[發(fā)明專利]一種具有被動(dòng)旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的仿人靈巧手及其操作方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910057518.1
• 申請(qǐng)日: 2019-01-22
• 公開（公告）號(hào): CN109591038B
• 公開（公告）日: 2021-05-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 魏世民;張英坤;喻洋;盛海燕;楊政;陳冠男;朱贛閩
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京郵電大學(xué)
• 主分類號(hào): B25J15/00
• 分類號(hào): B25J15/00;B25J15/02;B25J15/10
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本發(fā)明涉及機(jī)器人靈巧手技術(shù)領(lǐng)域，并公開了一種具有被動(dòng)旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的仿人靈巧手及其操作方法，包括第一手指、第二手指、第三手指、手掌、第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)、第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)及第三驅(qū)動(dòng)電機(jī)。該裝置解決了現(xiàn)有仿人靈巧手的耦合傳動(dòng)機(jī)構(gòu)存在的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，可靠性差等問題，同時(shí)為靈巧手手指額外增加了一個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度。該裝置的仿人手指利用旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)可以繞自身中心軸線旋轉(zhuǎn)，對(duì)不同形狀的物體能自主變換多種抓握姿態(tài)，增強(qiáng)了靈巧手的適應(yīng)能力；通過調(diào)整被動(dòng)繩和主動(dòng)繩的長度，可以調(diào)節(jié)和重新標(biāo)定靈巧手的初始位姿。本發(fā)明設(shè)計(jì)的新型仿人靈巧手無需復(fù)雜的控制系統(tǒng)和傳動(dòng)系統(tǒng)即可實(shí)現(xiàn)包絡(luò)抓握，且具有被動(dòng)旋轉(zhuǎn)自由度，對(duì)不同形狀的物體具有較高的自適應(yīng)能力。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及擬人機(jī)器人手技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種具有被動(dòng)旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的仿人靈巧手及其操作方法的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

背景技術(shù)

機(jī)器人靈巧手是近幾十年發(fā)展起來的一種高科技自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備，其通過控制可以準(zhǔn)確的在各種環(huán)境中完成各種預(yù)期的作業(yè)，在構(gòu)造和性能上兼有人和機(jī)器各自的優(yōu)點(diǎn)，體現(xiàn)了人的智能性和適應(yīng)性。

目前已研制成功的靈巧手大多采用類似人手的手指自由度布置，四個(gè)關(guān)節(jié)，三個(gè)自由度，現(xiàn)有技術(shù)中也已經(jīng)提出了不同的控制方式實(shí)現(xiàn)靈巧手的抓取操作。但是，現(xiàn)有的仿人靈巧手的手指關(guān)節(jié)采用耦合傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，如專利CN201210408685、CN201710819677等，存在元器件多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，可靠性差等問題。

此外，目前的大多數(shù)仿人靈巧手不具備旋轉(zhuǎn)自由度，當(dāng)目標(biāo)物體的中心軸線與靈巧手抓取空間的主軸對(duì)齊時(shí)，大多數(shù)仿人靈巧手都能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)預(yù)設(shè)目標(biāo)物體的抓取。但是，當(dāng)目標(biāo)物體的中心軸線與靈巧手抓取空間的主軸不對(duì)齊時(shí)，由于手指的抓握力不是沿垂直于接觸面的方向作用于目標(biāo)物體，抓握力需要沿作用方向進(jìn)行分解，導(dǎo)致抓取力的效率低下；另外，在接觸點(diǎn)處，手指不能與目標(biāo)物體的表面相切，不能達(dá)到抓取面積的最大化，容易導(dǎo)致抓握不穩(wěn)，存在目標(biāo)物體滑落的風(fēng)險(xiǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明提供一種具有被動(dòng)旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的仿人靈巧手及其操作方法。該裝置能夠被動(dòng)的自適應(yīng)目標(biāo)物體的主軸，以此來替代一般情形下的初始配置必須滿足目標(biāo)物體的主軸與靈巧手的抓取空間的主軸對(duì)齊的條件，該裝置的操作方法能夠?qū)崿F(xiàn)靈巧手的旋轉(zhuǎn)自由度。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案如下：

本發(fā)明設(shè)計(jì)的一種具有被動(dòng)旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)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(qū)動(dòng)電機(jī)、第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)及第三驅(qū)動(dòng)電機(jī)，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(jié)構(gòu)完全相同，以所述第一手指為例具體介紹其結(jié)構(gòu)，第一手指包括手指基座、近指節(jié)、中指節(jié)和遠(yuǎn)指節(jié)，近指節(jié)和手指基座通過近指節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)連接，中指節(jié)和近指節(jié)通過中指節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)連接，遠(yuǎn)指節(jié)和中指節(jié)通過遠(yuǎn)指節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)連接；

所述的近指節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)、中指節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)及遠(yuǎn)指節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)完全相同，以近指節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)為例具體介紹其結(jié)構(gòu)，近指節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)包括兩條連桿，分別對(duì)應(yīng)四邊形的兩條對(duì)角線；

所述的第一手指、第二手指及第三手指的運(yùn)動(dòng)通過鋼絲繩傳動(dòng)，以第一手指為例，第一條被動(dòng)鋼絲繩連接近指節(jié)、中指節(jié)和遠(yuǎn)指節(jié)，第二條被動(dòng)鋼絲繩連接手指基座、近指節(jié)和中指節(jié)，主動(dòng)鋼絲繩連接驅(qū)動(dòng)電機(jī)、手指基座和近指節(jié)；

所述的手指基座和近指節(jié)之間、近指節(jié)和中指節(jié)之間、中指節(jié)和遠(yuǎn)指節(jié)之間均安裝有彈簧連桿；

所述的第一手指還包括旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，由關(guān)節(jié)輸入盤、支撐架、關(guān)節(jié)輸出盤、連接有絲杠的電機(jī)、帶凸輪桿的移動(dòng)滑塊及彈簧組成，旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)與手指基座通過關(guān)節(jié)輸入盤相連。