[實用新型]欠驅動五指機械手

有效

• 申請號: 201320105153.3
• 申請日: 2013-03-08
• 公開（公告）號: CN203077298U
• 公開（公告）日: 2013-07-24
• 發明（設計）人: 唐新星;張習燁;白冰;張楠;丁金陽;安東寧;王壯旭;王敏;田建成;高宏偉;王鋒;夏遠東
• 申請（專利權）人: 長春工業大學
• 主分類號: B25J15/10
• 分類號: B25J15/10;B25J17/02
• 代理公司: 吉林長春新紀元專利代理有限責任公司 22100
• 代理人: 王怡敏

技術領域

????本實用新型涉及機器人領域，特別涉及一種欠驅動五指機械手。

背景技術

機器人靈巧手是為多任務而研究開發的一種智能型通用機械手，在太空探索、核能開發、醫療康復器械等諸多領域均有廣泛的應用。隨著科技水平的不斷進步，靈巧手的研究逐漸成為機器人領域一個專門的研究領域，其研究工作取得了迅速的發展，取得了許多有應用價值的成果，其中不乏一些著名的靈巧手，如國外的Stanford/JPL?hand?、Gifu?hand等，國內哈工大研發的HIT靈巧手、北航的BH靈巧手等。以Gifu?hand?為例，其自由度以及所需驅動器數量也較多，盡管其可以靈活自主的抓取物體，且具有較好的抓取穩定性，但在整個手掌以及手指內側中布置了大量的觸覺傳感器，通過增加控制系統和傳感器的要求來滿足抓取物體時對其形狀和尺寸的自動適應，復雜程度高、成本高。而欠驅動可以克服上述靈巧手的一些不足，能夠根據物體形狀和尺寸達到自適應抓取的目的，降低對靈巧手傳感器及控制系統的要求。所謂的欠驅動系統是指系統的獨立控制變量個數小于系統自由度個數的一類非線性系統，在節約能量、降低造價、減輕重量、增強系統靈活度等方面都較完全驅動系統優越。簡單的說就是輸入比要控制的量少的系統。欠驅動系統結構簡單，便于進行整體的動力學分析和試驗。同時由于系統的高度非線性、參數攝動、多目標控制要求及控制量受限等原因，欠驅動系統又足夠復雜，便于研究和驗證各種算法的有效性。

目前，有多種欠驅動的靈巧手專利。如專利CN1231332提及一種欠驅動模塊化機器人多指手，該裝置具有5個手指，11個自由度，2個主動關節，但其不足之處在于拇指上僅有2個關節，且其余四指根部關節上采用的簧片占用空間大，影響手指美觀；專利CN1292712C中提及一種欠驅動模塊化擬人機器人多指手，具有5個手指，14個自由度，其具有3個主動關節，中指、無名指與小指采取模塊化的連桿傳動欠驅動關節；專利CN1283429C中涉及一種5個手指、12個關節自由度的欠驅動模塊化擬人機器人多指手，其結構布置與前述專利類似，但其欠驅動關節采用一種模塊化的具有自解效果的多級齒輪傳動機構來實現，與前述專利一樣，其不足之處在于中指、無名指與小指的模塊化結構，致使這3指不能獨立轉動，其靈活性不夠，且拇指固定安裝在手掌上的四指正對面，不能在手掌側方和正對面來回擺動；專利CN?101804633A提及一種腱繩欠驅動并聯靈巧欠驅動仿生機器人手裝置，該裝置具有5個獨立控制的手指和14個關節自由度，由10個電機驅動，利用電機、腱繩和復位簧件綜合實現了手指初始構型可變與自適應抓取相結合的特殊效果，然而，并未提及手指的側擺功能。

發明內容

本實用新型的目的在于提供一種欠驅動五指機械手，解決了現有技術存在的上述問題，實現了自適應抓取與手指獨立側擺功能。

本實用新型的上述目的通過以下技術方案實現：

欠驅動五指機械手，包括拇指2、食指3、中指4、無名指5和小指6，且分別與手掌1固定連接，所述拇指2、食指3、中指4、無名指5和小指6的結構相同，且分別具有手指側擺電機310和彎曲電機312，分別在兩個電機驅動下，實現手指的側擺和彎曲、反向伸展功能，手指彎曲、反向伸展功能是通過彎曲電機帶動帶動繞有鋼絲繩的旋轉軸，改變鋼絲繩在旋轉軸上的纏繞長度來實現手指彎曲和反向伸展動作；所述手指側擺電機310通過側擺電機固定架309與手掌1固定連接在一起。

所述的側擺電機310輸出軸上安裝一平齒輪Ⅰ308，與其相嚙合的另一平齒輪Ⅱ311、十字關節305與軸承316共用一個側擺旋轉軸307，當手指側擺電機310有動力輸入時，在減速機的作用下帶動手指實現側擺功能。

所述的彎曲電機312輸出軸上同樣安裝一平齒輪Ⅲ313，與其相嚙合的另一平齒輪Ⅳ315的旋轉軸314穿過十字關節305，并在十字關節305上下兩個平面各安裝1個軸承316，當彎曲電機有動力輸入時，通過鋼絲繩的帶動實現手指的彎曲、反向伸展。

所述的拇指2、食指3、中指4、無名指5和小指6的每個關節指段和十字關節上都設置有控位銷，在控位銷與穿過十字關節的旋轉軸間纏繞鋼絲繩，鋼絲繩的兩個自由端通過螺釘規定在手指遠指關節的中間定位孔501處，當手指段彎曲時，通過改變控位銷間的鋼絲繩長度變化使各指段繞銷軸Ⅰ317、銷軸Ⅱ318、銷軸Ⅲ319發生旋轉而實現手指的彎曲和反向伸展。