仿人柔性灵巧手及其手指关节制造技术

本公开实施例提供的仿人柔性灵巧手及其手指关节，手指关节包括：设有供弯折键绳穿过的键绳槽孔的指节，连接在相邻的两指节之间并设置在靠近指背侧的指节的端面上的弹簧钢片，具有向指背侧凸起的C形横截面，用于为处于向指腹侧弯折的所述指节提供第一作用力使指节复位，或者为处于向指背侧弯折的指节提供第二作用力使指节具有支持力；和设置在靠近指腹侧的指节的端面上的柱销，用于张紧弯折键绳。仿人柔性灵巧手包括手掌以及连接于手掌的若干手指，各手指内均设有所述手指关节。本公开可以实现仿人柔性灵巧手手指的弯曲，手指具有拟人化反向支撑能力，结构简单、重量小，可以完成精细抓取任务。精细抓取任务。精细抓取任务。

【技术实现步骤摘要】
仿人柔性灵巧手及其手指关节


[0001]本公开属于机器人
，特别涉及一种仿人柔性灵巧手及其手指关节。

技术介绍

[0002]人手是世界上已知功能最复杂、最灵活的器官之一。仿人灵巧手一直受到广泛关注，并已成为研究的热点。传统的仿人手价格昂贵、结构笨重或复杂，且不易操作。尤其是针对假手的性能仍需进一步改进，以满足实际要求。仿人灵巧手的功能主要由手指决定，灵活的手指可以有效提高灵活性。因此，专利技术设计一个有效简洁的手指关节结至关重要。
[0003]当前，仿人柔性灵巧手研究工作有很多，如IR2手、X
‑
Hand、Hannes手、Soft Hand和KIT手，其在关节处的结构设计多采用柱销连接相邻的指关节，手指关节的旋转是通过连接两股腱绳并改变这两股键绳的相对位置来实现的，或者使用腱绳和回位弹簧的组合来实现手指关节的旋转。关节被许多拟人手使用。其中，IR2 Hand和Hannes Hand是典型的。他们使用两条弹性腱索相互配合，通过改变两条腱索的相对位置，实现手指的弯曲和复位。
[0004]目前，大多数拟人柔性灵巧手不考虑关节的反向支撑力。根据Mark R.Cutkosky抓取类别，拟人柔性灵巧手托举功能是一项重要功能，需要手指关节具有反向支撑力。此外，拟人柔性灵巧手用于医疗和服务行业，现存的拟人柔性灵巧手存在重量大、价格昂贵、结构复杂等问题。

技术实现思路

[0005]本公开旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
[0006]为此，本公开第一方面实施例提供的结构简单，并可提供反向支撑力的仿人柔性灵巧手的手指关节，包括：
[0007]指节，所述指节上设有供弯折键绳穿过的键绳槽孔；和
[0008]弹簧钢片，所述弹簧钢片连接在相邻的两所述指节之间并设置在靠近指背侧的所述指节的端面上，所述弹簧钢片具有向指背侧凸起的C形横截面，用于为处于向指腹侧弯折的所述指节提供第一作用力从而使所述指节复位，或者为处于向指背侧弯折的所述指节提供第二作用力从而使所述指节具有支持力，所述第一作用力小于所述第二作用力。
[0009]柱销，所述柱销设置在靠近指腹侧的所述指节的端面上，用于张紧所述弯折键绳。
[0010]与现有技术相比，本公开第一方面实施例提供的仿人灵巧手的手指关节，具有以下特点及有益效果：
[0011]本公开第一方面实施例提供的仿人灵巧手的手指关节，采用C形截面的弹簧钢片代替拟人手的手指关节。C形接头在C形截面的凹侧具有较大的刚度，称为反向承载力。另一方面，刚度较小，不影响接头弯曲，弯曲后仅通过自身弹性即可恢复。本专利技术为仿人柔性灵巧手的手指关节，可以实现手指关节的屈曲动作。同时手指关节的C型结构设计，在不影响手指关节正常屈曲动作，又具有拟人手指的反向支撑力。该设计的手指关节具有结构简单、重量小和价格便宜等优点。
[0012]在一些实施例中，所述手指关节还包括设置在靠近指腹侧的所述指节的其中一个端面或两个端面上的柱销，用于张紧所述弯折键绳。
[0013]在一些实施例中，在指背侧的所述指节端面内设有用于插入所述弹簧钢片的安装孔。
[0014]本公开第二方面实施例提供的仿人柔性灵巧手，包括手掌以及分别连接于所述手掌的若干手指，各手指内均设有根据本公开第一方面任一实施例提供的手指关节。
[0015]在一些实施例中，所述仿人柔性灵巧手包括手掌以及分别连接于所述手掌的五个手指，其中，食指、中指、无名指和小指均具有1个弯曲自由度，大拇指具有1个弯曲自由度和1个摆动自由度；
[0016]所述大拇指，包括沿其延伸方向依次设置的第一拇指节、第二拇指节和第三拇指节，所述第一拇指节与所述手掌之间可转动地连接，在相邻的两拇指节之间分别设有拇指弹簧钢片，各拇指节上分别设有供拇指弯折键绳穿过的拇指键绳槽孔，在相邻拇指节正对设置的两端面的其中一端面上设置用于张紧拇指弯折键绳的拇指柱销，且所述拇指柱销与所述拇指弹簧钢片分列于拇指节的指腹侧和指背侧；
[0017]所述食指、所述中指、所述无名指和所述小指，均分别包括沿手指延伸方向依次设置的第一手指节、第二手指、第三手指节和第四手指节，所述第一手指节与所述手掌固定连接，在相邻的两手指节之间分别设有手指弹簧钢片，各手指节上分别设有供手指弯折键绳穿过的手指键绳槽孔，在相邻指节正对设置的两端面的其中一端面上设置用于张紧所述手指弯折键绳的手指柱销，且所述手指柱销与所述手指弹簧钢片分列于手指节的指腹侧和指背侧；
[0018]所述手掌，包括壳体，以及设置在所述壳体内的5个键绳驱动组件和1个摆动驱动组件，5个所述键绳驱动组件分别驱动所述大拇指、所述食指、所述中指、所述无名指和所述小指的弯折，所述摆动驱动组件用于驱动所述大拇指的摆动；
[0019]各弹簧钢片具有向指背侧凸起的C形横截面，用于为处于向指腹侧弯折的指节提供第一作用力从而使指节复位，或者为处于向指背侧弯折的指节提供第二作用力从而使指节具有支持力，所述第一作用力小于所述第二作用力。
[0020]与现有技术相比，本公开第二方面实施例提供的仿人灵巧手，具有以下特点及有益效果：
[0021]仿人拟人手的所有关节均采用所设计的C型结构，具有仿人手托举的反向刚度和简化结构设计。解决了当前拟人手不具备反向托举支撑力的问题。手指通过腱绳传动完成手指屈曲动作，关节处的弹簧钢片依靠弹性自动复位。仿人柔性灵巧手能够进行二指精确抓取、三指合作抓取和全包络抓取。这些抓取能力已成为衡量拟人手灵巧性的基本标准。本专利技术提出仿人柔性灵巧手具有反向支撑刚度大、结构简单、重量小、自由度高、抓目标适应广，拟人化程度高优点。
[0022]在一些实施例中，所述第一拇指节为具有一定弧度且向指背侧凸起的柱状结构，所述第二拇指节和所述第三拇指节均采用直线柱状结构。
[0023]在一些实施例中，各所述手指节均采用直线柱状结构。
[0024]在一些实施例中，在相邻两指节正对设置的两端面中的另一端面上形成凸起结构，且所述凸起结构与所述弹簧钢片位于指节的同侧，所述弹簧钢片的一端插入所述凸起
结构。
[0025]在一些实施例中，所述键绳驱动组件包括第一直线电机和与所述第一直线电机的输出轴连接的滑轮组，所述弯折键绳的一端固定于所述第一直线电机的输出轴上，另一端缠绕于所述滑轮组上，再沿指根至指尖方向依次穿过各指节的键绳槽孔并由指节端面上的手指柱销张紧后固定于指尖的指节上。
[0026]在一些实施例中，所述摆动驱动组件包括第二直线电机，所述第一拇指节的一端套设在所述第二直线电机的输出轴上。
[0027]在一些实施例中，所述弹簧钢片的宽度与指节的宽度相同，厚度取0.05mm～0.15mm。
附图说明
[0028]图1是本公开第一方面实施例提供的仿人柔性灵巧手的手指关节的结构示意图；
[0029]图2是本公开第二方面实施例提供的仿人柔性灵巧手的整体三维结构示意图；
[0030]图3是图2所示柔性灵巧手中手掌内本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种仿人柔性灵巧手的手指关节，其特征在于，包括：指节，所述指节上设有供弯折键绳穿过的键绳槽孔；和弹簧钢片，所述弹簧钢片连接在相邻的两所述指节之间并设置在靠近指背侧的所述指节的端面上，所述弹簧钢片具有向指背侧凸起的C形横截面，用于为处于向指腹侧弯折的所述指节提供第一作用力从而使所述指节复位，或者为处于向指背侧弯折的所述指节提供第二作用力从而使所述指节具有支持力，所述第一作用力小于所述第二作用力。2.根据权利要求1所述的手指关节，其特征在于，还包括设置在靠近指腹侧的所述指节的其中一个端面或两个端面上的柱销，用于张紧所述弯折键绳。3.根据权利要求1所述的手指关节，其特征在于，在指背侧的所述指节端面内设有用于插入所述弹簧钢片的安装孔。4.一种仿人柔性灵巧手，其特征在于，包括手掌以及分别连接于所述手掌的若干手指，各手指内均设有根据权利要求1、2或3所述的手指关节。5.一种仿人柔性灵巧手，其特征在于，包括手掌以及分别连接于所述手掌的五个手指，其中，食指、中指、无名指和小指均具有1个弯曲自由度，大拇指具有1个弯曲自由度和1个摆动自由度；所述大拇指，包括沿其延伸方向依次设置的第一拇指节、第二拇指节和第三拇指节，所述第一拇指节与所述手掌之间可转动地连接，在相邻的两拇指节之间分别设有拇指弹簧钢片，各拇指节上分别设有供拇指弯折键绳穿过的拇指键绳槽孔，在相邻拇指节正对设置的两端面的其中一端面上设置用于张紧拇指弯折键绳的拇指柱销，且所述拇指柱销与所述拇指弹簧钢片分列于拇指节的指腹侧和指背侧；所述食指、所述中指、所述无名指和所述小指，均分别包括沿手指延伸方向依次设置的第一手指节、第二手指、第三手指节和第四手指节，所述第一手指节与所述手掌固定连接，在相邻的两手指节之间分别设有手指弹簧钢片，各手指节上分别设有供手指弯折键绳穿过的手指...

【专利技术属性】
技术研发人员：方斌，孙富春，宋亦旭，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：