一种基于单向传动的两指机械手制造技术

本发明专利技术公开了一种基于单向传动的两指机械手，该手包括底座和两个手指模块，两个手指模块分别布置在左右手指铰接底座上，左手指和右手指相对设置；左手指和右手指均包括远指节和近指节，远指节铰接连接有近指节，近指节通过近指节关节轴与手指底座铰接连接。本发明专利技术的两指手总共有四个自由度，钢丝绳与滑轮是根据人手协同的生物力学特征与运动统计学原理，构成只需要一个电机驱动的传动链，由一个舵机驱动钢丝绳实现手指的弯曲动作，远指节的协同则通过弹力带与钢丝绳的驱动实现远指节在不受外力的情况下始终保持平行以实现抓取。通过弹力带与弹簧使得手指可以复原到初始位置，从而仅仅需要一个电机即可实现机械手的夹取与抓握动作。

【技术实现步骤摘要】
一种基于单向传动的两指机械手
本专利技术属于机械领域，尤其涉及一种基于单向传动的两指机械手。
技术介绍
近年来，因为机器人已经开始与周围环境互动，帮助人类完成灵巧的任务，机器人抓取和灵巧操作领域受到了越来越多的关注。而机械手因为与环境交互，可以被认为是自动化操作的一个关键组件，特别是在机器人易用性、自动化程度、研究抓取应用等方面有着重要作用，是机器人核心部件之一。但是现有的机器人手指通常通过丝杆机构升降来拉动绳索，从而驱动手指耦合运动。但是这样会导致机械手需要设置足够的用于丝杆机构升降的空间，导致其整体体积较大，难以应用于精细作业的场合。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提供了一种基于单向传动的两指机械手。本专利技术的两指手总共有有四个自由度，钢丝绳与滑轮根据人手协同的生物力学特征与运动统计学原理，构成只需要一个电机驱动的传动链，由一个舵机驱动钢丝绳实现手指的弯曲动作，远指节的协同则通过弹力带与钢丝绳的驱动实现远指节始终保持平行。通过弹力带与弹簧使得手指可以复原到初始位置，从而仅仅需要一个电机即可实现机械手的抓握动作。为达到上述技术效果，本专利技术的技术方案是：一种基于单向传动的两指机械手，包括底座，底座两侧分别固定有手指底座105，两个手指底座105分别铰接连接有左手指1和右手指4，左手指1和右手指4相对设置；左手指1和右手指4均包括远指节101，远指节101通过远指节关节轴铰接连接有近指节5，近指节5通过近指节关节轴106与手指底座105铰接连接，近指节关节轴106两端有轴承支撑固定；远指节101与近指节5通过指节间关节轴铰接连接；近指节关节轴106上固定有近关节滑轮110；指节间关节轴上固定有远关节滑轮6，远指节101上轴接有远指节滑轮102；手指底座105上轴接有中部滑轮108；底座上安装有旋转动力装置，旋转动力装置连接有绳轮205，绳轮205上缠绕有驱动绳7的一端，驱动绳7的另一端依次经过左手指1的近关节滑轮110顶部，然后缠绕左手指1的远关节滑轮6一周后依次经过手指1的远指节滑轮102、中部滑轮108底部、右手指4的远指节滑轮102后缠绕右手指4的远关节滑轮6一周，然后经过右手指4近关节滑轮110后缠绕到绳轮205上；手指底座105与近指节5之间连接有弹簧11，手指底座105与远指节101之间安装有协同弹力带103。进一步的改进，所述近指节5包括两侧的近指节侧板104，近指节侧板104支架内固定有近指节母板111。进一步的改进，所述近指节5表面固定有近指节柔性表面112，远指节101表面固定有远指节柔性表面113。进一步的改进，所述近指节5上轴接有第一导向滑轮8，中部滑轮108两侧分别轴接有第二导向滑轮109。进一步的改进，所述旋转动力装置为舵机207。进一步的改进，所述底座包括底座上盖201和底座下盖301；所述绳轮205与底座上盖201轴接；底座上盖201上还轴接有第三导向轮209和第四导向轮210。进一步的改进，所述底座下盖301上安装有航空接头302和电路板304。进一步的改进，所述驱动绳7为钢丝绳或碳纤维绳。进一步的改进，所述远关节滑轮6和近关节滑轮110均为凹面滑轮，凹面滑轮包括中部的绕绳轮9，绕绳轮9两侧分别固定有圆形挡板10；驱动绳7与绕绳轮9接触传递动力；所述远指节关节轴和近指节关节轴106上均固定有凸环1061；所述协同弹力带103两端分别绕过远指节关节轴和近指节关节轴106上的凸环1061；所述弹簧11安装在近关节滑轮110的两个圆形挡板10之间，且不与驱动绳7接触。进一步的改进，限定：r11q1+r21q2＝l3r12q1+r22q2＝l2r13q1＝l1Rqf＝0其中，T表示矩阵倒置；根据Rqf＝0有：其中则其中，f＝f1或f2；f1表示回复弹簧的回复力，f2表示柔性弹力带的回复力；F表示驱动绳的驱动力；r11表示近关节滑轮的绕绳轮半径；r21表示远关节滑轮的绕绳轮半径；q1表示近指节的弯曲角度，q2表示远指节的弯曲角度；l3表示驱动绳的长度变化量；r12表示近指节关节轴106上凸环1061的半径；r22表示远指节关节轴上凸环1061的半径；l2表示协同弹力带的长度变化量；r13表示弹簧的半径；l1表示弹簧的长度变化量；Rq表示手指弯曲角度q1、q2的矩阵；然后调整r13、r11、r12、r21、k1、k2的值使得驱动绳的驱动力F最小；其中，k1表示弹簧的刚度，k2表示弹力带的刚度，q1表示近指节的弯曲角度。本专利技术的优点：本专利技术的两指手总共有四个自由度，钢丝绳与滑轮根据人手协同的生物力学特征与运动统计学原理，构成只需要一个电机驱动的传动链，由一个舵机驱动钢丝绳实现手指的弯曲动作，远指节的协同则通过弹力带与钢丝绳的驱动实现远指节始终保持平行。通过弹力带与弹簧使得手指可以复原到初始位置，从而仅仅需要一个电机即可实现机械手的抓握动作。本专利技术采用绳索、弹力带等新型单向传动形式，有很好的形状适应能力，不仅能够很好的抓取物体，还能够很好地适应不同物体实现稳定的抓握，大大减小了上一代灵巧手的结构复杂性，结构更加简单，还能减少制作成本，降低制作难度；本专利技术采用最少约束的拓扑结构数目，可实现力与运动的解耦，实现灵巧手的平行抓取；本专利技术采用驱动力最小的优化方法，运用新型的驱动绳绕绳方式，采用最少的单向主被动约束数目(驱动和弹性约束)，在保证灵巧手实现功能的情况下，阻力最小，传动效率最高。附图说明图1为本专利技术的整体立体结构示意图；图2为左手指的结构示意图；图3为右手指的结构示意图；图4为底座上盖的结构示意图；图5为底座下盖的结构示意图；图6为驱动绳的缠绕方式示意图；图7为凹面滑轮的结构示意图；图8为凸环的结构示意图；图9为实施例2的原理示意图。具体实施方式以下通过具体实施方式对本专利技术的技术方案作具体说明。实施例1如图1-8所示的一种基于单向传动的两指机械手，包括底座，底座两侧分别固定有手指底座105，两个手指底座105分别铰接连接有左手指1和右手指4，左手指1和右手指4相对设置；左手指1和右手指4均包括远指节101，远指节101通过远指节关节轴铰接连接有近指节5，近指节5通过近指节关节轴106与手指底座105铰接连接；远指节101与近指节5通过指节间关节轴铰接连接；近指节关节轴106上固定有近关节滑轮110；指节间关节轴上固定有远关节滑轮6，远指节101上轴接有远指节滑轮102；手指底座105上轴接有中部滑轮108；底座上安装有旋转动力装置，旋转动力装置连接有绳轮205，绳轮205上缠绕有驱动绳7的一端，驱动绳7的另一端依次经过左手指1的近关节滑轮110顶部，然后缠绕左手指1的远关节滑轮6一周后依本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于单向传动的两指机械手，其特征在于，包括底座，底座两侧分别固定有手指底座(105)，两个手指底座(105)分别铰接连接有左手指(1)和右手指(4)，左手指(1)和右手指(4)相对设置；左手指(1)和右手指(4)均包括远指节(101)，远指节(101)通过远指节关节轴铰接连接有近指节(5)，近指节(5)通过近指节关节轴(106)与手指底座(105)铰接连接，近指节关节轴(106)两端有轴承支撑固定；/n远指节(101)与近指节(5)通过指节间关节轴铰接连接；近指节关节轴(106)上固定有近关节滑轮(110)；指节间关节轴上固定有远关节滑轮(6)，远指节(101)上轴接有远指节滑轮(102)；手指底座(105)上轴接有中部滑轮(108)；/n底座上安装有旋转动力装置，旋转动力装置连接有绳轮(205)，绳轮(205)上缠绕有驱动绳(7)的一端，驱动绳(7)的另一端依次经过左手指(1)的近关节滑轮(110)顶部，然后缠绕左手指(1)的远关节滑轮(6)一周后依次经过手指(1)的远指节滑轮(102)、中部滑轮(108)底部、右手指(4)的远指节滑轮(102)后缠绕右手指(4)的远关节滑轮(6)一周，然后经过右手指(4)近关节滑轮(110)后缠绕到绳轮(205)上；/n手指底座(105)与近指节(5)之间连接有弹簧(11)，手指底座(105)与远指节(101)之间安装有协同弹力带(103)。/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于单向传动的两指机械手，其特征在于，包括底座，底座两侧分别固定有手指底座(105)，两个手指底座(105)分别铰接连接有左手指(1)和右手指(4)，左手指(1)和右手指(4)相对设置；左手指(1)和右手指(4)均包括远指节(101)，远指节(101)通过远指节关节轴铰接连接有近指节(5)，近指节(5)通过近指节关节轴(106)与手指底座(105)铰接连接，近指节关节轴(106)两端有轴承支撑固定；
远指节(101)与近指节(5)通过指节间关节轴铰接连接；近指节关节轴(106)上固定有近关节滑轮(110)；指节间关节轴上固定有远关节滑轮(6)，远指节(101)上轴接有远指节滑轮(102)；手指底座(105)上轴接有中部滑轮(108)；
底座上安装有旋转动力装置，旋转动力装置连接有绳轮(205)，绳轮(205)上缠绕有驱动绳(7)的一端，驱动绳(7)的另一端依次经过左手指(1)的近关节滑轮(110)顶部，然后缠绕左手指(1)的远关节滑轮(6)一周后依次经过手指(1)的远指节滑轮(102)、中部滑轮(108)底部、右手指(4)的远指节滑轮(102)后缠绕右手指(4)的远关节滑轮(6)一周，然后经过右手指(4)近关节滑轮(110)后缠绕到绳轮(205)上；
手指底座(105)与近指节(5)之间连接有弹簧(11)，手指底座(105)与远指节(101)之间安装有协同弹力带(103)。


2.如权利要求1所述的基于单向传动的两指机械手，其特征在于，所述近指节(5)包括两侧的近指节侧板(104)，近指节侧板(104)支架内固定有近指节母板(111)。


3.如权利要求1所述的基于单向传动的两指机械手，其特征在于，所述近指节(5)表面固定有近指节柔性表面(112)，远指节(101)表面固定有远指节柔性表面(113)。


4.如权利要求1所述的基于单向传动的两指机械手，其特征在于，所述近指节(5)上轴接有第一导向滑轮(8)，中部滑轮(108)两侧分别轴接有第二导向滑轮(109)。


5.如权利要求1所述的基于单向传动的两指机械手，其特征在于，所述旋转动力装置为舵机(207)。


6.如权利要求1所述的基于单向传动的两指机械手，其特征在于，所述底座包括底座...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈文锐，林辉煌，鄢锉，王耀南，李娟，刁强，刘武，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43