[實用新型]基于內嵌式形狀記憶合金電機的組合式擬人機械手

無效

• 申請號: 200620163354.9
• 申請日: 2006-12-01
• 公開（公告）號: CN201020715Y
• 公開（公告）日: 2008-02-13
• 發明（設計）人: 楊凱;辜承林;張德林
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: B25J3/00
• 分類號: B25J3/00;B25J7/00;B25J13/00
• 代理公司: 華中科技大學專利中心
• 代理人: 曹葆青

技術領域

本實用新型屬于機械工程類的機器人技術領域，具體的說，它涉及一種基于內嵌式形狀記憶合金電機的組合式擬人機械手，這種機械手在具有微型化、精密定位與柔性傳動綜合要求的醫用假肢、小負載工業機器人、家用機器人及步行機器人中都有潛在廣泛的用途與誘人的技術發展前景。

背景技術

作為力和位移的輸入源，驅動器直接決定了機械手的結構型式、定位精度、動作柔順度和控制方式，它是機械手的關鍵。傳統機械手驅動器以電磁式電機為主，具有體積小、無泄漏等優點，運用最為廣泛。但其存在不足，具體表現為：電機輸出力-重量比低，導致體積龐大，無法達到微小型系統的實用要求；傳動機構復雜，結構冗贅，靈活性差；機械手多自由度運行實現困難；機械手運行形態缺乏柔順性。

在滿足機械手擬人化微型化需求方面，傳統驅動器顯得越來越力不從心。在這一背景下，形狀記憶合金電機(Shape?Memory?Alloy?Actuator，SMAA)以其輸出位移大、輸出力-重量比高、運動柔順等優點，引起了人們的關注。在現有技術中，形狀記憶合金電機驅動的機械手，在電機結構上多采用偏動式和差動式。中國發明專利200410000722公開了一種“形狀記憶合金差動彈簧驅動的機械手”(公開日期2004年12月29日)，其特征在于，該機械手含有形狀記憶合金(Shape?Memory?Alloy，SMA)差動彈簧驅動器及由機械手指、連桿、拉桿、滑塊、機架組成的六桿機構。該機械手為夾持型，可用手指內側夾持物體外部。該機械手能夠實現握、放等動作，具有結構簡單、自重輕、尺寸小、成本低等特點。中國實用新型專利03261475公開了一種“形狀記憶合金驅動的微型機械手”(公開日期2004年7月21日)，該機械手亦采用SMA絲驅動，配合柔性鉸鏈結構，實現了機械手的簡單抓取運動，具有精度高、夾持力適中、調整簡易等優點。

以上兩種SMAA結構中，重復進行預變形的偏動元件(SMA或偏動彈簧)與實現回復功能的致動元件(SMA)在空間上彼此分離；由SMAA驅動的機械手，驅動用SMAA和完成承載、抓拿等任務的執行部分是相互獨立的。因此，受驅動方式限制，上述SMAA驅動的機械手均為夾持型，只能實現簡單動作，對被夾物的形狀和尺寸有較高要求，夾持能力有限。對擬人機械手具有仿生意義的多自由度精密柔性空間運動，上述SMAA顯得無能為力。

發明內容

本實用新型的目的在于提供一種基于內嵌式形狀記憶合金電機的組合式擬人機械手，該機械手實現對物體的抓放與細微操作，具有機構緊湊、自重輕、輸出力-重量比高、動作柔順、控制靈活和制造成本低的優點。

本實用新型提供的一種基于內嵌式形狀記憶合金電機的組合式擬人機械手，機械手包括手掌、三個手指和控制器；其特征在于：所述控制器位于手掌內，所述手掌由固定連接的手心和手背構成，拇指、食指和中指均由通過連接件連接的從動指與主動指構成；食指主動指和中指主動指的根部分別固定在手背上；拇指主動指的根部通過實心硅橡膠圓柱體固定在手心，拇指主動指高出手心，拇指彎曲所構成的第一平面與食指彎曲所構成的第二平面、中指彎曲所構成的第三平面的相互平行；三個手指的從動指和主動指均由內嵌式形狀記憶合金電機構成；所述內嵌式形狀記憶合金電機的結構為：“U”形記憶形狀記憶合金絲和直線形記憶形狀記憶合金絲嵌入在硅橡膠圓柱體內，“U”形記憶形狀記憶合金絲的嵌入位置與硅橡膠圓柱體中心軸線重合，直線形記憶形狀記憶合金絲平行于硅橡膠圓柱體中心軸線偏心嵌入，曲率傳感器沿彎曲方向對稱分布于硅橡膠圓柱體中部表面。