[發(fā)明專利]一種基于氣動(dòng)肌肉的全驅(qū)動(dòng)仿生靈巧手

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201911018712.5
• 申請日: 2019-10-24
• 公開（公告）號: CN111390892B
• 公開（公告）日: 2022-04-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鮑官軍;陳志培;蔡世波;陶志成;朱李垚;葛涵;楊邦出
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: B25J9/10
• 分類號: B25J9/10;B25J15/00;B25J17/00
• 代理公司: 杭州杭誠專利事務(wù)所有限公司 33109
• 代理人: 尉偉敏

本發(fā)明公開了一種基于氣動(dòng)肌肉的全驅(qū)動(dòng)仿生靈巧手，旨在解決現(xiàn)在的欠驅(qū)動(dòng)機(jī)械手耦合嚴(yán)重，無法對目標(biāo)進(jìn)行靈巧操作的不足。該發(fā)明包括若干手指，手指包括可相對轉(zhuǎn)動(dòng)的遠(yuǎn)指端、中指端、近指端以及遠(yuǎn)指端和中指端之間的、中指端和近指端之間的轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)，手指可擺動(dòng)和可轉(zhuǎn)動(dòng)的連接有球關(guān)節(jié)；驅(qū)動(dòng)件，驅(qū)動(dòng)件為可伸縮運(yùn)動(dòng)的氣動(dòng)肌肉以及固定連接在氣動(dòng)肌肉上的滑軸；以及傳動(dòng)件，傳動(dòng)件包括若干組用于手指轉(zhuǎn)動(dòng)和回復(fù)的驅(qū)動(dòng)腱繩和回復(fù)腱繩，驅(qū)動(dòng)腱繩和回復(fù)腱繩一端固定連接在滑軸上。它能使得關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)更加柔性、減少靈巧手控制的復(fù)雜性、提高靈巧手控制的精確性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及機(jī)器人領(lǐng)域，更具體地說，它涉及一種基于氣動(dòng)肌肉的全驅(qū)動(dòng)仿生靈巧手。

背景技術(shù)

目前基于氣動(dòng)肌肉驅(qū)動(dòng)的靈巧手主要采用欠驅(qū)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)方式，雖然欠驅(qū)動(dòng)在可減少驅(qū)動(dòng)器的數(shù)量，降低了控制的復(fù)雜性，也使其在重量、體積方面都大大減少，因此欠驅(qū)動(dòng)手能夠有廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。但在某一些需要精細(xì)操作的場景中，欠驅(qū)動(dòng)手的不同關(guān)節(jié)耦合嚴(yán)重，無法對目標(biāo)物體進(jìn)行靈巧操作。除此之外，大多數(shù)基于氣動(dòng)肌肉的靈巧手的驅(qū)動(dòng)器都置于末端，中間用腱繩傳動(dòng)，這在一定程度上能夠減輕末端執(zhí)行器的重量與體積，但也增加了一個(gè)弊端。由于腱繩都有疲勞損傷，長期使用會產(chǎn)生不可恢復(fù)的形變，造成腱繩的松動(dòng)，從而形成了一個(gè)驅(qū)動(dòng)死區(qū)，間接的減少了機(jī)械手的工作空間，也增加了對其精確控制的難度。機(jī)器人仿人靈巧手相對于工業(yè)夾爪，其多自由度和靈巧性在機(jī)器人與外界對象交互操作中具有突出的優(yōu)勢。基關(guān)節(jié)處具有兩個(gè)自由度，可以是實(shí)現(xiàn)手指的俯仰運(yùn)動(dòng)和擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)，是實(shí)現(xiàn)靈巧手的靈巧程度的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)。目前靈巧手的基關(guān)節(jié)主要采用俯仰運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)和擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)分離的結(jié)構(gòu)。雙關(guān)節(jié)的基關(guān)節(jié)設(shè)計(jì)雖然可以簡化手指的結(jié)構(gòu)，但是存在很多的不足之處。首先，雙關(guān)節(jié)的設(shè)計(jì)會增大手指的整體尺寸，增加手指的重量且不利于手指的仿人化設(shè)計(jì)；其次，雙關(guān)節(jié)的設(shè)計(jì)會增加驅(qū)動(dòng)器的數(shù)量且不利于驅(qū)動(dòng)腱繩的走線，造成關(guān)節(jié)與關(guān)節(jié)之間的耦合問題。并且雙關(guān)節(jié)的設(shè)計(jì)使運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)存在偏置，在控制時(shí)要考慮驅(qū)動(dòng)器之間的協(xié)同作用會提高控制系統(tǒng)的復(fù)雜程度且在一定程度上降低了手指的靈巧度。另一方面目前常見的球關(guān)節(jié)，都是被動(dòng)運(yùn)動(dòng)形式，無法實(shí)現(xiàn)主動(dòng)準(zhǔn)確的運(yùn)動(dòng)控制。

中國專利公告號 CN101797753B，名稱為腱繩并聯(lián)靈巧欠驅(qū)動(dòng)仿生機(jī)器人手指裝置，該申請案公開了腱繩并聯(lián)靈巧欠驅(qū)動(dòng)仿生機(jī)器人手指裝置，屬于擬人機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，兩關(guān)節(jié)手指裝置包括基座、第一電機(jī)、第二電機(jī)、近關(guān)節(jié)軸、第一指段、遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸、末端指段和復(fù)位簧件。該裝置還包括第一繩輪、第二繩輪、第三繩輪、第一腱繩、第二腱繩和第三腱繩。多關(guān)節(jié)手指裝置還包括至少一個(gè)中部指段、至少一個(gè)中間繩輪。該裝置利用電機(jī)、繩輪、腱繩和復(fù)位簧件綜合實(shí)現(xiàn)了手指初始構(gòu)型可變與自適應(yīng)抓取相結(jié)合的特殊效果。該裝置在抓取前可以靈活彎曲手指中間關(guān)節(jié)以達(dá)到穩(wěn)定擬人的預(yù)彎曲姿態(tài)，在抓取時(shí)以自適應(yīng)欠驅(qū)動(dòng)方式抓取物體。它具有欠驅(qū)動(dòng)手的不同關(guān)節(jié)耦合嚴(yán)重，無法對目標(biāo)物體進(jìn)行靈巧操作的不足。

中國專利公告號 CN101797753B，名稱為腱繩并聯(lián)靈巧欠驅(qū)動(dòng)仿生機(jī)器人手指裝置，該申請案公開了腱繩并聯(lián)靈巧欠驅(qū)動(dòng)仿生機(jī)器人手指裝置，屬于擬人機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，兩關(guān)節(jié)手指裝置包括基座、第一電機(jī)、第二電機(jī)、近關(guān)節(jié)軸、第一指段、遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸、末端指段和復(fù)位簧件。該裝置還包括第一繩輪、第二繩輪、第三繩輪、第一腱繩、第二腱繩和第三腱繩。多關(guān)節(jié)手指裝置還包括至少一個(gè)中部指段、至少一個(gè)中間繩輪。該裝置利用電機(jī)、繩輪、腱繩和復(fù)位簧件綜合實(shí)現(xiàn)了手指初始構(gòu)型可變與自適應(yīng)抓取相結(jié)合的特殊效果。該裝置在抓取前可以靈活彎曲手指中間關(guān)節(jié)以達(dá)到穩(wěn)定擬人的預(yù)彎曲姿態(tài)，在抓取時(shí)以自適應(yīng)欠驅(qū)動(dòng)方式抓取物體。它具有欠驅(qū)動(dòng)手的不同關(guān)節(jié)耦合嚴(yán)重，無法對目標(biāo)物體進(jìn)行靈巧操作的不足。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明克服了現(xiàn)在的欠驅(qū)動(dòng)機(jī)械手耦合嚴(yán)重，無法對目標(biāo)進(jìn)行靈巧操作的不足，提供了一種基于氣動(dòng)肌肉的全驅(qū)動(dòng)仿生靈巧手，它能使得關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)更加柔性、減少靈巧手控制的復(fù)雜性、提高靈巧手控制的精確性。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種基于氣動(dòng)肌肉的全驅(qū)動(dòng)仿生靈巧手，包括