国别省市：辽宁,21