[發(fā)明專利]三指欠驅(qū)動靈巧手機(jī)構(gòu)及其操作方法

在審

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• 申請日: 2022-09-30
• 公開（公告）號: CN115972232A
• 公開（公告）日: 2023-04-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王宸;任蒙飛;陳金寶;朱星達(dá);李云峰;張崇峰;陳萌;張冬冬;馬嘉
• 申請（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué);上海宇航系統(tǒng)工程研究所
• 主分類號: B25J15/00
• 分類號: B25J15/00;B25J15/10
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務(wù)所 32237
• 代理人: 韓天宇

本發(fā)明提供了一種三指欠驅(qū)動靈巧手機(jī)構(gòu)及其操作方法，可以實現(xiàn)三指靈巧手的高度靈巧性并達(dá)到平行夾持與順應(yīng)抓握兩種功能，增加了手指系統(tǒng)的多功能和靈巧能力，減少了多指冗余導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)復(fù)雜性，降低了制作成本，提高了在軌操控的靈巧性。單指機(jī)構(gòu)利用連桿機(jī)構(gòu)將動力源從指跟部向指尖傳遞。單指由三個指節(jié)組成，從下到上依次為近指節(jié)、中指節(jié)、遠(yuǎn)指節(jié)。順應(yīng)抓握時，近指節(jié)首先接觸物體，近指節(jié)處限位機(jī)構(gòu)通過開合作用將運動傳遞給中指節(jié)和遠(yuǎn)指節(jié)，進(jìn)而中指節(jié)處的限位機(jī)構(gòu)同樣開合將運動傳遞給遠(yuǎn)指節(jié)，依次類推實現(xiàn)順應(yīng)物體形狀，依次合攏包覆抓握物體。平行夾持過程中限位機(jī)構(gòu)不會開合進(jìn)而兩指進(jìn)行平行夾持操作。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及機(jī)械爪領(lǐng)域，具體是一種三指欠驅(qū)動靈巧手機(jī)構(gòu)及其操作方法，適用于用于空間站機(jī)械臂末端。

背景技術(shù)

空間機(jī)械臂末端工具是指空間站機(jī)械臂末端安裝相應(yīng)的工具，利用這些工具可以完成相應(yīng)的空間站在軌操控任務(wù)。現(xiàn)有空間站機(jī)械臂末端工具進(jìn)行操作時需采用多種不同的末端工具開展在軌操控任務(wù)，由于任務(wù)的復(fù)雜性，工具種類各式各樣，占據(jù)了大量的空間站位置和運載火箭的載荷。而隨著科技的發(fā)展，空間在軌操控末端工具逐漸朝著單個工具可以實現(xiàn)多個功能的方向發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為了解決現(xiàn)有技術(shù)的問題，提供了一種三指欠驅(qū)動靈巧手機(jī)構(gòu)及其操作方法，可以實現(xiàn)三指靈巧手的高度靈巧性并達(dá)到平行夾持與順應(yīng)抓握兩種功能，增加了手指系統(tǒng)的多功能和靈巧能力，減少了多指冗余導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)復(fù)雜性，降低了制作成本，提高了在軌操控的靈巧性。

本發(fā)明提供了一種三指欠驅(qū)動靈巧手機(jī)構(gòu)，包括底座、傳動機(jī)構(gòu)、三根靈巧指、傳動桿組和限位機(jī)構(gòu)；

所述底座一端通過連接器與機(jī)械臂連接，另一端安裝有三根靈巧指；

所述靈巧指包括依次連接的基座、近指節(jié)、中指節(jié)和遠(yuǎn)指節(jié)，其中基座與底座連接，基座、近指節(jié)、中指節(jié)和遠(yuǎn)指節(jié)之間通過水平方向的連接軸連接，連接軸處設(shè)置有限位機(jī)構(gòu)；

所述限位機(jī)構(gòu)包括軸套、彈性壓片、彈簧和傳動卡輪，其中，軸套套在連接軸上跟隨連接軸轉(zhuǎn)動，軸套外表面設(shè)置有環(huán)繞軸套等距分布的若干彈性壓片和彈簧，彈性壓片與軸套固定連接，彈簧一側(cè)與軸套固定連接，另一側(cè)與彈性壓片固定連接；連接軸上方的指節(jié)與傳動卡輪固定連接，傳動卡輪上設(shè)有凸起，彈性壓片與傳動卡輪的凸起部分作用，帶動對應(yīng)指節(jié)轉(zhuǎn)動，當(dāng)對應(yīng)指節(jié)與抓取物體接觸并達(dá)到一定位置時彈簧受壓，限位機(jī)構(gòu)不再帶動對應(yīng)指節(jié)轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)對對應(yīng)指節(jié)的位置限制；

所述傳動桿組包括與基座和近指節(jié)鏈接軸固連的第一連桿，與近指節(jié)和中指節(jié)連接軸固連的第三連桿，連接第一連桿和第三連桿的第二連桿，連接第三連桿和遠(yuǎn)指節(jié)的第四連桿，各連桿間的連接均為鉸連接，第四連桿與遠(yuǎn)指節(jié)間也為鉸連接；

所述傳動機(jī)構(gòu)安裝在底座內(nèi)部，傳動機(jī)構(gòu)分別與第一連桿以及靈巧指中基座和近指節(jié)間的連接軸連接。

所述傳動機(jī)構(gòu)包括電機(jī)、減速器、蝸桿、蝸輪、齒輪組、電機(jī)主支架、電機(jī)副支架和傳動帶，其中電機(jī)通過電機(jī)主支架和電機(jī)副支架與底座固定連接，電機(jī)依次通過減速器、蝸桿、渦輪、齒輪組和傳動帶將運動傳動給第一連桿以及基座和近指節(jié)間的連接軸。

本發(fā)明還提供了一種三指欠驅(qū)動靈巧手機(jī)構(gòu)的操作方法，包括平行夾持控制與順應(yīng)抓握控制；

順應(yīng)抓握控制中，傳動機(jī)構(gòu)控制三個靈巧指同時轉(zhuǎn)動接近物體，實現(xiàn)近指節(jié)，中指節(jié)和遠(yuǎn)指節(jié)順應(yīng)物體形狀而抓握物體；

平行夾持控制中，其中一個靈巧指固定不動，傳動機(jī)構(gòu)控制另兩個靈巧指進(jìn)行平行夾持。

上述控制過程中，單個靈巧指的運動控制方法如下：

第一步：傳動機(jī)構(gòu)將運動傳動給基座和近指節(jié)之間的連接軸，從而帶動連接軸上的限位機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動，限位機(jī)構(gòu)中彈性壓片與傳動卡輪的凸起部分作用，帶動近指節(jié)轉(zhuǎn)動；當(dāng)近指節(jié)與抓取物體接觸并達(dá)到一定位置時彈簧受壓限位機(jī)構(gòu)不再帶動近指節(jié)轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)對近指節(jié)的位置限制，上述過程中指節(jié)和遠(yuǎn)指節(jié)與近指節(jié)相對位置不變；