[發明專利]一種具有快速反射抓取功能的多模式欠驅動仿人手指裝置

有效

• 申請號: 201210408685.4
• 申請日: 2012-10-24
• 公開（公告）號: CN102873689B
• 公開（公告）日: 2017-04-12
• 發明（設計）人: 鄧華;張翼;段小剛
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: B25J15/08
• 分類號: B25J15/08;B25J17/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

所屬技術領域

本發明屬于仿人假肢手技術領域，特別涉及一種具有快速反射抓取功能的多模式欠驅動仿人手指裝置的結構設計。

技術背景

目前，為了減少驅動器的數目，目前研制的仿人假肢手指主要有：耦合手指、自適應欠驅動手指(常稱欠驅動手指)，以及耦合自適應欠驅動手指。

各種機器人手指的優缺點簡介如下：

耦合手指的特點是通常只具有一個自由度，手指的各個關節由一個驅動器驅動并按一定的比例同時轉動。它的優點是各關節聯動彎曲的過程與人手指抓取物體的過程類似，即具有擬人化的特征；不足之處在于，當手指的某一個指節接觸到物體后，其余指節不能再進一步地彎曲以實現對物體的包絡抓取，即不具備自適應性。

自適應欠驅動手指的特點是當手指未接觸物體時，手指的各個指節作為一個直立的整體由一個驅動器驅動，而當靠近根部的指節接觸物體后，后續指段能繼續被驅動器驅動彎曲……直到末端指節包絡物體。如美國發明專利US5762390A，巧妙地采用四連桿機構加彈性元件的方式，實現了機械手指的欠驅動自適應功能特點。其應用的彈性元件既能保證手指在無動作時具有穩定的初始形態，又能暫時地約束四連桿機構的一個自由度，使手指的各個指節在動作過程中接觸物體前能夠實現整體運動，接觸物體后其余指節又能完成對被抓物體的自適應包絡抓取。但是，這種欠驅動自適應機械手指裝置不具備擬人化的運動特征：手指的各個指節在未接觸物體時作為一個“僵硬”的整體被驅動，不具有耦合運動功能，不能完成人手的空手“握拳”等動作。

耦合自適應欠驅動手指融合了耦合手指和自適應欠驅動手指的特點：當手指未接觸物體時，各個指節間可耦合運動以實現一個擬人化的運動特征，且能加快靠近物體的速度；當手指的某個指節碰觸物體后，后續指節可繼續轉動，直到包絡物體、實現對物體的穩定抓取。已有的一種耦合自適應欠驅動仿人手指裝置，如中國發明專利CN101722514B，能較好地實現人手指的耦合自適應特征。但其不足之處在于：耦合的時候難以實現人手一樣大(三個指節可相對轉動90°)的運動空間，尤其是當近指節和中指節在一開始運動就被物體阻擋時，遠指節很難運動到極限位置以完成對物體的包絡抓取，會引發抓取不穩定問題。

再者，已有的欠驅動機械手裝置，手指都只采用連桿機構/電機或者滑輪繩索/電機等單一的機械傳動/驅動系統。這些裝置由于機械延遲等問題，具有對外界刺激響應不夠靈敏的缺點，工作過程中，當受到瞬間的外界干擾，例如抓握桌子上的杯子，突然拿起時，由于受到重力影響，容易出現抓取失穩的問題，即普通機械手不具備人手手指的防滑快速抓取功能。

發明內容

本發明的目的是為了克服已有技術的不足之處，提供一種具有快速反射抓取功能的多模式欠驅動仿人手指裝置。該裝置擁有主、次兩套運動機構，以及彈性耦合連桿機構和連桿超越機構，能實現擬人化抓取運動。主運動機構由電機配合彈性耦合連桿機構，能夠實現耦合欠驅動和自適應欠驅動的多模式抓取動作，極大的提高了仿人假肢手的抓取運動空間。次運動機構由該裝置特有的微驅動器機構可以實現仿人手指裝置的快速反射。當包絡抓取的物體受到外部干擾時，快速地輸出一個指向被抓物體內部的抓取力，補償主運動機構的力與位移的輸出，直到主運動機構做出調整。次運動具有毫秒級的響應速度，總體可以實現擬人化的快速反射運動、防滑穩定抓取功能。此外，特有連桿超越機構，保證了遠指節的抓取空間。

本發明采用如下技術方案：

一種具有快速反射抓取功能的多模式欠驅動仿人手指裝置由基座、近指節、中指節、遠指節組成，特有主運動機構、次運動機構、彈性耦合連桿機構和連桿超越機構。

一種具有快速反射抓取功能的多模式欠驅動仿人手指裝置，其主運動機構包括電機、減速器、小傘齒輪、大傘齒輪、近關節軸、中關節軸、遠關節軸以及近指節、中指節、遠指節中的連桿、軸和彈性元件；所述的電機與基座固接，電機的輸出軸與所述的減速器的輸入軸連接，減速器的輸出軸與所述的小傘齒輪連接，小傘齒輪與所述大傘齒輪嚙合，大傘齒輪與所述的近關節軸采用鍵連接，所述的近指節與基座通過近關節軸轉動連接，中指節與近指節通過中關節軸轉動連接，中指節與遠指節通過遠關節軸轉動連接，所述的近關節軸、中關節軸和遠關節軸的軸線相互平行。