腱绳并联灵巧欠驱动仿生机器人手装置制造方法及图纸

腱绳并联灵巧欠驱动仿生机器人手装置，属于拟人机器人技术领域。该装置具有５个独立控制的手指和１４个关节自由度，由１０个电机驱动，其中指、无名指、小指与食指结构相同，为双电机驱动三关节转动；拇指固接在手掌中，采用双电机驱动两关节转动。各手指结构相似，均利用电机、腱绳和复位簧件综合实现了手指初始构型可变与自适应抓取相结合的特殊效果。该装置在抓取前可以灵活弯曲手指中间关节以达到稳定拟人的预弯曲姿态，在抓取时以自适应欠驱动方式抓取物体。该装置结构紧凑、集成度高，外观、尺寸和形态动作接近人手，可以稳定抓取和自动适应不同形状、尺寸的物体，也可以进行简单的操作，适合作为拟人机器人的输出终端使用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于拟人机器人
，特别涉及一种腱绳并联灵巧欠驱动仿生机器人 手装置的结构设计。
技术介绍
人们在对智能机器人的研究中，把拟人机器人作为机器人研究的最高境界 ，也一 直把实现类人的行为作为梦寐以求的目标。与人类似，拟人机器人的多数功能要通过手部 操作来实现，因而手部结构是拟人机器人的重要组成部分，其设计是拟人机器人的关键技 术之一。近30年来，灵巧手研究取得了丰硕的成果。灵巧手具有3 5个手指，每个手指 2 4个关节自由度，绝大多数关节为电机、空气肌肉、液压等驱动的主动关节。灵巧手能做 出人手的各种动作，包括抓取和操作两种动作。例如国外研发出来的Hitachi手、Utah/MIT 手、Stanford/JPL手、Shadow公司C5手、DLR手和Robonaut手，国内哈工大研发的HIT灵 巧手和北航研发的BH灵巧手。灵巧手的主要优点是手指自由度多，可以较为灵活主动的抓 取物体，并有很好的抓取稳定性，其不足是不能实现抓取物体时对物体的形状和尺寸自动 适应(自适应抓取)，造成对传感及控制系统要求高，系统复杂、成本高、可靠性低。欠驱动机器人手指可以克服上述灵巧手纯主动驱动多关节手指的一些不足，以此 为主设计实现高欠驱动的机器人手已经受到越来越多的重视。欠驱动机械手指的优点是能 够自动适应物体形状和尺寸，达到自适应抓取的目的，降低了对传感及控制系统的要求。但是欠驱动机械手指的不足为其手指初始构形是固定(伸直或呈某个弯曲角 度)，这与人手抓取方式有较大不同，不够拟人化，不便于对某些尺寸、形状的物体进行稳定 抓取。人手抓持不同尺寸物体时，手指在还未碰触物体前就需要事先弯曲到某个角度，只有 这样才能更好的抓取。例如，在人手在捏持小尺寸物体之前，四指(即食指、中指、无名指和 小指)中间关节要事先弯曲较大角度，直到四指末端与拇指末端相接近，之后再进行抓取。 而且手指所弯曲的角度对于不同尺寸的物体是需要调节的。而传统的欠驱动手指没法实现 在碰触物体之前的这种中间关节的转动，因而难以实现更加拟人化抓取动作和更加稳定地 抓持物体效果。另外，当没有所抓物体而执行单纯的握拳动作时，整个手指只能呈伸直状态 绕近关节轴转动，这与人手的可以绕中间关节弯曲的握拳动作相去甚远，影响了机器人手 的拟人化动作效果。已有的一种带轮变抓力欠驱动模块化拟人机器人多指手装置，如中国专利技术专利 CN101214653A，具有5个独立控制的手指、15个关节自由度，包括6个主动关节和9个欠驱 动关节；各欠驱动关节均采用结构相同的一种模块化结构，电机、传动机构藏入手内。该装 置的每个手指均为带轮欠驱动手指。以拇指为例，由于弹簧的约束作用使中部指段和末端 指段在没有碰触物体前保持固定的伸直状态(中部指段和末端指段之间的夹角为平角)， 只有当中部指段接触物体被阻挡时，末端指段才随远关节轴转动，实现手指弯曲包络所抓 取物体。该装置的不足之处在于在接触物体前，各手指的中部指段和末端指段只能呈伸直状态，以一个整体绕近关节轴转动，影响了抓取效果。也有传统的具有刚性手指的机械手装置，具有固定弯曲的手指构型，它们模仿了人类抓取物体时的最常见手指姿态，但是这类装置的手指弯曲状态是固定不可以改变弯曲 角度的，而且关节自由度数过少，不能适应不同尺寸物体的抓取需求。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对已有技术的不足之处，提供一种腱绳并联灵巧欠驱动仿生机 器人手装置，它可以自由调节各手指中间关节的初始状态，同时保证抓取物体时具有自动 适应物体形状、尺寸的抓取效果。该装置利用电机对欠驱动手初始位置进行调节，提高了机 械手抓取不同尺寸、形状物体的稳定性和拟人化动作效果，实现机器人多指手在较低控制 系统要求下的灵活自适应抓取和简单操作，装置外形与人的手相似，适合作为拟人机器人 的输出终端使用。本专利技术的技术方案如下本专利技术所述的一种腱绳并联灵巧欠驱动仿生机器人手装置，包括拇指、食指、中 指、无名指、小指和手掌；所述的拇指包括拇指第一电机、拇指第二电机、拇指基座、拇指近关节轴、拇指中 部指段、拇指远关节轴、拇指末端指段、拇指第一传动机构、拇指第二传动机构和拇指复位 簧件；所述的拇指第一电机与拇指基座固接，拇指第一电机的输出轴与拇指第一传动机构 相连；所述的拇指第二电机与拇指基座固接，拇指第二电机的输出轴与拇指第二传动机构 相连；所述的拇指近关节轴套设在拇指基座中，拇指远关节轴套设在拇指中部指段中，拇指 近关节轴和拇指远关节轴相互平行；所述的拇指中部指段套设在拇指近关节轴上，所述的 拇指末端指段套设在拇指远关节轴上；所述的拇指复位簧件的两端分别连接拇指中部指段 和拇指末端指段；所述的食指包括食指第一电机、食指第二电机、食指基座、食指第一中部指段、食 指第二中部指段、食指末端指段、食指第一传动机构、食指第二传动机构、食指近关节轴、食 指第一中部指段关节轴、食指远关节轴、食指第一复位簧件和食指第二复位弹簧；所述的食 指第一电机与食指基座固接，食指第一电机的输出轴与食指第一传动机构相连；所述的食 指第二电机与食指基座固接，食指第二电机的输出轴与食指第二传动机构相连；所述的食 指近关节轴套设在食指基座中，食指第一中部指段关节轴套设在食指第一中部指段中，食 指远关节轴套设在食指第二中部指段中，食指近关节轴、食指第一中部指段关节轴和食指 远关节轴相互平行；所述的食指第一中部指段套设在食指近关节轴上，所述的食指第二中 部指段套设在食指第一中部指段关节轴上，所述的食指末端指段套设在食指远关节轴上； 所述的食指第一复位簧件的两端分别连接食指第一中部指段和食指第二中部指段，所述的 食指第二复位簧件的两端分别连接食指第二中部指段和食指末端指段；所述的中指、无名指、小指与食指结构相同，仅尺寸大小不同；所述的手掌包括手 掌骨架，所述的拇指基座与手掌骨架固接；所述的食指通过食指基座与手掌骨架固接，所述的中指、无名指、小指分别与手掌 骨架固接，连接方式同食指一致；所述的食指、中指、无名指、小指、拇指和手掌之间的相对 位置模仿人手各手指和手掌的相对位置；其特征在于 所述的拇指还包括拇指第一绳轮、拇指第二绳轮、拇指第三绳轮、拇指第一限位件 (241)、拇指第二限位件、拇指第三限位件、拇指第一腱绳、拇指第二腱绳和拇指第三腱绳； 拇指第一腱绳、拇指第二腱绳和拇指第三腱绳；所述的拇指第一绳轮和拇指第二绳轮固结 或套接在拇指近关节轴上，所述的拇指第三绳轮固结或套接在拇指远关节轴上；所述的拇 指第一限位件固结在拇指末端指段上，所述的拇指第二限位件和拇指第三限位件固结在拇 指中部指段上；所述的拇指第一腱绳的两端分别连接拇指第一传动机构输出端和拇指末端 指段，拇指第一腱绳从拇指末端指段向拇指基座方向穿过拇指第一限位件和拇指第三绳轮 间隙，与拇指弯曲方向同方向绕过拇指第三绳轮，穿过拇指第二限位件和拇指第一绳轮间 隙，与拇指弯曲方向同方向绕过拇指第一绳轮；所述的拇指第二腱绳的两端分别连接拇指 第二传动机构输出端和拇指末端指段，拇指第二腱绳从拇指末端指段向拇指基座方向穿过 拇指第一限位件和拇指第三绳轮间隙，与拇指弯曲方向同方向绕过拇指第三绳轮，穿过拇 指第三限位件和拇指第二绳轮间隙，与拇指弯曲方向同方向绕过拇指第二绳轮；所述的拇 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种腱绳并联灵巧欠驱动仿生机器人手装置，包括拇指（２）、食指（３）、中指（４）、无名指（５）、小指（６）和手掌（１）；所述的拇指包括拇指第一电机（２０１）、拇指第二电机（２０２）、拇指基座（２０５）、拇指近关节轴（２１２）、拇指中部指段（２１５）、拇指远关节轴（２１７）、拇指末端指段（２０４）、拇指第一传动机构（２６１）、拇指第二传动机构（２６２）和拇指复位簧件（２０３）；所述的拇指第一电机与拇指基座固接，拇指第一电机的输出轴与拇指第一传动机构相连；所述的拇指第二电机与拇指基和拇指第二绳轮固结或套接在拇指近关节轴上，所述的拇指第三绳轮固结或套接在拇指远关节轴上；所述的拇指第一限位件固结在拇指末端指段上，所述的拇指第二限位件和拇指第三限位件固结在拇指中部指段上；所述的拇指第一腱绳的两端分别连接拇指第一传动机构输出端和拇指末端指段，拇指第一腱绳从拇指末端指段向拇指基座方向穿过拇指第一限位件和拇指第三绳轮间隙，与拇指弯曲方向同方向绕过拇指第三绳轮，穿过拇指第二限位件和拇指第一绳轮间隙，与拇指弯曲方向同方向绕过拇指第一绳轮；所述的拇指第二腱绳的两端分别连接拇指第二传动机构输出端和拇指末端指段，拇指第二腱绳从拇指末端指段向拇指基座方向穿过拇指第一限位件和拇指第三绳轮间隙，与拇指弯曲方向同方向绕过拇指第三绳轮，穿过拇指第三限位件和拇指第二绳轮间隙，与拇指弯曲方向同方向绕过拇指第二绳轮；所述的拇指第三腱绳的两端分别连接拇指第一传动机构输出端和拇指中部指段，拇指第三腱绳从拇指中部指段向拇指基座方向穿过拇指第二限位件和拇指第一绳轮间隙，与拇指弯曲方向反方向绕过拇指第一绳轮后，从基座内部穿出后再穿入基座内，与拇指第一传动机构输出端相连；所述的食指还包括食指第一绳轮（３１１）、食指第二绳轮（３１０）、食指第三绳轮（３１８）、食指第四绳轮（３３６）、食指第一限位件（３４１）、食指第二限位件（３４２）、食指第三限位件（３４３）、食指第四限位件（３１３）、食指第一腱绳（３１９）、食指第二腱绳（３２０）和食指第三腱绳（３１６）；所述的食指第一绳轮和食指第二绳轮固结或套接在食指近关节轴上，所述的食指第三绳轮固结或套接在食指第一中部指段关节轴上，所述的食指第四绳轮固结或套接在食指远关节轴上；所述的食指第一限位件固结在食指末端指段上，所述的食指第二限位件和食指第三限位件固结在食指第一中部指段上，所述的食指第四限位件固结在食指第二中部指段上；所述的...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：车德梦，张文增，孙海涛，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]