一种刚软耦合欠驱动灵巧手装置制造方法及图纸

一种刚软耦合欠驱动灵巧手装置，属于机器人领域，包括手指、手掌、手掌连接底座和固定平台，手指包括五个结构相同的手指结构，每个手指设有三个指节和三个关节，使手指具有三个“张开闭合”的自由度。其中拇指还通过手掌上的锥齿轮机构另外增加一个“摆动”自由度。手指的指节均由软体材料制成，关节均由刚性材料制成，指节和关节依次交替粘接形成刚软耦合结构。所有手指的根部固定于手掌上，手掌通过手掌连接底座与固定平台连接。五个手指通过腱绳驱动，所有驱动系统集成于灵巧手装置内部。本发明专利技术整个手指在非结构环境下能够避免与环境发生碰撞后而损坏，增强抓取的稳定性；有利于实现指尖捏取物体；采用模块化设计思想，五个手指与手掌完全独立，加工和装配更加简洁。加工和装配更加简洁。加工和装配更加简洁。

【技术实现步骤摘要】
一种刚软耦合欠驱动灵巧手装置


[0001]本专利技术属于机器人领域，涉及一种机器人装置，尤其涉及一种刚软耦合欠驱动灵巧手装置。

技术介绍

[0002]最初的机械手作为工业生产线上的末端操作器，结构简单，关节与自由度都较少，其抓取对象通常单一特定，适应性窄。随着驱动电机的发展、传动结构的优化以及传感器系统的完善，便开始仿照人手进行机械手设计，使其尽量还原人手的高自由度、结构紧凑、功能复杂等特点，提高通用性和稳定性。此外，“智能制造2025”等国家政策的提出，拓展了机器人的应用领域，对其末端执行器灵活性的要求也相应提高，如小型物体的精细化操作、不规则物体的自适应抓取等。通过机器人技术和相关学科的带动，许多优秀的灵巧手装置被研制出来，例如Utah/MIT，BUAA，Allegro等全驱动灵巧手，Robonaut，DLR/HIT，PISA/IIT，Shadow，i
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LIMB等欠驱动灵巧手。相较与全驱动灵巧手，欠驱动灵巧手结构相对简单、控制方便、便于集成，且柔顺性较好，因而成为当前研究的重点。
[0003]另外根据材料不同，灵巧手还可分为刚性手和软体手两类。经典的刚性手通过位置和力传感器可以实现精确可靠的抓取控制，从而实现精细化操作。而软体手的优势在于更强的环境适应性和交互安全性，非常适合抓取表面脆弱易损伤的物体。若在设计中结合使用刚性材料和软体材料，综合两者的长处，消除各自的短板，就能进一步扩展提升灵巧手的抓取能力。刚软耦合灵巧手的设计思路便是由此而来，其中具体的耦合形式有结构耦合和材料相变等。<br/>
技术实现思路

[0004]针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种刚软耦合欠驱动灵巧手装置，该装置通过刚性和软材料的串联连接，使欠驱动灵巧手在操作灵活的基础上，获得更好的自适应性和柔顺性，扩大机械手在食品、医疗等方面的应用领域。
[0005]为了达到上述目的，本专利技术的技术方案如下：
[0006]一种刚软耦合欠驱动灵巧手装置，包括手指、手掌6、手掌连接底座7和固定平台8；所述手指包括拇指1、食指2、中指3、无名指4、小指5，五个手指的结构相同，每个手指设有三个指节和三个关节，使手指具有三个“张开闭合”的自由度，其中拇指1还通过手掌6上的锥齿轮机构另外增加一个“摆动”自由度。所述五个手指的指节均由软体材料制成，所有手指的关节均由刚性材料制成，指节和关节依次交替粘接形成刚软耦合结构。所有手指的根部固定于手掌6上，手掌6与手掌连接底座7通过螺纹连接方式固定，手掌连接底座7与固定平台8通过螺纹连接方式固定。五个手指分别通过腱绳204驱动，所有的驱动系统集成于刚软耦合欠驱动灵巧手装置内部。
[0007]因为五个手指的结构相同，以食指2为例对手指结构进行说明：
[0008]所述食指2包括食指第一指节201、食指第二指节202、食指第三指节203、腱绳204、
近关节组件、中关节组件和远关节组件，其中，第一指节201、第二指节202均由软体材料成型，三个关节组件的结构组成相同。所述近关节组件包括上外壳一205、下外壳一206、转轴一207、扭簧一208、扭簧二209、卡簧一210、卡簧二211、滑轮一212、端盖一213和端盖二214；中关节组件包括上外壳二215、下外壳二216、转轴二217、扭簧三218、扭簧四219、卡簧三220、卡簧四221、滑轮二222、端盖三223和端盖四224；远关节组件包括上外壳三225、下外壳三226、转轴三227、扭簧五228、扭簧六229、卡簧五230、卡簧六231、滑轮三232、端盖五233和端盖六234。
[0009]所述的下外壳一206的端面设有两个螺纹孔用于与手掌6螺纹连接；食指第一指节201的两个端面分别与上外壳205一、下外壳二216的端面粘接，食指第二指节202的两个端面分别与上外壳二215、下外壳三226的端面粘接，食指第三指节203的端面与上外壳三225的端面粘接。所述近关节组件中，转轴一207穿过上外壳一205和下外壳一206的轴孔而将它们连接起来，转轴一207上的扭簧一208和扭簧二209安装脚穿过上外壳一205和下外壳一206而被固定，滑轮一212的位置由转轴一207上的卡簧一210和卡簧二211共同固定，转轴一207的位置则由端盖一213和端盖二214共同固定。所述中关节组件中，转轴二217穿过上外壳二215和下外壳二216的轴孔而将它们连接起来，转轴二217上的扭簧三218和扭簧四219安装脚穿过上外壳二215和下外壳二216而被固定，滑轮二222的位置由转轴二217上的卡簧三220和卡簧四221共同固定，转轴二217的位置则由端盖三223和端盖四224共同固定。所述远关节组件中，转轴三227穿过上外壳三225和下外壳三226的轴孔而将它们连接起来，转轴三227上的扭簧五228和扭簧六229安装脚穿过上外壳三225和下外壳三226而被固定，滑轮三232的位置由转轴三227上的卡簧五230和卡簧六231共同固定，转轴三227的位置则由端盖五233和端盖六234共同固定。各个关节的转角范围由关节外壳的形状限定。
[0010]所述的食指2中的滑轮一212、滑轮二222和滑轮三232，扭簧一208、扭簧二209、扭簧三218、扭簧四219、扭簧五228、扭簧六229和腱绳204共同组成食指2的欠驱动系统。所述腱绳204穿过各个指节、关节且绕过各滑轮，起到驱动的作用，各个关节的转动由腱绳204的收缩或放松来实现。所述腱绳204的一端与手掌6连接，腱绳204的另一端固定于远关节组件中上外壳三225的端面上。在腱绳204驱动食指2运动的过程中，第一指节201、第二指节202只发生较小的变形，直到碰到物体后才会由于腱绳204力的作用逐渐发生大的变形。
[0011]所述的手掌6包括手掌外壳601、食指连接底座602、中指连接底座603、无名指连接底座604、小指连接底座605、拇指传动连接组件和电机固定组件。其中电机固定组件包括第一电机606、第二电机607、第三电机608、第四电机609、第五电机610、第六电机611，以及端固定块一612、端固定块二613、端固定块三614、绕线槽轮一615和上固定块一616、下固定块一617。所述上固定块一616和下固定块一617各有7个，用于固定各电机，其中下固定块一617设有四个螺纹孔用于与手掌外壳601螺纹连接，上固定块一616的四个螺纹孔用于与下固定块一617连接，各个电机分别固定在上固定块一616和下固定块一617中间，其中，用于锥齿轮传动的第六电机611由两对上固定块一616和下固定块一617固定；绕线槽轮一615共5个，分别通过顶丝与第一电机606、第二电机607、第三电机608、第四电机609、第五电机610的输出轴固连；端固定块一612上设有三个螺纹孔和三个通孔，端固定块二613和端固定块三614各有两个螺纹孔和一个通孔，其中螺纹孔用于与手掌外壳601螺纹连接，通孔用于放置绕线槽轮一615；所述食指连接底座602呈L形，水平端面设有两个螺纹孔用于与食指2近
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种刚软耦合欠驱动灵巧手装置，其特征在于，所述的刚软耦合欠驱动灵巧手装置包括手指、手掌(6)、手掌连接底座(7)和固定平台(8)；所述手指包括拇指(1)、食指(2)、中指(3)、无名指(4)、小指(5)，五个手指的结构相同，每个手指均设有三个指节和三个关节，使手指具有三个“张开闭合”的自由度，其中拇指(1)还通过手掌(6)上的锥齿轮机构另外增加一个摆动自由度；所述指节和关节依次交替粘接形成刚软耦合结构；所有手指的根部固定于手掌(6)上，手掌(6)与手掌连接底座(7)固接，手掌连接底座(7)与固定平台(8)固接；五个手指分别通过腱绳(204)驱动，驱动系统集成于灵巧手装置内部；所述食指(2)包括食指第一指节(201)、食指第二指节(202)、食指第三指节(203)、腱绳(204)和三个结构组成相同的近关节组件、中关节组件和远关节组件；所述近关节组件包括上外壳一(205)、下外壳一(206)、转轴一(207)、扭簧一(208)、扭簧二(209)、卡簧一(210)、卡簧二(211)、滑轮一(212)、端盖一(213)和端盖二(214)；中关节组件包括上外壳二(215)、下外壳二(216)、转轴二(217)、扭簧三(218)、扭簧四(219)、卡簧三(220)、卡簧四(221)、滑轮二(222)、端盖三(223)和端盖四(224)；远关节组件包括上外壳三(225)、下外壳三(226)、转轴三(227)、扭簧五(228)、扭簧六(229)、卡簧五(230)、卡簧六(231)、滑轮三(232)、端盖五(233)和端盖六(234)；所述的下外壳一(206)的端面与手掌(6)螺纹连接；食指第一指节(201)的两个端面分别与上外壳(205)一、下外壳二(216)的端面粘接，食指第二指节(202)的两个端面分别与上外壳二(215)、下外壳三(226)的端面粘接，食指第三指节(203)的端面与上外壳三(225)的端面粘接；所述近关节组件中，转轴一(207)穿过上外壳一(205)和下外壳一(206)的轴孔将二者连接起来，转轴一(207)上的扭簧一(208)和扭簧二(209)安装脚穿过上外壳一(205)和下外壳一(206)进而被固定，滑轮一(212)的位置由转轴一(207)上的卡簧一(210)和卡簧二(211)共同固定，转轴一(207)的位置则由端盖一(213)和端盖二(214)共同固定；所述中关节组件中，转轴二(217)穿过上外壳二(215)和下外壳二(216)的轴孔而将二者连接起来，转轴二(217)上的扭簧三(218)和扭簧四(219)安装脚穿过上外壳二(215)和下外壳二(216)而被固定，滑轮二(222)的位置由转轴二(217)上的卡簧三(220)和卡簧四(221)共同固定，转轴二(217)的位置则由端盖三(223)和端盖四(224)共同固定；所述远关节组件中，转轴三(227)穿过上外壳三(225)和下外壳三(226)的轴孔而将它们连接起来，转轴三(227)上的扭簧五(228)和扭簧六(229)安装脚穿过上外壳三(225)和下外壳三(226)而被固定，滑轮三(232)的位置由转轴三(227)上的卡簧五(230)和卡簧六(231)共同固定，转轴三(227)的位置由端盖五(233)和端盖六(234)共同固定；各个关节的转角范围由关节外壳的形状限定；所述的食指(2)中的滑轮一(212)、滑轮二(222)和滑轮三(232)，扭簧一(208)、扭簧二(209)、扭簧三(218)、扭簧四(219)、扭簧五(228)、扭簧六(229)和腱绳(204)共同组成食指(2)的欠驱动系统；所述腱绳(204)穿过各个指节、关节且绕过各滑轮，各个关节的转动由腱绳(204)的收缩或放松来实现；所述腱绳(204)的一端与手掌(6)连接，另一端固定于远关节组件中上外壳三(225)的端面上；在腱绳(204)驱动食指(2)运动的过程...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜宇，李泳耀，
申请(专利权)人：大连大华中天科技有限公司，
类型：发明
国别省市：