[發明專利]一種應用于機器人靈巧手的兩自由度關節

有效

• 申請號: 201911018671.X
• 申請日: 2019-10-24
• 公開（公告）號: CN111409096B
• 公開（公告）日: 2022-02-22
• 發明（設計）人: 陶志成;陳志培;楊邦出;葛涵;朱李垚;鮑官軍
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: B25J17/00
• 分類號: B25J17/00;B25J15/00;B25J9/10
• 代理公司: 杭州杭誠專利事務所有限公司 33109
• 代理人: 尉偉敏

本發明公開了一種應用于機器人靈巧手的兩自由度關節，旨在為了實現兩個發明目的，第一個是為了解決現在采用欠驅動的方式進行驅動，具有不靈巧的缺點，另一個發明目的是為了保證關節的運動過程中的力臂恒定，便于實際操控。該發明包括三節可相對轉動的指節以及轉動連接在指節之間的轉動關節，轉動關節包括腱繩固定軸、所述遠離靈巧手根部的指節下方相鄰的指節上轉動連接有轉動滑輪和輔助滑輪，轉動關節滑輪和輔助滑輪的外側套設有腱繩，腱繩固定軸上設有通線孔，腱繩通過通線孔，腱繩端部直徑較通線孔大。采用全驅動的方式驅動靈巧手，操縱性好；關節的運動過程中的力臂恒定，使控制器的輸出量工作在合理的區間內。

技術領域

本發明涉及機器人領域，尤其是機器人靈巧手領域。

背景技術

目前腱傳動的靈巧手主要是采用欠驅動的方式，即多個關節通過一個驅動器進行驅動。欠驅動的驅動方式雖然可以減少驅動器個數的優勢，但是由于多個關節由單一驅動器進行驅動，多個關節運動之間存在一定的耦合問題，降低了靈巧手的靈巧程度。如果給每個關節架設一個驅動器，關節與關節運動之間仍然可能會無法避免耦合問題。關節之間驅動的耦合會導致控制系統的復雜性上升、精確性下降等不良效果，甚至引起非目標關節的運動。

中國專利公開號CN109745157A，名稱為“一種多關節仿生靈巧腱傳動假手”，該申請案公開了一種多關節仿生靈巧腱傳動假手，包括手掌腔體，手掌腔體上安裝有多個多關節仿生手指，手掌腔體內設置有被動部分，手掌腔體外設置有能安裝在手臂上且能以手臂關節相對轉動作為動力來驅動被動部分逐漸推進的主動部分；主動部分與被動部分聯動并通過腱傳動部分帶動多關節仿生手指，以使得假手上所有多關節仿生手指隨著被動部分逐漸推進而逐漸地閉合或張開。它具有采用欠驅動方式進行聯合，靈巧手的靈巧程度下降。

發明內容

本發明克服了現在的靈巧手具有采用欠驅動方式驅動不靈巧的問題，提供了一種應用于機器人靈巧手的兩自由度關節，是為了實現一種力臂一致的全驅動靈巧手，該靈巧手較欠驅動靈巧手更靈活，該機械手全驅動，無耦合，在這個過程中保證關節的運動過程中的力臂恒定，便于實際操控，使得腱繩的位移與關節角位移的變化關系為線性關系，降低因被控對象的非線性特性會使得控制難度增加，使控制器的輸出量工作在合理的區間內。

為了解決上述技術問題，本發明采用以下技術方案：

一種應用于機器人靈巧手的兩自由度關節，包括三節可相對轉動的指節以及轉動連接在兩兩指節之間的兩轉動關節，轉動關節包括與遠離靈巧手根部的指節連接的腱繩固定軸、所述遠離靈巧手根部的指節下方相鄰的指節上轉動連接有轉動滑輪和輔助滑輪，輔助滑輪設置在轉動滑輪下方，轉動關節滑輪和輔助滑輪的外側套設有腱繩，腱繩固定繞接在轉動滑輪和輔助滑輪上，腱繩固定軸上設有通線孔，腱繩通過通線孔，腱繩端部直徑較通線孔大。

本方案的每個關節均可以獨立控制， 具有更好的操控性，較欠驅動的驅動方式更為靈巧，可以做出更多的運動。對于一個關節，其設置在兩個指節之間，上方的指節鉸接連接在下方指節上。具體的，上方的指節端部具有兩個通孔，下方的指節也具有兩個對應的凹槽，上方指節端部插裝在下方指節中，并通過一個轉軸連接，該轉軸在兩個通孔之間的間隙套裝固定有轉動滑輪。轉動滑輪的正下方也具有同樣的輔助滑輪，兩滑輪的周向面在同一面上。滑輪的外緣兩端高中間低形成過線的槽，該槽通過腱繩，腱繩包合在兩個滑輪上，其端部向上伸出進入通線孔，通線孔設置在腱繩固定軸上，該腱繩固定軸固定連接在對應轉動的關節上。腱繩的固定方式可以為其端部打結使得其直接變大，也可以套有直徑比該結構通過腱繩的收縮實現對應關節的轉動，同時，腱繩的兩端設置在轉動滑輪上，手指運動過程中，腱繩相對于手指關節的力臂始終保持不變，不會手指關節角度的變化而變化。如果沒有腱繩固定軸，那么轉動滑輪會受到相當巨大的負荷，壽命較短。

作為優選，所述轉動滑輪和輔助滑輪均固定套裝在轉軸上，所述轉軸轉動連接在指節上。轉軸與對應的滑輪之間通過鍵連接或者軸體為非對稱形狀，滑輪芯部具有對對應該滑輪的槽。