[實用新型]仿人氣動柔性機械手

有效

• 申請號: 201620905921.7
• 申請日: 2016-08-20
• 公開（公告）號: CN206764802U
• 公開（公告）日: 2017-12-19
• 發明（設計）人: 耿德旭;張金濤;趙云偉;武廣斌;鄭永永;劉榮輝
• 申請（專利權）人: 北華大學
• 主分類號: B25J15/00
• 分類號: B25J15/00;B25J17/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本實用新型涉及一種機器人末端執行器，更具體地說，涉及一種氣壓驅動的仿人五指機械手。

背景技術

在機器人領域，機械手作為末端執行器有著廣泛的應用，為了適應不同的工作任務，制造出能夠像人手一樣靈活的柔性機械手來代替人類去完成工作具有廣闊市場前景，柔性機械手正是為了適應這一需要而提出的發展目標。

目前，國內外開發的具有部分柔性功能的機械手很多，驅動元件主要有兩大類，一類伺服電機驅動，被廣泛應用于各種機械和機器人中，但其體積較大、機械手關節本體柔性不足。另一類是采用流體驅動，主要驅動元件是氣動人工肌肉，通過鋼絲繩牽拉手指關節，實現手的基本功能，但關節本體仍為剛性，機械手的綜合柔性不足，難于滿足機械手通用性和適應性要求，制約了機械手在服務機器人、醫療機器人和農業機器人中應用與發展。

發明內容

本實用新型的目的在于克服現有技術之不足，提供一種仿人氣動柔性機械手，針對不同形狀的物體，可完成抓、握、捏、夾、彈等人手基本功能。

一種仿人氣動柔性機械手，其特征在于，設有一個手掌和拇指、食指、中指、無名指、小指五根手指，手掌和手指與人手尺寸相當；所述仿人氣動柔性機械手具有10個關節，10個自由度和4個機動度，每個手指皆由兩個關節串聯而成，除拇指以外的四指和手掌分布在同一平面內，所述四指軸線延伸交于一點，相鄰手指軸線之間的夾角為13.5°，拇指軸線延伸與四指軸線延伸相交于同一點，所述拇指軸線與手掌平面夾角60°，自由狀態拇指-中指軸線平面與手掌平面夾角50°；手掌近似扇形，圓心角方向一端設置連接法蘭，可以連接機械臂，所述連接法蘭形心與各手指軸線延伸交點重合，手掌平面上方設置拇指安裝法蘭，拇指安裝法蘭法線與手掌平面夾角60°，拇指安裝法蘭法線-中指安裝法蘭法線平面與手掌平面夾角50°，拇指安裝法蘭形心點高于手掌平面10毫米，弧長方向一端設置四個手指安裝法蘭，用于安裝除拇指外的四個手指，法蘭法線與各手指軸線重合，法蘭形心點到各手指軸線交點距離相等，其中食指安裝法蘭形心點到各手指軸線交點距離比其他三指小20毫米，所述各手指安裝法蘭平面設置安裝孔和手指控制氣管引出孔；所述中指、無名指和小拇指的結構完全一致，基關節采用雙驅動型單向彎曲關節，遠關節采用單向彎曲關節，基關節有效長度是遠關節的2倍，中指、無名指和小拇指能夠向掌心方向正屈動作，最大彎曲角度290°，所述雙驅動型單向彎曲關節的控制氣源管路從手指根部引出，所述單向彎曲關節的控制氣源管路穿過所述雙驅動型單向彎曲關節的約束元件，從手指根部引出，食指基關節采用雙向主動彎曲關節、遠關節采用單向彎曲關節，食指遠關節有效長度是食指基關節的1.2倍，食指能夠實現正屈、反彎和側擺的動作，正屈動作最大彎曲角度290°，反彎和側擺動作最大彎曲角度15°，所述雙向主動彎曲關節的控制氣源管路從手指根部引出，所述單向彎曲關節的控制氣源管路穿過所述雙向主動彎曲關節的約束元件從手指根部引出；拇指基關節采用單維雙向彎曲關節、遠關節采用雙驅動型單向彎曲關節，拇指遠關節有效長度是拇指基關節2.7倍，拇指正屈動作最大彎曲角度210°，拇指能夠以拇指-中指軸線平面為對稱面擺動，擺動動作最大彎曲角度±30°，所述單維雙向彎曲關節的控制氣源管路從手指根部引出，所述雙驅動型單向彎曲關節的控制氣源管路通過兩關節連接部分設置的引出孔引出；通過手指各氣動柔性關節本體受控彎曲運動組合，實現類人手抓握捏夾彈等基本功能，各手指遠關節末端設有指尖；

附圖說明

圖1為仿人氣動柔性機械手構成示意圖；

圖2為仿人氣動柔性機械手手掌形狀示意圖；

圖3為仿人氣動柔性機械手手掌連接法蘭示意圖；

圖4為仿人氣動柔性機械手手指安裝法蘭示意圖；

圖5為仿人氣動柔性機械手中指、無名指和小拇指構成示意圖；

圖6為仿人氣動柔性機械手食指構成示意圖；

圖7為仿人氣動柔性機械手食指根部端面示意圖；

圖8為單向彎曲關節橫截面示意圖；

圖9為雙向主動彎曲關節橫截面示意圖；

圖10為仿人氣動柔性機械手拇指構成示意圖；

圖11為仿人氣動柔性機械手拇指根部端面示意圖；

圖12為單維雙向彎曲關節橫截面示意圖；

圖13為雙驅動型單向彎曲關節。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實例對本實用新型作出進一步地詳細描述。

如圖所示，一種仿人氣動柔性機械手，設有一個手掌1和拇指2、食指3、中指4、無名指5、小指6五根手指，手掌和手指與人手尺寸相當；五個手指延伸線交于一點，手掌1、食指3、中指4、無名指5和小指6位于同一平面手掌1內，食指3、中指4、無名指5和小指6中相鄰手指軸線之間的夾角為13.5°，大拇指2軸線與手掌平面夾角60°，自由狀態，拇指2-中指4軸線平面與手掌1平面夾角50°；手掌1近似扇形，圓心角方向一端設置連接法蘭101，可以連接機械臂，所述連接法蘭101形心與各手指軸線延伸交點重合，弧長方向設置四個手指安裝法蘭，法蘭12用于安裝食指3、法蘭13用于安裝中指4、法蘭14用于安裝無名指5，法蘭15用于安裝小指6，法蘭13、14、15平面設置安裝用螺紋孔和控制氣源管路引出孔，法蘭法線交于同一點，法蘭13、14、15形心點到交點距離相等，法蘭12形心點到交點距離比法蘭13、14、14形心點到交點距離小20毫米，手掌1平面上方設置拇指2安裝法蘭11，法蘭13、14、15平面設置安裝用螺紋孔和控制氣源管路引出孔，法蘭11法線與手掌平面夾角60°，法蘭11法線-法蘭14法線平面與手掌平面夾角50°，法蘭11形心點高于手掌平面10毫米；所述中指、無名指和小拇指的結構完全一致，基關節采用雙驅動型單向彎曲關節41、51、61，遠關節采用單向彎曲關節42、52、62，所述單向彎曲關節42、52、62的氣源管路穿過所述雙驅動型單向彎曲關節41、51、61的約束元件從手指根部端面44、54、64引出，所述雙驅動型單向彎曲關節41、51、61的氣源管路從手指根部端面44、54、64引出，食指基關節采用雙向主動彎曲關節31、遠關節采用單向彎曲關節32，所述單向彎曲關節32由一根膠管322、一片矩形彈簧鋼板323和多片約束元件321組成，膠管322和矩形彈簧鋼板323，并列分布，軸線平行，每片約束元件321上設有與并列分布的膠管322和矩形彈簧鋼板323形狀位置完全一致的通孔，多片約束元件321串聯套在膠管322和矩形彈簧鋼板323上，向膠管322內充氣，由于約束元件321和彈簧鋼板323的約束作用，單向彎曲關節32向彈簧鋼板323側彎曲，所述單向彎曲關節32的氣源管路穿過所述雙向主動彎曲關節31的約束元件形心的氣源通孔從手指根部引出，所述雙向主動彎曲關節31由四根膠管312、四根圓柱彈簧313和多片約束元件311組成，膠管312和圓柱螺旋彈簧313，相間星形分布，軸線平行，每片約束元件311上設有與相間星形分布的膠管312和圓柱螺旋彈簧313形狀位置完全一致的通孔，形心設有氣源管路通孔，多片約束元件311串聯套在膠管312和圓柱螺旋彈簧313上，向相鄰兩膠管內充氣，由于約束元件321和圓柱螺旋彈簧313的約束作用，雙向主動彎曲關節31向對側彎曲，所述雙向主動彎曲關節31的氣源管路從手指根部端面34引出；拇指基關節采用單維雙向彎曲關節21、遠關節采用雙驅動型單向彎曲關節22，所述雙驅動型單向彎曲關節22由兩根膠管222、一片矩形彈簧鋼板223和多片約束元件221組成，兩根膠管222和一片矩形彈簧鋼板223，品字形分布，軸線平行，每片約束元件221上設有與品字形設置的膠管222和矩形彈簧鋼板223形狀位置完全一致的通孔，多片約束元件221串聯套在膠管222和彈簧鋼板223上，向膠管222內充氣，由于約束元件221和矩形彈簧鋼板223的約束作用，雙驅動型單向彎曲關節22向彈簧鋼板223側彎曲，所述雙驅動型單向彎曲關節22的氣源管路通過兩關節連接部分設置的引出孔24引出，所述單維雙向彎曲關節21由四根膠管212、一片矩形彈簧鋼板213和多片約束元件211組成，四根膠管212和一片矩形彈簧鋼板213，星形分布，彈簧鋼板213居中，軸線平行，每片約束元件211上設有與星形設置的膠管212和矩形彈簧鋼板213形狀位置完全一致的通孔，多片約束元件211串聯套在膠管212和矩形彈簧鋼板213上，向彈簧鋼板213同側兩根膠管內充氣，由于約束元件211和彈簧鋼板213的約束作用，單維雙向彎曲關節21向彈簧鋼板213對側彎曲，所述單維雙向彎曲關節21的氣源管路從手指根部端面205引出；通過手指各氣動柔性關節受控彎曲組合，實現類人手抓握捏夾彈等基本功能；各手指遠關節末端設有指尖23、33、43、53、63。