[發明專利]壓電直接驅動的手指關節及其手指及其手

無效

• 申請號: 200910181671.1
• 申請日: 2009-07-17
• 公開（公告）號: CN101618548A
• 公開（公告）日: 2010-01-06
• 發明（設計）人: 孫志峻;冒娟娟
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: B25J17/00
• 分類號: B25J17/00;B25J15/08;B25J15/10;B25J9/16
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司
• 代理人: 唐小紅

技術領域：

本發明涉及一種壓電直接驅動的手指關節及其手指及其手，屬機器人領域。

背景技術：

多指靈巧手依照傳動方式可分為齒輪傳動和腱傳動。采用齒輪傳動就必須增加調節齒輪間隙的裝置，這樣既會增加手的附加重量，也會使手的機構變得復雜；當齒輪間隙調小了之后，新的問題又會接踵而至，如齒輪傳動的摩擦增大，于是，又需要添加新的裝置來減少齒輪傳動的摩擦。腱傳動類似皮帶輪傳動，腱的材料一般采用鋼絲繩或彈性線。在腱傳動方式中，腱需要預緊，通常預緊力比較大，但又不能過大，張力過大可能會使腱拉斷，不利于大負載條件下的抓取工作；腱有張力，容易變形，會引起傳動的滯后現象，使用時間長了，腱會變松弛，將會帶來較大的運動傳遞誤差；腱只能受拉而不能受壓，所以實現回程將會很困難，控制力一旦超調，消除起來將是一件非常麻煩的事，但超調在實際中不可避免。要想實現回程，只有在每個關節處再加置一個電機，使兩個電機配合工作實現一個關節的正反轉，這樣給手指的安裝和控制都會帶來不便。由于這些輔助裝置的存在，使得現有的靈巧手體積很難控制在普通人手的1.5倍以下。

發明內容：

本發明的目的在于研制一種無需減速裝置和預緊裝置，具有體積小、重量輕、響應快，操作靈活、易于微小型化的壓電直接驅動手指關節，從而減少手指和手的體積和重量。

一種壓電執行器驅動的手指關節，其特征在于：包括左側板、右側板、關節軸、驅動輪、矩形彈性體、電位計、支撐架、第一壓電陶瓷片、第二壓電陶瓷片第三壓電陶瓷片；

其中關節軸垂直安裝于左側板和右側板上，電位計的外殼安裝于左側板或右側板上，電位計的內孔與關節軸固連，用于測量關節軸轉動角度，驅動輪固定安裝于關節軸上，驅動輪的外輪廓分成圓弧段和直線段，圓弧段的角度范圍是120°-270°，直線段上有一個凸臺；

矩形彈性體通過支撐架固定安裝于左側板或右側板上，且矩形彈性體的正面有上下兩個凸臺，矩形彈性體的反面沿上下粘有第一壓電陶瓷片和第二壓電陶瓷片，矩形彈性體的一個側面粘有第三壓電陶瓷片，矩形彈性體正面的兩個凸臺始終與驅動輪的圓弧段接觸，壓電陶瓷在兩相交流電的激勵下，在彈性體的兩個凸臺上均形成橢圓運動軌跡，在這兩個凸臺的共同作用下，通過凸臺和驅動輪之間摩擦力作用，推動驅動輪轉動；

驅動輪直線段上的凸臺和前一指節固聯，左側板和右側板與后一指節固聯。

所述壓電執行器驅動的手指關節的手指，其特征在于：

當手指為食指或中指或無名指或小指時，依次包括手指遠端指節、手指遠端指間關節、手指近端指節、手指近端指間關節、手指彎曲掌骨指節、手指掌指關節I、手指擺動掌骨指節、手指掌指關節II、手指掌骨體；其中手指遠端指間關節、手指近端指間關節和手指掌指關節I實現關節的彎曲運動，上述三個關節的關節軸之間相互平行，手指掌指關節II實現整個手指的內收-外展運動；該關節的關節軸與上述三個關節的關節軸垂直；

當手指為拇指時，依次包括拇指遠端指節、拇指遠端指間關節、拇指近端指節、拇指近端指間關節、拇指擺動掌骨指節、拇指掌指關節、拇指掌根指節、拇指掌根關節、拇指掌骨體；其中拇指遠端指間關節和拇指近端指間關節實現關節的彎曲運動，這兩個關節的關節軸平行；拇指掌指關節實現拇指相對于其它手指的內收-外展運動，該關節的關節軸與上述兩個關節的關節軸垂直；拇指掌根關節實現整個拇指相對于手掌的內收-外展運動，該關節的關節軸與上述三個關節軸垂直。

所述手指的手，其特征在于：包括拇指、食指、中指、無名指、小指五個手指，及用于固定五個手指的底座。

所述的手，其特征在于：底座直接作為拇指的拇指掌根關節中的左側板或右側板。

本發明的優點是：手指關節不需要以往靈巧手中所需要電機減速裝置和鋼絲繩的預緊裝置，實現了直接驅動，不僅具有響應快，操作靈活、易于控制的特點，而且又兼具了壓電驅動體積小、重量輕的特點；本壓電驅動手指關節結構簡單，易于微小型化，從而減小了手指和手的體積和重量，同時由于壓電驅動方式不受電磁場、真空和輻射的干擾，更適用于空間探索和核能開發的場合。

附圖說明：

圖1(a、b)是靈巧手關節驅動單元結構示意圖。圖9(a)為主視圖，圖9(b)為去除側板和電位計的俯視圖。

圖2是彈性體結構簡圖。

圖3是彈性體的運動機理簡圖。

圖4是壓電直接驅動五指靈巧手的整體結構示意圖。

圖5(a、b)是靈巧手食指、中指、無名指、小指結構示意圖。圖2(a)為主視圖，圖2(b)為俯視圖。