[發明專利]擬人電動機械靈巧手

有效

• 申請號: 201010594219.0
• 申請日: 2010-12-18
• 公開（公告）號: CN102085662A
• 公開（公告）日: 2011-06-08
• 發明（設計）人: 楊文珍;于世光;章華;項海崇;陳世仕;葛運斌;周晉;葉松;姚麗平;張騫;賀薇波;陳文華;竺志超
• 申請（專利權）人: 浙江理工大學
• 主分類號: B25J9/12
• 分類號: B25J9/12;B25J15/10
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 林懷禹

技術領域

本發明涉及一種機器人機械手，具體地說是涉及具有與人手自由度一致的十六個主動自由度和四個從動自由度的擬人電動機械靈巧手。

背景技術

隨著現代科學技術的快速發展和機器人應用領域的不斷擴大，原有的機器人末端操作器已經不能滿足當今生產需求。為了克服普通末端操作器夾持方式單一、活動空間小、缺少靈活性、難以精確控制等缺點，靈巧型機械手（簡稱靈巧手）應運而生。靈巧手有多個自由度，可以抓取多種形狀、不同材質的物體，還可以對所抓持的物體進行精細操作。用其代替專用的夾持器，安裝到機器人操作器末端，不僅能擴大機器人的作業范圍，還能提高機器人的作業質量。

十九世紀六十年代初，南斯拉夫Tomovic和Boni開發了第一只機械手，它有五個手指和五個自由度。七十年代發明了多種通用夾持器，如日本Hanafusa開發了一個三指手機構，每個手指有一個自由度；美國Crossley研制了三指八自由度機構，其中一個手指有二個自由度，另兩個手指分別有三個自由度。八十年代，Salisbury,?Jacobsen等人提出摸擬人手來設計通用夾持器的研究思想，研制了多指、多關節、多自由度的JPL靈巧手機構；日本學者T.Okada研制了三指十一個自由度靈巧手；美國Utah大學研制了MIT手。九十年代末二十一世紀初，靈巧手的研發進入了一個新階段，關節數、手指數逐漸向人手靠近，其中比較有代表性的有：1999年研制成功的NASA靈巧手，由四個手指和一個位置相對的拇指組成，共有十四個自由度，由十四個直流無刷電機驅動，其于人手外形尺寸很相似，具有很好的靈活性；2003年日本歧阜大學Haruhisa,?Kawasaki等人研發了Gifu?Ⅲ靈巧手。Gifu?Ⅲ手是擬人電動靈巧手，尺寸略大于人手，外形更接近人手，共有五個手指十六個自由度，具有較高的靈巧性和精確控制性。北京航空航天大學機器人研究所研制的BH-3手有三個手指，每個手指有三個關節，共9個自由度。2008年哈爾濱工業大學研制了HIT/DLRⅡ多指靈巧手，每個手指有3自由度，共有15個自由度。

發明內容

本發明的目的在于提供一種具有多自由度、多關節，能抓取不同形狀、不同材質物體的靈巧手。它能替代人手，在人類無法親臨或惡劣的環境中工作。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

本發明包括一個電動拇指、四個電動手指和機械手掌；電動拇指和四個電動手指均依次包括上指節、中指節、下指節和基座體；四個電動手指的下指節分別通過各自的基座體同一方向安裝在機械手掌內，電動拇指的下指節通過電動拇指的基座體安裝在機械手掌內，電動拇指位于機械手掌的另一側面，電動拇指和四個電動手指與機械手掌共面；四個電動手指尺寸結構相同；電動拇指具有四個主動自由度，每個電動手指均有三個主動自由度和一個從動自由度；擬人電動機械靈巧手共有十六個主動自由度和四個從動自由度，與人手自由度一致。

所述的電動手指包括上指節體、上傳動軸、上連架桿、連桿、曲柄、中指節體、中指節左從動錐齒輪、中指節右從動錐齒輪、中指節左傳動軸、中指節右傳動軸、中指節主動錐齒輪、中指節電機、下指節體、方形塊、基彎曲傳動軸、基彎曲電機、基彎曲主動錐齒輪、基過渡錐齒輪、基彎曲從動錐齒輪、側展電機、側展主動錐齒輪、側展從動錐齒輪和側展軸。

所述的上指節體經上傳動軸聯接中指節體，中指節體經中指節左傳動軸和中指節右傳動軸聯接下指節體；方形塊經基彎曲傳動軸安裝在下指節體的底部；中指節電機安裝在下指節體內，基彎曲電機和側展電機安裝在基座體內。

所述的電動手指的一個從動自由度位于上指節體和中指節體聯接處；中指節電機驅動中指節主動錐齒輪，經中指節左從動錐齒輪和中指節左傳動軸，使曲柄旋轉，進而帶動連桿，連桿推與上指節體相聯的上連架桿，使得上指節體繞上傳動軸轉動，從而與中指節體構成一個彎曲的從動自由度；中指節左從動錐齒輪和曲柄固聯在中指節左傳動軸上，中指節左傳動軸與下指節體和中指節體滑動聯接；上連架桿、連桿、曲柄和上指節體構成一個曲柄連桿機構；上傳動軸與上指節體和中指節體滑動聯接。

所述的電動手指的中指節體和下指節體聯接處構成一個主動自由度；中指節電機驅動中指節主動錐齒輪，經中指節右從動錐齒輪和中指節右傳動軸，帶動中指節體轉動，從而與下指節體構成一個彎曲的主動自由度；中指節右傳動軸與中指節體和中指節右從動錐齒輪固聯，與下指節體滑動聯接。