一种具有单向柔性指节的自适应手指机构制造技术

本发明专利技术公开了一种具有单向柔性指节的自适应手指机构，主要包括近指节、中指节、远指节、传动机构与手指基座；其中，近指节与中指节均有多个指节单元通过连接轴串与扭簧串联构成，相邻指节单元间安装有扭簧，且具有机械结构限位；中指节顶端与末端分别通过连接轴与扭簧串联远指节与近指节顶端；近指节末端通过连接轴与扭簧连接基座；整个手指机构通过驱动电机提供动力，由锥齿轮传递给欠驱动连杆机构，进而带动手指进行抓取操作；同时平行捏取连杆机构可使手指实现远指节捏取操作；本发明专利技术的优点为：实现了手指机构的高欠驱动和高形状自适应性，抓取空间大，包络抓取物体能力强。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种具有单向柔性指节的自适应手指机构，主要包括近指节、中指节、远指节、传动机构与手指基座；其中，近指节与中指节均有多个指节单元通过连接轴串与扭簧串联构成，相邻指节单元间安装有扭簧，且具有机械结构限位；中指节顶端与末端分别通过连接轴与扭簧串联远指节与近指节顶端；近指节末端通过连接轴与扭簧连接基座；整个手指机构通过驱动电机提供动力，由锥齿轮传递给欠驱动连杆机构，进而带动手指进行抓取操作；同时平行捏取连杆机构可使手指实现远指节捏取操作；本专利技术的优点为：实现了手指机构的高欠驱动和高形状自适应性，抓取空间大，包络抓取物体能力强。【专利说明】一种具有单向柔性指节的自适应手指机构
本专利技术属于机械设计、机器人
，具体来说，是一种具有单向柔性指节的自适应手指。
技术介绍
人类的手灵活精巧，抓握力大，能够胜任各种复杂的任务。如果机械手能够像人手一样实现各种复杂动作，无疑会极大地提升工作效率。过去几十年中，灵巧手的研究取得了丰富的成果。一般来说，机器人灵巧手有3至5个手指，每个手指有2至4个自由度，且每个自由度均可由驱动器驱动。国内外比较成功的灵巧手有 Stanford/JP 手，Robonaut 手，Shadow 手，KAWABUCHI 手，UBH3 手，BH 系列手和HIT/DLR系列手等。然而，由于灵巧手不具有自适应抓取能力，因此常常需要依靠复杂的传感系统和控制系统才能实现稳定抓取；过多的驱动器使得其机械结构相对复杂；高昂的价格也限制了它的应用。为了克服灵巧手的这些不足，一种自适应欠驱动机器人手的设计近年来得到了越来越多研究人员的重视。这种机器人手的驱动器数目要少于它的自由度数，通过关节被动柔顺的方式实现自适应抓取，提高了抓取的稳定性，扩大了抓取空间。由于不必为每个关节都安装驱动装置，因此机械结构也更为简单。SARAH手、TBM手、Southampton手、SDM手、GCUA系列手等都是这类欠驱动手中的典型。然而，由于这些欠驱动手的被动柔顺关节的数目十分有限，一般不会超过三个，因此其自适应的能力也很有限，抓取稳定性也很难保证。无论是灵巧手还是欠驱动手，其指节都是刚性的，在抓取物体时与物体一般最多可实现三点接触，各接触点抓取力很容易分布不均，因此常常需要依靠复杂的传感系统和控制系统才能实现稳定抓取；虽然也有一些机械手通过在指面上覆盖具有适当弹性的、摩擦因素高的材料来实现软指面抓取，但由于机械手整体尺寸的限制，覆盖层不可能太厚，其变形量也十分有限。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提出一种具有单向柔性指节的自适应手指机构，包括近指节、中指节、远指节、传动机构与手指基座。所述近指节与中指节均由至少两个刚性指节单元构成,全部指节单元间通过第一连接轴两两串联，相邻两指节单元间通过第一扭簧相连；通过第一扭簧使相邻两指节单元在无外力作用时相互贴合。上述近指节与中指节中位于末端的指节单元作为末端连接件；位于前端的指节单元作为前端连接件；由此，中指节中的末端连接件通过第二连接轴与近指节中前端连接件串联；中指节中的末端连接件通过第二连接轴与近指节中前端连接件间安装有第二扭簧；通过第二扭簧可使近指节中末端连接件与中指节中前端连接件间在无外力作用时相互贴合；中指节中前端连接件通过第三连接轴与远指节串联；上述远指节的一侧具有捏取面，另一侧具有限位面，且限位面与捏取面垂直；近指节中前端连接件与基座上固定安装的水平驱动轴套接。所述传动机构包括一级锥齿轮、二级锥齿轮、驱动电机、欠驱动连杆机构与平行捏取连杆机构；其中，驱动电机固定安装在基座上，驱动电机输出轴上同轴套接有一级锥齿轮；二级锥齿轮套接在驱动轴上，且与一级锥齿轮啮合。所述欠驱动连杆机构包括第一欠驱动连杆、第二欠驱动连杆、第三连杆、第四欠驱动连杆；其中，第一欠驱动连杆的铰接端与第二欠驱动连杆铰接端A铰接；第三欠驱动连杆为弯折连杆；令弯折处两端分别为杆A与杆B ;由此，第二欠驱动连杆的铰接端B与第三欠驱动连杆的弯折处铰接；第三欠驱动连杆中杆A的端部与第四欠驱动连杆的铰接端A铰接。上述结构的欠驱动连杆机构中，第一欠驱动连杆的安装端套接在驱动轴上，与二级锥齿轮固连；第三欠驱动连杆中杆B的端部套接在第二连接轴上；第四欠驱动连杆的铰接端B与远指节铰接。所述平行捏取连杆机构包括第一捏取连杆、第二捏取连杆、第三捏取连杆、第四捏取连杆与第五捏取连杆；其中，第一捏取连杆的铰接端与第二捏取连杆铰接端A铰接；第三捏取连杆为弯折连杆；令弯折处两端分别为杆A与杆B ;由此，第二捏取连杆的铰接端B与第三捏取连杆的弯折处铰接；第三捏取连杆中杆A的端部与第四捏取连杆的铰接端A铰接；第四捏取连杆的铰接端B与第五连杆的铰接端铰接。上述结构的平行捏取连杆机构中，第一捏取连杆的安装端套接在驱动轴上，第一捏取连杆与基座间安装有第三扭簧；第三扭簧套接在驱动轴上，一端与基座底面固连，另一端与第一捏取连杆固连；且基座底面上设计有斜面，通过第三扭簧使第一捏取连杆与斜面贴合；第三捏取连杆的铰接端B套接在第二连接轴上；第五捏取连杆的安装端与远指节铰接；所述第五捏取连杆与远指节间安装有第四扭簧；第四扭簧套接在第三连接轴上，一端与第五捏取连杆固连，另一端与远指节固连；且通过第四扭簧的作用，使远指节上的限位面与第五捏取连杆贴合；此时远指节的捏取面与水平面垂直。本专利技术的优点在于:(I)本专利技术自适应手指机构采用了一种由多个刚体串联而成的新型指节结构，通过在各刚体之间安装扭簧使指节具有了柔性，实现了手指的高欠驱动和高形状自适应性；(2)本专利技术自适应手指机构集成度高，控制系统和驱动系统可完全隐藏在手掌中；(3)本专利技术自适应手指机构与其他自适应手指机构相比，抓取空间更大，包络抓取物体的能力更强。【专利附图】【附图说明】图1为本专利技术自适应手指机构立体示意图；图2为本专利技术自适应手指机构正视示意图；图3为本专利技术自适应手指机构中指节单元连接方式示意图；图4为本专利技术自适应手指机构指节单元的结构示意图；图5为本专利技术自适应手指机构中欠驱动连杆结构及安装方式示意图；图6为本专利技术自适应手指机构中平行捏取连杆结构及安装方式示意图；图7a为本专利技术自适应手指机构中近指节、中指节与远指节整体运动示意图；图7b为本专利技术自适应手指机构中近指节根据物体形状发生形变贴合物体表面示意图；图7c为本专利技术自适应手指机构中中指节根据物体形状发生形变贴合物体表面示意图；图7d为本专利技术自适应手指机构中近指节、中指节以及远指节扣紧物体示意图；图7e为本专利技术自适应手指机构捏取物体示意图。图中:1-近指节2-中指节3-远指节4-传动机构 5-手指基座 6-指节单元7-第一连接轴8-第二连接轴9-第三连接轴10-驱动轴 11-第一扭簧 12-第二扭簧13-第三扭簧 14-第四扭簧 15-斜面16-限位连杆 301-捏取面 302-限位面401-—级锥齿轮402-二级锥齿轮403-驱动电机404-欠驱动连杆机构 405-平行捏取连杆机构404a_第一欠驱动连杆404b-第二欠驱动连杆 404c-第三欠驱动连杆 404d_第四欠驱动连杆405a-第一捏取连杆 405b_第二捏取连杆 405c_第三捏取连杆405d-第四捏取连杆 405e_第五捏取连杆【具体实本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有单向柔性指节的自适应手指机构，其特征在于：包括近指节、中指节、远指节、传动机构与手指基座；所述近指节与中指节均由至少两个刚性指节单元构成，全部指节单元间通过第一连接轴两两串联，相邻两指节单元间通过第一扭簧相连；通过第一扭簧使相邻两指节单元在无外力作用时相互贴合；上述近指节与中指节中位于末端的指节单元作为末端连接件；位于前端的指节单元作为前端连接件；由此，中指节中的末端连接件通过第二连接轴与近指节中前端连接件串联；中指节中的末端连接件通过第二连接轴与近指节中前端连接件间安装有第二扭簧；通过第二扭簧可使近指节中末端连接件与中指节中前端连接件间在无外力作用时相互贴合；中指节中前端连接件通过第三连接轴与远指节串联；上述远指节的一侧具有捏取面，另一侧具有限位平面，且限位面与捏取面垂直；近指节中前端连接件与基座上固定安装的水平驱动轴套接；所述传动机构包括一级锥齿轮、二级锥齿轮、驱动电机、欠驱动连杆机构与平行捏取连杆机构；其中，驱动电机固定安装在基座上，驱动电机输出轴上同轴套接有一级锥齿轮；二级锥齿轮套接在驱动轴上，且与一级锥齿轮啮合；所述欠驱动连杆机构包括第一欠驱动连杆、第二欠驱动连杆、第三连杆、第四欠驱动连杆；其中，第一欠驱动连杆的铰接端与第二欠驱动连杆铰接端A铰接；第三欠驱动连杆为弯折连杆；令弯折处两端分别为杆A与杆B；由此，第二欠驱动连杆的铰接端B与第三欠驱动连杆的弯折处铰接；第三欠驱动连杆中杆A的端部与第四欠驱动连杆的铰接端A铰接；上述结构的欠驱动连杆机构中，第一欠驱动连杆的安装端套接在驱动轴上，与二级锥齿轮固连；第三欠驱动连杆中杆B的端部套接在第二连接轴上；第四欠驱动连杆的铰接端B与远指节铰接；所述平行捏取连杆机构包括第一捏取连杆、第二捏取连杆、第三捏取连杆、第四捏取连杆与第五捏取连杆；其中，第一捏取连杆的铰接端与第二捏取连杆铰接端A铰接；第三捏取连杆为弯折连杆；令弯折处两端分别为杆A与杆B；由此，第二捏取连杆的铰接端B与第三捏取连杆的弯折处铰接；第三捏取连杆中杆A的端部与第四捏取连杆的铰接端A铰接；第四捏取连杆的铰接端B与第五连杆的铰接端铰接；上述结构的平行捏取连杆机构中，第一捏取连杆的安装端套接在驱动轴上，第一捏取连杆与基座间安装有第三扭簧；第三扭簧套接在驱动轴上，一端与基座底面固连，另一端与第一捏取连杆固连；且基座底面上设计有斜面，通过第三扭簧使第一捏取连杆与斜面贴合；第三捏取连杆的铰接端B套接在第二连接轴上；第五捏取连杆的安装端与远指节铰接；所述第五捏取连杆与远指节间安装有第四扭簧；第四扭簧套接在第三连接轴上，一端与第五捏取连杆固连，另一端与远指节固连；且通过第四扭簧的作用，使远指节上的限位面与第五捏取连杆贴合；此时远指节的捏取面与水平面垂直。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：梁建宏，杨思成，林礼智，肖航，李胜曦，杨兴帮，任子宇，沈奇，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：