[發明專利]一種具有被動旋轉關節的仿人靈巧手及其操作方法

有效

• 申請號: 201910057518.1
• 申請日: 2019-01-22
• 公開（公告）號: CN109591038B
• 公開（公告）日: 2021-05-18
• 發明（設計）人: 魏世民;張英坤;喻洋;盛海燕;楊政;陳冠男;朱贛閩
• 申請（專利權）人: 北京郵電大學
• 主分類號: B25J15/00
• 分類號: B25J15/00;B25J15/02;B25J15/10
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種具有被動旋轉關節的仿人靈巧手，包括第一手指、第二手指、第三手指、手掌、第一驅動電機、第二驅動電機及第三驅動電機，其特征在于：

所述的第一手指、第二手指、第三手指繞著垂直于所述手掌的中心軸線徑向分布，相互之間間隔120度，所述第一手指、第二手指及第三手指固連在所述手掌上；

所述的第一手指、第二手指及第三手指的結構完全相同，以所述第一手指為例具體介紹其結構，第一手指包括手指基座、近指節、中指節和遠指節，近指節和手指基座通過近指節轉動關節轉動連接，中指節和近指節通過中指節轉動關節轉動連接，遠指節和中指節通過遠指節轉動關節轉動連接；

所述的近指節轉動關節、中指節轉動關節及遠指節轉動關節的結構完全相同，以近指節轉動關節為例具體介紹其結構，近指節轉動關節包括兩條連桿，分別對應四邊形的兩條對角線；

所述第一手指、第二手指及第三手指的運動通過鋼絲繩傳動，以第一手指為例，第一條被動鋼絲繩連接近指節、中指節和遠指節，第二條被動鋼絲繩連接手指基座、近指節和中指節，主動鋼絲繩連接驅動電機、手指基座和近指節；

所述的手指基座和近指節之間、近指節和中指節之間、中指節和遠指節之間均安裝有彈簧連桿；

所述第一手指還包括旋轉關節，由關節輸入盤、支撐架、關節輸出盤、連接有絲杠的電機、帶凸輪桿的移動滑塊及彈簧組成，旋轉關節與手指基座通過關節輸入盤相連；

所述旋轉關節的關節輸入盤下部開有梯形卡槽，關節輸出盤的上部有一個梯形固定塊，梯形固定塊嵌入梯形卡槽，梯形固定塊能夠在梯形卡槽中直線滑動；在梯形固定塊的中心軸線開有螺紋孔，電機通過轉動絲杠調節關節輸入盤與關節輸出盤的間距；關節輸出盤加工有橢圓輪廓線的凸輪槽，其與固定在移動滑塊上的凸輪桿相接觸；移動滑塊安裝在支撐架下部所開的滑動槽中，能夠沿支撐架的滑動槽直線滑動，移動滑塊將彈簧擠壓在支撐架的滑動槽中，彈簧初始處于壓縮狀態。

2.根據權利要求1所述的一種具有被動旋轉關節的仿人靈巧手，其特征在于：所述的彈簧連桿用以控制手指動作前各指節的位姿：抓取開始前，各彈簧連桿中的彈簧處于預壓縮狀態，利用其反彈力使手指各指節保持初始位姿；抓取階段，各彈簧連桿中的彈簧被進一步壓縮，產生更大的反彈力，阻礙指節運動；抓取結束需要釋放目標物體時，在反彈力的作用下彈簧回復到初始預壓縮狀態，同時各指節回復到初始位姿。

3.根據權利要求1所述的一種具有被動旋轉關節的仿人靈巧手，其特征在于：仿人手指關節的轉動通過固定在轉動關節上的滑輪轉動實現，滑輪的轉動動力來自滑輪上的鋼絲繩，被動鋼絲繩和主動鋼絲繩的固定位置和走線方式不同。

4.根據權利要求1所述的一種具有被動旋轉關節的仿人靈巧手，其特征在于：旋轉關節的轉動方向是順時針或者逆時針，絲杠電機不工作時，旋轉關節呈現初始變剛度特性；當絲杠電機工作，導致關節輸入盤與關節輸出盤的中心軸線不再共線，電機通過絲杠調節關節輸入盤和關節輸出盤的初始間隔增大或減小，也就改變了凸輪槽和凸輪桿的初始位置，彈簧的初始壓縮程度隨之改變，旋轉關節的初始剛度也發生改變；此時，當仿人手指承受外力時，旋轉關節在相同作用力下表現出不同的變剛度特性。

5.根據權利要求1所述的一種具有被動旋轉關節的仿人靈巧手，其特征在于：仿人靈巧手的多個自由度耦合運動，手指與目標物體相接觸，然后旋轉關節發生被動旋轉，直到每根手指都與目標物體在接觸點相切，最終實現對目標物體的包絡抓取。

6.根據權利要求1所述的一種具有被動旋轉關節的仿人靈巧手，其特征在于：所述的驅動電機通過聯軸器連接主動鋼絲繩。

7.根據權利要求1所述的一種具有被動旋轉關節的仿人靈巧手，其特征在于：通過對主動鋼絲繩和被動鋼絲繩的初始長度的調整，標定近指節、中指節和遠指節的初始位姿。

8.根據權利要求1所述的一種具有被動旋轉關節的仿人靈巧手，其特征在于：設計不同的凸輪槽輪廓線，所述的旋轉關節輸出不同的變剛度特性，其旋轉動作的響應速度也不同。