專利名稱：一種腱式欠驅(qū)動(dòng)自適應(yīng)多指手裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種機(jī)器人手，具體涉及一種模擬人手的、可用于科學(xué)研究、航空航天、殘疾人假肢的多指機(jī)械手裝置，屬于仿生機(jī)器人領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著科學(xué)技術(shù)的巨大發(fā)展，機(jī)器人的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，市場(chǎng)前景逐漸顯現(xiàn)。機(jī)器人的末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)直接影響著機(jī)器人執(zhí)行任務(wù)的效果，因而對(duì)機(jī)器人末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)的研究非常重要。同時(shí)由于人手的靈巧特點(diǎn)，使仿人機(jī)械手研究吸引了大量的研究者。仿人機(jī)械手的應(yīng)用前景更加廣闊，它可以作為殘疾人的假肢，或進(jìn)入高危地區(qū)進(jìn)行較復(fù)雜的作業(yè)，或代替人類進(jìn)行工業(yè)生產(chǎn)等等。雖然目前已經(jīng)研究出各種仿人靈巧手模型，但其存在做多的缺點(diǎn)，使其不能達(dá)到實(shí)際應(yīng)用的階段，缺點(diǎn)如下:(I)驅(qū)動(dòng)器過(guò)多，每個(gè)關(guān)節(jié)都有一個(gè)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)，使得控制過(guò)程非常復(fù)雜，并造成體積龐大，造價(jià)昂貴；(2)抓持力小，可使用范圍比較小。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種腱式欠驅(qū)動(dòng)多指手，其通用性強(qiáng)，具有負(fù)載能力強(qiáng)、驅(qū)動(dòng)元件少、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、控制簡(jiǎn)單、抓取物體具有自適應(yīng)性的裝置。本發(fā)明采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明包括腱、拇指、食指、中指、無(wú)名指和掌部，每一指的端部與掌部固連，所述每個(gè)手指都包括三個(gè)依次鉸接在一起的指節(jié)，形成一體。所述每個(gè)鉸接處安裝有扭轉(zhuǎn)彈簧，形成彈性鉸接。所述食指、中指和無(wú)名指指節(jié)的轉(zhuǎn)軸軸線相互平行。所述拇指的末指節(jié)關(guān)節(jié)和中指節(jié)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸軸向相互平行，近指節(jié)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸軸線成135。。所述腱固定于各指末指節(jié)，通過(guò)各指節(jié)處的滑輪導(dǎo)向到掌部的導(dǎo)向槽或?qū)蚧?。所述掌部設(shè)有導(dǎo)向腱槽和導(dǎo)向滑輪，將腱導(dǎo)向到手臂的驅(qū)動(dòng)單元中，手臂中的電機(jī)通過(guò)傘齒輪組傳動(dòng)，實(shí)現(xiàn)拉動(dòng)腱和釋放腱的運(yùn)動(dòng)。所述各指節(jié)處的傳動(dòng)裝置為滑輪和腱，構(gòu)成手指的欠驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。所述各指關(guān)節(jié)為彈性鉸接。所述各指節(jié)由左右側(cè)板、左右關(guān)節(jié)軸和彈簧組成，指節(jié)側(cè)板安裝于關(guān)節(jié)軸伸出板上，通過(guò)螺釘連接，關(guān)節(jié)軸通過(guò)軸承與相鄰指節(jié)連接，形成鉸接。所述彈性鉸接，指節(jié)與相鄰指節(jié)間加工有扭轉(zhuǎn)彈簧槽，將扭轉(zhuǎn)彈簧安裝于關(guān)節(jié)軸和彈簧槽上，扭轉(zhuǎn)彈簧具有初始轉(zhuǎn)矩，使手指出于常開狀態(tài)。扭轉(zhuǎn)彈簧的剛度從近指節(jié)關(guān)節(jié)到末指關(guān)節(jié)依次增大。所述食指、中指和無(wú)名指的各指節(jié)處滑輪在關(guān)節(jié)軸中間安裝，關(guān)節(jié)軸伸出板上也安裝滑輪，在伸直狀態(tài)下，手指上所有滑輪中心共線。所述拇指末指節(jié)、中指節(jié)與食指的相同，腱通過(guò)拇指近指節(jié)處斜導(dǎo)向滑輪導(dǎo)向，后經(jīng)掌部導(dǎo)向滑輪導(dǎo)向到手臂驅(qū)動(dòng)單元。本發(fā)明中腱式欠驅(qū)動(dòng)自適應(yīng)多指手的有益效果是:
本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，重量輕，驅(qū)動(dòng)單元少，造價(jià)低，負(fù)載能力強(qiáng)，控制簡(jiǎn)單，抓取物體具有自適應(yīng)性的特點(diǎn)。


圖1為本發(fā)明中腱式欠驅(qū)動(dòng)自適應(yīng)多指手裝置的三維平面視圖。圖2為本發(fā)明中食指的三維結(jié)構(gòu)視圖。
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圖3為本發(fā)明中食指的三維零件爆炸視圖。圖4為本發(fā)明中拇指的三維結(jié)構(gòu)視圖。圖中:
1_拇指2-食指 3-中指 4-無(wú)名指 5-橡I父片 6-手
掌部分
7-導(dǎo)向滑輪 8-末指指節(jié) 9-中指指節(jié) 10-近指指節(jié) 11-端指節(jié) 12-螺釘 13-末指節(jié)側(cè)板A 14-中指節(jié)側(cè)板A 15-近指節(jié)側(cè)板A 16-端指節(jié)側(cè)板A 17-末指節(jié)夾板 18-末指關(guān)節(jié)軸A 19-末指關(guān)節(jié)
軸B
20-末指關(guān)節(jié)扭簧A 21-末指關(guān)節(jié)扭簧B 22-中指關(guān)節(jié)軸A 23-中指關(guān)節(jié)軸B
24-中指關(guān)節(jié)扭簧A 25-中指關(guān)節(jié)扭簧B 26-近指關(guān)節(jié)扭簧A 27-近指關(guān)節(jié)扭黃B
28-近指關(guān)節(jié)軸A29-近指關(guān)節(jié)軸B30-小軸A31-小軸B
32-滑輪
33-末指節(jié)側(cè)板B 34-中指節(jié)側(cè)板B 35-近指節(jié)側(cè)板B 36-端指節(jié)側(cè)
板B
37-腱(鋼絲繩) 38-拇指近指節(jié)側(cè)板A 39-斜導(dǎo)向滑輪 40-拇指端指節(jié)軸A
41-拇指端指節(jié)側(cè)板A42-拇指端指節(jié)側(cè)板B43-拇指端指節(jié)軸B
44-拇指端指節(jié)側(cè)板C
45-拇指端指節(jié)側(cè)板D 46-拇指端指節(jié)軸C 47-拇指近指節(jié)側(cè)板B
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。如圖1所示，本發(fā)明包括腱(37)、拇指(I)、食指(2)、中指(3)、無(wú)名指(4)和掌部
(6)，每一指的端部與掌部固連，每個(gè)手指都包括三個(gè)依次鉸接在一起的指節(jié)，形成一體；每個(gè)鉸接處安裝有扭轉(zhuǎn)彈簧，形成彈性鉸接；食指、中指和無(wú)名指指節(jié)的轉(zhuǎn)軸軸線相互平行；拇指(I)的末指節(jié)關(guān)節(jié)和中指節(jié)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸軸向相互平行，近指節(jié)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸軸線成135° ;腱固定于各指末指節(jié)，通過(guò)各指節(jié)處的滑輪導(dǎo)向到掌部的導(dǎo)向槽或?qū)蚧?；掌部設(shè)有導(dǎo)向腱槽和導(dǎo)向滑輪，將腱導(dǎo)向到手臂的驅(qū)動(dòng)單元中，手臂中的電機(jī)通過(guò)傘齒輪組傳動(dòng)，實(shí)現(xiàn)拉動(dòng)腱和釋放腱的運(yùn)動(dòng)；手指各指節(jié)處裝上橡膠片，能起到增大摩擦的作用，使抓取問(wèn)題更穩(wěn)定。如圖2、3所示，本發(fā)明各指節(jié)處的傳動(dòng)裝置為滑輪和腱，構(gòu)成手指的欠驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)；各指關(guān)節(jié)為彈性鉸接；各指節(jié)由左右側(cè)板、左右關(guān)節(jié)軸和彈簧組成，指節(jié)側(cè)板安裝于關(guān)節(jié)軸伸出板上，通過(guò)螺釘連接，關(guān)節(jié)軸通過(guò)軸承與相鄰指節(jié)連接，形成鉸接；彈性鉸接，指節(jié)與相鄰指節(jié)間加工有扭轉(zhuǎn)彈簧槽，將扭轉(zhuǎn)彈簧安裝于關(guān)節(jié)軸和彈簧槽上，扭轉(zhuǎn)彈簧具有初始轉(zhuǎn)矩，使手指出于常開狀態(tài)；扭轉(zhuǎn)彈簧的剛度從近指節(jié)關(guān)節(jié)到末指關(guān)節(jié)依次增大；食指、中指和無(wú)名指的各指節(jié)處滑輪在關(guān)節(jié)軸中間安裝，關(guān)節(jié)軸伸出板上也安裝滑輪，在伸直狀態(tài)下，手指上所有滑輪中心共線。如圖4所示，拇指末指節(jié)、中指節(jié)與食指的相同，腱通過(guò)拇指近指節(jié)處斜導(dǎo)向滑輪導(dǎo)向，后經(jīng)掌部導(dǎo)向滑輪導(dǎo)向到手臂驅(qū)動(dòng)單元。本發(fā)明的工作過(guò)程如下:
電機(jī)拉動(dòng)腱，由于手指關(guān)節(jié)處彈簧剛度是由小到大排列的，手指近指關(guān)節(jié)先轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)到一定程度后中指關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)，之后末指關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)，各關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動(dòng)范圍為90°。在抓取物體時(shí)，手指近指關(guān)節(jié)先于物體接觸，形成力封閉，近指關(guān)節(jié)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，之后中指關(guān)節(jié)與末指關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)，至于物體接觸。在抓取不同形狀物體時(shí)，在彈簧剛度選取合適的情況下，總是近指關(guān)節(jié)、中指關(guān)節(jié)、末指關(guān)節(jié)依次與物體接觸，形成包絡(luò)抓取。
權(quán)利要求
1.一種腱式欠驅(qū)動(dòng)自適應(yīng)多指手裝置，其特征在于:其包括腱(37)、拇指(I)、食指(2)、中指(3)、無(wú)名指(4)和掌部(6)，每一指的端部(11)與掌部(6)固連，所述每個(gè)手指都包括三個(gè)依次鉸接在一起的指節(jié)，形成一體；所述每個(gè)鉸接處安裝有扭轉(zhuǎn)彈簧，形成彈性鉸接；所述食指(2)、中指(3)和無(wú)名指(4)指節(jié)的轉(zhuǎn)軸軸線相互平行；所述拇指(I)的末指節(jié)關(guān)節(jié)和中指節(jié)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸軸向相互平行，近指節(jié)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸軸線成135° ;所述腱固定于各指末指節(jié)，通過(guò)各指節(jié)處的滑輪(32)導(dǎo)向到掌部(6)的導(dǎo)向槽或?qū)蚧啠凰稣撇吭O(shè)有導(dǎo)向腱槽和導(dǎo)向滑輪，將腱導(dǎo)向到手臂的驅(qū)動(dòng)單元中，手臂中的電機(jī)通過(guò)傘齒輪組傳動(dòng)，實(shí)現(xiàn)拉動(dòng)腱和釋放腱的運(yùn)動(dòng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種腱式欠驅(qū)動(dòng)自適應(yīng)多指手裝置，其特征在于:所述各指節(jié)處的傳動(dòng)裝置為滑輪(32 )和腱(37 )，構(gòu)成手指的欠驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種腱式欠驅(qū)動(dòng)自適應(yīng)多指手裝置，其特征在于:所述各指節(jié)處的連接為彈性鉸接； 所述各指節(jié)由左右側(cè)板、左右關(guān)節(jié)軸和彈簧組成，指節(jié)側(cè)板安裝于關(guān)節(jié)軸伸出板上，通過(guò)螺釘(12)連接,關(guān)節(jié)軸通過(guò)軸承與相鄰指節(jié)連接，形成鉸接； 所述彈性鉸接，指節(jié)與相鄰指節(jié)間加工有扭轉(zhuǎn)彈簧槽，將扭轉(zhuǎn)彈簧安裝于關(guān)節(jié)軸和彈簧槽上，扭轉(zhuǎn)彈簧具有初始轉(zhuǎn)矩，使手指出于常開狀態(tài)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種腱式欠驅(qū)動(dòng)自適應(yīng)多指手裝置，其特征在于:扭轉(zhuǎn)彈簧的剛度從近指節(jié)關(guān)節(jié)到末指關(guān)節(jié)依次增大。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種腱式欠驅(qū)動(dòng)自適應(yīng)多指手裝置，其特征在于:所述食指(2)、中指(3)和無(wú)名指(4)的各指節(jié)處滑輪(32)在關(guān)節(jié)軸中間安裝，關(guān)節(jié)軸伸出板上也安裝滑輪，在伸直狀態(tài)下，手指上所有滑輪中心共線。
全文摘要
腱式欠驅(qū)動(dòng)自適應(yīng)多指手裝置，屬于擬人機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明食指(2)、中指(3)、無(wú)名指(4)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)相同，尺寸不同；拇指(1)的驅(qū)動(dòng)原理與各指相同，設(shè)計(jì)了能模擬人手拇指運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)；腱(37)固定于各指末指節(jié)，通過(guò)指節(jié)上滑輪導(dǎo)向(32)；各指關(guān)節(jié)安裝有左右兩個(gè)扭轉(zhuǎn)彈簧；各指的一端固定連接于掌部(6)；掌部設(shè)有腱槽和導(dǎo)向滑輪(7)，將腱導(dǎo)向到手臂的驅(qū)動(dòng)單元中；每個(gè)指節(jié)上裝有橡膠片(5)。本發(fā)明驅(qū)動(dòng)器少，每個(gè)手指只需要一個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制難度低，可實(shí)現(xiàn)對(duì)物體的自適應(yīng)包絡(luò)抓取。
文檔編號(hào)B25J15/00GK103101055SQ20131006362
公開日2013年5月15日 申請(qǐng)日期2013年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月28日
發(fā)明者何廣平, 孫愷, 劉菲, 狄杰建, 彭澤, 陸震 申請(qǐng)人:何廣平, 陸震